畜禽草耦合模式探索——牧鸡对退化草地植物物种多样性的影响

将牧鸡引入草地畜牧业形成畜禽草耦合新型草地利用方式,能够促进退化草地生态和生产功能的双提升.但牧鸡对退化草地物种多样性有何影响尚不清楚.为探明牧鸡对退化草地植物群落的影响,本研究在浑善达克沙地开展了退化草地典型植物饲喂鸡实验和牧鸡控制实验.通过选取10种典型代表植物对鸡进行饲喂实验发现,鸡对藜科植物(如灰绿藜)的喜食度较高,其次喜食豆科(如花苜蓿和斜茎黄耆)和菊科植物(如蒲公英),不喜食禾本科植物.鸡对草地植物的喜食度与其粗纤维含量显著负相关,与其粗脂肪和粗蛋白含量显著正相关.鸡对草地植物的采食量极低,日采食量在3～9 g干物质之间,约占日总采食量的4%～11%.通过对比牧鸡(MJ)和不放牧(CK)实验区的植物群落特征,发现MJ对退化草地物种多样性无显著影响,植物群落的物种丰富度维持在10种左右, MJ的多样性指数和均匀度指数分别维持在1.5左右和0.7左右; MJ显著降低植物群落高度,实验第二年和第三年MJ的群落高度分别比CK降低了19.1%和27.2%;但MJ显著提高了植物群落的净初级生产力(NPP),实验第三年MJ的NPP达到464.3 g m~(-2)yr~(-1),是CK的1.7倍; MJ的植被盖度在第三年也达到74.3%,是CK的1.5倍.因此,将牧鸡引入传统草地畜牧业形成畜禽草耦合模式不会对物种多样性带来负面影响.但在实际生产中应注意牧鸡方法,持续关注牧鸡对物种多样性的影响及其可能引发的级联反应.     

减量施氮对玉米-大豆套作体系中作物产量及养分吸收利用的影响

通过田间试验研究了种植方式(玉米单作、大豆单作、玉米-大豆套作)和施氮水平(0、180、240 N kg·hm-2)对玉米和大豆产量、养分吸收及氮肥利用的影响.结果表明:与单作相比,玉米-大豆套作体系中玉米籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数略有降低,而大豆籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数显著提高.玉米-大豆套作系统的套作优势随施氮量的增加而降低,与当地农民常规施氮量(240 kg·hm-2)相比,减量施氮(180kg·hm-2)处理下玉米和大豆产量、经济系数,以及N、P、K吸收量和收获指数、氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率显著提高,土壤氮贡献率降低;与不施氮相比,减量施氮降低了玉米带土壤的全N、全P含量,提高了大豆带土壤的全N、全P、全K含量和玉米带土壤的全K含量.减量施氮水平下,玉米-大豆套作系统的周年籽粒总产量、地上部植株N、P、K总吸收量均高于玉米和大豆单作,土地当量比(LER)达2.28;玉米-大豆套作系统的氮肥吸收利用率比玉米单作高20.2%,比大豆单作低30.5%,土壤氮贡献率比玉米和大豆单作分别低20.0%和8.8%.玉米-大豆套作减量一体化施肥有利于提高系统周年作物产量和氮肥利用率.     

地下水位下降对浑善达克沙地榆树光合及抗逆性的影响

以浑善达克沙地优势树种榆树(Ulmus pumila)幼苗为研究对象,在半控制试验中设置4个地下水位梯度(U1、U2、U3和U4,地下水位分别为距离土壤表面1、2、3和4m)研究了不同地下水位处理对榆树光合特征及抗逆性的影响。结果表明:1)随着地下水位下降,榆树对强、弱光的利用能力下降,最大光合能力降低。随着地下水位的下降,榆树叶片光饱和点、表观量子效率及暗呼吸速率均显著下降(p0.05),U1最大净光合速率可达(10.81±0.28)μmol·m–2·s–1,而U4最大净光合速率降至(8.98±0.08)μmol·m–2·s–1,下降了16.9%;2)地下水位下降使榆树的光能转化效率下降。与U1相比,U2、U3和U4的Rubisco最大羧化效率、光呼吸速率、最大电子传递效率和磷酸丙糖利用率均显著下降(p0.05),而CO2补偿点显著升高(p0.05);3)地下水位越低,榆树受到的胁迫越严重。U2、U3和U4的可溶性糖及脯氨酸含量较之U1均显著升高(p0.05)。因此,地下水位下降会显著降低浑善达克沙地榆树的光合性能,造成干旱胁迫。在实践中应加强地下水管理,这对浑善达克沙地稀树疏林生态系统的可持续发展具有重要意义。     

养分添加对退化草地豆科植物草木犀功能性状的影响

养分亏缺是造成草地生态系统退化的重要因素, 养分添加被认为是促进退化草地恢复的重要手段。豆科植物作为草地生态系统的重要功能种群, 其对养分添加的响应尚不清楚。该研究选取典型豆科植物草木犀(Melilotus officinalis)为研究对象, 在浑善达克沙地开展了鸡粪添加(L0-L6分别为0、500、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000 kg·hm_-2·a^-1)控制实验, 探究了养分添加对豆科植物功能性状的影响。鸡粪添加对草木犀的叶片氮(N)含量、磷(P)含量、钾(K)含量、最大净光合速率(P_nmax)、水分利用效率(WUE)、株高(H)和比叶面积(SLA)均有显著影响。随鸡粪添加量的升高, 草木犀叶片N、P、K含量均线性升高, 当添加量达到3 000 kg·hm_-2·a^-1 (L6)时, N、P、K含量升高幅度分别达到15%、67%和25%; 草木犀的H、SLA、P_nmax和WUE先上升后下降, 转折点出现在鸡粪添加量为1 500 kg·hm^-2·a^-1 (L3)时, 以8月份为例, L3较L0的升高幅度分别达到51%、18%、12%和38%, 而L6与L0则无显著差异。因此, 适量的鸡粪添加能显著提高豆科植物的光合能力和水分利用能力, 改善其生长状况, 有利于豆科植物种群的维持。     

减量施氮对玉米-大豆套作体系土壤氮素残留和氮肥损失的影响

通过田间试验,研究了玉米单作、大豆单作、玉米-大豆套作3种种植模式和不施氮、减量施氮(180 kg N·hm-2)、常量施氮(240 kg N·hm-2)3种施氮水平对玉米和大豆植株氮素吸收、土壤氮素残留和氮肥损失的影响.结果表明:玉米-大豆套作体系下,施氮提高了玉米土壤中残留的NO3--N、NH4+-N含量,但在大豆土壤中则降低.与单作相比,玉米套作的土壤氮素残留量增加,氮肥损失量降低,大豆套作的土壤氮素残留量和氮肥损失量均降低.减量施氮处理下,玉米-大豆套作系统的氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别比玉米单作低17.7%、21.5%和0.4%,比大豆单作高2.0%、19.8%和0.1%.与常量施氮相比,减量施氮降低了玉米-大豆套作系统的氮肥残留量、残留率、损失量和损失率,同时还降低了由氨挥发所引起的氮肥损失,其中氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别降低12.0%、15.4%和1.2%.     

间套作种植提升农田生态系统服务功能

间套作是指在同一块土地上同时种植两种或两种以上的作物,能够充分利用有限资源,提升单位面积物质产出,同时还具有多重其他生态效益,是一种基于生物多样性的可持续农业发展范式.生态系统服务是评价生态系统功能的重要突破口,也是当前生态学领域研究的热点问题.从生态系统服务的角度论述间套作种植提升农田生态系统服务功能,并从物质产出、土壤肥力维持、生物多样性保护、水土保持、病虫草害和有害污染物控制等方面论述了间套作种植提升农田生态系统功能的实践及机制.在此基础上,构建了间套作农田生态系统服务功能评价的理论框架和指标体系,并提出了间套作种植农田生态系统未来应加强的研究方向.     

大豆幼苗对套作玉米遮荫环境的光合生理生态响应

以2个耐荫性不同的大豆品种为材料,田间试验设置大豆单作和玉米-大豆套作2个种植模式处理,研究不同耐荫性大豆品种的幼苗光合生理生态特性对套作玉米遮荫环境的响应。结果表明:1)玉米-大豆套作模式中,玉米遮荫显著降低大豆冠层的光合有效辐射,导致大豆幼苗光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著下降(P0.05),分别达37.9%、54.2%和42.4%,但品种间无显著差异;而胞间二氧化碳浓度和Fv/Fm无显著变化,且光合速率的下降与气孔导度存在显著相关关系,光合速率下降主要是由气孔限制和CO2同化过程中能量不足所致;2)玉米遮荫显著降低大豆幼苗叶面积指数、叶片碳含量、叶片和根系干重及总生物量,且品种间差异显著,相关性分析显示,叶面积指数下降是导致生物量减少的主要原因;3)玉米遮荫环境中,大豆幼苗的叶片叶绿素和氮素含量提高以增强光捕获能力,但它们并不能补偿因光截获面积降低而引起的光截获量下降。