昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值演变

昆嵛山国家级自然保护区位于山东省东部沿海,是胶东半岛重要的生态屏障区,研究该区土地利用类型和生态系统服务价值的动态变化,为进一步明确该区域主体服务功能,完善昆嵛山自然保护地体系构建提供科学依据。通过解译2008—2018年的遥感影像数据,分析不同土地利用类型动态变化,运用当量因子法估算昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值。结果表明2008—2018年昆嵛山国家级自然保护区土地利用类型变化主要是裸地及其他、耕地和林地之间的转移,面积增加最多的土地利用类型是林地,面积减少较大的土地利用类型是耕地、裸地及其他。2008—2018年,昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值由3.36亿元增长至3.68亿元,食物生产功能价值呈减少趋势,原料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性、美学景观功能价值均呈不同程度的增长趋势,其中气候调节和水文调节功能价值增长显著。生态功能是昆嵛山的主要服务功能,其中调节服务是昆嵛山的主要生态功能。不同土地利用类型中,林地的生态服务能力较高,也是维持昆嵛山生态系统服务的主体,昆嵛山自然保护区土地利用结构向着增强其生态功能的方向发展。     

吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究

【目的】 明确吉林春玉米的氮、磷、钾养分需求和利用效率,为区域春玉米的高效合理施肥提供技术参数。 【方法】 整理2005—2013年国家测土配方施肥项目在吉林省开展的680个 “3414”田间试验,选取N₀P₀K₀、N₀P₂K₂、N₂P₀K₂、N₂P₂K₂和N₂P₂K₀ 5个处理,研究氮、磷、钾肥对春玉米籽粒产量、植株养分吸收量的影响,明确产量、养分吸收量与土壤基础养分供应能力的关系,评估春玉米的氮、磷、钾养分需求量和利用效率。 【结果】 吉林春玉米在氮磷钾配施处理 (N₂P₂K₂) 获得最高的籽粒产量和植株养分吸收量,平均产量达9.6 t/hm2,玉米氮、磷、钾养分平均吸收量分别为N 190.8 kg/hm2、P₂O₅ 87.0 kg/hm2和K₂O 215.1 kg/hm2。与不施肥处理相比,氮磷钾配施处理平均增产42.5%,植株氮、磷、钾养分吸收量平均分别提高57.5%、64.2%和49.5%。在其他养分充分供应基础上,增施氮、磷、钾肥平均分别增加吸收N 57.2 kg/hm2 (42.9%)、P₂O₅ 19.2 kg/hm2 (28.4%) 和K₂O 32.1 kg/hm2 (17.5%)。以缺素处理植株养分吸收量表征土壤养分基础供应能力,发现氮磷钾配施处理玉米产量和养分吸收量均随土壤基础养分供应能力的提高而逐渐上升,变化趋势均符合显著的对数关系。经测算,吉林春玉米氮磷钾配施处理生产百公斤籽粒平均需吸收N 1.98 kg、P₂O₅ 0.90 kg和K₂O 2.24 kg,比例为1∶0.45∶1.13。减氮、减磷和减钾处理的百公斤籽粒氮、磷、钾素需求量平均分别为N 1.69 kg、P₂O₅ 0.79 kg和K₂O 2.11 kg,与氮磷钾配施处理相比均显著下降,而且试验点间变异也明显增大。目前,吉林春玉米生产中氮、磷、钾肥的平均养分回收利用效率分别为33.7%、27.5%和45.3%,而平均生理利用效率分别为28.8、52.8和28.3 kg/kg。 【结论】 吉林春玉米对肥料养分的依存度较高,合理施肥是保持高产高效的重要前提。      

生物炭提高花生干物质与养分利用的优势研究

【目的】 以秸秆为原料生产生物炭可用于改良土壤和提高养分利用率,其与秸秆直接还田以及传统的制作堆肥后还田相比是否具有优势需要用试验来验证,本研究可为生物炭的高效利用提供理论依据。 【方法】 以传统猪厩肥和秸秆直接还田为对照,连续进行了8年的花生田间微区 (2 m2) 试验。在氮磷钾总投入量相等的条件下,共设4个处理,分别为秸秆还田 (CS)、猪厩肥 (PMC)、生物炭 (BIO) 和基于生物炭的炭基花生专用肥 (BF),每个处理重复3次,随机区组排列。试验于2016年在花生苗期、开花下针期、结荚期和饱果成熟期进行采样,测定植株茎叶、根和荚果的干物质和氮磷钾养分积累量,并计算对应的分配情况,探讨其对花生产量的影响。 【结果】 生物炭处理的花生产量显著高于其它处理,达到7231.7 kg/hm2;生物炭复合肥和猪厩肥处理则相对较低,分别是生物炭处理的82.4%和83.8%,秸秆处理产量最低,为5623.9 kg/hm2。猪厩肥处理的出仁率显著高于其它处理。生育前期各处理的干物质和养分主要在茎叶中积累,从结荚期开始逐渐向荚果中转移。与对照处理相比,复合肥处理的干物质和氮磷钾养分整株积累量在各时期均较高,尤其在结荚期以前保持了良好的荚果干物质和养分分配系数;生物炭处理则至饱果成熟期时呈现出明显优势,干物质积累量达到6295.0 kg/hm2,分别高出专用肥、秸秆和猪厩肥处理43.1%、36.1%和50.8%,茎叶分配比例高达34.5%,氮、磷、钾积累量持续增长至236.4 kg/hm2、 21.7 kg/hm2、77.8 kg/hm2,显著高于其它处理,但此时期荚果的氮、钾分配系数仅有0.83和0.52,低于对照处理(CS、PMC处理) 0.02～0.03和0.15～0.21。 【结论】 在氮磷钾养分投入量相等、不考虑有机碳投入量的前提下,施用生物炭、炭基复合肥和猪厩肥效果均显著好于秸秆直接还田;生物炭可显著提高花生整株的干物质量和氮磷钾积累量,特别是提高生育后期的干物质和养分分配量,促进产量的提高,对花生高产增效有良好的促进作用;炭基复合肥在花生进入结荚期后,对花生干物质及养分积累分配的促进作用减弱,效果与施用猪厩肥相当。因此,在本试验条件下,生物炭直接施用具有维持其养分长期稳定释放,提高花生产量和肥料养分利用率的作用。      

伴生芹菜和紫背天葵对连作豇豆生长发育及根际土壤环境的影响

【目的】 豇豆连年种植易造成产量减少、品质下降,经济效益低。研究伴生芹菜和紫背天葵对连作豇豆生长发育及根际土壤环境的影响,旨在为缓解豇豆连作障碍提供理论依据。 【方法】 采用豇豆连作土壤进行盆栽试验,设三个处理为豇豆单作 (对照)、芹菜伴生豇豆、紫背天葵伴生豇豆。分析了不同处理豇豆生长指标、土壤微生物数量、土壤理化性质、叶绿素含量、抗氧化酶活性及产量。 【结果】 与单作相比,伴生芹菜处理显著提高了豇豆株高、茎粗、地上鲜重和地上干重 23.98%、9.07%、16.14%和16.00%;伴生紫背天葵处理其株高、茎粗与单作无显著差异,地上鲜重和地上干重则显著低于单作。伴生芹菜处理根际土壤放线菌数量最高,较单作处理显著增加了10.06%;真菌数量最低,较单作处理显著降低了41.51%;细菌数量和单作处理之间无显著差别;而伴生紫背天葵处理其放线菌、真菌和细菌数量与单作相比均无显著差异。伴生紫背天葵处理其土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性最高,与单作处理相比,土壤脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性分别显著增加了7.07%、381.00%、21.63%和42.79%。伴生芹菜处理蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性较单作处理分别显著增加了162.48%、30.75%和35.27%,而脲酶活性与单作处理相比无显著差别。与单作相比,伴生芹菜和紫背天葵分别提高豇豆根际土壤pH 0.98%、1.23%;同时二者分别显著降低土壤电导率9.48%、8.34%。伴生芹菜处理豇豆叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a + b含量均显著高于其他处理;而伴生紫背天葵处理与单作相比不存在显著差异。伴生芹菜处理豇豆根际土壤过氧化物酶 (POD)、谷胱甘肽还原酶 (GR) 和脱氢抗坏血酸还原酶 (DHAR) 活性最高,与单作相比,分别显著增加了16.20%、73.49%和17.76%;而过氧化氢酶 (CAT) 活性和单作处理之间不存在显著差异。伴生紫背天葵处理豇豆根际土壤CAT、GR活性相对于单作处理分别增加了97.12%、58.79%;POD、DHAR活性则与单作处理无显著差别。伴生芹菜和紫背天葵处理均能显著提升豇豆产量,前期分别增加了19.87%、19.61%,中期分别增加了18.22%、15.33%,后期分别增加了8.44%、12.70%。 【结论】 芹菜和紫背天葵伴生连作豇豆可以提高叶片抗氧化酶活性和根际土壤酶活性,改善根际土壤环境和微生物结构,且均能提高豇豆产量,有利于缓解连作障碍,其中以芹菜伴生处理效果较佳。      

不同浓度螯合剂和浸提时间对土壤磷素提取效果研究

为确定螯合剂活化土壤磷素的最佳浓度和最优浸提时间,参考水肥一体化技术,在室内浸提条件下,研究了不同浓度(0,0.05,0.1,0.25,0.5,1.0g/L)乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸螯合剂(pH=4)在不同浸提时间(1,12,24,48,72h)下对粮田、菜田土壤和有效磷被钝化后菜田土壤中磷素提取效果。结果表明:EDTA和柠檬酸在粮田土壤上对磷素提取中最佳条件为螯合剂浓度0.05g/L,浸提时间12h。EDTA和柠檬酸在菜田土壤、明矾钝化和混合钝化(明矾∶白云石为1∶1)菜田土壤上提取磷素的最佳条件为螯合剂浓度0.5g/L,浸提时间12h;而在白云石钝化土壤中则为螯合剂浓度0.5g/L,浸提时间1h。总体来看,柠檬酸的活化提取磷素效果优于EDTA,尤其是在采用明矾和白云石钝化的土壤上。     

基于极值概率分布函数的中国早稻高温热害时空分布统计特征

揭示水稻高温热害风险特征对农业适应气候变化具有重要意义。本研究以中国早稻种植区为研究区域,基于早稻种植区214个气象站1971—2015年的数据,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法和极值概率分布理论,探究中国早稻高温热害的时空变化趋势和极值概率分布规律。研究发现:1)反映早稻高温热害的两个指标即高温热害累计天数(ADHS,accumulateddaysofheatstress)和热害有害积温(HDD,heatstressdegree days)的均值在湖南中南部、江西中部、浙江和福建中部较大,表明这些区域的早稻遭受高温热害的风险较大;从Mann-Kenall趋势检验看,两个指标在超过1/3的站点都呈显著增加的趋势,说明高温热害风险在这些站点显著增加,尤其20世纪90年代以后超过1/2的站点两个指标都呈显著增加的趋势。2)超过1/2以上的站点的高温热害累计天数和高温有害积温都满足极值概率函数分布。对于高温热害累计天数,56个站点满足耿贝尔分布(Gumbel),82个站点满足广义极值分布(GEV);对于热害有害积温,61个站点满足耿贝尔分布,58个站点满足广义极值分布。3)两个高温热害指标的10年、50年、100年重现期的空间分布规律和2个指标的均值空间分布类似,即均值较大的区域,其10年、50年、100年重现期对应的重现期水平(return level)也较大;重现期水平与经度、纬度和海拔无明显相关关系。研究结果有助提升对早稻高温热害时空趋势和概率分布规律的认识,可为农业适应气候变化和农业天气指数保险设计等方面提供理论参考。     

黑沙蒿直根的材料力学特性研究

以鄂尔多斯采煤塌陷区植物的优势种之一黑沙蒿为研究对象,采用伺服式强力机研究其直根的材料力学特性。结果表明:在1~5mm径级范围内抗拉力、抗折力与根径均呈幂函数正相关,抗拉强度、抗折强度与根径呈幂函数负相关。在拉力和折力分别作用下,直根均表现出弹塑性变形特征,抗拉极限弹性力大于抗折极限弹性力,轴向弹性变形小于径向弹性变形。直根承受径向折力的σ~ε(应力—应变)曲线基本为下凹型,承受轴向拉力时的σ~ε曲线基本为上凸型,对于两种受力形式,极限强度均随根径的增大而减小,极限应变与根径无相关性。1~5mm根径直根的平均抗拉强度(8.32±1.67)MPa大于平均抗折强度(5.39±0.85)MPa,表明黑沙蒿直根抵抗轴向拉力的能力优于抵抗径向折力。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

基于成本视角的水质水量双向调节生态补偿量研究

[目的]以黄河流域陕西片区为实例进行水质水量双向调节的生态补偿量研究,为解决黄河流域上下游生态权益分配矛盾,实现流域区域间公平发展提供理论依据。[方法]同时考虑成本、价值和奖惩3个方面,以基本补偿标准为基础,采用水质改良系数法和水量贡献度法,构建基于水质水量的补偿标准测算模型开展研究。[结果]黄河流域陕西片区生态补偿量的基本补偿标准为13.74亿元;基于水质、水量调节值分别为-5.66和6.84亿元;2018年陕西省获得生态补偿金额为14.92亿元。[结论]相比以往的测算模型,该模型的测算结果更符合实际情况,同时也更适应于外部环境要素的变化。     

东祁连山高寒草甸土壤酶活性及其化学计量特征对海拔和坡向的响应

研究高寒草甸微尺度海拔和坡向下土壤酶活性及其化学计量特征的变化对于探讨草地生态系统养分循环过程具有重要的生态学意义。以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了7个海拔（2 800,3 000,3 200,3 400,3 600,3 800,4 000 m）和2个坡向（阴坡、阳坡）高寒草甸的土壤酶活性、化学计量特征变化规律及其与土壤理化因子之间的关系。结果表明：海拔和坡向的交互效应对土壤亮氨酸氨基肽酶（LAP）、β-葡萄糖苷酶（BG）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）酶活性、lnBG/ln （NAG+LAP）、lnBG/lnAP和ln （NAG+LAP）/lnAP有显著影响;LAP、AP、BG、POD、lnBG/ln （NAG+LAP）、lnBG/ln （NAG+LAP）随海拔的升高呈先升高后降低,β—1,4—乙酰基氨基葡萄糖苷酶（NAG）和PPO随海拔升高而降低;同一海拔,阳坡土壤AP、BG、POD、PPO酶活性低于阴坡,阳坡土壤NAG酶活性高于阴坡,海拔3 800 m以下阳坡LAP酶活性低于阴坡,除海拔3 000 m和4 000 m外的其他海拔阳坡的土壤lnBG/ln （NAG+LAP）高于阴坡,海拔3 000~3 400 m的土壤lnBG/lnAP和海拔3 000~3 600 m的土壤ln （NAG+LAP）/lnAP在阳坡低于阴坡。相关分析发现,土壤酶活性及其化学计量特征不同程度受土壤C、N、P资源及土壤水分条件等的调控,土壤含水量和有机碳是影响土壤酶活性的主要因子。综上,土壤酶活性及其化学计量特征在微尺度海拔和坡向上具有差异性,且受土壤C、N、P资源及土壤水分条件的综合影响,以土壤含水量和有机碳尤为突出。