湿地松、针阔混交林-稻田农林复合生态系统水土环境效应

摘要

随着世界人口的急剧增长，人口、资源、环境与自然之间已经产生了尖锐的矛盾，人口剧增、能源危机、粮食短缺、环境恶化等全球性问题日益突出，人类对农林产品的需求急剧增长，对环境与自然的破坏越来越大。水稻是世界上主要的粮食作物之一，全世界超过三分之一的人口将其作为主要的食物来源。在中国，水稻是第一大、最主要的粮食作物，水稻生长环境的好坏对关乎着中国国民的食品安全。本论文以汩罗市桃林林场湿地松-稻田（松-稻）、针阔混交林-稻田（混-稻）农林复合生态系统及汩罗市郊小洲湖稻田（对照）为研究对象，通过测定地表水有机污染物、氮、磷污染物和重金属Pb、Cd等指标，分析了森林生态系统对稻田的环境效应，结果将为中南地区农林复合生态系统的构建和环境效应分析提供基础数据和方法指导。主要研究结果如下:
　　(1)2类复合生态系统对COD有消减作用，不同类型复合生态系统消减作用有差异。松-稻、混-稻和对照样地水体中COD平均含量分别为23.05mg/L、11.01mg/L、18.00mg/L。混-稻在移栽前期和分蘖盛期COD分别比对照降低41％和33％，松-稻在移栽前期和分蘖盛期比对照高出1.9倍，在分蘖盛期比对照降低了11％;混-稻在移栽前期和分蘖盛期分别比松稻降低80％和25％，针阔混交林对水体COD的消减作用优于湿地松林。
　　(2)松-稻、混-稻和对照样地水体中水溶性碳平均含量分别为1.17mg/L、12.82mg/L、10.14mg/L。混-稻在移栽前期和分蘖盛期分别比对照高出10％和51％，松-稻在移栽前期和分蘖盛期比对照分别降低了161％和88％，由此可见湿地松林对稻田水体可溶性有机碳有明显的消减作用，而混交林则增加了稻田水体可溶性碳。
　　(3)松-稻、混-稻和对照样地水体中总氮平均含量分别为2.24mg/L、2.98mg/L、7.91mg/L。混-稻在移栽前期和分蘖盛期比对照分别降低了87％和7％，松-稻在移栽前期和分蘖盛期比对照分别降低了84％和43％。松-稻、混-稻和对照水体中总磷平均含量分别为0.22mg/L、0.46mg/L、0.18mg/L。混-稻在分蘖盛期比对照高出22％，松-稻在分蘖盛期比对照高出156％，因此，2类复合生态系统对总氮有消减作用，对总磷有富集作用。
　　(4)松-稻、混-稻和对照样地土壤中重金属总Pb平均含量分别为25.64mg/kg、18.83mg/kg和23.05mg/kg，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了32％、13％和12％，松-稻在移栽前期比对照高出60％，在分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了2％和20％;松-稻、混-稻和对照土壤中重金属总Cd平均含量分别为3.93mg/kg、3.31mg/kg和4.56mg/kg，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了16％、20％和5％，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了40％、26％和17％。松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比混-稻分别降低了28％、8％和13％，2类复合生态系统对土壤重金属总Pb、总Cd有消减作用，混交林对土壤重金属Pb的消减作用优于湿地松林，而湿地松林对土壤重金总Cd的消减作用优于混交林。
　　(5)松-稻、混-稻和对照样地土壤中重金属有效Pb平均含量分别为4.27mg/kg、3.56mg/kg和10.47mg/kg，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了62％、71％和65％，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了54％、63％和61％。混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比松-稻分别降低了17％、22％和11％，松-稻、混-稻和对照样地土壤中重金属有效Cd平均含量分别为0.14mg/kg、0.14mg/kg和0.15mg/kg，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了4％、10％和6％，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了8％、16％和12％，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比混稻分别降低了5％、7％和6％，2类复合生态系统对土壤重金属有效Pb、有效Cd有消减作用，水稻分蘖盛期消减作用更明显，混交林对有效Pb的消减作用优于湿地松林，而湿地松林对有效Cd的消减作用优于混交林。
　　(6)松-稻、混-稻和对照水稻植株体内重金属总Pb的平均含量分别为3.98mg/kg、4.76mg/kg和5.74mg/kg，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了59％、9％和27％，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了39％、2％和11％。松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比混稻分别降低了32％、7％和18％，松-稻、混-稻和对照水稻植株体内重金属总Cd的平均含量分别为1.19mg/kg、1.22mg/kg和1.32mg/kg，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了12％、7％和11％，混-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比对照分别降低了10％、5％和6％，松-稻在移栽前期、分蘖盛期和成熟期比混稻分别降低了1.7％、1.5％和5％，由此可见，2类森林对水体和土壤有明显净化作用，减低了Pb、Cd在水稻中的富集，湿地松林消减作用优于混交林。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 文献综述

1．2．1 农林复合生态系统的概念

1．2．2 国外农林复合生态系统的发展

1．2．3 农林复合生态系统研究网络的建立

1．2．4 农林复合生态系统防护林的建设

1．2．5 农林复合生态系统生产力研究

1．2．6 农林复合生态系统在中国的发展

1．2．7 农林复合生态系统的环境效应

1．2．8 湿地松、针阔混交林对环境效应的影响

1．3 研究意义

2 研究区域概况及研究方法

2．1 研究区域概况

2．2 研究方法

2．2．1 土壤样品的采集与分析

2．2．2 水体样品的采集与分析

2．2．3 数据处理与统计分析

3 结果与分析

3．1 农林复合生态系统对水体环境的影响

3．1．1 地表水有机污染物

3．1．2 水体总氮、总磷

3．1．3 水体总Cd、总Pb

3．2 农林复合生态系统对土壤环境的影响

3．2．1 土壤有机质、有机质分组

3．2．2 土壤微生物活度

3．2．3 土壤总Cd、总Pb和有效Cd、有效Pb

3．3 农林复合生态系统对水稻植株重金属总Pb、总Cd的影响

4 结论

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢