土壤系统熵

本文根据耗散结构理论提出表征土壤肥力的土壤系统熵的概念,其定义是土壤系统中单位物质转化过程中的势能耗损。对应Schrodinger的负熵理论,土壤系统熵越低,土壤肥力越高。土壤系统熵可分为两部分,一是表征土壤基础肥力的,命名为起始熵(S_0)。另一是表征土壤人工肥力的,指因化学氮素投入所引起系统状态的变化,称为熵变(S_1),土壤系统熵(S_E)是两部分之和:S_E=S_0 S_1是土壤生产力和系统转换效率的综合指标。土壤系统熵值有稳定性,可作为土壤分类的依据。因为熵值计算排除了空间条件和不同作物种类与其它偶然因素对评价土壤肥力的影响,因而可供比较应用。土壤系统熵既反映了系统的结构状态,也反映了输入能量的可用程度,因此是土壤做为一个耗散结构的基本性质指标,从而实现了土壤肥力评价中的生态效率和经济效益的结合,并且为系统论土壤学的研究对象提供了认识的基础。土壤系统熵和土壤信息量有同等意义,是对土壤系统进行最优化反馈控制的依据。文中列举了土壤系统熵的计算方法,并讨论了它的实际应用。     

河北省退化山场土壤系统熵研究

根据耗散结构理论，提出用土壤系统熵来表征退化山场土壤的退化程度，并对退化山场土壤及化肥培肥后的土壤系统熵值进行了计算。提出向退化山场土壤生态系统中引入负熵流是改良土壤，使退化山场土壤生态系统稳定有序的必要条件。     

生态系统熵量化的研究

熵是判断系统演化方向的重要依据,因此有必要对生态系统熵进行量化。在明确生态系统概念,总结热力学熵、统计熵与信息熵本质的基础上,对生态系统信息熵进行归一化,并引入分系统概念,从而推导出生态系统熵量化公式。     

稻田生态系统中镉污染及环境风险管理

稻田生态系统是一个由土壤-水稻构成的人工生态系统,该系统中的镉(Cd)由于受土壤淹水、频繁农业活动及被水稻富集等影响,在土壤-水稻系统中具有很强的迁移转化特性,对人体健康具有高度危害性。围绕稻田系统中Cd的主要来源、生物和地球化学特性、Cd在稻田系统中的迁移转化特性及其影响因素(如土壤pH、稻田氧化-还原反应、土壤有机质、土壤质地及共存离子等)和稻田Cd污染综合防治措施等进行论述,并从源头控制、过程阻断及末端治理工程管理等层次对稻田Cd污染的综合防治研究进行了展望,以期为我国水稻Cd污染防治提供参考。     

不同耕作措施下双季稻田生态系统碳循环及其生态服务价值

耕作方式对稻田碳循环有着较大的影响.采用田间试验方法,研究了秸秆还田条件下,不同耕作措施双季稻田碳循环及其生态服务价值,为稻田生态服务价值计算及土壤固碳潜力评价提供依据.试验于湖南省宁乡县进行,通过静态箱法测定翻耕秸秆还田(CT)、旋耕秸秆还田(RT)、免耕秸秆还田(NT)稻田CH_4及CO_2排放,根据美国橡树岭国家生态实验室得出的碳折算系数计算各项农资投入的碳释放.结果表明:(1)机械操作造成的碳排放为CT>RT>NT,免耕分别比翻耕和旋耕碳减排61.69、35.70 kg C·hm~(-2);(2)含碳农资碳减排对于稻}H碳减排具有较大作用,其中减少含碳农资投入对于免耕碳减排作用最大;(3)免耕促进了稻田土壤碳固定,稻田生态系统总体碳固定为NT>CT>RT;(4)采用免耕、减少含碳农资投入有利于固碳及增加稻出生态系统服务价值.本研究得出免耕秸秆还田有利于减少碳排放及增加稻田生态系统生态服务价值,建议长江中下游双季稻区采用以免耕秸秆还田为主的保护性耕作.     

洞庭湖区稻麻土壤生态系统养分平衡状况的研究

通过对沅江洞庭湖区稻田、麻园土壤生态系统的轮作制度、施肥情况、作物产量及秸杆还田的调查分析,研究了湖区不同土壤生态系统的养分平衡状况,结果表明:湖区稻田土壤生态系统的氮素、磷素输入输出基本平衡,钾素严重亏缺,麻园土壤生态系统氮索盈余,磷素、钾素基本平衡,因有机质矿化作用较强,土壤有机质和全氮含量比稻田土壤偏低,而碱解氮和有效磷、钾养分高于稻田稻田土壤。同时,稻田、麻田土壤大量施用氮、磷肥,也影响到钾素及微量元素锌的平衡和有效性。     

添加石灰和秸秆对土有机碳固持的影响

【目的】研究作物秸秆与石灰配施对土壤CO_2排放、土壤有机碳(SOC)固持、土壤无机碳(SIC)转化的影响机制,以及SOC固持对初始SOC含量的响应。【方法】采用室内恒温培养试验及稳定同位素技术(13C),选用经16年不同碳氮水平管理,且长期进行冬小麦-夏休闲种植的2个供试土壤样品:S_0N_0土壤(不进行秸秆还田+不施用氮肥)和S_1N_1土壤(高量秸秆还田+高量施用氮肥:240 kg·hm-2),将S_0N_0土壤和S_1N_1土壤分别在添加秸秆(12g·kg~(-1))或不添加秸秆以及添加石灰(3 g·kg~(-1))或不添加石灰的情况下于25℃黑暗条件中培养120 d。【结果】未添加秸秆和石灰时,S_1N_1土壤的CO_2累积释放量比S_0N_0土壤高出42.9%;添加等量秸秆不仅提高了S_0N_0土壤和S_1N_1土壤的CO_2累积释放量(81.6%,70.4%),而且S_0N_0土壤CO_2累积释放量的增加幅度高于S_1N_1土壤,这说明秸秆的添加对初始SOC含量低的土壤即S_0N_0土壤的原SOC矿化影响更大。但是无论添加秸秆与否,石灰的加入使S_0N_0土壤和S_1N_1土壤的CO_2累积释放量分别降低了428.11和528.52 mg·kg~(-1)。与空白土壤相比,添加秸秆使S_0N_0土壤和S_1N_1土壤的SOC含量分别提高了2.95和3.19 g·kg~(-1);但是与单独添加秸秆相比,同时添加秸秆和石灰使S_1N_1土壤的SOC显著降低了1.36 g·kg~(-1),而对S_0N_0土壤的SOC含量没有影响。利用13C稳定同位素技术发现,添加秸秆能促使新形成SOC;其中,S_0N_0土壤中新形成的SOC含量比S_1N_1土壤高出0.77 g·kg~(-1);然而与单独添加秸秆相比,同时添加石灰和秸秆后新形成的SOC与其相差无几,说明石灰的加入对秸秆的腐解不会造成影响。在S_0N_0土壤和S_1N_1土壤中,添加秸秆使SOC净固持量分别提高了3 066.3和2 480.53 mg·kg~(-1);同时添加石灰和秸秆对S_0N_0土壤的SOC净固持量无显著影响,但是S_1N_1土壤的SOC净固持量则呈现下降的趋势。石灰的加入使S_0N_0土壤和S_1N_1土壤的CO_2释放量分别降低了469和529 mg·kg~(-1),同时使SIC含量分别提高了443和566 mg·kg~(-1)。【结论】初始SOC含量低的土壤具有更高的固碳潜力;添加钙源能够与土壤CO_2通过化学反应生成无机碳—碳酸钙的方式从另一个角度达到土壤固碳减排的目标。     

柑桔—粉虱—座壳孢菌系统的生态位和熵变值分析

应用生态位及熵变值分析了柑桔园系统内某些物种之间的关系.当果园引入霍香蓟等绿肥植物后,境内树冠和地表温度下降0.4—0.7℃和0.3—0.5℃,相对湿度则分别提高2％—4％和2％—3％;土壤速效氮、磷、钾提高5.37％,33.69％和118.59％;熵变值为-924.85×10~6cal/kg;粉虱座壳孢菌寄生率增加184.4％.果园系统生产力大为提高,害虫也得到了自然抑制.     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)是重要的温室气体,研究免耕稻田CO_2和CH_4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响.本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO_2和CH_4的排放规律和排放量,及其稻田碳(C)的收支状况.研究表明,施肥提高了CH_4排放,而不影响CO_2的排放;免耕显著影响稻田CH_4排放,而CO_2的排放不受耕作影响.对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的"汇".表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用.     

甘肃省几种耕地土壤钾的吸附研究

在实验室条件下,研究了甘肃省６种不同性质的耕地土壤对Ｋ＾＋的吸附与解吸。结果表明：Ｋ＾＋在这６种土壤中的吸附符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ,Ｔｅｍｋｉｎ吸附等温方程,并依据上述两式求出土壤对Ｋ＾＋的吸附自由焓变及吸附自由熵变,用于表征土壤吸附Ｋ＾＋的难易程度;由此得出６种土壤吸附钾的强弱顺序是粘化黑垆土〉潮土〉栗钙土〉淹育水稻土〉灌淤土〉暗灌漠土;从而得出相同Ｋ＾＋水平下,这６种土壤供给植物有效性Ｋ＾＋     

熵值计算及其在森林生物量分布中的应用

该文对熵的概念及熵值测度方法进行了研究,并对森林生态系统作为典型的耗散自组织系统、非平衡系统进行论述。以森林生物量分布为基础,利用熵差原理计算了华北土石山区森林生物量分布熵值,并分析了其值随林分生长及选取尺度增大的变化规律。结果表明,各标准地生物量分布熵值随着选取尺度的变大而变大;在2m×2m以及5m×5m的尺度上,人工林和天然林生物量分布熵值随林分生长有着不同的变化趋势,人工林生物量分布熵值有逐渐减小的趋势,而天然林生物量分布熵值有逐渐增大的趋势;在10m×10m的尺度上,人工林变化并无规律,而天然林生物量分布熵值随林分生长逐渐增大。随着时间的推移,人工林林木不断分化,天然林生物量分布变得逐渐均匀,天然林和人工林生物量分布有趋向于统一的趋势。     

江南丘陵区不同种植模式稻田生态系统服务价值研究——以余江县为例

本文对江南丘陵区稻田生态系统的服务价值进行了研究.通过田间试验得出,有冬季作物处理的各项生态服务价值平均比冬闲处理要高；发展冬季农业可以首先增加干物质积累,提高稻田农产品服务价值、保持土壤功能价值、涵养水分功能价值、保持土壤养分积累有机质价值、净化空气价值；发展冬季农业,千方百计提高冬季农业的第一性生产能力,可以在很大...     

江苏省宝应县湿地生态系统服务价值动态研究

利用物质量和价值量相结合的方法,从涵养水源、调蓄洪水、气体调节、水质净化、保护土壤、营养循环6个方面构建了湿地生态系统服务价值模型,基于1988年和2002年2期TM遥感图像解译数据,根据模型计算并分析了宝应县湿地生态系统服务价值的变化情况。结果表明,1988～2002年的14年里,湿地面积大量减少,而湿地生态系统服务价值从205440.14万元增加为219253.21万元,增长了13813.07万元;湿地类型的服务价值结构发生了巨大变化,由1988年以稻田和滩地为主转为2002年以稻田为主;湿地生态系统服务类型的价值排序为：气体调节〉保护土壤〉调蓄洪水〉营养循环〉水质净化〉涵养水源。     

基于耗散结构的甘孜州农业绿色发展研究

甘孜州农业资源丰富多样,具备发展农业的基底条件,甘孜州农业生态系统是由自然、经济与社会等子系统组成的复合系统。为更好地发展甘孜州的绿色农业,针对甘孜州农业资源利用与保护面临的问题,利用耗散结构理论,从新视角对甘孜州农业绿色发展进行研究。在对甘孜州农业生态系统进行耗散结构与熵流分析的基础上,提出减少熵增,引入负熵流的对策措施,促使甘孜州农业生态系统朝着有序化的方向发展,实现农业经济、社会、环境的协调发展。     

生物质炭对关中水稻土有机碳矿化及CO_2释放的影响

通过模拟淹水土壤环境,向水稻土中施加质量分数为0、2%、5%、8%的生物质炭,分析生物质炭的输入及其不同施炭量对淹水土壤有机碳矿化和CO2释放的影响,以期为全面评价中国农田生态系统碳排放和促进温室气体减排提供科学依据。结果表明:生物质炭的输入提高土壤的稳定性碳库,并显著降低土壤有机碳的矿化速率,施炭量为5%、8%的土壤有机碳矿化量相比对照分别降低10%和6%,不同施炭量对土壤有机碳矿化速率的抑制效果各异;淹水土壤CO2的释放明显受到生物质炭的抑制,随着淹水时间的延长,土壤CO2的释放量呈缓慢增长趋势,然而由于受土壤温度、有机质变化的影响,2%、5%、8%不同施炭量处理之间并无显著性差异(P0.05)。     

稻田甲烷排放机理和调控技术

分别在温室和田间进行甲烷排放测定。结果表明：稻田土壤氧化还原电位低于－１８０ｍＶ时,甲烷排放量明显上升;稻田甲烷排放途径：３／４从水稻排出,１／４从土壤排出;宽窄行“双龙出海”插秧＋养萍、垄畦栽水稻＋养萍可分别比常规稻作减少甲烷排放量２１．８％和４２．３％;稻田放养一定量的革胡子鲶能提高土壤氧化还原电位,减少甲烷排放,放养量以２２５０ｋｇ·ｈｍ＾－２为宜。放养量过大会增加甲烷排放;稻田放养鱼、萍,     

稻田生态补偿理论与模式研究

稻田-人工湿地生态系统在承载粮食等生产任务的同时,更多地发挥气候调节、净化水质、维持土壤肥力等生态系统服务功能.本文通过对生态补偿的含义及其理论基础的探讨,以及对稻田生态系统的服务价值的研究,明确了稻田生态系统在维持人类赖以生存的环境中的巨大作用;结合国内外农业生态补偿经验及我国水稻生产的特点,提出了相应的稻田生态补偿模式.     

不同施肥对缺钾红壤性水稻土的生态效应

【目的】研究不同配方施肥对缺钾水稻土的生态效应。【方法】采取盆栽方式对长期缺施钾肥水稻土进行了三年半施肥试验。施肥处理为氮、磷、钾平衡施肥同时结合施用适量的与水稻营养密切相关的硅、钾、有机肥。【结果】平衡施用氮、磷、钾肥能使水稻健康生长,显著提高了养分利用率和水稻产量,水稻增产幅度达27.7%(NPK处理)至51.5%(NPKSi处理)。水稻健康生长又促使其根系分泌物量增大,泌氧增多,稻田土壤细菌数量、微生物活度、微生物量碳、微生物量磷及微生物量氮含量显著提高,其中MBC增幅达33.9%(NPK处理)至47.3%(NPKSi处理),从而强化了微生物生态系统的供肥能力,增强了稻田生态系统功能。而长期过量施用钾肥(NPhK)虽提高了土壤钾含量,但相对不施钾肥处理(NP)水稻增产不显著,土壤微生物非正常生长,稻田生态系统质量没有明显改善。各处理比较,NPKSi处理生态效应最佳,以下依次是NPKM、NPhKM和NPK。NPhK对稻田生态系统产生负效应。【结论】平衡施用氮、磷、钾肥是改善缺钾水稻土质量的有效措施,其中在平衡施用无机氮、磷、钾肥的基础上增施硅肥或有机肥效果尤为显著。