红壤区桉树人工林与不同林分土壤微生物活性及细菌多样性的比较

以广西红壤区桉树人工林、马尾松人工林和天然阔叶林为对象,采用PCR-DGGE以及稀释平板法等现代和传统分析技术,比较分析了不同林分土壤生物学性状以及细菌群落结构的特征。结果表明:桉树对林地土壤可培养微生物数量的影响效果虽逊于天然阔叶林树种,但与广西乡土树种马尾松之间并无显著差异。此外,桉树人工林土壤中涉及碳、氮、磷循环的土壤酶活性低于天然阔叶林和马尾松人工林,同样表征土壤肥力的微生物生物量碳、氮指标也逊于天然阔叶林,但微生物生物量碳和氮在两种人工林之间无规律性的差异。同时,桉树人工林土壤细菌多样性指数(H)、丰富度(S)以及均匀度(EH)指数均逊于天然阔叶林,但与广西乡土树种马尾松之间的差异并不显著。桉树对林地土壤肥力及生态环境的影响效果虽不及天然阔叶林树种,但与广西乡土树种马尾松林的生态效应相仿。     

黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg~(–1)、40.67～61.71 m~2·g~(–1)和0.22～0.31 c·m~(–2),平均值分别为16.18 cmol·kg~(–1)、54.88 m2·g~(–1)和0.28 c·m~(–2),土壤表面电场强度达108 V·m~(–1)数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、砂粒、全氮、C/N、粉粒、碳酸钙、pH。研究结果对于进一步认识黄土高原土壤颗粒表面性质,加深理解土壤中发生的一系列物理化学过程具有重要意义。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤养分及生态化学计量特征

[目的]探究黄土丘陵区土地利用方式变化前后土壤养分及生态化学计量比的变化特征,为该区农业生产以及生态恢复工作提供科学依据。[方法]选取山西省永和县岔口小流域因生态工程的实施而改变土地利用方式的坡改梯地(梯田)、退耕还林地(林地)、地埂核桃园地(园地)3种样地为研究对象,以现有坡耕地为对照,利用时空互代法,比较不同土地利用方式变化前后0—20 cm,20—40 cm土壤C,N,P,K含量以及生态化学计量比的差异。[结果]①流域各种生态恢复措施实施后,土壤C,N元素含量明显增加,梯田、林地、园地0—40 cm土壤有机C含量分别是坡耕地的1.38,2.44和1.09倍,全N含量分别是坡耕地的1.76,2.66,1.68倍。P,K元素增加量不明显,林地相比其他2种土地利用方式对C,N元素的固持更加明显;②通过分析土壤养分化学计量比的关系,发现流域土壤的限制性元素为C,N元素;③流域土壤养分及计量比之间存在着稳定的耦合关系,C-N之间的耦合关系最为显著且在各元素和生态化学计量比稳定方面发挥着重要作用。[结论]流域3种土地利用方式有效地改变了土壤全量养分含量和元素的生态化学计量比,有利于流域的生态保护和植被修复。     

特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一，然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例，研究了岔巴沟流域3种土地利用类型（农地、休闲地和撂荒地）坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明：1）农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%；农地切沟平均深度为110 cm，分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%；农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84，横断面呈"宽-浅型"，而撂荒地切沟呈"方型"（宽深比1.01）。2）撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%，表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3）农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡，而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势；3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率，中下坡则相反。4）农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系（P<0.001），横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。     

不同规格生态沟渠对排水中污染物的处理能力之比较研究

利用三种不同深度规格的生态沟渠（E_0.80、E_1.05和E_1.30）,通过控制相同的表面水力负荷,比较研究了动态进水（TN 0.86~6.13 mg?L^-1、TP 0.11~0.28 mg?L^-1）条件下生态沟渠对农业面源主要污染物的去除效果,同时考察其耐冲击负荷能力和适宜建造长度。结果表明：整个试验期间,三种不同深度规格的生态沟渠对铵态氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮物（SS）的去除率均达到50%以上,其中E_1.30对污染物的去除效率较高,NH₄⁺-N、TN、TP和SS的总平均去除率分别为64.8%、63.1%、71.8%和60.8%。同时,E_1.30的污染物出水浓度较为稳定,耐冲击负荷能力相对较强。进水浓度较高情况下,E_1.30在TN、TP出水浓度为2 mg?L^-1和0.2 mg?L^-1时所需长度分别为27.4 m和4.9 m,为三种规格生态沟渠中最短。表明生态沟渠是有效去除农业面源污染物的技术,在实际应用中可因地制宜地建设E_1.30规格的生态沟渠,并可辅以高效吸附氮磷材料等其他措施,进一步提高生态沟渠对农业面源污染物的去除能力。     

系统论、信息论和控制论与我国农业生态学的发展

我国构建农业生态学的学科体系中,不仅把生态系统生态学作为其学科基础,而且把系统论、信息论和控制论同样作为其重要的学科基础。因此,在我国的农业生态学的学科体系中不仅像国外的农业生态学学科体系那样重视包括物种、种群、群落、生态系统和景观层次的农业生态系统的能流物流结构和相互关系;而且还十分重视系统的信息流和资金流,包括自然信息流,以及人们主动收集、传输和利用的人工信息流,劳动所体现的价值流,及其以货币形式反映出来的资金流。我国的农业生态学不仅像国际上农业生态学体系那样很重视包括生产者、消费者和分解者在内的农业生态系统的能流和物流转换结构,而且十分重视农业生态系统的调节与控制机制,包括自然调控机制和人为调控机制,其中人为调控机制又包括了如农业经营者在种植业与养殖业中各种操作所代表的人为直接调控,也包括如市场需求、政府政策、国家法律、社会习俗、教育宣传、信息传播等能够影响农业经营者行为的人为间接调控。在系统论、信息论和控制论基础上构建的农业生态学体系有利于更好地深入剖析我国优秀的传统农业实践,启迪农业生态学相关的基础研究和应用研究,开拓信息时代农业生态转型的创新途径。     

苹果和柑桔损耗与浪费的综合足迹评估

水果全产业链损耗不仅浪费了食物,还意味着生产、收获后处理、贮藏、流转消费等各环节中水、耕地、能源等各种资源的浪费。本研究采用问卷调查和"一对一"访谈的方法,在苹果和柑桔主产区和主销区进行实地调研,调查分析水果全产业链(生产、收获后处理、贮藏、流转和消费)损耗现况,主产区累计调研全产业链从业者209人,主销区调研消费者271人。通过生态足迹、碳足迹和水足迹等模型对损耗浪费产生环境和资源影响进行定量评估。结果显示,苹果和柑桔损耗浪费率分别为18.56%和17.15%,其中流转环节占比最高,约为总损耗的1/3。损耗量分别为719.86×10~4t和733.99×10~4t,损耗总量为1453.85×10~4 t。苹果和柑桔损耗浪费的生态足迹分别为13.33×10~4 hm~2和13.76×10~4 hm~2,总生态足迹为26.09×10~4 hm~2;碳足迹分别为92.37×10~4 t (CO_2 eq)和102.98×10~4 t (CO_2 eq),碳足迹总量为195.35×10~4 t (CO_2eq);水足迹分别为57.65×10~8 m~3和41.10×10~8 m~3,水足迹总量为98.75×10~8 m~3。其中生产环节碳排放占比最高,占总排放的9成以上。综上,水果损耗和浪费也产生了巨大环境影响,需要尽快采取相关措施,减损降耗,从而减轻环境资源压力,提高水果供给水平。     

黄土丘陵沟壑区退耕年限对根—土复合体抗剪强度的影响

"退耕还林(草)"工程的有效实施,导致黄土高原植被迅速恢复,势必会引起植物根系和土壤理化性质变化,影响根—土复合体抗剪强度。为探究植被恢复年限对根—土复合体抗剪强度的潜在影响,在陕西省安塞区纸坊沟小流域选择6个不同退耕年限(5,12,20,27,37,46年)的撂荒地和1个坡耕地,进行不同土层深度(0—10,10—20,20—30,30—40,40—50 cm)根—土复合体原位剪切试验,同时测定根系特性和土壤理化性质。结果表明,随着退耕年限增加,0—50 cm土层根—土复合体抗剪强度均值呈"S"形增大趋势(51.80～124.01 J/m~2),与坡耕地相比,抗剪强度依次增加2.5%,54.6%,48.7%,86.5%,139.4%和129.3%。除坡耕地外,随着土层深度增加,根系密度明显减少,根—土复合体抗剪强度逐渐下降。根—土复合体抗剪强度与土壤有机质含量、根长密度和根质量密度呈对数正相关关系,与团聚体稳定性和有效根密度呈线性正相关关系。通径分析表明,团聚体稳定性、根质量密度和有机质含量是影响根—土复合体抗剪强度的关键因素。研究结果为评估植被恢复的水土保持效益及生态服务功能、揭示根—土复合体抗剪强度随退耕年限变化的动力机制提供理论基础。     

基于土地生态要素分区的坝上生态用地生态服务价值分析

坝上地区是京津冀地区的重要生态屏障,也是京津冀的重要水源涵养地和生物多样性保护重要基地,对保障京津冀地区的生态安全和水资源供给有着不可替代的作用。本研究运用软件ARCGIS 10.2,将坝上地区的土壤类型与地貌类型两大主要土地生态要素进行叠加,划分典型类型区,并结合现行的土地利用分类系统和生态系统服务功能,构建生态用地分类体系,在此基础上,以粮食单产进行区位修订,采用当量因子法估算2015年坝上各类型分区内生态用地的生态系统服务价值,以期为坝上地区的生态用地格局规划与区域生态保护管理政策制定提供理论依据。结果表明:1)河北省坝上地区粮食单产大体趋势是自中部向两翼方向逐渐递增,高产区主要是东南部的褐土侵蚀剥蚀低山类型区和褐土侵蚀剥蚀中山类型区,产量高达5 000 kg×hm~(-2)以上;低产区则是主要位于西南的张北县栗钙土玄武岩台地类型区和尚义县粗骨土侵蚀剥蚀中山类型区,产量不足2 500 kg×hm~(-2)。2)河北省坝上生态用地类型以草地和林地为主,两者面积之和占总面积的73.95%。沼泽土侵蚀剥蚀中山类型区、沼泽土冲积风积高原类型区、灰色森林土侵蚀剥蚀中山类型区以及灰色森林土冲积风积高原类型区的生态用地面积占其类型区总面积的95%以上,而盐土湖积高原类型区的生态用地所占比例最小,仅占39.74%。3)2015年坝上生态服务总价值高达634.77亿元,其中坝上地区东部的棕壤侵蚀剥蚀中山类型区生态服务价值最大,主要由林地提供;位于西北部的盐土湖积高原类型区生态服务价值最小,基本为草地所提供。本研究表明,不同的土壤类型和地貌类型均影响着土地生产能力的大小,从而影响着该地区的生态系统服务价值大小。     

湘西南不同石漠化程度土壤理化性质及相关性分析

以湖南省邵阳县郦家坪镇轻度、中度和重度石漠化程度的土壤为研究对象,分别在3种不同石漠化程度的样地采集土壤(0—15cm,15—30cm,30—45cm 3个土层)样品,并对土壤物理性质、养分含量特征及其之间的相关性进行了分析。结果表明:随着石漠化程度的加深,土壤呈现明显的沙化现象;土壤容重逐渐增大,孔隙度、毛管持水量减小。土壤偏弱酸性;有机质、全N与全P含量变化均表现为中度(弃耕地)轻度重度,Ca、Mg含量随着石漠化程度加深逐渐增加。土壤有机质、全N含量、土壤机械组成、土壤容重、孔隙度等理化因子之间相关性显著(p0.05),其中有机质含量、全N含量与土壤容重之间的相关性极显著(p0.01),Ca含量与pH之间相关性极显著(p0.01)等。随着石漠化程度加深,土壤理化性质逐渐恶化,但整体差异并不显著,表明该地区近年来退化并不强烈。通过施肥和合理的植被恢复模式能够有效的改善石漠化土壤养分含量,间接改善土壤的理化性质,从而提高生产力。