模拟酸雨对不同pH值土壤农田系统暗呼吸的影响

为研究酸雨对不同pH值土壤农田系统呼吸的影响,选择酸性(pH 5.48)、中性(pH 6.70)、碱性(pH 8.18)水稻土,以冬小麦为实验对象在2005~2007年期间进行了盆栽实验.种植期间利用雨水T1(pH 6.0)、T2(离子浓度为T1的2倍,pH 6.0)、T3(离子浓度为T1的2倍,pH 4.4)进行喷淋,并采用静态暗箱-气相色谱技术测定农田系统暗呼吸速率.结果表明,酸雨通过影响农作物的呼吸过程而对农田系统暗呼吸产生影响,且农田系统可适应酸雨污染.2005~2006年,酸雨提高了碱性土壤(S3)农田系统平均暗呼吸速率,S3T3分别比S3T1、S3T2高23.6%2、7.6%(p<0.05),但对酸性土壤(S1)和中性土壤(S2)农田系统平均暗呼吸速率无显著影响(p>0.05).在3~4月,雨水离子浓度升高可促进酸性土壤农田系统暗呼吸,雨水pH值降低可抑制酸性土壤农田系统暗呼吸.结果证实,在酸雨对农田系统暗呼吸影响过程中,土壤酸碱性、农作物发挥了重要作用.     

基于重金属污染的耕地生态承载力改进模型研究

将耕地重金属污染引入耕地生态足迹研究中,对传统耕地生态承载力模型进行了改进,并以江苏省为例进行实证研究.结果表明,运用改进的生态承载力模型计算所得2005年江苏省人均耕地生态承载力为0.127 hm2,比传统模型计算结果0.134 hm2小;人均耕地生态赤字为0.067 hm2,比传统模型计算结果0.060 hm2大;耕地生态可持续指数为0.39,比传统模型计算结果0.41小,但2种模型计算方式下耕地利用均属于弱不可持续状态.与传统模型计算结果相比,改进模型所得结果能够反映江苏省耕地利用的实际情况,以及重金属污染对江苏耕地可持续利用所产生的负面影响.     

农垦对草甸草原生态系统温室气体(CH4和N2O)的影响

2012~2013年在呼伦贝尔谢尔塔拉牧场对天然草甸草地和草地开垦农田后,不同农作物种植和管理措施下甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放进行了野外实地观测.结果表明,天然草甸草地和农田均为大气CH4的吸收汇、N2O的排放源.在生长季,天然草甸草地开垦增强了土壤的N2O排放量,但是对土壤CH4通量的影响却存在较大的不确定性.在相同的气象条件下,作物类型对生长季农田CH4和N2O排放通量都没有影响.在生长季,灌溉对干旱农田的CH4平均吸收通量没有显著影响,但降低了干旱农田N2O的平均排放通量.2012年和2013年农田CH4和N2O的差异主要是因为降雨量不同导致的年际差异.回归分析表明,N2O排放通量与土壤湿度呈线性相关,与土壤温度没有相关性,CH4的吸收通量与土壤温度呈线性相关,与土壤湿度呈线性负相关.土壤湿度是影响土壤CH4吸收和N2O排放的主要因素.     

增温对农田土壤碳氮循环关键过程的影响

为研究模拟增温对农田土壤碳氮循环关键过程的影响,设置了包含增温和对照两个处理的随机区组试验.采用气压过程分离技术(BaPS)测定土壤CO2产生速率、硝化速率、反硝化速率,并测定了根生物量、水溶性有机碳(DOC)、亚硝酸根、硫酸根、硝酸根等指标.结果表明,在冬小麦-大豆轮作生长季,增温和对照处理的平均土壤CO2产生速率分别为(149.7±19.6)和(114.5±11.6) μg/(kg·h),增温和对照处理的平均土壤硝化速率分别为(563.6±119.56),(399.9±98.2)μg/(kg·h),增温和对照处理的平均土壤反硝化速率分别为(319.7±94.6), (216.2±44.7) μg/(kg·h).研究表明,无论是在冬小麦生长季还是在大豆生长季, 模拟增温均促进了土壤CO2产生速率,增温对大豆田土壤CO2产生速率的促进作用高于冬小麦田,并且这种促进作用主要体现在作物生长后期.模拟增温显著促进了冬小麦–大豆田的土壤硝化、反硝化速率,夏季增温对土壤硝化、反硝化速率的促进作用最明显.模拟增温对土壤中根生物量、DOC、亚硝酸根、硫酸根、硝酸根含量无显著影响.     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对CH4吸收的影响

于2008~2010年,根据邻近样地采样原则,选择位于内蒙古农牧交错带的天然草地和不同开垦时间的农田作为研究样地(G-草地; C5-开垦5a的农田;C10-开垦10a的农田;和C50-开垦50a的农田),利用静态箱法通过3a的野外试验,研究土地利用类型变化对CH4吸收的影响.结果表明:天然草地转变为农田后,不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收存在显著差异2008年(FCH4=273.7, P<0.001), 2009年(FCH4=264.8, P<0.001)和2010年(FCH4=362.4, P<0.001).草地转变为农田促进CH4吸收,2008, 2009 和2010年生长季的生长季(4~10月),草地CH4吸收量最低分别为141.4,210.0,236.0mg/m2.2008~2010年农田土壤CH4累积吸收量与草地土壤相比增加20%~280%.农田开垦年限影响CH4吸收,随着农田开垦年限的增加从开垦5~50a,CH4累积吸收量降低.相关分析表明,不同土壤CH4吸收与土壤水分含量和NH4+-N 含量呈负相关关系(R2=0.7380, P<0.01).草地转变为农田后,土壤水分含量和NH4+-N 含量驱动不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收差异.     

基于Meta分析的煤矿区植被恢复对土壤有机碳储量的影响

煤矿开采是全世界应对不断增加的能源需求的主要手段.但随着煤矿开采,区域生态系统遭到不同程度的破坏,导致“碳汇”能力下降.植被恢复是矿区退化的生态系统和固碳功能恢复的基础.然而,目前尚未对全球范围内煤矿区植被恢复对土壤有机碳（SOC）的影响进行系统研究,因此无法准确预测全球SOC库对植被恢复的响应.通过搜集同行评议的112篇文章中植被恢复的土壤理化性质,以评估煤矿区植被恢复类型、土壤深度、恢复年份、年均温、年降水量和海拔等对SOC的影响,并明确相关的关键驱动因素.结果表明,受损煤矿区通过植被恢复能够显著改善土壤的理化性质,植被恢复后土壤相较于未恢复或自然恢复SOC储量提升了39.02%.当不考虑环境因素时,利于SOC储量积累的植被恢复类型为：农田>林地>草地>灌木林.4种类型的植被恢复对表层（0~20 cm）SOC储量均得到显著增加,草地和灌木能显著增加深层（>40 cm）的SOC储量,而林地和农田类型下深层的SOC储量与未恢复或自然恢复后的SOC储量无显著差异.植被恢复后SOC储量的增加趋势会随着土壤深度的增加而降低.具体的植被恢复策略应根据气候条件选择合适的植被类型.受损煤矿区在年均温<0℃和年均降水<500 mm的环境下,固碳效应较高的植被恢复类型为草地和灌木林,而在年均温>15℃和年降水量>800 mm的环境下,林地和农田恢复类型能够更好地增加SOC储量.TN、BD、AN和AK是影响土壤固碳能力的主要因素.研究可为量化受损煤矿区不同植被恢复措施的固碳效果和退化生态系统的恢复与重建提供理论参考.     

中国畜禽粪便产生量估算及环境效应

通过对畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄参数的确定,估算了我国畜禽养殖业粪便产生量并对由此产生的环境效应进行了评价.结果表明,2003年我国畜禽养殖业共产生31.90亿t粪便,是当年工业产生固体废物的3.2倍;畜禽粪便及其中的氮、磷纯养分平均耕地负荷分别为24t/hm2,N107kg/hm2和P29kg/hm2.部分地区的畜禽养殖业已经对当地环境构成了污染.     

湖北省畜禽养殖污染现状及总量控制

通过畜禽产排污系数以及2011年湖北省的统计数据,估算出湖北省2011年畜禽养殖业畜禽粪便总量及COD、氮、磷的产生量,分析了污染物对环境污染的情况,并对湖北省畜禽养殖的环境容量和污染风险进行了初步评估。结果表明,2011年湖北省畜禽的粪便总量为8 479.8万t,主要分布在襄阳市、黄冈市、孝感市。全省粪便耕地负荷为16.2 t/hm~2/a,警报值为0.54,分级级数为II,对环境构成污染的威胁为"稍有"。全省氮、磷的耕地负荷分别为157.9 kg/hm~2/a、24.5 kg/hm~2/a,其中,鄂州市、黄冈市均超过欧盟限量标准(氮170 kg/hm~2/a、磷35 kg/hm~2/a)。2011年湖北省的实际养殖总量分别为7 868.5万头猪当量(N)、9 725.3万头猪当量(P),都超过畜禽50%环境容量(为4 599.4万头猪当量(N),7 161.1万头猪当量(P)。除了荆州市外,其他大部分地区的实际养殖数量都超过50%环境容量,这些地区应该严格控制畜禽的养殖数量并同时做好污染物消减措施。     

Domestic dynamics of crop production in response to international food trade: evidence from soybean imports in China

ABSTRACT

International food trade plays an important role in food security, but little research has been devoted to studying crop dynamics in importing countries caused by trade. We studied the spatiotemporal patterns of soybean planting area in China (the largest soybean importing country) in response to soybean imports. The results show how the soybean planting area from 1980 to 2012 in China is dominated by two temporal patterns, both of which first increased, then decreased, with an 8-year time lag. The first increasing-decreasing pattern is affected by increasing soybean imports, and the second increasing-decreasing pattern is driven by decreasing domestic soybean profits. The results also show spatially distinct spatial patterns: soybean planting area decreased in southeastern China while it increased in northwestern China. Our analysis of soybean planting area helps China and other food-importing countries understand spatiotemporal responses of domestic agricultural cultivations caused by international food trade and agricultural pollution management.     

Land‐use trade‐offs between tree biodiversity and crop production in the Atlantic Forest

Trade‐offs in ecosystem services (ES) have received increasing attention because provisioning services often come at the expense of biodiversity loss. When land‐use patterns are not maximally efficient relative to productivity, provisioning services, such as crop production, can often be increased without losing biodiversity. The Atlantic Forest (AF) encompasses dense, mixed, and seasonal forests and has high levels of endemism and anthropogenic threat. We examined trade‐offs between biodiversity and crop production in the AF to provide insights into land‐use management decisions. We developed a biodiversity metric that combines information on tree species richness, evolutionary distinctiveness, and rarity at the local level. We examined the extent to which the nature of ES trade‐offs differ among the 3 forest types. We assessed how annual deforestation rates and land management practices affect biodiversity and agricultural revenues. Finally, we tested whether it is possible to achieve the same total regional revenue without reducing biodiversity by improving local management practices. The 3 forest types had similar patterns in ES trade‐offs, although within mixed forest patterns differed. Biodiversity appeared to be more sensitive to land‐use change than crop revenues. Certain crops yielded up to 10 times higher values in some sites. Enhanced crop productivity may increase revenues without reducing biodiversity. Our results showed that to enhance human well‐being without further conversion of AF, maximizing crop productivity is needed . Increasing efficiency of management outcomes by maintaining higher biodiversity and increasing provisioning services depends on knowledge of forest type, the comparative advantage of planting crops in the best places, and preserving species in a balanced manner across forests.