Runoff and sediment losses from 27 upland catchments in Southeast Asia: Impact of rapid land use changes and conservation practices

Rapid changes in upland farming systems in Southeast Asia generated predominantly by increased population pressure and ‘market forces’ have resulted in widespread land degradation that has been well documented at the plot scale. Yet, the links between agricultural activities in the uplands and downstream off-site effects remain largely unknown because of the difficulties in transferring results from plots to a larger scale. Many authors have thus pointed out the need for long-term catchment studies. The objective of this paper is to summarize the results obtained by the Management of Soil Erosion Consortium (MSEC) over the last 5 years from 27 catchments in five countries (Indonesia, Laos, Philippines, Thailand, and Vietnam). The purpose of the study was to assess the impacts of cultivation practices on annual runoff and erosion rates. Initial surveys in each catchment included topography, soils and land use. Monitoring included climatic, hydrologic and erosion (total sediment yield including bed load and suspended sediment load) data, land use and crop yields, and farmers’ income. In addition, new land management options were introduced through consultations with farmers and evaluated in terms of runoff and erosion. These included tree plantations, fruit trees, improved fallow with legumes, maize intercropped with legumes, planted fodder, native grass strips and agro-ecological practices (direct sowing and mulch-based conservation agriculture). Regressions analyses showed that runoff during the rainy season, and normalized runoff flow coefficient based on erosive rainfall during the rainy season (rainfall with intensity exceeding 25 mm h⁻¹) increase with the percentage of the catchment covered by maize. Both variables decrease with increasing soil depth, standard deviation of catchment slope (that reflects terrain roughness), and the percentages of the catchment covered by fallow (regular and improved), tree plantations and planted fodder. The best predictors of sediment yield were the surface percentages of maize, Job's tears, cassava and footpaths. The main conclusions generated from this study were: (i) soil erosion is predominantly influenced by land use rather than environmental characteristics not only at the plot scale but also at the catchment scale; (ii) slash-and-burn shifting cultivation with sufficiently long rotations (1 year of cultivation, 8 years of fallow) is too often unjustly blamed for degradation; (iii) in its place, continuous cropping of maize and cassava promotes high rates of soil erosion at the catchment scale; (iv) conservation technologies are efficient in reducing runoff and total sediment yield at the catchment scale; (v) the adoption of improved soil management technologies by upland farmers is not a function of the degree of intensification of their farming system and/or of their incomes. The results suggest that if expansion of maize and cassava into already degraded upland systems were to occur due to increased demand for biofuels, there is a risk of higher runoff and sediment generation. A failure to adopt appropriate land use management strategies will result in further rapid resource degradation with negative impacts to downstream communities.     

结合态氚在作物生态系统中的形成动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态过程,并探讨了结合态氚形成的机理.结果表明,土壤(或水)中的氚水通过作物根系吸收进入作物体内,并在作物各部位形成结合态氚;作物体中结合态氚的比活度随时间呈增加趋势;作物籽粒中的结合态氚的比活度约为2～3Bq/g,玉米籽和稻谷中结合态氚的比活度高于其余部位,而大豆籽则与其他部位相当.对3种作物中结合态氚比活度的变化动态进行指数回归分析得:玉米、大豆和水稻中的比活度分别为C_m(t)=1.14(1-e^-0.0509t)、C_s(t)=1.65(^1-e-0.0595t)和C_r>(t)=1.29(^1-e-0.1027t),经方差分析表明,各拟合方程较好地反映了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态.     

浙北水稻主产区田间土-水磷素流失潜能

选取嘉善、余姚、德清、余杭 4个具有代表性浙北水稻主产区 ,研究了水田土 水磷素流失潜能及环境意义 .4稻区高水平磷肥投入促进了土壤富磷化 ,土壤Olsen-P积累的同时 ,相应地提高了土壤生物性有效磷、水浸提磷 ,并提高了土壤磷素的流失潜能 .稻区土壤在富磷化过程中 ,存在着土壤磷素的农学意义向环境意义方向演变的趋势 .在非植稻期 ,稻区农田水体 ,包括沟渠水、田表水、排渠水、暗管排水等总磷 (TP)平均超过了易诱发水体富营养化临界值 ,其中溶解磷 (DRP)占总磷 40% ;主要是源于绿肥田表水及部分排渠中的溶解磷对稻区外水体构成了直接危害 .在非植稻期 ,因稻区间农耕措施的差异导致了土壤富磷水平与对应田表水磷素水平不具相关性 ;在植稻期 ,施磷措施促进水田土壤富磷 ,相应地提高了田表水磷素水平 .     

污染稻、麦籽实中Cd、Cu、Pb的分布及其存在形态初探

采用组织化学及溶剂提取法研究了污染水稻、小麦籽实中Cd、Cu、Pb的分布及存在形态．结果表明,3种金属元素在水稻、小麦籽实各形态结构中的浓度具有明显不均一性,胚中浓度显著高于胚乳,颖壳,皮层中浓度也较高;糙米、麦粒中的Cd、Cu、Pb在去离子水、0.1mol EDTA、1％醋酸、2.5％　NaCl、0.2％NaOH、70％乙醇中的溶出比例有显著差异;综合2项试验结果可以看出Cd、Cu、Pb在籽实中主要与谷物成分结合形成配合物,其优势形态是蛋白质结合态．     

种植杂交稻对甲烷排放的影响及评价

早、中、晚稻三季24h稻田甲烷监测结果表明,种植杂交稻没有明显增进福田甲烷排放的作用．甲烷释放总量在3个种植季节中,除连作晚稻的杂交稻田比常规稻田高11．6％外,早稻、单季稻杂交稻田分别低于常规稻田6．4％和8．9％．稻田甲烷每周日平均释放量在水稻生长前期（移栽后5～7周）杂交稻高于常规稻,孕穗至收获期杂交稻低于常规稻．温度对甲烷释放影响十分明显．在不同水稻种植季节,稻田甲烷释放模式各不相同．经测定,杂交稻田的土壤产甲烷细菌数量及土壤产甲烷潜力明显高于常规稻田,其中产甲烷细菌数可相差数倍至2个数量级．试验结果还表明,种植水稻明显增加了稻田甲烷排放量,与侵水稻田相比．植稻田甲烷排放量增加了41．4％．     

谷壳灰吸附水中汞的实验探讨

用谷壳灰吸附水中的汞离子的实验表明：静态吸附率随汞离子的初始浓度升高而降低，静态吸附容量随灰的粒径减小而增大，其动活性的105.3mg/g。     

Cd胁迫下杂交水稻对Cd的吸收及其动态变化

镉（Cd）是非必需的有毒元素,是农业环境和农产品的重要污染物,易被水稻吸收并在籽粒中积累。不同水稻品种拥有不同的独特基因,导致水稻籽粒吸收积累Cd的能力存在一定的差异。因此,开展不同水稻品种耐Cd特性及其不同生育期的吸收转运效率研究具有重要意义。本文采用水培试验,研究了两个水稻（Oryza sativa L.）品种：D83A/R527（低吸收累积Cd）和辐优838（高吸收累积Cd）在不同质量浓度Cd胁迫下籽粒Cd质量分数及不同生育时期水稻根、茎、叶内Cd的吸收积累量及其动态变化特点。结果表明,两种水稻品种在Cd胁迫下籽粒Cd积累量差异显著,辐优838在1.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下籽粒Cd质量分数就已超过国家食品卫生标准;在1.0~3.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下,D83A/R527籽粒内Cd质量分数仅为辐优838的50~60%。随着Cd处理浓度增加和生育时期推进,两种水稻各部位Cd吸收量均表现为逐渐增加,其增加幅度总体表现为：辐优838〉D83A/R527;不同部位中,根的积累效应最强,叶片吸收积累能力最低,辐优838茎、叶吸收积累效率分别是D83A/R527的1.5~2.0倍左右。在1.0~3.0mg·L^-1 Cd胁迫下,水稻Cd积累差异较为显著的时期为灌浆期,辐优838的根系向茎、叶的转移效率大于D83A/R527,且D83A/R527主要表现为由根系向茎Cd转移效率较高,叶片Cd积累相对较少。灌浆期是水稻籽粒干物质积累的重要时期,也是吸收累积Cd的重要时期,这为筛选低吸收积累水稻品种和调控Cd在水稻籽粒中的吸收累积奠定了重要理论基础。     

钒胁迫对水稻幼苗生理生化和富集特性的影响

水稻（Oryza.sativa L.）是我国最重要的粮食作物之一,水稻产量占粮食总产量的一半以上,一旦水稻受到重金属污染,将会影响水稻植株的正常生长和生理特性。目前关于钒胁迫对水稻植株生理特性指标的影响方面报道较少。通过水培实验,研究了不同钒（V）质量浓度（0、4、8、12、16、20 mg·L-1）对水稻幼苗（Oryza.sativa L）生理生化和富集特性的影响。结果表明：随着V胁迫浓度的增加,叶绿素含量、可溶性蛋白含量、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）等均呈现先上升、后下降的变化趋势。当ρ（V）≤12 mg·L-1,与对照相比较,叶绿素含量、可溶性蛋白含量和酶活性增大了135.3%、104.2%、77.8%（CAT）、84.5%（POD）和273.2%（SOD）;当ρ（V）〉12 mg·L-1,则分别降低37.2%、39.4%、41.1%、24.1%和24.5%。随着 V 胁迫浓度的增加,丙二醛（MDA）含量和细胞膜透性逐渐增大,与对照相比,分别增加了38.5%~289.3%、21.2%~303.2%,根系活力下降了10.9%~82.2%。可见,低ρ（V）（≤12 mg·L-1）对水稻幼苗的生长有一定的刺激作用,水稻幼苗自身保护酶表现出较强的自我调节能力;高ρ（V）（〉12 mg·L-1）明显抑制叶绿素和蛋白合成、抗氧化酶活性和根系活力,伤害了细胞质膜系统,影响水稻幼苗的生长发育。不同V浓度胁迫下,水稻幼苗累积的V含量为：根〉茎叶。随着V胁迫浓度增加,水稻幼苗各器官V含量增大,其中根部增幅远大于茎叶,当ρ（V）从5 mg·L-1增加到40 mg·L-1,与对照相比较,根部增加了0.98~25.3倍,茎叶部增加了0.26~4.74倍。生物富集系数（BF）先增加后降低,最大值为2.8408;迁移系数（TF）下降,最低值为0.1170,说明水稻对V有较强的富集能力,但迁移能力较低,积累的V主要富集在根部,可减轻V对地上部植物的危害。     

江苏省稻麦秸秆收集利用现状分析及对策

以江苏省稻麦秸秆收集为例,采用问卷调查与实地调研相结合的方法,调查了稻麦秸秆收集利用现状;结合当地稻麦收获期间的气象资料,分析了稻麦秸秆收集面临的困难。结果显示:(1)目前稻麦秸秆的主要利用方式是直接还田,供调研2个乡(镇)秸秆还田农户分别占调研户数的22.01%和28.75%;2个乡(镇)均有部分稻麦秸秆没有得到有效处理,乡(镇)B 50%以上的农户稻麦秸秆未被利用,被遗弃和焚烧的比例高达55%以上;(2)稻麦收获季节旬降水量为7.21~87.28 mm,旬降水时间为1.53~5.00 d,降水天气不仅影响稻麦的适时收获,更严重影响着秸秆的收集打捆、运输与贮存;(3)稻麦收获时间相对集中,大量秸秆短时间内产生,收种时间几乎完全重叠,可供秸秆收集的时间极短;(4)秸秆收集效益低,农户收集运输的收益约为60~90元·d-1,低于外出务工收入,难以吸引社会资本投入到秸秆收贮产业;(5)秸秆收集打捆装备缺乏,现有收集装备及技术亟需改进和完善,秸秆收集机械化水平低,直接影响到收集效率。因此,可收集时间短、受天气影响大、收集效益低、收集机械化水平低是当前阻碍稻麦秸秆收集的主要问题,应提升秸秆收集效益驱动力,加快稻麦收割打捆机研发,建立秸秆收集长效运行机制,以解决秸秆收集难题。     

禾草灵对水稻生长和典型土壤酶活性的影响

禾草灵是一种广泛使用的除草剂,在土壤中大量残留,对非靶标生物产生危害。为探究除草剂对环境生物的毒性作用,本研究模拟水稻自然生长的环境,评估禾草灵对水稻及土壤微生物的影响。研究结果表明,低浓度禾草灵(200 μg L^-1)处理4 d对土壤微生物量没有显著影响(P>0.05);8 d时,水稻生长没有明显变化,但土壤微生物量较对照组显著升高(P<0.05)。高浓度禾草灵(1 000 μg L^-1)处理4天后,土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著下降(P<0.05),下降幅度分别为8.9%,16.6%和10.2%;处理8 d后,水稻幼苗鲜重显著降低(P>0.05),叶绿素a和叶绿素b含量分别下降了13.5%和13.3%。本研究证实高浓度的禾草灵残留会对植物和土壤微生物产生不良的影响。