1980-2010年北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应

分析北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应,对快速城市化和工业化区域及全国农用地低碳利用调控具有重要意义。利用1980年第二次土壤普查数据与2010年测土配方施肥项目成果土壤数据核算北京市农用地表层土壤碳储量,利用生物量遥感信息（NDVI）模型反演林地、草地植被碳储量,对北京市土地利用变化造成的农用地碳储量变化进行研究,结果表明：1）1980-2010年,北京市农用地碳储量由75.29 Tg-C增至81.13Tg-C,增加5.83 Tg-C,其中,土壤碳储量减少7.51 Tg-C,植被碳储量增加13.34 Tg-C;2）30年间,北京市农用地面积减少14.11×10⁴ hm²,其中,耕地流失最为显著,主要去向为建设用地和林地,林地面积略有增加;3）北京市用地类型保持不变的农用地土壤碳储量减少297.63×10⁴ t,植被碳储量增加1095.21×10⁴ t,共计增加797.58×10⁴ t,其中,用地类型保持不变的耕地、林地碳储量增加,草地碳储量减少;4）30年间,土地利用类型转化使北京市农用地土壤碳储量减少75.71×10⁴ t,植被碳储量增加212.49×10⁴ t,共计增加136.78×10⁴ t,其他用地类型转为林地使碳储量增加,有利于碳汇的形成,林地转出为其他用地类型均会造成一定碳排放;5）平原造林、退耕还林等工程有利于增加北京市农用地固碳量。未来北京市可通过控制农用地面积减少量,优化农用地内部结构,降低用地类型间的转换频率以提高农用地碳储量。研究可为其他区域及全国在快速城市化工业化过程中提升农用地碳储量提供一定参考。     

不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响 ——以北京市延庆盆地为例

自20世纪80年代以来,我国农业土地利用方式和农田管理发生了巨大变化,由此引起的土壤有机碳（SOC）含量、密度及其垂直分布发生了相应的变化,研究不同土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响对于探讨农田生态系统的固碳作用具有重要的意义.以北京市延怀盆地为典型研究地区,选择6种农业土地利用和管理模式,共计42块样地,在1m深土体内分层采集197个土壤样品.研究结果表明：（1） 不同农业土地利用和管理方式对SOC含量的影响主要发生在0～25 cm土层中,剖面中SOC含量自上向下明显降低.（2） 通过对6种土地利用和管理方式下土壤SOC含量进行比较,结果发现果园和高投入的玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量均较高,变化范围分别为4.16～10.00 g kg^-1和4.73～9.31 g kg^-1; 菜地土壤在0～40 cm土层中SOC含量较高,变化范围为6.42～9.67 g kg^-1;大豆地、中、低投入玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量较低,变化范围分别为3.27～7.73 g kg^-1、3.14～8.33 g kg^-1和1.83～7.67 g kg^-1. （3） 不同农业土地利用方式对SOC密度影响的趋势与对SOC含量影响的趋势基本一致,在0～100 cm土壤中,SOC密度的顺序为果园＞菜地＞高投入玉米地＞中投入玉米地＞大豆地＞低投入玉米地,变化范围为4.15～8.22 kg m^-2.     

帽儿山地区不同土地利用方式下土壤-微生物-矿化碳氮化学计量特征

土地利用方式的变化导致土壤碳氮含量及其化学计量关系的变化,然而土壤微生物化学计量及其驱动的碳氮矿化过程如何响应这种变化仍不明确。以帽儿山地区天然落叶阔叶林、人工红松林、草地和农田4种不同土地利用类型为对象,测定其土壤有机碳(C_(soil))、全氮(N_(soil))、微生物生物量碳和氮(C_(mic)和N_(mic))、土壤碳和氮矿化速率(C_(min)和N_(min)),旨在比较不同土地利用方式对土壤、微生物碳氮化学计量特征及矿化速率的影响,探索土壤-微生物-矿化之间碳氮化学计量特征的相关性,揭示微生物对土壤碳氮化学计量变化的响应和调控机制。结果显示:C_(soil)、N_(soil)、C_(mic)、N_(mic)和C_(min)均呈现天然落叶阔叶林人工红松林草地农田,而天然落叶阔叶林和草地的N_(min)显著高于人工红松林和农田。土地利用方式显著影响土壤和微生物碳氮比(C∶N_(soil)和C∶N_(mic)),均呈现农田最高。不同土地利用方式的数据综合分析发现:碳氮矿化速率比与C∶N_(mic)呈负相关,而和微生物与土壤碳氮化学计量不平衡性(C∶N_(imb))显著正相关。单位微生物生物量的碳矿化速率(qCO_2)随着C∶N_(mic)的增加而降低,而单位微生物生物量的氮矿化速率(qAN)随着C∶N_(mic)的增加而增加。C∶N_(imb)与qCO_2正相关,与qAN负相关。以上结果表明,微生物会通过改变自身碳氮化学计量、调整碳氮之间相对矿化速率,以适应土地利用变化导致的土壤碳氮及其化学计量的变异性,以满足自身生长和代谢的碳氮需求平衡。     

市县土地生态-生产-生活承载力测度指标体系及核算模型解析

土地同时具有生态功能、生产功能和生活功能,相应地具有生态-生产-生活综合承载力,土地生态承载力、生产承载力和生活承载力是一个相互支持、相互依存的有机整体。土地生态-生产-生活系统承载力是指土地资源与生态环境的供容能力、经济活动能力和满足一定生活水平人口数量的社会发展能力的有机综合体,由处于支持层的生态承载力和处于表现层的生产承载力和生活承载力三部分组成,简称土地"三生"承载力。以党的"十八大"报告提出的"优化国土空间开发格局,促进生产空间集约高效,生活空间宜居适度,生态空间山清水秀"为目标,分析了土地生态-生产-生活综合承载力的基本构成及作用机制,在此基础上,以县级尺度作为测度对象,通过多方案比选,构建了由1个一级指标、3个二级指标、21个三级指标构成的土地生态-生产-生活综合承载力测度指标体系,给出了不同层级具体指标的量化辨识方法;进一步优选出土地生态-生产-生活综合承载力核算的SD情景模型。该研究从理论上旨在为推进国土生态、生产、生活空间集约高效利用提供科学判据,为开展全国市县尺度的土地综合承载力监测预警提供定量的科学依据。     

泸沽湖流域土地利用方式对土壤肥力的影响

为探讨泸沽湖流域不同土地利用方式对土壤肥力的影响,采用野外调查、取样和室内分析相结合的方法,对泸沽湖流域内3种主要土地利用方式(农田、草地、林地)的土壤理化性状进行对比分析。结果表明:(1)土地利用类型对土壤肥力影响明显,农田含水率、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量相对较高;(2)林地有机质含量相对较高,草地全磷全钾含量相对较高;(3)土壤养分含量与土壤颗粒组成之间有一定的相关性,其中土壤全磷与砂粒呈显著正相关,土壤速效氮含量与粉粒呈显著负相关。     

不同氮效率水稻生育后期根表和根际土壤硝化特征

通过田间试验研究了不同氮效率粳稻品种4007(氮高效)和Elio(氮低效)生育后期在N0(0 kgN hm-2)、N180(180 kgN hm-2)和N300(300 kgN hm-2)水平下根表、根际和土体土壤pH值、铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量、硝化强度和氨氧化细菌(AOB)数量.结果表明无论是齐穗期、灌浆期还是成熟期,根表土壤pH值均显著低于根际和土体土壤.土壤pH值范围在5.95至6.84之间变化.土壤NH+4-N含量随水稻生长显著下降,且随施氮量增加而显著增加.根表土壤NH+4-N有明显亏缺区,且随距水稻根表距离增加,NH+4-N含量逐渐升高.土壤NO-3-N含量随水稻生长显著增加,施氮处理均显著高于不施氮处理,但N180和N300处理差异不显著.NO-3-N含量表现为根际>土体>根表.水稻根表和根际土壤硝化强度随水稻生长显著下降,而土体土壤硝化强度随时间延长小幅增加.施氮显著提高4007水稻根表土壤在齐穗和收获期硝化强度以及Elio在齐穗期根际硝化强度,但在施氮处理N180和N300中无显著差异.在整个采样期间,土壤硝化强度均表现为根际>根表>土体.水稻根表和根际AOB数量随水稻生长而显著降低,而土体土壤AOB数量无显著变化.例如,根表土壤AOB数量在齐穗期、灌浆期和收获期分别为16.7×105、8.77×105个g-1 dry soil和8.01×105个g-1 dry soil.根表和根际土壤AOB数量无显著差异,但二者显著高于土体土壤AOB数量.就两个氮效率水稻品种而言,土壤pH值基本无差异.4007土壤NH+4-N含量均显著高于Elio.在齐穗期水稻根表、根际和土体土壤NO-3-N含量在N180水平下均表现为Elio显著高于4007.而在灌浆期和收获期,水稻根表、根际和土体土壤则表现为4007显著高于Elio.在所有采样期,两个水稻品种土体土壤硝化强度和AOB数量在3个施氮量下均无显著差异.Elio根表和根际土壤硝化强度和AOB数量在水稻灌浆期之前一直显著高于4007,而在灌浆期之后则显著低于4007,且最终产量和氮素利用率(NUE)显著低于4007,这可能是由于4007灌浆期后硝化作用强,根际产生的NO-3-N含量高,从而4007根吸收NO-3-N的量也高造成的.因此水稻灌浆期和收获期根表和根际硝化作用以及AOB与水稻高产及氮素高效利用密切相关.     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

兴安落叶松叶碳利用效率对环境变化的适应

兴安落叶松(Larix gmelinii)作为北方森林的主要组成树种,具有广阔的分布范围和多样的生长环境,是研究树木对环境变化响应的理想树种。叶碳利用效率(CUE_L)不仅与树木的碳代谢及生长发育密切相关,而且能反映树木对环境变化的响应与适应。将来自不同地区(即环境条件)的6个兴安落叶松种源的种子播种培育在帽儿山森林生态系统研究站内,在其生长30a后采用研究站和种子来源地间干燥度(AI)的差值(ΔAI)来代表环境变化梯度,研究环境变化对CUE_L的影响。结果表明:CUE_L在不同环境变化梯度间存在显著差异(P0.05),且呈现随ΔAI的增大而减小的趋势。CUE_L与叶片氮含量、叶片磷含量、比叶重及叶绿素含量等均呈线性正相关关系,但较大ΔAI梯度下的CUE_L敏感性更高。CUE_L与种子来源地平均年降水量呈显著线性正相关关系(P=0.05),而与种子来源地AI则呈显著线性负相关关系(P0.01);随种子来源地年平均气温、平均年蒸发量的增加而下降,但其相关性不显著。以上结果表明,环境变化使兴安落叶松CUE_L产生了适应性变异,表现出树木对原生长环境的生态适应。     

梭梭(Haloxylon ammodendron)生理与个体用水策略对降水改变的响应

随着全球变化的加剧,降水改变正导致荒漠生态系统中植物用水策略的适应性变化;对降水变化响应的种间差异性影响着荒漠植物群落组成。研究将生理生态与个体形态尺度相结合,调查中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron对降水变化导致的自然生境中水分条件改变的响应与适应。实验于2005年生长期开展,在古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠中设置3个降水梯度（自然、双倍和无降水）;观测并比较不同降水条件下光合作用、蒸腾作用、叶水势、水分利用效率、地上生物量累积和根系分布的变化。结果表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;降水增多对其产生正效应,预示着梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势。     

二倍体、四倍体和六倍体小麦产量及水分利用效率

试验选用了6个不同染色体倍性的小麦进化材料（3个二倍体、2个四倍体和1个六倍体）,分别在不同水肥条件下研究其根系、地上生物量、产量、蒸腾耗水量和水分利用效率等指标,旨在阐明小麦进化材料产量及水分利用效率的差异及水肥条件对这些特性的影响。试验表明：不同倍性小麦进化材料的生物量、产量和水分利用存在显著的差异,而且水肥条件对其有显著影响。在染色体倍性由2n→4n→6n的进化过程中,小麦根系及地上生物量均先增加后降低,而产量却显著增加,这与收获指数的增加有关。小麦产量的大小顺序为：T.aestivum〉T.dicoccum〉T.dicoccoides〉Ae.squarrosa〉Ae.speltoides〉T.boeoticum。水分亏缺显著降低小麦的生物量、产量和收获指数;在不同水分条件下,增加施肥量有利于这些指标的增加。但是水分亏缺下,增加施肥却降低各小麦材料的根系生物量。随小麦的进化,蒸腾耗水量显著降低,这与其生育期缩短有关;而生物量水分利用效率和产量水分利用效率却显著升高,且后者的差异要大于前者。各小麦产量水分利用效率的大小排序与产量的完全一致。水分亏缺处理显著减少各小麦进化材料的蒸腾耗水量47％～52％,而显著增加生物量水分利用效率3％～40％;但水分亏缺对产量水分利用效率的促进作用却随染色体倍性的增加而降低,甚至降低六倍体小麦T.aestivum的产量水分利用效率19％。不同水分条件下,高肥处理均有利于蒸腾耗水量、生物量水分利用效率和产量水分利用效率的增加。