1992-2017年中亚五国农作物水足迹变化特征

本研究以中亚五国为研究区域,以农作物水足迹为评估手段,分析了1992—2017年间中亚五国农作物水足迹的时空变化特征,以揭示中亚五国农作物水足迹结构,厘清引起中亚五国水足迹变化的主要农作物的贡献。结果表明:1)中亚五国农作物水足迹时间变化特征明显,1992—2017年中亚五国农作物绿水足迹(-9.7×10~9 m~3)和蓝水足迹(-5.6×10~9 m~3)均趋于减少。中亚五国农作物水足迹空间分布差异显著,哈萨克斯坦农作物绿色水足迹最高(平均4.96×10~(10) m~3),且远高于其他4国(平均3.6×10~9 m~3),而蓝水足迹以乌兹别克斯坦最高(平均1.53×10~(10) m~3)。农作物绿水足迹和蓝水足迹增长率最大的国家分别是土库曼斯坦(87.6%)和吉尔吉斯斯坦(32.3%);绿、蓝水足迹减少率最大的国家分别是哈萨克斯坦(-20.7%)和乌兹别克斯坦(-24.2%)。2)中亚地区农作物绿水足迹主要以粮食作物为主,蓝水足迹以粮食作物和油料纤维作物为主;而粮食作物水足迹结构中,主要以小麦、水稻和玉米为主,油料纤维作物水足迹结构中,主要以棉花为主。3)哈萨克斯坦作为绿水足迹减少最多的国家,大麦(51.6%)和小麦(28.2%)的贡献最大;乌兹别克斯坦作为蓝水足迹减少最多的国家,棉花(61.9%)贡献最大。通过开展中亚地区的农作物水足迹研究,发现中亚农作物水足迹整体呈下降趋势,厘清了中亚地区引起水足迹下降的主要农作物种类,相关成果可以为中亚地区的农作物优化种植和水资源节约提供支撑。     

1992-2015年中亚五国LUCC特征及耕地驱动力研究

中亚五国地处亚欧大陆的中心地带,是"一带一路"重要的沿线节点之一。借助GIS空间统计分析方法,以欧洲太空局气候变化项目全球土地覆盖数据为基础,利用土地利用程度、动态度和转移矩阵对中亚五国1992—2015年土地利用/覆盖变化(LUCC)特征进行分析,并运用地理探测器对耕地驱动力进行深入研究。结果表明:1)1992—2015年,中亚五国的土地利用格局总体上表现为耕地和城镇用地持续增加,林地、草地和水域呈减少的趋势。耕地的增加主要来自林地(7.88万km~2)和草地(5.27万km~2)的转入,城镇用地的增加主要来自耕地(0.50万km~2)的转入,耕地是仅次于城镇用地增速较快、变化最为显著的土地利用类型;城镇用地在各国均呈现增加的趋势,耕地除乌兹别克斯坦之外,在其他4国均呈现增加的趋势。2)1992—2015年中亚五国土地利用程度总体呈缓慢上升趋势(土地利用程度综合指数从1992年的193.34增加到2015年的197.41),即土地利用处于发展阶段;土地利用程度为耕地林地草地未利用地水域城镇用地。3)地理探测器对耕地变化驱动因素的分析结果表明,自然因素中年平均降水量对耕地变化的作用较为显著,但在短时间内社会和农业因素发挥决定性的作用;因子探测表明人口总数(0.882)和农村人口(0.881)对耕地扩张的影响力最大,其次为粮食单产(0.746);交互探测表明各因子交互作用均为互相增强,其中,农村人口与粮食单产的叠加作用对耕地扩张的解释力度最大(0.972),影响耕地扩张的主要因素可归纳为人口增长和粮食单产提高。本研究可为中亚五国土地利用格局演变、区域土地利用规划和土地资源可持续利用提供决策支持。     

怀豆和黑麦草绿肥残体还田对旱地土壤温室气体排放的影响

以怀豆和黑麦草两种绿肥为对象,分别进行了为期63 d的不同绿肥残体还田量和残体混合比例室内培养试验,其中绿肥残体还田量试验分别设0、1、2、4、6 t·hm^-2共5个水平;残体混合比例试验设100%怀豆、25%怀豆+75%黑麦草、50%怀豆+50%黑麦草、75%怀豆+25%黑麦草和100%黑麦草共5个处理,还田量均为4 t·hm^-2。采用气相色谱法观测了培养期间土壤温室气体（CO₂、N₂O、CH₄）通量变化。结果表明：（1）与未添加绿肥残体相比,绿肥残体还田土壤CO₂累积排放通量提高了11.3%~80.2%,土壤N₂O排放提高了15.8%~51.1%,综合增温潜势（GWP）提高了11.9%~79.4%（P<0.05）。随绿肥残体还田量的增加,土壤CO₂排放通量和综合增温潜势（GWP）均呈线性增加,土壤CH₄吸收通量则呈线性下降趋势,而土壤N₂O排放通量呈现先增后减趋势,并在还田量约为3 t·hm^-2时达到最大。相同还田量下添加黑麦草残体较怀豆残体具有更高的土壤CO₂排放和CH₄吸收,而添加怀豆残体较黑麦草残体显著促进了土壤N₂O排放;（2）土壤温室气体累计通量与绿肥残体混合物中黑麦草比例存在线性相关,随黑麦草添加比例的提高,土壤CO₂排放通量显著增加了5.8%~19.7%（P<0.05）,GWP显著增加了5.3%~17.7%（P<0.05）,而N₂O排放通量显著下降了11.2%~41.5%（P<0.05）,CH₄吸收通量则显著下降了13.4%~50.9%（P<0.05）。综合来看,选择非豆科作物比例较低的绿肥残体,并以较低生物量进行还田,能在保持低GWP的同时获得生态效益。     

南方红壤丘陵区不同土地利用方式土壤N2O排放系数研究

【目的】明确不同土地利用方式土壤氧化亚氮（N₂O）排放系数的差异并评估区域N₂O排放,为评估南方红壤丘陵区N₂O排放清单提供基础数据和参考依据。【方法】选择南方红壤丘陵区4种常见的土地利用方式（油茶林、旱地农田、稻田和松林）,通过分析土壤不施肥与施氮肥时N₂O排放速率和排放量的差异,计算排放系数,并用15N同位素标记方法探究硝化作用和反硝化作用对土壤排放N₂O的相对贡献。【结果】不同土地利用方式土壤理化性质差异明显,稻田全氮含量最高（2.22 g/kg）,显著高于其他3种土地利用方式土壤（P<0.05,下同）。土壤不施肥时,N₂O排放速率在0~227.80 μg/（kg·h）,施氮量为200 kg N/ha时,N₂O排放速率在0~4213.27 μg/（kg·h）。4种土地利用方式的土壤N₂O排放系数均随土壤孔隙含水量（WPFS）增加而增加,WPFS为75%时,稻田、旱地农田、油茶林和松林土壤N₂O排放系数分别为2.47%、0.39%、2.31%和0.91%。4种土地利用方式土壤N₂O排放系数主要受全氮含量影响,N₂O累积排放量均与潜在反硝化潜势呈显著正相关,除稻田外,其他3种土地利用方式土壤N₂O累积排放量也与潜在硝化势呈显著正相关,以NO₃--N为底物的反硝化作用对N₂O排放的相对贡献平均大于90.00%,远高于硝化作用。【结论】南方红壤丘陵区土壤以NO₃--N为底物的反硝化作用主导N₂O排放,施用氨基氮肥可能有效减少氮肥N₂O排放损失,为国家执行碳中和政策提供理论依据。