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中国生态农业学报 2018年第02期杂志 文档列表

中国生态农业学报杂志“农田生态系统温室气体排放”专题

华北平原农田温室气体排放与减排综述167-174

摘要：华北平原作为典型的冬小麦-夏玉米轮作高水肥精细管理农田,高水高肥管理下其碳排放量高于秸秆还田的固碳量,其生态系统正在以每年77 g(C)·m-2·a-1的速度损失碳。华北平原农田>400 kg(N)·hm-2·a-1的过高氮素投入是造成其碳排放增加的主要原因,其土壤N2O排放强度在氮肥施入量为136 kg(N)·hm-2·a-1时最低,且在施氮量为317 kg(N)·hm-2·a-1时可获得最高作物产量。华北平原土壤中温室气体的产生和消耗主要发生在0~90 cm土壤剖面内,>90 cm土层主要作为土壤包气带中的缓冲层而存在。当前降低华北平原农田温室气体排放除了合理施肥和灌溉,还需要改变固有的农作制度,实行减免耕等保护性措施,并将减排和固碳同步进行。对华北平原温室气体净排放研究,今后需在以下几个方面加强:1)在地-气之间加强冠层尺度温室气体的原位连续在线监测研究,并将稳定性同位素技术应用到此研究中以达到追踪其来源和比例构成的目的。2)在土壤包气带中,利用稳定性同位素技术探索土壤空气中温室气体的来源比例,探索剖面土壤温室气体产生和消耗对土壤-大气界面温室气体排放的响应机制。3)将模型研究应用于土壤-大气连续体温室气体排放研究。

水稻植株特性对稻田甲烷排放的影响及其机制的研究进展175-181

摘要：水稻是我国最主要的口粮作物,稻田是重要温室气体甲烷的主要排放源之一。水稻植株特性既是水稻产量形成的关键因子,也是稻田甲烷排放的主要影响因子。但是,至今关于水稻植株对稻田甲烷排放的调控效应及其机制仍存在许多不一致的认识。为此,本文从形态特征、生理生态特征、植株-环境互作等方面,对现有的相关研究进行了综合论述。水稻地上部形态特征如分蘖数、株高、叶面积等对稻田甲烷排放的影响的研究结果不尽相同,起关键作用的是地下系统。优化光合产物分配在持续淹水的情况下可以减少稻田甲烷排放。提高水稻生物量在低碳土壤增加稻田甲烷排放,但在高碳土壤下降低甲烷排放。本文还明确了相关研究现状和存在的问题。在此基础上,作者认为未来应加强水稻根系形态及其生理特征,以及水稻植株-土壤环境(尤其是水分管理和养分管理)互作对稻田甲烷产生、氧化和排放影响的研究,在方法上应加强微区试验和大田试验的结合,并开展植株和稻田的碳氮互作效应及其机制研究,为高产低碳排放的水稻品种选育和低碳稻作模式创新提供理论参考和技术指导。

土壤氮气排放研究进展182-189

摘要：自20世纪初人类发明并掌握工业合成氨的技术以来,氮肥施用量迅速增长。在一部分国家或地区,氮肥的施入量已经超过作物对氮素的需求,导致大量氮素损失到环境中,造成氨挥发、氧化亚氮排放、地下水硝酸盐污染等环境问题。土壤在微生物的作用下可以通过反硝化、厌氧氨氧化等过程将活性氮素转化为惰性氮气,达到清除过多活性氮的目的。由于大气中氮气背景浓度太高,因此很难直接准确测定土壤的氮气排放速率,导致土壤氮气排放通量、过程与调控机制研究远远落后于土壤氮循环的其他方面。本文综述了土壤氮气排放主要途径(反硝化、厌氧氨氧化与共反硝化)及其对土壤氮气排放的贡献;测定土壤氮气排放速率的方法(乙炔抑制法、氮同位素示踪法、N2/Ar比率-膜进样质谱法、氦环境法与N2O同位素自然丰度法)及其优缺点;调控土壤氮气排放通量的主要因素(氧气、可溶性有机碳、硝酸盐、微生物群落结构与功能基因表达等)及其相关作用机制。最后指出研发新的测定原位无扰动土壤氮气通量的方法是推进本领域相关研究的关键;定量典型生态系统(如旱地农田、稻田、森林、草地与湿地)土壤氮气排放通量,阐明其中的微生物学机制,模拟并预测土壤氮气排放对全球变化的响应规律是本领域的研究热点与发展方向。

土壤亚硝酸气体(HONO)排放过程及其驱动机制190-194

摘要：气态亚硝酸(HONO)是大气中氢氧自由基(OH·)的重要来源,直接影响到大气氧化能力和空气质量。通过比较外场测定和模型计算的HONO浓度,发现白天时存在未知的大气HONO来源。研究表明,土壤可以向大气中排放HONO。其机理可能是土壤亚硝态氮和氢离子的化学平衡作用;或土壤夜间吸附和白天解吸附的动态物理化学过程;或氨氧化细菌等微生物的直接排放;也可能是硝化过程中产生的羟胺,在土壤颗粒物等表面的化学反应。因此,土壤HONO排放通量与土壤亚硝态氮浓度、pH、氨氧化细菌丰度、土壤矿物、土壤湿度及C/N值等相关。目前对于土壤HONO排放的研究尚在起步阶段,国内亦少见相关成果报道。本文综述了土壤HONO排放的研究背景、探讨了土壤HONO排放的机理及影响因素,以期为减少氮素损失、提高氮肥利用率、评估氮肥的环境效应及城市空气质量等提供理论依据和科学指导。

华北平原农田N2O排放通量的高频动态观测195-202

摘要：N2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N2O的原位高频观测尚不多。为完善N2O的观测方法,为华北地区N2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N2O测定仪器TGA200A,进行实时、自动、昼夜连续地观测中国科学院禹城综合试验站农田大气N2O的日动态变化。本次观测自2017年6月中旬玉米播种后开始,持续至2017年9月(8月份仪器调试)。结果显示:1)晴朗天气下,农田大气N2O呈现出夜晚(0:00—6:00、18:00—24:00)高(0.618~1.171 mg·m-3)、白天(6:00—18:00)低(0.526~1.145 mg·m-3)的趋势,而白天高温又促进农田N2O排放,在午后15:00—17:00大多出现1次峰值,表明温度的促进作用存在滞后性。2)降雨天气下,农田N2O在适当的雨量下逐渐增加(3 h内增加0.033 mg·m-3),且存在累积效应,但过度淹水后N2O表现出逐渐降低的趋势。3)大风天气下,N2O的浓度产生变化,但规律并不明显。研究结果表明,利用TGA200A可以实现对温室气体N2O的实时、连续、动态的自动观测,观测结果具有较高可信度,可以反映出当前华北地区农田N2O在不同环境要素(温度、降水及大风)下的动态变化趋势。

施肥方式对紫色土农田生态系统N2O和NO排放的影响203-213

林地转变为耕地对紫色土N2O排放的影响214-221

中国生态农业学报杂志农业生态系统及其调控

土壤有机碳稳定性影响因素的研究进展222-230

摘要：增加土壤碳汇是应对全球气候变化的有效措施,作为土壤碳汇来源之一的有机碳在其中发挥重要作用。过去几十年,土壤有机碳的分子结构性质被认为是预测有机碳在土壤中循环的主要标准。然而最近的研究结果表明有机碳的分子结构并非绝对地控制着土壤有机碳的稳定,而土壤环境因子与有机碳的相互作用显著降低了土壤有机碳被降解的可能性。土壤微生物不仅参与有机碳的降解,其产物本身也是土壤有机碳的重要组成成分。非生物因子直接或间接地控制着土壤有机碳的稳定,包括土壤中的无机颗粒、无机环境以及养分状况等。其中,有机碳与土壤矿物的吸附作用和土壤团聚体的闭蓄作用被普遍认为高效地保护了有机碳。土壤矿物的吸附作用取决于其自身的矿物学性质和有机碳的化学性质。土壤团聚体在保护有机碳的同时也促进了有机碳与矿物的吸附,而有机-矿物络合物同样可以参与形成团聚体。此外,土壤无机环境也影响着有机碳循环。总之,土壤有机碳的稳定取决于有机碳与周围环境的相互作用。同时,有机碳的结构性质也受控于环境因素。然而,无论有机碳的结构性质,还是其所处的生物与非生物环境,都是生态系统的基本属性,且各属性间相互影响、相互作用。因此,土壤有机碳的稳定是生态系统的一种特有性质。

黄土高原北部生长季土壤氮素矿化对植被和地形的响应231-241

摘要：氮素矿化是陆地生态系统氮循环的重要过程,对氮素有效性有着重要影响。本文在黄土高原北部六道沟小流域选取退耕年限相近的油松和柠条坡地,用原位培养法测定生长季节(4—10月)不同坡位冠层下和冠层外0~10 cm和10~20 cm土层土壤氮素矿化速率,以确定该区氮素矿化的季节动态特征和主要影响因素。结果表明,研究区生长季土壤矿质氮以铵态氮为主,其含量在0~10 cm和10~20 cm土层分别占矿质氮总量的61%和70%,并随生长季的推移而升高。油松林上坡位和中坡位土壤铵态氮显著高于下坡位土壤,柠条林不同坡位铵态氮差异不显著。土壤硝态氮和矿质氮不受坡位的影响,但与林型和采样位置有关,冠层下硝态氮在油松林与冠层外相近,在柠条林则高于冠层外。生长季土壤氮素矿化在0~10 cm土层由硝化作用引起,在10~20 cm土层则由硝化和铵化作用共同引起。铵化速率在生长季初期较高,中期较低,并受坡位、林型和采样位置的影响。土壤硝化和矿化速率在油松林不受采样位置影响,但是在柠条林则以冠层下较高。硝化和矿化速率在冠层下以下坡位土壤最高,在冠层外则以下坡位土壤最低。柠条林促进了冠层下土壤氮素的硝化和矿化过程,有利于矿质氮的积累;油松林对矿质氮和氮素矿化的影响不受采样位置影响。

中国生态农业学报杂志农业资源与环境

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响242-252

摘要：气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971-2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃×d×(10a)-1和80.5℃×d×(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d?(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。

黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟253-262

摘要：黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。

多尺度下的南方山地丘陵区耕地质量空间自相关分析——以江西省黎川县为例263-273

摘要：分析不同尺度下的耕地质量空间分布格局,是提高耕地质量与加强耕地保护建设的基础。选取耕地质量等别监测试点县江西省黎川县为研究区,运用加权平均法、变异系数法和空间自相关分析法,以部级耕地质量指数为空间变量,分别从县级、乡镇级和村级尺度上探讨了耕地质量的空间关联程度及其分异规律。研究结果表明:1)研究区耕地质量呈现出“南北高,东西低”的空间分布规律,耕地质量指数Mora’s I值表现为国家利用等指数>国家经济等指数>国家自然等指数,县级、乡镇级和村级耕地质量指数的Moran’s I值依次降低,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,自然等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,利用等指数最小。3)正相关高-高型和低-低型耕地以组团形式聚集分布,负相关高-低型和低-高型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。研究结果显示耕地质量空间差异对空间尺度的变化较为敏感,可为区域高标准基本农田建设、土地综合整治、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。

福建耕地土壤磷素富集空间差异及其影响因素274-283

摘要：利用1∶250 000福建省耕地土壤类型空间数据库以及1982年1 676个和2008年200 322个耕地土壤调查样点数据资料,借助GIS技术与灰色关联分析模型,探讨了26年间研究区耕地耕层土壤有效磷富集程度空间差异及其影响因素。结果表明:26年来福建省耕地土壤有效磷呈明显富集趋势,全省92.81%的耕地有效磷处于不同程度富集状态,有效磷平均富集量和年均富集率分别高达24.38 mg·kg-1和10.01%,并呈较明显的空间差异。地处南亚热带的厦门市耕地有效磷富集程度最大,中亚热带的南平市富集程度最小;有效磷富集程度较高的土类为紫色土、潮土、水稻土和赤红壤,较小的土类为滨海盐土和石灰土;富集程度较大的亚类包括淹育水稻土、灰潮土和漂洗水稻土,较小的亚类包括棕色石灰土和滨海盐土。研究区耕地土壤磷素富集及其空间差异主要受年均磷肥施用量、pH、年均气温和土壤黏粒含量显著影响,灰色关联系数>0.722。根据研究区耕地土壤磷素富集程度及其空间差异制定磷肥优化管理措施是十分必要的。

基于加权Topsis法综合评价典型滩涂围垦区土壤质量演变284-293

摘要：滩涂是我国重要的后备耕地资源,为探究围垦开发对沿海滩涂土壤环境的影响,对浙江省慈溪市不同围垦年限多种土地利用方式下的276个土壤/沉积物样品试验检测,结合Norm值优化主成分分析,筛选出有机质(OM)、氧化钙(CaO)、硫(S)、溴(Br)、硼(B)、铅(Pb)、镉(Cd)7项指标的最小数据集,采用极差标准化和变异系数定权的Topsis法评价土壤质量,为揭示阻碍研究区土壤质量提升的障碍因子提供参考。结果显示:276个土壤/沉积物样本土壤质量综合指数为44.6~74.1,受围垦时间影响差异显著,呈前20 a逐步提高—20~30 a相对平稳—30~50 a急剧提高的趋势。从利用方式来看,土壤质量呈菜地>果园>农田>林地>养殖>潮滩>荒地的趋势。农业活动导致的增肥脱钙脱盐是围垦区土质提升的根本原因,但研究区土壤质量整体仍处于中度贫瘠水平,一级土壤仅占研究区总面积的7.1%,质量较差的四、五级土壤面积超一半。较低的OM和较高的CaO、Cd是限制垦区土质提升的主要障碍因子。因此,土壤培肥时,合理施用化肥农药是进一步提升滩涂围垦区土壤质量的关键。

气候因子和地表覆盖对沿海滩涂土壤盐分动态的影响294-302

摘要：为探明气候因子对沿海滩涂表层土壤盐分季节性变化规律的影响,并探讨植被和秸秆覆盖对滩涂土壤脱盐效果及控盐的作用。2014年5月—2015年5月,在江苏沿海滩涂盐碱地(中重度盐分),设置4种处理进行田间试验,分别为对照(裸地,CK)、秸秆覆盖(覆盖量为15 t·hm-2,SM)、植被覆盖(PC)和植被+秸秆覆盖(覆盖量为7.5 t·hm-2,PC+1/2SM),监测了气候因子和表层土壤盐分的季节性动态变化。结果表明:1)在沿海滩涂裸地中,土壤盐分具有一定程度的季节性规律,表现为在10—12月具有明显的积盐效果,且在10月EC1︰5达到最大值为3.90 dS·m-1。2)相关分析表明:采样前7 d降雨累积量与土壤盐分变化有着极密切负相关关系;气候因子的多因子及互作逐步分析表明:降雨量增加可以促进土壤脱盐作用,大气温度升高可加剧土壤盐分表聚,降雨量和大气温度的互作效应增加会对土壤盐分累积产生正效应。3)地表覆盖(包括PC和SM)显著地改变了气候因子对土壤盐分动态变化的影响,累积降雨量和大气平均温度与土壤盐分无显著相关性,且大量秸秆覆盖对滩涂表层土壤脱盐具有更明显的效果。因此,在沿海气候向暖湿方向发展的趋势下,综合考虑脱盐及控盐作用,选择适量秸秆覆盖(如覆盖量15 t·hm-2)或适量秸秆覆盖结合植被种植覆盖,同时充分利用沿海地区降雨量集中的特点,可能是未来滩涂盐碱盐渍土快速脱盐和土壤改良的重要措施。

紫花苜蓿、黑麦草和狼尾草对Cu、Pb复合污染土壤修复能力的研究303-313

摘要：随着经济和社会的发展,土壤重金属污染对粮食安全及人类的身体健康构成了巨大的威胁,而目前对于土壤重金属污染的治理主要以植物修复为主。为了寻找适宜修复Cu、Pb复合污染土壤的牧草,采用盆栽试验法,将试验的植物设置9组处理:1组对照组(CK),不添加任何重金属盐;4组单一污染,即单一Cu低(Cu1,200 mg·kg-1)、高浓度(Cu2 400 mg·kg-1),单一Pb低(Pb1 300 mg·kg-1)、高浓度(Pb2 800 mg·kg-1);4组Cu、Pb复合污染(Cu1Pb1、Cu1Pb2、Cu2Pb1、Cu2Pb2)。通过比较紫花苜蓿(Medicago sativa)、黑麦草(Lolium perenne)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)的适应能力和富集特征,研究了这3种常见牧草植物对受Cu、Pb复合污染土壤的修复效果。结果表明:1)紫花苜蓿地上部和根部生物量均在Pb1处理组时最大,显著高于其他处理组;黑麦草地上部生物量在Cu1Pb1处理组最大,根部生物量在Pb1处理组最大;狼尾草地上部生物量在Cu2Pb2处理组最大,根部生物量在Cu2处理组最大。2)Cu单一污染下,狼尾草抗性系数最大;Pb单一污染下,紫花苜蓿抗性系数最大;Cu-Pb复合污染下,狼尾草的抗性系数较大。高浓度Cu处理组3种牧草植物的地上部生物量、根部生物量和抗性系数均呈现:狼尾草>黑麦草>紫花苜蓿,且狼尾草显著大于黑麦草和紫花苜蓿。3)种植3种牧草植物后,土壤重金属Cu、Pb含量均有所降低。在一定浓度下,土壤Cu-Pb重金属间会相互促进对方在牧草植物中的吸收。4)3种牧草中紫花苜蓿地上部对Cu的富集系数在Cu2Pb2处理组最大,达1.61;黑麦草根部对Cu的富集系数在Cu2Pb2处理组最大,达3.80;3种牧草地上部和根部对Pb的富集系数只在黑麦草根部的Cu1Pb1处理组时大于1,达1.46。5)黑麦草对Pb的吸收能力较强,且主要积累在根系;紫花苜蓿对Cu-Pb复合污染综合修复效果最好。紫花苜蓿和黑麦草分别在Cu-Pb复合污染和Pb单一污染土壤中对Pb的转运系�

中国生态农业学报杂志动态

介绍多国生态农业实践的一本新著作314-316

摘要：本文简要介绍了2017年由Alexander Wezel主编的生态农业专著《Agroecological Practices for Sustainable Agriculture:Principles,Applications and Making the Transition》的主要内容,着重指出了值得我国生态农业建设重视的新思路和新方法。文章还对本著作的主要优点和存在问题进行了评价。