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柽柳生物炭对滨海盐渍土咸水入渗特征的影响研究
刘淙琮, 董心亮, 郭凯, 程东娟, 孙宏勇
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210578
摘要(40) HTML(26) PDF(5)
摘要:
由于生物炭具有较高的孔隙度和有机碳含量, 故在盐渍化土壤改良方面潜力巨大。然而, 利用盐生植物柽柳制备的生物炭改良盐渍化土壤以探究其对盐渍化土壤咸水入渗特征影响的研究尚少。故本研究采用室内土柱模拟入渗的方法, 研究柽柳生物炭添加量(质量分数为0、1.1%和3.3%)和不同矿化度咸水(0 g∙L−1、5 g∙L−1和10 g∙L−1)对盐渍土水分入渗特性及水盐分布规律的影响。研究表明: 1)随生物炭添加量以及咸水矿化度的增加, 湿润锋运移时间缩短34.40%~85.85%, 入渗率增大6.71%~87.30%; 添加生物炭对盐渍土水分入渗特性的影响程度大于咸水矿化度。2)生物炭的添加使水分入渗后0~10 cm土壤的含水量增加1.29%~9.23%。3)水分入渗后, 0~40 cm土壤含盐量与初始土壤含盐量相比显著降低, 且盐渍土含盐量随入渗咸水矿化度的增大有上升趋势, 但不显著; 含盐量在深度50~60 cm处达最高, 且随生物炭含量以及咸水矿化度的升高而显著增加, 与淡水入渗后未添加生物炭的对照相比增加5.21%~35.11%。综上, 不同矿化度咸水入渗条件下, 柽柳生物炭的添加可以加速盐渍化土壤的盐分淋洗, 并随生物炭添加量的增加其淋洗效果明显增强, 本研究中生物炭添加量为3.3%时的效果最优。此结果可为生物炭合理施用以及滨海地区咸水资源利用提供必要的理论依据。
氮肥减量配施有机肥对豫中地区冬小麦-夏玉米轮作生产力和土壤性质的影响
叶盛嘉, 郑晨萌, 张影, 刘星
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210658
摘要(101) HTML(39) PDF(65)
摘要:
为了探索豫中地区冬小麦-夏玉米轮作的减氮潜力, 构建适宜的作物养分管理体系, 通过连续3年的田间定位试验, 研究了化学氮肥减量配施有机肥对冬小麦-夏玉米轮作系统生产力和土壤性质的影响。田间试验设置10个处理, 包括完全不施肥(CK)、农户常规施氮量(100%CNF)、农户常规施氮量递减20% (80%CNF、60%CNF和40%CNF)、单施有机肥(OF)、农户常规施氮量配施有机肥(100%CNF+OF)及氮肥减量配施有机肥(80%CNF+OF、60%CNF+OF和40%CNF+OF)。分析各处理间小麦、玉米籽粒产量和地上部生物量以及土壤理化性质、酶活性和细菌群落的差异。结果表明, 不配施有机肥条件下, 小麦和玉米籽粒产量和地上部生物量均以80%CNF处理最高。与100%CNF相比, 80%CNF处理小麦籽粒产量和地上部生物量分别增加9.67%~10.55%和30.53%~35.76%, 玉米籽粒产量和地上部生物量分别增加28.06%~51.42%和29.62%~41.27%。有机肥施用进一步扩大氮肥减量空间, 60%CNF+OF和40%CNF+OF处理小麦产量较80%CNF处理无差异, 60%CNF+OF处理玉米产量较80%CNF处理无差异。减氮及其配施有机肥并不影响土壤有机质、易氧化有机碳和全氮含量以及pH, 但大幅降低硝态氮含量, 对铵态氮、速效磷和速效钾含量的影响因处理不同而异。与100%CNF相比, 减氮配施有机肥增加土壤脲酶和芳基硫酸酯酶活性, 但降低了β-葡萄糖苷酶活性, 对蔗糖酶、碱性磷酸酶和脱氢酶活性无显著影响。减氮配施有机肥处理能够改善土壤细菌群落α多样性, 60%CNF+OF和40%CNF+OF处理辛普森指数和均匀度指数较100%CNF均显著增加。减氮配施有机肥也显著影响土壤细菌群落β多样性, 且氮肥减量相较有机肥施用效果更为突出。在门水平, 变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是细菌群落优势成员, 减氮配施有机肥较100%CNF处理显著降低放线菌门平均相对丰度为10.92%~14.39%; 在属水平, 减氮配施有机肥处理显著增加unclassified Gp6和Sphingomonas平均相对丰度, 但降低了NocardioidesKribbellaLechevalieriaPromicromonosporaMassiliaGlycomycesDongia平均相对丰度。冗余分析表明, 速效钾和硝态氮含量是影响细菌群落结构最重要的2个土壤理化因子。共发生网络分析也证实, 化学氮肥减施增强了细菌群落成员的互作强度, 提高了细菌互作网络的复杂性和连通性。本试验条件下, 小麦和玉米季农户常规施氮量分别减少60%和40%并各配施3000 kg∙hm−2有机肥能够维持相对较高的轮作生产力, 这不仅能够实现最大减氮潜力, 同时还能改善土壤微生物多样性和群落结构。
蕉园间作红薯对土壤微生物功能多样性的影响
李燕培, 林佳琦, 肖世祥, 冯斗, 邓英毅, 禤维言
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210665
摘要(77) HTML(31) PDF(12)
摘要:
为探究香蕉与红薯间作模式下土壤微生物群落功能多样性的变化特征, 以及土壤微生物对土壤养分转化和碳源利用特征, 本研究以‘桂蕉1号’为材料, 采用Biolog方法和主成分分析对香蕉单作与香蕉和红薯间作下土壤微生物功能多样性的变化进行了比较分析。结果表明, 在营养生长期至抽蕾结实期, 蕉园间作红薯具有极显著提高土壤微生物代谢活性的作用(P<0.01), 与单作相比, 间作土壤微生物群落的吸光值平均颜色变化率(AWCD)提高0.77~14.36倍, 土壤微生物群落多样性、优势度和丰富度分别提高0.09~1.01倍、0.02~0.31倍和0.52~5.04倍, 但间作和单作蕉园土壤微生物群落均匀度差异不显著。此外, 蕉园间作红薯增加了土壤微生物利用碳源种类和代谢活性, 间作土壤微生物对碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、多聚类、酚酸类和胺类的代谢活性比单作提高13.81倍、9.22倍、5.38倍、9.93倍、6.08倍和3.46倍; 蕉园间作红薯和香蕉单作土壤微生物对不同碳源的利用效率有较大的差异, 间作土壤微生物以碳水化合物类和氨基酸类为主要代谢碳源, 利用率为20.29%~25.25%和18.58%~20.31%, 单作则以多聚类化合物和酚酸类为主要代谢碳源, 利用率为0.60%~52.71%和13.94%~26.56%; 间作土壤微生物群落利用的碳源化合物数量比单作增加9~28种, 且间作和单作的差异达到极显著(P<0.01)或显著水平(P<0.05), 间作的土壤微生物主要利用的碳源为D-甘露醇和N-乙酰-D-葡萄糖胺等, 单作主要利用吐温80和L-精氨酸等。主成分分析表明, 碳水化合物类和氨基酸类是促使蕉园间作红薯土壤微生物多样性发生改变的主要碳源。在蕉园间作红薯具有提高土壤微生物群落多样性和增加土壤微生物群落碳源利用种类与活性的作用, 起到明显改善土壤微生物群落功能多样性的效应。
根系分泌物在作物多样性体系中对种间地下部互作的介导作用
尹晓童, 杨浩, 于瑞鹏, 李隆
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220150
摘要(9) HTML(0) PDF(7)
摘要:
根系分泌物介导植物种间的地下部相互作用在生物多样性-生态系统功能关系中发挥着重要作用。本文综述了在作物多样性种植体系中, 根系分泌物介导的种间相互作用及其机制。具体包括: 作物的根系分泌物能够活化土壤难溶性养分, 有利于自身和相邻植物的养分吸收; 粮食作物与超累积植物间作, 根系分泌物中有机酸含量改变, 促进超富集作物对重金属的吸收, 降低粮食作物对重金属的吸收; 作物多样性通过改变根系分泌物的种类和组成, 调控微生物群落结构, 减少病原菌; 信号物质介导的物种间相互识别作用, 引起相邻植物一系列的表型可塑性和生理响应, 比如化感物质会抑制相邻植物, 抑制杂草的萌芽和生长。与此同时, 新方法的引入和学科间的交叉, 为未来根系分泌物在作物多样性体系中的研究和应用提供了新的手段、角度和方向。这些进展有助于通过利用不同物种根分泌物和信号物质, 实现种间促进作用来提高资源利用率、降低病虫和杂草发生危害, 减少化肥农药的投入, 为构建可持续的农业生态系统提供理论依据。
花生||芝麻对花生铁营养吸收利用的影响
孙增光, 汪江涛, 聂良鹏, 武岩岩, 刘娟, 焦念元
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220056
摘要(36) HTML(6) PDF(10)
摘要:
为探究花生||芝麻改善花生铁营养的机理, 本试验以花生‘科大黑花001’和芝麻‘豫芝8号’为试验材料, 单作花生(SP)为对照, 研究了花生||芝麻行比4∶2(P||S 4:2)和6∶3(P||S 6:3) 2种间作模式对花生叶片SPAD值、根际土壤pH、各器官活性铁和全铁含量及单株铁积累与分配的影响, 并分析了2种间作模式的间作产量优势。结果表明: 与SP相比, P||S 4:2、P||S 6:3花生叶片SPAD值分别提高13.60%~30.10%和10.32%~18.46% (P<0.05), 根际土壤pH在开花下针期、结荚期和荚果膨大期均显著降低(P<0.05)。与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生茎、叶的活性铁含量分别提高33.80%~72.78%和24.41%~72.49% (P<0.05), 全铁含量分别提高16.80%~22.86%和15.91%~27.88% (P<0.05); 单株铁积累量在开花下针期、荚果膨大期和收获期分别提高7.91%~22.42%和5.77%~15.58%, 尤其在收获期, 差异达显著水平(P<0.05)。收获期, 与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生果仁全铁含量分别显著提高21.97%和17.42% (P<0.05)。花生||芝麻的间作产量优势表现为P||S 6:3>P||S 4:2。综上可知, 花生||芝麻能显著提高花生各器官的活性铁含量, 促进其对铁元素的吸收利用, 提高果仁铁含量及积累量, 这与间作能显著降低花生根际pH密切有关。改善花生果仁铁营养最佳模式是P||S 4:2, 而间作产量优势最高模式为P||S 6:3。
玉米发育期模式在我国主要产区的适用性比较研究
康晓凤, 邬定荣, 田琪, 谭姣姣, 马玉平, 于强
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220186
摘要(28) HTML(0) PDF(9)
摘要:
发育模式是预测作物发育对气候变化响应的主要工具。模式在变暖环境下的适用性对作物产量评估有重要影响。本研究比较了机器学习算法(MLP)以及3个机理发育模式[MAIS、Beta和耦合响应与适应机制的模式(RAM)]在变暖环境下的适用性。选择东北春玉米和华北夏玉米具有20年以上物候观测站点, 使用发育期资料及同期的逐日气象数据, 按生长季均温异常度, 将观测年份划分为冷、暖年。冷年数据用于率定模式参数, 暖年数据用于验证变暖环境下模式的表现。根据冷暖年表现的差异评价模式在变暖情景下的适用性。评价指标包括归一化均方根误差(NRMSE)、平均偏差(MBE)和模拟误差随发育阶段均温的趋势。结果表明: 在冷年校正时, MLP的模拟精度明显高于机理发育模式, 机理发育模式中RAM表现最优, 其次是Beta和MAIS。MAIS和Beta模拟值略早于观测值, 而RAM和MLP普遍迟于观测值。机理发育模式的误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例明显低于MLP, 3个机理发育模式中, Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是RAM和MAIS。在变暖情景下进行验证, Beta模拟精度表现最好, 其次是MLP和RAM, MAIS表现较差。3个机理发育模式模拟值早于观测值, 而MLP迟于观测值。除MLP以外的模式模拟误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例较冷年均增大。4个模式中Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是MLP、MAIS和RAM。整体来看, 没有一个模式在校正和验证阶段均全面占优, MLP虽然冷年校正时最优, 但暖年表现较差, 而机理发育模式虽然冷年校正时不是最优, 但暖年验证时表现较好。本研究认为, 不同模式有不同的适用场景, 关注准确反演历史气候变化对发育期影响时, 建议采用MLP, 而关注准确预测未来气候变化对发育期影响时, 应以机理发育模式为主。
太行山区生态系统服务冷热点区域识别及其权衡/协同关系分析
高会, 付同刚, 梁红柱, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220041
摘要(3) PDF(0)
摘要:
生态系统服务冷热点区域空间特征研究及冷热点区域内生态系统服务权衡协同关系分析对生态系统可持续管理、生态系统恢复和生态系统服务优化提升有着重要的意义。本文以太行山区为研究对象,基于Getis-Ord Gi*统计指数方法,首先识别了太行山区1990、2000、2010和2015年四个年度26年来的生态系统服务冷热点区域,在此基础上进一步分析了冷热点区域供给、调节、支持和文化四大生态系统服务两两之间的权衡/协同关系。研究结果表明:(1)从26年时间上看:太行山区栅格尺度上生态系统服务总价值在0~18506万元间划分出5个等级区间,四个研究年度各等级区间的面积和空间分布规律基本保持不变。(2)从冷热点空间分布上看:以2015年为代表,太行山区生态系统服务热点区域遍布于整个太行山区,其中以亚高山区面积占比最大;冷点区域主要分布在太行山区东西部的山地平原过渡带的低山丘陵区,冷点区域在亚高山区没有分布。(3)从土地利用的生态系统类型上看,森林、水域和湿地中不存在冷点区域,水域、森林和湿地热点区域面积比例较大。(4)从权衡/协同关系上看,太行山区生态系统服务冷热点区域中,供给、调节、支持和文化四大类生态系统服务两两之间只有协同关系。
河北滨海盐碱地苜蓿营养品质对秋眠等级和茬次的响应
王士超, 方栋, 李晓林, 韩立朴
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210919
摘要(2) PDF(2)
摘要:
种植苜蓿是盐碱地资源高效利用的重要方式, 对保障我国饲料粮安全具有重要意义, 但苜蓿营养品质对秋眠型和刈割茬次及其交互作用的响应关系尚不明确。本研究旨在探讨河北滨海盐碱地秋眠型、刈割茬次及其交互作用对苜蓿营养品质的影响。试验选择5个秋眠型(极秋眠型、秋眠型、半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型, 共计40个苜蓿品种)和6个刈割茬次开展研究。研究发现: (1)苜蓿粗蛋白产量受秋眠等级和刈割茬次及其交互作用的影响 (P≤0.05), 其中极秋眠型苜蓿年总粗蛋白产量最高, 比半秋眠型增加了14.5%。除第5茬 秋眠型处理间苜蓿粗蛋白产量有显著性差异 (P<0.05),其他茬次均无显著差异(P>0.05)。(2)随着刈割茬次的递增,苜蓿粗蛋白含量呈先上升后下降的趋势,其中第6茬极秋眠型苜蓿粗蛋白含量 为21.5%, 显著高于非秋眠型(P<0.05); (3) 秋眠型对第1茬苜蓿中性洗涤纤维含量影响显著(P<0.05), 最高的中性洗涤纤维含量出现在极秋眠型。(4)秋眠型和刈割茬次及其交互作用对苜蓿饲喂价值影响显著(P<0.05); 最高苜蓿饲喂价值出现在第4茬; 极非秋眠型第1茬苜蓿饲喂价值为165.3, 显著高于极秋眠型(P<0.05)。综上所述, 在滨海盐碱区苜蓿营养品质受秋眠型和刈割茬次的影响, 特别在气温较低条件下的头茬和末茬苜蓿,弱秋眠性苜蓿第2-4茬具有较高的饲用潜力。
ENSO事件对山东苹果生产的影响I:不同ENSO年型下苹果气候资源及产量的变化研究
崔成, 刘园, 刘布春, 孙彦坤, 杨凡, 张晓男, 邱美娟
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210925
摘要(0) PDF(1)
摘要:
山东是中国苹果的优势产区之一。大尺度环流条件直接影响苹果可生长期内气候资源的变化,进而影响苹果产量及品质的形成。本文基于山东1991-2019年逐日气象观测数据、地市级苹果种植统计数据及ENSO事件数据,探讨不同ENSO年型下苹果可生长期内气候资源和苹果产量的变化。结果表明:(1)山东全省苹果种植面积不断下降,而总产量逐年上升;全区苹果种植面积和总产量的重心向东北地市移动,单产重心向西南地市移动;(2)ENSO年型下苹果气候资源虽空间分布不均匀,但均能满足苹果正常生长发育所需。厄尔尼诺年热量资源较为优越,拉尼娜年降水资源优于厄尔尼诺年;苹果可生长期内气候因子与ENSO事件相关不显著,但与降水资源呈正向关系,与夏季热量、光照资源呈负向关系;(3)山东苹果单产呈显著增加趋势,但气象单产及增幅变化不明显,与ENSO事件存在正相关性,即拉尼娜年偏向于增产,厄尔尼诺偏向减产,变幅略有不同。总体来看,山东东部地区气候资源更适合苹果生长,但西南地区栽培技术提升幅度较大。未来需关注厄尔尼诺年下高温与干旱等相关灾害的发生、拉尼娜年连阴雨或低温的灾害。
极端降水条件下土壤中O2浓度对CO2和N2O浓度变化的调控作用
韩慧, 乔林明, 王晓璐, 杜炎玲, 王蕊, 郭胜利
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220116
摘要(6) PDF(3)
摘要:
在干旱和半干旱区, 降水是农田土壤温室气体排放的重要驱动因素, 但极端降水条件下温室气体(CO2、N2O)浓度、排放特征及其与土壤O2动态变化的关系尚不清楚。针对3种土壤管理措施(不施肥、施氮肥、秸秆还田), 在模拟极端降水(单次100 mm, P100)条件下, 高频率监测3种管理措施土壤O2、CO2和N2O浓度及其地表CO2、N2O通量。与对照(单次10 mm, P10)相比, 极端降水条件下不施肥、施氮肥、秸秆还田处理N2O累积排放量分别增加310%、440%和190%, CO2累积排放量分别增加27%、1%和?11%。地表CO2、N2O通量与土壤CO2、N2O浓度动态变化基本一致, 并存在显著正相关关系(P<0.05); 极端降水条件下土壤中O2浓度呈现先降低后升高的趋势, 而CO2、N2O浓度变化则呈相反趋势; 土壤中CO2、N2O浓度与O2浓度均呈显著负相关关系(P<0.05), 但随着O2浓度的降低, CO2呈生长曲线型增长, 而N2O呈指数型增长。极端降水条件下土壤中O2、CO2和N2O浓度变化达到峰值的时间较早。极端降水条件下, 温室气体产生、排放与土壤中O2浓度变化密切相关。本研究结果为明确雨养区农田土壤温室气体的排放机制提供了理论支撑。
包膜尿素类型及施肥模式对稻茬小麦抗倒伏性能 和产量的影响
马泉, 钱晨诚, 贾文欣, 吴钰磊, 李春燕, 丁锦峰, 朱敏, 郭文善, 朱新开
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220195
摘要(4) PDF(0)
摘要:
为研究包膜尿素对稻茬小麦抗倒伏性能的调控效应, 探讨协调稻茬小麦产量和抗倒伏性能的包膜尿素合理施用方式, 采用树脂包膜尿素(PCU)和硫包膜尿素(SCU)为材料, 设计3种施肥模式: 包膜尿素一次性基施(N1); 60%包膜尿素基施+40%普通尿素拔节期追施(N2); 60%包膜尿素基施+40%包膜尿素返青期追施(N3), 以普通尿素60%基施+40%返青期追施为对照(CK), 分析不同包膜尿素及施肥模式下稻茬小麦茎秆形态特征、抗倒伏能力和产量等的差异。结果表明, N1模式与CK相比显著降低基部第2节间长度, 提高其充实度、茎秆粗度和秆壁厚度, 增强茎秆抗折力和抗倒伏指数, PCUN1和SCUN1田间实际倒伏系数分别仅为1.11和1.31, 但产量较低, 与CK均无显著差异; 与N1模式相比, N2模式显著降低小麦开花期、乳熟期和蜡熟期基部第2节间充实度和抗倒伏指数, 显著提高小麦田间倒伏率和倒伏系数; N3模式产量水平最高, 在两种包膜尿素中均显著高于N1、N2模式和CK, 倒伏率和倒伏系数与N2模式无显著差异, 但显著低于CK。在N3模式下, 树脂包膜尿素产量最高, 较CK增产14.75%, 基部第2节间长度显著低于硫包膜尿素, 基部第2节间充实度、茎秆粗度和秆壁厚度均显著高于硫包膜尿素, 且田间倒伏率和倒伏系数均呈低于硫包膜尿素的趋势。综上, 树脂包膜尿素基施加返青期追施能一定程度上控制茎秆基部第2节间长度, 提高其充实度和抗折力, 降低小麦倒伏系数, 并且实现较高的产量增幅, 是有利于协调稻茬小麦高产与抗倒伏的施肥方式。
长期不同养分循环再利用途径对农田土壤养分演替规律与培肥效果的影响研究
邢力, 张玉铭, 胡春胜, 董文旭, 李晓欣, 刘秀萍, 张丽娟, 文宏达
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220306
摘要(2) PDF(1)
摘要:
农业生态系统养分循环再利用对土壤养分涵养发挥着重要作用,是培肥地力的有效措施。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站始于2002年的农业经营制度长期定位试验,研究长期不同养分循环再利用途径对土壤养分演替规律与土壤固碳效应的影响,为制定地力培育和提升土壤固碳潜能的农业管理措施提供理论依据。选择定位试验的对照处理(CK,不施肥、秸秆不还田)、全部施用化肥(NPK)、化肥+80%地上产出物饲喂猪过腹还田(MNPK)和化肥+秸秆粉碎直接还田(SNPK)4个处理作为研究对象,监测土壤有机质、全氮、有效磷含量的动态变化以及土壤碳氮库组成。研究结果表明:实施养分循环再利用显著提高了土壤有机质、全氮和有效磷含量,各养分含量由高到低的顺序均为MNPK>SNPK>NPK>CK。经历18年的不同施肥措施后,MNPK处理土壤有机碳、全氮和有效磷储量依次增加了9.21t C·hm-2、1.01 t N·hm-2和144.87 t P·hm-2,SNPK则依次增加了4.51 t C·hm-2、0.56 t N·hm-2和24.68 t P·hm-2,而NPK的变化依次为0.64 t C·hm-2、0.16 t N·hm-2和29.00 t P·hm-2。与NPK处理相比,MNPK处理的土壤有机碳、全氮和有效磷储量依次增加了8.10 t C·hm-2、0.75t N·hm-2和116.67 t P·hm-2,SNPK处理则依次增加了3.43 t C·hm-2、0.38t N·hm-2和-3.84 t P·hm-2。这表明地上产出物经过过腹还田的培肥效果显著高于秸秆直接还田;秸秆还田对碳氮库扩容效果显著,但在有效磷库建设方面效果甚微;本研究的施肥水平下,若仅施用化肥,则只能维系土壤有机碳库基本平衡,对氮磷库扩容效果显著。从各施肥方式对土壤有机碳组分的影响来看,MNPK和SNPK较NPK显著增加了土壤易氧化有机碳(LOC)和惰性有机碳(ROC)含量,同时也显著增加了活性有机碳在总有机碳中的占比,使(LOC+DOC)/TOC比值由NPK的9.2%分别增加到了19.0%和16.3%。表明施用化肥基础上实施养分的循环再利用不仅促进了稳定性碳库积累,亦扩增了土壤活性碳库,对提高土壤的保肥和供肥能力起到了积极作用。从各施肥方式对土壤氮库组分的影响来看,MNPK较SNPK显著增加了硝态氮和铵态氮含量,提高了土壤供氮能力,而SNPK则显著提高了氨基糖态氮含量,表明秸秆还田较过腹还田更有利于微生物将速效性氮素固持到过渡库中,不仅降低了活性氮素向环境的输出风险,还提高了土壤对氮素的蓄供能力。鉴于养分过腹还田和秸秆直接还田的培肥作用存在互补作用,建议农业生产中推行秸秆还田基础上提倡有机粪肥替代部分化肥。
绿色防控技术采纳影响因素及收入效应研究——基于792户菜农调查数据的实证分析
田路, 郑少峰, 陈如静
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220038
摘要(3) PDF(0)
摘要:
本文以山东省寿光市蔬菜种植户为例, 对菜农采纳绿色防控技术的影响因素和收入效应进行定量分析, 以便为绿色防控技术在蔬菜种植行业的有效推广、促进菜农绿色生产和提质增收提供政策参考。本文基于山东寿光792户菜农的微观数据, 采用赫克曼矫正法模型从“采纳决策”和“采纳程度”两个方面探究了影响菜农绿色防控技术采纳的影响因素, 运用内生转换回归模型分析菜农绿色防控技术采纳对其收入的平均处理效应。研究发现: 其一,菜农对绿色防控技术的采纳程度不足,样本农户中只采纳1项和2项绿色防控技术的菜农数量最多,分别有292户和216户,占总样本比重分别为36.87%和27.27%。其二,菜农绿色防控技术认知水平、接受质检和培训经历、会主动利用互联网搜集信息对菜农的绿色防控技术采纳行为显著正相关, 地块数量、信息设备数量对菜农的绿色防控技术采纳行为显著负相关。其三,人均收入超过样本平均水平的菜农更乐于接受绿色防控技术, 且该技术的采用可增加菜农年均收入的比重为7.2%。据此, 应发挥绿色防控技术的增收效应,激发菜农采纳新技术的内生动力,提出政府应加快健全绿色防控技术推广机制, 完善风险补偿机制、给予菜农技术政策补贴, 增强菜农的科学技术意识、积极推动农户适度规模经营等政策建议。
不同农田边界类型的耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征分析
边振兴, 王楚翘, 刘尧, 孙治权, 王双, 刘爽, 朱肃, 于淼
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210917
摘要(8) PDF(5)
摘要:
地表节肢动物群落多样性以及功能群特征是维持农田生态系统多样性和稳定性的关键, 但目前尚不清晰农田边界类型如何影响耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征。本文在辽宁省昌图县采用陷阱法调查了5种农田边界类型(田间路、沟渠、林地、生产路、草地)相邻耕地内部的地表节肢动物功能群(天敌类、植食类、中性类)。采用方差分析、群落排序和生态网络的方法, 分析不同农田边界类型的耕地内部地表节肢动物群落和生态网络差异。结果表明: 1)由边界至耕地内部, 地表节肢动物物种多样性均呈现递减趋势。其中, 与田间路相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内15 m处, 与林地、生产路和草地相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内30 m处。2)边界为林地和草地的耕地内部天敌类群和植食类群多样性较高。同时, 植物多样性较高的边缘(林地和草地), 其耕地内部地表节肢动物群落结构更复杂。3)地表节肢动物群落的生态网络呈现正相关, 林地和草地的耕地内部具有更稳定的网络结构, 整个网络系统对抗外界变化的能力较强。草地、沟渠和林地的耕地内部网络连接性较强, 在受外界持续扰动时, 仍能保持其原有的特性。生产路和田间路的耕地内部生态网络存在不稳定性。总体而言, 农田边界植被群落结构越复杂, 边界生境条件越稳定, 相邻耕地内部地表节肢动物天敌和植食类群之间的生态网络结构越复杂, 越有利于维持较高的天敌多样性, 进而提高生物控害功能。因此, 加强农田边界的植被群落结构, 如营造合适的植被群落结构以及构建适宜的边界宽度等, 能够提高地表节肢动物群落之间的生态网络关系, 对害虫防治以及维持生态系统稳定具有重要影响。
离心微滤对猪场废水固液分离效果研究
胡旭朝, 董红敏, 尹福斌, 陈永杏
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210576
摘要(44) HTML(18) PDF(8)
摘要:
固液分离是畜禽废水处理的关键技术, 不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用, 还可减少废水中污染物浓度从而降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题, 以离心微滤机为研究对象, 通过系统监测, 科学评价猪场废水总固体浓度(1%、2%、3%、4%和5%)和离心微滤机筛网孔径(15 µm、25 µm和50 µm)对去除率的影响。结果表明, 随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小, 水质指标的去除率有增加趋势。筛网孔径的增大离心微滤机单位时间内的处理量也随之增加, 50 µm时处理量为14~19 m3∙h−1, 15 µm与25 µm的处理量为2~7 m3∙h−1。综合考虑, 总固体浓度为5%和筛网孔径为50 µm为最佳处理组, 水质指标中总固体浓度、化学需氧量和总磷的去除率分别为57%、29%和43%。该离心微滤机与其他固液分离设备相比, 具有分离效果好和能耗低的优点, 因此在处理猪场废水时具有较好的应用前景。
Effect analysis of road structure on multidimensional fragmentation of cultivated land: A case study in the international metropolis of Shanghai City
LI Shiyao, CAI Yinying
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210707
摘要(28) HTML(18) PDF(5)
摘要:
Cultivated land fragmentation (CLF) is an important factor restricting agricultural scale production and modernization development. Recent studies have revealed that CLF is a multidimensional problem. A systematic study of the spatial distribution and driving factors of multidimensional cultivated land fragmentation (MCLF) has practical meaning for preserving high-quality farmland in suburbs and restraining urban land expansion. Taking the suburbs of the international metropolis of Shanghai City as an example, this article used canonical correlation analysis to calculate the effects of road structure on the MCLF in urban fringe, rural fringe and rural areas. The results showed that there was spatial heterogeneity in the degree of MCLF in the Shanghai suburbs in 2015. The size and distribution characteristics of CLF mainly occurred near the center of the main city, while the shape characteristics of CLF mainly occurred on the southeast coast. In addition, there was no positive correlation between road density and the degree of MCLF. Without the highest road density, the rural fringe had the highest level of distribution characteristics of CLF. Furthermore, the MCLF was affected by the road structure in heterogeneous zones. The higher density of the fourth-class road density represented a lower degree of the size characteristics of CLF in the urban fringe, and a higher density of the third-class road represented a higher degree of the distribution characteristics of CLF in the rural fringe. In rural areas, the area with a lower density of higher roads and a higher density of lower roads showed a lower CLF in terms of size characteristics and a higher CLF in terms of shape characteristics, while the area with a higher density of higher roads and a lower density of lower roads showed a higher CLF in terms of distribution characteristics. These discoveries enlightened us that to relieve the stress of cultivated land protection and achieve the goal of sustainable land use, we need to be explicit about the main challenges of regional cultivated land protection and consider the potential risks of road construction to the MCLF in the process of road planning and design.
长江中游不同复种轮作模式的资源利用率及综合效益比较
杨滨娟, 李新梅, 胡启良, 刘宁, 黄国勤
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220026
摘要(5) PDF(1)
摘要:
为了优化并推广双季稻田绿色高效的复种轮作休耕模式,通过连续两年的田间试验,研究不同复种轮作模式(A:紫云英-双季稻?紫云英-双季稻;B:紫云英-春大豆-秋大豆?油菜-甘蔗||春大豆;C:紫云英-早稻-玉米||甘薯?紫云英-春大豆-秋大豆;D:油菜-甘蔗||春大豆?紫云英-早稻-玉米||甘薯;E:休耕?休耕)的资源利用率及综合效益。结果表明:连续两年处理D轮作模式的年有效积温利用率、降水表观生物利用率均高于CK处理。3种复种轮作模式(处理B、C、D)年有效积温利用率高出CK处理7.69%—37.50%。两年间,处理D的经济效益评价指数、社会效益评价指数均表现最好,分别为0.94、0.97和0.96、1.00;生态效益评价指数则表现为处理B(2018年)和处理C(2019年)较好,分别为0.77和0.73。不同轮作休耕模式的两年综合效益为处理D?处理B?处理C?处理A(CK)?处理E。因此,在南方双季稻区“油菜-甘蔗||春大豆?紫云英-早稻-玉米||甘薯”轮作模式的资源利用率及综合效益表现较好,能更好地促进作物生长,可以大范围地推广应用。
应用CNMM-DNDC模拟小流域土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷迁移
李思琪, 李 勇, 张伟, 郑循华, 胡鹏程, 范继辉, 汪涛, 朱波
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210781
摘要(6) PDF(2)
摘要:
水力侵蚀是我国分布最广、危害最严重的水土流失类型, 由此导致的土壤和生源要素流失会引起土壤质量下降、河流湖泊富营养化等生态环境问题。水文生物地球化学模型水力侵蚀过程的优化, 对定量评估水力侵蚀强度并识别其空间分布特征具有重要意义。因此, 本研究以土壤水力侵蚀物理模型ROSE为基础, 在分布式流域水碳氮耦合模型CNMM-DNDC中拓展了土壤水力侵蚀流失和颗粒态碳氮磷元素富集模块。以川中丘陵区盐亭截流紫色土农林复合小流域(简称截流小流域)为例, 开展了地块尺度验证和小流域尺度的土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷流失的高时空分辨率模拟应用。结果表明: 增加了土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷富集模块的CNMM-DNDC模型, 能够较好地模拟截流小流域玉米?小麦轮作径流小区产沙量和颗粒态氮流失量的季节动态特征, 模型验证阶段模拟值和观测值均表现出显著线性拟合关系(R2分别为0.83和0.85); 改进的CNMM-DNDC模型能够用于模拟评估流域水土流失和颗粒态碳氮磷流失强度空间分布, 截流小流域由地表径流引起的土壤水力侵蚀、颗粒态碳氮磷流失强度与土地利用和地形特征密切相关, 其中坡耕地和居民区土壤水力侵蚀最严重, 同时也是是截流小流域颗粒态碳氮磷流失的主要来源。模型的模拟结果显示, 2004—2006年截流小流域栅格尺度土壤侵蚀模数均值分别为400 t?km?2?a?1、701 t?km?2?a?1和1550 t?km?2?a?1, 属于轻度水力侵蚀区域。2004—2006年截流小流域由水力侵蚀引起的颗粒态碳年总流失量的平均值分别为63.9 kg(C)?hm?2?a?1、107.2 kg(C)?hm?2?a?1和200.2 kg(C)?hm?2?a?1, 同期颗粒态氮年总流失量的平均值分别为6.3 kg(N)?hm?2?a?1、10.5 kg(N)?hm?2?a?1和19.5 kg(N)?hm?2?a?1, 颗粒态磷年总流失量平均值分别为0.9 kg(P)?hm?2?a?1、1.5 kg(P)?hm?2?a?1和2.8 kg(P)?hm?2?a?1。本研究拓展了CNMM-DNDC模型对土壤水力侵蚀产沙和随之的颗粒态碳氮磷迁移的模拟功能, 为水土流失和面源污染的研究和防控提供先进的模型工具。
基于空间效应视角的农业经济增长与种植业面源污染排放的实证分析
李 新, 尚 杰
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210840
摘要(9) PDF(3)
摘要:
农业资源环境是保障农业生产发展、实现农业经济增长的基本资源和条件。从空间效应视角探析农业经济增长与种植业面源污染物排放量的关系, 可为推进种植业面源污染防治政策实施提供理论支撑。本文采用等标污染负荷法测度2000—2019年全国31个省、直辖市、自治区(不包含香港、澳门、台湾)种植业面源污染物氨氮、化学需氧量、总氮、总磷的排放情况, 运用空间杜宾模型剖析农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平、风险感知、财政支持、受灾情况及产业结构对种植业面源污染物排放的空间效应, 并对影响因素的空间效应进行分解。结果表明: 1)全国31个省、直辖市、自治区的种植业面源污染排放存在显著正向全局空间自相关性, 空间格局特征主要表现为“高-高”聚集和“低-低”聚集, 聚集区域主要表现在农业大省和经济发达地区。2)种植业面源污染排放具有显著负向空间溢出效应, 空间滞后系数为?0.11, 农业经济增长对本地区及邻接地区有相斥方向的显著性影响效应。3)SDM时间固定效应模型效应分解结果表明, 8个影响因素中农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平和风险感知的直接效应和间接效应均具有显著性影响。农业经济增长对本地区具有缓解种植业面源污染排放的作用, 估计系数为?0.175, 但对邻接地区种植业面源污染排放具有加重作用, 估计系数为0.397。据此, 提高对农业经济增长、技术进步和财政支持等显著性影响因素的导向作用的重视, 地方政府可积极发挥自身优势, 联动邻接地区发挥空间交互作用, 开展农业新型技术培训, 建立有效的种植业面源污染防治监督管理体制, 实现农业经济增长与种植业面源污染防治平衡发展。
麦秆还田下水氮耦合对水稻根际环境及根系形态的影响
张宇杰, 马鹏, 王志强, 杨志远, 孙永健, 马均
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210552
摘要(31) HTML(28) PDF(14)
摘要:
通过大田试验, 研究不同水分管理、秸秆还田和氮素处理与水稻根系形态建成的关系, 为成都平原秸秆还田下适宜水稻生长的水氮耦合模式的建立提供理论和实践依据。以杂交稻‘F优498’为材料, 设置不同水分[干湿交替灌溉(W1)、淹水灌溉(W2)]、氮肥运筹[总氮150 kg(N)∙hm−2, 基肥∶蘖肥∶穗肥分别为3∶3∶4 (N1)、7∶3∶0 (N2)、不施氮(N0)]和秸秆还田[秸秆全量翻埋还田(S1)、秸秆不还田(S0)]处理, 研究在秸秆还田下不同水氮耦合对麦茬杂交籼稻根际环境及根系发育的影响。结果表明, 与W2相比, W1促进了拔节期前的秸秆腐解, 提高了拔节期后的根际土壤有机酸总量(1.38%~8.49%)和成熟期前的根际土壤微生物量碳含量(0.25%~12.93%), 提高了整个生育期根系活力(1.77%~149.91%)和除移栽后10 d与成熟期的群体根系形态指标(群体根长18.53%~75.83%、群体根数10.57%~101.33%、群体根体积2.49%~88.24%、群体根表面积8.91%~68.08%); W2提高了拔节期的有机酸总量(3.34%)和成熟期的微生物碳含量(2.69%~6.23%), 并促进了拔节期后的秸秆腐解和单茎根系发育(单茎根长12.03%~27.21%、单茎根数9.05%~51.44%)。秸秆还田(S1)与秸秆不还田(S0)相对比,S1会抑制根系形态发育并降低根系活力(2.47%~45.83%), 但能显著提高根际土壤有机酸总量(8.02%~22.74%)和微生物量碳、氮含量(1.58%~31.22%), 且在W1处理下提升效果更显著。施用氮肥能促进秸秆腐解, 并进一步增加根际土壤有机酸总量与微生物量碳、氮含量, 促进根系发育并提高根系活力。优化施氮模式(N1)与传统施氮模式(N2)相对比,N1可以促进单茎根系发育(单茎根长8.27%~38.09%、单茎根数2.96%~36.66%)与生育中后期的根系活力(2.26%~156.35%), N2则提高了群体根系指标(群体根体积12.68%~44.32%、群体根表面积4.91%~55.82%)和生育前期的根系活力(22.01%~29.31%)。干湿交替灌溉耦合优化施氮模式促进了各时期秸秆腐解, 显著加快了根系的生长发育, 并提高了根际土壤有机酸总量、微生物量碳、氮含量和根系活力, 延缓了根系衰老。综合来看, 在秸秆还田条件下, 干湿交替灌溉耦合优化施氮模式为最适水氮耦合模式。
饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质的影响
肖泽恒, 甘甜, 秦钟, 章家恩, 石兆基, 张春霞
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210660
摘要(39) HTML(28) PDF(1)
摘要:
福寿螺是一种具有重大危险性的外来入侵生物, 威胁水稻和水生作物生产, 带来了巨大的经济和生态损失。饥饿胁迫是生物经常面临的环境压力之一, 为探讨福寿螺对饥饿胁迫的生理生态学响应, 以稻田福寿螺为研究对象, 研究了10 d、20 d和30 d的饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质含量的影响。结果表明, 随着饥饿时间的延长, 福寿螺自由水含量持续上升, 从20 d开始显著高于对照(P<0.05), 30 d时处理组福寿螺自由水含量平均值为84.19%, 显著高于对照组的81.60% (P<0.05)。饥饿胁迫使福寿螺生长发育受到抑制, 壳高和壳口长从20 d开始显著低于对照(P<0.05)并持续至试验结束。体质量、壳宽和壳口宽在前20 d并未与对照组产生显著差异, 随着饥饿时间延长至30 d, 各生长指标均显著低于对照(P<0.05)。面对饥饿胁迫, 福寿螺消化腺抗氧化能力提高, 总超氧化物歧化酶活性从20 d开始显著高于对照并持续至试验结束(P<0.05); 过氧化氢酶活性及丙二醛含量在前20 d未与对照形成显著差异, 但随饥饿时间延长至30 d而显著高于对照(P<0.05); 饥饿胁迫对福寿螺过氧化物酶活性和还原型谷胱甘肽含量无显著影响; 甘油含量呈“先增后降”的趋势, 在10 d时显著高于对照(P<0.05), 随后迅速降低, 在20 d和30 d时显著低于对照组(P<0.05); 脂肪含量在3个观测时段内均低于对照(P<0.05), 糖原含量在20 d时开始低于对照并持续至试验结束(P<0.05); 总蛋白含量只有在30 d时显著低于对照(P<0.05), 其他观测时段并未与对照形成显著差异。总之, 福寿螺可通过减缓生长、提高抗氧化能力、消耗内源性生化物质等一系列生理机制来缓解短期饥饿胁迫带来的影响, 限制食物来源可在一定程度上抑制福寿螺的暴发与危害。
农业涝渍灾害评估中不同气象产量分离方法的比较研究
蒙华月, 王兆林, 姚佩, 钱龙, 陈诚, 罗云英, 鞠学良
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210770
摘要(41) HTML(27) PDF(11)
摘要:
农业旱涝灾害评估中常采用不同方法计算作物气象产量, 但其中鲜见关于不同方法的比较研究。长江中下游棉区因涝减产现象严重, 因此本文以该地区6省为研究区, 利用标准化降水蒸散指数量化棉花生长期的涝渍强度, 选用7种常见气象产量分离方法(线性拟合、二次多项式拟合、三次多项式拟合、HP滤波法、3年滑动平均法、5年滑动平均法及五点二次平滑法)计算棉花气象产量, 并通过涝渍强度与气象产量的相关分析结果评估不同方法的表现。此外, 结合历史受涝面积对不同方法的涝渍灾害刻画能力进行对比。结果表明: 不同方法计算的棉花气象产量具有相似的长期趋势, 但在短期波动上存在较大差异。就气象产量和涝渍程度的相关性而言, HP滤波法、线性拟合和二次多项式效果更好; 而就气象产量结果与历史受涝面积的相符程度而言, HP滤波最优, 其次是二次多项式和三次多项式。此外, 基于7种方法的相关分析结果均判定湖北省和安徽省是棉花因涝减产最严重的省份, 但对于其余省份的判定结果会存在差异。湖北省和安徽省虽然因涝减产严重, 但两省棉花涝渍的发生倾向低于其余省份。因此, 在农业涝渍评估工作中推荐使用HP滤波法, 而长江中下游棉区的涝渍防治工作应重点关注湖北省和安徽省。
灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响
石雄高, 李晓明, 党建友, 张慧芋, 张定一, 裴雪霞
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220073
摘要(40) HTML(2) PDF(14)
摘要:
为探明不同灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响, 于2016—2021年在山西农业大学小麦研究所韩村实验基地开展大田定位试验。设连续微喷灌(SI)、连续滴灌(DI)、连续漫灌(FI)和第1、2、5年漫灌与第3、4年微喷灌轮换(RI) 4个处理。定位5年后, 测定>0.25 mm团聚体重量百分含量(DR0.25、WR0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、破坏率(PAD)、分形维数(D)等土壤团聚体粒径分布、稳定性指标, 以及土壤水稳性团聚体有机碳、有效磷、速效钾含量等养分指标, 并对水稳性团聚体分布特征、稳定性及养分含量进行了相关分析。主要结果1)机械稳定性团聚体在0~10 cm土层SI、DI和RI处理均以0.5~1 mm为优势粒径(FI为<0.25 mm), 在10~20 cm土层DI、FI和RI处理均以>5 mm为优势粒径(SI为0.5~1 mm), 在20~50 cm土层各灌溉处理的优势粒径则均为>5 mm; 水稳性团聚体在0~50 cm土层4种灌溉处理均以<0.25 mm为优势粒径, 但FI处理的重量百分比最高。2) SI和DI处理在0~50 cm土层有效提高了WR0.25、降低了D, 且MWD、GMD总体上高于FI和RI处理, 并在30~50 cm土层显著降低了PAD, 而FI、RI处理的这些稳定性指标受土层深度影响较大。3)与其他2个处理相比, SI、DI处理在0~50 cm土层提高了土壤水稳性大团聚体(>0.25 mm)有机碳、有效磷、速效钾含量, 尤其在提高0~30 cm土层有效磷含量和30~50 cm土层速效钾含量上效果更为显著。4)相关性分析表明, 土层、WR0.25、MWD、GMD、PAD、D、水稳性大团聚体养分含量(有机碳、有效磷、速效钾)之间的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。综上所述, 微喷灌、滴灌水肥一体化更有利于改善土壤结构和性状, 促进土壤大团聚体形成, 提高水稳性团聚体稳定水平及养分含量, 应值得推广应用。
稻鱼共生系统农田边界的植物和丛枝菌根真菌调查—以首批全球重要农业文化遗产稻鱼共生系统核心保护地浙江青田龙现为例
周静怡, 赵璐峰, 唐建军, 裘子悦, 娄李懿, 陈超巍, 吴静, 林佳辰, 郭梁, 胡亮亮, 陈欣
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210524
摘要(66) HTML(35) PDF(14)
摘要:
集约农业生物多样性低, 依赖化肥农药提高生产力和维持系统稳定。因而全球重要农业文化遗产系统(Globally Important Agricultural Heritage Systems, GIAHS)对生物多样性的保育受到关注, 研究和阐明GIAHS的生物多样状态和规律有助于对GIAHS的理解和保护。研究已表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统保持高的水稻品种多样性和田鱼遗传多样性, 但在保育野生植物资源及其相关生物方面的作用仍不清楚。本文研究了GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界栖息的植物及与之共生丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落, 通过坡底、坡中和坡顶取样, 评估农田边界植物多样性, 并通过高通量测序测定农田边界土壤AMF群落的多样性和组成。结果表明, 青田稻鱼共生系统的农田边界分布有53科109种维管植物, α多样性指数(Shannon-Wiener指数)为0.74~0.84范围, β多样性指数(Whittaker指数)为0.67~0.77。农田边界植物AMF侵染率为6.67%~44.44%, 根际土壤AMF分属9科14属62种, 优势科为球囊霉科(Glomeraceae), 优势属为球囊霉属(Glomus); 农田边界的土壤碳、氮、磷、钾含量较高。相关分析表明, AMF群落多样性与植物多样性呈正相关, 与土壤碳、氮、磷、钾含量也呈正相关, 其中与土壤速效磷的相关性最显著。这些研究结果表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统农的田边界保育有较高植物多样性及与之相共生的AMF群落, 研究结果有助于加深人们对GIAHS在生物多样性保育方面的理解。
养殖业抗生素-重金属复合污染治理研究进展
漆世英, 余少乐, 吴娟, 成水平
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210641
摘要(42) HTML(46) PDF(7)
摘要:
我国养殖业快速发展, 抗生素因其能够预防和治疗动物疾病的功能被大量使用, 在环境中残留对生态环境安全和人类健康造成威胁。重金属作为饲料添加剂也会造成污染。本文介绍了现阶段养殖业中抗生素和重金属的使用情况以及养殖品种和生态环境的污染现状, 并梳理了现有的抗生素处理技术以及重金属-抗生素复合污染治理研究进展。抗生素和重金属共存的情况导致了养殖业产生的废水和底泥中会存在持久性抗生素-重金属复合污染, 并在一定程度上影响抗性基因的传播。针对抗生素的去除仍是以高级氧化处理为主, 生物处理和生态处理为辅。生物处理主要利用微生物对抗生素的降解以及活性炭的吸附能力, 生态处理通过人工湿地中植物及其他耦合工艺达到污染物去除的目的。高级氧化处理工艺在短时间内能够达到高效去除的效果, 而实际应用必须达到去除效果和成本费用的均衡。因而今后的研究应着重关注以下方面: 1)养殖业复合污染废水的生态治理技术, 如人工湿地等; 2)复合污染底泥植物修复技术, 优化植物的选择及种植方式; 3)生物处理技术和生态治理技术的工程应用。
The potential and the impact factors for phosphorus recovery from wastewater via struvite precipitation
Erick K. Mutai, WANG Xuan, MA Lin
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210764
摘要(64) HTML(9) PDF(17)
摘要:
Phosphorous (P) is an essential nutrient for living organisms, and there is concern regarding the challenges of both supply uncertainty and the linked aquatic eutrophication. Phosphorus recovery through struvite precipitation technology has attracted much attention in research as it prevents eutrophication and forms a slow-release fertilizer that serves as an alternative source of P in both synthetic wastewater (SW) and real waste (RW). However, only inorganic soluble P is involved in the reaction. Therefore, the ratio of organic P, which is up to 30–40% of total P in real wastewater systems, leads to a variation of P recovery rates in practice. There is a lack of knowledge on the underlying differences and the factors causing the disparity in the P recovery, and few studies have attempted to quantify the gap in the phosphorus recovery rates of SW and RW. Data mining was conducted using 103 studies with 1186 observations to quantify the phosphorus recovery rate in SW and RW, establish the underlying factors affecting the P recovery, and derive solutions. Results showed that phosphorus recovery rate in SW (83.6%) was higher than that in RW (76.9%). A large variation in the P recovery rate (20.4% to 99.9%) in RW was detected since it was more sensitive to pH and foreign ions, such as calcium. Magnesium and calcium were found to impact struvite crystallization; magnesium had a positive impact at a specific Mg∶P ratio between 1 and 2, with SW being more sensitive, while calcium inhibited struvite formation. Phosphorus precipitation is an abiotic process, and organic phosphorus concentration plays a crucial role in the total phosphorus recovery rate. Aeration played an important role in the mineralization of organic P. Therefore, supplying aeration at a flow rate of 6 L.min−1 was beneficial for both total and inorganic P recovery. Increasing the Mg∶P ratio was not a crucial factor for P recovery in practice, but it significantly impacts the components of the precipitate.
加气滴灌和可降解膜覆盖对玉米生长发育及水分利用的影响
吴梅, 张金珠, 王振华, 朱艳, 宋利兵, 宗睿, 韩悦
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220027
摘要(20) HTML(5) PDF(3)
摘要:
为揭示加气滴灌对降解地膜覆盖下玉米产量降低的补偿机制。设置3种地膜覆盖(诱导期60 d和100 d氧化生物双降解地膜、普通塑料地膜)和2种灌水方式(加气滴灌和不加气滴灌)进行完全组合试验, 分析不同处理对玉米生长、光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 诱导期60 d和100 d可降解地膜分别在覆膜50 d和70 d后呈现初始裂纹。与普通塑料地膜相比, 可降解地膜覆盖玉米产量和水分利用效率较普通塑料地膜分别显著降低14.81%~27.42%和16.70%~34.46% (P<0.05)。加气滴灌提高了玉米株高、茎粗、叶面积指数, 减少了玉米耗水量; 与不加气处理对比, 加气滴灌下玉米净光合速率显著增加10.40% (P<0.05), 蒸腾速率显著增加12.86% (P<0.05), 气孔导度显著提高25.99% (P<0.05), 干物质积累量显著增加7.57% (P<0.05), 加气滴灌还可使降解地膜和普通塑料地膜覆盖下玉米产量和水分利用效率平均提高6.44%~14.41%和9.09%~17.90% (P<0.05), 可减少由于降解地膜过早降解而造成的产量及水分利用效率的下降。研究认为诱导期为100 d氧化生物双降解膜地膜覆盖下进行加气滴灌可代替新疆绿洲区传统塑料地膜覆盖下滴灌玉米栽培措施。本研究可为新疆膜下滴灌缓解残膜污染, 提高玉米产量及水分利用效率提供理论依据。
农田生态系统有机物料腐解过程及土壤培肥机制研究
雷琬莹, 李娜, 滕培基, 郁瑾超, 龙静泓
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210878
摘要(32) HTML(13) PDF(17)
摘要:
农田生态系统是受人为活动干扰最多的陆地生态系统, 土壤有机质丰富和养分均衡是保证农作物生长需要、土壤生物和谐共生和系统生产力维持稳定的基本要素。农作物秸秆、畜禽粪便是农田生态系统的主要外源有机物料, 也是农田土壤有机质的重要来源。有机物料还田可有效增加土壤有机质积累、培肥土壤、促进作物稳产增产。有机物料还田后经过一系列复杂的物理、化学和生物学腐解过程, 最终转化为土壤有机质。这一复杂的腐解过程受有机物料自身性质、土壤类型及其背景属性、气候因子和农田管理措施等多重作用综合调控, 因此备受科学界关注。本文综述了农田生态系统有机物料的腐解过程及其主要影响因素、还田后腐解产物对土壤养分库及土壤质量的影响方面的主要研究进展, 进一步总结了有机物料还田转化为土壤有机质的作用机制。从表征有机物料腐解结构变化的手段和指标着手, 解析有机物料腐解过程有机物料和土壤的化学结构组成的变化特征, 揭示影响有机物料腐解的主要因素(有机物料的质量、组分和化学结构, 以及环境因素), 综合分析有机物料还田对土壤碳库、活性有机碳、腐殖质组成以及养分库的影响, 从土壤物理、化学和生物学性状以及作物产量角度综合评价有机物料还田培肥土壤的效果, 深入解析有机物料腐解转化为土壤有机质的物理化学及生物学调控过程及机制, 最后对未来开展农田生态系统有机物料还田腐解过程及作用机制的深入研究进行展望, 以期为农田生态系统有机物高效还田培肥土壤、优化农田管理措施提供理论依据和数据支持。
大气CO2浓度升高对大豆根际微生物代谢功能的影响
高志颖, 李彦生, 于镇华, 金剑, 王光华, 刘晓冰
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220018
摘要(23) HTML(6) PDF(10)
摘要:
作为全球气候变化主要因子, 大气CO2浓度升高以植物为媒介间接影响土壤微生物代谢功能, 进而影响由土壤微生物参与的土壤养分循环过程和土壤碳库的平衡。本研究以不同年代培育的大豆品种: ‘小黄金’(XHJ)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14号’ (SN)和‘东生1号’ (DS)为试验材料, 采用开顶室气室(Open Top Chamber, OTC)模拟21世纪中叶大气CO2浓度(550 mol∙L−1)升高条件(Elevated CO2, EC), 并以正常大气CO2浓度为对照(CK)。通过BIOLOG方法, 解析了大气CO2浓度升高条件下大豆根际土壤微生物对不同碳源利用的特征。结果表明, 不同大豆品种根际土壤微生物群落碳源代谢特征不同, 单孔平均颜色变化率(AWCD)总体趋势表现为MF>SN>DS>XHJ; 微生物功能多样性指数和主成分分析结果显示, 大气CO2浓度升高对不同大豆品种根际微生物碳源代谢特征的影响不一致, 其中XHJ、MF和DS的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响不显著, 而SN的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响显著;主成分贡献率结果表明, SN的EC碳源变化与主成分1中正相关的碳源种类相关性较强, 而CK的碳源变化与主成分1中负相关的碳源种类相关性较强, 其中A4 (L-精氨酸)和C3 (2-羟基苯甲酸)为不利于植物生长的碳源类型, 未来大气CO2浓度升高是否会增加有害/有益根系分泌物的释放有待通过田间原位试验进一步佐证。综上, 未来大气CO2浓度升高对大豆根际微生物碳源代谢功能的影响与大豆品种有关, 同时, 大豆品种和大气CO2升高及其交互作用显著影响部分碳源的代谢。
荒漠绿洲区不同绿肥还田方式下玉米农田土壤团聚体微结构特征
吕汉强, 胡发龙, 于爱忠, 苏向向, 王玉珑, 殷文, 柴强
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210467
摘要(53) HTML(22) PDF(13)
摘要:
传统土壤团聚体评价方法不能描述团聚体微观结构特征, 且对<0.25 mm粒径团聚体细化分析不足。利用现代显微技术, 准确定量农艺措施对土壤团聚体结构特征的影响对于采取科学的土壤管理方法具有重要意义。本试验开始于2016年, 为长期定位试验。在河西走廊石羊河流域荒漠绿洲区, 通过田间试验探究麦后复种绿肥不同还田方式[全量翻压(TG)、地表覆盖免耕(NTG)、地上部收获后根茬翻压(T)、地上部收获后根茬免耕(NT)]和不复种绿肥翻耕休闲(CT)对轮作玉米农田土壤团聚体微结构特征的影响。在2019—2020年, 利用扫描电镜(SEM)获得玉米抽雄吐丝期农田0~30 cm土壤超微观图像, 定性揭示其表观特征, 并运用Nano Measurer图像处理软件定量分析土壤颗粒粒径特征和团聚体特征。研究表明: 在CT中, 玉米农田土壤颗粒粒径主要集中在0.25 mm以下, 其中23.9%~27.4%的为粒径在0.05~0.25 mm、表面光滑、形状较为规则的土壤砂粒, 其余为粉粒和黏粒(美国制), 团聚体数量占颗粒总数的9.1%~9.6%。与CT相比, 绿肥根茬还田(NT、T)的玉米农田土壤颗粒为大量粒径在0.05~0.1 mm之间的极细砂粒, NT和T处理的团聚体数量分别提高10.1%~23.3%和14.4%~17.3%。绿肥全量还田(TG、NTG)可促进玉米农田以单粒为基础的砂粒粒径减小, 由小粒径单粒构成大量表面粗糙多孔、凹凸不平, 附着有大量粉粒和黏粒的团聚体, 团聚体粒径主要集中在0.1~0.25 mm, 与CT处理相比, 团聚体数量分别提高25.8%~50.9%和34.1%~43.4%, 其中NTG处理具有形成粒径>0.25 mm大团聚体的构造性能和潜力。由此说明, 在荒漠绿洲区, 麦后复种绿肥全量还田条件下, 全量翻压或地表覆盖免耕还田措施可使后茬玉米农田具有良好的土壤团聚体结构特征。
稻虾种养对水稻产量和粮食安全影响
倪明理, 邓凯, 张文宇, 尚永青, 魏凤, 袁鹏丽, 李准, 樊丹, 曹凑贵, 汪金平
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210891
摘要(68) HTML(22)
摘要:
稻虾种养模式是指将小龙虾的养殖与水稻种植相结合的一种复合种养模式, 该模式因其较高的经济效益, 近些年在全国发展迅速。在稻虾种养模式的大面积推广的背景下, 有关稻虾种养模式对粮食产量安全的问题受到关注。本文通过多年定位试验、不同生态区农户调查和湖北省近10年统计年鉴资料, 对稻虾种养稻田的粮食安全问题进行分析。结果表明, 1)稻虾种养提高了农民的种稻积极性, 进而扩大了水稻种植面积, 增加了水稻总产量,。稻虾种养面积与水稻种植面积呈显著正相关, 稻虾主产区潜江市、荆州市、湖北省水稻种植面积与10年前相比分别提高77.77%、16.23%、12.20%, 水稻总产量分别提高68.12%、16.61%、20.49%。同时近10年湖北省夏收粮食(小麦等)产量维持稳定。2)湖北稻虾产区养殖沟占比(G)平均值为13.42%, G在一定程度上会影响水稻产量。在不考虑G情况下, 与传统稻田单作相比, 稻虾种养水稻产量提高17.63%。当G≤10%时, 稻虾种养水稻产量略低于传统单作, 差异不显著, 但是10%<G<20%和G≥20%条件下, 水稻产量显著降低, 分别降低18.19%、34.81%。3)稻虾种养发展区存在优劣势差异。水稻、小龙虾产量的表现在江汉平原、鄂东沿江平原优于鄂中北丘陵。因此按照G≤10%的标准规范稻虾模式田间工程建设, 坚持因地制宜地发展稻虾模式, 可在维持稻虾收益的同时保持水稻粮食安全, 是确保我国稻虾产业持续健康发展的重要保证。
黄土高原干旱区长期种植紫花苜蓿和一年生作物轮作对土壤真菌群落的影响
孙鹏洲, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 蔡立群, 刘家鹤, 王晓菲
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210348
摘要(51) HTML(48) PDF(8)
摘要:
为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响, 本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验, 采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(LFC)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤样品, 基于真菌ITS区高通量测序技术, 分析比较长期种植苜蓿和一年生作物对土壤真菌多样性和群落特征的影响, 并采用FUNGuild平台分析预测不同处理土壤真菌的生态功能。结果表明, 本研究共检测到真菌7门25纲77目169科347属, 其中以子囊菌门(Ascomycota, 69.17%~88.22%)为最优势菌门, 且远远大于次优势菌门——接合菌门(Zygomycota, 6.72%~19.88%)和担子菌门(Basidiomycota, 1.64%~9.01%); 属水平下各处理优势菌群存在差异, 其中LC处理优势属为Phaeomycocentrospora, LF、LP和LMi的优势属均为赤霉菌属(Gibberella), LFC处理优势属为被孢霉属(Mortierella)。冗余分析(RDA)发现, 土壤有效磷(P=0.002)是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。真菌FUNGuild功能预测结果表明, 本试验黄绵土主要以病理营养型真菌(pathotroph)为主(25.44%~39.27%), 速效磷和硝态氮是影响土壤真菌营养类型变化的主要环境因子, 与长期种植苜蓿相比种植一年生大田作物显著增加了土壤腐生-共生营养型、病原体-腐生-共生营养型和病理-腐生-共生营养型等过渡型真菌类群相对丰度, 说明合理的种植制度有利于改善农田土壤真菌群落结构, 促进区域土壤生态系统的稳定。
酸性土壤条件下铁膜调控技术对水稻根表铁膜和籽粒硒累积的影响
杨旭健, 田宇豪, 沈宏
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210629
摘要(37) HTML(28) PDF(13)
摘要:
铁膜是水稻根系表面形成的铁(氢)氧化物胶膜。它不仅增强根系对水生环境的适应, 而且显著影响植株养分吸收。但如何通过调控根表铁膜形成, 提高水稻籽粒硒含量还有待进一步探索。本研究在弱酸性(pH 6.1)土壤盆栽条件下, 对水稻植株进行不同水平的磷铁比、过氧化尿素及干湿交替处理, 研究了上述3种铁膜调控技术对水稻根表铁膜形成及籽粒硒累积的影响。结果表明: 与常规施肥处理相比, 磷铁比1∶5处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量均有显著提高。90 kg∙hm−2过氧化尿素处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量明显高于不施用过氧化尿素处理。另外, 持续淹水处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量显著高于对照和干湿交替处理。相关分析表明, 磷铁比和过氧化尿素处理试验条件下, 非结晶态和结晶态铁膜含量与籽粒硒含量都显著线性相关。正交试验当中, 根表铁膜形成量最高且籽粒硒含量增加最显著的铁膜调控技术是磷铁比 为1∶1、过氧化尿素用量为90 kg∙hm−2、持续淹水组合处理, 该条件下籽粒硒含量为0.116 μg∙g−1, 是对照的2.01倍。方差分析表明, 3种调控技术对根表铁膜含量和水稻籽粒硒含量影响程度顺序为过氧化尿素处理>干湿交替处理>磷铁比处理。综上所述, 铁膜调控技术能促进水稻根表铁膜形成及硒在根系累积, 从而增加水稻籽粒硒累积, 该研究结果对富硒水稻生产具有科学意义。
控释肥残膜积累对土壤微生物群落组成的影响
王学霞, 曹兵, 邹国元, 张佳佳, 王甲辰, 刘东生, 陈延华
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210226
摘要(69) HTML(35) PDF(15)
摘要:
为探究控释肥残膜累积对土壤微生物群落的影响, 采用Illumina MiSeq高通量测序技术, 分析了不同控释肥残膜(聚氨酯)累积量下土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异。试验设不加聚氨酯残膜膜壳(CK)、添加聚氨酯残膜140 kg·hm−2 (CR1)、280 kg·hm−2 (CR2)、560 kg·hm−2 (CR3)和1400 kg·hm−2 (CR4) 5个处理。结果表明: 与CK相比, 聚氨酯残膜施入土壤120 d后, CR4处理下土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤含水量(SM)和玉米地下生物量(BGB)及CR3处理土壤NO3-N含量显著增加(P<0.05), 而土壤pH、速效钾(AK)、总氮(TN)、速效磷(AP)、NH4+-N含量无显著差异。聚氨酯残膜处理提高了细菌和真菌OTU (operational taxonomic unit)数量、细菌群落多样性(Shannon)和丰富度(Ace、Chao)指数, CR4处理与CK间差异显著(P<0.05), 不同聚氨酯残膜处理下的土壤真菌群落多样性和丰富度无显著差异, 但改变了基于门、属水平上的群落组成。随土壤聚氨酯残膜添加量的增加, 变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和伯克氏菌属(Burkholderia)相对丰度增加, 而酸杆菌门(Acidobacteria)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度减少, CR4处理与CK相比差异显著(P<0.05)。与CK相比, 聚氨酯残膜处理提高了子囊菌门(Ascomycota)相对丰度, CR3处理其相对丰度显著增加(P<0.05); 聚氨酯残膜处理分别降低了球囊菌门(Glomeromycota), 增加了被孢霉属(Mortierella)相对丰度, CR4处理与CK相比差异达显著水平(P<0.05)。Mantel检验结果显示, DOC 对细菌群落结构的影响最大(P=0.003), AP、SM 和 BGB 对细菌群落结构也具有显著影响(P<0.05)。真菌群落结构与土壤 DOC、TN 和 SM 呈现显著相 关(P<0.05), 其中 DOC 影响最大。由此, 短期内聚氨酯残膜添加通过改变土壤可溶性有机碳、含水量、玉米根生物量等因子提高了细菌群落多样性, 影响土壤细菌和真菌群落组成。
山地植被垂直分布变化格局研究进展与述评
梁红柱, 刘丽丽, 付同刚, 高会, 李敏, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210858
摘要(21) HTML(10) PDF(7)
摘要:
山地植被垂直变化和分布历来是山地生态学研究的重点内容。本文从文献计量统计和文献分析两个方面, 对山地植被的垂直分布格局研究进展进行了述评。文献统计分析主要基于CNKI和Web of Science数据库平台, 检索了该研究领域1915年1月至2020年12月的国内外期刊论文,分析了山地植被垂直格局的研究历程、现状、进展和趋势。结果表明:国内外研究的文献、作者、国家和机构数量均呈增长趋势, 全球范围主要研究涵盖了美国、德国、中国、西班牙和法国等85个国家, 共计34.7%的文献集中在25个主要期刊。基于CiteSpace进行文献关键词共现聚类,分析了国内外山地植被垂直分布的热点领域,并对理论与假说、研究方法和主要研究领域等进行了述评。山地植被垂直格局历经了从单因子描述、多因子分析到机理和假说的求证,代表性理论包括:时间学说、空间异质性学说、竞争共存理论、中性理论及生态位理论等; 从传统研究方法、数量分类与环境解释、遥感影像信息技术、模型及数字信息技术等研究方法进行了研究方法概述; 并对热点研究领域进行了分析和述评, 主要包括: 山地植被垂直分布与驱动因素、山地植被生产力垂直变化、植物群落的谱系结构、基于生态位理论的植被分布预测等。总之,在全球气候变化背景下,山地植被及生态系统响应敏感且变化剧烈,山地植被对气候变化的响应、植被垂直带谱的数字信息化、水土耦合下的山地生态循环与生态系统服务等领域受到更广泛的重视; 多尺度、多学科融合是本领域研究的发展趋势。
太行山区中段旱季土壤含水量影响因素研究
付同刚, 高玥, 刘丽丽, 高会, 齐菲, 王丰, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210793
摘要(22) HTML(8) PDF(3)
摘要:
太行山脉为我国第二、第三阶梯的重要分界线, 海拔自西向东迅速降低, 在这种自然条件复杂的地理空间过渡带内, 土壤含水量(SWC)空间格局特征及其影响因素亦复杂而不明确, 限制了对山区土壤水文过程的认知。本研究通过在太行山区中段设置间距约85 km的两条样线(长度分别为140 km和164 km), 在旱季采集土壤样品, 测定SWC、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、有机碳含量、机械组成等理化性质, 详细调查样点的地形条件(坡度、坡向、海拔等)和植被条件(植被类型、枯落物情况等), 利用经典统计和地统计的方法, 并结合结构方程模型, 分析了表层(0~10 cm)和次表层(10~20 cm) SWC在海拔梯度上的变异特征, 探讨了其主要影响因素。结果表明, 太行山区中段两条样线均表现为表层SWC显著小于次表层, 两条样线之间没有显著差异。地统计分析表明, 表层和次表层SWC分别适用线性模型和指数模型模拟, 这说明表层SWC影响因素更加复杂, 随机因素占主导地位, 次表层呈现出块基效应, 随机因素和结构因素共同起作用。两条样线次表层SWC块基比分别为48.01%和31.62%, 说明次表层SWC属中等程度的空间相关性。影响SWC的主要环境因子为海拔和降水量, 坡度、坡向及植被类型没有达到显著水平; 土壤性质中, 表层SWC主要受容重的影响, 次表层主要受毛管孔隙度和黏粒含量的影响。结构方程模型显示, 土壤性质是影响旱季SWC的直接因素, 环境因子是间接因素。环境因子对旱季SWC的影响超过80%是通过土壤性质产生的间接影响。以上结果有助于深入了解太行山区SWC特征, 为水-土过程的深入研究提供科学依据。
密闭反应器堆肥技术氨减排潜力研究
刘娟, 曹玉博, 焦阳湄, 王选, 马林
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210100
摘要(28) HTML(7) PDF(3)
摘要:
堆肥是将粪尿肥料化处理循环利用于土壤的重要技术, 但堆肥过程中约有50%的氮素以氨气形态挥发, 不仅降低了堆肥产品的养分价值, 更诱发了雾霾天气发生, 严重污染大气环境。因此, 减少堆肥过程的氨排放对于提高有机肥品质、降低堆肥过程产生的环境影响具有重要意义。针对实际生产中不同堆肥技术氨排放量不明, 氨减排潜力及经济效益缺乏的问题, 本研究通过生产规模试验, 定量分析了条垛式堆肥和密闭反应器堆肥过程中的氨排放量、氨回收效率及其影响因素, 并对不同堆肥技术进行了经济效益分析。结果表明, 与条垛式堆肥相比, 密闭反应器堆肥可减少氨挥发61.1% (P<0.01), 结合氨气洗涤回收技术可实现82.3% (P<0.01)的氨减排; 氨气回收率随吸收时间显著降低, 吸收液温度和铵根离子浓度是影响氨回收效率的关键因素。密闭反应器堆肥技术粪便处理成本(116.9元∙t–1)高于传统条垛式堆肥处理成本(87.4元∙t–1); 然而, 以条垛式堆肥为对照, 密闭反应器堆肥及反应器结合洗气塔技术每减少1 kg氨气的成本为22.0和16.5元, 低于欧盟氨减排成本。综上所述, 密闭反应器堆肥可显著降低堆肥过程中的氨挥发, 与洗气塔结合使用可将堆肥过程中排放的大部分氨气进行回收, 是一种高效、可行且具有较大氨减排潜力的堆肥技术。
坡耕地山原红壤大豆根系构型及根土复合体力学特性研究
张立芸, 段青松, 李永梅
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220003
摘要(28) HTML(6) PDF(6)
摘要:
为研究大豆根系在西南山区坡耕地水土保持中的价值, 本文在大豆的3个主要生育期(开花期、始粒期和鼓粒期)采集根系和根土复合体样本, 采用WinRHIZO (Pro.2019)根系分析系统测定并计算了根系的几何形态特征、分形特征和拓扑结构, 用无侧限压缩试验测定了根土复合体的力学特性, 分析大豆根系在不同生育期的构型特征及其对土体力学特性的影响。结果表明: 1)大豆根系的分形维数在鼓粒期最小, 分形丰度在开花期最小, 但两者均在始粒期最大; 2)拓扑指数随生育期先减小后增大, 在始粒期最接近0.5且平均连接长度最小, 根系趋向于叉状分支模式, 此时根系分支状态最为复杂; 3)大豆根系的分形特征、拓扑特征与根长等主要形态特征参数有极显著相关关系(P<0.01); 4)大豆根系能显著增强土体强度, 其根土复合体的无侧限抗压强度表现为始粒期(41.44 kPa)>鼓粒期(37.95 kPa)>开花期(29.29 kPa), 分形维数和分形丰度与土体的力学特性呈显著正相关关系(P<0.01)。综上, 大豆根系分形维数和丰度越大、拓扑指数越小时, 根土复合体的无侧限抗压强度越大,其根系固土效应越显著; 农作物根系分形特征和拓扑特征不仅可用于表达根系在土体中的分支状态、空间分布和拓展模式, 也可作为评价农作物根系固土效应的主要参数。在山区坡耕地的农作物配置中, 应注重培育分支复杂、根系发达的大豆品种以防治水土流失。
刈割和施N对豆禾混播草地牧草生长特性及品质的影响
王辛有, 曹文侠, 师尚礼, 王小军, 王世林, 刘婉婷, 白洁, 李文
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220021
摘要(35) HTML(13) PDF(6)
摘要:
为探究放牧与施肥对河西走廊豆禾混播草地生产性能与群落结构稳定性的调控机制, 并初步确定该草地所适用的最佳放牧利用与施肥管理模式。本研究以清水紫花苜蓿(Medicago sativa cv. Qingshui)、无芒雀麦(Bromus inermis)和长穗偃麦草(Elytrigia elongate)建植的混播草地为试验对象, 采用L16(31×42)混合位级正交试验设计, 设3个刈前高度: 20 cm (S1)、30 cm (S2)和40 cm (S3); 4个刈割强度: 2 cm (E1)、5 cm (E2)、8 cm (E3)和11 cm (E4); 4个施氮量: 0 kg(N)∙hm−2 (N1)、75 kg(N)∙hm−2 (N2)、150 kg(N)∙hm−2 (N3)和225 kg(N)∙hm−2 (N4), 并分析了混播草地群落结构及生产性能。结果表明: 1)刈前高度及施氮量对草地生产性能影响较大, S3E2N4的生物量最大(17 707.80 kg∙hm−2), S1E1N4的混合草粗蛋白含量最高(15.46%), S3E1N3的混合草相对饲用价值最大(184.93)。2)降低刈割强度可增加利用次数, 并使禾本科牧草在群落中的占比增大, 其中S2E3N4、S1E3N3、S1E4N1、S2E4N3和S1E1N1可使豆禾盖度比接近1∶1, S2E3N4、S3E3N1和S3E4N2对草地分枝数的调控作用效果最好。3)与刈割收获干草(区内一年刈割3次)相比, 模拟放牧降低了产草量, 但提高了牧草营养价值, 抑制了群落中紫花苜蓿比例的过快增长, 能维持豆禾草种结构的稳定性。综上, S2E3N4能使混播草地群落结构的稳定性最好, 且具有良好的生产性能(草地生物量−15 173.41 kg∙hm−2; 粗蛋白含量−13.92%; 相对饲用价值−156.93), 是适宜此类混播草地放牧利用与施肥管理的参考指标, 可在河西走廊等类似地区推广应用。
中国农业绿色技术的发展现状与趋势—基于CiteSpace的知识图谱分析
王欣, 宋燕平, 陈天宇, 李坦
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210872
摘要(23) HTML(10) PDF(7)
摘要:
绿色技术是中国农业实现高质量发展的驱动力, 为厘清中国农业绿色技术的发展现状与趋势, 利用CiteSpace软件, 对2004—2019年获得国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果数据进行系统梳理与知识图谱分析。结果表明: 1)农业绿色技术成果数量总体上呈现增长趋势, 但种植业成果数量显著高于养殖业。2)绿色技术的研究热点主要集中在投入品安全无害、生产过程友好、资源利用节约高效、监测预警等方面, 中国已基本建立了农业绿色技术体系, 但质量标准相关技术较少。3)农业绿色技术研发与创新和中国农业政策密切相关, 政策导向效应明显。4)区域农业绿色技术成果数量、聚类数量均从东部到西部依次递减。据此, 本文提出促进农业绿色产业技术与绿色乡村综合发展技术一体化发展, 提高政策引导与市场拉动结合的农业绿色技术协同, 强化区域性绿色农业技术特色, 促进农业绿色技术的结构优化升级。
“三生”用地结构变化对生态系统服务和农户生计的影响—以太行山区洞阳坡小流域为例
齐菲, 李彦鑫, 高会, 付同刚, 王丰, 蒋莞艳, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220055
摘要(18) HTML(10) PDF(3)
摘要:
太行山区由于受人类活动的影响, 在过去的几十年内众多小流域土地利用结构产生了很大的变化, 进而影响了小流域生产、生活、生态的“三生”用地结构、生态系统服务和山区农户生计。本文以洞阳坡小流域作为太行山中山区代表, 通过对当量因子法系数的修正, 对2000—2020年“三生”用地结构变化及其生态系统服务价值进行了评估, 并以人工种植面积最大的且为本地优势树种的连翘为例, 进一步调研分析了“三生”用地结构变化对农户生计的影响。研究结果表明: 1) 20年来洞阳坡小流域“三生”用地结构比例基本保持不变, 呈现出生态用地>生产用地>生活用地。但“三生”用地中生态用地内部的土地利用方式发生了变化, 具体表现为人文作用下, 当地优势树种连翘种植面积显著增加。2) 20年来洞阳坡小流域内生态系统服务价值提高了1528万元, 其主要原因是生态用地中大量草地转化为以种植连翘为主的林地, 林地生态系统服务的提高占生态系统总服务提高贡献率的99.95%。3) 20年来, 连翘林地供给服务的增加占小流域供给服务增加的43.05%, 占小流域生态系统总服务增加的28.02%, 连翘林地生态系统服务供给效益的提高增加了洞阳坡小流域的农户收入使得小流域农户生计水平有所改善, 连翘种植带来的“三生”用地变化对农户收入来源结构起到了优化调整的作用。本研究可为太行山区的生态经济协同发展提供一定的理论依据。
低纬度高原宇宙线快中子土壤水分监测方法适宜性研究
王中金, 吴苏, 吴东丽, 张振强, 赵杰, 李鹏, 陈海波
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210895
摘要(28) HTML(3) PDF(4)
摘要:
宇宙线快中子土壤水分监测方法具有监测范围大、不受土壤盐碱程度影响、实时无损原位测量的特点, 对旱涝预警、节水灌溉、生态环境保护及土壤生产力提升等具有重要意义。为明确宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原的适宜性, 本研究在中国南部开展了大范围烘干称重法测量, 验证宇宙线快中子法准确性, 以频域反射法做连续监测对比, 分析土壤水分相关性, 并结合雨量站观测数据, 研究其对土壤水分连续变化的响应能力。试验结果表明, 宇宙线快中子法与多点烘干称重法的线性拟合优度、均方根误差及绝对误差分别为0.898、0.013 cm3∙cm–3和0.027 cm3∙cm–3, 说明宇宙线快中子法在低纬度高原能够准确测量区域土壤含水量。在较长时间序列上, 宇宙线快中子法与频域反射法10 cm的土壤水分变化趋势完全一致, 线性拟合优度为0.839; 在对降水响应的灵敏性上, 降水量2 mm以上的降水过程, 两种方法均有明显响应, 降水量2 mm以下的降水过程, 宇宙线快中子法要略优于频域反射法。在本试验中, 宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原区是适宜的, 对土壤水分空间变异性不敏感, 对百米级范围的平均土壤含水量的测量准确可信, 测量性能满足当前土壤含水量观测要求, 且能够提供实时土壤水分信息, 有效提高中尺度土壤水分监测效率与精度, 为相关土壤水分监测研究与应用提供参考, 对低纬度高原土地资源开发利用、环境保护、粮食自给等具有重要意义。
钾硅肥配施对胡麻茎秆木质素代谢及抗倒伏特性的影响
徐清, 郭丽琢, 刘亚辉, 高玉红
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210849
摘要(26) HTML(11) PDF(10)
摘要:
通过田间试验, 探讨了钾硅养分耦合对胡麻茎秆木质素代谢及抗倒伏特性的调控效应, 以期为肥料运筹抗倒伏提供依据。选用三因素裂区试验设计, 以品种为主区因素, 设V1(‘陇亚11号’)、V2(‘定亚23号’)两个水平; 钾肥为副区因素, 设K0 [0 kg(K2O)∙hm−2]、K1 [52.5 kg(K2O)∙hm−2]、K2 [105 kg(K2O)∙hm−2] 3个水平; 硅肥为副副区因素, 设Si0 [0 kg(SiO2)∙hm−2]、Si1 [90 kg(SiO2)∙hm−2]两个水平。结果表明, V1和V2的茎秆木质素含量及代谢酶活性具有显著差异。施钾显著提高了木质素含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)和和肉桂醇脱氢酶(CAD)的活性, 且始终保持K1>K2>K0的趋势; 施硅对上述试验指标无显著的主效, 但钾硅肥互作效应显著提升了现蕾之前的木质素含量及整个生育期的PAL、4CL和CAD的活性, 且在K1Si1处理下提升效果最佳。木质素含量与整个生育期的CAD活性极显著或显著正相关, CAD活性的提高是胡麻茎秆木质素含量增加的重要酶学基础。V1的抗折力、抗倒伏指数极显著高于V2; 与K0相比, K1显著提高了茎秆抗折力和抗倒伏指数, K2水平下反之, 且始终保持K1>K0>K2的趋势; 施硅可提高茎秆的抗折力和抗倒伏指数, 且低钾配施硅肥可显著提升茎秆抗折力和抗倒伏指数。木质素含量与抗折力、抗倒伏指数显著正相关, 与实际倒伏率负相关。低钾处理及低钾配施硅肥均显著提高了籽粒产量。综上, ‘陇亚11号’胡麻的抗倒伏性能显著优于’定亚23号’; 52.5 kg(K2O)∙hm−2+90 kg(SiO2)∙hm−2对木质素含量及其代谢酶活性、抗倒伏能力和籽粒产量的提升效果最佳, 且单施钾肥对木质素代谢及抗倒伏特性的提升效果优于单施硅肥。
高丹草“土-草-畜”界面的氮素运移规律
李源, 赵海明, 游永亮, 武瑞鑫, 刘贵波, 杨志敏, 祖晓伟
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210898
摘要(24) HTML(11) PDF(5)
摘要:
探讨施入氮在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 为合理施肥提供理论依据。试验采用15N同位素标记法, 设置0 kg∙hm−2 (CK)、90 kg∙hm−2 (N90)、180 kg∙hm−2 (N180)、270 kg∙hm−2 (N270)、360 kg∙hm−2 (N360)等15N施肥处理, 分析了不同施肥处理下高丹草主要农艺性状的变化以及“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤残留率、损失率、茎叶分配率, “草-畜”界面肉羊、奶牛对施入氮的消化率、利用率、残留率的变化。结果表明, N180处理下的总干草产量显著高于CK、N90处理(P<0.05), 与N270、N360处理无显著差异; “土-草”界面, N180处理下施入氮的植物利用率、土壤残留率最高, 损失率最低, 与N360处理差异显著(P<0.05), 与其他处理无显著差异; “草-畜”界面, N180处理下肉羊对施入氮的利用率显著高于N360处理(P<0.05), 与其他处理无显著差异, N180处理下奶牛对施入氮的利用率最高, 但与其他处理间无显著差异。平均得出, 施入氮在高丹草“土-草”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草吸收23.95%, 损失50.83%; 高丹草茎、叶部位对施入氮的分配规律表现为: 叶(54.35%)>茎(45.65%)。15N标记高丹草被反刍动物消化后, 综合得出, 施入氮在高丹草“土-草-畜(肉羊)”界面施入氮的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 损失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 损失50.83%。研究结果揭示了氮素在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 可为高丹草合理施肥及草畜转化研究提供理论依据。
不同时期接种黄孢原毛平革菌对稻壳和鸡粪堆肥腐殖化的影响
马丽婷, 徐智, 赵兵, 陈妍, 邓亚琴, 王宇蕴
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210903
摘要(12) HTML(9) PDF(3)
摘要:
为了实现稻壳和鸡粪堆肥中木质纤维素的高效降解, 促进堆肥的腐殖化, 采用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)作为接种剂, 设置T1(不接菌)、T2[堆肥降温期(第18天)接菌]和T3[堆肥初期(第0天)接菌]3个处理,通过研究在不同堆肥时期接种黄孢原毛平革菌强化木质素和纤维素降解作用, 关键酶活性变化及其与腐质化过程的偶联, 以确定接种黄孢原毛平革菌对堆肥腐殖化的促进作用。结果表明, 与T1处理相比, T2处理的木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性、木质素和纤维素降解率和腐殖化程度均显著提高(P<0.05)。堆肥结束时, 与T1相比, T2的木质素和纤维素降解率显著提高103.00%和132.67%(P<0.05), 与T3相比, 木质素和纤维素降解率显著提高57.00%和23.08%; 腐殖质含量分别比T1和T3显著提高29.80%和23.48% (P<0.05)。此外, 多种腐熟指标表明T2处理的堆肥品质显著提高, 其腐殖化率、胡富比和胡敏酸百分比分别为51.64%、2.72和73.39%(P<0.05), 明显高于T1和T3处理(P<0.05)。RDA和相关性分析结果表明, 木质素和纤维素的降解与堆肥腐殖化指标呈显著负相关性(P<0.05), 木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性与木质素和纤维素含量呈显著负相关(P<0.05)。因此, 在堆肥降温期接种黄孢原毛平革菌通过提高木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性, 促进了木质素和纤维素的深度降解, 从而强化堆肥的腐殖化过程, 提高了堆肥品质。
生草对果园生态系统服务功能的影响: 全球数据整合分析研究
呼盼, 高晓东, 赵西宁, 于流洋, 何娜娜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210752
摘要(114) HTML(9) PDF(7)
摘要:
定量分析生草对果园生态系统服务功能的影响可为果园土壤管理与生草技术推广应用提供科学依据。本研究搜集了1996—2020年公开发表的相关文献118篇, 从中获得了1387组数据。利用整合分析(meta-analysis)定量研究了果园生草对供给(果实产量和品质)、调节(土壤水分、温度和有机碳)、支持(土壤全氮)等生态系统服务功能的影响, 并从海拔、气候、生草种类、果园类型4个方面阐述生草对果园生态系统服务影响的异质性。结果表明, 与清耕果园相比, 果园生草复合系统显著提高了果实产量与可溶性固形物含量等供给服务功能, 土壤有机碳含量与土壤含水量等调节服务功能, 及土壤全氮含量等支持服务功能, 5项指标的平均增长率分别为20.7%、5.1%、24.7%、8.1%和15.6%。生草对可滴定酸和土壤温度的影响为负效应, 较清耕果园分别平均降低了10.8%和10.6%, 但这种负效应实际上提高了鲜食水果的品质和避免高温对果树的伤害, 因此有利于果园生态系统服务功能提升。果园类型、生草种类、气候、海拔等均对果园生草的生态系统服务效应产生了重要影响, 其中果园类型、气候、海拔对供给服务的影响最为显著。综述研究发现, 果园生草显著提升了果园的供给、调控和支持服务功能, 可为我国清耕果园发展生草管理模式提供重要的科学依据, 对我国果园的提质增效和可持续发展具有重要借鉴意义。
洞庭湖区稻田主要种植模式物质生产及光温资源利用效率的比较
赵杨, 高杜娟, 李超, 陈友德, 崔婷, 童中权, 罗先富
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210698
摘要(19) HTML(10) PDF(4)
摘要:
合理的种植模式可实现作物生长需求和自然资源供给的匹配。比较研究洞庭湖区稻田主要种植模式, 旨在明确该区域优势种植模式, 为优化湖区资源配置和建立丰产高效种植模式提供理论依据。2016—2018年, 选取4种湖区稻田主要种植模式为研究对象, 分析不同模式的干物质生产效率和干物质产能、光温资源利用效率以及经济效益。4种模式中, 冬闲-中稻一熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能、有效积温和光能分配率最低, 分别为18 330 kg∙hm−2和27.00 MJ∙m−2、70.0%和49.2%, 表明湖区冬闲-中稻一熟制模式光温资源利用不充分。而油菜-早稻-晚稻三熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能最高, 分别为31 525 kg∙hm−2和48.22 MJ∙m−2, 但周年平均生育期为364.5 d, 2016—2017年周年有效积温和光能分配率分别达到102.5%和102.6%, 表明部分年份油菜-早稻-晚稻三熟制光温资源欠缺, 难以满足3季作物需求, 且三熟制经济效益最低, 两周年平均为8738元∙hm−2。冬闲-早稻-晚稻两熟制模式生长季集中于4月上旬至10月中下旬, 冬季温光资源浪费, 且周年经济效益平均为9009元∙hm−2, 仅为冬闲-中稻模式的75.3%, 油菜-中稻模式的62.3%。油菜-中稻两熟制模式全年时间平均利用率88.9%, 周年平均有效积温和光能分配率为86.6%和87.7%, 光温资源充足且利用率高, 周年经济效益最高为14 468元∙hm−2, 较其他3种模式分别提高20.9%、65.6%和60.6%。油菜-水稻两熟制模式与其他3种模式综合比较, 可充分利用全年光温资源, 干物质生产效率和产能较高, 也是经济效益最高的种植模式, 适宜在洞庭湖区发展。
太行山东坡中段植物多样性垂直分布格局及其驱动因素
梁红柱, 刘丽丽, 高会, 付同刚, 朱建佳, 苏杨, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210863
摘要(17) HTML(27) PDF(4)
摘要:
太行山东西坡因地形等因素差异呈现不同的生物多样性, 本文聚焦于太行山东坡中段, 研究了植物多样性在海拔梯度上的分布格局及其主要影响因素。根据样方调查数据, 研究了维管植物α多样性和β多样性的垂直分布格局, 由此描述了植物群落的垂直梯度演替特征; 应用植被净初级生产力(MODIS NPP)数据产品, 分析了垂直梯度植物丰富度与NPP和环境因子之间的关系; 运用数量分类学方法, 研究了主导群落优势物种垂直分布的环境因素。结果表明: 太行山东坡中段维管植物群落α多样性垂直分布出现两次峰值, 基本符合“中间高度膨胀”理论; 植物多样性垂直分布与太行山区产水量和NPP垂直格局相一致; β多样性相似性指数在物种丰富度峰值区达到最低, 说明此区段群落间差异性大, 群落间演替速率增大, 致使群落物种多样性增加; 植被NPP与物种丰富度呈现一致的垂直分布格局, 二者显著正相关; RDA、CCA排序分析表明, 影响优势物种垂直分布的主要环境因素是海拔、温度和降水, 与坡度、坡面等地形因子相关性不显著; 综合研究结果, 认为太行山东坡中段维管植物垂直分布格局, 是群落垂直演替进程、环境因素和人为干扰协同作用的结果。
我国西北内陆棉花品种生态区划分与试验环境评价
乔银桃, 孙世贤, 赵素琴, 杨晓妮, 许乃银
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220012
摘要(34) HTML(18) PDF(5)
摘要:
在农作物多环境品种试验中基因型与环境互作(GE)现象是普遍存在的, 品种生态区划分和试验环境评价与选择是提高品种选择效率的有效方法。西北内陆棉区是我国目前最重要的主产棉区, 探索该棉区棉花品种生态区划分和品种试验环境科学评价与选择, 有利于试验环境资源的合理利用和棉花品种试验效率的提升。本研究基于2011—2020年西北内陆棉区国家棉花品种区域试验产量数据, 采用LG双标图和GGE双标图方法探索了试验环境间的相关性模式, 并对各试验环境的代表性、鉴别力和理想指数进行了综合评价。结果表明, 1) LG双标图揭示了西北内陆早熟棉区除乌苏外的沙湾、五家渠、奎屯、石河子、敦煌、博乐和精河等试点均属于同一品种生态区; 南疆早中熟棉区除麦盖提外的巴州、阿拉尔、莎车、库车、拜城、库尔勒和图木舒克等试点属于同一品种生态区。2)各试验环境的鉴别力差异不显著, 而早熟棉区的乌苏试点和早中熟棉区的麦盖提点的代表性及理想指数显著差于其余试点, 其他试点间的差异不显著。3)早熟棉区各试验环境依据理想指数的综合优劣排序为沙湾>精河>五家渠>敦煌>博乐>石河子>奎屯>乌苏, 早中熟棉区各试验环境的理想指数综合优劣排序为巴州>图木舒克>阿拉尔>库尔勒>莎车>拜城>库车>麦盖提。可见, 乌苏和麦盖提点在品种试验方案优化中应当考虑更换, 以提高试验的总体效率。本研究充分展示了LG双标图和GGE双标图在区域试验环境评价中的应用效果, 为西北内陆棉区棉花品种试验方案优化提供了理论依据, 也可为其他作物和其他目标区域的类似研究提供参考。
基于DNDC模型的设施菜地N2O减排潜力评估
柯华东, 孔陈琛, 雷豪杰, 丁武汉, 李虎
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210735
摘要(38) HTML(13) PDF(11)
摘要:
设施菜地因水肥投入高而导致大量N2O排放已成为当前研究热点。N2O作为主要温室气体之一, 探寻N2O减排潜力不仅可为设施菜地碳减排方案的制定提供一定参考, 还可为实现我国“双碳”目标提供科学依据。本研究以京郊典型设施黄瓜-番茄系统为研究对象, 通过田间试验与DNDC模型相结合的方法, 基于田间观测数据对模型进行校验, 然后以农民常规种植模式为基线情景, 改变田间管理措施(灌溉方式、施氮量、有机肥替代化肥等)和调控土壤理化性质[土壤有机碳(SOC)、pH等]为替代情景, 运用DNDC模型通过1250次模拟得到单一情景和多组合情景下N2O排放量, 并评估其减排潜力。结果表明, DNDC模型能够较好地模拟设施菜地土壤温湿度、蔬菜产量和N2O排放量。基线情景下N2O排放总量为12.18 kg(N)∙hm−2。单因子情景分析表明, 设施菜地N2O减排潜力变幅为12.23%~17.58%。敏感性指数显示N2O排放对土壤pH调控和化肥减施的响应相比于对其余单因子较为敏感, 其中相比于基线情景, 1.2倍土壤pH情景和减施30%化肥情景N2O排放量分别降低15.60%和14.86%, 分别为10.28 kg(N)∙hm−2和10.38 kg(N)∙hm−2。多组合因子情景表明, 与基线情景相比, 同时采用滴灌、减少30%的化肥施氮量和减施30%有机肥组合情景, 可降低31.69%的N2O排放。而相同组合在低SOC及高pH的土壤情景中N2O减排潜力可进一步降低, 达到55.58% [6.77 kg(N)∙hm−2]。可见, DNDC模型可较好地模拟田间环境, 克服田间试验中有限的处理设置和较高的监测成本等局限性, 从而为设施菜地N2O排放定量评估和减排评价提供了一个较好的解决方案。DNDC对设施菜地N2O排放的单因子情景和组合情景的模拟结果表明, 结合土壤理化性质调控和水肥管理措施优化是促进设施菜地N2O减排有效的方法。
假单胞菌TCd-1对不同镉耐性水稻品种镉吸收及根际土壤酶活性与镉形态的影响
柳玲林, 汪敦飞, 黄明田, 肖清铁, 游武, 钱鑫, 郑新宇, 林瑞余
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210854
摘要(26) HTML(11) PDF(1)
摘要:
为探究假单胞菌TCd-1降低水稻镉吸收的根际生态机制, 以高镉耐性水稻品种‘特优671’和低镉耐性水稻品种‘百香139’为材料, 通过盆栽土培试验, 研究了接种TCd-1菌株对10 mg∙kg−1镉处理水稻镉吸收、根际土壤镉形态及酶活性的影响。结果表明: 接种菌株后高、低镉耐性水稻品种各部位的镉含量显著降低, 镉富集系数分别降低35.14%、47.79% (P<0.05), 转移系数无显著变化; 根际土壤可交换态镉含量分别显著降低15.89%和23.81% (P<0.05), 铁锰氧化态结合态镉含量显著提高39.58%和28.81% (P<0.05), 有机态镉含量显著提高36.11%和25.00% (P<0.05); 低镉耐性水稻根际土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性依次提高26.74%、12.07%、62.50%、81.17%和5.13%, 多酚氧化酶活性降低12.40%, 高镉耐性水稻的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性依次降低7.19%、9.39%、25.53%、16.20%和11.44%, 过氧化氢酶活性提高5.13%。可见, 假单胞菌TCd-1主要通过降低根际土壤镉的生物有效性、恢复土壤酶活性, 进而提高水稻耐镉能力并抑制水稻对镉的吸收与积累, 对高、低不同镉耐性水稻品种, 接种TCd-1菌株后其镉富集特性、根际土壤酶活性及不同镉形态含量占比均表现出显著差异。
川中丘陵区不同播期玉米生育期气候资源及干旱特征分析—以中江为例
蓝天琼, 李思锦, 兰汉军, 邓长春, 杜霞, 陈谋浩, 崔世磊, 袁继超, 孔凡磊
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210906
摘要(41) HTML(19) PDF(3)
摘要:
川中丘陵区是西南玉米主产区之一, 季节性干旱是该区最主要的农业气象灾害, 研究不同播种时期玉米不同生育阶段气候资源及干旱特征对该区玉米避旱减灾有重大意义。本文以川中丘陵地区的中江为例, 利用1981—2020年四川省中江县气象站地面气象观测资料, 从3月下旬至6月上旬设置8个播期, 分析不同播期玉米生育期主要农业气候资源变化规律, 同时基于作物水分亏缺指数(CWDI)研究不同播期玉米各生育阶段干旱特征, 为川中丘陵区玉米适宜播期选择和生育期内阶段性干旱防御提供科学依据。结果表明: 1)近40年各播期玉米生育期气候资源变化均呈日照时数下降、温度升高、降雨量下降的趋势; 随播期推迟, 日均温、生长度日、高温度日先升后降, 日照时数随播期推迟呈下降趋势, 而降雨量则随播期推迟呈增加趋势。适当推迟播期, 有利于提高玉米对日照、热量、降水资源的综合利用。2)随播期推迟, 玉米播种—拔节、拔节—抽雄阶段CWDI呈明显降低趋势, 3月下旬播种玉米抽雄—灌浆阶段CWDI明显高于其它播期; 推迟播期可降低玉米生育期水分亏缺的危险。3)不同播期玉米最易受旱生育阶段存在差异, 3月下旬、5月下旬、6月上旬播种玉米在播种—拔节阶段干旱频率最高, 4月上旬—5月中旬播种玉米在拔节—抽雄阶段干旱频率最高。4)各播期玉米各生育阶段干旱强度以轻旱、中旱为主, 重旱次之, 特旱最低; 推迟播期玉米干旱强度由中旱降为轻旱为主; 适当推迟玉米播种可降低玉米干旱发生频率, 特别是重旱和特旱发生频率。研究区玉米宜在5月中旬以前播种; 玉米在3月下旬、4月上旬播种时, 应注重预防灌浆期以前的抗旱管理; 4月中旬到5月中旬播种时, 应注重预防抽雄前的抗旱管理, 同时预防灌浆—成熟阶段的高温风险。
我国农田氨挥发研究进展与减排对策
刘伯顺, 黄立华, 黄金鑫, 黄广志, 蒋小曈
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210820
摘要(110) HTML(19) PDF(46)
摘要:
氨挥发是我国农田氮肥损失的主要途径, 不仅降低了氮肥利用效率, 还会造成雾霾、大气干湿沉降和温室效应等生态环境问题。本文简要分析了近10年(2011—2020年)我国农田氨挥发研究现状, 总体上呈迅速发展态势且国际化趋势显著, 但研究的影响力有待提升; 由于我国幅员辽阔, 农田氨挥发呈现较大的时空变异特点, 与作物种类、施肥、气候、土壤以及作物生长期等密切相关, 氨挥发的调控必须因地制宜对氮肥进行科学管理; 农田氨挥发测定方法历经200多年的发展, 由最初的间接估算逐渐发展为化学测量和光谱分析, 测量的精确性和范围都得到了大幅提升。本文也概括总结了我国在农田氨挥发减排上的主要措施以及存在的问题, 提出未来应加强农田氨挥发的微生物学机理和时空变异性研究, 做好测定方法的对比研究及空天地一体化技术的应用, 加强耕作机械化与智能化, 逐步完善减排评价体系等减排对策,旨在为我国未来氨挥发研究和制定合理的减排政策提供参考。
盐镉互作对盐地碱蓬和碱蓬生长及镉吸收的比较研究
吴玉洁, 封晓辉, 张睿, 李静, 刘小京
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210778
摘要(55) HTML(19) PDF(7)
摘要:
利用盐生植物修复盐碱地重金属污染是一种经济有效且安全性高的生物修复方法, 但对于盐和重金属互作对不同盐生植物生长和重金属元素吸收的比较研究不足。本研究采用水培试验方法, 研究比较了盐和镉互作对典型聚盐盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa)和碱蓬(Suaeda glauca)生长和重金属Cd吸收的影响, 并分析了盐对镉吸收的调节作用。试验设置两个盐(S)水平(0、10 g∙L−1 NaCl)和两个镉(Cd)水平(0、5 mg∙L−1 Cd), 共4个处理。研究结果表明, Cd处理显著抑制两种植物的生长, 降低了叶片肉质化程度和根冠比, 且对盐地碱蓬的抑制作用大于碱蓬, 尤其对根部的抑制更明显。盐处理促进两种植物地上部的生长, 且对盐地碱蓬地上部生长的促进作用显著大于碱蓬, 但显著抑制碱蓬根系的生长。镉处理下施加盐显著缓解Cd对两种植物的抑制作用, 且对盐地碱蓬的缓解作用大于碱蓬, 特别是对Cd抑制盐地碱蓬根系生长的缓解作用极为显著。盐地碱蓬和碱蓬地上部Cd含量差异不显著, 盐处理显著降低两种植物地上部Cd含量。盐地碱蓬地上部Na+含量和Na+/Cd高于碱蓬, 但K+含量、K+/Na+和K+/Cd显著低于碱蓬, 盐处理显著促进两种植物地上部Na+的吸收, 且Cd处理进一步促进了地上部Na+的吸收; 盐处理降低K+的吸收以及K+/Na+, 并且碱蓬地上部K+的吸收以及K+/Na+均大于盐地碱蓬。两种植物间以及盐、Cd处理下, 地上部脯氨酸含量差异不明显, 但盐、Cd及其互作有增加地上部脯氨酸含量的趋势。在无胁迫和单一Cd处理下, 盐地碱蓬地上部可溶性糖含量显著高于盐地碱蓬;盐处理显著降低了盐地碱蓬地上部可溶性糖含量, Cd处理显著增加了碱蓬地上部可溶性糖的含量。上述结果表明, 盐地碱蓬和碱蓬的生长对盐、Cd及其互作的响应不同, 盐分可以缓解Cd对生长的抑制作用, 特别是Cd对盐地碱蓬根系生长的抑制作用, 盐地碱蓬更趋向于积累无机渗透调节物质如Na+、而碱蓬更趋向于积累无机渗透调节物质如K+和有机渗透调节物质如可溶性糖来抵御盐镉胁迫。
草地生态系统承载力概念、方法及关键问题
鄢玲艳, 孔令桥, 张路, 欧阳志云, 胡金明
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210905
摘要(54) HTML(52)
摘要:
草地是中国面积最大的陆地生态系统, 具有重要的生态功能, 是牧民赖以生存和发展的物质基础。同时草地生态系统脆弱敏感, 退化严重, 对生态安全和经济发展造成威胁。草地生态系统承载力的研究对实现草畜平衡和草地可持续利用、维护我国生态脆弱区生态安全具有重要意义。本文对草地生态系统承载力相关概念及发展进行了梳理, 提出了草地生态系统承载力评估概念框架。在总结现有草地生态系统承载力评估方法基础上, 重点分析了目前草地生态系统承载力研究方法以及量化模型的不足, 提出了未来需要进一步加强研究的领域和方向。在草地生态系统承载力评估方法上, 当前主要采用载畜量进行量化, 现有方法大多根据牧草生产力及农副产品价格、牧草产量、草地净初级生产力或植被指数估算, 现存问题主要有: 1)产草量受多因素影响, 不同研究区间差异较大, 数据难以准确获取或估算; 2)忽略了野生动物、病虫害导致的牧草损失量; 3)实际载畜量折算未考虑牲畜体重、年龄大小; 4)缺乏较完备的多因素整合模型与预测预警模型。未来应在以下方面深入研究: 1)构建完善的草地生态系统承载力研究基础理论体系; 2)完善草地生态系统承载力评价指标体系, 优化评价模型; 3)加强参数的动态监测和标准化; 4)建立草地生态系统承载力研究预测预警机制, 科学确定草地生态系统承载阈值。
两种积累型番茄对不同难溶态Cd活化与吸收的差异
张玉坤, 高夕彤, 王小敏, 段亚军, 吕诗, 王雪, 路倩影, 冯圣东, 杨志新
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210809
摘要(28) PDF(5)
摘要:
本研究以两种Cd积累型番茄品种(高积累型‘合作8’, 低积累型‘普罗旺斯’)幼苗为研究对象, 通过水培试验, 研究其对两种难溶态Cd (CdS和CdCO3)的活化效果及吸收差异特征, 并分析两种难溶态Cd对植株的生长效应, 为Cd轻度污染土壤中番茄品种的合理选择提供依据。结果表明: 在活化效果方面, CdCO3和CdS处理下高积累型品种‘合作8’使溶液中有效态Cd浓度分别比添加CdCO3但未种植番茄处理C和添加CdS但未种植番茄处理S显著提高62.1%和51.0% (P<0.05); 而低积累型‘普罗旺斯’在CdCO3处理下比对照增加了39.8% (P<0.05), 但在CdS处理下活化效果不明显, 并且‘合作8’对难溶态Cd的活化效果显著高于‘普罗旺斯’。在植株Cd吸收方面, CdS处理下‘合作8’地上部与根部Cd含量显著高于‘普罗旺斯’(P<0.05), 分别提高38.9%和72.2%; CdCO3处理下‘合作8’地上部和根部Cd含量分别比‘普罗旺斯’提高68.0%和77.1% (P<0.05)。与未添加难溶性Cd处理相比, CdS处理对‘普罗旺斯’株高、根长和生物量分别提高了15.0%、10.1%和15.5% (P<0.05), 而‘合作8’株高、根长和生物量分别降低了5.0%、9.8%和11.3% (P<0.05); 同时, 2种难溶性Cd处理下‘合作8’的株高、根长和生物量均显著低于‘普罗旺斯’(P<0.05)。综上, 高积累型番茄品种对两种难溶态Cd活化的促进效果显著高于低积累型番茄品种, 显著提高了Cd的生物有效性, 导致高积累型品种对有效态Cd的吸收积累量也显著高于低积累型品种, 使高积累型番茄植株生长受到了显著抑制。
外源14-羟基芸苔素甾醇对冬小麦小花成粒及生理特性的影响
刘北城, 段剑钊, 戎亚思, 张艳艳, 贺利, 王永华, 郭天财, 冯伟
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210622
摘要(39) HTML(19) PDF(6)
摘要:
为探索14-羟基芸苔素甾醇(14-HBR)对小麦穗花发育成粒的影响, 以多穗型品种‘豫麦49-198’(V1)和大穗型品种‘周麦16’(V2)为材料, 在小麦拔节后20 d叶面喷施0.05 μmol∙L−1的14-HBR, 通过观察穗花发育进程, 测定旗叶碳氮代谢酶和不同器官碳氮含量及产量构成因素, 分析外源14-HBR对穗花发育的调控效应及促粒增产的生理机制。结果表明, 外源14-HBR可以有效增加小麦可孕小花数量, 提高可孕小花和小穗结实率, 对大穗型品种V2促进效果更明显。喷施14-HBR可以提高小麦旗叶Rubisco酶、蔗糖磷酸化酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)以及谷氨酰胺合成酶(GS)和硝酸还原酶(NR)的活性, 且总体上对品种V2的促进效应更高。外源14-HBR可以提高穗和非穗器官的可溶性糖和氮含量及干物质积累量, 促进可溶性糖向穗部转运, 提高穗器官C/N比, 为穗花发育提供充足的碳营养, 且总体对品种V2的促进效果更好。考察V1和V2两品种产量及其构成因素发现, 喷施14-HBR对两品种穗数和千粒重影响较小, 而对穗粒数和产量促进效果显著, 其中产量增幅分别为9.31%和12.03%, 穗粒数增幅分别为9.85%和11.40%。喷施14-HBR主要通过提高小麦碳同化能力, 增强氮素吸收与积累, 促进碳营养物质向穗部转运和分配, 从而为穗花发育提供良好的物质基础以减少可孕小花的退化和败育, 进而提高小花结实数和结实率, 且对大穗型品种的影响更明显。
直灌咸水与施氮磷对重盐碱柽柳地的改良效应
杨莉琳, 杨友山, 李铃蔓, 邱发根, 朱向梅
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210669
摘要(39) HTML(18) PDF(3)
摘要:
为解决滨海重盐碱地春旱、返盐以及缺氮(N)、贫磷(P)的突出问题, 利用当地丰富的地下咸水资源和柽柳固碳(C)、排盐的特性, 在华北低平原区滨海重盐碱区人工柽柳地开展了为期4年的灌溉咸水[不灌水和灌溉地下咸水(盐分为8.02~9.34 g·L−1, W)]与施NP[不施肥(CK、WCK), 单施氮(N、WN)和施氮磷(NP、WNP)]的2因素定位试验, 研究不同处理对土壤盐分、养分和微生物量碳(Cmic)和微生物量(Nmic)的影响, 以达到生物改良盐碱地, 提升绿色生态景观的目标。研究结果显示, 柽柳地首次灌溉咸水, 0~30 cm土壤盐分平均下降32.4%; 但连续3年灌溉咸水柽柳地0~30 cm土层盐分平均上升11.9%~33.6%; 0~90 cm土壤有效P (Olsen-P)含量下降19.4%~32.1%, 0~30 cm Cmic与Nmic含量显著下降。灌溉咸水条件下施用氮磷(WNP)比对照WCK的0~30 cm土层的含盐量下降45.7%, 土壤0~30 cm全N、含水量和30~60 cm的Olsen-P含量均显著下降; 而0~30 cm土层有机质、Cmic和有效钾含量显著提升。P是滨海重盐碱地关键限制性营养元素, 灌溉咸水促进柽柳吸收P进一步加剧土壤P消耗; WNP可缓解滨海重盐碱柽柳地营养元素匮乏的限制, 激活土壤微生物活性, 有效降低因连续直灌咸水引发的土壤次生盐渍化的风险。研究结果为重盐碱地人工柽柳咸水灌溉及养分管理提供依据。
不同播期玉米籽粒灌浆特性及其与气象因子的关系
彭丹丹, 陈大刚, 朱豪, 刘圆圆, 白世豪, 吴超, 徐开未, 陈远学
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210755
摘要(39) HTML(26) PDF(17)
摘要:
为探讨吐丝后玉米百粒重和籽粒灌浆参数与气象因子之间的关系, 以期为成都平原区玉米适期播种及高产高效栽培提供参考依据。本研究以广适玉米品种‘仲玉3号’为供试材料, 设置6个播期处理(3月27日、4月6日、4月16日、4月26日、5月6日、5月16日), 研究不同播期条件下籽粒干物质积累及灌浆特性。结果表明: 随播期推迟, 玉米生育时期缩短, 籽粒产量和百粒重显著降低; 产量下降主要由粒重引起, 而引起粒重降低的原因主要与灌浆速率和灌浆速率达最大值的粒重有关, 同时, 灌浆速率和灌浆速率达最大值的粒重受吐丝后有效积温、日平均温度和降雨量的显著影响。在试验范围内, 籽粒灌浆速率、灌浆速率达最大值的粒重和最终百粒重随日平均温度的升高而增高, 随有效积温的增加呈增大的趋势, 延迟播种, 因玉米灌浆期大量降雨引起灌浆速率降低, 粒重减小; 积温是影响籽粒灌浆和百粒重的主要气象因子, 适时早播玉米生育时期相对延长, 吐丝后有效积温增加有利于籽粒灌浆, 在当地气候条件下, 4月6日左右播种吐丝后有效积温达863.36 ℃时, 灌浆性能较好, 可获得较高的粒重和产量。生产上应根据不同种植制度选择适宜的播种日期, 春播应尽量安排在3月底至4月初播种, 对于需要晚播的区域, 应考虑与前茬作物的关系, 争取在5月上旬完成播种, 避免后期气象因子异常对籽粒灌浆造成不利的影响。
玉米与大豆间作土壤生物学活性对磷有效性影响的定量解析
王瑞雪, 苏丽珍, 张连娅, 王思睿, 王景, 肖靖秀, 郑毅, 汤利
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210636
摘要(37) HTML(34) PDF(18)
摘要:
间作可提高红壤磷有效性, 但缺乏田间试验条件下土壤生物学活性与磷有效性之间关系的定量解析。通过4年的田间定位试验, 研究2017年和2020年玉米/大豆间作、玉米单作2种种植模式和4个施磷水平[P0: 0 kg(P2O5)∙hm−2; P60: 60 kg (P2O5)∙hm−2; P90: 90 kg (P2O5)∙hm−2; P120: 120 kg (P2O5)∙hm−2]下, 磷有效性及其与主要土壤因素的关系, 通过回归分析、冗余分析与结构方程模型分析, 定量解析间作提高红壤磷有效性的机制。结果表明: 玉米干物质量土地当量比(LER)和磷吸收土地当量比(LERp)均大于1, 2020年LER随施磷水平的增加而降低, 但LERp不受磷水平影响。与单作相比, 间作显著提高了速效磷含量, 且种植模式对速效磷含量的影响由2017年的显著水平变化为2020年的极显著水平。回归分析表明, 单作条件下, 相比2017年, 2020年有效磷(速效磷和微生物量磷)与作物磷吸收的线性关系斜率有所降低, 而间作条件下的该斜率有所提高。冗余分析表明, 土壤速效磷和微生物量碳的增加对促进玉米磷吸收的解释量分别由单作中的37.6%和10.0%变化为间作中的33.3%和13.8%。通过结构方程模型分析发现, 碱性磷酸酶活性的提高能够直接提高土壤速效磷含量, 而酸性磷酸酶则通过提高微生物量磷含量进而提高土壤速效磷水平。因此, 在低磷水平条件下, 间作能够通过提高玉米根际土壤微生物量与磷酸酶活性而增强红壤磷有效性, 从而具有维持玉米干物质量及磷吸收量的能力。
马铃薯间作对土壤微生物代谢功能多样性的促进效应及其氮素调控作用
王顶, 李欢, 伊文博, 陈林康, 赵平, 龙光强
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210604
摘要(41) HTML(38) PDF(13)
摘要:
间作是高效利用时间和空间资源的作物种植模式, 是最典型的农业多样性种植模式之一。然而, 地上作物多样性如何影响地下微生物多样性及其氮调控作用尚不清楚。因此, 本研究采用Biolog-Eco微平板法, 在多年田间小区定位试验的第7年, 分析4个氮水平(N0: 0 kg∙hm−2; N1: 62.5 kg∙hm−2; N2: 125 kg∙hm−2; N3: 187.5 kg∙hm−2)下, 马铃薯单作和玉米||马铃薯间作土壤中微生物的功能多样性。结果表明, 与N0相比, 施氮(N1, N2和N3)提高了微生物群落的AWCD值、Simpson指数和Shannon指数, 其中N1处理最高。与相同施氮量的马铃薯单作相比, 玉米马铃薯间作土壤微生物的AWCD值、Simpson指数和Shannon指数更高, 但仅在N0时存在显著差异(P<0.05)。另外, 施氮显著影响了6类碳源的代谢活性(P<0.05)。在马铃薯单作种植土壤中, 施氮提高了微生物对除碳水化合物外所有碳源的代谢能力; 玉米马铃薯间作土壤中, 施氮提高了微生物对聚合物、酚类和胺类化合物(惰性碳源)的代谢能力, 但降低了对碳水化合物、羧酸和氨基酸(活性碳源)的代谢能力。Mantel分析表明, 土壤温度、含水量、土壤有机碳、铵态氮含量和马铃薯生物量是影响微生物碳源代谢活性和功能多样性的主要影响因子, 但铵态氮仅在玉米马铃薯间作土壤中造成显著影响(P<0.05)。网络分析表明, 马铃薯单作(0.930)土壤微生物碳源代谢活性的平均聚类系数略高于间作(0.907), 表明马铃薯与玉米间作削弱了土壤微生物群落代谢过程的稳定性。结果表明地上作物多样性种植提高了地下微生物的代谢功能多样性, 且这种互作关系受施氮的显著调控。
覆盖措施对土壤碳氮及夏玉米产量和水氮利用的影响
王真, 孙军, 杜娅丹, 孙丹, 甘海成, 牛文全
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210574
摘要(56) HTML(22) PDF(10)
摘要:
垄作覆膜和秸秆覆盖有利于提高作物产量和降雨利用效率, 但覆盖对土壤碳、氮变化的影响仍不清楚。本文设置2年田间试验, 共3种处理: 垄作覆膜(RFM)、平作覆盖秸秆(SM)和平作不覆盖(NM), 研究覆盖措施对土壤碳、氮及夏玉米产量和水、氮利用效率的影响。结果表明: 与NM相比, RFM显著提高5 cm土壤温度0.5~1.0 ℃, 显著提高10 cm土壤温度0.2~0.7 ℃ (P<0.05), 加速了土壤有机碳分解, 显著减少土壤有机碳含量4.2%, 显著增强土壤呼吸速率33.2% (P<0.05); 而SM显著降低5 cm土壤温度0.2~1.5 ℃, 降低10 cm土壤温度0.5~1.0 ℃ (P<0.05), 显著增加了土壤有机碳含量21.3%, 显著降低土壤呼吸速率44.0% (P<0.05)。RFM垄沟的土壤硝态氮含量大幅度降低(P<0.05); SM增加了0~80 cm土层土壤硝态氮含量(P<0.05), 减少了深层土壤硝态氮含量; SM和RFM最高分别增加土壤含水率23.8%和15.2% (P<0.05)、玉米氮素吸收37.6%和11.3% (P<0.05)。SM和RFM的地上部干物质积累、氮素收获指数以及作物耗水量提高, 最终显著提高夏玉米产量16.8%和9.2% (P<0.05)、水分利用效率13.0%和9.1% (P<0.05)。覆盖秸秆通过增加土壤水分、有机碳含量和氮的有效性, 提高了夏玉米产量和水、氮吸收利用效率, 是适合半干旱黄土高原雨养农业的有效覆盖方法。
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栾城站专刊
京津冀地区农业生产与水资源利用: 历史与适水转型
齐永青, 罗建美, 高雅, 闵雷雷, 韩琳娜, 沈彦俊
2022, 30(5): 713-722.   doi: 10.12357/cjea.20210726
摘要(1275) HTML(16) PDF(17)
摘要:
京津冀地区是资源型缺水地区, 也是我国的主要农业区之一。本文对京津冀地区农业生产和灌溉水资源利用的历史阶段特征和适水转型进行了分析, 对京津冀地区农业适水转型路线提出建议。1970年代末以来, 井灌为主的灌溉体系基本覆盖平原农区, 小麦玉米占优的作物结构形成, 蔬果产能快速扩大。粮食产量从2136.2万t增加至3944.8万t, 蔬菜产量从1093.7万t增加至5508.4万t, 水果产量从144.0万t增加至1505.2万t。灌溉占地下水消耗的70%, 是京津冀平原区地下水超采的主要原因。近40年来, 京津冀三地农业的差异化发展强化了河北省在京津冀农业生产中的重要性和基础性功能, 也加重了河北平原农业生产和资源节水压力。现有田间试验和作物模型研究结果表明, 通过优化轮作模式, 降低复种指数, 将小麦-玉米一年两熟灌溉高产模式调整为两年三熟或者三年四熟, 减少高耗水的小麦, 适度增加杂粮、薯类或将夏玉米改为春玉米等措施, 可在较小产量损失下, 达到农业耗水与水资源条件的平衡。现有研究明确了通过压缩高耗水作物构建适水种植结构的总体方向, 但对于不同适水轮作模式在中长期时间尺度上的产粮能力与耗水强度的交互关系仍不明晰, 实用高效的适水田间管理与生产技术支撑体系也需不断完善。在政策层面, 需健全京津冀地区农业综合规划与产业发展体系, 统筹长期目标和短期措施, 在保障区域粮食安全和农产品生产稳定的前提下, 有序地推进京津冀地区农业生产的适水转型。
中国冬小麦主产区气候变化及其对小麦产量影响研究
王妍, 张晓龙, 石嘉丽, 沈彦军
2022, 30(5): 723-734.   doi: 10.12357/cjea.20210702
摘要(48) HTML(9) PDF(11)
摘要:
气候变化对农业生产具有重要影响, 明确影响作物产量的关键生育期和限制性气象因子对保障粮食安全具有重要意义。本文基于气象站点和农业站点的观测数据及产量数据, 采用趋势分析法和线性回归法分析了1960—2019年我国冬小麦主产区气象因子的时空分布特征, 解析了产量与气象因子间的回归关系, 确定了典型低产年影响产量的关键生育期和限制性气象因子。结果表明: 1) 1960—2019年, 冬小麦主产区平均温度、有效降水和冷积温(日最低气温低于0 ℃的积温)的分布大致呈南高北低, 而日照时数、气温日较差和热积温(日最高气温高于30 ℃的积温)为北高南低; 平均气温和冷积温呈显著上升趋势, 日照时数和气温日较差显著下降, 有效降水和热积温的变化趋势无明显特征。2) 2000—2019年, 中国冬小麦主产区小麦年均单产为3426~5910 kg∙hm−2, 各省(市)冬小麦产量均呈显著上升趋势(P<0.05); 气象因子对产量贡献率的排序为气温日较差>日照时数>有效降水>冷积温>平均气温>热积温。3)典型低产年, 抽穗至成熟期是气候因子影响产量的关键时期, 限制性气象因子为有效降水、日照时数和气温日较差。综上, 中国冬小麦主产区气候因子的分布特征和变化趋势存在空间异质性, 在气候变化背景下, 应关注气温日较差、日照时数和有效降水对冬小麦生长的影响, 同时重点关注冬小麦抽穗至成熟期上述气象因子对产量的不利影响。
华北平原蒸散发变化及对植被生产力的响应
王林娜, 韩淑敏, 李会龙, 杨永辉
2022, 30(5): 735-746.   doi: 10.12357/cjea.20210922
摘要(44) HTML(14) PDF(6)
摘要:
华北平原是我国粮食主产区, 水资源短缺是限制区域粮食生产和社会经济发展的重要因素。研究蒸散发动态变化、分析演变发展的驱动因素, 对于探明区域水资源演变、优化水资源管理具有重要参考价值。本文基于500 m空间分布率的PML_V2遥感蒸散产品, 选择华北平原和蒸散量变化存在差异的3类农业类型区的4个典型区: 以石家庄和保定为代表的山前平原区, 以衡水为代表的中部低平原区, 以德州为代表的黄河灌区, 对像元尺度蒸散发变化、变化的显著性和影响因素开展研究。结果表明: 1) 2001—2019年, 华北平原年均蒸散量为588.1 mm, 年际变化呈震荡波动上升态势; 小麦季蒸散量受地下水压采、休耕政策影响, 呈不显著下降趋势; 玉米季蒸散量上升趋势显著(P<0.05)。2)基于Theil-Sen Median斜率和Mann-Kendall方法的显著性检验结果表明, 蒸散量显著增加的区域主要位于中部低平原和黄河灌区; 不同土地利用类型下蒸散量变化有显著差异, 农业用地内有85.5%的地区蒸散量变化呈上升趋势, 其中有42.3%达到显著上升(P<0.05), 主要分布在黄河灌区一带, 城市化发展导致城市外围区蒸散量显著减少(P<0.05), 但在北京、天津等大城市内部蒸散量有增加趋势。3)蒸散量与总初级生产力(GPP)和归一化植物指数(NDVI)相关性分析表明, 蒸散量与GPP的相关性较高, 更能反映粮食主产区植被生产力对蒸散发的影响, 尤其在黄河灌区和中部低平原区均达到显著相关水平(P<0.05)。
太行山前平原40年冬小麦作物系数变化及影响因素研究
李昊天, 李璐, 闫宗正, 高聪帅, 韩琳娜, 张喜英
2022, 30(5): 747-760.   doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210342
摘要(1201) HTML(41) PDF(36)
摘要:
作物系数是计算作物需水量的基本参数, 准确确定作物系数在优化灌溉管理方面有重要作用。作物系数随作物生长及环境条件发生变化, 研究作物系数如何受生产条件和气象条件变化的影响, 可为准确确定作物系数提供依据。本研究基于中国科学院栾城农业生态系统试验站1980—2020年40余年间冬小麦在充分灌溉条件下的实际蒸散量, 研究冬小麦作物系数的变化规律; 并利用最近3年的试验数据, 明确现代生产水平下影响冬小麦作物系数的主导因素。结果表明, 1980—2020年间冬小麦在充分供水条件下的实际蒸散量及参考作物蒸散量多年平均值分别为434.7 mm和550.8 mm, 参考作物蒸散量年际相对稳定, 冬小麦实际蒸散量增加17.6%。作物系数多年平均值为0.80, 其中1980—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年平均分别为0.76、0.80、0.81和0.84; 40年间冬小麦产量增加42.4%, 作物系数增加11.6%, 作物产量提升是作物系数升高的主要原因。本研究表明在现状生产条件下, 叶面积指数、生物量是影响作物系数的重要因素, 在叶面积指数较高的情况下作物系数主要受饱和水汽压差及环境温度的影响, 2017—2020年冬小麦3个生育期作物系数分别是0.79、0.86和0.79; 生育期蒸散量均值为442.3 mm, 主要生育期3年平均作物系数分别为播种—越冬前0.70、越冬期间0.42、返青—拔节期0.76、拔节—抽穗期1.18、抽穗—灌浆期1.39、成熟期0.96。本研究结果显示作物系数并不是稳定不变的, 而是受作物生产力和大气蒸散力的影响。因此, 在利用作物系数和参考作物蒸散量评价作物需水量时, 需要综合考虑上述因素。
长期增温和施氮对华北平原农田土壤呼吸及其温度敏感性的影响
胡文沛, 张闯, 胡春胜, 董文旭, 王玉英
2022, 30(5): 761-768.   doi: 10.12357/cjea.20210237
摘要(38) HTML(15) PDF(11)
摘要:
在全球气候变暖与氮沉降不断加剧的背景下, 作为我国粮食主产区之一的华北平原农田土壤呼吸如何响应气候变暖和氮沉降增加成为亟待解决的问题。本文在华北平原冬小麦单作土壤布置了11年野外增温和施氮肥试验, 包括对照(CK)、红外增温(W)、施氮肥(N)和红外增温+施氮肥(WN) 4个处理, 采用静态箱-气相色谱法测定了2018—2020年土壤呼吸速率及其温度敏感性。结果表明: 2018—2020年, W和WN处理使5 cm深土壤温度平均提升约2 °C, 使土壤体积含水量下降2.4%。不同处理间土壤呼吸速率呈现明显的季节动态, 冬小麦3—6月生长季平均土壤呼吸速率(329.06 mg∙m−2∙h−1)显著高于11—3月休眠季(25.21 mg∙m−2∙h−1)(P<0.05)。2018—2020年, 与CK相比, W和WN处理分别使土壤呼吸速率提高16.8%和19.3% (P<0.05), 而N处理未显著影响土壤呼吸速率。W和WN处理2018—2020全年土壤呼吸的温度敏感性(Q10)低于N和CK处理, 即WN(1.65)<W(1.70)<N(1.78)<CK(1.80)。Q10存在明显季节性变化, 休眠季高(平均2.93), 生长季低(平均1.81)。本研究表明增温降低了Q10, 且Q10存在明显的季节性差异, 这有助于提升未来碳估算模型精度。
华北平原农田关键带分类研究
马婉君, 闵雷雷, 齐永青, 刘美英, 吴林, 沈彦俊
2022, 30(5): 769-778.   doi: 10.12357/cjea.20220042
摘要(33) HTML(18) PDF(4)
摘要:
地球关键带是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈相互作用并发生物质迁移转化的区域, 也是决定人类社会生存和发展的关键区域。我国学者根据土地利用的差异对地球关键带开展了分类, 其中农田关键带是人类活动影响最为强烈的一类。但已有研究更多考虑的是地表要素, 包含包气带和含水层方面的要素较少, 对关键带地下部分的属性关注不够。华北平原作为我国重要粮食高产区, 地下水超采严重, 农业生产引起的环境污染风险日益引发关注。开展农田关键带分类研究可以为该区域地下水水量/水质演化及保护提供基础科学支撑。本研究综合考虑华北平原的第四纪沉积物特征、浅层地下水埋深、地下水矿化度以及农业土地利用类型等要素, 在遵循综合性原则和主导因素原则的基础上, 制定了华北平原农田关键带三级分类方案。通过使用叠置法对分类要素进行叠加和合并, 提出了华北平原农田关键带的分类方案, 将华北平原分为38个农田关键带类型。本研究对于深入认识农业活动对地下水环境的影响具有重要意义。
小麦抗白粉病基因Pm2的研究进展
靳玉丽, 谷田田, 柳洪, 安调过
2022, 30(5): 779-786.   doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210279
摘要(289) HTML(51) PDF(18)
摘要:
小麦是我国重要的粮食作物之一, 其高产、稳产对保障我国粮食安全至关重要。由布氏白粉病菌(Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt)引起的白粉病是威胁小麦安全生产的主要病害之一。当前, 小麦白粉病主要通过喷洒化学药剂和改善栽培措施进行防治, 与之相比, 发掘并利用小麦抗白粉病优异基因, 培育抗病品种是控制白粉病流行更为经济、环保和有效的措施。位于小麦5D染色体短臂上的抗白粉病基因Pm2编码一个CC-NBS-LRR蛋白, 其抗性表现优异, 载体材料综合农艺性状优良, 是小麦抗白粉病育种中应用最广泛的基因之一。本文从Pm2基因位点的发现与分子标记定位、等位基因的发掘与利用、基因克隆、功能标记的开发、单倍型分析、无毒基因的研究以及在育种上的应用等方面系统总结了Pm2相关的最新研究进展, 提出了: 1) Pm2不同等位基因抗谱存在差异可能是由遗传背景的不同和其他调控因子以及白粉菌高度杂合所致; 2) 在抗病育种中应当合理布局利用抗白粉病基因Pm2, 从而延长其使用寿命; 3) 深入发掘并利用新的抗病基因及优异等位变异, 加强种质创新, 是保证小麦持久抗性的根本手段。本文为小麦抗白粉病基因Pm2抗病机制的进一步解析和育种应用提供了理论依据。
谷子耐盐性研究进展及展望
刘雯雯, 乔匀周, 杨红, 李永鹏, 乔文君, 董宝娣, 刘孟雨
2022, 30(5): 787-798.   doi: 10.12357/cjea.20210424
摘要(116) HTML(72) PDF(25)
摘要:
随着农业种植业结构调整, 谷子作为一种抗旱耐瘠薄作物在干旱盐碱地区的种植越来越受到重视。系统深入梳理谷子的耐盐性及盐胁迫下的生理生态响应特性, 对增加盐碱地区谷子产量、提高农民收入具有重要指导意义。本文从谷子的耐盐性筛选指标及评价、盐胁迫下植株生长发育变化规律和生理生态响应以及谷子耐盐基因发掘等3个方面, 综述了国内外研究进展。目前谷子耐盐鉴选指标单一, 主要依赖于谷子萌发期的发芽率, 而其他生理生态指标未被充分考虑; 因谷子品种和土壤盐分的不同, 谷子植株地上地下农艺性状、光合特征、清除活性氧相关酶类以及激素响应特征存在差异, 建立综合鉴选指标存在困难; 谷子耐盐基因的表达与作用发挥与环境条件, 如高盐、干旱(PEG)和脱落酸(ABA)等相关, 通过特定蛋白来增强抗氧化系统、保护细胞不受损伤以及提高抗渗透胁迫能力等提高谷子的耐盐性。在此基础上, 本文提出了建立谷子耐盐综合鉴选量化标准和平台、深入开展谷子耐盐调控机理研究、进一步研发谷子耐盐栽培技术体系是未来重要的研究方向。
蔬菜咸水灌溉研究进展
陈佩, 王金涛, 董心亮, 田柳, 张雪佳, 刘小京, 孙宏勇
2022, 30(5): 799-808.   doi: 10.12357/cjea.20210850
摘要(39) HTML(15) PDF(10)
摘要:
我国淡水资源严重短缺且分布不均, 开发利用储量丰富的咸水资源对于保障水安全战略具有重要的意义。我国蔬菜种植面积和产量居世界首位, 蔬菜既是产量较高也是耗水量较大的经济作物。如何安全利用咸水资源, 拓宽蔬菜灌溉用水供应来源, 保证蔬菜生产是淡水短缺地区面临的主要问题, 也是当今咸水利用方面的研究重点和难点。因此, 本文从咸水资源利用潜力、咸水灌溉应用状况、咸水灌溉对蔬菜生长、产量和品质的影响等方面对咸水灌溉在蔬菜种植中的高效利用机理、技术及未来发展趋势进行了综述。利用2.4~11.83 dS∙m−1的咸水灌溉虽使蔬菜产量降低6.21%~63.05%, 但蔬菜品质提高6.25%~74.07%, 采用适宜的咸水灌溉调控技术, 优化灌溉策略可提高咸水灌溉的利用效率, 在未来微咸水利用和扩大蔬菜种植面积中可发挥重要作用。
多源土壤水分产品在河北平原的适用性评价
石嘉丽, 张晓龙, 闵雷雷, 张婧, 王妍, 沈彦军
2022, 30(5): 809-819.   doi: 10.12357/cjea.20210697
摘要(63) HTML(32) PDF(12)
摘要:
河北平原地处华北平原中部, 是我国重要的粮食产区, 是世界上冬小麦、夏玉米最高产的地区之一。土壤水分作为作物生长的直接水源和基础条件, 对灌溉决策、干旱预报均有重要意义。虽然多源土壤水分产品已获得了长足发展, 但其在河北平原的适用性还缺乏全面的定量评价。本文利用河北平原望都、霸州、威县、栾城4个站点2018年1月至2019年10月的表层10 cm土壤水分实测数据, 通过相关系数、偏差、均方根误差、无偏均方根误差4个指标, 对比分析了SMOS、SMAP、FY3B、ERA-Land、GLDAS、GLEAM等6种土壤水分产品在河北平原典型农田的具体表现。整体而言, 除夏季FY3B存在高估外, 多源土壤水分产品对河北平原不同站点实际土壤含水量有不同程度的低估, 研究时段内各土壤水分产品平均相关系数排序为GLEAM>FY3B>ERA-Land>GLDAS>SMAP>SMOS, 平均无偏均方根误差排序为GLEAM<GLDAS<SMAP<ERA-Land<SMOS<FY3B。具体表现为: 1)同化多源数据的GLEAM、GLDAS、ERA-Land数据精度较好, 平均相关系数较大而平均无偏均方根误差较低。在土壤含水量高的夏季, 模拟数据更接近实测值。2) FY3B数据缺失较多、波动范围较大且平均无偏均方根误差较大, 但与实测数据相关性较好, 平均相关系数为0.43 m3·m−3, 夏季普遍高估土壤含水量, 数据精度较差, 其他季节则低估。3) SMAP整体数据精度高于SMOS, 夏季相关性较高但平均无偏均方根误差较大, 秋季则与之相反, 当实测土壤水介于0.30~0.40 m3∙m−3时表现较好。4) SMOS因射频干扰等原因在各站点表现最差, 各站点平均相关系数仅为0.20 m3·m−3, 偏差均大于0.10 m3∙m−3
秸秆覆盖温度效应对冬小麦农艺和生理性状的影响
陈素英, 牛君仿, 张喜英, 邵立威, 姚振刚, 李建波
2022, 30(5): 820-830.   doi: 10.12357/cjea.20220120
摘要(38) HTML(11) PDF(20)
摘要:
秸秆覆盖是一项有效的节水保墒技术, 广泛应用于农业生产。而对于凉季生长的作物, 秸秆覆盖引起的温度效应对作物生长发育的影响大于秸秆覆盖的保墒效应, 会导致作物减产。利用大田试验研究秸秆覆盖冬小麦的温度效应对冬小麦生理和农艺性状的影响, 探明秸秆覆盖引起冬小麦减产的机理。试验设置4个秸秆覆盖量处理: 不覆盖(CK)、低覆盖量(2450 kg∙hm−2, LM)、中覆盖量(3675 kg∙hm−2, MM)和高覆盖量(7350 kg∙hm−2, HM), 调查不同处理对土壤温度、冬小麦内源激素含量、茎伤流液离子浓度、农艺性状[植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、地上部干物质积累、根长]及产量的影响。结果表明: 秸秆覆盖提高了冬季土壤温度, 降低了春季返青期土壤温度。由于冬季冬小麦生长发育停止, 秸秆覆盖的增温效应对冬小麦生长影响较小。春季返青期, 冬小麦开始快速生长, 秸秆覆盖对根区土壤温度的降低效应显著抑制了冬小麦的生长发育。返青期冬小麦茎生长素(IAA)含量在低、中和高覆盖量下分别是不覆盖处理的1.7倍、2.5部和2.7倍, 较高的IAA含量抑制了冬小麦的生长。覆盖处理茎中生长素和玉米素核苷比值(IAA/ZR)增加, 抑制了分蘖的生长。秸秆覆盖下冬小麦农艺性状如根长密度、NDVI和RVI、密度和地上部生物量显著低于CK。至拔节期随着秸秆覆盖对土壤温度影响减弱, 覆盖处理茎中的IAA含量显著降低, 并低于CK处理, IAA/ZR比值也迅速下降, 与CK间差异减小, 茎中伤流液中离子浓度覆盖处理均高于CK, 均表明覆盖处理下小麦的生理功能加强, 但至拔节期覆盖处理下的冬小麦各农艺性状仍然低于CK, 秸秆覆盖下的冬小麦抽穗和扬花期比不覆盖晚2 d, 最终覆盖处理的冬小麦产量低于CK。秸秆覆盖对土壤温度、生理性状和农艺性状的影响随着覆盖量的增加而增加。综上研究表明, 秸秆覆盖引起的返青期土壤温度偏低延缓冬小麦生理过程, 是导致冬小麦产量降低的主要原因, 消减返青期秸秆覆盖层的温度效应是解决秸秆覆盖影响冬小麦产量的有效途径。
华北平原小麦新型耕作施肥播种方式增产增效研究
徐萍, 杨宪杰, 冯佐龙, 孙彦玲, 杨震, 张西群, 邓学斌, 史家益, 张正斌
2022, 30(5): 831-841.   doi: 10.12357/cjea.20210851
摘要(236) HTML(29) PDF(9)
摘要:
华北平原是我国夏玉米-冬小麦主产区, 但长期大面积免耕播种玉米和旋耕播种小麦, 导致耕层普遍变浅, 增产增效幅度下降, 同时华北平原又是地下水严重超采区和现代节水农业发展重点区。为了打破犁底层、提高水分和养分等资源利用效率, 减少耕种作业次数、降低生产成本并增产增效, 本研究采用裂区试验设计, 主区为前茬设置免耕玉米播种和遁耕分层施肥玉米播种2个处理, 免耕玉米播种主区里设置人工施肥-旋耕-小麦条播(T1)、人工施肥-旋耕深松-小麦条播(T2) 2个副区; 玉米遁耕分层施肥处理主区后茬为人工施肥-旋耕-小麦条播(T3)、旋耕深松分层施肥小麦宽幅匀播(T4) 2个副区处理, 在分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟期, 对小麦生长发育、干物质积累和产量构成性状进行了调查和差异比较; 最后对小麦水分利用效率和偏氮肥生产力、玉米-小麦周年总产及产出/投入比进行了分析。结果表明, T4处理模式明显能够降低0~40 cm耕层土壤容重, 增加深层土壤含水率, 同时优化了耕层养分分布, 增加了小麦株高、分蘖、地上部干物质重量、0~40 cm耕层的根干重, 进而提高了单位面积穗数和穗粒数, 实现节水高产; 籽粒产量表现为T4 (8333.75 kg∙hm−2)>T3 (8222.63 kg∙hm−2)>T2 (7778.17 kg∙hm−2)>T1 (7000.35 kg∙hm−2); T4、T3、T2处理分别比T1处理显著增产19.05%、17.46%和11.1%; 提高了水分利用效率和偏氮肥生产力; T4处理累计全年粮食总产达19 469.7 kg∙hm−2, 超过了吨粮田(15 000 kg∙hm−2), 产出/投入比达3.76, 是华北平原玉米-小麦周年节水绿色提质增产增效的耕作模式。本文揭示了不同耕作施肥播种条件下, 小麦产量形成的生长发育特征和增产要素及玉米-小麦周年增产增效特征。建议加快在华北平原示范推广“小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播技术”。
增温施肥对农田土壤有机碳和全氮含量及δ13C、δ15N值的影响
李佳珍, 董文旭, 陈拓, 胡春胜
2022, 30(5): 842-850.   doi: 10.12357/cjea.20220071
摘要(26) HTML(6) PDF(8)
摘要:
农田土壤是重要的碳氮库, 对气候变化极其敏感, 但土壤碳氮循环对气候变化的响应目前还不清楚。在全球变暖背景下, 为了实现我国碳达峰、碳中和目标, 研究增温对土壤有机碳、全氮含量及其碳氮同位素的影响具有重要的现实意义。本研究采用红外辐射加热器模拟全球变暖, 使5 cm土壤温度增加约2 ℃。通过测定灌溉前后土壤有机碳和全氮含量及δ13C和δ15N值的变化, 研究增温、施氮和灌溉对华北平原小麦田土壤碳氮库的影响。试验共设4个处理: 不施氮不增温(N0T0)、不施氮增温(N0T1)、施氮不增温(N1T0)和施氮增温(N1T1)。结果表明: 灌溉前, 增温降低了土壤有机碳含量, 0~10 cm土层N1T1处理与不增温处理(N0T0和N1T0)之间差异显著(P<0.05), 10~20 cm土层N1T1处理与其他处理差异均显著(P<0.05); 灌溉后, 增温虽有降低土壤有机碳含量的趋势, 但差异不显著; 施氮条件下, 增温显著提升了δ13C值(P<0.05)。增温降低了土壤全氮含量, 并在灌溉前10~20 cm土层和灌溉后0~10 cm土层达显著水平(P<0.05); 增温提升了土壤δ15N值, 灌溉前0~10 cm土层N0T0处理与增温处理(N0T1和N1T1)差异显著(P<0.05), 灌溉后0~10 cm土层仅N0T1和N1T0处理间差异显著(P<0.05), 而10~20 cm土层增温处理(N0T1和N1T1)均与N1T0处理差异显著(P<0.05)。同一处理同一时期, 土壤有机碳和全氮的含量随土壤深度的增加而降低, δ13C和δ15N值随深度增加而升高, 但土壤有机碳和δ13C值的变化差异不显著, 全氮含量和δ15N值的变化差异显著(P<0.05)。土壤有机碳、全氮含量及δ13C和δ15N值在灌溉前后的差异均不显著。连续5年的增温施氮试验表明, 未来气候变暖可能会加快土壤有机碳和全氮的分解, 造成更多轻组有机碳损失。灌溉在短期内不会显著改变土壤碳氮含量及δ13C和δ15N值, 但其长期影响还需进一步探究。此外, 未来研究还应该重视多因素交互作用对土壤碳氮循环的影响。
Runoff conditions in the Fuping Basin under an ensemble of climate change scenarios
ROMAINE Ingabire, CAO Bo, CAO Jiansheng, ZHANG Xiaolong, LIU Xia, SHEN Yanjun
2022, 30(5): 851-863.   doi: 10.12357/cjea.20210725
摘要(32) HTML(14) PDF(14)
摘要:
Changes in runoff are of great significance for water resources management, especially under the changing climate. In the Fuping Basin, one of the basins in the upper reaches of the Daqinghe Basin, the water resources are facing changes which show great importance of further studies on runoff conditions in the future in this basin. Hence, in this paper, MIKE11-NAM model was applied to simulate daily runoff (2008−2017) and future runoff conditions under a changing climate in the near future (2025−2054) in the Fuping Basin. After bias correction, an ensemble of four regional climate models (RCMs) was used to develop future climate data under three shared socio-economic pathways (SSP1-2.6, SSP2-4.5, and SSP5-8.5) scenarios. The obtained results showed a good performance of the MIKE11-NAM model in simulating daily runoff. R2 and Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) were 0.82 and 0.81 for calibration, 0.87 and 0.87 for validation, respectively. Although uncertainties remain, the correlation between observed and simulated RCM data was improved after bias correction for all models. Precipitation and temperature were projected to increase under all scenarios compared to the baseline period (1985−2014). Annual temperature and precipitation will increase by 2.45 ℃ and 124 mm under the SSP5-8.5 and SSP2-4.5 scenarios, respectively. However, precipitation is expected to mainly increase in summer while temperature will increase in all the seasons. The projected annual runoff will increase under SSP2-4.5 while decreasing under SSP1-2.6 and SSP5-8.5 scenarios. Seasonally, the future runoff will decrease during spring and summer under all the scenarios. Generally, the changes in runoff conditions will be more obvious in the future. Our findings can be important for integrated water resources management and planning in this region.
随机森林模型在径流变化归因分析中的适用性研究
王艺璇, 刘夏, 沈彦军
2022, 30(5): 864-874.   doi: 10.12357/cjea.20210652
摘要(101) HTML(34) PDF(15)
摘要:
气候变化和人类活动是影响流域径流变化的两大因素, 定量识别二者对流域径流的影响对水资源合理开发和流域综合治理具有重要意义。随机森林模型作为一种易于使用的机器学习方法, 被越来越多地应用于水文学领域, 然而随机森林模型在径流变化归因分析中是否具有适用性值得探讨。本文以永定河上游的洋河流域为例, 基于随机森林模型对流域径流进行了模拟, 采用径流影响评价模型定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率; 并利用基于物理机制的SWAT模型对研究结果进行了对比验证。研究结果表明: 1)在对不同子流域径流模拟效果方面, SWAT分布式水文模型对东洋河(柴沟堡东站)、南洋河(柴沟堡南站)、洋河(响水堡站)流域突变前的径流量模拟结果较为可信, 3个流域率定期和验证期的R2均在0.65以上, 纳什系数(NSE)也大部分在0.65以上; 随机森林模型对3个流域模拟径流的NSE和R2多在0.80以上, 均高于SWAT模型的NSE和R2, 随机森林模型模拟表现优于SWAT模型; 2)对比验证发现, 基于随机森林模型和SWAT模型的流域径流变化归因分析结果较为相近, 人类活动是导致永定河上游流域径流变化的主要原因, 对径流减少的贡献率为84.3%~97.6%。总体上, 随机森林模型在永定河上游流域径流变化归因研究中具有一定的适用性, 为流域径流变化贡献率的定量识别提供了一种新的方法和思路。

主       编:刘昌明

主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所 中国生态经济学学会

承办单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所中国生态经济学学会

ISSN 2096-6237
CN 13-1432/S
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