Effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate steppe of Nei Mongol,China

Aims Grazing intensity and grazing exclusion affect ecosystem carbon cycling by changing the plant community and soil micro-environment in grassland ecosystems. The aims of this study were: 1) to determine the effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate grasslands of Nei Mongol; 2) to compare the difference between above-ground and below-ground litter decomposition; 3) to identify the effects of precipitation on litter production and decomposition. Methods We measured litter production, quality, decomposition rates and soil nutrient contents during the growing season in 2011 and 2012 in four plots, i.e. light grazing, heavy grazing, light grazing exclusion and heavy grazing exclusion. Quadrate surveys and litter bags were used to measure litter production and decomposition rates. All data were analyzed with ANOVA and Pearson’s correlation procedures in SPSS. Important findings Litter production and decomposition rates differed greatly among four plots. During the two years of our study, above-ground litter production and decomposition in heavy-grazing plots were faster than those in light-grazing plots. In the dry year, below-ground litter production and decomposition in light-grazing plots were faster than those in heavy-grazing plots, which is opposite to the findings in the wet year. Short-term grazing exclusion could promote litter production, and the exclusion of light-grazing could increase litter decomposition and nutrient cycling. In contrast, heavy-grazing exclusion decreased litter decomposition. Thus, grazing exclusion is beneficial to the restoration of the light-grazing grasslands, and more human management measures are needed during the restoration of heavy-grazing grasslands. Precipitation increased litter production and decomposition, and below-ground litter was more vulnerable to the inter-annual change of precipitation than above-ground litter. Compared to the light-grazing grasslands, heavy-grazing grasslands had higher sensitivity to precipitation. The above-ground litter decomposition was strongly positively correlated with the litter N content (R² = 0.489, p < 0.01) and strongly negatively correlated with the soil total N content (R² = 0.450, p < 0.01), but it was not significantly correlated with C:N and lignin:N. Below-ground litter decomposition was negatively correlated with the litter C (R² = 0.263, p < 0.01), C:N (R² = 0.349, p < 0.01) and cellulose content (R² = 0.460, p < 0.01). Our results will provide a theoretical basis for ecosystem restoration and the research of carbon cycling.     

农业化学投入强度替代效率及其影响因素

采用SE-DEA和空间基尼系数,研究了2000—2016年我国农业化学投入强度替代效率,并运用Tobit模型分析了我国及各地区替代效率的驱动因素.结果表明: 我国农业化学投入强度替代的综合效率和规模效率呈现出“N”字型趋势,纯技术效率则波动上升,替代效率的地区差异明显,东部地区更倚重替代要素的投入规模;各年份全国省域差异最高的是综合效率,其次为纯技术效率,规模效率的区域差异性最小,地区内部省域差异逐渐减小,东部地区省域差异最大;农业化学投入替代效率受农业技术水平、农户收入水平、农业生产结构、农业发展程度和工业化水平的显著影响,各地区受各因素影响差异明显.推动农业化学投入替代效率,要从提高农业化学投入强度替代要素的投入效率、调整农用工业发展结构、关注农民收入水平和修订农业化学投入强度替代的补贴政策等方面入手.     

21世纪以来闽三角城市群人类景观开发强度的时空演变——基于能值-GIS方法

在快速的城市化进程中,城市群作为城市发展到成熟阶段的高级空间组织形式,其在推进城市群区域社会经济一体化的同时,也在一定程度上加剧了城市群的人地关系矛盾和景观开发强度。为量化城市群的人类景观开发强度,揭示自然环境对人类资源消耗过程的压力响应机制,选取闽三角城市群在2000、2005和2013年的夜间灯光数据(DMSP/OLS)作为刻画人类经济活动范围的基础数据,通过能值分析理论,耦合可更新能源(太阳能、风能、地热能和降雨化学能等)与基于统计数据的不可更新能源进行能值核算,并进一步描述人类景观开发强度(Landscape development intensity,LDI)的时空演变特征,基于人类活动对自然生态系统的干扰程度划分为5级进行空间展示与分析。结果表明:(1)在时间尺度上,闽三角城市群的年可更新能值密度均值在2000、2005和2013年,分别为9.42×10~(16) sej/hm~2、7.25×10~(16) sej/hm~2和7.88×10~(16) sej/hm~2,呈现出先减后增的趋势,在空间尺度上,闽三角城市群可更新资源由环海湾地带向内陆地区呈环形逐层增加,其中在2000年表现尤为明显;(2)在不可更新资源的利用上,闽三角城市群的本地不可更新能源能值投入在2000、2005和2013年,分别为4.64×10~(24) sej、4.63×10~(24) sej和4.66×10~(24) sej,只出现轻微浮动,而外部输入能源的能值投入则在2000、2005和2013年,分别为1.41×10~(24) sej、3.18×10~(24) sej和5.71×10~(24) sej呈现逐年上升趋势,且其中对原煤的需求表现最高,占比高达90%;(3)LDI在空间分布上,自内陆至沿海干扰等级逐渐上升,其中,强度干扰与剧烈干扰主要覆盖厦门市、龙海市、晋江市和石狮市;在时间分布上,呈现出强度干扰和剧烈干扰逐渐增大的趋势。研究有助于政府对不同干扰等级区域的城乡建设与规划管理提供决策依据,为实现城市群可持续发展提供数据参考。     

多源空间数据整合视角下的城市开发强度研究

城市开发强度能直观表征人类活动强度,对指导城市规划与管理、促进城市可持续发展具有重要价值。采用社会-经济-生态系统耦合视角构建城市开发强度的多维测度体系,整合多源空间数据,测度了杭州市主城及3个副城的开发强度并揭示了其空间分布特征。结果表明,杭州城市开发强度由主城向副城呈波动降低,高强度开发过度集中于主城,主城的功能疏散有待加强;各副城开发强度不一,江南城与主城呈现跨江融合,临平城、下沙城空间上较为独立;各开发维度中,建筑强度、功能强度及效益强度热点区分布基本一致,环境响应高强度区则集聚于主副城交界处,表现出空间异质性。多维测度体系可较好表征城市开发强度,对城市规划及精细化管理具有一定的应用价值。     

以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

微生态制剂对海水养殖系统硝化功能建立过程的影响

比较分析投加不同微生态制剂的海水养殖系统硝化功能建立的过程,为实际应用提供依据。利用海水素构建4个海水养殖系统,通过投加硝化细菌、光合细菌、枯草芽胞杆菌3种微生态制剂以及纤维毛球作为生物膜载体,比较分析不同养殖系统硝化功能的建立过程及硝化强度差异。投加硝化细菌+光合细菌和硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统硝化功能建立时间分别为108 h和96 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.69 mg/(L·d)和1.36 mg/(L·d);添加纤维毛球的生物膜系统与生物絮团系统硝化功能建立时间分别为96 h和120 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.36 mg/(L·d)和0.98 mg/(L·d);投加碳源系统和对照系统硝化功能建立时间分别为84 h和96 h,氨氮初始质量浓度为6 mg/L时,氨氧化强度分别为1.18 mg/(L·d)和1.36 mg/(L·d)。硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统硝化功能建立时间更短,但系统硝化强度低于硝化细菌+光合细菌系统;生物膜系统硝化强度高于生物絮团系统且硝化功能建立更快;添加碳源能够加快系统硝化功能建立过程,但降低了硝化细菌+枯草芽胞杆菌系统的硝化强度。     

Drought may be beneficial to the competitive advantage of Amaranthus spinosus

干旱利于刺苋的竞争优势 干旱可以影响入侵植物的生长和土壤酶活性。因此,非常有必要评估干旱背景下入侵植物的竞争优势以及入侵植物和干旱对土壤酶活性的影响。本研究旨在分析干旱背景下起源于热带美洲的入侵植物刺苋(Amaranthus spinosus)与本地植物苋菜(Amaranthus tricolor)共存时的竞争优势和土壤酶活性。通过栽植实验进行刺苋与苋菜的竞争共栽培,并进行不同水平的干旱处理,即：(i)对照;(ii)轻度干旱;(iii)重度干旱。实验结束后测定两种苋属植物的功能性状、渗透调节、抗氧化酶活性以及土壤pH、电导率、土壤微生物生物量碳含量和土壤酶活性。干旱背景下,刺苋的相对竞争强度和相对优势度均高于苋菜。因此,干旱利于刺苋的竞争优势。干旱背景下,刺苋的土壤水溶性盐含量和蔗糖水解能力均大于苋菜。而较高的土壤水溶性盐含量和蔗糖水解能力利于刺苋对养分的获取和利用。     

春季小降雨事件对科尔沁沙地尖头叶藜萌发的影响

通过人工模拟降雨试验研究了科尔沁沙地优势草本植物尖头叶藜萌发和幼苗建成对春季小降雨事件(2、4、8 mm和自然降雨)的响应。结果表明:不同降雨处理对尖头叶藜的萌发和幼苗建成有显著影响(P0.05)。8mm降水量是促使尖头叶藜萌发的最小降雨阈量。不同降雨量处理下尖头叶藜萌发数量大小顺序为:8mm处理对照4 mm处理2mm处理;而高度和冠幅依次是2 mm处理(2.23 cm和7.15 cm2.)对照(2.03 cm和6.21 cm2)4mm处理(1.86 cm和5.01 cm2)8mm处理(1.48cm和4.72 cm2);降雨量为8mm的地上生物量最多(45.26 g/m2),对照为35.49g/m2、4mm处理为26.54g/m2、2mm处理为15.26g/m2。尖头叶藜幼苗的水分利用效率与每次降水量呈显著地正相关关系,随着每次降雨量的增大地上生物量逐渐增大。本试验中各处理的总降雨量一致,但地上生物量不同且差异显著。每次降雨量×降雨次数的分布状况影响了尖头叶藜幼苗的地上生物量。科尔沁沙地尖头叶藜萌发及其幼苗建成在密度、形态和水分利用效率和地上生产力上对不同模式的小降雨做出了积极的响应。