基于Ecopath评估蟹-稻复合生态系统营养结构和能量流动

蟹-稻综合种养模式为我国水产养殖以及农业从单一经营转变为复合经营提供了一种新模式,为了促进蟹-稻共作模式的推广和普及,应用Ecopath生态通道模型对该系统进行了营养结构和能量流动的分析。研究结果表明蟹-稻共作生态系统的最高营养级(3.140)高于稻田单作系统的最高营养级(2.676),生态系统的能量流动主要有两条途径,即以沉水植物和其他维管束植物为起点的牧食链及以碎屑为起点的腐质链;蟹-稻共作农田生态系统在6月和10月的Finn′s循环指数(Finn′s cycling index,FCI,0.55和1)和Finn′s循环平均能流路径长度(Finn′s cycling mean path length,FCL,2.066和2.077),稻田单作农田生态系统在6月和10月的FCI(1.14和0.81)和FCL(2.089和2.137),说明蟹-稻共作模式可以形成一个稳定的生态系统,中华绒螯蟹的加入可以促进该完整的生态系统的能量流动,且随着螃蟹的成长,系统成熟度有所提高,只是较单作系统的成熟度低,共作系统有更大的成熟空间;蟹-稻共作农田生态系统在6月和10月的连接指数(Connectance index,CI)分别为0.135和0.135,稻田单作系统在6月和10月的CI为0.188和0.161,共作系统的各功能组之间的连接强度较单作系统弱,稳定程度相对较低,蟹-稻共作农田生态系统的初级生产力显著高于单作农田生态系统,且蟹-稻共作农田生态系统的发育良好。     

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。     

“双季稻-鸭”共生生态系统稻季磷循环

稻鸭共生是对中国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间对比试验,以常规稻作为对照,采用投入产出法,分析"稻鸭共生"生态系统P的输入输出及循环情况。结果表明:"早稻-鸭"共生生态系统P输出为52.28kg·hm-2,其中鸭产品P为1.71kg·hm-2;"晚稻-鸭"共生生态系统P输出为83.24kg·hm-2,其中鸭产品P为6.17kg·hm-2;在早、晚稻两季,"稻鸭共生"系统在目前的P养分投入水平下,降低了土壤P的亏缺量;鸭子系统P输入主要来自系统外投入的饲料P;鸭粪P在系统内循环利用,两季循环率分别为12.5%和13.5%;两季稻作后,"稻鸭共生"土壤截存的P量为195.41kg·hm-2,比常规稻作显著提高了36.9%;"稻鸭共生"可对稻田土壤增加鸭粪P为17.75kg·hm-2。     

云南江城县爬行动物多样性与保护现状

为探究不同种植方式对稻田中小型土壤动物多样性的影响，本研究选取上海市崇明岛常规、有机和生态(稻-渔共作)三种种植方式的稻田为研究样地，采用干漏斗法对其中的中小型土壤动物群落结构进行调查。结果表明，调查共捕获中小型土壤动物449头，分属2门5纲8目，优势类群为弹尾目(Collembola)物种，占总捕获量的82.18%。三种种植方式稻田的中小型土壤动物群落结构有明显差异，其中，有机种植模式稻田的中小型土壤动物密度明显高于另外两种种植模式。中小型土壤动物群落的垂直分布呈现表聚性特征，类群数和密度均表现为向下减小的趋势。生态种植稻田的中小型土壤动物丰富度指数、Shannon-Wiener指数和均匀度指数均为最高，有机种植稻田的中小型动物优势度指数最高。三种不同种植方式稻田的中小型动物呈中等程度相似。与常规和有机种植水稻方式相比，生态种植方式更有利于提高中小型土壤动物的多样性和均匀度水平，促进稻田生态系统的稳定与健康发展，对稻田种植的可持续性及农业面源污染的指示作用方面具有一定意义。     

"稻鸭共生"生态系统稻季N、P循环

稻鸭共生是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展。在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究"稻鸭共生"生态系统N、P循环。结果表明:"稻鸭共生"生态系统N、P输出分别为153.50 kg/hm²和59.03 kg/hm²,其中鸭产品N、P输出分别是23.98 kg/hm²和3.10 kg/hm²;"稻鸭共生"系统在目前的N、P养分投入水平下,土壤存在严重的N和P亏缺;鸭子系统N、P输入对系统外饲料投入依赖高,自持能力较差;鸭粪N、P参与当季的稻田养分循环,其循环率分别为10.66%和28.16%。     

“双季稻-鸭”共生生态系统稻作季节氮循环

“稻鸭共生”是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展.2010年5-10月在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究了早、晚稻两季“稻鸭共生”生态系统氮(N)循环特征.结果表明:“早稻-鸭”共生系统N输出是239.5 kg· hm-2,其中鸭产品N是12.77 kg·hm-2.“晚稻-鸭”共生系统N输出是338.7 kg· hm-2,其中鸭产品N是23.35 kg· hm-2.在早、晚稻两季,“稻鸭共生”系统在目前的N养分投入水平下,土壤均存在N亏缺;鸭子系统N输入主要来自系统外投入的饲料N;鸭粪N作为系统内被循环利用的养分,早、晚稻两季循环率分别为2.5％和3.5％.两季稻作后,土壤截存的N量是178.6 kg·hm-2.     

“双季稻-鸭”共生生态系统稻作季节氮循环

“稻鸭共生”是对我国传统农业稻田养鸭的继承与发展.2010年5-10月在长江流域双季稻主产区湖南布置了稻田养鸭田间试验,以常规稻作为对照,研究了早、晚稻两季“稻鸭共生”生态系统氮(N)循环特征.结果表明：“早稻-鸭”共生系统N输出是239.5 kg·hm^-2,其中鸭产品N是12.77 kg·hm^-2.“晚稻-鸭”共生系统N输出是338.7 kg·hm^-2,其中鸭产品N是23.35 kg·hm^-2.在早、晚稻两季,“稻鸭共生”系统在目前的N养分投入水平下,土壤均存在N亏缺;鸭子系统N输入主要来自系统外投入的饲料N;鸭粪N作为系统内被循环利用的养分,早、晚稻两季循环率分别为2.5%和3.5%.两季稻作后,土壤截存的N量是178.6 kg·hm^-2.     

稻田湿地循环利用池塘养殖尾水效果

文章将稻田和鱼塘有机结合构建循环水养殖系统,连续两年开展了稻田湿地循环利用池塘养殖尾水效果的研究,同时应用Biolog Eco微平板技术比较了进出稻田湿地水样中微生物群落功能多样性变化特征。结果表明,在水力负荷0.51和0.74 m/d条件下,稻田湿地对池塘养殖尾水中NH₄⁺-N、NO₂--N、TN、TP和COD_Mn的百分比去除率分别为2.94%—33.38%、12.60%—92.45%、16.06%—32.36%、23.34%—48.50%和15.37%—61.12%,稻田湿地出水DO含量显著提高。通过稻田湿地对池塘养殖尾水中氮磷等营养物质的循环利用,养殖池塘尾水中TN、TP和COD_Mn的排污系数相应降低0.71—3.03、0.27—0.31和4.19—8.81 kg/t。Biolog Eco微平板技术揭示稻田湿地进出水中微生物群落碳源利用特征发生明显变化,出水微生物碳源代谢功能多样性指数显著提高;在生产功能上,循环水养殖系统中循环塘养殖产量比对照塘提高22%以上,而且水稻平...     

基于能值理论的循环复合农业生态系统发展评价——以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例

循环农业是当前农业可持续发展理念的具体运作模式。对能值分析方法优化,使其更适合循环复合生态系统的应用上进行优化,并以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例验证,评价复合生态系统的可持续发展程度和经济效益。结果表明改进的能值分析方法对循环复合农业生态系统的可持续发展评价更科学,复合系统的可持续发展指数比单纯的生猪养殖提高23.44%—33.86%,在4种组合的循环模式中以"生猪养殖-沼气工程-有机肥生产-种植业"循环复合生态系统整体效益最佳,其可持续发展指数最高,环境负载率最低,净能值产出率仅略低于"生猪养殖-沼气工程-种植业"复合系统。     

稻鸭共育对稻田水体藻类群落的影响

稻鸭共育技术是我国传统稻田养鸭技术的继承和发展,鸭子全程露宿放养赋予稻田养鸭新的稻鸭共育机制,形成了以稻田为基础、种稻为中心、家鸭野养为特点的自然生态和人为干预相结合的复合生态系统。这种养殖方法,利用雏鸭旺盛的杂食性,吃掉稻田里的杂草和害虫,利用鸭子不间断的活动产生中耕浑水效果,刺激水稻生长,同时鸭的粪便可作为肥料1,稻鸭共育技术具有控虫防病、除草松土、培肥土壤、 改善水稻群体结构、甲烷减排等方面的作用1,2。       

热带亚热带退化生态系统的恢复与复合农林业

我国热带亚热带是人口和环境压力最大的区域之一。原有自然生态系统遭到很大的破坏,退化生态系统大面积增加,这是严重制约农业生产发展的重要因素。长期的恢复生态学定点研究表明,通过综合整治,使退化生态系统得以恢复与重建,具有重大的生态效益、经济效益和社会效益。在丘陵山区进行退化生态系统的恢复与重建实践中所构建的“林果草(牧)鱼”复合生态系统,是高产、高质、高效的复合农林业模式,是促进地方农业经济发展的有效途径。     

The release of nutrients and organic matter from aquaculture systems in Nordic countries

The extent of the environmental impact of an aquaculture development is mainly dependent on husbandry, feeding technique, feed composition and site selection. Feed composition, digestibility and feed conversion coefficient are of paramount importance for the level of discharge of wastes derived from fish farming. These determine the release of nutrients (e.g. phosphorus and nitrogen) and organic material. Excretion products (in particular waste feed and faeces) may cause changes in the ecosystem. However, the overall environmental load derived from aquaculture is comparatively small when compared to other waste loads from communities, industries, agriculture and forestry. The amount of phosphorus and nitrogen in feeds has decreased to 1 % and 7%, respectively, while feed conversion efficiency due to high energy feeds has improved to values around 1.2 in most salmon farming operations. This has greatly reduced overall environmental loads, which are presently calculated with 10 kg phosphorus and 60 kg nitrogen per tonne of fish produced. The organic wastes per tonne produced are presently estimated to reach 2500 kg wet weight per tonne live weight fish. System design and site selection are additional important considerations which influence greatly the level of environmental impact. The advantage of land-based systems over water-based systems is the fact that water treatment of effluents is possible in such systems, thereby greatly reduction total loads to receiving waters. The paper mainly focusses on nutritional aspects of environmental load.     

基于碳足迹的传统农业系统环境影响评价——以青田稻鱼共生系统为例

现代农业在带来粮食高产的同时也产生许多生态环境问题,这促使人们再次把目光转向传统农业系统。一些传统农业系统不仅具有突出的经济、社会和文化价值,还具有多种重要的生态功能,如温室气体减排。然而,已有研究缺乏对传统农业系统整个生命周期的固碳减排能力的测算及其环境影响的评价。为此,基于农户调研数据,运用生命周期评价法对青田稻鱼共生系统的碳足迹进行了测算,并与当地水稻单作系统进行比较。研究发现:(1)青田稻鱼共生系统和水稻单作系统碳足迹分别为6266.7 kgCO_2-eq/hm~2和7520.0 kgCO_2-eq/hm~2,单位产值碳足迹分别为0.12 kgCO_2-eq/元和0.21 kgCO_2-eq/元。与水稻单作系统相比,稻鱼共生系统排放的温室气体更少,环境影响更小,生态和经济效益更高。(2)农业生产过程中积累的CH_4是碳足迹的最主要来源,农业生产资料投入中的化肥是碳足迹的的第二大来源。农业生产资料投入中的饲料则是稻鱼共生系统碳足迹的另一重要来源。通过碳足迹的方法对青田稻鱼共生系统的环境影响进行量化,不仅丰富了碳足迹在实际应用中的适用类型,对于其他传统农业系统的环境影响评价也具有借鉴意义。     

稻鱼共作生态系统浮游植物群落结构和生物多样性

稻鱼共作技术是中国传统农业的精华,通过对稻鱼共作系统水体浮游植物的种类组成、密度、生物量及多样性进行分析,明确该系统中浮游植物数量变化特性,为进一步开发利用这一经典农艺提供理论基础和实践依据。结果表明,稻田生态系统中浮游植物群落包含蓝藻门、甲藻门、隐藻门、裸藻门、绿藻门和硅藻门等6门,共38属93种。稻鱼共作显著增加稻田水体浮游植物的密度和生物量,降低硅藻和蓝藻的优势度,增加绿藻和裸藻的优势度,提高了稻田水体浮游植物多样性指数。     

Stoichiometric traits of stickleback: Effects of genetic background,rearing environment,and ontogeny

Phenotypes can both evolve in response to, and affect, ecosystem change, but few examples of diverging ecosystem‐effect traits have been investigated. Bony armor traits of fish are good candidates for this because they evolve rapidly in some freshwater fish populations, and bone is phosphorus rich and likely to affect nutrient recycling in aquatic ecosystems. Here, we explore how ontogeny, rearing environment, and bone allocation among body parts affect the stoichiometric phenotype (i.e., stoichiometric composition of bodies and excretion) of threespine stickleback. We use two populations from distinct freshwater lineages with contrasting lateral plating phenotypes (full vs. low plating) and their hybrids, which are mostly fully plated. We found that ontogeny, rearing environment, and body condition were the most important predictors of organismal stoichiometry. Although elemental composition was similar between both populations and their hybrids, we found significant divergence in phosphorus allocation among body parts and in phosphorus excretion rates. Overall, body armor differences did not explain variation in whole body phosphorus, phosphorus allocation, or phosphorus excretion. Evolutionary divergence between these lineages in both allocation and excretion is likely to have important direct consequences for ecosystems, but may be mediated by evolution of multiple morphological or physiological traits beyond plating phenotype.     

稻鸭共作对稻米品质的影响

稻鸭共作技术是中国传统农业的精华.作为一种可持续的水稻生态种养模式,稻鸭共作对水稻生长、病虫草害防治、生物多样性和稻田环境的改善具有明显的作用,然而目前还没有关于稻鸭共作对稻米品质影响的报道.因此,于2005年在华南农业大学增城教学科研基地进行了田间试验,共设计稻鸭共作、混水处理和常规稻作3个处理,研究其对稻米加工品质、外观品质、蒸煮品质、营养品质和微量元素含量的影响效应.结果表明:稻鸭共作技术能够提高整精米率,减少垩白,增加粒宽,降低米粒长宽比值,同时促进稻米蛋白质和氨基酸含量的下降,Mn元素含量上升,但对出糙率、精米率、胶稠度和直链淀粉含量没有显著影响.说明稻鸭共作可在一定程度上改善稻米品质,为水稻的优质生产提供了一条较好的生态技术途径.     

滇西北高原入湖河口退化湿地生态修复效益分析

选取滇西北高原典型退化湿地剑湖,对入湖河流永丰河入湖河口退化湿地进行的生态修复措施及其效益进行研究,评估其恢复效果,为高原退化湿地的修复和污染湖泊的治理提供依据。研究地修复2a后,入湖河口湿地景观格局得到较大改善,空间结构得到优化配置;水质状况明显改善,水体透明度提高101%,水体中总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的含量较恢复前明显下降,去除率分别达到62.5%、89.3%、62.5%、91.7%、68.0%,这一水质降解结果表明:基底修复促进了入湖河口水文状况的改善,而依据植物对不同浓度污水的适应状况进行多生活型、多种类的植物配置,并适当增加沉水植物比例,有效发挥了植物的净化作用,但不同湿地植物群落之间净化效果存在差异,显示了植物对氮磷的喜好程度和植物间的互作关系,而相同植物群落在不同浓度污水条件下的表现同样存在差异。因此,污染水体的治理必须选择性利用适合不同污水浓度的水生植物进行合理的群落配置,同时,根据水质变化及时对植物进行适应性调整,有利于植物的生长和湿地生态系统的稳定,以及湿地生态系统结构和功能的恢复。该退化湿地修复后,每年可产生以净化功能效益为主的生态系统服务功能价值185万元,以水源涵养和生物多样性保育、生态旅游等的生态系统服务功能价值32.7万元,以及以生态农业系统为主的市场价值270万元,呈现了较好的经济、社会效益和生态效益价值。     

A Generic Shallow Lake Ecosystem Model Based on Collective Expert Knowledge

We used fuzzy cognitive mapping (FCM) to develop a generic shallow lake ecosystem model by augmenting the individual cognitive maps drawn by 8 scientists working in the area of shallow lake ecology. We calculated graph theoretical indices of the individual cognitive maps and the collective cognitive map produced by augmentation. There were a total of 32 variables with 113 connections in the collective cognitive map. The graph theoretical indices revealed internal cycles showing non-linear dynamics in the shallow lake ecosystem. The ecological processes were organized democratically without a top-down hierarchical structure. The most central variable in the collective map was submerged plants. The strongest connections were suspended solids concentration decreasing water clarity, phosphorus concentration increasing the phytoplankton biomass, higher water clarity increasing submerged plants, benthivorous fish biomass reducing submerged plants and increasing suspended solids concentration, and submerged plants decreasing suspended solids. The steady state condition of the generic model was a characteristic turbid shallow lake ecosystem. The generic shallow lake ecosystem model had the tendency to go into a turbid state since there were no dynamic environmental changes that could cause shifts between a turbid and a clearwater state, and the generic model indicated that only a dynamic disturbance regime could maintain the clearwater state. The model developed herein captured the empirical behavior of shallow lakes, and contained the basic model of the Alternative Stable States Theory. In addition, our model expanded the basic model by quantifying the relative effects of connections and by extending it with 22 more variables and 99 more weighted causal connections. Using our expanded model we ran 4 simulations: harvesting submerged plants, nutrient reduction, fish removal without nutrient reduction, and biomanipulation. Only biomanipulation, which included fish removal and nutrient reduction, had the potential to shift the turbid state into clearwater state. The structure and relationships in the generic model as well as the outcomes of the management simulations were supported by actual field studies in shallow lake ecosystems. Thus, fuzzy cognitive mapping methodology enabled us to understand the complex structure of shallow lake ecosystems as a whole and obtain a valid generic model based on tacit knowledge of experts in the field.