Impact analysis of drought, water excess and salinity on grass production in The Netherlands using historical and future climate data

The coupled SWAP-WOFOST model was used to study the effects of increasing salinity of groundwater, drought and water excess on grass production in The Netherlands. WOFOST simulates crop growth and SWAP simulates transport of water, solutes and heat in the vadose zone. The model was tested using several datasets from field experiments. We applied the models at regional scale where we quantified the impact of various groundwater salinity levels on grass growth and production using historical weather data (1971-2000). The salt concentrations in the subsoil were derived from the National Hydrological Instrument. The results show that salinity effects on grass production are limited. In wet years the excess rainfall will infiltrate the soil and reduce salt water seepage. In a next step we used future weather data for the year 2050, derived from 3 Global Circulation Models. From each model we used data from two CO₂ emission scenarios. As expected higher temperatures increased drought stress, however, the production reduction as a result of salt water in the root zone is limited. Salt stress mainly occurred when irrigation was applied with saline water. The increased CO₂ concentration in combination with the limited drought stress resulted in increasing simulated actual and potential yields. Overall conclusion for grassland in The Netherlands: drought stress is stronger than stress caused by water excess which on its turn is stronger than salinity stress. Future water demand for irrigation may increase by 11-19% and result in water scarcity if water supply is insufficient.     

UV-B增强对稻田呼吸速率、CH4和N2O排放的影响

于水稻生长季进行室外盆栽试验,人工模拟UV-B辐射增强20%,采用静态箱-气相色谱法测定稻田生态系统的呼吸速率、CH4和N2O排放通量,研究UV-B辐射增强对稻田生态系统呼吸速率、CH4和N2O排放通量的影响.结果表明,UV-B辐射增强没有改变稻田呼吸速率、CH4和N2O排放通量的季节变化规律;与对照相比,平均呼吸速率...     

南方红壤丘陵区粮食生产的完全成本 ——以湖南省祁阳县为例

针对目前我国农业生产中的资源环境问题,指出粮食生产成本核算的不完整性,粮食生产造成的资源耗减和环境降级得不到补偿。运用环境经济学原理和可持续发展理论对粮食生产的完全成本进行分析,提出粮食生产的完全成本除包括直接生产成本外,还应包括粮食生产的资源环境成本。论文以南方红壤丘陵区的湖南省祁阳县为研究对象进行案例分析,研究表明,2008年该区域粮食生产的资源环境成本相当于当年农业总产值的36.55%;早、中、晚稻的完全成本分别达到4.27、3.84和4.40元·kg^-1,其中资源环境成本分别为1.38、 1.65和1.64元·kg^-1,直接生产成本分别为2.89、 2.19和2.76元·kg^-1,而实际市场价格分别仅有1.76、 1.90和1.84元·kg^-1。研究结果对有关部门制定相关农业政策、调整粮食生产布局、促进区域粮食生产和可持续发展具有一定的参考价值。     

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

太原晋祠地区果园土壤呼吸的年际变化及其温度敏感性

太原晋祠地区曾经是著名的稻米之乡,随着晋祠泉的断流,区内土地利用从之前的以水稻田为主转变为以玉米和果园为主.因此,研究土地利用变化后土壤呼吸对于准确估算区域碳循环具有一定意义.基于此目的,本研究以原来为稻田、现为果园利用方式的样地为对象,对其土壤呼吸进行了7 a(2006~2012年)、每月1~3次的定位观测,分析了土壤呼吸的年际、季节变化及其与环境因子年际、季节变化的关系.结果表明,土壤呼吸与土壤温度的季节变化与天数的关系可以用3参数高斯方程模型进行拟合.土壤呼吸的季节变化与土壤温度的季节变化关系为极显著的指数关系,但其与土壤水分季节变化的关系不显著.土壤呼吸速率年平均值为(5.32±3.31)μmol·(m~2·s)-1;碳通量年平均值为1 690.2 g·m-2,在1 294.0~2 006.0g·m~(-2)之间变化,年际均值差异不显著.土壤呼吸的温度敏感性指数(Q_(10))值的年际变化以5、10和15 cm温度测定深度计算分别在1.54~2.20、1.68~2.48和1.82~2.46之间;土壤温度10℃对应的土壤呼吸(R_(10))值的年际变化在2.37~2.81、2.43~3.13和2.59~3.47μmol·(m~2·s)-1之间;Q_(10)和R10值均随土壤温度测定深度增加而增加.Q_(10)的年际变化与10 cm深度的土壤温度(T_(10))的年际变化关系极显著(P=0.016),与其它因子的关系不显著;在拟合方程中增加土壤水分因子不能提高对Q_(10)年际变化的预测精度,说明在本样地水分对Q_(10)的影响较小.R10值的年际变化与环境因子的年际变化关系不显著.与土壤呼吸与土壤温度的单因素模型相比,土壤温度和土壤水分的双变量指数模型可以提高预测土壤呼吸季节变化的准确性.研究结果可以为本地区及同类地区的土壤呼吸估算提供一定参考.     

Community structure and elevational diversity patterns of soil Acidobacteria

Acidobacteria is one of the most dominant and abundant phyla in soil,and was believed to have a wide range of metabolic and genetic functions. Relatively little is known about its community structure and elevational diversity patterns. We selected four elevation gradients from 1000 to 2800 m with typical vegetation types of the northern slope of Shennongjia Mountain in central China. The vegetation types were evergreen broadleaved forest,deciduous broadleaved forest,coniferous forest and sub-alpine shrubs. We analyzed the soil acidobacterial community composition,elevational patterns and the relationship between Acidobacteria subdivisions and soil enzyme activities by using the 16 S rRNA meta-sequencing technique and multivariate statistical analysis. The result found that 19 known subdivisions as well as an unclassified phylotype were presented in these forest sites,and Subdivision 6 has the highest number of detectable operational taxonomic units(OTUs). A significant single peak distribution pattern(P 0.05) between the OTU number and the elevation was observed. The Jaccard and Bray–Curtis index analysis showed that the soil Acidobacteria compositional similarity significantly decreased(P 0.01) with the increase in elevation distance. Mantel test analysis showed the most of the soil Acidobacteria subdivisions had the significant relationship(P 0.01) with different soil enzymes. Therefore,soil Acidobacteria may be involved in different ecosystem functions in global elemental cycles. Partial Mantel tests and CCA analysis showed that soil pH,soil temperature and plant diversity may be the key factors in shaping the soil Acidobacterial community structure.     

汞分析仪直接测定土壤中总汞的方法研究

建立了利用RP91C-RA915M汞分析仪直接测定土壤中总汞的方法。该方法直接固体进样,省去了常规方法加酸消解、赶酸、定容等繁琐的前处理步骤;利用标准土壤绘制工作曲线,无需反复稀释标准储备液配制标准溶液,测定了方法检出限、精密度及准确度。结果表明此方法准确、可靠,是一个比较理想的分析方法。本方法的检出限为0.25μg/kg,相对标准偏差为1.98%~4.92%,标准样品测定准确,加标回收率为92.8%~106%。     

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分.结果表明,根呼吸占土壤呼吸的比例在13%~52%之间,平均为(24±3)%;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48%~87%之间,平均为(76±3)%.土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定.根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系(R2=0.661,P=0.20),与0~10、10~20、20~30和30~40 cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系(P<0.000 1).根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系(R2=0.848,P=0.01),根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系(R2=0.818,P=0.01).     

不同生态系统土壤生化特征及其与土壤呼吸和N2O排放的关系

通过室内培养实验,研究了不同生态系统土壤生化特征及其对土壤呼吸和N2O排放的影响.结果表明,不同生态系统土壤的生化特征不同,土壤呼吸和N2O排放也不相同.一般果园细菌数量最多,草地放线菌数量最多,林地真菌数量最多,而竹园细菌放线菌数量最少,果园真菌最少;微生物碳氮含量一般果园>林地>农田.相关分析表明细菌数量与微生物碳氮呈显著正相关,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),而真菌数量仅与全氮含量呈显著正相关(P<0.05).土壤呼吸累积排放量从高到低为果园>竹林>农田>林地>草地.N2O累积排放量为农田>果园>草地>林地>竹林.土壤呼吸与细菌、微生物碳氮呈显著正相关(P<0.05);土壤的N2O排放与三大微生物、铵态氮呈显著正相关(P<0.05).逐步回归分析表明土壤呼吸主要取决于土壤细菌数量和pH的变化;土壤N2O排放主要取决于土壤细菌数量和铵态氮含量的变化.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.