低丘红壤地区几种农林复合系统的生态经济效益

低丘红壤地区几种农林复合系统的生态经济效益傅庆林,罗永进（浙江省农科院土壤肥料研究所,杭州３１００２１）柴锡周（浙江省林业科学研究所,杭州３１００２３）ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｆｆｅｃｔｓａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃＢｅｎｃｆｉｔｏｆｔｈｅＣｏｍｐｌｅｘＡｇ...     

农林复合系统滇龙胆茎叶化学计量特征研究

以农林复合系统种植的滇龙胆(Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.)为材料,采用高效液相色谱法建立不同栽培系统滇龙胆茎、叶的色谱指纹图谱,并测定其主要活性成分马钱苷酸、獐牙菜苦苷、龙胆苦苷和当药苷含量,研究不同栽培系统滇龙胆茎、叶化学计量特征。采用相关性分析、指纹图谱相似度分析、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、变量投影重要性准则(VIP)等方法进行化学数据分析。结果显示,滇龙胆主要活性成分马钱苷酸含量为(1.85±0.92)mg/g~(7.43±7.64)mg/g,獐牙菜苦苷含量为(1.03±0.17)mg/g~(1.58±0.50)mg/g,龙胆苦苷含量为(15.28±11.34)mg/g~(24.59±7.84)mg/g,当药苷含量为(4.10±1.64)mg/g~(31.67±22.70)mg/g,且叶片中4种活性成分的总含量高于茎;不同栽培系统中,与尼泊尔桤木间作的滇龙胆茎、叶活性成分总含量最高,而与核桃间作的滇龙胆茎、叶活性成分总含量最低。相关性分析显示,植株相同部位和不同部位间的环烯醚萜和裂环烯醚萜含量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)正相关。指纹图谱相似度分析表明,不同栽培系统滇龙胆茎指纹图谱相似度介于0.989~0.992之间、叶指纹图谱相似度为0.988~0.996,相同部位样品化学成分种类相似。PLS-DA分析结果表明,茎和叶片整体化学计量特征具有明显差异;单作及林药间作的样品被区分为不同类群,不同间作模式下滇龙胆茎、叶化学成分具显著差异,叶片高效液相色谱指纹图谱可用于区分不同栽培系统滇龙胆样品。本研究结果可为农林复合系统滇龙胆有效成分含量研究及滇龙胆资源的合理开发利用提供科学依据。     

低丘红壤区农林间作系统的水分生态特征及生产力

低丘红壤区农林间作系统的水分生态特征及生产力张斌张桃林（中国科学院南京土壤研究所,２１０００８）ｙｄｒａｕｌｉｃＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＡｌｅｙＣｒｏｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＩｔｓＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎＬｏ...     

农林系统研究进展

综述了国内外农林系统的研究进展 ,介绍了农林系统的概念、产生背景和过程及主要的研究方向。从农林系统的结构和分类、农林系统小气候及系统效益评价等 3个方面对当前农林系统的研究现状进行了评述。重点从水分、温度、辐射、光照及人体舒适度等方面分析了农林系统小气候的研究状况 ;从化感作用和地下部分相互作用两个方面介绍了系统组分间的相互作用关系。同时指出农林系统类型较为单一、理论研究落后于实践、基础理论研究相对薄弱等研究中存在的问题。提出农林系统的研究应进一步加强多学科深层次、实质性的交流与合作 ,注重科研机构与生产基层的有机联系 ,加强理论基础研究 ,因地制宜地发展农林系统 ,更好地为生产实践服务。     

农林复合系统中南酸枣蒸腾特征及影响因子

用热平衡法(Granier法)确定了南酸枣蒸腾量,研究了低丘红壤农林复合系统中南酸枣(Choerospondias axillaries)蒸腾的日变化特征、对复合利用方式及截枝处理的响应,并利用相关分析和多元逐步回归分析方法,探讨了影响蒸腾的因素.结果表明,蒸腾速率具有明显的早晚低、中午高的日变化特征,但在不同日期蒸腾速率日变化曲线存在一定差异,且在旱季晚间23:30后仍有茎流现象.南酸枣蒸腾主要受深层土壤水分的影响,与100 cm土壤深处的水势呈极显著正相关(R=0.737^**).农林复合,通过树木对深层水分的利用及微区域环境的改变,提高了植物蒸腾量40%～10%,为实现水分高效利用提供了可能.在影响蒸腾作用的气象因子中,光辐射强度、气温、地温是主要因子,而空气饱和水汽压差和风速次之.最后给出了依据气象因子估算茎流流速的统计模型.     

玉米大豆对农林复合系统小气候的光合响应

对黄土区核桃(Juglans regia L.)-(玉米+大豆)、李子(Prunus salicina)-(玉米+大豆)农林复合系统小气候效应的研究表明,在玉米和大豆的花期,农林间作系统与对照地相比可以降低农田地面温度1.7-1.9℃,减低风速55%-67%,提高相对湿度6.9%-8.4%,降低光合有效辐射强度13.9%-24.5%和大气CO2浓度5.3-10.9μmol.mol-1。本研究中,单作大豆叶片光合速率午间变化主要受到非气孔的限制作用。逐步回归分析结果表明,光合有效辐射强度和大气CO2浓度是影响林下作物光合速率的主要环境因子。林下小气候可能是作物避免"午休"现象的主要原因。     

华北石质山区核桃-绿豆复合系统氘同位素变化及其水分利用

通过对比核桃枝条和绿豆茎内δD值差异来分析核桃和绿豆水分来源和利用。结果表明,核桃-绿豆农林复合系统的根系在表层土壤(0—30cm)中交叉存在,生态位重叠。旱季中表层土壤含水量与δD值之间存在显著的负相关关系(R2=0.77,P=0.02),雨季相关关系不显著(R2=0.03,P=0.73)。δD值分析表明,旱季中核桃利用深层土壤(30—80cm)水分占总水分来源的51%以上,雨季中则主要利用浅层土壤水分,间作绿豆和单作绿豆主要利用表层土壤水分。雨季中表层土壤水分能同时满足核桃和绿豆生长需要,但复合系统中光能竞争导致间作绿豆光合速率显著地低于单作绿豆。旱季间作绿豆0—20cm土壤水分含量、凌晨叶片水势和光合速率明显高于单作绿豆,显示间作绿豆体内水分状况好于单作绿豆。线性模型分析结果显示间作绿豆体内约有1.58%—5.39%的水分来核桃夜晚水力提升,表明复合系统在旱季一定程度上缓冲季节性水分胁迫对农作物生长的影响。     

农林复合系统固碳潜力研究进展

农林复合系统是解决当前资源枯竭、农林用地紧张和实现环境保护的一种可持续土壤管理模式。自《京都议定书》签订以来, 农林复合系统因其较高的固碳潜力引起了科学家的广泛关注。深入理解农林复合系统的固碳过程及其对气候变化、环境条件的改变和管理措施的响应, 是准确地预测农林复合系统在全球变化情景下固碳潜力的关键。该文综述了农林复合系统的概念和分类, 探讨了农林复合系统相比单一系统的固碳潜力及固碳机理, 分析了农林复合系统固碳潜力的测定方法和当前面临的挑战, 综述了气候因子、环境条件和人为管理措施对农林复合系统固碳潜力的影响。我国农林复合系统的固碳潜力相比全球其他区域还处于较低水平, 为提高我国农林复合系统的固碳潜力, 未来需要加强以下四个方面的工作: 扩大农林复合系统的分布面积、加强农林复合系统的合理配置和管理、选择适宜的物种组合和优化系统的群体结构。     

气候变化背景下农林复合系统碳汇功能研究进展

农林复合系统作为一种土地综合利用体系,可以有效吸收和固定CO₂、增加碳储量,在达到收获目的的同时,可有力减轻温室效应.农林复合系统对CO₂的调控作用,使人们认识到农林复合系统较单一作物系统有着明显优势,因此,深入了解不同农林复合系统的碳汇功能及其影响因素,对全球碳循环研究及碳收支准确评估具有重要意义.本文综述了农林复合系统的概念与分类,探讨了农林复合系统不同组分的碳固存潜力及其影响因子,得出不同区域、不同类型农林复合系统内植被的固碳速率相差很大(0.59～11.08 t C·hm^-2·a^-1),其主要受到气候因子和农林复合系统自身特性(物种组成、林木密度和林龄)的影响.农林复合系统内土壤的固碳潜力受到系统内树木和非树木成分输入的生物量多少和质量、土壤质地、土壤结构的影响.不同地区的任何一个农林复合系统的碳储量多少主要依赖于复合系统中各组分的结构和功能.针对目前的研究现状,指出应重点加强农林复合系统优化结构的碳汇功能研究,以及加强农林复合系统碳储量的时空分布格局及其固碳机制的长期研究.     

我国热带地区胶茶鸡农林复合系统氮循环研究

以海南省文昌市典型的胶茶鸡农林复合系统模式为研究对象,以单作胶园、胶茶间作园为对照,采用定量研究与定性分析相结合的方法,研究其N循环规律.结果表明,胶茶鸡农林复合系统N循环率为43%,N输出量为196.5kg·hm^-2,土壤N盈余量为237.6kg·hm^-2,均最高.鸡子系统N产投比为91%,转化率较高.系统外N投入率比另两系统明显减少,系统内N循环量最大,为824.1kg·hm^-2.该系统N循环活跃,具有较合理的N循环结构.     

不同水分条件下杨树-玉米复合系统凋落物分解特性

为探讨水分变化对农林复合生态系统凋落物分解特性的影响,以河西走廊杨树（Populus）-玉米（Zea mays）凋落物为研究对象,设置正常水分（9200 m³/hm²,对照）,轻度干旱胁迫（减少15%,7800 m³/hm²）,中度干旱胁迫（减少30%,6400 m³/hm²）3种不同水分处理条件,采用分解袋法研究了不同水分条件下杨树叶和玉米秸秆的质量残留率、分解速率和养分含量变化特征。结果表明：（1）随着干旱胁迫的加剧,两种凋落物的质量残留率均增加,而分解速率降低。经过164 d的分解后,杨树叶和玉米秸秆的质量残留率分别为70.43%-77.49%、63.55%-68.29%。分析表明：水分和时间对各类型凋落物的质量残留率均有极显著的影响（P<0.001）,但二者的交互作用不显著（P>0.05）;干旱胁迫显著降低了玉米秸秆的分解速率,但杨树叶的分解速率却只是在中度干旱胁迫下显著降低（P<0.05）。对于不同类型凋落物而言,分解速率表现为玉米秸秆>杨树叶。（2）两种类型凋落物的氮（N）残留率在分解过程中表现为降低的趋势,但随着干旱程度的加大,N的残留率增加,表明水分抑制了N的释放过程。分解164d后,同一类型凋落物不同水分条件下的N残留率均存在显著差异。对于同一水分条件下不同凋落物而言,玉米秸秆的N残留率最低,而杨树叶最高。总的来说,水分降低对干旱区农林复合系统内凋落物的分解和氮元素含量具有显著的抑制作用。     

澧水河口区与目平湖心区的基本生态特征

通过对澧水入湖口至目平湖的样带调查,系统研究了河口区和湖心区的水体、土壤和生物学等基本生态特征及其相关关系。结果表明:(1)水流速度从河口区至湖心区几乎呈直线下降,水深是河口区大而湖心区小,其它指标如透明度和水体营养含量(硝氮、氨氮、总氮、总磷)维持在一范围内波动的趋势。(2)湖心区土壤具有较高的有机质、氮和磷含量,而河口区(壶口)的有机质、氮和磷含量相对较低。(3)河口区不适合水生植物生长,而湖心区是植物生长繁殖的主要区域,具有较高的物种丰度、生物量和多样性指数。(4)湖心区的水文和土壤环境(如适当水流和水深,肥沃的土壤)为水生植物的生长提供了良好的条件,而河口区因水流速度太大、土壤相对贫瘠等是沉水植物无法生存和发展的主要原因。相关分析进一步表明,河口区和湖心区的水体理化特征、土壤理化特征和生物学特征存在相互作用和相互影响,而水流速度是调控生态特征变化的决定性或关键因子。     

基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度 > 水生态压力 > 水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。     

开窗补植银木对柏木低效林分生态化学计量特征的影响

川中丘陵区柏木纯林存在生物多样性降低、水土保持能力减退、生产力低下、地力衰退等问题,已成为亟待改善的低产低效林分。通过开窗补植银木进行乡土阔叶树种的针阔混交,以柏木纯林和银木林窗区域林分的植物-凋落物-土壤为研究对象,对比分析C、N、P元素含量及比值,讨论阔叶树种引入后林分生态化学计量特征的变化情况。结果表明:(1)柏木叶片C∶N在12月份为132.79,而在次年的4月下降到了84.91,银木叶片年均C∶N为52.6,低的C∶N体现出银木在幼龄阶段快速生长的特点。(2)柏木与银木叶片N∶P分别为10.77,10.64都明显处于N限制的阈值以下,生长过程主要受到了N元素的限制。(3)林窗中银木凋落物N含量高于柏木,C∶N、N∶P小于柏木,土壤与"植物-凋落物"间的相关性增加。因此,阔叶树种的引入有利于提高分解的相对速率,触发森林土壤养分循环过程。     

农林复合生态系统防护林斑块边缘效应对节肢动物的影响

于2008和2009年在黄淮海平原典型地区商丘民权林场(34°31'-34°52'N, 115°00'-115°28'E)进行。选择杨树林、槐树林和杨槐混交林3种人工林模式,调查节肢动物群落构成、生物多样性及边缘效应对节肢动物群落结构的影响。结果显示,节肢动物科级水平上不同年份间的类群数和个体数差异都不显著(P>0.05),防护林不同模式间个体数(df=2, F=59.48, P<0.001)和类群数(df=2, F=15.44, P<0.001)差异均显著。3种防护林中以杨树林物种丰富度指数较高,S_杨树林(9.65)>S_{杨槐混交林}(8.78)>S_槐树林(7.47);生物多样性指数H'_杨树林(1.78)>H'_{杨槐混交林}(1.65)>H'_槐树林(1.46),其中杨树与槐树林的S和H'差异显著(P<0.05)。杨树林和槐树林边缘效应对节肢动物群落的影响大于杨槐混交林,林地边缘节肢动物的类群数和个体数均较高。节肢动物类群组成表现为林地边缘的偶见种和农田种多于林内。杨树林和槐树林边缘节肢动物多样性指数较高,向林内40m显著下降;而杨槐混交林边缘效应对节肢动物多样性指数的影响较小。综合分析认为,杨树林和槐树林边缘效应对节肢动物群落结构和多样性的影响距离为40m,杨槐混交林距离为20m。单一树种农田防护林斑块不小于80m宽,混交林斑块不小于40m宽,可以保护林内物种生存,维持农田生态系统生物多样性。     

基于生态系统服务的广西水生态足迹分析

针对传统生态足迹对于水域仅考虑渔业生产功能的缺陷,研究者提出了水生态足迹.但当前水生态足迹基础理论与模型均存在较大不足.为此,提出了基于生态系统服务的水生态足迹概念和模型,并以2003-2010年的广西为例进行了计算与分析.结果表明:(1)水域-渔业账户中,淡水渔业生态足迹呈上升趋势,淡水渔业生物承载力较高且比较稳定,淡水渔业生态盈余较多同时淡水渔业生态压力较小;(2)水资源账户中,淡水生态足迹先较快上升随后缓慢下降,水资源承载力较高但2007-2010年波动幅度较大,水资源生态盈余较多同时水资源生态压力较小;(3)水环境账户中,水污染生态足迹先缓慢上升随后大幅下跌之后逐渐回升,水环境承载力变化趋势与水资源承载力相同,绝大多数年份表现为水环境生态赤字和水环境生态不安全;(4)淡水渔业生态压力＜水资源生态压力＜水环境生态压力,淡水生态系统基本已处于生态不安全状态.模型克服了传统模型的诸多缺陷与不足,是对广西近年来淡水生态系统服务供需及水生态安全状况的较客观全面的反映.     

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力,对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度,对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明：(1)2000—2020年,我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足,可持续能力强;万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势,用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年,我国水质可持续能力均较强,处于安全和较安全状态,水质生态盈余量约2亿hm²;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍,且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区,均主要位于“胡焕庸线”西北部,而承载力高值区,主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比,约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级...     

基于水敏性城市设计的城市水环境污染控制体系研究

随着城市化进程加快,自然地表被硬化的不透水地面所替代,城市面源污染加剧,城市水环境恶化成为限制城市发展的关键因素。水敏性城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)提出从城市设计和生态管理角度实现城市发展与水环境保护的共同目标。综述了WSUD理论内涵、设计原则、技术体系以及隐含在其中的生态学思想,提出当前WSUD理论发展需要进一步完善的技术体系,整合生态学思想以及建立科学的效益评估方法,并与传统生态智慧关联,为WSUD在我国的发展和研究提供科学参考。同时,基于WSUD技术及蕴含于其中的生态智慧,针对三峡库区城市水环境特点和城市面源污染特征,兼顾城市景观优化、生物生境再造、生态服务功能优化与城市建设协同发展,采取生态缓冲、湿地消纳和自然调控相结合的综合防控思路,以水陆界面生态屏障综合控制为主线,根据城市生活区-休闲娱乐区-水陆界面缓冲区3个空间层次,提出城市污染源头-滨湖绿带-生态护坡-基塘湿地-自然消落带多重拦截和消纳的城市水环境污染控制体系,形成三峡库区水敏性城市设计与建设的模版和参考,为三峡库区城市水体污染控制提供科学依据,促进三峡库区水质保护与城市人居环境协同发展。