典型农业生态工程运行机制分析——以山东省西单村为例

通过对典型农业生态工程结构的研究,分析了生态农业系统的运行机制.结果表明,结构多样性与主导性关系的协调问题,是目前制约农业生态系统良性循环的根本问题.山东省西单村农业生态系统之所以前期能够保持持续稳定发展,后期出现减缓趋势,主要原因也是由于其系统的结构多样性比较高,结构多样性指数最高达0.6556,结构链内部各组分之间的协调性超过90%;而系统实际主导性则较低,结构主导性指数最高为0.2574,系统的最高协调性指数只有0.1327.因此,要保证系统的可持续发展,必须保证系统结构的协词性.     

典型农业生态工程运行机制分析—以山东省西单村为例

通过对典型农业生态工程结构的研究,分析了生态农业系统的运行机制,结果表明,结构多样性与主导性关系的协调问题,是目前制约农业生态系统良性循环的根本问题,山东省西单村农业生态系统之所以以前期能够保持持续稳定发展,后期出现减缓趋势,主要原因也是由于其系统的结构多样性比较高,结构多样性指数最高达0．6556,结构链内部各组分之间的协调性超过90％,而系统实际主导性则较低,结构主导性指数最高为0．2574,系统的最高协调性指数只有0．1327,因此,要保证系统的可持续发展,必须保证系统结构的协调性。     

模拟大气氮沉降对中国森林生态系统影响的研究进展

人类活动加剧了活性氮的生产和排放,并导致氮沉降日益增加并全球化。目前,人类活动对全球氮循环的干扰已经超出了地球系统安全运行的界限。中国已成为全球氮沉降的高发区域,高氮沉降已经威胁到生态系统的健康和安全,并成为生态文明建设过程中亟待理清和解决的热点问题。对国际上和中国森林生态系统模拟氮沉降研究的概况进行了综述,并从生物学和非生物学两大过程重点阐述模拟氮沉降增加对中国主要森林生态系统影响的研究进展。中国自2000年以后才开始重视大气氮沉降产生的生态环境问题,中国科学院华南植物园在国内森林生态系统模拟氮沉降试验研究上做出了开创性的贡献。模拟氮沉降研究表明,持续高氮输入将会显著改变森林生态系统的结构和功能,并威胁生态系统的健康发展,特别是处于氮沉降热点区域的中国中南部。森林生态系统的氮沉降效应依赖于系统的氮状态、土地利用历史、气候特征、林型和林龄等。最后,对未来的研究提出了一些建议,包括加强长期跟踪研究和不同气候带站点之间的联网研究,特别是在森林生态系统对长期氮沉降响应与适应的过程机制、地下碳氮吸存潜力研究、以及与其他全球变化因子的耦合研究等方面,以期为森林生态系统的可持续发展提供理论基础和管理依据。     

重庆典型地区大气湿沉降氮的时空变化

验连续3a采集雨样研究了重庆市郊区和林区大气湿沉降氮的时空变化.结果表明,重庆市近郊区、远郊区和林区3个采样点雨水总氮浓度范围为(3.94±0.50)～(4.56±1.01)mg L-1,平均(4.27±0.73)mg L-1.NH+4-N、NO-3-N和DON占TN百分比例分别为44.9%、27.4%和27.5%.降雨中NH+4-N对氮沉降量的贡献率最大.在时间尺度上,不同季节降雨中氮浓度呈现明显的季节性差异,以冬季最高,依次是夏季、春季和秋季.在空间分布上,近郊区、远郊区和林区的TN平均浓度分别为4.56 mg L-1、4.32 mg L-1和3.94 mg L-1,从近郊区到林区有逐渐降低的趋势.降雨中的NH+4-N、NO-3-N、DON和TN浓度与降雨量无显著相关性.但是,降雨量与氮沉降量呈显著正相关.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮排放直接相关.重庆市随降雨到达地面的氮沉降量较高,远远超过了水体负荷的临界值,可能对三峡库区的水资源产生不利影响.     

氮沉降对森林生物多样性的影响

从3个方面论述了氮沉降对森林生物多样性影响：（1）森林植物多样性,包括乔木层植物、林下层植物和隐花植物;（2）土壤微生物多样性,主要是细菌和真菌;（3）森林动物多样性：主要包括地下土壤动物和地上草食动物。综合来看,氮沉降改变了物种组成,过量氮沉降降低了生物多样性。同时,也对氮沉降影响生物多样性的机理进行了分析。最后,还探讨了当前在氮沉降对森林生物多样性影响的研究方面存在的问题以及今后研究的方向。     

大气氮沉降影响草地植物物种多样性机制研究综述

大气氮沉降对草地生态系统结构和功能的影响已成为全球变化生物学研究重点。大气氮沉降导致草地群落物种多样性降低已成为全球普遍现象,但其生物学机制还不清楚,因此有必要系统梳理大气氮沉降对全球不同草地生态系统的研究结果,以便在氮沉降背景下为我国草地生态系统的研究和管理制定科学决策。系统综述了氮沉降降低草地群落物种多样性的可能机制,主要包括资源竞争排斥、群落更新限制、土壤酸化及其离子毒害、养分失衡、氮素本身的毒害、次生胁迫。氮沉降导致草地物种多样性降低是多种机制综合作用的结果,每种机制在不同时空具有不同的相对贡献。同时,与欧洲酸性土壤草地和美国高草草原相比,我国草地土壤类型和植被属性具有明显差异。因此,应根据我国草地生态系统的特征、不同植物功能利用养分策略,从土壤养分变化、根系养分吸收转运、叶片生理过程等方面的整合研究思路,探讨氮沉降影响我国草地群落物种多样性的生物学机制,为我国草地生态系统的科学管理提供理论依据。     

氮沉降对黄河三角洲芦苇湿地土壤呼吸的影响

2012年6月至2012年10月, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 100 kg N·hm^-2·a^-1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。结果表明, 氮沉降促进了芦苇湿地土壤呼吸作用, LN和HN处理使芦苇生长季(6-10月)平均土壤呼吸速率比CK分别提高19%和58%。积水改变了芦苇湿地土壤呼吸日动态。地面无积水时, 各处理土壤呼吸日动态均呈单峰型曲线; 地面有积水时, 土壤呼吸日动态峰值推后或无单峰型波动规律。积水影响土壤呼吸作用对温度的响应。地面无积水时, 各处理土壤呼吸速率均与气温呈极显著的正指数相关关系, 气温分别解释了CK、LN和HN处理下土壤呼吸季节变化的69.9%、64.5%和59.9%; 地面有积水时, 各处理土壤呼吸与气温相关性不显著。CK、LN和HN处理下土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值分别为1.68、1.75和1.68, 表明LN处理增强了土壤呼吸温度敏感性, HN处理对其影响不显著。     

增加降水及大气氮沉降对黄淮海平原弃耕地地表节肢动物的影响

作为全球变化的重要驱动因子,日益频繁且不断加剧的降水格局变化及大气氮沉降正在对我们赖以生存的陆地生态系统造成重要影响.然而,过去关于全球变化对陆地生态系统影响的研究主要集中于地上植物群落,而对于土壤动物,特别是地表节肢动物的研究相对较少.本文采用控制试验的方法,研究增加降水及氮沉降对我国黄淮海平原弃耕地生态系统地表节肢动物的影响.结果表明: 增加降水使地表节肢动物的数量显著增加了66.9%,使整个群落的类群数显著增加了27.8%.氮沉降对地表节肢动物的种群密度及类群数均无影响,但显著增加了群落中蚁科动物的数量,显著降低了跳虫的数量.本研究结果表明,降水格局的变化是驱动中国北方平原弃耕地生态系统地表节肢动物群落结构变化的重要因子,其影响机制主要是通过影响土壤湿度及植物生长实现的.     

大气氮沉降对森林土壤甲烷吸收和氧化亚氮排放的影响及其微生物学机制

水分非饱和的森林土壤是大气甲烷(CH4)汇和氧化亚氮(N2O)源,大气氮沉降增加是导致森林土壤碳氮气体通量不平衡的主要原因之一。土壤CH4吸收和N2O排放之间存在协同、消长和随机等复杂的耦合关系,关于氮素对两者产生过程的调节作用以及内在的微生物学机制至今尚不完全清楚。综述了森林土壤CH4吸收和N2O排放耦合过程的理论基础,土壤CH4和N2O的产生与消耗过程对增氮响应的生物化学和微生物学机制,指出各研究领域的不足和未来的研究重点。总体而言,低氮倾向于促进贫氮森林土壤CH4吸收,不改变土壤N2O的排放,而高氮显著抑制富氮森林土壤CH4吸收以及促进N2O排放。外源性氮素通过竞争抑制和毒性抑制来调控森林土壤CH4的吸收,而通过促进土壤硝化和反硝化过程来增加N2O的排放。然而,由于全球氮沉降控制试验网络分布的不均匀性、土壤碳氮通量产生过程的复杂性以及微生物分子生态学方法的局限性等原因,导致氮素对森林土壤碳氮通量的调控机制研究一直进展缓慢,未能将微生物功能群落动态与土壤碳氮通量真正地联系起来。未来研究应该从流域、生态系统和分子尺度上深入探讨土壤碳氮通量耦合作用的环境驱动机制,氮素对土壤CH4氧化和N2O产生过程的调控作用,以及增氮对土壤甲烷氧化菌和N2O产生菌活性和群落组成的影响。     

林业生态工程措施对滨海盐碱地草本植物的影响

林业生态工程是当前国内滨海盐碱地生态改良的重要措施,这一措施对滨海盐碱地的自然生态系统产生了一定的影响。为揭示林业生态工程措施对滨海盐碱地草本植物的影响,在杭州湾余姚段滨海盐碱地上,应用生态工程措施营造一条长约3.5km、宽约30m的人工林带,分别以林带两侧农田和荒地为对照,运用目测法和样方法,以盐生和耐盐草本植物的种类、物种-面积关系、频度、单位面积生物量、综合优势度比、丰富度、Pielou均匀度指数、Shannon指数和Simpson指数为指标,研究了滨海盐碱地不同处理的草本植物在群落结构和物种多样性上的差异。结果表明:研究区草本植物共有14科30属31种,不同处理的草本植物均以禾本科和菊科为主;与荒地和农田草本群落相比,林业生态工程改良带草本群落的物种数目没有显著变化,但种类组成有了显著的改变,最小面积显著扩大,群落结构复杂化,物种多样性有提高趋势;林业生态工程改良区生境过滤作用发挥着主要作用,而物种间的竞争排斥作用还不明显。林业生态工程措施有效地改变了滨海盐碱地原生草本植物的群落结构和物种多样性,促使研究区草本植物进入一个新的演替进程,显示出较高的生态效益。     

鄂西北丹江口库区大气氮沉降

利用雨量器在鄂西北丹江口库区连续3a采集降雨样品,研究了大气氮沉降的变化动态。结果表明:2009—2011年月均总氮(TN)浓度为3.70—10.36 mg/L,与当月降雨量呈极显著线性负相关(R=-0.592**,n=32),季均TN浓度为冬季(8.21 mg/L)春季(3.94 mg/L)秋季(3.23 mg/L)夏季(2.70 mg/L),年均TN浓度为3.70 mg/L。大气氮素年均干湿总沉降量为26.53 kg/hm2,其中干沉降为7.80 kg/hm2,占总沉降量的29.4%;湿沉降为18.73 kg/hm2,占总沉降量的70.6%。干沉降中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、可溶性有机氮(DON)和颗粒态氮(PN)分别占TN的22.1%、16.8%、37.2%和23.9%,湿沉降中它们分别为TN的36.6%、34.4%、12.9%和16.1%。     

丹江口水库淅川库区大气氮湿沉降特征

大气氮沉降是除河流输入外水库水体重要的外源氮输入途径。以丹江口水库淅川库区为研究区,于2018年11月至2019年10月在库区周边设置了6个采样点,采集并分析了库区大气氮湿沉降样品,探讨氮湿沉降的时空分布特征以及对水库水体外源氮输入的贡献。研究结果表明,研究区大气氮湿沉降量为24.21 kg hm^-2 a^-1,其中氨氮占比（47.45％）为最大,有机氮占比（36.34％）次之,硝氮占比（16.21％）最小。硝氮湿沉降量在空间上表现出显著差异性。氨氮、有机氮湿沉降量的季节差异显著,氨氮是以夏季最高,秋季次之,冬季最低,而有机氮是以秋季最高,夏季次之,冬季最低。氨氮、硝氮、有机氮湿沉降量之间存在显著相关性,氨氮、有机氮湿沉降量与降水量之间存在显著相关性。总氮、氨氮湿沉降量分别为1321.98 t/a和627.34 t/a,分别占河流总氮、氨氮入库量的10.82％、34.85％。研究结果可为探索有针对性的库区水体氮污染控制途径提供重要理论基础。     

黄土区降水降尘输入农田土壤中的氮素评估

随着人类活动引起大气活性氮的急剧增加,大气氮沉降亦明显增加,由此引发的各生态系统的响应也逐渐表现出来.研究黄土区氮沉降,对农业生态系统的氮素循环与平衡提供一定的数据支持,同时为农民科学合理施肥提供依据,为研究氮沉降的环境生态效应和生物有效性提供科学支撑.用APS-2A型降水降尘自动采样器对陕西杨凌和洛川地区2006～2007年的降水降尘输入氮总量、月动态变化及各形态N的贡献率进行了监测与分析.结果显示杨凌点2006年总降雨量为507.8 mm,总N沉降通量为20.6 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为19.1 kg/(hm2·a),占93%;降尘输入的N通量为1.5 kg/(hm2·a),占7%.总N沉降通量中NO-3-N为7.3 kg/(hm2·a),占36%.洛川点2006年6月～2007年5月总降雨量为579.5 mm,总N沉降通量为12.7 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为11.4 kg/(hm2·a),占90%;降尘输入N的通量为1.2 kg/(hm2·a),占10% .总N沉降通量中NO-3-N为8.7kg/(hm2·a),占69%.两个点N沉降通量和氮素形态的差异在很大程度上反映了活性N主要来自人为活动,即农业生产排放的活性N.     

陕北典型农区大气干湿氮沉降季节变化

为了研究大气通过干湿沉降输入到农田土壤的氮通量,2007年6月至2008年5月在陕西榆林和洛川两地进行了为期一年的观测试验.结果表明:榆林和洛川地区大气总无机氮沉降通量分别为22.17和16.95 kg·hm~(-2)·a~(-1),湿沉降分别占95.1%和90.4%,干沉降分别占4.9%和9.6%,两个地区氮沉降均以湿沉降为主.总无机氮沉降中,NO_3~--N分别为12.22和9.24 kg·hm~(-2)·a~(-1),分别占总无机氮沉降量的55.1%和54.5%.由于污染水平、气象条件、下垫面特性等的差异,总无机氮沉降中,湿沉降量和NO_3~--N沉降量均是榆林地区大于洛川地区.     

山西北部农村区域大气活性氮沉降特征

利用DELTA系统、被动采样器和雨量器在山西省北部生态脆弱区朔州的一个监测点通过一整年的监测试验,研究了该地区农村区域大气氮素干湿沉降的月际变化。结果表明:2011年该地区大气氮素湿沉降为12.43kgN hm~(-2)a~(-1),远低于华北平原大气氮素混合沉降的平均值28.0kg N hm~(-2)a~(-1),降水中铵态氮、硝态氮和有机氮平均分别为1.24 mg N/L、1.27 mg N/L、1.26mg N/L。大气氮素湿沉降的年内分布不均,60%的沉降集中在降水较丰沛的4-10月份。试验区干沉降以氧化态氮(HNO_3NO_2和pNO_3~-)的沉降为主,氧化态氮的干沉降量是还原态氮(NH_3和pNH_4~+)的1.37倍,大气氮素干沉降总量为35.43 kg N hm~(-2)a~(-1)。总体来看,作为典型的干旱区,该地区氮的干沉降是湿沉降的3倍,氮素干湿沉降总量达到47.86kg N hm~(-2)a~(-1)。此外,硝态氮和铵态氮在雨水中呈线性相关,而在PM_(10)颗粒物中乘幂正相关;雨水中总碳和总氮呈线性正相关,而PM_(10)颗粒物中二者呈二次多项式关系。鉴于朔州地区古城镇较高的氮沉降数量,应该对该地区输入农田的氮素环境养分引起足够重视。     

模拟氮沉降对杂草生长和氮吸收的影响

以杂草早熟禾、黑麦草、野燕麦、天蓝苜蓿、白车轴草、北美车前、婆婆纳、无芒稗、牛筋草和刺苋为试验材料,以4.0g·m^-2·yr^-1的N输入为模拟氮沉降浓度,研究了不同杂草功能类群对模拟氮沉降的响应.结果表明,模拟氮沉降处理下,杂草的生物量(总生物量、地上部分生物量、根生物量)呈增加趋势,但不同功能类群对氮增加的响应明显不同,C₄禾本科、C₃豆科及C₃禾本科植物的生物量受到氮沉降的显著促进,但C₃非禾本科和C₄非禾本科植物的生物量则受氮沉降的影响不显著;不同功能类群的根冠比、植株含氮及植株吸收氮的总量对模拟氮沉降的响应无明显规律,但物种间差异显著.氮沉降提高野燕麦和北美车前的生物量的根冠比,但对其他生物种类没有显著影响.没有发现氮沉降对植物体内的含氮量有显著的影响,但氮沉降却显著地提高了除刺苋、早熟禾及婆婆纳之外的所有杂草物种对N的摄收.由于物种对氮沉降的响应不同,未来氮沉降的增加将加速杂草群落组成的变化.     

陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变异

为研究陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变化规律,于2009年11月至2010年10月对4个生态区5个监测点的干湿沉降输入量进行为期1a的观测。结果表明:监测期内,榆林、洛川、西安、杨凌和安康地区总N沉降量分别为4.7、11.9、25.8、31.9和19.2 kg/hm2,其中N湿沉降量分别为2.9、10.4、24.8、27.7和16.3 kg/hm2,占总沉降的62%—96%,N干沉降量分别为1.8、1.5、1.0、4.1和2.9 kg/hm2,占4%—38%,且湿沉降与降雨量之间呈正相关关系,干沉降与之相反;各地区NH+4-N沉降量分别为2.0、6.4、17.0、17.2和11.9 kg/hm2,占总沉降的44%—66%,NO-3-N沉降量分别为2.6、5.5、8.8、14.7和7.3 kg/hm2,占34%—56%,除榆林地区外,其他地区以NH+4-N沉降为主。     

长白山森林生态系统大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征

2009—2010年期间,利用雨量计收集法在长白山森林生态系统定位站开展定位观测,分析降水中氮素浓度,研究了该区域大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征。结果表明,各形态氮素月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性;其降水中浓度主要受降水量和降水频次的影响。全年氮素湿沉降中TN、TIN和TON的沉降量分别为27.64 kg N hm-2a-1、11.05 kg N hm-2a-1和16.59 kg N hm-2a-1,TON为沉降主体,占60.02%;其大气氮沉降量主要由降水量和降水中氮素浓度共同决定。该地区氮湿沉降量已处于我国中等水平,考虑到氮素的干湿沉降比例,本区域的年氮沉降量已接近或超过本区域的营养氮沉降临界负荷,存在一定的环境风险。该地区生长季(5—10月)的氮沉降量(16.59 kg N hm-2a-1)占全年氮沉降量的比例达到73.20%。生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显。