城市土地集约利用评价及障碍因子诊断——基于生态健康与低碳发展视角

[目的]揭示京津冀地区城市土地集约利用状况,为生态健康与低碳发展视域下的城市土地集约利用提供理论基础。[方法]相对熵组合赋权法、多因素综合评价法、协调度测算法和障碍因子诊断法。[结果](1)京津冀地区城市土地集约利用水平呈现出以京津为核心的“十字形”扩散态势。(2)系统协调度与土地集约利用水平之间显著相关,但不同城市间存在相对差异。(3)高度集约区的北京市和天津市,主要障碍因子集中在与生态健康和低碳环保有关的指标上;中度集约区的秦皇岛市和唐山市,主要障碍因子集中在与土地利用程度和布局相关的指标上,石家庄、邯郸和保定地区则集中在与生态健康相关的指标上;低度集约区的沧州、廊坊和邢台地区的主要障碍因子集中在与生态环境和低碳投入相关的指标上,承德和衡水地区集中在与经济发展和土地投入相关的指标上;粗放利用区的张家口,主要障碍因子集中在与经济发展和生态保护相关的指标上。[结论]将生态健康与低碳发展理念纳入城市土地集约利用研究中,可以较为科学全面地刻画出城市土地集约利用状况,为今后城市土地的科学利用提供决策支持。     

降水特征与农作处理对坡耕地水土流失的动态研究

通过在云南红壤坡耕地上建造径流小区,研究了自然降雨情况下6种不同农作处理的水土流失特征。结果表明:横坡垄作能有效减缓强降雨对坡耕地的侵蚀,减少径流流失,但不能有效防治长降雨的持续冲刷;顺坡垄作对强降雨和长降雨的侵蚀都不能有效减少水土流失。烤烟的不同生长时期对水土流失的影响因素不同。烤烟生长前期,垄作方式是影响水土流失的主要因素;在烤烟生长进入成熟期后,各处理间的泥沙流失量差异都不显著,各处理的地表植被覆盖率都达到最大化,地表植被覆盖率成为影响水土流失的主要因素。     

两个氮素利用率不同的水稻品种根系形态及生理特性的差异

The variation in nitrogen (N) uptake by rice has been widely studied but differences in rice root morphology that may contribute to this variation are not completely understood. Field and greenhouse experiments were carried out to study N accumulation, root dry weights, total root lengths, root surface areas, and root bleeding rates of two rice cultivars, Elio with low N-use efficiency and Nanguang with high N-use efficiency. Low (1 mmol N L^-1) and high (5 mmol N L^-1) N applications were established in the greenhouse experiment, and the N rates were 0, 120, and 240 kg ha^-1 in the field experiments at Jiangning and Jiangpu farms, Nanjing, China. The results showed that the N accumulation, root dry weight, total root length, and root surface area increased with an increase in N application. At the heading stage, N accumulation in the shoots and roots of Nanguang was greater than that of Elio in the field experiments and that of Elio at 5 mmol N L^-1 in the greenhouse experiment. After the heading stage, N accumulation was higher for Nanguang at both 1 and 5 mmol N L^-1 in the greenhouse experiment. The total root length and root surface area were significantly different between the two cultivars. Over the range of the fertilizer application rates, the root lengths of Nanguang at Jiangning Farm were 49%-61% greater at booting and 26%-39% greater at heading than those of Elio, and at Jiangpu Farm they were 22%-42% and 26%-38% greater, respectively. Nanguang had a greater root bleeding rate than Elio. It was concluded that the N-use efficiency of the two rice cultivars studied depended to a great extent on the root morphological parameters and root physiological characteristics at different growth stages.     

荒漠-绿洲边缘区生态过渡带的土壤颗粒分形特征

通过实地采样和实验室分析,测定了黑河中游荒漠绿洲边缘区生态过渡带的土壤粒级分布、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)的含量,并采用1993年杨培岭等提出的用粒径的重量分布代替数量分布的土壤分形模型,计算了土壤颗粒分形维数;最后利用统计分析法,研究了颗粒分形维数与土壤粒级分布及各养分指标的关系.结果表明:从荒漠边缘向绿洲延伸的过渡带,土壤中砂粒含量占绝对优势,粉粒居中,黏粒最少,采样区土壤质地较粗;土壤颗粒分形维数在2.105～2.609之间变动,处于极低水平,与土壤各养分指标具有相似的变化趋势,除靠近绿洲区存在一个"生态裂谷"外,整体呈上升趋势;利用相关分析法得出,土壤颗粒分形维数与砂粒含量呈显著负相关,与黏粉粒及各养分指标均呈显著的正相关;利用回归分析法进行定量分析,砂粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D降低0.0019个单位;粉粒和黏粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D分别增加0.002和0,023个单位,对土壤颗粒分形维数变化幅度的影响依次为黏粒>粉粒>砂粒,分形维数对黏粒含量的变化最为敏感.因此,可以将土壤颗粒分形维数作为衡量荒漠-绿洲边缘区土壤养分变化状况的指标之一,用于反映荒漠绿洲区土壤的退化状况.     

长期施肥对黄壤性水稻土有机碳矿化的影响

以贵州省农业科学院内黄壤性水稻土长期(22年)定位施肥试验为对象,采用室内模拟培养试验研究了不施肥(对照,CK)、施化肥(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5MNPK)、施牛粪(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:NPK处理土壤有机碳含量(21.6 g kg~(-1))与CK处理(22.8 g kg~(-1))基本相同,而0.5MNPK、M和MNPK处理的土壤有机碳含量较CK处理分别提高了30.6%、72.9%和62.2%,其中,M和MNPK处理差异达显著水平(p0.05)。模拟培养条件下,CO2产生速率在培养的第2天达到最大值,然后迅速下降,而后缓慢下降(第4~24天),后期(第24~30天)趋于稳定;各处理土壤有机碳矿化速率大小依次为:MMNPK0.5MNPKCKNPK,各处理土壤有机碳矿化速率随时间的动态变化均符合对数函数关系(p0.01)。培养结束(30 d)时,各处理土壤有机碳累积矿化量为1.23~2.37 g kg~(-1),以M处理和MNPK处理较高,较CK处理(1.46 g kg~(-1))分别增加了62.6%和44.2%(p0.05);各施肥处理土壤有机碳的累积矿化率(土壤有机碳累积矿化量/土壤有机碳含量)较CK处理(6.4%)均有所下降,以M处理和MNPK处理下降较多,降幅分别为1.2%和0.9%。土壤有机碳累积矿化量随培养天数的动态变化可以用一级动力学方程拟合(p0.01),模拟结果表明,CK处理土壤潜在可矿化有机碳量为1.55 g kg~(-1),与CK处理相比,NPK处理下降了11.6%,但差异不显著(p0.05),而有机肥处理(0.5MNPK、M和MNPK)有不同程度的提高(21.3%~73.6%),其中,M和MNPK处理提高幅度较大(p0.05);同时,MNPK处理能够提高土壤有机碳的周转速率,减少周转时间。上述结果指示黄壤性水稻土长期施用有机肥(0.5MNPK、M和MNPK)能够提高土壤有机碳的矿化速率,在促进土壤有机碳积累的同时降低其累积矿化率(单位有机碳矿化水平),增强土壤固碳能力。     

植物纤维毯道路边坡防护技术综合效益评价

为系统评价植物纤维毯水土保持作用对不同雨强的响应以及改良土壤的作用,开展了人工模拟降雨试验和野外小区监测,在模拟降雨试验中,设计4个雨强,测试3种植物纤维毯,降雨历时均为60min。在降雨过程中以5min为间隔收集径流泥沙,并测定径流量和侵蚀泥沙量。在野外小区监测中,通过2007,2010,2013年施工的稻草毯小区,以及2014年施工的椰丝毯、椰丝稻草混合毯和稻草毯小区,评价土壤理化性质对植物纤维毯铺设年限和类型的响应差异。结果表明:在47mm/h及以上雨强下,椰丝毯、椰丝稻草混合毯和稻草毯均能有效减少侵蚀和产流,平均减蚀效益分别为94.92%,86.06%,83.42%,平均减流效益分别为31.59%,45.02%,52.44%,减蚀效益显著优于减流效益。3种植物纤维毯均在47mm/h雨强下减蚀效益和减流效益达到最高,其中最高减蚀效益为椰丝毯(97.54%),最高减流效益为椰丝稻草混合毯(88.26%)。随着雨强增大,减蚀效益和减流效益均不同程度降低,且减流效益降低更快。随着植物纤维毯铺设年限延长,土壤理化性质逐渐改善;铺设1年后,椰丝稻草混合毯改土效果最佳。     

不同林型红松林土壤真菌群落组成和多样性

采用基于ITS(Internal Transcribed Spacer)序列的Illumina MiSeq高通量测序技术,分析凉水国家级自然保护区的云冷杉红松林、椴树红松林、红松人工林和红松天然次生林四种林型的土壤真菌群落组成和多样性。共获得1 316个OTUs,四种林型的土壤含有大量未知真菌,在已知真菌类群中,子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为优势菌门,其中后者在四种林型土壤中的分布差异显著(P0.05)。α多样性分析结果表明:原始红松林(云冷杉红松林和椴树红松林)真菌群落丰富度指数(Ace和Chao1指数)显著高于红松天然次生林(P0.05)。β多样性分析显示:四种林型土壤真菌群落组成差异显著(R=0.537,P=0.001),但两种原始红松林之间、人工林和天然次生林之间组成无显著差异。土壤全氮、总有机碳、pH、水分含量和总孔隙度是显著影响四种林型土壤真菌群落组成的环境因子(P0.05)。研究结果为原始红松林的保护、人工植被恢复和真菌资源的开发利用提供依据。     

河南省成土母质与土壤空间分布多样性的特征

成土母质作为土壤发育的主要形成因素,二者间的关系密切。选取河南省作为研究区,从多样性的角度运用经典的仙农熵测度方法分析成土母质和土壤要素的构成组分多样性、不同母质基础上各土壤分类级别的多样性特征,并运用改进的仙农熵公式研究5 km×5 km网格尺度下不同成土母质对土类空间分布离散程度的影响及不同成土母质和土壤的空间分布多样性特征和相关性。结果表明:(1)成土母质类型虽少,但其构成组分多样性高于土类,这与二者分类系统的分支率有关;(2)6类母质类型中,残积、坡积物母质面积最大且发育土壤类型最为复杂;15种土壤类型与6类母质之间的关系有一对多、一对一和多对一3种类型;(3)不同母质上发育的土类的空间分布离散性程度不同,残积、坡积物母质上分布的优势土类为粗骨土,河流冲积物和河湖相沉积物母质上的优势土类分别是潮土和砂姜黑土,洪积物和黄土与红土母质上发育较好的两种土类为黄褐土和褐土,风积物母质上仅发育了风砂土一种土类;(4)潮土和河流冲积物母质分别是是河南省面积最大、空间分布多样性值最高的土类类型和成土母质类型,且成土母质与土类空间分布多样性间存在不同程度的相关性。综上,河南省的6大类成土母质与15种土类的构成组分多样性和空间分布离散性程度存在差异,且二者的空间分布多样性间存在一定的相关性。     

乡土野花组合在农业景观中的应用

乡土野花组合是筛选以乡土野花为主体的,并通过混合播种建立群落的一种景观植被建植模式,是欧美国家近年来较为流行的一种农业景观恢复与建设的技术措施。已有的研究发现乡土野花组合能够改善景观结构与生境质量,吸引传粉生物和自然天敌,从而起到增强农业景观的传粉及害虫控制功能,并改善农作物品质、提高农作物产量;与此同时,乡土野花组合也具有较好的文化功能。乡土野花组合的设计对建植效果具有重要作用,其物种筛选、配比、播种方式及布局是设计中需要主要解决的问题。本文在总结欧美国家乡土野花组合设计模式与生态监测结果的基础上,提出乡土野花组合物种筛选的3原则：乡土性、功能多样性与包含特定关键物种;并对其生长周期、物种数、播量、播种面积与空间布局等技术细节进行了讨论,以促进乡土野花组合的本土化、区域化发展。欧美国家提出了一系列推动产业发展及农户补贴的有关政策,其中美国主要以推动基础研究与产业发展政策为主,注重限制植物材料本土化;欧洲国家通过多项立法及农业环境管护政策为农户提供多样化的生态补贴,以促进农户充分参与乡土野花组合栽植过程。在我国,尚缺乏成熟的乡土野花组合应用案例。中国的乡土野花组合需充分发掘种质资源并进行生态、栽培与景观特性评估,以实现本土化的乡土野花组合。本文最后提出,通过多学科合作实现乡土野花组合的设计与推广,政府、产业、科研机构与农民共同参与乡土野花组合的设计过程,并提出市场化的生态补贴政策,以推动乡土野花组合在我国农业景观的应用,为改善我国农业生态环境做出应有贡献。     

不同施肥方法对双季稻区水稻产量及氮素流失的影响

为保障粮食安全,减少稻田生态系统氮肥投入,提高氮肥利用率和减少氮素流失成为重要的农业和环境措施。本研究在位于湖南岳阳的农业部岳阳农业环境科学观测实验站开展为期1年的早稻、晚稻田间试验,比较了不施肥(T_1)、尿素常规施肥(T_2,施N 280 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、控释肥常规施用(T_3,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、高量控释肥侧条施用(T_4,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 138 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、中量控释肥侧条施用(T5,施N 180 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120kg·hm~(-2))及低量控释肥侧条施用(T6,施N 140 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))下氮肥的养分利用率、作物产量及氮素流失情况,以期为稻田氮素合理利用提供理论依据。研究结果表明,控释肥侧条施用可有效提高水稻的产量和氮肥利用率,减少面源流失。1)在减少稻田秧苗数量和氮肥施用量的条件下,T_4处理的水稻早晚稻产量分别比T_2处理增加13.17%和4.72%,与T_3处理相比亦分别增加7.27%和1.74%;2)侧条施肥处理有效降低了稻田氮素流失量,年氮流失量为0.466~0.673 kg×hm~(-2),比常规施肥处理降低地表径流氮流失量3.54%~29.36%;3)侧条施肥有效提高了氮肥利用率,T_4处理的氮肥利用率分别是T_2、T_3处理的1.70倍和1.22倍。因此,采用合适的施肥方式、配施适量控释氮肥可获得较高的产值和收益。高量控释肥侧条施用(T_4)是本研究区域最佳的施肥模式,对实现现代化农业生产的高产高效、资源节约和生态环境保护具有重要意义。