人类活动影响下喀斯特区域景观格局梯度分析

在ARCGIS和景观结构分析软件FRAGSTATS 3.3的支持下,分析了喀斯特区域广西环江县不同人类活动强度样带1988年和2005年2个时期的景观格局变化特征,以及2005年研究区4种主要景观类型的格局特征随人类活动强度的梯度变化规律。研究结果表明,环江县景观分布不均匀,林地是研究区的基质景观类型;在景观水平上,随着人类活动强度的降低,样带景观的破碎化程度降低,形状复杂程度升高,景观斑块的分布趋于集中;在景观类型水平上,研究区4种主要的景观类型在梯度带中能够很好的反映出格局的变化特征,其中,各景观类型的面积比重、破碎度和分维数随人类活动强度的梯度变化趋势较为明显,聚集度和连通性的梯度变化幅度相对较小。研究揭示了景观格局沿人类活动强度的梯度变化规律,可为研究区自然资源的合理开发及可持续发展提供参考。     

生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

稻田土壤N2O消纳能力及nosZ-I型功能种群应答机制

稻田土壤长期的淹水厌氧环境有利于反硝化作用的进行,是导致N₂O大量排放的重要原因之一.目前,关于稻田土壤N₂O排放特征的相关研究已有不少,然而关于稻田土壤N₂O的消纳能力及相关功能微生物的应答机制尚不明确.本研究以淹水水稻土原状土柱（0~5 cm）为研究对象,在土柱底部输入外源N₂O气体,系统监测所添加外源N₂O通过土柱的浓度及关键土壤因子的动态变化特征,以及分析nosZ-I型功能种群组成的演替规律,以期揭示淹水水稻土N₂O的消纳能力及nosZ-I型功能种群的应答机制.结果表明,外源N₂O输入后约97.39%扩散进入土柱,逸散出土表的N₂O占0.72%~7.75%,达到排放高峰后被土壤继续消耗,培养192 h后外源N₂O处理比对照多消耗67.10% N₂O,N₂O消耗速率提高144.2%.同时,NH₄⁺-N、NO₃^--N和DOC分别多消耗了19.65%、16.29%和8.41%.N₂O输入192 h后nosZ-I的群落多样性没有显著差异,但是其种群组成发生显著改变：优势菌株OTU5004、OTU5065、OTU960和OTU1282（Proteobacteria）相对丰度显著提高,其中OTU5004菌株相对丰度比初始样和CK升高7.30%和4.63%,非优势菌株OTU5265（Azoarcus sp.）比初始样和CK升高0.33%和0.15%.上述结果表明,0~5 cm深度渍水水稻土壤具有很强的N₂O消耗能力,外源N₂O添加使N₂O消耗速率明显加快,提高了淹水水稻土壤对N₂O的消纳潜力,促进碳氮转化和nosZ-I群落组成变化,这将为降低大气N₂O排放提供新的参考.     

基于Landsat的近20余年东洞庭湖湿地草洲变化研究

利用多时相Landsat TM/ETM+影像,采用决策树分类法解译水域、泥沙滩地、草洲3种湿地类型,结合数字高程模型和相关水文信息,通过矩阵转移和贝塞尔曲线插值的方法,对低水位条件下东洞庭湖湿地草洲的时空变化特征进行分析。结果如下：（1）1989～2011年,草洲面积增加30506 km2,泥滩地面积减少27428 km2,水域面积呈波动状态;（2）草洲的主要扩张区域为长洲、新生洲、飘尾洲沿湖盆边缘部分、牛头洲大面积区域、武光洲 柴下洲、中洲 团洲部分;（3）草洲面积按高程分布呈先增后减特征,草洲覆盖的优势区域与非优势区域的高程分界点逐渐降低,水域和泥滩地分布的优势区域高程范围缓慢下移。草洲植被的生长分布和淹水条件关系密切,泥沙淤积和水文条件的改变都能导致淹水条件的变化,进而推进东洞庭湖草洲范围的扩张。此研究对于进一步明确洞庭湖湿地演变趋势及其形成机制具有重要意义     

从水量平衡看洞庭湖周边丘岗区农业生态建设

水平衡是生态系统生态建设的基本依据。通过对环洞庭湖丘岗地区坡地(垫面)、集雨区(微流域)两个层次上的定位观测,初步探明水平衡状况为:水资源呈季节性配置,有季节性富余(8～19旬311.3mm)与季节性亏缺(23～27旬134.7mm)。但雨水总量丰沛,可维持生态系统各个尺度上的水量平衡;可利用的集雨水量为最大灌溉水需求量的2.41倍。天降雨水大约只有76％产生派生资源参与系统水分循环,其余部分主要以径流形式溢泄入下游水域。这一过程使该地区每年流失或向洞庭湖水域输送水131×10~8m~3、泥沙16.4×10~4m~3、养分(N、P、K)0.89×10~4t。影响水平衡的主要因子是:集雨的有限性和局限性,与坡地生态系统的构建。因此,本地区水平衡生态建设要注重集雨水利建设,强化雨水人为资源化过程。坡地构建农林复合生态系统,合理地设计雨水自然资源化比重。     

稻谷替代玉米饲喂肉鸭对资源和环境的影响

选用 3 60只番鸭 ,随机分成 4组 ,分别饲喂玉米、稻谷替代玉米和添加二种不同预混料的日粮 ,四个试验组( 1、2、3和 4组 )的饲料组成分别是 :基础日粮 + 65 %玉米 +预混料Ⅰ ;基础日粮 + 2 6%玉米 + 3 9%稻谷 +预混料Ⅰ ;基础日粮 + 2 6%玉米 + 3 9%稻谷 +预混料Ⅱ与基础日粮 + 65 %稻谷 +预混料Ⅱ。研究饲料的各种营养成分对番鸭生长性能、消化代谢的影响及其排泄物对环境的影响。结果表明 :稻谷部分或全部替代玉米 ,同时添加自配预混料(Ⅱ ) ,对肉鸭生长速度、饲料报酬没有明显 (P >0 .0 5 )的影响 ;但能显著提高营养物质的消化率 ,可提高蛋白质的吸收率 13 .0 9%和 17.14 % ,必需氨基酸的消化率提高 3 .82 % ( 3组与 2组比 ) ;磷的存留率分别提高 15 80 .4 7%(P <0 .0 1)与 3 647.4 6% (P <0 .0 1) ;分别提高钙存留 3 2 8.81% (P <0 .0 1)与 5 0 7.61% (P <0 .0 1) ;减少粪便排泄物量 2 .2 6%与 7.69% ;显著降低有害物对环境的影响 ,使空气中的有害气体硫化氢与氨气分别降低 16.81%与 4 3 .4 9%( 3组与 2组比 )。有利于当地饲料资源的利用及对生态环境的保护。在完全用稻谷代替玉米的情况下肉鸭仍可获得良好的生长效果     

长江中游稻田土壤有机碳计算机模拟

分别用作者建立的土壤有机碳计算机模拟模型 (简称SCNC模型 )和英国洛桑模型 (ROTHC 2 6 .3)对长江中游 (湖南桃江和南县 )稻田土壤有机碳变化进行了模拟比较研究。结果表明 ,用SCNC模型模拟平衡时土壤有机碳含量与实际监测值较接近 ,相差分别为 0 .1和 0 .4 5t/hm2 ,误差分别为 0 .2 4 %和 0 .98% ;对稻田土壤有机碳变化的模拟 ,SCNC模型的拟合结果较好 ,利用相对标准误差法计算的误差为 4 .84 %～ 11.0 9% ,其中 6个处理有 5个处理的误差小于 10 %。对模拟结果进行误差概率统计 ,<± 5的占 5 2 .8% ,<± 10的占 81.9%。而洛桑模型不适合长江中游稻田土壤有机碳的模拟 ,按实际投入有机碳模拟平衡时土壤有机碳含量与实际监测值相比 ,分别低 11.4 1和13.32t/hm2 ,误差分别为 2 7.12 %和 2 9.0 1%。同时 ,对模型模拟结果的评价方法也进行了比较研究     

水稻土细菌硝化作用基因（amoA和hao）多样性组成与长期稻草还田的关系研究

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位试验的土壤样品为对象,采用PCR扩增、克隆文库构建以及序列测定等分子生物学技术分析稻草还田对亚硝化功能基因amoA和hao多样性的影响.结果表明,水稻土稻草还田处理(氮磷钾+水稻秸秆,SR)降低了amoA和hao基因的多样性,其Shannon指数分别为3.7和3.2;而氮磷钾处理(CK)的Shannon指数达到4.0和3.7.LIBSHUFF分析比较CK和SR处理克隆文库的差异,结果显示amoA和hao基因处理间群落结构p值分别为0.002和0.001,均达到极显著水平.序列分析结果表明,对于amoA基因,只检测到与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)相似的以及与未知的amoA基因相似的基因,并且与Nitrosospira相似的只出现在SR处理中,相似率达96%以上,而与未知的amoA基因相距最近的已知菌属也是Nitrosospira;获得的hao基因则分布于变形菌门(Proteobacteria)中的3个纲(α、β、γ),其中CK处理获得的hao基因主要与Silicibacter、甲基球菌属(Methylococcus)相似,SR处理获得的基因主要与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)亲缘关系较近.系统发育树分析显示亚硝化基因(amoA、hao)在这2个处理中可被分为4个基因簇(Cluster),稻草还田使亚硝化细菌群落发生了明显的分异,出现了基因聚类现象,并且在amoA基因树图中出现了只由SR处理构成的分支(ClusterⅣ).总体来说,长期稻草还田降低了亚硝化基因amoA和hao的多样性,明显改变了亚硝化细菌群落结构.     

丰水期洪湖水质空间变异特征及驱动力分析

通过对丰水期不同程度富营养化的洪湖全湖139个监测点位的高密度采样分析,采用GIS空间插值技术得到洪湖水体中各污染因子、水生植物生物量和水质类别的空间分布特征图.结果表明,丰水期TN、TP、NH+4-N、高锰酸盐指数的质量浓度总体上呈现出自南向北逐步增高的变化趋势:北部河流入湖区围网养殖区开阔水体保护区南部长江入湖区;水质参数的贡献率依次为TNTP高锰酸盐指数NH+4-NDO.受工农业废水、生活污水、饵料投放、水生植物、水体交换等因素的影响,TN在丰水期超过目标水质59%,TP超标35.2%,高锰酸盐指数超标13.7%,NH+4-N超标4.3%,综合水质超标66.2%.在季风等环境因子的影响下水体中的DO达到水质目标.通过水质空间变异性分析,能直观反映人类活动、土地利用类型和环境因子之间相互作用对洪湖水环境产生的巨大影响.为了使洪湖水环境更有利于人们的生产和生活,应大力控制北部区域工农业废水和生活污水的排放,控制养殖面积,逐步恢复洪湖水体自净能力,实现洪湖水环境生态的可持续发展.     

稻油不同轮作模式对农田甲烷和氧化亚氮排放的影响

以南方稻区不同轮作模式为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究水稻-油菜轮作处理的甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放特征,并估算稻田增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,双季稻田、一季中（晚）稻田、油菜地和休闲地CH₄平均排放量分别为135.25,55.64、5.05和1.89 kg ·hm^-2,稻季CH₄排放占不同轮作周年CH₄排放的91.8%~98.5%,稻田土壤水溶性有机碳与CH₄排放呈显著正相关,常规晚稻稻田CH₄排放比杂交晚稻高18.7%（P<0.05）;双季稻田、一季中（晚）稻田、油菜地和休闲地N₂O平均排放量分别为0.94、0.64、1.38和0.24 kg ·hm^-2,油菜地的N₂O排放占周年排放的57.2%~70.2%,双季稻和一季稻处理的冬闲农田N₂O排放占周年排放的17.8%和30.6%,杂交稻和常规稻稻田N₂O排放无显著性差异;双季稻-冬闲和双季稻-油菜的GWP处理高于稻-油和稻-冬闲处理,稻季排放CH₄的GWP占轮作周年GWP排放的71.2%~90.9%;GHGI以稻-稻-油菜最高,稻-油和稻-冬闲处理较低,综合环境效益和经济效益,建议南方稻区选择杂交晚稻-油菜的种植模式,有利于南方多熟制稻田的温室气体减排.