用13C脉冲标记法研究玉米光合碳分配及其向地下的输入

研究玉米生长对土壤有机碳的贡献对了解农田碳平衡与农业生产之间的关系具有重要意义.应用4次¹³C脉冲标记对不同生育时期（苗期、拔节、抽雄和灌浆期）玉米光合碳在玉米-土壤系统中的分配特征进行了为期1个生长季的研究.结果表明,留在地上部的¹³C占玉米净吸收¹³C的百分含量,在灌浆期标记时最大,为80.01%.在不同生育时期,玉米向地下转移的¹³C比例分别为43.24%、46.46%、30.30%和19.99%;此部分¹³C中有34.68%～77.56%被根际呼吸消耗,16.63%～57.02%存在于根部,5.05%～8.30%通过根际沉积转化为土壤有机碳.整个生育期内,玉米分配到地上部、根部、根际呼吸和土壤有机碳中的光合碳量,分别占净吸收碳量的62.39%、17.88%、17.07%和2.67%.在拔节、抽雄和灌浆期,玉米的根际呼吸分别占土壤呼吸总量的67.07%、63.31%和28.82%;同时其根际激发效应使土壤原有有机碳分解分别增加了31.11%、79.09%和120.83%.以大田玉米地上部干重18 t·hm^-2、含碳量42%计算,玉米在其生育期内输入到地下的总碳量为4.6 t·hm^-2,其中有2.1 t·hm^-2通过根际呼吸进入大气,2.2 t·hm^-2存在于根中,0.33 t·hm^-2转化为土壤有机碳.     

华北高产粮区夏玉米生命周期环境影响评价

以山东省桓台县夏玉米生产体系为例,应用生命周期评价方法,以单位产量为评价功能单元,把夏玉米生命周期分为原料开采与运输、农资生产与运输、作物种植3个生产阶段,对不同施氮水平下夏玉米生命周期的资源消耗与污染物排放进行了清单分析和影响评价.结果表明,随着施氮量的增加,夏玉米生命周期环境影响呈指数上升趋势,其中,主要影响类型为水资源耗竭,这与农作物需水量较大、水分生产率较低有关.在低氮量条件下,主要污染影响类型是全球变暖,随着施氮量的增加,富营养化上升为主要污染影响类型.提高作物种植阶段水肥利用效率是控制夏玉米生命周期环境影响的关键,它可减少夏玉米对水资源和氮肥的需求,从而直接减少农田氮素损失污染影响,也间接降低了上游生产环节的资源消耗与污染物排放影响,进而有助于降低夏玉米生命周期环境影响总潜力.     

基于GIS的华北高产粮区地下水硝态氮含量时空变异特征

集约化农业生产区地下水的硝酸盐污染是一个十分普遍的问题.选取华北平原典型高产粮区桓台县为研究对象,分别在2002年和2007年同一季节对该县境内的394个潜水水样和283个承压水水样的硝态氮含量进行了取样分析,应用地质统计学与GIS技术相结合的方法对其时空变异规律进行了分析.结果表明,2002年和2007年潜水硝态氮的平均含量分别为8.08 mg·L~(-1)和14.68 mg·L~(-1),承压水硝态氮的平均含量分别为3.87 mg·L~(-1)和7.19 mg·L~(-1),2007年比2002年含量增幅均接近1倍.2个时期承压水硝态氮含量的空间相关距离均远大于潜水硝态氮含量的相关距离.2007年与2002年相比,潜水硝态氮含量各等级(0～5、 5～10、 10～15、 15～20、 20～30和>30 mg·L~(-1))的面积变化幅度分别为-28.87%、 -14.63%、 13.06%、 14.37%、 12.23%和3.85%;承压水中前4个等级的面积变幅分别为-37.82%、 28.01%、 9.33%和0.48%.通过对地下水硝态氮含量的垂向分析发现,2个时期的承压水硝态氮含量与取样井深存在显著负相关关系,并且深层承压水的硝酸盐含量呈现上升趋势.     

有机与常规水稻生产中土壤养分平衡比较

以江西省万载县水稻生产作为研究对象,在对有机农户和常规农户的农业生产状况进行问卷调查的基础上,针对不同操作模式下的土壤培肥措施和水稻-土壤系统养分投入、产出及其平衡状况进行分析和比较。结果表明,采用施用有机肥和绿肥种植这2种方式进行土壤培肥的有机农户比例极显著高于常规农户(P0.01),有机农户采用间套作和秸秆还田的比例也显著高于常规农户(P0.05)。在养分管理方面,有机和常规水稻生产的氮素平衡均处于盈余状况,分别盈余57.8和36.3 kg·hm-2,盈余率分别为21.7%和7.6%;有机和常规水稻的磷素平衡亦处于盈余状态,分别盈余35.4和64.7 kg·hm-2,盈余率分别为147.5%和217.9%,远高于允许平衡盈亏率。相比常规农户,更多的有机农户会采取生态农业措施进行土壤培肥,但其氮素和磷素盈余率也较高,同样存在一定环境风险。     

浏阳农业结构类型及可持续发展的技术对策

根据农业自然资源特点、经济发展水平和生态环境状况,建立了区域农业结构类型的划分方法,把区域农业结构划分为8种类型。运用这一划分方法,对浏阳市农业资源、经济与生态结构类型进行了划分,结果表明,浏阳属于农业自然资源相对短缺、经济相对发达和生态环境状况相对较差的农业结构类型。在此基础上,用定位分析方法分析了浏阳市区位、资源位、经济位和生态位特点,对15种农业生态系统模式的效益状况进行了对比分析。根据农业发展现状,针对资源利用、产业发展及生态环境方面存在的问题,提出了实现农业可持续发展的技术选择:劳动密集型技术、品种资源改良与优良农业生物资源的引进、农产品加工及深加工技术、无公害、绿色和有机食品开发利用技术、旅游资源开发利用技术及废弃物资源化利用技术。     

人力资本法评估农业污染地下水环境价值损失

应用人力资本法(HCA)评估了华北典型高产粮区地下水资源硝酸盐污染的价值损失.引用国外的研究结果,建立了硝酸盐污染浓度与健康损害的剂量反应关系,分病因预测了地下水污染超标区增加的死亡人口数量.按照潜在寿命损失人年(YPLL)的计算方法,构造了人力资本损失总量估算函数.应用该函数评估了研究区农业面源污染地下水资源的价值损失为860.8万元/a,相当于每公顷耕地面积上增加外部环境成本293.9元/a.     

农田固碳措施对温室气体减排影响的研究进展

农田是CO2,CH4和N2O三种温室气体的重要排放源,在全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量,以及58%的人为非CO2排放,不合理的农田管理措施强化了农田温室气体排放源特征,弱化了农田固碳作用。土壤碳库作为地球生态系统中最活跃的碳库之一,同时也是温室气体的重要源/汇。研究表明通过采取合理的农田管理措施,既可起到增加土壤碳库、减少温室气体排放的目的,又能提高土壤质量。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外,还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。本文通过总结保护性耕作/免耕,秸秆还田,氮肥管理,水分管理,农学及土地利用变化等农田管理措施,探寻增强农田土壤固碳作用,减少农田温室气体排放的合理途径。农田碳库的稳定/增加,对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义。在我国许多有关土壤固碳与温室气体排放的研究尚不系统或仅限于短期研究,这也为正确评价各种固碳措施对温室气体排放的影响增加了不确定性。     

利用氮、氧稳定同位素识别地下水硝酸盐污染源研究进展

氮污染特别是地下水硝酸盐污染已成为一个相当普遍而重要的环境问题。地下水硝酸盐污染与人类健康和环境安全密切相关。为控制地下水硝酸盐污染,最根本的解决办法就是找到硝酸盐的来源,减少硝态氮向地下水的输送。由于不同来源的硝酸盐具有不同的氮、氧同位素组成,人们利用NO3-中δ15N和δ18O开展了硝酸盐污染源识别研究。本文综述了利用氮、氧同位素识别地下水硝酸盐污染源及定量硝酸盐污染源输入的研究进展及目前存在的问题,并提出几个值得重视的研究方向。     

华北地区农田潜在生态毒性评估与农业可持续发展——以山东桓台县冬小麦-夏玉米轮作系统为例

使用USES-LCA模型,对连续10多年过量使用化肥和农药的华北高产粮区农田系统进行了潜在生态毒性评估。结果表明,虽然潜在的人体毒性表现不明显,但1997和2007年小麦-玉米轮作的潜在水体毒性分别是225.15、261.08、308.24和303.45 kg1,4-DCBeq;土壤毒性分别是3.12、2.76、3.55和3.24 kg1,4-DCBeq,都呈正增长趋势,以潜在水体毒性表现最为明显。虽然农药对环境的实际威胁还需进一步证实,但严格禁止高毒农药的使用,规范农药的施用量和使用方式已经刻不容缓;与此同时,必须加强农业生态毒性评价体系和生态污染防控机制研究,这样才能促进农业的可持续发展。     

促进农业现代化,接轨国际贸易

"入世"之后,生态、安全、绿色、有机在中国农业结构中的导向非常鲜明,对中国的环境保护起到了积极的作用。目前中国农业生产存在着农村空洞化、农业收益低、绿色和有机蔬菜产业化较为困难等问题。传统农业和常规农业向现代生态农业的转换是解决中国环境安全问题、食品安全问题,促进国际农业绿色贸易的关键,因此构建新的农业组织形式成为当务之急。