A laboratory study on risk assessment of microcystin-RR in cropland

The persistence time and risk of microcystin-RR (MC-RR) in cropland via irrigation were investigated under laboratory conditions. In order to evaluate the efficiency of the potential adsorption and biodegradation of MC-RR in cropland and the persistence time of MC-RR for crop irrigation, high performance liquid chromatography (HPLC) was used to quantify the amount of MC-RR in solutions. Our study indicated that MC-RR could be adsorbed and biodegraded in cropland soils. MC-RR at 6.5 mg/L could be completely degraded within 6 days with a lag phase of 1 - 2 days. In the presence of humic acid, the same amount of MC-RR could be degraded within 4 days without a lag phase. Accordingly, the persistence time of MC-RR in cropland soils should be about 6 days. This result also suggested the beneficial effects of the organic fertilizer utilization for the biodegradation of MC-RR in cropland soils. Our studies also demonstrated that MC-RR at low concentration (< 10 mu g/L) could accelerate the growth of plants, while high concentration of MC-RR (> 100 mu g/L) significantly inhibited the growth of plants. High sensitivity of the sprouting stage plants to MC-RR treatments as well as the strong inhibitory effects resulting from prolonged irrigation further indicated that this MC-RR growth-inhibition may vary with the duration of irrigation and life stage of the plants. (c) 2007 Published by Elsevier Ltd.

Uncertainties in estimates of cropland area in China: a comparison between an AVHRR-derived dataset and a Landsat TM-derived dataset

The large uncertainties in estimates of cropland area in China may have significant implications for major cross-cutting themes of global environmental change-food production and trade, water resources, and the carbon and nitrogen cycles. Many earlier studies have indicated significant under-reporting of cropland area in China from official agricultural census statistics datasets. Space-borne remote sensing analyses provide an alternative and independent approach for estimating cropland area in China. In this study, we report estimates of cropland area from the National Land Cover Dataset (NLCD-96) at the 1:100,000 scale, which was generated by a multi-year National Land Cover Project in China through visual interpretation and digitization of Landsat TM images acquired mostly in 1995 and 1996. We compared the NLCD-96 dataset to another land cover dataset at I-km spatial resolution (the IGBP DIScover dataset version 2.0), which was generated from monthly Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)-derived Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) from April, 1992 to March, 1993. The data comparison highlighted the limitation and uncertainty of cropland area estimates from the DIScover dataset. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Probabilistic modelling of soil moisture dynamics of irrigated cropland in the North China Plain

A probabilistic soil moisture dynamic model is used to estimate the soil moisture probability distribution and plant water stress of irrigated cropland in the North China Plain. Soil moisture and meteorological data during the period of 1998 to 2003 were obtained from an irrigated cropland ecosystem with winter wheat and maize in the North China Plain to test the probabilistic soil moisture dynamic model. Results showed that the model was able to capture the soil moisture dynamics and estimate long-term water balance reasonably well when little soil water deficit existed. The prediction of mean plant water stress during winter wheat and maize growing season quantified the suitability of the wheat-maize rotation to the soil and climate environmental conditions in North China Plain under the impact of irrigation. Under the impact of precipitation fluctuations, there is no significant bimodality of the average soil moisture probability density function.

内蒙古农牧交错区典型草地和农田生态系统碳通量的研究

涡度相关技术是唯一能直接测定大气与植被间CO2通量的标准方法。随着全球变化研究的深入，人类活动干扰下陆地生态系统碳通量研究越来越受到关注，对草地生态系统的研究更是备受关注。本研究选择位于内蒙古典型的农牧交错区——多伦县的典型克氏针茅草地和被开垦的农田为研究对象，利用涡度相关技术，结合各环境因子，在不同时间尺度上探讨了控制内蒙古草地生态系统碳通量可能的生理机制。利用一年多净生态系统CO2气体交换（NEE）通量的观测，量化了这个地区草地生态系统的碳储备量，并进一步阐明了开垦对该区域生态系统物质能量流动的影响。我们还利用Keeling同位素曲线与微气象技术相结合的方法把生态系统夜间呼吸区分为自养呼吸和异养呼吸;同时利用同化箱式法，把草地生态系统白天群落呼吸进行了区分，进一步了解了不同生态过程对净碳通量的贡献。 结果表明，控制该地区生态系统碳通量主要的环境因子是土壤含水量（VWC）和温度。两个生态系统的植被叶面积指数（LAI）和生物量在非干旱季都要高于干旱季，因而两个生态系统在非干旱季不同环境因子的不同梯度下的NEEmax都比干旱季的要高。两个生态系统NEE的最大日变幅和日最大值在非旱季与旱季十分接近，说明即使土壤水分有所改善，但由于这个地区贫瘠的土壤限制了生态系统的净碳交换量而使这两个生态系统的固碳能力依旧不高。无论是旱季还是非旱季，草地生态系统呼吸的温度敏感系数Q10都随土壤含水量的增加而增加，这除了水分的促进作用外，另外就是生长旺季根生物量的增加。而在两个生长季里农田生态系统的Q10都随土壤含水量的变化不是很规则，这主要是因为农作改变了植被类型和土壤的物理结构从而引起生态系统微环境、微生物活性以及根生物量的改变，结果影响生态系统呼吸对温度的敏感性。 在连续两个生长季里，两个生态系统碳通量随季节的变化都有明显的日变化，7月份的日变化最大，而且农田生态系统的NEE日变幅大于草地生态系统NEE的日变幅。两个生态系统每个月NEE的日最大值都出现在上午8~9点左右，而生态系统的呼吸（RE）的日最大值都发生在下午14~16点左右。冬季两个生态系统各组分碳通量的日进程几乎都没有差异，系统基本处于碳平衡状态。进入春季，幼小的植被限制了生态系统的碳同化。期间的耕作促进了土壤CO2的大量释放，同时较频繁的降雨不仅影响植被吸收光以进行光合固定碳，同时也进一步加大了农田CO2的释放，结果农田生态系统释放的CO2比草地生态系统多。夏季，两个生态系统都是吸收碳的库，农田生态系统因较高的LAI和较低的生态系统呼吸温度敏感性使其NEP远高于草地生态系统的NEP，是一个较强的碳库。秋末，草地生态系统几乎处于碳平衡的状态。农作物的收割，使得大量含不溶性物质较低枯叶和秸秆残留在地里，农田生态系统呼吸释放的碳量显著高于同期草地释放的碳量。通过2005～2006年对两个生态系统碳通量进行一整年的观测，发现两个生态系统年净固碳量相当，草地净固定71.3 g C m-2，农田净固定64.4 g C m-2。但秋季的收获使农田生态系统近70%的生物量被收走，降低了该系统的固碳能力。 为进一步了解不同生态过程对净碳通量的贡献量，我们利用浓度梯度-同位素法与微气象技术相结合的方法，初步将生态系统呼吸区分为自养呼吸和异养呼吸。草地生态系统在生长旺季自养呼吸占总呼吸80%以上，而农田生态系统在生长季阶段异养呼吸所占整个生态呼吸的比例从60%上升至作物成熟时的80%以上。降雨不仅显著增加草地生态系统呼吸的释放量，而且主要是显著增加了异养呼吸的释放量。此外，我们还利用同化箱式法对草地生态系统的群落呼吸进行区分，结果显示群落总呼吸（Re）有明显的季节变化，最高值在生长季中期。凋落物分解、土壤有机质呼吸、根呼吸和地上植被呼吸在整个生长季平均分别占总生态系统呼吸的19.4%、37.8%、9.8%和32.9%。构建各组分呼吸通量与温度的指数关系，结果显示根呼吸的温度敏感系数最大，土壤有机质的温度敏感性最低。降雨后首先促进了异养呼吸，随后植物的呼吸也开始变大，群落呼吸释放的最高峰出现在雨后第二天。 本研究初步分析了控制内蒙古农牧交错区草地生态系统碳通量的主要因子，量化了该区域草地生态系统的碳储备量，并进一步阐述了开垦对该区域生态系统碳通量的影响。同时尝试不同方法对生态系统碳通量进行了区分，得出了一些具有生态学意义的结果，为进一步探讨控制生态系统碳通量的生理机制提供了可能。

陕西省米脂县耕地动态变化与粮食安全研究

根据米脂县1990—2007年粮食生产的相关数据,对该县耕地、人口和粮食生产动态变化以及粮食总产与其影响因素进行了灰色关联度分析。结果表明,退耕还林还草工程是耕地总面积迅速减少的主要原因;提高粮食单产保障粮食总产是实现粮食安全的最关键因子;持续增长的人口造成耕地的承载压力越来越大,并对该区实现粮食安全提出了更大的挑战。最后,根据分析结果提出了增加科技投入,提高单产,保护耕地,挖掘耕地潜力等措施以保障该区域的粮食安全,为政府部门制定相关粮食安全政策提供科学的理论依据。

长武塬区不同土地利用条件下土壤水分深剖面分布特征比较

通过调查取样的方法对长武塬面不同土地利用条件下(作物地,果园,苜蓿地)土壤水分状况在0~600 cm范围深度内进行对比,结果显示:长武塬区小麦收获期,不同土地利用条件下土壤水分含量总体存在较大差异,其中春玉米地由于上年小麦收获后直到春玉米播种前土地休闲,土壤含水量显著高于其它土地利用方式。其它土地利用条件下土壤平均含水量相对较低,在0~300 cm的范围内含水量分布表现为果园>苜蓿地>小麦地。300 cm以下含水量表现为小麦地>果园>苜蓿地;同时,不同利用条件下土壤水分剖面低湿层的位置深度也不相同,小麦地土壤水分低湿层深度较果园地和多年苜蓿地浅,土壤水分剖面形态与分布特征受利用模式影响显著。

陕北黄土丘陵沟壑区水土保持耕作及施肥下农田土壤种子库特征

为了探明多年免耕下农田恶性杂草发生的机理,提高保护性耕作下作物对农田恶性杂草持久稳定的抑制效果,依据陕西安塞田间4a的定位试验,采用小区调查取样和室内实验相结合的方法,从物种组成、密度特征、多样性以及相似性特征等方面,研究了黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosum)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤种子库。结果表明:(1)4种作物24种土样中共萌发出12个物种1965株幼苗,隶属于7科12属。1年生杂草占94%,棒头草(fugax nees ex steud)、苋菜(Acalypha australis)、马唐(Digitaria sanguinalis)、早熟禾(Poasphondylodes)为优势种,占87%。(2)在0～20cm土层不同处理间,土壤种子库的密度变动于(282.9±63.4)～(7482.5±1078.3)粒.m-2,其中,红小豆小区>马铃薯小区>大豆小区>玉米小区;翻耕小区>免...

黄土丘陵区退耕撂荒地土壤微生物量演变过程

土壤微生物量是表征土壤生态系统中物质和能量流动的重要参数,研究黄土丘陵区坡耕地撂荒后微生物量及其活性的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的撂荒地为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,通过室内测试分析,并运用统计和相关分析等方法,研究坡耕地撂荒后土壤微生物量、呼吸强度、代谢商(qCO2)及土壤理化性质的演变特征。【结果】侵蚀环境下的坡耕地土壤微生物量含量偏低,土壤理化性质较差,撂荒后理化性质得到显著改善,微生物量碳(Cmic)在撂荒1a后显著增大,前7a较为剧烈,增幅较大,随后呈波动式上升,50a达到最大值;微生物量氮(Nmic)在撂荒初期增长缓慢,40a时才达到显著水平,微生物量磷(Pmic)在撂荒初期显著降低,5～7a达到最低值,随后逐渐上升,20～25a时和坡耕地没有显著差异,50a时达到最大值。撂荒50a时土壤Cmic、Nmic和Pmic分别较坡耕地增加166%、146%和52%,但仅为侧柏林的43.42%、45.06%和51.47%。呼吸强度在撂荒初期迅速增加,随后趋于稳定,与侧柏...

黄土丘陵植被恢复过程中土壤种子库萌发数量特征及动态变化

采用野外定点采样与室内土壤种子萌发试验相结合的研究方法,选取黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区不同植被恢复年限(2,5,12,24,35,55,75 a)及当年农地(对照)的8个样地,研究该区土壤种子库萌发数量特征及动态变化。结果表明,8个不同植被恢复年限样地土壤中可萌发的种子的平均数量为3542.5粒/m2,可萌发种子以双子叶植物为主,约占萌发总数的90%。0~5 cm土层可萌发种子数量变化于166.7~9100.0粒/m2;5~10 cm土层变化于133.38~2120.02粒/m2。土壤中可萌发种子数量随着恢复年限的增加表现先增加后下降的趋势。土壤中可萌发的种子数量随时间的变化近似单峰型,双子叶植物峰值主要出现在第4~6周,而单子叶植物萌发高峰在5~6周。表明在环境,气候等条件适宜时,黄土丘陵区典型草原带可萌发的土壤中的种子可形成萌发高峰。

黄土丘陵区纸坊沟流域“退耕还林”工程实施后生态足迹变化分析

以黄土丘陵区纸坊沟流域所辖3个自然村农户的调查资料为依据,利用生态足迹理论及模型对该流域生态足迹与生态承载力进行了测算。结果表明,纸坊沟流域退耕还林工程实施前(1999年)生态足迹0.9910 hm2/cap,生态承载力0.8926 hm2/cap,生态赤字0.0984 hm2/cap;退耕还林工程一期结束后(2007年)生态足迹1.0188 hm2/cap,生态承载力1.2703 hm2/cap,生态盈余0.2515 hm2/cap,说明退耕还林工程的实施已见成效;同时退耕还林一期工程实施前后3个自然村生态足迹顺序并未发生变化,这与其区位特征一致。根据该流域及其3个自然村的发展特点,为实现其可持续发展,应发展商品型生态农业,强化产业与资源的耦合。

侵蚀环境人工灌木林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,退耕营造柠条林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,25 a时TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加271%、144%和204%,仅为侧柏林的32%、30%和29%,碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到144%和108%,仅为侧柏林的28%和43%;不同灌木林对土壤碳库管理的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤碳库组分含量和管理指数明显高于柠条林,坡耕地营造灌木林后土壤经营和管理水平得到了显著改善,土壤系统向着良性方向转变。相关性分析表明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性极其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。

吴起县耕地变化与粮食安全问题研究

选取全国退耕还林第一县——吴起县为研究对象,对吴起县自1997-2006年耕地变化动态与粮食生产情况进行了分析研究,运用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型法,在分析吴起县1997-2006年10年间耕地、人口、粮食动态变化的基础上,总结了该区域最小人均耕地面积和耕地压力的变化特点,并以此为基础提出了保障吴起县耕地动态平衡和粮食安全的一些建议。