侵蚀降雨下厨余垃圾施用对滇中烤烟农田生态系统氮磷平衡特征的影响

[目的]探究烤烟农田生态系统氮磷平衡特征,阐明施用厨余垃圾堆肥施用量对烤烟农田生态系统氮磷的动态影响,为优化施肥策略、改善生态环境和提升作物生产效率提供科学依据。[方法]以滇中二龙潭小流域烤烟农田生态系统为研究对象,设置8种不同施肥方式,分别为不施肥对照CK、单施化肥NPK(1 t/hm^(2))、单施厨余垃圾FW(FWL:12 t/hm^(2),FWM:15 t/hm^(2),FWH:18 t/hm^(2))、厨余垃圾配施化肥FW-NPK(FWL-NPK:12 t/hm^(2)+1 t/hm^(2),FWM-NPK:15 t/hm^(2)+1 t/hm^(2),FWH-NPK:18 t/hm^(2)+1 t/hm^(2)),研究厨余垃圾对烤烟农田生态系统径流泥沙氮磷流失量、土壤氮磷素残存量、烤烟氮磷素吸收量以及农田烤烟生态系统氮磷平衡的影响。[结果](1)径流泥沙中的TN和TP含量随时间递减。FW相较CK,径流TN流失量减少31.26%~53.84%、TP减少13.44%~45.83%;泥沙TN减少:6.31%~120.74%、TP减少:5.22%~62.55%。(2)在4个生长时期,FW,FW-NPK和NPK处理均显著提高土壤TN和NO-3-N含量;FWH-NPK处理显著提升土壤NH+4-N和TP含量;FW处理显著提升土壤AP含量。植株TN含量总体趋势表现为叶>茎>根,TP含量表现为叶>根>茎,每个器官TN和TP含量均随着FW施入量的增加而增加。(3)各处理径流流失量分别占N,P输入量的19.71%~43.09%,0.88%~2.94%;泥沙流失量分别占2.51%~5.93%,4.23%~18.64%;土壤残存量分别占19.83%~55.00%,62.77%~85.45%;植物吸收量分别占22.79%~35.06%,9.08%~15.65%;土壤残存量占N,P输入量的主体部分。[结论]FWH处理能够有效维系烤烟农田生态系统N,P平衡,增加植物吸收量和增强土壤N,P固定能力的同时,能够有效降低N,P的流失量,是一种环境友好型施肥方式。

气象因素对农田生态系统中生物多样性的影响

农田生态系统的生物多样性对于农业生产的可持续性意义重大,而气象因素(包括温度、降水、光照和风力等)在其中发挥着关键作用。本研究重点探讨了气象因素对农田生态系统生物多样性产生的直接和间接影响,具体涵盖了温度对作物生长的调控作用、降水对资源分配的决定性影响、光照在能量传递方面的作用,以及多种因素的协同效应。此外,还深入研究了应对气象因素变化的策略,比如加强气象监测和预警工作、优化生态系统管理方式、增强系统恢复力,以及推动气象技术与生态保护的融合,其目的在于为农田生态系统的保护和管理提供理论支持及实践路径。

川中丘陵区农田生态系统太阳辐射及土壤热通量数据集(2005-2021年)

太阳辐射是地表生态系统的主要能量来源,是生态系统维持本身正常运转和发展的原始动力;地表层土壤热通量是地表能量平衡的重要参数之一。四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站(简称盐亭站)是国家布局在亚热带四川盆地农业生态区的唯一农田生态系统监测野外站。该区域具有优越的光、热、水资源,非地带性土壤紫色土广泛分布,形成亚热带湿润季风气候与非地带性紫色土的最佳农业组合,农耕活跃,是四川盆地农业的主体区域。本研究基于盐亭站综合气象观测场Vaisala(芬兰)自动气象观测系统,经过数据采集、处理、数据质量控制与评估,集成2005-2021年紫色土典型农田生态系统太阳辐射和土壤热通量数据集,太阳辐射监测包括总辐射、反射辐射、紫外辐射、净辐射和光合有效辐射。数据集包含5个EXCEL文件,有各类辐射的时值、日值和月值观测及统计数据,数据量32.7 MB。本数据集可为生态系统生产能力评估、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。

基于水文气象因子的农田生态系统碳通量预测

以黄河流域下游禹城农田生态系统为研究对象,采用中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)禹城站通量塔观测的碳水通量和水文气象数据,基于特征重要性方法确定影响农田生态系统CO_(2)交换量的主控环境因子。基于所有环境因子和主控环境因子分别构建碳通量预测的机器学习模型,采用均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R~2)评估测试集的模型预测性能。结果表明,影响禹城农田生态系统碳通量的主控环境因子为净辐射、土壤温度、饱和水汽压亏缺、土壤含水量。与单一模型相比,集成模型具有更好的预测性能。单一模型中,MLPRegressor模型预测性能较好,R~2为0.830,MSE为3.113,MAE为1.283。集成模型中,XGBRegressor模型预测性能较好,R~2为0.845,MSE为2.838,MAE为1.149。采用主控环境因子与采用全部环境因子构建的机器学习模型具有相似预测性能。

中国省域农田生态系统碳足迹时空演变分析

以2001—2020年中国31个省域主要农田投入、产出及耕地面积等有关统计资料为基础,对中国农田生态系统的碳吸收、碳排放和碳足迹进行核算,并分析其时序和空间格局演变特点。结果表明:(1)从时间上看,农田生态系统碳吸收总量呈波动上升态势,其中农作物碳吸收能力最强的是玉米;农田生态系统碳排放总体呈上升趋势,增长幅度为11.10%,化肥在主要碳排放途径中占比最高,达到了56.26%;农田生态系统碳足迹由2001年的16.37×10^(6)hm^(2)下降到2020年的13.41×10^(6)hm^(2),整体呈现出碳生态盈余。(2)从空间上看,中国31个省域的农田生态系统碳足迹在总量上存在明显差异,呈现出东部和北部高、西部低的分布格局,且海南和西藏等呈大幅度增长趋势,天津和上海等呈下降趋势;受耕地面积和农作物播种面积的影响,单位面积碳足迹整体呈先增长后下降的趋势且各省域之间呈现出显著差异,其中单位面积碳足迹最大的北京和最小的广西之间相差0.35 hm^(2)/hm^(2)。

不同频次氮素添加对大豆农田生态系统土壤线虫的影响

土壤线虫在维持陆地生态系统的稳定性、促进物质循环和能量流动方面起着重要作用。而氮肥的添加是影响农田土壤线虫的重要因素,农田施肥是增加农作物产量和提高经济效益的有效措施。然而以往研究大多关注氮肥添加量对土壤线虫的影响,对于氮添加频次对农田生态系统土壤线虫群落影响的认识不足。以农田生态系统大豆作物为研究对象,设置对照(C)、低频施氮(NL)和高频施氮(NH)3种处理,研究土壤线虫群落对不同频次氮添加的响应,分析不同频次氮添加对农田土壤线虫群落结构的影响及其机制,从而为农田生态系统管理提供基础数据和科学依据。结果表明:(1)施氮处理后,土壤线虫物种丰富度和密度无显著变化。在0~10 cm土层,低频施氮使食真菌线虫相对丰度显著提升197.33%,植食性线虫相对丰度显著降低64.51%;高频施氮使食细菌线虫相对丰度显著升高26.49%,植食性线虫相对丰度显著降低47.13%(P<0.05)。(2)在0~10 cm土层,低频施氮显著提高cp-1类群比例,并显著降低cp-3类群比例;高频施氮使cp-1类群比例显著升高(P<0.05)(cp-1表示cp值为1的线虫类群)。(3)低频施氮使0~10 cm土层线虫通道比值显著降低,>10~20 cm土层线虫群落基础指数显著升高,0~10和>10~20 cm土层线虫群落结构指数显著降低(P<0.05)。在0~10 cm土层,低频和高频施氮使线虫群落富集指数显著上升(P<0.05)。(4)冗余分析表明,铵态氮含量、含水率和硝态氮含量是驱动土壤线虫群落变化的主要环境因子。总的来说,施氮会改变土壤环境和线虫营养类群结构。施氮可使偏r对策者cp-1类群数量显著增加,加快土壤线虫类群的世代交替和能量流动,降低土壤生态群落稳定性。低频施氮显著降低线虫通道比值,这表明土壤分解路径中的真菌分解路径得到增强。

农田生态系统碳源/汇时空演变因素分析——以黑龙江省为例

文章基于黑龙江省农资投入、农作物播种面积等数据,采用LMDI分解模型,对2008—2021年该省农田生态系统碳源/汇量进行测算。结果表明:①黑龙江省农田生态系统碳排放量呈快速增长后缓慢下降的态势,其中稻田种植产生的CH4导致碳排放量占比最高,为59.66%;碳吸收量总体呈上升态势,年均增长率为3.85%,其中玉米和水稻增幅较大。②从空间变化来看,单位播种面积碳排放量呈中东部高于其他地区的分布格局,单位播种面积碳吸收量呈东部、南部、西部高于北部的分布格局。③对碳源/汇影响因素进行分析可知,提升农业生态效率、优化农业生产结构、控制劳动力规模可有效降低碳排放;碳汇系数、碳汇技术水平对碳吸收量有促进作用,未来可强化精准管理、提升智能化农业效率,增强碳汇能力。

洱海流域不同农田生态系统的磷干湿沉降特征及影响因素

为明确不同农田生态系统大气磷(P)干湿沉降特征及影响因素,本研究以洱海流域典型蔬菜和水旱轮作系统为研究对象,分析了两种典型农田生态系统大气磷干沉降和湿沉降的时间分布特征、差异及其影响因素。结果表明,蔬菜系统PM2.5浓度均值为41.6μg·m^(-3),显著(P<0.05)高于水旱轮作系统(34.9μg·m^(-3))。蔬菜和水旱轮作系统总磷(TP)干沉降量分别为0.233 kg·hm^(-2)和0.084 kg·hm^(-2),可溶性总磷(DTP)占90%以上,主要分布在冬季和春季(1—4月),且蔬菜系统显著(P<0.01)高于水旱轮作系统。蔬菜和水旱轮作系统TP湿沉降量分别为0.72 kg·hm^(-2)和0.91 kg·hm^(-2),以DTP沉降为主。蔬菜和水旱轮作两种农田生态系统的TP沉降均以湿沉降为主,分别占75.6%和91.6%,其中夏季和秋季(6—11月)沉降量分别占年沉降总量的70.7%和76.4%。风速、干沉降中磷浓度、大气湿度和降雨量是磷干沉降的关键影响因素,风速、大气温度、湿度和降雨量是磷湿沉降量的关键影响因素。可见,作物种植模式和气象因素等影响了PM2.5、降雨量和磷沉降速率等,进而改变了不同农田系统磷干沉降和湿沉降量。

2005-2019年陕西长武农田生态系统国家野外科学观测研究站气象数据集

陕西长武农田生态系统国家野外科学观测研究站(长武站)所在区域代表了黄土高塬沟壑区的典型农田,在研究站内设置气象自动观测系统对气象要素进行长期定位观测,对该区气候变化背景下农田生态系统水、土、气、生过程研究具有重要意义。本数据集对2005–2019年长武站的原始气象数据进行处理、质量控制和评估,对大气温度、相对湿度、降水量、大气压、总辐射、反射辐射、紫外辐射、净辐射、光合有效辐射、日照时数和各土层土壤温度(0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、60 cm和100 cm)18项气象观测指标,以180条月尺度和15条年尺度的格式进行信息公开,以期为黄土高原沟壑区农业生态研究、天气灾害预警和气候生产潜力模拟等提供基础数据支撑。

干旱区长期不同灌溉模式及灌溉量对绿洲农田生态系统盐分分布的影响

为比较干旱区长期不同灌溉模式及灌溉量对绿洲农田生态系统盐分分布的影响,本研究于2023年4月分别对漫灌麦田、林地,滴灌棉田、苜蓿地,无灌原始荒漠、撂荒地进行了土壤剖面挖掘,用土钻法以20 cm为间隔取0~100 cm剖面土,对其土壤盐分分布进行研究。结果表明:相比原始荒漠及5年撂荒地土壤剖面的含盐量(15.82 g∙kg^(-1)和2.83 g∙kg^(-1)),长期滴灌与漫灌显著降低了土体盐分,其中漫灌林地和麦田的土壤含盐量分别为1.17 g∙kg^(-1)和1.13 g∙kg^(-1),滴灌棉田和苜蓿地的含盐量分别为1.33 g∙kg^(-1)和0.92 g∙kg^(-1)。此外,在林地和棉田长期灌溉量一致(4500 m^(3)∙hm^(-2))的情况下,滴灌棉田的含盐量高于林地,且主要分布在0~60 cm土层;在苜蓿地和麦田长期灌水量一致(6000 m^(3)∙hm^(-2))的情况下,麦田的土壤含盐量略高于苜蓿地,但两者无显著差异。在不考虑灌溉方式的情况下,土壤含盐量及分布与灌溉定额和植被类型有关,土壤含盐量顺序为苜蓿地<麦田<林地<棉田。研究表明:在地下水埋深约7 m的绿洲农田生态系统,长期滴灌与漫灌均加速了土壤盐分的淋洗,年平均4500 m^(3)∙hm^(-2)的灌溉量即能促使0~100 cm的土体空间呈现良好的非盐渍化环境。当灌溉量相同时,灌溉模式不再是影响土壤含盐量的主要因素,0~60 cm土体盐分分布主要取决于植被类型差异;当灌溉模式相同时,0~100 cm土体盐分分布不再受灌溉方式支配,更多取决于灌溉量,灌溉量高能促进土壤盐分淋洗。

安徽省农田生态系统温室气体排放分析及情景模拟

科学认知农田生态系统温室气体排放状况是开展农业减排降碳的重要前提,对于推动农业可持续发展、促进农田高质量建设具有重要意义。以安徽省为例,利用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)排放系数法评估农田生态系统温室气体排放水平,运用对数平均迪式指数分解(LMDI)方法解析农田生态系统温室气体排放驱动机制,最后基于STIRPAT模型并结合情景分析方法对未来农田生态系统温室气体排放进行模拟预测。结果表明:(1)安徽省农田生态系统温室气体排放总量整体呈增加趋势,水稻种植CH_(4)排放的贡献最大,占比达55.27%,空间分布上呈现为皖中地区排放量较高、皖北和皖南地区相对较低。(2)安徽省农田生态系统单位播种面积排放强度呈增加趋势,单位农业产值排放强度呈下降趋势,两种排放强度均呈“北低南高”分布特征,即淮河以北地区排放强度及变化幅度相对较低,淮河以南地区表现为相反规律。(3)农业经济水平与安徽省农田生态系统温室气体排放呈现出正效应,是影响排放量增加的主要因素;农业生产效率、农业生产结构、农业人口规模均呈现出负效应,其中农业生产效率与农业人口规模因素对农田生态系统温室气体排放的抑制作用较强。(4)基准情景、低碳情景、绿色发展情景与可持续发展情景下农田生态系统温室气体排放呈先上升达到峰值后逐渐降低的变化趋势,其中基准情景在2028年达峰,其余三种情景在2025年实现达峰目标。粗放发展情景下农田生态系统温室气体排放在未来呈不断增加的发展趋势,未能实现达峰目标但增速逐渐放缓,农业发展表现出较强的减排潜力。安徽省应加强控制水稻种植CH_(4)排放,综合考量区域差异,多措并举、因地制宜地制定农业减排政策。

福建省漳州市农田生态系统碳足迹年际变化

为准确估算漳州市农田生态系统碳足迹年际变化。本文基于2011-2020年漳州市农田生产投入、作物产量等数据,运用碳足迹分析方法计算农田生态系统的碳排放量、碳吸收量及碳足迹。结果表明:2011-2020年,碳排放总量呈现先增加后减少的特点;2015年碳吸收总量最大;粮食作物中碳吸收量大小依次为:水稻>甘薯>大豆>马铃薯>杂粮,非粮食作物中碳吸收量大小依次为:蔬菜>油菜籽>烟叶>芝麻;蔬菜对漳州市农田生态系统的碳吸收贡献最大;2015年碳足迹最小,2016年碳足迹最大,均小于同期耕地面积,实现碳生态盈余。建议漳州市科学合理地提高肥料利用率,推广低碳的环境友好型农业生产技术。

浅谈水土保持措施与农田生态系统功能的生态修复与优化

本文阐述了农田生态系统功能的意义和生态修复与优化的关键作用。详细讨论了水土保持措施对土壤质量、水资源利用和保护、生物多样性维护以及农田生态系统功能提升的影响。

绵阳市农田生态系统碳足迹和碳生态效应分析

农田生态系统具有碳源、碳汇双重特质,是陆地生态系统的重要组成部分,探究农田碳足迹对农田生态系统的可持续发展具有重要意义。以2002-2021年绵阳市农田生产投入、农作物产量和农业生产总值等数据,构建农田生态系统碳足迹模型与LMDI因素分解模型,对碳足迹时空变化特征、碳生态效率驱动因素进行探讨并提出建议。结果表明:①2002-2021年绵阳市农田生态系统碳排放总量与碳排放强度呈现出先增加后减少的趋势;空间分布上,碳排放总量呈现出北低南高的格局;②绵阳市农田生态系统有很强的碳汇能力,除2006年外,农田生态系统碳吸收总量以及碳吸收强度逐年稳步增长(1.84%)。不同农作物碳吸收总量贡献比较为:水稻(28.61%)>玉米(24.00%)>油菜(18.54%)>小麦(17.98%);③2002-2021年绵阳市农田生态系统碳足迹均小于当年的耕地面积,年均碳足迹耕地占比20.30%,属于碳生态盈余;④经济因素是绵阳市农田生态系统碳生态效率水平提高的主要驱动因素,结构因素对碳生态效率贡献值偏低,劳动力因素、效率因素对碳生态效率水平主要起抑制作用;⑤建议优化化肥、农药、农膜等农业农用物资的使用量以及科学提高农作物产量、调整种植结构来提升绿色农业发展水平。

重庆市农田生态系统碳收支年际变化研究

为促进重庆市现代山地绿色高效低碳农业发展,基于重庆市2010-2020年主要农作物生产投入和主要农作物产量等数据,对重庆市农田生态系统碳吸收、碳排放以及碳足迹进行估算研究,并分析其影响因素。结果显示:(1)2010-2020年,重庆市农田生态系统2015年的碳排放量为153.24×10^(4)t,较2010年增加了8.25%,但2020年减少至143.72×10^(4)t,碳排放明显呈先增加后减少趋势,化肥使用导致的碳排放占据最大比例,为56.6%;(2)重庆市农田生态系统碳吸收量总体稳中有降,从1010.35×10^(4)t逐步下降至942.49×10^(4)t,其中水稻的碳吸收贡献占据主导地位,占农田碳吸收总量的41.1%,但仍以0.58%的年均降幅下降;(3)重庆市农田生态系统存在较大的生态盈余,2020年达到286.06×10^(4)hm^(2),整体上涨6.29%,单位面积碳足迹年度变化保持稳定,在0.15 hm^(2)/hm^(2)左右波动。得出结论:重庆市固碳效率已逐步提升,重点还需要加强化肥农药农膜减施增效,优化本土的农作物种植模式,包括套间作,培育良种等,继续强化农田生态系统维护生态屏障的作用。

《生态环境损害鉴定评估技术指南生态系统第1部分:农田生态系统》解读

农田是农业生产的根基,良好的农田生态系统是保障粮食安全的关键。《生态环境损害鉴定评估技术指南生态系统第1部分:农田生态系统》(GB/T 43871.1—2024)旨在为我国农田生态系统损害鉴定评估提供统一尺度和技术依据,为环境损害赔偿制度改革和国家粮食安全提供技术支撑。该标准自2024年7月1日起实施,为了更好地全面正确理解和把握标准内涵,本文系统阐述了标准编制的背景,回顾国内外研究进展,就损害调查、因果关系分析、损失评估、恢复方案编制和恢复效果评估等主要内容及其技术要点进行了解读。

典型高原湖泊周边农田生态系统生态产品总值(GEP)核算研究

农田生态系统是一个为人类提供所需食物和其他农产品生产的半人工半自然生态系统,而高原湖泊周边农田生态系统更具特殊性和典型性。本研究选取云南省抚仙湖和杞麓湖所在地的澄江市和通海县农田生态系统为研究对象,选定2大类共6项核算指标,核算出澄江市和通海县农田生态系统生态产品总值。结果显示:澄江市和通海县2021年农田生态系统生态产品总值分别为32.14亿元和42.06亿元,澄江市和通海县2021单位面积农田生态系统生态产品总值为16.77元/m^(2)和20.75元/m^(2);农田生态系统生态产品价值量主要体现在物质产品供给,其次为调节服务价值,文化服务价值较低;农田生态系统物质产品供给价值的高低与种植农作物种类关系密切,农田生态系统调节服务价值则主要与农田类型和农田位置有关。

CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率的影响效应——基于气候箱控制性试验的Meta分析

选取1985—2020年21篇与气候箱控制性试验有关的文献,利用Meta分析法研究CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率(WUE)的影响。结果显示,在气候箱的控制下CO_(2)浓度升高对水分利用效率有正面影响,增加的比例为20%,对碳积累和蒸散发分别有正面和负面的效应,影响的效应分别为34%和-4%,但都存在显著的异质性(P<0.05)。研究还发现,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与对碳积累的影响效应有显著的正相关关系(P<0.05),而与对蒸散发的影响效应没有显著的相关关系(P>0.05)。异质性分析结果显示,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应在不同物种间具有显著的差异,其中对大豆和番茄的影响效应显著高于对小麦的影响效应(P<0.05)。此外,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与光照强度、温度和土壤相对含水量都有显著的相关关系(P<0.05),其中与光照强度有负相关关系,与温度和土壤含水量有正相关关系;而与CO_(2)富集程度没有显著的相关关系。

农田生态系统植硅体及植硅体碳研究综述

植硅体是长期稳定存在于土壤中的无定形二氧化硅,主要运用于农业考古、古气候重建和恢复古植被;植硅体碳是一种很有前景的长期陆地碳封存方式。农田生态系统作为陆地生态系统的一部分,作物种植历史悠久,研究农作物植硅体、植硅体碳含量分布及植硅体形态,能够更好地探究史前农耕文明的发展情况,可以估算农田生态系统植硅体碳汇潜力,有效缓解气候变化。综述了植硅体、植硅体碳在不同作物中的含量与分布、植硅体形态、碳汇潜力及植硅体在农业考古中的作用,并阐明了作物植硅体在未来的发展方向。

安徽农田生态系统碳足迹与经济增长的脱钩关系研究

安徽省是我国粮食主产区之一,为定量评估其农田生态系统碳排放量、碳吸收量以及碳足迹与农业经济增长之间的关系,研究利用2001—2021年安徽省农业投入和产出统计数据,采用碳排放系数法测算安徽省农田生态系统的碳源、碳汇和碳足迹,并利用脱钩模型评估碳足迹与农业经济增长的脱钩状态。结果表明:2001—2021年安徽省农田生态系统的碳排放量总体上呈现先上升再下降趋势,各类碳源中土地翻耕和化肥产生的碳排放量占比较大;碳吸收量大致呈现出先增后减再增加的变化;碳足迹整体呈现波动下降趋势,且均低于同期实际耕地面积,表明安徽省农田生态系统处于碳生态盈余状态。总体来看,安徽省农田生态系统碳足迹与农业经济增长呈脱钩状态,但不排除相对复钩的可能。