内蒙古生态环境预警指标体系研究

基于内蒙古自治区生态环境脆弱 ,自我调节能力差 ,自然环境恶化问题突出 ,提出内蒙古生态环境预警指标体系 ,选用层次分析法将内蒙古 7个生态建设保护区、13个预警指标构成层次模型。通过构造判断矩阵、模型的层次单排序、一致性检验和总排序 ,得出内蒙古 7个生态建设保护区生态环境危急程度和各区预警因子的权重及内蒙古生态环境问题严重程度总排序。最后对各区域预警结果进行了详细分析 ,为内蒙古生态环境的保护与治理提供依据。

太湖地区冬小麦田与蔬菜地N_2O排放对比观测研究

2003年11月8日至2004年6月5日对太湖地区相邻的蔬菜地和稻麦轮作生态系统的冬小麦田,在当季不施肥情况下的N2O排放进行了田间同步对比观测,分析了N2O排放时间变化以及土壤湿度、土壤温度、土壤速效氮含量和农业管理措施对N2O排放的影响。研究结果表明,小麦播种前的耕翻(表层大约7cm土壤旋耕)处理不会明显改变稻麦轮作农田整个旱地阶段的N2O排放总量,但却使小麦生长季初期的N2O排放明显减弱69%(p<0.01,p为相关概率),使小麦生长季后期的N2O排放明显偏高2.6倍(p<0.05),而对其余时间段的N2O排放作用不明显。与长期实行稻麦轮作的旱地阶段农田相比,由稻田改种蔬菜20多年的蔬菜地,其整个观测期的N2O排放总量比免耕处理小麦田同期的排放高85%(p<0.05),比耕翻处理小麦田同期的排放高99%(p<0.01)。蔬菜地N2O排放偏高的原因是土壤速效氮,特别是铵态氮含量明显偏高(p<0.01)。

FACE对水稻土产甲烷菌和甲烷氧化菌种群及其活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2005年水稻生长季研究了不同施肥(常规N量和低N量)、不同秸秆还田(秸秆全还田和秸秆不还田)处理土壤中的产甲烷菌和甲烷氧化菌数量在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且借助气相色谱测定了土壤的产甲烷潜力和甲烷氧化潜力。结果表明:在秸秆全还田情况下,FACE对于产甲烷菌在分蘖期具有促进作用,而在抽穗期与收获期具有抑制作用,这种作用在低N条件下达到显著性(P<0.05)水平。而秸秆不还田情况下,FACE对产甲烷菌无明显促进作用;在低量N的施用情况下,FACE对于土壤甲烷氧化菌的活性具有刺激作用,在水稻抽穗期土壤甲烷氧化菌数量明显地高于对照,达到显著性水平(P<0.05);而常规施N量秸秆全还田的情况下,在水稻的分蘖期、拔节期和收获期FACE土壤中的甲烷氧化菌数量却受到一定程度的抑制。土壤的产甲烷潜力测定结果表明,FACE能促进土壤的CH4释放,尤其是在常规N量施用条件下。当底物(加入外源CH4)充足时,FACE条件下能使土壤具有较高的氧化CH4的能力,其CH4氧化潜力明显大于对照土壤,并且这种作用在常规N肥施用条件下尤为明显,达极显著性水平(P<0.01)。

开放式大气CO_2浓度增高对水稻土反硝化活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,研究大气CO2浓度增高对农田反硝化活性的影响.在2005年水稻生长季研究不同施肥(施常规氮量和低氮量)、不同秸秆还田(秸秆半还田、秸秆不还田)处理土壤中的反硝化细菌数量、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且在拔节期测定对照及FACE土壤的反硝化潜势.结果表明:CO2浓度增高对水稻生长各时期的土壤反硝化细菌数量具有一定的抑制作用,这种抑制作用在常规氮肥施用及秸秆不还田情形下最为显著(P<0.01).FACE对硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性几乎没有影响.对反硝化潜势的研究发现,在低氮与常氮施用条件下,FACE土壤的反硝化潜势分别为对照土壤的84.21%和97.46%.通过与土壤理化性质的相关性研究,认为主要是因为FACE促进植物生长和土壤中的微生物活性,反硝化微生物在竞争中受到抑制,使得反硝化活性降低.

FACE环境下不同秸秆与氮肥管理对稻田土壤硝化和反硝化菌的影响

利用位于江都市小记镇的中国稻-麦轮作FACE平台，采用最大可能（MPN）法，在2004年水稻生长季研究了不同施肥情况（施常规N量UN和低N量LN）、不同秸秆还田情况（秸秆全还田HR和秸秆不还田NR）下，土壤中硝化和反硝化细菌数量在FACE条件下随时间的变化。结果表明，FACE条件下，土壤硝化菌数普遍在抽穗期或乳熟期达到最大值，而对照土壤的硝化菌数普遍到成熟期才达到最大值，并且显著高于FACE处理的相应值（P〈0．05）。在HR条件下，LN和UN小区FACE处理的土壤硝化细菌数量较对照减少6％-10％。FACE条件LN小区的反硝化菌数在成熟期达到最大值，而对照处理则在乳熟期达到最大值，并显著高于FACE处理（P〈0．05）；而UN小区的反硝化菌数二者均在抽穗期达到最大值。在LN小区HR和NR情况下。FACE处理土壤反硝化细菌数量分别低于对照处理的相应值8％和13％。在HR情况下，土壤反硝化潜势FACE处理显著低于对照。在LN和UN小区，FACE处理土壤的反硝化作用潜势分别是对照的83．7％和95．4％。

氧气浓度对小麦-玉米轮作农田土壤剖面N_(2)和N_(2)O产生的影响

反硝化过程是集约化农田土壤剖面硝态氮(NO_(3)^(-)-N)去除的重要途径。但对土壤剖面反硝化氮气(N_(2))产生速率的准确定量很难,尤其不同深度的土壤氧气(O_(2))浓度状况如何影响土壤N_(2)的产生仍不清楚。本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0~2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O_(2)浓度和温度状况,设置不同O_(2)浓度水平(15.0%、12.0%、2.5%和0)和培养温度(26℃和20℃),采用氦培养-直接测定N_(2)法测定3个不同深度(0~0.2、0.5~0.7 m和2.0~2.2 m)土壤N_(2)O和N_(2)产生速率。结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N_(2)和N_(2)O的产生均表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5%~15.0%O_(2))土壤N_(2)产生速率(以N计)为5.3~7.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2m)和0.5~2.3μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧下速率的93.0%~93.7%。同样地,有氧条件下N_(2)O产生速率(以N计)为1.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2 m)和<0.2μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧条件下速率的84.0%~99.1%。原位观测的土壤O_(2)浓度>2.5%(0.2 m和0.5 m)和>14.0%(2m),表明在无氧条件下的观测会高估土壤真实条件下的N_(2)和N_(2)O产生速率。无氧显著增加深层土壤的N_(2)O/(N_(2)O+N_(2))值,这可能是由于深层土壤的碳更加缺乏,不利于N_(2)O被进一步还原。基于有氧条件下观测的N_(2)和N_(2)O产生速率,估算得到玉米生长季(按120d计)剖面0~2.0 m土体的反硝化(N_(2)+N_(2)O)损失量可达219 kg·hm^(-2),表明土壤对其剖面累积的NO_(3)^(-)-N具有很强的脱氮能力,从而极大地减少了包气带累积NO_(3)^(-)-N进一步向地下水迁移的风险。

大气CO2浓度升高和秸秆还田对稻麦轮作农田N2O排放的影响

随着大气CO2浓度的逐渐升高,CO2的施肥效应很可能对陆地生态系统的N2O地气交换过程产生一定的影响。在江苏北部的中国稻麦轮作FACE(Free-Air Carbon Dioxide Enrichment)实验平台上,采用静态箱暗箱-色谱法,研究了一个稻麦轮作周期(2005年6月中旬至2006年6月中旬)3种小麦秸秆还田水平处理(全还田、半还田和不还田)和CO2浓度升高200μmol·mol-1对稻麦轮作农田N2O排放的影响。结果表明,就当地传统农田管理方式下的砂性土壤稻麦轮作农田N2O排放而言,所采用的观测方法未能检测到显著的秸秆还田效应和大气CO2浓度升高效应。

内蒙古草原温室气体交换通量

草地生态系统是地球上十分重要的陆生生态系统,内蒙古草原在我国草地生态系统中占有重要地位,其在全球温室气体收支平衡中扮演重要角色。统计分析内蒙古地区34个观测地点的多年(1995—2012)温室气体观测数据,得到内蒙古3种主要草原类型(草甸草原、典型草原、荒漠草原)主要温室气体(CO2、CH4、N_2O)的年度或生长季平均通量并据此判断其温室气体源汇类型,并选择内蒙古草原中分布最广泛的典型草原的温室气体交换通量与环境因子进行相关性分析。结果显示,典型草原、荒漠草原表现为CO2交换源汇动态变化的过程(生长季交换通量分别为(-4.26±15.57)mg C m^(-2)h^(-1)、(-42.5±5.42)mg C m^(-2)h^(-1)表现为汇,年度交换通量分别为(20.64±11.54)mg C m^(-2)h^(-1)、(18.04±2.48)mg C m^(-2)h^(-1)表现为源),草甸草原CO2年度交换通量为(-10.31±1.15)mg C m^(-2)h^(-1)表现为汇;草甸草原、典型草原、荒漠草原CH4年度交换通量分别为(-30.48±9.57)μg C m^(-2)h^(-1)、(-41.25±3.61)μg C m^(-2)h^(-1)、(-85.00±51.03)μg C m^(-2)h^(-1),均表现为CH4的汇、N_2O年度交换通量分别为(28.40±7.27)μg N m^(-2)h^(-1)、(3.18±0.91)μg N m^(-2)h^(-1)、(2.51±0.67)μg N m^(-2)h^(-1),均表现为N_2O的源。在典型草原温室气体交换通量与环境因子的相关性分析中发现,CH4平均吸收通量与降水量(P<0.05)、土壤湿度(P<0.05)、土壤温度(P<0.01)有显著或是极显著线性正相关关系;CO2平均通量与降水量(P<0.01)、土壤湿度(P<0.01)、叶面积指数(P<0.01)有极显著线性负相关关系,与气温(P<0.01)有极显著线性正相关关系;N_2O平均通量与降水量(P<0.05)、土壤湿度(P<0.05)、气温(P<0.01)有显著或极显著的线性正相关关系。

除草剂对黄河三角洲入侵植物互花米草的影响

互花米草(Spartina alterniflora)作为我国危害最严重的外来入侵植物之一,严重威胁滨海湿地生态系统安全。筛选可高效灭除互花米草的除草剂,为互花米草防治提供技术支持。2017年7月在黄河三角洲潮间带对互花米草茎叶喷施不同除草剂,在施药当年和次年对互花米草生长状况和大型底栖动物密度进行跟踪调查。研究结果表明:1)高效氟吡甲禾灵对互花米草的灭除效果最好,既能杀死互花米草地上部分从而完全抑制有性繁殖,又可完全抑制次年的无性繁殖;2)氰氟草酯对互花米草的灭除效果也比较好,可以完全抑制互花米草的生长和结穗,但抑制根状茎无性繁殖能力的效果稍差,草甘膦可以完全抑制互花米草的有性繁殖,但无法抑制次年互花米草的无性繁殖;3)施用除草剂在短期内会毒害某些底栖动物,但在1年后底栖动物种群数量与对照处理无显著差异。除草剂对环境的影响程度与除草剂用量和施用时间息息相关,未来研究中,应在保证灭草效果的前提下,探索最佳用药时间和最低用量以最大限度地降低环境影响。

高程对盐沼湿地互花米草生长与扩散的影响

外来物种互花米草(Spartina alterniflora)入侵中国后,对潮间带滨海湿地的生态环境危害巨大,对河口湿地生态、景观、经济等方面均有不同程度影响,研究其入侵机制对有效防治互花米草是不可或缺的。黄河三角洲是中国北方受互花米草侵害最严重的地区之一。该研究在黄河三角洲潮间带开展互花米草移栽试验,2019年6月,在由海向陆方向上,把互花米草实生苗(种子萌发苗)与克隆苗(根茎萌发苗)移栽至高程范围为65.5—114.7 cm的不同地点,定期调查移栽点互花米草生长状况,同时进行潮汐与土壤性质监测,揭示潮间带不同高程对互花米草幼苗生长与扩散的影响,确定互花米草存活的高程阈值。结果表明:(1)随着高程升高,黄河三角洲潮间带的潮汐淹水时长和淹水深度有显著差异;(2)在黄河三角洲,影响互花米草生长与繁殖的主要环境因素为高程和潮汐共同作用的平均淹水时间、平均淹水深度和土壤盐度;(3)总体而言,互花米草实生苗与克隆苗的生长状况随高程升高而变差,实生苗可在盐地碱蓬分布区存活,克隆苗可在高程更高的芦苇和柽柳分布区存活;(4)在由海向陆方向上,短期内互花米草可快速扩散至盐地碱蓬分布区,经过长期适应后,互花米草可能扩散至芦苇分布区甚至柽柳分布区。因此,中国北方互花米草防控刻不容缓,首先应有效控制互花米草种子的有性繁殖,限制或阻止其通过种子进行远距离扩散,其次,应加快互花米草控制步伐,否则,经过长期适应之后,互花米草很可能继续向陆地方向扩张,与本土植被芦苇和柽柳产生直接竞争,扩大其对潮间带生态系统的威胁。

放牧方式对人工草地植被生物量及碳密度的影响

以温带农牧交错区混播人工草地为研究对象,分析优势种羊草(Leymus chinensis)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)在不同放牧方式下地上、地下生物量的变化规律,研究放牧方式对优势种碳分配及人工草地碳密度的影响。结果表明:划区轮牧能够有效地缓解草地压力,合理的放牧制度可以提高人工草地牧草的生产力;不同的放牧制度在一定程度上可改变绵羊的采食规律;连续放牧使得草地植被碳密度和土壤碳密度均显著降低,划区轮牧与对照样地(禁牧管理)保持相当的水平。在该研究中,不同的放牧制度对于牧草生产力和碳密度影响显著,土壤碳密度占人工草地碳密度的比例较大且随土层深度增加而减少。

不同潮滩生境互花米草的植被性状与治理技术

互花米草(Spartina alterniflora)是我国滨海地区危害最严重的外来入侵物种之一,探索高效可行的互花米草治理技术对保护潮间带生态环境具有重要意义。基于对黄河三角洲的长期野外调查与原位试验,总结了不同互花米草治理技术的治理效果,于2018年6月中旬开始进行2~4次贴地刈割(根茬高度<3 cm,相邻刈割的间隔时间为15 d左右),可清除99%以上的互花米草,且治理效果在第2年生长季末期时仍高达98.8%以上;在2016年10月中旬、2018年12月中旬对互花米草进行刈割+翻耕,其治理效果在第2年生长季末期时为99.7%。在由海向陆方向上潮滩高程逐渐增加,土壤理化性质等环境因子随着潮滩高程增加而变化,互花米草密度、株高和生物量等植被性状随着高程增加先升后降。综合考虑互花米草生长特征、生境特征以及不同治理方法的治理效果,总结形成了适宜不同潮滩生境的互花米草治理技术体系,对于低潮滩、中潮滩和高潮滩的互花米草,建议分别采用贴地刈割、刈割+围淹、刈割+翻耕的治理技术,对于河道沟渠的互花米草,可根据河沟宽窄等因素采用刈割+翻耕或刈割+围淹的治理技术,对沟渠坡面的互花米草,可采用刈割+遮荫的治理技术。

2013年乌梁素海湖滨带土壤—植物系统甲烷和一氧化二氮通量及生态系统总呼吸研究

作为中国八大淡水湖之一的内蒙古自治区乌梁素海,它是全球范围内干旱草原、荒漠地区极为少见的大型多功能湖泊湿地。利用静态暗箱—气相色谱法,于2013年6月末至11月中旬期间,每逢周末对乌梁素海湖滨带岸上白刺（Nitraria tangutorum）群落→近岸碱蓬（Suaeda salsa）群落→湖中芦苇（Phragmites australis）群落区土壤—植物系统CH4和N2O排放通量、生态系统总呼吸及相关环境变量（包括5 cm深度土壤温度、0-6 cm深度土壤湿度、0-10 cm深度土壤铵态氮含量和硝态氮含量、土壤溶解性有机碳含量）进行了观测。研究结果表明,观测期间,乌梁素海湖滨带土壤—植物系统整体上是CH4排放源;8月和9月土壤—植物系统为N2O的汇,其它月份为N2O的源;各植物群落区土壤—植物系统的CH4通量、生态系统总呼吸都分别与5 cm深度土壤温度显著相关,芦苇群落区和碱蓬群落区土壤—植物系统的N2O通量与5 cm深度土壤温度显著相关;当湿地土壤湿度减小时,土壤产生的CH4易被氧化层氧化,导致其CH4产量降低,而此时N2O通量增加,另外土壤湿度对生态系统总呼吸也有显著影响;随着土壤铵态氮含量的增加,各植物群落区土壤—植物系统的CH4通量在减小,芦苇群落区和碱蓬群落区土壤—植物系统的N2O通量与土壤硝态氮含量显著正相关;各植物群落区土壤—植物系统的CH4通量与土壤溶解性有机碳含量显著正相关,芦苇群落区土壤—植物系统的生态系统总呼吸与土壤溶解性有机碳含量显著正相关。

秸秆直接还田与燃烧后还田对冬小麦田NO排放的影响

为减少秸秆燃烧所造成的大气污染,国家鼓励农民施行秸秆直接还田措施。但是,秸秆还田会改变多种土壤理化因素,引起碳氮生物地球化学过程发生变化,进而可能改变环境污染性气体一氧化氮(NO)的产生和排放。为了探究秸秆不同还田方式如何影响冬小麦田NO排放,该文依托紫色土农业生态试验站的秸秆不同还田方式长期试验平台(2005年—),采用静态暗箱-化学发光法对农民常规施肥(NPK)、常规施肥+秸秆直接还田(NPK+SR)和常规施肥+秸秆燃烧后还田(NPK+SB)以及不施肥对照(CK)处理下的NO排放通量及辅助因子进行了一个完整生长季(2016年10月至2017年5月)观测。结果表明,各施肥处理下较高的NO排放均出现在施肥后1~2周内,与土壤无机氮含量变化趋势基本一致。在整个小麦生长季,土壤无机氮,尤其铵态氮(NH_(4)^(+))浓度是NO季节变化动态的关键控制因子,二者呈显著线性正相关关系。与NPK相比,NPK+SB并未明显影响NO季节排放量,而NPK+SR却显著抑制了NO季节排放量的49.0%。基于施肥处理与CK处理之间NO排放量的差异,NPK、 NPK+SB和NPK+SR处理的NO直接排放系数分别为0.33%、 0.32%和0.15%。此外,与NPK相比,NPK+SB和NPK+SR提高了作物的氮肥利用效率,从而分别增加了小麦籽粒产量的18.9%和15.8%。依据土壤NO排放和小麦产量相结合的指标(即NO排放强度), NPK+SB比NPK显著降低了NO排放强度的19.7%,而NPK+SR比NPK+SB又进一步显著减少了NO排放强度的45.6%。因此,对于紫色土冬小麦田来说,秸秆直接还田处理是一种较好的优化施肥管理方式,可以同时满足保障粮食安全和减少大气环境污染性气体NO排放。