秸秆还田对宁南旱作农田土壤水分及作物生产力的影响

在宁南旱区通过研究秸秆还田对土壤水分及作物生产力的影响,为该区土壤扩蓄增容及作物水分利用效率的提高提供理论依据。在3年秸秆还田定位试验中,设置了不同秸秆还田量处理（谷子秸秆按3000、6000、9000kg·hm-2粉碎还田;玉米秸秆按4500、9000、13500kg·hm-2粉碎还田,对照为秸秆不还田）,对不同处理条件下的土壤含水量、作物水分利用效率和作物产量等指标进行了分析。结果表明,随秸秆还田量由高到低,在试验第3年（2009年）玉米播种期0～200cm土层的土壤贮水量分别较CK提高8.8%、9.9%和6.8%;成熟期0～200cm土层的土壤贮水量分别较CK提高14.8%、13.9%和12.8%;产量分别较CK显著提高30.7%、29.2%和12.5%（P〈0.05）;作物水分利用效率分别较CK显著提高41.1%、35.9%和21.3%（P〈0.01）。在宁南半干旱区采用秸秆还田能较好地保蓄土壤水分,利于土壤水库的扩蓄增容,且对提高作物产量和作物水分利用效率有显著效果。     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

基于AHP和TOPSIS的污染场地修复技术筛选方法研究

污染场地作为潜在的污染源,多位于城市人口密集区,具有较大环境风险,且随我国城市产业结构的调整有逐年增加的趋势,引起国家的日益重视。目前国内外应用于污染场地修复的技术类型较多,采用科学的方法选择技术适用、经济可行和环境友好的修复技术具有重要意义。在分析了已有的污染场地修复技术筛选方法和解决多参数决策问题的方法及工具的基础上,提出了基于层次分析法（AHP）和逼近理想解的排序法（TOPSIS）的污染场地修复技术筛选决策流程,构建了污染场地修复技术筛选的指标体系,通过领域专家调查和AHP法获得修复技术筛选不同指标的权重,然后采用TOPSIS法对污染场地修复技术进行排序。利用该方法筛选与某案例污染场地的实际筛选结果接近一致。AHP和TOPSIS结合运用于解决复杂的多因素决策问题,既能克服AHP在不易定量化指标上的主观性,又能避免TOPSIS对指标权重的忽视,能够为土地拥有者或环境工作者解决实际修复技术筛选问题提供了有益的工具。     

黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。     

北京山地不同林分乔木层生物量和生产力研究

以北京山地7种人工纯林为研究对象,利用相对生长法对其乔木层(干、枝、叶、根和整株)生物量和生产力进行了定量研究,并分析了生物量回归关系.结果表明:树干、树枝和整株生物量与树高、胸径呈幂函数关系,树根和树叶生物量与树高、胸径呈二次多项式关系,且R＞0.81;不同树种各器官的生物量有所差异;乔木层平均生物量在29.56～135.09 t/hm2之间,排序为白秆＞油松＞核桃楸＞华山松＞白皮松＞山杨＞侧柏;净生产力范围为2.06～9.44 t/(hm2·a),从大到小依次为核桃楸＞油松＞白杄＞白皮松＞华山松＞山杨＞侧柏.不同林分各器官生物量的积累以树根和树干为主,生产力的积累以树干和树枝为主.     

休牧对草原生态系统影响研究进展

对退化草地进行合理休牧已成为当前退化草地生态恢复与重建的有效措施之一。退化草地通过实施休牧措施,对草地地上植被和凋落物及对地下植物根系和土壤等方面产生直接的影响。从植物群落特征变化看,群落高度、密度、盖度随休牧时期的延长主要有3种变化趋势:增加;先增加后降低;先显著降低后显著升高、再显著降低。从群落生物量看,休牧可显著提高草地生产力,地上生物量随季节的变化呈"S"型增长曲线,凋落物量呈"W"型动态变化,对植物地下生物量的增加有促进作用。随着休牧年限增加,禾本科、豆科植物等优良牧草显著增加,菊科植物、杂类草、藜科、有毒有害植物在草群中的比重有所下降。休牧对土壤的恢复效果明显,土壤表层粘粒和粉粒比例总体呈上升趋势,容重随休牧年限的延长先降低后升高,含水量增加,土壤有机质、全氮、全磷、全钾及速效氮、磷、钾含量均有所提高;土壤脲酶、磷酸单酯酶、脱氢酶、蛋白酶活性均有不同程度的增加,氧化酶-多酚氧化酶和过氧化氢酶活性则降低;微生物量提高;草原土壤种子库植物种类和数量增加;从休牧对草地碳储量影响来看,休牧使土壤有机碳含量有明显的增加。但休牧时间过长,也不利于植被的正常发育和更新。为了能够更好地为制定科学的草原休牧策略服务,建议今后应加强休牧对退化草地植物多样性和生产力的影响,休牧对退化草地土壤种子库影响,不同类型、不同退化程度以及不同利用方式草地合理休牧季节、休牧期长短和休牧年限的研究。     

沟垄二元覆盖对渭北旱塬区土壤肥力及玉米产量的影响

探讨沟垄二元覆盖对旱地土壤肥力及作物生产力的影响,对完善半湿润区作物微集水栽培技术具有重要的理论和实践意义。2007—2011年在渭北旱塬进行5年定位试验,设置垄上覆地膜,沟内分别覆普通地膜、生物降解膜、玉米秸秆、液体地膜和沟不覆盖等不同沟垄覆盖模式,以传统平作为对照。结果表明,2011年春玉米收获后各处理土壤有机质及速效养分含量随土层的加深而降低,与2007年试验处理前相比,沟垄二元覆盖各处理土壤养分含量明显增加,而垄覆地膜+沟不覆盖和传统平作处理有所下降。垄覆地膜沟覆秸秆处理0~20 cm层土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著高于对照,垄覆地膜沟覆地膜和垄覆地膜沟覆生物降解膜处理有机质和碱解氮含量较对照有所增加,而其有效磷和速效钾含量显著增加。20~60 cm层土壤有机质和速效养分含量各沟垄二元覆盖处理均略高于对照。各沟垄覆盖处理表层(0~20 cm)土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性均较对照增加,且以垄覆地膜沟覆秸秆处理土壤酶活性最高,垄覆地膜沟覆生物降解膜和垄覆地膜沟覆地膜处理次之。垄覆地膜沟覆生物降解膜、垄覆地膜沟覆地膜和垄覆地膜沟覆秸秆处理较对照显著增产41.1%、42.1%、39.3%,水分利用效率显著提高38.0%、39.6%、37.0%。在渭北旱塬区进行沟垄二元覆盖对提高土壤肥力、酶活性及春玉米产量和水分利用效率有显著提高作用,以垄覆地膜沟覆秸秆处理最佳,垄覆地膜沟覆地膜和垄覆地膜沟覆生物降解膜次之。可见,垄覆地膜沟覆地膜、生物降解膜或秸秆的沟垄全覆盖种植在渭北旱塬雨养农业区春玉米生产栽培具有一定的可行性和应用价值。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

肌原纤维蛋白浓度对风味物质吸附能力的影响

为探究肌原纤维蛋白浓度对风味物质的作用机制,本研究建立了肌原纤维蛋白和风味物质作用的复合体系,研究了不同浓度肌原纤维蛋白对17种典型风味化合物吸附能力的影响。结果表明,风味化合物的种类对肌原纤维蛋白的吸附能力有显著影响,一定浓度的蛋白对醛、酮、醇、酯的吸附作用强弱依次为:醛类酯类酮类醇类。蛋白浓度由2 mg·m L~(-1)增加至4 mg·m L~(-1)时,对所有风味化合物吸附作用显著增强;由4 mg·m L~(-1)增加至6 mg·m L~(-1)时,蛋白对2-甲基丁醛、戊醛、己醛、丁酸乙酯吸附作用明显增强,而当蛋白浓度由6 mg·m L~(-1)增加至8 mg·m L~(-1)时,肌原纤维蛋白对所有风味化合物的吸附作用都明显减弱。蛋白对风味化合物的吸附能力的增加可能是由于较高的蛋白质浓度改变了风味化合物在气、液两相间的分配系数;然而过高浓度的蛋白对风味物质吸附能力的削弱则是蛋白质之间相互作用增强或表面张力降低的结果。本研究结果为肉类风味感知研究过程中确定蛋白浓度、挥发性风味化合物种类等关键参数和改善蛋白类食品的风味提供了参考。