农田微塑料污染现状及对土壤生态系统的危害

微塑料由塑料分解而来,具有颗粒小、化学性质稳定、吸附性强等特点,广泛分布于环境中。农业中常见的农膜覆盖、肥料施用、农田灌溉等方式会造成大量的微塑料输入,且对土壤生态系统造成一定的影响和潜在威胁。为加深对农田土壤微塑料污染现状的了解,更好地防范其带来的生态风险,本研究综述了农田土壤微塑料的来源、污染现状、迁移和降解机制及对土壤生态系统的影响,在总结当前研究的基础上,为未来的土壤微塑料研究提供方向和思路。

氮肥施用下蚯蚓活动对农田氮转化影响的Meta分析

蚯蚓在自然土壤中既能促进植物氮(N)素利用、增加土壤N固持,也会导致土壤N素气逸和淋溶损失,但农田土壤中持续的N肥施用如何影响蚯蚓的这些作用却并不清楚。因此,本研究提取了52篇文献中的202对数据,利用Meta分析从N肥类型、施肥量和施肥方式3个方面进行研究,评估N肥施用下蚯蚓活动对农田N转化的影响。总体结果表明,N肥施用下蚯蚓活动显著增加了作物生物量(地上部、地下部分别增加了12.00%、19.30%)及作物总氮(TN)含量(地上部、地下部分别增加了20.35%、21.06%),显著增加了土壤可利用N(9.16%)、微生物生物量氮(MBN,23.19%)及脲酶活性(23.73%),但与此同时也导致土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放和N淋溶增加了16.41%和16.15%。蚯蚓活动对不同肥料类型、施肥量及施肥方式下土壤N转化过程的影响不同。有机-无机N肥配施时,蚯蚓活动对作物生物量和TN含量均有显著的促进作用(地上部、地下部生物量分别增加了17.90%、18.03%;地上部、地下部TN含量分别增加了37.62%、25.76%);无论N肥施用量为多少,蚯蚓活动均显著增加了作物地上部生物量和地上部TN含量,但对其他指标无显著影响;N肥深施时,蚯蚓活动显著增加了作物生物量(地上部、地下部生物量分别增加了16.75%、22.75%)、TN含量(地上部、地下部TN含量分别增加了33.24%、27.62%)和微生物活性(MBN、脲酶分别增加了27.87%、28.21%),而N肥表施时,蚯蚓活动仅显著增加了土壤可利用N含量(17.56%)和脲酶活性(9.03%)。蚯蚓活动显著增加生态系统多功能性(5.93%)。N肥深施相比N肥表施更有助于充分发挥蚯蚓在农田土壤N转化过程中的积极作用,而N肥类型和施用量对蚯蚓诱导的N转化过程的综合作用并无显著影响。

贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库组成及其活跃度

[目的]研究贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库的组成及其活跃度,量化该区域葡萄园生态系统潜在的固碳能力,为挖掘葡萄园碳汇能力和核算碳汇价值提供科学依据。[方法]以贺兰山东麓典型的新慧彬葡萄园为例,开展园区尺度的土壤有机碳取样调查与分析,研究土壤有机碳含量、密度和组分等特征。[结果](1)葡萄园0—100 cm剖面土壤有机碳平均含量为4.65 g/kg,土壤有机碳密度为64.5 t/hm^(2),虽然土壤有机质含量低,养分匮乏,但依然是葡萄园生态系统碳库的主要部分。(2)在垂直剖面上,土壤有机碳含量随着土层加深而递减,且0—40 cm表层和40—100 cm深层的土壤有机碳含量存在显著差异,表层土壤的有机碳富集系数大于1,对有机碳具有更强的固持能力。(3)土壤有机碳含量在园区范围内存在空间异质性,其中表层土壤有机碳的空间异质性受制于不同田块间葡萄品种及施肥等垦殖活动差异,而深层土壤有机碳的空间异质性主要受制于原始土壤的形成背景。(4)土壤有机碳活性、中性和惰性组分的比例约为1∶2∶5。惰性组分比例较高,碳库活度较低,稳定性较强。虽然惰性有机碳含量决定了总有机碳的高低,但中性有机碳含量的变化亦会影响总有机碳和全碳含量。[结论]贺兰山东麓葡萄园土壤碳库活度和有机碳含量水平较低。葡萄种植最终会增加土壤碳储量,增强生态系统的碳汇能力。

2006-2022年中国科学院环江喀斯特生态系统观测站农田长期观测样地土壤养分数据集

中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站(本文中简称“环江站”)是我国西南喀斯特地区重要的农业生态系统长期野外定位观测研究站,是依照中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,简称CERN)联网监测规范布置的试验样地。自2005年以来,环江站依照国家生态系统观测研究网络(National Ecosystem Research Network of China,简称CNERN)和CERN农田生态系统观测指标要求,逐一开展针对喀斯特峰丛洼地农田生态系统水分、土壤、生物、气象等环境要素的监测活动。本数据集收集、整理了环江站2006–2022年8个长期联网监测样地的土壤养分数据,包括土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾、pH值等9项指标,均进行了严格的数据质量控制与评估,并附有完整的样地背景信息和分析方法记录。本数据集反映了桂西北喀斯特峰丛洼地农业区传统代表性作物早晚稻、玉米、大豆、桑叶、柑橘等农作地土壤常规养分含量动态变化,对指导喀斯特峰丛洼地农业生产、培育土壤地力具有参考依据。

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。

陕西省农田土壤生态系统碳汇时空演变特征

在2005—2020年陕西省农田土壤生态系统碳汇测算的基础上,采用标准差椭圆、空间自相关、冷热点分析等方法,对其碳汇时空演变特征进行研究,以期揭示土壤碳汇时空异质性,合理制定区域适宜的农田管理政策。结果表明:1)2005—2020年陕西农田土壤碳汇总量整体呈波动上升趋势,碳汇量从每年的58.83×10^(4) t上升至76.51×10^(4) t;碳汇类型以施用肥料碳汇为主。2)空间上呈现“中间高,南北低”的分布格局。高值区域主要分布在咸阳、渭南、西安和宝鸡,低值区域分布于榆林、安康和商洛。3)空间分布重心整体存在向北略东移动的趋势,分布范围呈先收缩后扩张的态势,西北地区对整体碳汇空间格局影响作用加强。土壤碳汇强度具有空间正相关性,冷热点空间分布集聚程度呈现波动稳定的特征。

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。

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。

河套灌区不同配置农田防护林对田间土壤水分和养分储量的影响

农田防护林作为提高生态环境效益的有效农业管理方式,对改善土壤理化性质、改善生态环境,提高作物产量具有重要意义。在河套灌区选择三种典型农田防护林(4行林带、5行林带和8行林带)测量了2019—2021年生长季农田内距防护林0.3 H、0.7 H、1 H、2 H、3 H和4 H处0~100 cm的土壤性质和防护林与农田的植被属性,测算了土壤水分储量(SMS)和土壤养分储量[碳储量(SCS)、氮储量(SNS)和磷储量(SPS)]。结果表明:(1)不同防护林系统水平方向上的土壤容重和土壤黏粒含量差异显著,在垂直方向上土壤属性均有显著差异。(2)防护林具有较好的保水性和养分供应功能,其中4行林带的土壤水分储量和养分储量高于其他林带,分别为SMS 237.44 mm、SCS 544.93 g·m^(-2)、SNS 953.72 g·m^(-2)和SPS 859.04 g·m^(-2)。(3)4行林带的整体长势比较好,其平均树高为30.06 m,胸径为0.41 m,且4行防护林的作物产量最高,为15.75 t·hm^(-2)。(4)冗余分析结果显示,不同防护林系统中,环境因子与生态系统功能之间存在密切关系,土壤特性与土壤水分和养分储量关系密切,另外,植被属性与SNS和SPS基本呈负相关。综上所述,4行林带的水分养分供给能力最强,本研究结果可为生态脆弱地区的防护林建设和生态修复提供有效的理论依据。

施肥对农田线虫群落特征影响的研究进展

施肥可以改变土壤肥力和微生物特性,从而间接改变土壤线虫的群落特征,不同的施肥方式可以提高食细菌线虫的数量,减少植食性线虫的数量,优化土壤线虫群落结构。线虫可以作为土壤健康和土壤环境变化的指示器。本文归纳了学者在农田生态系统中对线虫群落特征的研究进展,综合分析了不同施肥方式对线虫群落特征的影响,并针对肥料在线虫防治中的应用进行展望。

干旱半干旱地区农田生态系统中土壤动物研究进展

干旱半干旱地区是我国的农业后备战略基地,近年来受土壤风蚀及土地荒漠化影响的农田面积越来越多。土壤动物在农田生态系统中具有特殊功能与作用,对土壤发育和提高土壤生产能力具有重要意义。文章综述了国内干旱半干旱地区农田生态系统中各种影响因子对土壤动物的作用,并对目前存在的问题和未来的展望进行了评述。

小兴安岭——三江平原区生态问题辨析及山水林田湖草保护修复策略

为探讨山水林田湖草系统治理策略,实现生态系统服务价值的综合提升,以黑龙江省小兴安岭—三江平原区为研究对象,在分析研究区不同土地利用类型变化的基础上,基于不同土地利用类型的生态服务价值的变化,识别其面临的主要生态环境问题,提出研究区开展生态保护修复的策略。研究结果表明:(1)2005—2015年,小兴安岭—三江平原区耕地面积持续增加,林地、草地和湿地的面积持续下降,土地利用结构失衡。耕地面积主要由林地和草地转入,且主要分布在三江平原东部;(2)研究区生态系统服务价值从2005年的519.47亿元下降至2015年的495.71亿元。其中生物多样性以及土壤保持功能下降最为严重。土地利用类型的急剧变化,导致区域生态系统出现供给服务失衡、土壤保持和生物多样性功能下降及黑土退化等生态环境问题;(3)研究区山水林田湖草保护修复需突破行政边界的限制,合理规划工程布局,建立科学的评价体系和完善的监管制度;同时,需关注区域农田土壤质量变化,突出黑土地作为珍稀自然资源在山水林田湖草生态系统中的重要性。

华北太行山前平原农田生态系统中氮、磷、钾循环与平衡研究

以栾城县为例 ,分析了华北太行山前平原农田生态系统N、P、K三要素养分循环与平衡特征及其变化趋势 ,评价了农田养分平衡状况 ,提出了合理施肥对策 .结果表明 ,1985～ 2 0 0 0年栾城县农田养分平衡中 ,N素经历了由轻微赤字向盈余的转变过程 ,由 1985年的 1.4 %赤字转变到 2 0 0 0年盈余 4 8.6 % ;K由极度亏缺 (82 %赤字 ) ,逐渐向平衡发展 ,到 2 0 0 0年已有 4 .6 %的轻微盈余 ,但仍有大量田块是赤字平衡 ;P则始终有大量盈余 .目前农田养分收支存在一定程度的N、P投入过量 ,K投入不足的问题 .以土壤肥力状况和作物种植结构而论 ,栾城县应采取“稳氮、控磷、增钾”的施肥对策 ,避免过多的盈余化肥氮进入环境 ,同时应继续推广秸秆还田技术 ,提高养分循环再利用效率 .

农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。

中国农田生态系统土壤呼吸作用研究与展望

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,占全球陆地面积的10.5%,其CO2排放量占人为温室气体排放量的21%-25%;由于农田生态系统受到强烈的人为干扰,因此农田生态系统土壤呼吸作用及其影响因素对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要的意义。中国是个有悠久历史的农业大国,不仅为农田土壤作用的研究提供了天然的实验室,而且中国农田土壤呼吸作用的研究对全球的碳循环研究及碳收支准确评估具有非常重要的示范与指导意义。该文综述了近10年来中国农田生态系统土壤呼吸作用研究进展,指出水热因子、作物生物学特性和农业管理活动是造成中国农田生态系统土壤呼吸作用时空变异的主要因素;作物根系呼吸作用占土壤作用的比例在13%-77.2%之间,存在极大的不确定性;合理施肥、秸秆还田和免耕有助于农田生态系统土壤呼吸作用减排和固碳。指出了中国农田生态系统土壤呼吸作用拟重点加强不同区域典型农田生态系统土壤呼吸作用的比较、空间异质性、影响因素模拟及减排对策等方面的研究。

环渤海低平原农田生态系统养分循环与平衡研究

了解农田养分输入、输出和平衡状况,以及土壤肥力现状与变化特征,对实现养分资源优化管理、地力的持续提升、肥料利用率提高和农业可持续发展具有重要意义。基于1985年、2000年和2014年河北省南皮县国民经济统计资料,分析了从1985年到2014年县域农田生态系统养分循环与平衡状况;利用1981年第2次土壤普查和2015年实测南皮县域土壤耕层养分含量数据,探讨了耕层土壤养分变化及空间分布格局特征。结果表明,1985—2014年南皮县农田养分输入输出均呈持续上升趋势,NPK养分输入由10 701 t增加至23 386 t,年递增率2.33%;NPK养分来源结构略有不同,NP来源以化肥为主,其次是人畜粪尿和作物秸秆有机肥源;而K素来源主要是有机肥源。农田养分输出以作物吸收为主,占养分总输出的80%以上,NPK总输出由1985年的9 093 t增加到2014年的18 846 t,年均增速2.17%。从养分表观平衡的角度看,从1985年到2014年NP始终有大量盈余,P素盈余大于N素,N和P表观平衡率分别为16.8%~34.2%和26.9%~65.5%;若考虑有机氮的有效性问题,1985—2000—2014年3个时段有效氮盈亏率依次为18.1%、6.5%和-7.8%,有效氮平衡由盈余转向亏缺;而K素经历了由赤字逐渐向盈余的转变过程,由1985年的-33.5%赤字发展至2014年的33.6%盈余。受农田养分平衡状况的影响,南皮县土壤有机质、全氮、有效磷发生了显著变化,1981—2015年有机质由8.62 g·kg^(-1)增至14.0 g·kg^(-1),增幅62.4%;全氮由0.542 g·kg^(-1)增至0.908 g·kg^(-1),增幅67.5%;有效磷由2.0 mg·kg^(-1)增加到20.8 mg·kg^(-1),增加了9.4倍。而碱解氮和有效钾变化不明显,分别由70.5 mg·kg^(-1)和141 mg·kg^(-1)增加到71.8 mg·kg^(-1)和147 mg·kg^(-1),相对增幅仅为1.8%和4.2%。建议今后南皮县在农业生产中大力推广科学施肥技术,重视有机肥和化肥配施,推广秸秆还田,通过改进施肥方法提高肥料利用效率;养分管理中应提倡"稳氮、控磷、补钾"的施肥对策,避免过多的盈余养分进入环境。

稀土元素对农田生态系统的影响研究进展

稀土矿的开采和冶炼、稀土农用等导致农田土壤稀土元素含量不断积累,对农田生态系统结构和功能稳定产生严重的影响。综述了近20年来国内外农田生态系统稀土元素的主要来源、分配和输出,土壤和植物中稀土元素的测定方法,稀土元素对农田生态系统中植物、微生物、动物以及人类健康影响的研究进展。探讨了农田生态系统稀土元素的毒性评价和稀土污染土壤的修复措施。最后提出开展稀土元素对农田生态系统影响研究还需要加强的一些问题。

农田土壤线虫多样性研究现状及展望

目前土壤生物多样性已成为土壤生态学研究的热点问题之一。土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。在农田生态系统中,土壤动物是分解作用和养分矿化作用等生态过程的主要调节者。线虫作为土壤中数量最丰富的后生动物,其生活史和取食类型多样,在生态系统中发挥着重要作用。本文介绍了农田生态系统中影响线虫多样性的主要因素;回顾了土壤线虫的物种多样性、营养类群多样性、生活史多样性和功能多样性的研究现状;并提出了今后农田生态系统线虫多样性研究的重点。建议通过综合土壤线虫的生活史策略和营养类群等信息,深入了解其生物多样性和土壤生态系统功能,从而更好地发挥土壤线虫对农田生态系统变化的生物指示作用。

北京农田生态系统土壤重金属元素的生态风险评价

2005—2006年期间,分别采集了北京农田生态系统的大气干湿沉降、灌溉水和化肥3种外源输入的样品,共计63件。3种来源样品的年输入通量的定量计算和对比表明,不同地区不同输入途径的重金属元素的年输入通量差异较大,研究区农田土壤中重金属元素的主要输入途径是大气干湿沉降。如果不考虑农田生态系统的外源输出量,按照目前的污染速度,50年后怀柔和大兴地区表层土壤中Cd的含量可突破国家土壤环境质量碱性土壤的二级标准,污染情况比较严重,应引起足够的重视。其他地区的外源输入在相当长的一段时间内不会引起表层土壤重金属元素的含量发生质的变化。

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO_(2)通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。