农地整理中路沟渠生态化设计研究进展

农地整理是人类对农田生态系统的强烈干扰.传统农地整理中路沟渠设计的主要技术经济指标是方便生产通行和调配水资源以及提高水的利用率,尚缺少系统化、生态化考量,已经影响了农田物种扩散,导致生物栖息地环境的退化,并对农田生态系统的生物竞争机制、缓冲和补偿能力、抵御虫害能力产生了显著的负效应.本文系统总结了路沟渠生态化的功能,着重介绍了近年来生态化路沟渠的形式与结构设计、路沟渠生态工法参数的试验以及路沟渠生态材料选择的技术和方法.未来的相关研究应根据各级道路、灌排沟渠的不同功能要求和规格,按照田间不同生物的习性和栖息要求,精确设计能够满足大多数生物需求的农田路沟渠形态、结构和控制性尺寸,切实解决农地整理带来的上述问题.     

人工湿地系统在湖泊生态修复中的作用

湖泊在维系区域水安全、生态安全和环境安全中具有重要价值。然而,受到人类非理性水土资源开发活动和全球变化的影响,部分湖泊遭到污染、无序垦殖及生态和环境需水被挤占而发生退化,其生态服务功能和经济社会价值也显著降低,对湖泊进行生态修复已成为政府部门、学术界和社会公众共同关心的资源与环境问题之一。在湖泊生态修复中,人工湿地系统可有效降低湖泊污染负荷,对湖泊生态系统的非生物环境进行有效调控;此外,人工湿地系统可对湖泊生物物种进行定向培育、增殖和保护。人工湿地系统消减湖泊污染负荷主要包括对外源性污染负荷的生态拦截和对内源性污染负荷的生态萃取。根据外源性污染负荷的入湖方式,生态拦截又包括针对无组织排放污染负荷(主要包括农田区坡面径流和城市地表径流)的带状拦截和针对有组织排放污染负荷的前置库拦截及线状拦截。在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,需要结合湖泊生态系统的基本特征、生态退化的动力学机制和生态修复目标,按照节水、节地原则,适时、适地、适效地建设人工湿地系统及组合系统,充分发挥人工湿地系统对湖泊的综合生态修复功能。需要特别指出的是,在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,要在多方论证和生态风险调控的基础上进行,避免外源性物种入侵对湖泊生态系统的破坏。     

太湖典型菜地土壤氮磷向水体径流输出与生态草带拦截控制

农业面源氮磷输出是导致太湖流域地表水富营养化主要原因之一,查明该地区农田土壤地表径流氮磷向水体迁移形态与通量,并实施径流控制,对水体富营养化治理具有重要现实意义。蔬菜地是太湖流域重要的农业种植方式。通过设置野外径流小区,观测了春夏季蔬菜地土壤氮磷径流输出,并探讨了生态拦截草带对径流中不同形态氮磷拦截效果。结果表明,2004年10月25日至2005年8月17日,菜地土壤氮磷径流输出总量分别为3 010.9和695.0 g.hm-2;其中颗粒态为主,分别占64%和75%。可溶态氮中,NH4 -N为主,占50%,可溶态磷中H2PO4-为主,占87%。生态拦截草带对径流氮和磷拦截效率分别为42%~91%,30%~92%。生态草带对颗粒态氮磷拦截效率大于可溶态。拦截草带可有效地控制蔬菜地土壤氮、磷通过径流向水体迁移。     

珠三角典型稻田生态沟渠型人工湿地的非点源污染削减功能

为了评价珠江三角洲地区农业非点源污染控制技术的开发与削减功能,本研究以珠海市斗门区上洲村典型稻田系统为例,提出了一种适应当地实际情况的生态沟渠型人工湿地构建技术,并进行了示范工程建设和防治效果评价。结果表明:该生态沟渠利用农田既有的排灌系统,经过适当改建而成;在满足原有排灌功能的前提下,对稻田排水径流中固体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(CODCr)、铵态氮(NH4+-N)、生化需氧量(BOD5)的去除效率分别达到71.7%、63.4%、49.9%、26.6%、14.5%和11.6%;对营养型和颗粒态污染物质净化作用效果较好,对有机型污染物净化作用有限;其中对SS和TP的作用最为明显。该技术和工程成本效益良好,既减轻了稻田排水对附近水体的污染负荷,又增加了农田的景观效果。在珠三角及类似的经济发达而人地关系紧张的地区具有一定的推广价值。     

土壤-植物系统中稀土元素与氮磷养分的交互作用

土壤－植物系统中稀土元素与N,P养分交互作用属农田稀土安全性评价研究的前沿,土壤中稀土元素与N,P交互作用直接关系到稀土对农田土壤生产力的影响以及稀土对农作物的增产机理和生态环境安全性的评价,就土壤－植物系统中有关稀土元素与N,P交互作用的研究作简要综述,提出今后应加强作物根际,农田土壤表层以及植物体内稀土与N,P养分之间交互作用的研究。     

农田景观和管理方式对稻田系统植物多样性的复合影响

农田生物多样性对于维持农田生态系统服务功能和农业可持续发展具有重要意义。为揭示农田景观特征和管理方式对农田生态系统植物群落和物种多样性的影响, 以有机稻田(ON)、常规化防稻田(天然林脚下, CN)、常规化防稻田(距天然林>10km, CF)系统为研究对象, 调查了田内、田埂和沟渠生境的植物物种组成和多样性特征, 并对三种类型稻田系统共125个样方进行DCA排序分析。结果表明: (1)有机稻田的物种丰富度显著高于两种常规化防稻田, 其中, ON植物由51科101属109种组成, CN植物由35科69属74种组成, CF植物由23科49属54种组成; (2)ON的Simpson指数和Shannon-Weiner多样性指数与CN均没有显著性差异, 但显著高于CF; (3)无论是有机稻田还是常规化防稻田, 物种丰富度、Simpson指数和Shannon-Weiner指数均以田埂最高, 沟渠次之, 田内最低; (4)总体而言, 相同生境下, ON各多样性指数(J除外)均高于CN, 但无显著差异, 而与CF差异显著。此外, DCA排序图显示, 相同生境下, ON和CN的植物群落相似性较大, 而CN和CF的群落相似性小。上述结果共同表明, 农田植物物种多样性维持受农田管理方式和农田景观特征的复合影响, 低集约化农田景观对于维持农田生态系统植物物种多样性和群落组成具有更重要作用。     

华北太行山前平原农田生态系统中氮、磷、钾循环与平衡研究

以栾城县为例,分析了华北太行山前平原农田生态系统N、P、K三要素养分循环与平衡特征及其变化趋势,评价了农田养分平衡状况,提出了合理施肥对策。结果表明,1985～2000年栾城县农田养分平衡中,N素经历了由轻微赤字向盈余的转变过程,由1985年的1．4％赤字转变到2000年盈余48．6％;K由极度亏缺(82％赤字),逐渐向平衡发展,到2000年已有4．6％的轻微盈余,但仍有大量田块是赤字平衡;P则始终有大量盈余。目前农田养分收支存在一定程度的N、P投入过量,K投入不足的问题,以土壤肥力状况和作物种植结构而论,栾城县应采取“稳氮、控磷、增钾”的施肥对策。避免过多的盈余化肥氮进入环境,同时应继续推广秸秆还田技术,提高养分循环再利用效率。     

黄河下游平原不同非农生境中植物多样性

自然、半自然等非农生境是区域农业景观的重要组成部分,对区域生物多样性保护具有重要意义。黄河下游平原区是典型的农业景观,农田是最主要的景观类型,林地、树篱等景观要素散布其中,为研究区内非农生境中生物多样性及其生态效应,采用典型样地法对区内典型农业景观中林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境中的植物群落进行调查研究。结果显示:区内植物组成以菊科、禾本科等为主;区内植物科的地理成分以世界分布和泛热带分布为主,各生境间有一定的差异,属的地理成分复杂,具有中国15个种子植物属分布型中的13个,以温带分布、世界分布和泛热带分布为主,总体上区内的植物组成以广布种为主,优势科属明显,特有种缺乏;各非农生境中的植物多样性存在一定的差异,林地和树篱生境具有较高的物种丰富度和多样性,显著高于田间道路,沟渠、林地和树篱生境中的物种均匀度和群落盖度均显著高于田间道路;β多样性分析表明田间道路生境中的群落组成分化程度在各样点间最大(β多样性指数最高);树篱、林地和田间道路等生境间群落相似性均较高,但其群落结构和优势种组成方面却存在显著的差异,沟渠作为一种特殊生境与其它生境间的群落相似性相对较低。研究表明,在黄河下游平原典型农业景观中,作为非农生境存在的林地和树篱在物种多样性维持中具有重要地位,沟渠为水生和湿生植物提供了庇护所,意义重大;各生境间高的群落相似性仅是物种组成名录相似性的反映,其空间格局和优势种群间差异明显,各生境植物群落的生态功能差异巨大。未来区内生物多样性的保护应重在生态系统过程、功能的加强以及生态系统服务的维持和提高,且需进一步在景观水平上探讨各非农景观要素的空间构型对其生态效益的影响机制及其调控和管理策略。     

丛枝菌根（AM）生物技术在现代农业体系中的生态意义

菌根是植物根系与特定的土壤真菌形成的共生体,有利于生态系统中养分循环,协助植物抵御不良环境胁迫．自然条件下,大多数植物表现一定的菌根依赖性,在植株根系发育过程中如能与适宜的菌根真菌形成良好的菌根结构,可提高产量,改善品质,其中丛枝菌根是最普遍的类型．丛枝菌根帮助植物抵御不良环境胁迫及病虫害,促进植物健康生长,可减少化学肥料、杀虫剂施用量,以减少对环境、生态不利的化学物质施用量．丛枝菌根共生体可加速根系生长,提高对移动性低的无机离子吸收,加速养分循环利用,增强植物对不良胁迫(生物与非生物)因素的耐受力,形成良好的土壤结构,提高植物群体的多样性．文章综述了丛枝菌根真菌生态特征,丛枝菌根对寄主植物的影响,丛枝菌根生物技术应用于农业体系的生态意义及其应用潜力．     

龙窝湖湿地不同土地利用方式土壤养分和重金属污染特征

为了解人类活动对城市湿地土壤生态环境的影响,本文分析了芜湖市龙窝湖不同利用方式下湿地土壤养分、重金属含量的差异,并采用污染指数法和潜在生态风险指数法对重金属污染特征和潜在生态风险进行了评价。结果表明:不同利用方式下湿地土壤养分和重金属含量差异显著,总体上网围养殖湿地、塘式养殖湿地、垃圾倾倒处下游湿地和沟渠湿地土壤养分和重金属含量显著高于湖泊中心湿地和耕作湿地;龙窝湖不同类型湿地表层土壤均存在较高或严重的Cd污染和中等Cu污染,网围养殖湿地、塘式养殖湿地、垃圾倾倒处下游湿地和沟渠湿地表层土壤存在中等Pb和Zn污染,但网围养殖湿地、塘式养殖湿地和垃圾倾倒处下游湿地表层土壤Cd含量显著超过土壤环境质量标准(二级);综合污染指数显示,垃圾倾倒处下游湿地(27.35)、网围养殖湿地(26.23)和塘式养殖湿地(25.48)存在严重重金属污染,而沟渠湿地(10.49)、湖泊中心湿地(8.56)和耕作湿地(8.49)处于中等重金属污染,其中Cd对各种利用类型湿地土壤重金属污染贡献率达49.0%~76.4%;综合潜在生态风险指数显示,垃圾倾倒处下游湿地(633)、网围养殖湿地(625)和塘式养殖湿地(588)存在很高潜在生态风险,而沟渠湿地(174)、耕作湿地(149)和湖泊中心湿地(144)处于高潜在生态风险,其中Cd对各种利用类型湿地综合潜在生态风险指数贡献率达88.6%~96.2%。水产养殖和垃圾倾倒是龙窝湖湿地土壤氮磷等养分和重金属污染的主要来源,土壤养分与重金属污染存在一定的耦合关系。     

稻作系统对淡水养殖池塘富营养化的修复效应及应用前景

养殖池塘富营养化是目前制约我国淡水养殖业可持续发展的关键因素。稻作系统具有显著的净化水质能力,如何将稻作系统和淡水养殖系统进行生态耦合实现氮、磷养分的循环利用,是淡水养殖池塘富营养化生态修复的一个重要研究方向。通过文献调研和实地考察,综合分析了浮床种稻-原位修复、稻田湿地-异位修复、稻鱼生态种养3种耦合方式对养殖池塘富营养化的修复效应,以及氮、磷养分综合利用效率,归纳总结了不同模式的技术特点以及应用中存在的问题,并就修复技术研究和生态补偿提出了培育生态修复专用水稻品种,加强稻作系统生态修复理论研究和技术推广,建立养殖池塘富营养化修复的生态补偿机制等建议。     

上海崇明岛前卫村沟渠生态修复示范工程评价

采用生物护坡技术、氧化塘系统和沸石处理系统，修建了上海崇明前卫村沟渠生态修复示范工程，并通过地表径流模拟实验及坡岸土壤参数、生物多样性、沟渠水体总氮和总磷含量等指标对该示范工程进行了评估.结果表明：与对照相比，使用灌丛垫技术修复后的坡岸土壤剪切力、紧实度和土壤湿度显著提高(P<0.05)，坡岸植被延缓径流和去除悬浮物效果显著(P<0.05)；使用柴笼技术修复后的坡岸土壤剪切力和悬浮物去除率显著提高(P<0.05)，但对土壤湿度、紧实度和雨水径流的延滞作用不太明显.示范工程实施后，沟渠内水质得到明显改善，总氮和总磷含量显著下降(P<0.05)，沟渠坡岸的生境质量和景观效果得到改善，生物多样性明显增加.采用土壤生物工程方法和其他生态修复技术集成可以稳定坡岸、改善沟渠的栖息地质量以及修复大城市郊区村镇沟渠的生态环境.     

三江平原建三江地区30年湿地景观退化评价

因高强度农业开发,1975～2004年的30a间,三江平原自然湿地景观发生了剧变.评估该湿地景观面临的各种压力、分析其所处状态、揭示其演变规律,对于三江平原的湿地保护和恢复至关重要.选取1975年、1989年和2004年的三期Landsat TM遥感影像,基于压力-状态-响应的生态评价框架,对黑龙江省建三江地区景观演变进行分析.结果表明,(1)从1975年到2004年,建三江地区自然湿地大幅减少,农田大幅增加,景观多样性和破碎度显著提高;农业开发是自然湿地面临的主要压力,其中草甸和沼泽湿地是主要的开发对象.(2) 1975～1989年的农业开发强度高于1989～2004年.1975～1989年,农田、沟渠面积大幅增加,湿地面积大量减少;通过沟渠排水将湿地开发为旱田,导致该区生态环境质量下降,洪涝灾害频繁;1989～2004年,人们意识到湿地保护的重要性,自然湿地开垦减少,沟渠面积略有增加,并把部分旱田转为水田来达到"以稻治涝"的目的;同时,建立了多个湿地自然保护区并制定了相应的湿地保护条例,使得该区的湿地景观得到了一定的保护.(3) 当前三江平原湿地景观面临的问题依然严峻,尤其是排水沟渠的大量存在和旱田转化为水田后导致的水资源短缺和地下水位下降等问题,还将继续威胁现有湿地的存续,基于沟渠系统的综合性水资源管理势在必行.     

Nitrogen and Phosphorus Pollutants Removal from Rice Field Drainage with Ecological Agriculture Ditch: A Field Case

Excessive nitrogen and phosphorus in agricultural drainage can cause a series of water environmental problems such as eutrophication of water bodies and non-point source pollution. By monitoring the water purification effect of a paddy ditch wetland in Gaochun, Nanjing, Jiangsu Province, we investigated the spatial and temporal distribution patterns of N and P pollutants in paddy drains during the whole reproductive period of rice. Then, the dynamic changes of nitrogen and phosphorus in time and space during the two processes of rainfall after basal fertilization and topdressing were analyzed after comparison. At last, the effect of the ditch wetland on nutrient purification and treatment mechanism, along with changing flow and concentration in paddy drains, was clarified. The results of this study showed that the concentrations of various nitrogen and phosphorus in the ditch basically reached the peak on the second and third days after the rainfall (5.98 mg/L for TN and 0.21 mg/L for TP), which provided a response time for effective control of nitrogen and phosphorus loss. The drainage can be purified by the ecological ditch, about 89.61%, 89.03%, 89.61%, 98.14%, and 79.05% of TN, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, NO₂⁻-N, and TP decline. It is more effective than natural ditches for water purification with 80.59%, 40%, 12.07%, 91.06% and 18.42% removal rates, respectively. The results of the study can provide a theoretical basis for controlling agricultural non-point source pollution and improving the water environment of rivers and lakes scientifically.     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以淮北市为例

城市是一类以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统.城市的快速蔓延及强烈的人类活动显著地改变了城市的土地利用结构,进而严重影响了城市生态系统服务及人居环境.通过遥感、GIS技术及生态系统服务价值评估等方法,对淮北市1987年、2000年和2007年3个时期20a间的土地利用结构及生态系统服务价值的演变进行定量评价.研究结果表明:1987-2007年间淮北市生态用地空间结构和面积发生剧烈变化,生态用地占城市面积的比例由91.45％降低至71.86％.1987-2000年,农田面积大幅度下降,而林地和水体都呈不同程度的增加趋势,建设用地面积增长迅速.2000-2007年,农田面积有所增加,林地和水体面积却明显下降,建设用地总面积虽然没有明显变化,但其聚集度显著增加.20年间,城市生态服务功能的价值呈现先增加后减少的趋势,在2000年达31.32亿元.2000-2007年,以废物处理和水源涵养功能退化最为严重.可见,城市土地利用结构的变化与生态服务功能密切相关,此结果可为淮北市景观格局优化及土地合理调控和管理提供一定的科学依据.     

内陆河干旱区生态需水分析

根据水分驱动生态演变模型 ,以水分运动和补给条件 ,研究了内陆河平原生态系统的需水结构。生态需水分为过渡带生态需水 ,绿洲生态需水 ;绿洲生态需水又进一步分为天然绿洲生态需水和人工绿洲生态需水。通过流域水分平衡和地面观测资料确定了生态圈层结构的水分需求 ,以及降水与径流对水分需求的补给比例。生态需水的分析计算 ,类似于供需平衡分析。从植物生理角度分析生态需水 ,得到天然植被的总腾发量 Et,作为植被生态需水总量。各典型天然植被的 Et通过实验资料获得。将植被和水面的总生态需水量扣除有效降水补充的部分 ,即为径流性生态需水量 GE。另一方面 ,以流域为单元进行降水和径流统一考虑的水分综合平衡 ,进行生态可利用水量分析。得到生态系统可能实际利用的径流性水资源量 GR。　　将生态需水量 GE与生态系统可能实际利用的水资源量 GR进行平衡分析 ,计算实际生态耗水 ,并分析盐碱地无效耗水。根据 2 0 2 0年生态状态情景分析 ,作出了 2 0 2 0年生态需水与生态系统结构演变的预测     

珠江三角洲高畦深沟农田生态系统的结构及功能研究

前言自然和社会经济条件不同,农田生态系统的类型也不同。研究农田生态系统的结构与功能,可了解特定系统对当地环境条件的适应性。近年来,国内外很多学者,都从能流物流和经济效益方面对各类型结构农田生态系统结构与功能作了研究。高畦深沟结构农田生态系统,是珠江三角洲平原区人民为在当地地下水位较高的条件下,进行旱作而发展的一种农田生态系统类型。它的特点是,以一定的比例挖深沟,利用挖沟的泥土起高畦,沟中长期保持有水层,畦面进行旱作,沟里进行种植、养殖或其它利用,结构多年不变,是一种相对稳定的农田生态系统。     

鄱阳湖区土地利用的生态效应

在构建鄱阳湖区土地利用地理数据库的基础上,利用区域生态质量指数与土地利用变化生态贡献率对鄱阳湖区土地利用生态效应进行了定量研究.结果表明,鄱阳湖区1990年区域生态质量指数平均值为7.60,2002年为7.62,总体生态质量介于灌木林地、疏林地等土地利用类型之间.1990-2002年鄱阳湖区区域生态质量指数上升的主要动力为水库坑塘、有林地和疏林地的扩大;生态质量指数下降的主要动力依次为水田、中覆盖度草地的减少.在土地利用转移贡献率上,水田转为有林地、旱地转为有林地、水田转为疏林地、水田转为水库坑塘的生态贡献率之和达52.96%,为主导土地利用的正向转移类型.有林地转为水田、有林地转为旱地、水田转为农村居民点的生态贡献率之和达39.89%,为主导土地利用的反向转移类型.