20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征

研究占补耕地光温生产潜力的时空特征对指导耕地资源开发与粮食生产具有重要意义。论文基于1980年代末-2010年的多期土地利用和多年平均光温生产潜力,以占用耕地与增补耕地单位面积光温生产潜力为依据,分析20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征,并进一步探讨其对光温生产潜力总量的影响。结果表明:①1980年代末-2010年,全国耕地存在明显的占优补劣情况;②从各分区看,东北平原主产区、北方干旱半干旱主产区、青藏高原区、华南主产区、云贵高原区占用耕地单位面积光温生产潜力持续高于增补耕地,长江中下游主产区占用耕地单位面积光温生产潜力持续低于增补耕地,四川盆地及周边地区、黄土高原区、海南由占优补劣变为占劣补优,黄淮海平原区由占劣补优变为占优补劣;③占优补劣对全国光温生产潜力总量变化有显著影响;④东北平原主产区等我国耕地开垦的主要区域受占优补劣的影响较大,华南主产区等耕地损失区受占优补劣的影响相对较小,占劣补优对缩小耕地占用对光温生产潜力总量影响的作用并不大。     

基于MODIS的渍害田和正常农田遥感特性对比研究

渍害田在我国南方地区分布广泛，严重影响农业生产。以四湖流域洪湖地区为实验区，基于渍害田的物理及生态特性来探讨渍害田遥感识别特性。利用2002～2011年MODIS产品，辅以土壤图、土地覆被数据，对比分析了正常农田及渍害田在反照率、增强型植被指数（EVI）、地表夜温、地表温差和表观热惯量的时相差异；并结合相关研究成果加以解释和验证。结果表明：一年中大部分时段，正常农田的反照率、EVI、地表温差都大于渍害田，而地表夜温、表观热惯量都低于渍害田；各指标的多年平均值也具有类似差别；渍害田的EVI在6、7月份比正常农田高, 可能是由于渍害田在雨、热、肥条件同时良好时比正常农田生长的更快。研究结果可为进一步准确识别渍害田空间分布及其动态变化     

Estimates of synthetic fertilizer N-induced direct nitrous oxide emission from Chinese croplands during 1980-2000

There is increasing concern that agricultural intensification in China has greatly increased N₂O emissions due to rapidly increased fertilizer use. By linking a spatial database of precipitation, synthetic fertilizer N input, cropping rotation and area via GIS, a precipitation-rectified emission factor of N₂O for upland croplands and water regime-specific emission factors for irrigated rice paddies were adopted to estimate annual synthetic fertilizer N-induced direct N₂O emissions (FIE-N₂O) from Chinese croplands during 1980-2000. Annual FIE-N₂O was estimated to be 115.7 Gg N₂O-N year⁻¹ in the 1980s and 210.5 Gg N₂O-N year⁻¹ in the 1990s, with an annual increasing rate of 9.14 Gg N₂O-N year⁻¹ over the period 1980-2000. Upland croplands contributed most to the national total of FIE-N₂O, accounting for 79% in 1980 and 92% in 2000. Approximately 65% of the FIE-N₂O emitted in eastern and southern central China.     

Effect of land management on soil microbial N supply to crop N uptake in a dry tropical cropland in Tanzania

In Sub-Saharan Africa, conservation of available soil N during early crop growth, when N loss by leaching generally occurs, is important to improve crop productivity. In a dry tropical cropland in Tanzania, we assessed the potential role of soil microbes as a temporal N sink-source to conserve the available soil N until later crop growth, which generally requires substantial crop N uptake. We evaluated the effect of land management [i.e., no input, plant residue application before planting (P plot) with or without fertilizer application, fertilizer application alone, and non-cultivated plots] on the relationship between soil N pool [microbial biomass N (MBN) and inorganic N] and crop N uptake throughout the ∼120-d crop growth period in two consecutive years. In the P plot, MBN clearly increased (∼14.6-29.6 kg N ha⁻¹) early in the crop growth period in both years because of immobilization of potentially leachable N, and it conserved a larger soil N pool (∼10.5-21.2 kg N ha⁻¹) than in the control plot. Especially in one year in which N leaching was critical, increased MBN maintained a larger soil N pool in the P plot throughout the experimental period, and a delay of increased MB C:N ratio and a substantial decrease in MBN was observed, indicating better soil microbial N supply for crop N uptake during later crop growth. Therefore, plant residue application before planting should enhance the role of soil microbes as a temporal N sink-source, leading to the conservation of potentially leachable N until later phase of crop growth, especially in years in which N leaching is relatively severe. Although further studies are necessary, our results suggest that plant residue application before planting is a promising option to achieve better N synchronization.     

贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤水溶性氮素组成及分布特征

选择贵州喀斯特山地农业系统不同种植区休耕地土壤作为研究对象,对其水溶性氮素组成及分布特征进行了研究。结果表明:休耕地土壤SON含量范围为4. 11～14. 34 mg/kg,平均含量为8. 62 mg/kg。不同种植区休耕地土壤SON含量存在较大差异,但差异不显著(p0. 05),SON占TSN的比例差异极显著(p0. 01),传统农业种植区SON的变异较大,其它种植区的较小。水溶性氮素组成以SON和NH_4~+-N为主,不同种植区的NH_4~+-N、NO_3~--N占SIN的比例差异不显著(p0. 05),而两者占TSN及SIN占TSN的比例差异极显著(p0. 01)。传统农业种植区表层和深层土壤SIN的含量都要比其它种植区高,SON则相反,说明不同类型的农业对土壤氮的影响不同。不同种植区表层土NH_4~+-N、NO_3~--N、TSN、SON含量差异极显著(p0. 01)。除了打通种植区,其它种植区NH_4~+-N含量随着土层的增加总体上表现出下降的规律。除了大冲种植区在0～30 cm深度先增加后降低的规律外,其它种植区NO_3~--N含量自土壤表层到30 cm深度,随着土层的增加而增加,自30 cm深度往下,随着土层的增加而下降。TSN和SON中,除了青岩种植区随着土壤表层到20 cm深度处降低外,其它种植区随着土壤表层到20 cm深度处先增加,然后从20 cm深度往下随着土层的增加再降低。SON容易向下淋失,不易在土层深部发生积累,造成氮素的流失和带来环境污染风险,应引起重视。     

三峡库区消落带农用坡地磷素径流流失特征

消落带是三峡库区重要的生态交错带，但自发农用和无序开发可能会造成更多的氮磷流失，进而加剧三峡库区水体富营养化。通过对库区连续3 a的定位监测（2011~2013年），研究了三峡库区消落带农用坡地的磷素流失特征。结果表明：次降雨事件中常规施肥处理的地表径流、壤中流总磷平均浓度分别为0.848±0.153、0.140±0.006 mg/L，其中地表径流中磷的形态以颗粒态为主，壤中流以溶解态的生物可利用磷为主。常规施肥下，地表径流、壤中流磷素年均流失通量分别为0.236±0.004、0.100±0.003 kg·hm 2，地表径流、壤中流磷素流失通量分别占总流失通量的70.2%、29.8%，地表径流是坡地磷素流失的主要途径，但壤中流也是不可忽视的重要途径。与常规施肥处理相比，减量施肥处理地表径流、壤中流磷素流失量分别降低了45.3%、40.0%。建议采取减量施肥的方式，以降低营养盐负荷，保护水环境。     

利用年限对农牧交错带退耕还草地土壤物理性质的影响

在农牧交错带以小麦为对照,比较研究不同利用年限对退耕还草种植的老芒麦草地土壤物理性质的影响。结果表明,随利用年限增加,在0~30cm范围内,老芒麦草地土壤体积质量呈现先降低后增加,土壤含水量、孔隙度呈现先增加后降低的趋势。利用第2年的老芒麦草地土壤体积质量最小、孔隙度最大,利用第3年的老芒麦草地土壤含水量最大。利用年限对0~120min内的老芒麦草地土壤渗透性影响不大。不同利用年限老芒麦草地首30min渗透率大小顺序为:第2年>第1年>第3年>第4年,利用第2年的老芒麦草地通过渗透截留降水的能力较强。一个生长季后,不同利用年限的老芒麦草地土壤含水量、孔隙度和体积质量分别比小麦地平均提高3.86%、1.53%和降低6.07%。     

基于多智能体和土地转换模型的耕地撂荒模拟研究——以陕西省米脂县为例

多模型耦合已经成为国内外模拟LUCC有效途径之一。论文通过如下步骤阐明宏观耕地撂荒格局和微观主体行为间的互动机理。首先,将微观主体间的相互作用纳入其决策,构建有限理性多智能体决策模型（Multi-Agent System,MAS）;其次,通过SNNS平台的训练学习以及与历史数据对比分析,验证土地转换模型（Land Transformation Model,LTM）模拟研究区宏观撂荒格局的有效性;最后,依据多模型耦合机理,耦合MAS模型与LTM模型,形成耕地撂荒模拟模型（Cropland Abandonment Simulation Model,CASM）,并基于研究区耕地撂荒的实际数据,探讨模型的合理性和可行性。结果表明：与2013年历史土地利用数据对比,CASM模型的PCM（Percent Correct Metric）系数为71%,比单独利用LTM模型的模拟精度提高3%,不仅表明CASM能够较好地模拟分析米脂县耕地撂荒空间格局分布,而且可有效揭示宏观耕地撂荒格局的微观驱动机理;同时,文章指出未来研究中要考虑政策和市场的影响,进一步完善不同层次主体决策对撂荒的影响,以此来提高模型对现实耕地撂荒的解释力。     

生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响

为探究生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥对照(CK)、常规施肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+NPK(LBC)、20 t·hm-2生物炭+NPK(MBC)、40 t·hm~(-2)生物炭+NPK(HBC)这5种处理下温室气体的排放规律.结果表明:(1)生物炭施用显著降低了土壤CH_4排放通量,其排放通量大小顺序为:NPKCKLBCMBCHBC,各处理CH_4排放通量均呈单峰型曲线,峰值主要集中在水稻的生长后期,整个观测期CH_4的排放通量在-0.05~47.34 mg·( m~2·h)~(-1)之间;各处理CO_2排放通量变化较复杂,介于32.95~1 350.88mg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC和MBC处理呈双峰型曲线外,其余处理均呈单峰型,不同生物炭施用量处理均延后了CO_2排放通量峰值出现的时间;N_2O的排放通量在-309.39~895.48μg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC处理呈双峰型曲线变化外,其余处理均呈单峰型曲线;(2)与空白对照处理相比,生物炭处理均可显著降低CH_4的累积排放量,而促进了CO_2和N_2O累积排放量,CH_4、CO_2和N_2O的平均累积排放量从大到小分别为CKLBCMBCHBC处理、LBCMBCHBCCK处理和HBCMBC≈LBCCK处理;与常规施肥处理相比,不同施用量生物炭添加均可显著降低CH_4和CO_2的排放,且生物炭添加量越多,对CH_4和CO_2排放的减缓作用越明显,但是对N_2O排放的抑制作用尚不明显;(3)在100 a时间尺度上各生物炭处理可显著降低温室气体的综合增温潜势,表明生物炭配施化肥是一种有效的减排措施.     

太湖流域耕地变化及其对生态服务功能影响研究

人类活动驱动下的土地利用变化对生态系统服务功能影响是当前生态学研究的前沿和热点,中国东部沿海经济发达地区耕地变化对生态系统服务功能影响尚不清楚。论文以中国经济快速发展和典型商品粮基地--太湖流域为研究区,利用多期遥感解译数据、统计资料和历史文献,分析太湖流域25 a 来耕地变化情况,并选取农产品生产、碳蓄积、水源涵养三个关键指标探讨耕地变化对生态系统服务功能的影响。结果表明:① 25 a 来太湖流域耕地减少显著,以城市建设用地占用为主,1985-2000 年流域耕地仅减少1 346.82 km²,主要集中在上海市和江苏省,态势并不严峻;2000-2010 年是流域耕地减少的主要时期,减少面积达4 317.46 km²,县级市耕地减少明显加剧。② 25 a 间太湖流域耕地变化造成生态服务功能退化明显,供给服务功能中仅小麦产量有所提高,稻谷和油料产量分别下降39.60%、56.56%,调节服务功能中土壤碳储量降低显著,但对水源涵养能力影响较小。建议加强耕地保护力度,协调耕地保护、经济发展和生态服务之间的平衡,有助于减缓流域耕地减少对生态服务功能退化的压力。