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CH4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CH4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.

人类活动对景观尺度农业下垫面的CO2收支有着不可忽视的影响,明确在人类活动影响下景观尺度农业区CO2通量的变化特征及影响因素对增汇减排策略的制定具有重要的意义.使用高塔涡度相关法对长三角地区一处农业区CO2通量开展连续观测以明确其源汇特征及影响因子.结果表明:该农业区CO2通量在春夏秋季表现为白天吸收CO2,夜间排放CO2的日变化动态,三个季节CO2通量的变化范围分别为-0.15-0.14、-0.60-0.28、-0.21-0.19 mg m-2 s-1,冬季则表现为全天排放CO2,日变化范围为0-0.14 mg m-2 s-1.每年的6-11月CO2吸收明显,其余时间段以排放为主,吸收峰值和排放峰值分别出现在每年的8月和11月,多年均值分别为-0.14、0.08mgm-2s-1.研究区2019-2021年表现为一个逐年上升的大气碳源,CO2通量年总量均值为(142.73±99.01)gC m-2 a-1.在半小时尺度上光量子通量密度(PPFD)、10 cm处土壤温度(Ts)以及饱和水汽压差是影响CO2收支的关键环境要素,日尺度上PPFD、Ts是主要控制因子,月尺度上,Ts是最为重要的影响因素,同时降雨量以及归一化植被指数也影响着CO2通量.经人为CO2开源数据清单得到的通量塔15 km范围内人为CO2排放量为(429.7±30.01)gC m-2 a-1,抵消了该农业区稻田、森林等自然生态系统的碳汇作用.

降水(P)、气温(T)、土壤含水量(SWC)和土壤温度(ST)是影响农业生态系统的重要因素,准确刻画其时空变化特征是认识和理解水热交互作用、制定区域农业可持续发展策略的基础.然而,相关研究却严重受限于原位观测站点稀少、监测数据时序短等问题.为了更好地表征这些因素的时空变化特征及相互关系,研究基于ERA5-Land再分析数据,采用Sen斜率、Mann-Kendall 检验法对华北平原1953-2022年P、T、SWC和ST的变化趋势、突变时间及时空格局进行制图与分析;进而用Spearman相关系数探讨了这些因素之间的关系.结果表明:近70年来,华北平原年降水总量在509.80-1393.05 mm之间波动,降水变化率为-38.31 mm/10a,突变年份在1988年前后;夏季降水减少速率最快.年均气温在12.11-15.35℃之间波动,气温变化率为0.27℃/l0a,突变年份在1996年左右;冬季气温升高速率最快.P和T均呈南高北低的分布特征,华北平原西南部降水减少速率较快而升温速率较慢,西北部则表现相反.SWC均呈减少趋势,100-289 cm层含水量变率最大且随时间减少的幅度逐渐增大;四个土层SWC季节变化幅度不同.ST均呈升高趋势且升温速度随时间变快,0-7 cm层升温速率最快.土壤升温幅度春季最大,秋季最小.SWC减少幅度随深度增加而增大,ST升高幅度随深度增加而减小,土壤深度对SWC和ST的影响相反,且SWC突变时间比ST突变时间早近20年.ST和SWC呈南高北低的分布格局,且西北部变率大,东南部变率小.T与P、ST与SWC之间的变化趋势相反,P和SWC、T和ST之间的变化趋势相同,SWC与T和P、ST与T和P的相关性随土壤深度而减小.综上,华北平原水热条件向"暖干化"演变.研究可增进对华北平原水热变化过程的认识,进而为该地农业可持续发展政策制定提供科学依据.

氯嘧磺隆被广泛应用于农业生产活动中,长期大量使用会导致其残留在土壤中,对生态系统造成潜在危害.本文以绿肥植物田菁为对象,通过发芽实验和盆栽实验,测定田菁种子发芽率、植株生长指标、土壤氯嘧磺隆含量和微生物群落结构,研究了田菁对除草剂氯嘧磺隆的耐受性,对氯嘧磺隆污染土壤的修复效果,以及对土壤微生物群落的影响.结果表明:田菁对氯嘧磺隆(≤1 mg·L-1)具有较高的耐受性并且能显著降低土壤中氯嘧磺隆的残留量.0.4 mg·kg-1氯嘧磺隆处理下,田菁提高了土壤微生物群落的丰富度和多样性.1mg·kg-1氯嘧磺隆处理下,田菁根际土壤中微生物群落的丰富度与多样性减少.此外,田菁提高了根际土壤中变形菌和酸杆菌的数量,其中变形菌效果最为明显.

秦岭山脉以其丰富的植被和多样的传粉昆虫闻名,然而在过去的几十年里,由于意大利蜜蜂(Apis mellifera)的引入和扩散,蜂类物种的丰富度和数量显著下降.这一下降对该地区的群落结构和生态系统稳定性产生了连锁反应.为了改善秦岭山脉及其周边地区自然和农业景观中本土蜂类的保护,我们在三类栖息地(森林、森林-农业交错带和农田)的33个采样点进行了调查.我们使用广义线性混合模型、t检验等数据分析方法,探讨了意大利蜜蜂对不同栖息地中本地传粉蜂类的丰富度、数量以及传粉网络的影响.结果表明:①意大利蜜蜂显著负面影响了野生传粉蜂类的丰富度和数量,而中华蜜蜂(Apis cerana)的数量也受养蜂条件的影响.②意大利蜜蜂对秦岭山脉及其周边地区传粉蜂类的群落结构产生了显著的负面影响:在受意大利蜜蜂影响的地点,蜜蜂群落的香农-维纳多样性指数、皮尔洛均匀度指数和Margalef丰富度指数显著低于未受其影响的地点.③这种影响的根本原因是意大利蜜蜂对花卉资源的垄断.意大利蜜蜂倾向于访问具有大量蜜源的开花植物,这些植物在当地植物群落中占有重要比例.通过在蜂-植物传粉网络中保持主导地位,意大利蜜蜂竞争性地取代了本地传粉蜂类对花卉资源的访问权,最终导致本地蜂-植物互动的减少,降低了传粉网络的复杂性和稳定性.这些发现表明,需要采取有针对性的保护措施来保护本土传粉物种,维持秦岭山脉的生态平衡.

生物固氮是生态系统氮素的主要来源,而土壤根瘤菌的多样性及其在大豆上的应用效果还需深入研究.本研究采集了东北黑土大豆种植区8个样点的大豆土壤根瘤样本,共分离出94株菌,经16S rRNA及共生基因(nodC、nifH)分析鉴定,其中70株为根瘤菌,且均属于慢生根瘤菌属.为进一步验证根瘤菌的应用效果,根据系统发育分析结果挑选了 7株代表性土著根瘤菌,基于实验室条件开展了菌株与大豆结瘤及促生能力测定试验.结果表明:与不接种根瘤菌的对照相比,7株土著根瘤菌都具有较好的促生及结瘤能力,其中,菌株H7-L22和H34-L6的表现尤为突出,前者处理的大豆株高显著提高了 25.7％,后者处理的大豆根瘤干重比其他土著根瘤菌处理高20.9％～67.1％.选取这两株高效根瘤菌进一步开展大豆根瘤菌接种田间试验,发现接种混合根瘤菌剂的促生效果显著优于单一接种处理,与不接种对照相比,H7-L22处理的大豆增产8.4％,而混合菌剂处理的大豆产量增加了 17.9％,同时大豆的四粒荚数也显著提升.综上,根瘤菌菌剂的应用能够显著提升大豆产量,从而减少大豆生产过程中对氮肥的依赖,有助于提升土壤健康水平,促进东北黑土地区农业的绿色发展.

传粉服务是人类社会持续存在与发展所依赖的重要生态系统服务之一,野生蜂作为重要的传粉者易受到气候变化、农业集约化、景观转变导致的自然生境丧失等因素的影响.通过种植蜜源植物营建传粉昆虫栖息地是一项重要生态系统传粉服务调控手段.本研究于苹果花期调查北京市昌平区22个苹果园内野生蜂现状和地表开花植物及其特征,分析野生蜂多样性对果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度的响应,以期为野生蜂栖息地营建的蜜源植物选择提供参考.结果表明:苹果花期共在研究区捕获野生蜂3517头,分属5科13属49种;调查到与苹果园花期重合的地表开花植物共21种,统计花色5种,花序类型9种;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数、社会性蜜蜂丰富度与开花植物物种数呈显著正相关关系;总野生蜂群落丰富度、社会性蜜蜂丰富度、地下筑巢蜜蜂丰富度与花色丰富度呈显著正相关关系;隧蜂科蜜蜂多度与花色丰富度呈显著负相关关系;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数与花序类型丰富度呈显著正相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度与白色花盖度呈显著负相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度、社会性蜜蜂多度、地上筑巢蜜蜂丰富度与紫色花盖度呈显著正相关关系.其余不同科、不同生活方式、不同筑巢类型野生蜂群落与果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度暂未发现显著相关性.本研究表明,苹果园花期果园开花植物及其特征多样性的增加能够提升果园野生蜂多样性,增加紫色花盖度有利于促进切叶蜂科蜜蜂、社会性蜜蜂、地上筑巢蜜蜂的多样性.

建设长江流域绿色发展示范带是美丽中国建设的重大任务,开展城市绿色发展评估和障碍影响识别有助于推动长江流域绿色发展.构建了以水为纽带、体现"三水"统筹的长江流域城市绿色发展指标体系,基于CRITIC-熵权、TOPSIS、障碍度模型和系统聚类等综合评价方法,对流域内63个重点城市2012-2021年的绿色发展和障碍影响进行评估.结果表明:(1)共抓大保护以来长江流域城市绿色发展进程明显加快;(2)经济规模、生产率、环境效率对城市绿色发展的阻碍明显减小,产业结构重化工化、农业面源污染的阻碍更加突显,多数城市绿色发展都面临水资源开发程度高和经济社会用水效率低的障碍;(3)生态阻力型城市应重点加强水生态环境安全管理,降低资源开发强度,执行更严格的管控制度;经济阻力型城市应重点发展零污染产业,建立健全生态产品价值实现机制;效率阻力型城市应强化水资源刚性约束,推动工农业生态循环发展,大幅提高资源环境效率;生态-经济阻力型城市应率先推动涉水产业绿色改造和优化升级,提升市场竞争优势,同时加强涉水产业环境风险管理;混合阻力型城市应重点依靠创新驱动推动产业转型升级和资源环境效率提升,同时统筹好"三水"关系.

生态管理分区是实现生态系统有效管理的重要途径,是生态保护和管理的前提基础,对改善区域生态系统结构,实现生态文明建设,提升人类福祉具有重要意义.以黄河流域县域为基本研究单元,通过测算2020年粮食生产、产水、固碳、土壤保持、生境质量以及休闲娱乐等6种典型生态系统服务供给和需求,进一步融合马斯洛需求层次理论对生态系统服务供需进行分层,最终利用象限法和耦合协调度模型划定黄河流域生态管理分区.研究结果表明:(1)2020年黄河流域六种生态系统服务的供需格局差异明显,生态系统服务供给在空间上呈现"南高北低"的分布格局,需求则呈现"东高西低"的分布格局,供需分布格局与区域生态用地以及人类活动有着密切关系.(2)综合生态系统服务供需受到人类对不同类型生态系统服务需求的差异性和层次性的影响,综合供给高值区分布在黄河流域南部生态本底较好的区县,综合需求高值区分布在郑州、西安、济南等核心城市及周边区县.(3)将黄河流域划分划定为五类生态管理分区:A生态潜力型分区,需要挖掘生态系统服务潜力,提高生态系统服务利用效率.B生态改善型分区,需要提高生态系统服务供给能力,改善生态环境质量.C生态保护型分区,需要加强生态保护和恢复,减少外来干扰.D生态调节型分区,需要维护生态环境,调整农业产业结构以实现环境、社会、经济和生态效益的统一.E生态协调型分区,需要平衡生态系统服务供需关系,协调经济社会发展和生态保护.研究结果可为黄河流域国土空间优化和生态系统服务管理与保护提供参考.

农田重金属污染是全球农业面临的重要环境问题之一.重金属经植物吸收富集,由植食性昆虫取食并积累而产生上行效应,影响天敌昆虫的生长发育、生殖能力以及行为,进而影响天敌对害虫的控制作用.本文系统总结了农田生态系统中重金属沿植食性昆虫传递对天敌昆虫的影响,分析了农田重金属污染对害虫生物防治的直接与间接影响效应,发现重金属胁迫一般会导致天敌昆虫生长发育延缓、生殖力降低、捕食量减少等,直接影响害虫生物防治效果;但也可能导致害虫毒物兴奋效应产生和抗性能力增强,间接增加害虫防治难度.根据研究现状,对重金属污染影响天敌昆虫和生物防治的未来研究方向进行了展望.