物种急剧丧失·生态严重超载·跨越“地球边界”·区域公平失衡·“一个地球”生活——《地球生命力报告2014》解读

2014年9月30日,世界自然基金会(WWF)、Zoological Society of London(ZSL)、Global Footprint Network、Water Footprint Network联合发布《地球生命力报告2014》,除了以前主要使用的地球生命力指数(Living Planet Index,LPI)、生态足迹(Ecological Footprint,EF)、水足迹(Water Footprint)等指标外,首次使用"地球边界"揭示地球面临的严峻挑战。报告显示:(1)LPI自1970年以来已下降52%,温带和热带地区分别下降36%、56%,陆生和海洋物种均下降39%,淡水物种减少76%;(2)1961年全球生态足迹76亿全球公顷(global hectare,ghm~2)、生物承载力99亿ghm~2、生态盈余23亿ghm~2,2010年全球生态足迹为181亿ghm~2、生物承载力120亿ghm~2、生态赤字61亿ghm~2,1961年碳足迹占人类总生态足迹的36%,2010年碳足迹占比为53%;(3)全球生产水足迹排名中,印度、美国、中国、巴西和俄罗斯以大量的绿水足迹位居前五名;全球200多个河流流域、26亿7千万人每年至少1个月严重缺水;(4)生物多样性丧失、气候变化和氮循环3个"地球边界"被打破,并且已经对人类健康及人类所需要的食物、水和能源产生明显影响;(5)高收入国家将生物多样性丧失及其影响转嫁给低收入国家,这是另一种资源进口方式;大多数高收入国家人均生态足迹均已超过地球上人均可获得的生物承载力,依靠进口其他国家的生物承载力弥补超载;低收入国家生态足迹最小,生态系统却遭受最大破坏,高收入国家较高的人类发展水平是以高生态足迹为代价。报告指出人类对生态系统和生态功能的过度索取,正在危害着人类未来的安康、经济、食物安全、社会稳定乃至生存,特别提到当前人类所作选择和所采取措施的重要性。确保有恢复力、健康的生态环境维持人类繁荣发展,比现在人口增长、资源消耗增加、气候变化和生态退化的警钟更具挑战性。整篇报告可以概括为5个主题:物种急剧丧失、生态严重超载、跨越"地球边界"、区域公平失衡、"一个地球"生活。     

不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究——以南四湖过水区粮田为例

为探索山东南四湖沿岸麦玉轮作区玉米季内减少土壤无机氮素淋溶和径流损失的施肥策略,降低其对湖区水质产生的潜在威胁,采用田间原位安装淋溶水采集器和地表水径流池收集水样结合室内分析不同形态氮含量的方法,研究了不同施肥模式下无机氮素淋溶和径流损失特征。结果表明：土壤淋溶水量及地表水径流量与降水呈显著正相关关系,其水量受秸秆类物质还田的影响;硝态氮(NO3--N)与铵态氮(NH4 -N)随地表水径流损失的浓度及总量均明显高于淋溶水,由径流方式损失的氮素占2/3以上,是氮素以水溶液形式流失的主要途径;淋溶和径流均以NO3--N损失为主(径流损失中NO3--N占总量的82.9%-90.8%,淋溶损失中NO3--N占63.5%-72.9%),地表径流水NO3--N浓度对水质有较大影响,但土壤淋溶水NO3--N浓度对地下水污染不构成威胁;农民习惯施肥处理在玉米整个生育期淋溶和径流氮损失最高。在保证玉米产量前提下,降低氮素流失造成湖区的污染,平衡施用氮磷钾肥、施用控释氮肥、有机替代无机和秸秆还田等措施均可在沿南四湖区农田使用。     

太行山中低山区河谷内农田斑块特征及其分布格局——以河北省阜平县胭脂河主流河谷为例

以景观生态学原理为指导,调查了位于太行山中低山区的河北省阜平县胭脂河主流河谷,对河谷内农田斑块的特征及其分布格局进行了分析.结果表明,农田斑块除河流源头外贯穿整个河谷,从上游向下游,人为活动的增加使农田的比重不断增加,导致自然景观减少,环境异质性降低,农田斑块破碎化程度减小.胭脂河河谷总面积为2297.09hm²,构成河谷景观主体的农田有117个斑块,面积为1027.78hm²,占河谷面积的44.74%.农田基本紧靠河岸分布,处在水分条件优越但易受洪水威胁的土地带上.农田在河流两侧是非对称分布,其中左岸农田面积587.58hm²,占57.17%.斑块的宽度呈增加的态势,但变化比较大,基本上以狭长的特征出现.     

地膜覆盖对旱作春玉米农田土壤微生物碳源代谢的影响

土壤微生物碳源代谢特征是评价土壤质量变化的重要指标。依托山西省东部晋中市寿阳县农业环境与作物高效用水科学观测试验站,采用Biolog-ECO微孔板技术探究覆膜（FM）与裸地不覆膜处理（LD）对旱作春玉米拔节期、灌浆期和收获期3个关键生育期不同土层深度下（0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm）土壤微生物碳源代谢的影响。结果表明：1） FM措施可以显著增加土壤微生物对碳源的利用能力,显著提高了土壤微生物的优势度指数,但降低了土壤微生物的均匀度指数。2）在0-10 cm和10-20 cm土层,FM与LD处理土壤微生物碳源利用情况均表现为灌浆期较高,而20-30 cm土层,表现为收获期较高,差异均主要体现在碳水类、羧酸类、氨基酸类3大类碳源上。3）拔节期和灌浆期0-10 cm土层中FM处理的土壤微生物碳源利用能力显著高于LD处理;然而收获期0-10 cm土层中恰好相反,呈现出LD处理下土壤微生物碳源利用能力显著高于FM处理。4）此外,Pearson相关分析表明,FM处理土壤微生物对碳水类碳源和羧酸类碳源2大类碳源的利用能力主要与土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量相关性较好,呈现出正相关关系;对氨基酸类碳源的利用能力主要与土壤含水量、pH、SOC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量相关性较好。LD处理下,土壤微生物对碳水类、羧酸类和氨基酸类碳源的利用能力与土壤中TN含量的相关性较好,且呈现正相关关系。     

低丘红壤区农田水热通量变化特征及气候学足迹

农田水热通量的变化特征以及气候学足迹分析对加强区域气候资源管理和提高红壤地区水热资源利用率有重要意义.利用低丘红壤区的大孔径闪烁仪和自动气象站数据,在保证数据质量的基础上,详细分析了低丘红壤区农田在非雨季、作物生长旺期不同时间尺度水热通量的变化特征和观测通量的源区分布特征.结果表明: 水热通量的日变化呈单峰型,但与晴天相比较,多云天的日变化曲线波动更为复杂;无论是旬尺度还是月尺度, 8月的水热通量整体上都大于9月,且净辐射通量都更多地用于潜热交换,但9月潜热通量所占净辐射比例相较于8月有所减少,感热通量则相反;受气象条件(尤其是风)、稳定度和下垫面状况影响,不同时间尺度的观测通量源区特征不同;结合下垫面作物来看,不同时间尺度源区的通量贡献来源也不同.     

祁连山不同植被类型土壤碳贮量和碳通量

采用野外调查测定、野外定位观测和室内分析相结合的方法,在植被类型变化较大林区,选择邻近相同海拔、坡向和土壤类型的天然林(青海云杉林、祁连圆柏林、高山灌丛林)、人工林(13年生华北落叶松林)、牧坡草地和农田等植被类型土壤为研究对象,研究了祁连山不同植被类型的土壤碳动态.结果表明:天然林、牧坡草地、农田和人工林的土壤有机碳含量分别为59.45～84.7、78.30、13.51和43.25 g·kg-1,平均土壤有机碳密度分别为15.96～19.95、17.74、10.63和15.97 kg·m-2,土壤有机碳平均周转时间分别为27～36、25、23和33 a;不同植被类型土壤CO2通量依次为青海云杉林584.03 g C·m-2·a-1,祁连圆柏林517.63 g C·m-1·a-1,高山灌丛林601.00 g C·m-2·a-1,牧坡草地796.89 g C·m-2·a-1,农田281.75 g C·m-1·a-1,人工林569.92 g C·m-2·a-1;同一植被类型中,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土壤深度增加而降低,而土壤有机碳周转时间则随深度增加而增大.     

降雨对旱作春玉米农田土壤呼吸动态的影响

土壤呼吸是调控全球碳平衡和气候变化的关键过程之一,降雨作为重要的扰动因子,在不同区域和不同环境条件下,对土壤呼吸具有复杂的影响.研究降雨对农田土壤呼吸及其分量的影响,对准确预测未来气候变化下陆地生态系统碳平衡具有重要意义.对黄土高原东部典型春玉米农田生态系统生长季内3次降雨前后土壤呼吸及其分量进行了原位连续观测,结果表明:在土壤湿润的条件下,降雨对春玉米农田土壤呼吸及其分量具有明显的抑制作用,在土壤湿度大于27％后土壤呼吸及其分量随土壤湿度上升呈明显下降,且对温度的敏感性降低.土壤呼吸及其分量在降雨前后的变化受土壤温度和土壤湿度的共同影响.降雨量、降雨历时和雨前土壤含水量决定了土壤呼吸及其分量对降雨响应的程度和时长.土壤呼吸及其分量对土壤温度的敏感性各不相同,微生物呼吸对温度的敏感性最高,Q10为5.14;其次是土壤呼吸,Q10为3.86;根呼吸的温度敏感性相对最低,Q10为3.24.由于土壤呼吸分量对温度和湿度的敏感性不同,降雨后根呼吸的比例有所升高.     

农田蜘蛛群落结构及其多样性研究

本文对南宁地区农田自然蜘蛛群落和旱地狼蛛亚群落结构及其多样性进行了研究。 1.农田区蜘蛛群落有14科、41属、80种。主要成分是食虫瘤胸蛛、拟环纹狼蛛、拟水狼蛛、奇异獾蛛和豹蛛属种类,个体数以食虫瘤胸蛛最多。旱地狼蛛亚群落主要成分是奇异獾蛛和豹蛛属种类。 2.稻田区蜘蛛群落多样性指数以田埂杂草群落最高,早稻田群落最低。多样性、均匀度和种类丰富度时间格局是早、晚稻皆随时间序列增加。平均多样性、均匀度和个体数,晚稻均高于早稻。狼蛛更群落多样性和均匀度以草地最高。 3.应用群落比例相似性和聚类分析表明,拟环纹狼蛛与拟水狼蛛和奇异獾蛛与豹蛛属种类是组成当地农田区的水田和旱地生境具有代表性的两个狼蛛亚群落主要成分。 本文试图揭示农田生态系统中的稻田蜘蛛,在不受化学农药干扰下群落结构及其多样性变化,并以狼蛛亚群落为代表,比较农田区内不同生境的群落结构及多样性与生境生态特征的关系,为害虫防治和动物资源的利用提供参考。     

盐城海滨湿地盐沼植被及农作物下土壤酶活性特征

在盐城海滨湿地盐沼植被和农田内采集土壤样品,测定了4种土壤酶(脲酶、转化酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶)的活性,分析了盐沼植被、农作物及土壤理化因子对土壤酶活性的影响。结果表明:由海滨湿地滩涂围垦形成的各类农田其土壤酶活性较高,且均高于湿地盐沼植被;湿地盐沼植被下4种土壤酶活性均高于无植被生长的光滩,且不同类型植被间土壤酶活性差异显著;4种酶的活性大小总体表现为大豆(Glycine max)地棉花(Gossypium hirsutum)地玉米(Zea mays)地互花米草(Spartina alterniflora)滩白茅(Imperata cylindrica var.major)滩碱蓬(Suaeda salsa)滩光滩。相关分析表明,4种土壤酶之间及其与土壤有机碳、全氮均表现出显著正相关,而与土壤盐分、pH值之间存在显著负相关。海滨湿地盐沼植被的发育扩展不仅增加了土壤中的养分含量,也提高了土壤酶活性。     

高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究

成都平原属典型的水田农业区,复种指数高,农作物一年两熟或三熟。为探究高土地利用率地区农田土壤养分特征及其空间分布格局,基于成都市郫都区2015年测土配方施肥数据,运用经典统计学和地统计学方法揭示该区域农田土壤养分的描述性统计特征及其空间变异。结果显示:郫都区农田土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均值分别为22.35 g·kg^-1、1.15 g·kg^-1、95.38 mg·kg^-1、21.01 mg·kg^-1和104.58 mg·kg^-1,不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小,表明高强度的人类活动使郫都区土壤养分含量变得均一;半方差分析显示,SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62,其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起;TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97,其空间变异性主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响;结合已有研究来看,郫都区农田SOM块金系数呈下降趋势而TN、AN和AP块金系数呈增加趋势,表明随着郫都区作物产量与作物复种指数的不断提高,以蔬菜为主的旱作模式代替传统的水旱轮作模式、复合肥代替农家肥等生产方式的改变正在影响着郫都区农田土壤养分的空间分布格局。