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中国农业碳排放效率测度、空间溢出与影响因素
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耕作与秸秆还田方式对碳氮在土壤团聚体中分布的影响
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政策激励、生态认知与农户有机肥施用行为——基于有调节的中介效应模型
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秸秆还田与施肥方式对稻麦轮作土壤细菌和真菌群落结构与多样性的影响
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doi: 10.12357/cjea.20230227
摘要:
为探明不同程度盐胁迫对现蕾期食用型向日葵(下称“食葵”)光合作用的影响, 测定分析轻度(全盐量1.00 g∙kg−1, LS)、中度(全盐量2.68 g∙kg−1, MS)和重度(全盐量4.93 g∙kg−1, HS)盐胁迫下, 现蕾期食葵不同叶位叶片的光合性能和冠层结构参数。结果表明, 盐胁迫降低了食葵叶片的净光合速率(Pn), 其中MS和HS处理的Pn最大值较LS分别降低5.09%和38.69%, 并减少了具有较高光合速率的叶片数量。盐胁迫降低了食葵顶叶的Pn, MS、HS处理的食葵顶叶Pn最大值较LS分别降低8.08%、14.66%。LS处理的光合速率受到气孔和非气孔双重因素的影响, 而MS、HS处理主要受非气孔因素的影响。盐胁迫改变了食葵的株型, LS处理的冠层结构呈宝塔型, 而MS和HS处理的冠层结构分别呈平展型和圆柱体型。盐胁迫会减小食葵总叶面积和主要功能叶面积, 其中HS处理的总叶面积较LS、MS处理分别降低56.03%、47.74%, HS处理的最大单叶面积较LS、MS处理分别降低38.71%、49.46%; 同时HS处理叶倾角最大值与LS、MS处理相比分别提高30.92%、14.59%。总之, 盐胁迫会明显降低食葵主要功能叶片的光合性能和叶面积, 并使其冠层结构由伸展型向收缩型变化, 进而抑制植株正常生长。
为探明不同程度盐胁迫对现蕾期食用型向日葵(下称“食葵”)光合作用的影响, 测定分析轻度(全盐量1.00 g∙kg−1, LS)、中度(全盐量2.68 g∙kg−1, MS)和重度(全盐量4.93 g∙kg−1, HS)盐胁迫下, 现蕾期食葵不同叶位叶片的光合性能和冠层结构参数。结果表明, 盐胁迫降低了食葵叶片的净光合速率(Pn), 其中MS和HS处理的Pn最大值较LS分别降低5.09%和38.69%, 并减少了具有较高光合速率的叶片数量。盐胁迫降低了食葵顶叶的Pn, MS、HS处理的食葵顶叶Pn最大值较LS分别降低8.08%、14.66%。LS处理的光合速率受到气孔和非气孔双重因素的影响, 而MS、HS处理主要受非气孔因素的影响。盐胁迫改变了食葵的株型, LS处理的冠层结构呈宝塔型, 而MS和HS处理的冠层结构分别呈平展型和圆柱体型。盐胁迫会减小食葵总叶面积和主要功能叶面积, 其中HS处理的总叶面积较LS、MS处理分别降低56.03%、47.74%, HS处理的最大单叶面积较LS、MS处理分别降低38.71%、49.46%; 同时HS处理叶倾角最大值与LS、MS处理相比分别提高30.92%、14.59%。总之, 盐胁迫会明显降低食葵主要功能叶片的光合性能和叶面积, 并使其冠层结构由伸展型向收缩型变化, 进而抑制植株正常生长。
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doi: 10.12357/cjea.20230323
摘要:
全球气候变暖问题日益严峻, 复杂的气候变化导致全球积雪格局发生明显变化。基于此, 本研究于2020年11月—2022年5月采用人工控制积雪深度的方法, 将试验区样地分为3个处理组, 分别为增雪组(TS)、除雪组(TR)和对照组(C), 通过测定土壤环境因子、有效碳氮含量、微生物量、脲酶活性以及蔗糖酶活性, 分析各指标的季节性动态变化过程。田间野外试验表明, 除雪处理会导致土壤温湿度显著降低。此外, 除雪处理在冬季早期显著增加了土壤无机氮含量, 加雪处理与之相反。从深雪期开始, 除雪处理在一定程度上造成了土壤无机氮的流失, 但增加了可溶性有机碳和可溶性有机氮含量。除雪处理使土壤微生物活性在冬季大部分时间保持较高水平, 但进入作物生长早期后, 除雪处理的土壤微生物活性明显降低。积雪的减少显著降低了土壤脲酶和蔗糖酶的活性, 积雪的加深与之相反。本研究证明了未来积雪变化将导致土壤有效碳氮及微生物活性的动态变化特征发生转变。研究结果为进一步探究气候变暖背景下中国东北黑土区陆地生态系统的物质循环过程提供了一定理论基础和科学依据。
全球气候变暖问题日益严峻, 复杂的气候变化导致全球积雪格局发生明显变化。基于此, 本研究于2020年11月—2022年5月采用人工控制积雪深度的方法, 将试验区样地分为3个处理组, 分别为增雪组(TS)、除雪组(TR)和对照组(C), 通过测定土壤环境因子、有效碳氮含量、微生物量、脲酶活性以及蔗糖酶活性, 分析各指标的季节性动态变化过程。田间野外试验表明, 除雪处理会导致土壤温湿度显著降低。此外, 除雪处理在冬季早期显著增加了土壤无机氮含量, 加雪处理与之相反。从深雪期开始, 除雪处理在一定程度上造成了土壤无机氮的流失, 但增加了可溶性有机碳和可溶性有机氮含量。除雪处理使土壤微生物活性在冬季大部分时间保持较高水平, 但进入作物生长早期后, 除雪处理的土壤微生物活性明显降低。积雪的减少显著降低了土壤脲酶和蔗糖酶的活性, 积雪的加深与之相反。本研究证明了未来积雪变化将导致土壤有效碳氮及微生物活性的动态变化特征发生转变。研究结果为进一步探究气候变暖背景下中国东北黑土区陆地生态系统的物质循环过程提供了一定理论基础和科学依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230378
摘要:
植物多样性是乡村生态振兴和可持续发展的基石, 研究乡村植物多样性特征及其影响因素对维持、提升乡村生物多样性具有重要理论和实践意义。本研究通过野外调查, 解析闽西生态保护型乡村常口村植物种类组成和群落类型, 阐明自然因素和人为活动因素对乡村植物群落组成的影响。本研究主要结果如下: 1)共调查到578种植物物种, 隶属130科378属, 其中野生植物物种396种, 农业栽培物种53种, 表现出高度的植物多样性; 外来入侵植物有17种, 以菊科为主, 尚未对乡村生态环境构成威胁。2)共发现106个群系, 其中自然与半自然植被52个, 农业植被25个, 绿地植被29个, 群系类型具有地域代表性; 自然与半自然植被以森林为主, 农业和绿地植被面积很小, 绿地植被以樟树+桂花配置为主, 其种类组成主要为亚热带乡村常见的绿化树种。3)整体上乡村不同地点的物种组成差异与彼此间综合环境因子差异显著正相关, 其中自然与半自然植被的物种组成主要受自然因素的制约, 绿地植被的物种组成差异随距道路距离和距居民点距离的增加而显著增加。结果表明, 生态保护型乡村是植物多样性的重要保留地, 具有重要的维护价值; 乡村不同空间的植物种类组成及其群落类型截然不同, 海拔在其中扮演着关键作用。研究结果突出了将生态保护型乡村纳入现有国家和区域生物多样性保护管理体系的必要性, 强调了乡村植物多样性的分区管理和构建生境网络等多种维护与提升策略, 为我国其他地区乡村振兴过程中植物多样性维护提供了有益的示范与借鉴。
植物多样性是乡村生态振兴和可持续发展的基石, 研究乡村植物多样性特征及其影响因素对维持、提升乡村生物多样性具有重要理论和实践意义。本研究通过野外调查, 解析闽西生态保护型乡村常口村植物种类组成和群落类型, 阐明自然因素和人为活动因素对乡村植物群落组成的影响。本研究主要结果如下: 1)共调查到578种植物物种, 隶属130科378属, 其中野生植物物种396种, 农业栽培物种53种, 表现出高度的植物多样性; 外来入侵植物有17种, 以菊科为主, 尚未对乡村生态环境构成威胁。2)共发现106个群系, 其中自然与半自然植被52个, 农业植被25个, 绿地植被29个, 群系类型具有地域代表性; 自然与半自然植被以森林为主, 农业和绿地植被面积很小, 绿地植被以樟树+桂花配置为主, 其种类组成主要为亚热带乡村常见的绿化树种。3)整体上乡村不同地点的物种组成差异与彼此间综合环境因子差异显著正相关, 其中自然与半自然植被的物种组成主要受自然因素的制约, 绿地植被的物种组成差异随距道路距离和距居民点距离的增加而显著增加。结果表明, 生态保护型乡村是植物多样性的重要保留地, 具有重要的维护价值; 乡村不同空间的植物种类组成及其群落类型截然不同, 海拔在其中扮演着关键作用。研究结果突出了将生态保护型乡村纳入现有国家和区域生物多样性保护管理体系的必要性, 强调了乡村植物多样性的分区管理和构建生境网络等多种维护与提升策略, 为我国其他地区乡村振兴过程中植物多样性维护提供了有益的示范与借鉴。
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doi: 10.12357/cjea.20230377
摘要:
外来入侵植物严重威胁着乡村地区植物多样性并削弱了其生态系统服务功能, 成为乡村振兴和美丽乡村建设中亟待解决的突出问题。本研究选择江南休闲旅游型乡村牌坊社区, 基于127个植物群落样地调查数据, 定量探究了外来入侵植物加拿大一枝黄花入侵特征及其影响因素。结果发现: 1)加拿大一枝黄花的高度分布呈正态分布, 盖度呈明显正偏态分布, 其在乡村区域呈现出多点散状分布模式, 局部形成单优群落, 存在进一步扩散的趋势。2)加拿大一枝黄花高度和盖度受到不同因素的制约, 其高度与群落中本地植物物种数量和盖度表现出显著负相关, 其中本地植物物种数量的相对作用最大; 其盖度随着距农田距离、本地植物物种数量和盖度的增加呈现减小趋势; 本地植物物种数量和盖度的交互作用显著抑制了加拿大一枝黄花的盖度, 本地植物盖度对加拿大一枝黄花盖度的抑制作用随着群落中本地植物物种数量的增加而增强。本研究发现本地植物的群落属性在抑制加拿大一枝黄花入侵乡村中起着关键作用, 拓宽了对外来植物在乡村景观中入侵机制的理解, 强调了发展休闲旅游迫切需要将外来入侵植物的监测防控纳入乡村生态景观规划中, 为乡村外来入侵植物综合防治提供了科学依据。
外来入侵植物严重威胁着乡村地区植物多样性并削弱了其生态系统服务功能, 成为乡村振兴和美丽乡村建设中亟待解决的突出问题。本研究选择江南休闲旅游型乡村牌坊社区, 基于127个植物群落样地调查数据, 定量探究了外来入侵植物加拿大一枝黄花入侵特征及其影响因素。结果发现: 1)加拿大一枝黄花的高度分布呈正态分布, 盖度呈明显正偏态分布, 其在乡村区域呈现出多点散状分布模式, 局部形成单优群落, 存在进一步扩散的趋势。2)加拿大一枝黄花高度和盖度受到不同因素的制约, 其高度与群落中本地植物物种数量和盖度表现出显著负相关, 其中本地植物物种数量的相对作用最大; 其盖度随着距农田距离、本地植物物种数量和盖度的增加呈现减小趋势; 本地植物物种数量和盖度的交互作用显著抑制了加拿大一枝黄花的盖度, 本地植物盖度对加拿大一枝黄花盖度的抑制作用随着群落中本地植物物种数量的增加而增强。本研究发现本地植物的群落属性在抑制加拿大一枝黄花入侵乡村中起着关键作用, 拓宽了对外来植物在乡村景观中入侵机制的理解, 强调了发展休闲旅游迫切需要将外来入侵植物的监测防控纳入乡村生态景观规划中, 为乡村外来入侵植物综合防治提供了科学依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230408
摘要:
针对乡村生态景观中生物多样性维护的保护管理需求, 本研究以物种、基因和生态系统为基础, 采用分子遗传标记、无人机航拍等现代高新技术与传统地面调查相结合的研究方法, 构建了乡土景观生物多样性检测、筛选、分类和空间制图的方法, 解析了生物多样性变化规律和驱动因素, 研发出面向乡村三生空间的基因、物种和生态系统3个层次生物多样性维护技术, 建立了基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”的生物多样性监控预警机制和可视化平台, 形成了乡村生态景观生物多样性多尺度全链条“识别-维护-预警”技术体系。研究成果突破了单一学科研究手段的局限性, 为乡土植物的遴选、配置和景观营造提供了“师法自然”的成套技术方案, 解决了乡村生态景观营造中生物多样性的维护技术缺失问题, 为动态管理乡村生物资源和美丽中国建设提供了关键技术支撑。
针对乡村生态景观中生物多样性维护的保护管理需求, 本研究以物种、基因和生态系统为基础, 采用分子遗传标记、无人机航拍等现代高新技术与传统地面调查相结合的研究方法, 构建了乡土景观生物多样性检测、筛选、分类和空间制图的方法, 解析了生物多样性变化规律和驱动因素, 研发出面向乡村三生空间的基因、物种和生态系统3个层次生物多样性维护技术, 建立了基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”的生物多样性监控预警机制和可视化平台, 形成了乡村生态景观生物多样性多尺度全链条“识别-维护-预警”技术体系。研究成果突破了单一学科研究手段的局限性, 为乡土植物的遴选、配置和景观营造提供了“师法自然”的成套技术方案, 解决了乡村生态景观营造中生物多样性的维护技术缺失问题, 为动态管理乡村生物资源和美丽中国建设提供了关键技术支撑。
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doi: 10.12357/cjea.20230326
摘要:
乡村景观植物是生态旅游型乡村营建中的关键因素, 研究乡村景观植物遗传多样性, 揭示其群体内遗传变异的丰富度和遗传结构的稳定性, 为乡村生态景观营建和生物多样性维护提供重要理论依据, 对美丽乡村建设具有重要意义。本文以两个生态旅游型乡村为研究对象, 选取了8个乡土景观物种, 采集了整体村域的植物样品, 对表型性状进行了测量并开展了ISSR-PCR试验: 通过表型性状和分子标记遗传多样性检测分析, 计算植物表型Shannon指数和Nei’s基因多样性指数等, 揭示乡土景观植物在不同区域的遗传多样性水平。研究结果表明: 基于表型性状聚类分析划分出5类枫香、6类福建青冈、4类青冈、16类榉树、7类香椿、10类马兰、5类野菊和6类蓬蘽的品系资源。8个乡土景观植物的表型变异系数为0.23~0.58, Shannon指数为1.51~6.74。8种植物在整体村域、人工区域和自然区域的Nei’s基因多样性指数分别为0.240~0.536、0.244~0.540和0.193~0.367, 多态性位点百分率范围为45.00%~100.00%, 等位基因数范围为1.45~2.00, 有效等位基因数范围为1.30~1.64。讨论分析表明, 8个乡土景观植物的表型(Shannon指数)和分子(Nei’s基因多样性指数)遗传多样性水平总体高于多种景观植物的平均水平, 遗传变异丰富; 部分乡土植物总体遗传多样性高, 但自然区域和人工区域的遗传多样性水平有所差异。在乡村景观建设中应关注乡土景观植物群体的遗传多样性水平的变化, 采取相应措施提高群体的遗传多态性和基因分布均匀度, 维护乡土景观植物遗传多样性水平, 保证乡村生态景观的稳定性和长效性。
乡村景观植物是生态旅游型乡村营建中的关键因素, 研究乡村景观植物遗传多样性, 揭示其群体内遗传变异的丰富度和遗传结构的稳定性, 为乡村生态景观营建和生物多样性维护提供重要理论依据, 对美丽乡村建设具有重要意义。本文以两个生态旅游型乡村为研究对象, 选取了8个乡土景观物种, 采集了整体村域的植物样品, 对表型性状进行了测量并开展了ISSR-PCR试验: 通过表型性状和分子标记遗传多样性检测分析, 计算植物表型Shannon指数和Nei’s基因多样性指数等, 揭示乡土景观植物在不同区域的遗传多样性水平。研究结果表明: 基于表型性状聚类分析划分出5类枫香、6类福建青冈、4类青冈、16类榉树、7类香椿、10类马兰、5类野菊和6类蓬蘽的品系资源。8个乡土景观植物的表型变异系数为0.23~0.58, Shannon指数为1.51~6.74。8种植物在整体村域、人工区域和自然区域的Nei’s基因多样性指数分别为0.240~0.536、0.244~0.540和0.193~0.367, 多态性位点百分率范围为45.00%~100.00%, 等位基因数范围为1.45~2.00, 有效等位基因数范围为1.30~1.64。讨论分析表明, 8个乡土景观植物的表型(Shannon指数)和分子(Nei’s基因多样性指数)遗传多样性水平总体高于多种景观植物的平均水平, 遗传变异丰富; 部分乡土植物总体遗传多样性高, 但自然区域和人工区域的遗传多样性水平有所差异。在乡村景观建设中应关注乡土景观植物群体的遗传多样性水平的变化, 采取相应措施提高群体的遗传多态性和基因分布均匀度, 维护乡土景观植物遗传多样性水平, 保证乡村生态景观的稳定性和长效性。
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doi: 10.12357/cjea.20230568
摘要:
氮肥不合理施用在导致资源浪费的同时，还会影响花生正常生长发育和产量品质形成。探究不同施氮量对夏花生产量、品质及氮素积累动态、光温生理特性和根系形态影响效应,为花生高效科学施用氮肥提供依据。2021~2022年在河南省温县布置氮肥用量田间试验,供试品种为“豫花22”,设N 0、45、90、135和180 kg.hm-2 5个氮肥用量处理。于成熟期测定夏花生荚果产量和品质指标,并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片叶绿素相对含量值（SPAD 值）、冠层光合有效辐射和冠层温度,采集植株样品分析植株氮积累量和根系形态。随施氮量增加,两年花生荚果产量均呈“线性+平台”趋势变化,适宜施氮量分别为149和112 kg.hm-2,施氮处理两年平均增产18.9%。成熟期籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量均随施氮量增加呈“先升高后趋于稳定”趋势变化。与不施氮相比,施氮处理籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量两年度平均增幅分别为7.51%、3.10%和10.08%,效果显著。通过Logistic方程对夏花生氮素积累量进行非线性回归拟合,得出施氮处理通过提高花生氮素最大积累速率和平均积累速率,加速快速积累期与吸收峰值出现,进而提高花生氮素最大积累量;适量施氮提高各部位氮素吸收积累量, 促进氮素向荚果中分配。各生育期冠层最高温、最低温与平均温均随施氮量的增加显著降低；花生叶片SPAD值与冠层吸收性光合有效辐射量和分量在施氮135 kg.hm-2时显著增加,施氮后花生各生育期根系总根长、总根表面积、总根体积与根平均直径分别平均增加41.03%、22.36%、38.71%和12.18%。氮肥利用率在施氮量135 kg.hm-2最大,氮肥农学效率和氮肥偏生产力随施氮量增加逐渐降低。合理施氮可显著提高夏花生产量、改善品质,促进氮素积累利用并显著改善生育期光温生理性能。本试验条件下夏花生推荐施氮量为110~150 kg.hm-2。
氮肥不合理施用在导致资源浪费的同时，还会影响花生正常生长发育和产量品质形成。探究不同施氮量对夏花生产量、品质及氮素积累动态、光温生理特性和根系形态影响效应,为花生高效科学施用氮肥提供依据。2021~2022年在河南省温县布置氮肥用量田间试验,供试品种为“豫花22”,设N 0、45、90、135和180 kg.hm-2 5个氮肥用量处理。于成熟期测定夏花生荚果产量和品质指标,并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片叶绿素相对含量值（SPAD 值）、冠层光合有效辐射和冠层温度,采集植株样品分析植株氮积累量和根系形态。随施氮量增加,两年花生荚果产量均呈“线性+平台”趋势变化,适宜施氮量分别为149和112 kg.hm-2,施氮处理两年平均增产18.9%。成熟期籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量均随施氮量增加呈“先升高后趋于稳定”趋势变化。与不施氮相比,施氮处理籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量两年度平均增幅分别为7.51%、3.10%和10.08%,效果显著。通过Logistic方程对夏花生氮素积累量进行非线性回归拟合,得出施氮处理通过提高花生氮素最大积累速率和平均积累速率,加速快速积累期与吸收峰值出现,进而提高花生氮素最大积累量;适量施氮提高各部位氮素吸收积累量, 促进氮素向荚果中分配。各生育期冠层最高温、最低温与平均温均随施氮量的增加显著降低；花生叶片SPAD值与冠层吸收性光合有效辐射量和分量在施氮135 kg.hm-2时显著增加,施氮后花生各生育期根系总根长、总根表面积、总根体积与根平均直径分别平均增加41.03%、22.36%、38.71%和12.18%。氮肥利用率在施氮量135 kg.hm-2最大,氮肥农学效率和氮肥偏生产力随施氮量增加逐渐降低。合理施氮可显著提高夏花生产量、改善品质,促进氮素积累利用并显著改善生育期光温生理性能。本试验条件下夏花生推荐施氮量为110~150 kg.hm-2。
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doi: 10.12357/cjea.20230297
摘要:
胁迫是制约植物生长发育的重要环境因素, 植物应对不同胁迫的反应是复杂多样的。在面临生物胁迫和非生物胁迫时, 植物主要通过重新分配调整一系列的转录调控网络以及代谢网络来维持平衡, 以致在转录及代谢水平上都会发生变化。随着组学技术的发展, 转录组学和代谢组学作为新兴学科被广泛应用于植物抗逆相关研究中, 进而从转录和代谢水平上揭示植物响应逆境胁迫的机制。植物生长过程中面临的多种胁迫, 其中干旱和虫害尤为严重, 给我国农业生产造成巨大损失。本文针对植物在干旱、植食性昆虫以及双重胁迫下的转录和代谢调控机制相关研究进行了综述, 发现在干旱胁迫下植物通过调控合成脱落酸、脯氨酸以及光合作用中间体相关基因表达及其代谢物合成来抵御胁迫; 在植食性昆虫胁迫下植物通过调控茉莉酸、水杨酸以及黄酮类等物质相关基因的表达及其代谢物合成进行响应; 在双重胁迫下植物通过调控激素相互作用以及一些次生代谢物的产生来影响干旱胁迫下植物的抗虫性。通过探讨植物在逆境胁迫下转录和代谢差异及其关键调控因子的变化, 可以为培育耐受逆境胁迫的品种, 提高农作物产量提供理论依据和参考。
胁迫是制约植物生长发育的重要环境因素, 植物应对不同胁迫的反应是复杂多样的。在面临生物胁迫和非生物胁迫时, 植物主要通过重新分配调整一系列的转录调控网络以及代谢网络来维持平衡, 以致在转录及代谢水平上都会发生变化。随着组学技术的发展, 转录组学和代谢组学作为新兴学科被广泛应用于植物抗逆相关研究中, 进而从转录和代谢水平上揭示植物响应逆境胁迫的机制。植物生长过程中面临的多种胁迫, 其中干旱和虫害尤为严重, 给我国农业生产造成巨大损失。本文针对植物在干旱、植食性昆虫以及双重胁迫下的转录和代谢调控机制相关研究进行了综述, 发现在干旱胁迫下植物通过调控合成脱落酸、脯氨酸以及光合作用中间体相关基因表达及其代谢物合成来抵御胁迫; 在植食性昆虫胁迫下植物通过调控茉莉酸、水杨酸以及黄酮类等物质相关基因的表达及其代谢物合成进行响应; 在双重胁迫下植物通过调控激素相互作用以及一些次生代谢物的产生来影响干旱胁迫下植物的抗虫性。通过探讨植物在逆境胁迫下转录和代谢差异及其关键调控因子的变化, 可以为培育耐受逆境胁迫的品种, 提高农作物产量提供理论依据和参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230375
摘要:
农机跨区服务推动了以农业机械为载体的保护性耕作技术及其净碳汇的空间外溢。本文以2000—2020年中国30个省份(不含港澳台及西藏)为研究样本, 运用探索性空间数据分析法揭示保护性耕作机械及其净碳汇在空间上的集聚特征, 并通过空间杜宾模型定量分析保护性耕作机械对其净碳汇的空间溢出效应。研究发现: 1)保护性耕作机械动力及其净碳汇在2000—2020年期间均呈增长态势, 年均增长率分别为12.52%和7.42%, 两者在空间上主要表现为“高-高集聚”和“低-低集聚”的区域集聚特征。2)保护性耕作机械动力通过跨区服务能够显著带动保护性耕作净碳汇实现空间外溢。具体表现为保护性耕作机械动力对周边省份保护性耕作净碳汇会产生正向空间溢出效应, 且主要归因于秸秆还田机械的跨区作业。3)保护性耕作机械动力对其净碳汇的空间溢出效应因时间、地形、粮食作物主产区而异。具体来说, 其空间溢出效应在2004—2009年间和2010—2013年间显著为正, 并呈增加趋势; 在平原地区, 其空间溢出效应为正, 在丘陵山区则为负; 保护性耕作机械的空间溢出效应在水稻主产区更明显, 免耕机械的空间溢出效应在小麦主产区相对突出, 而秸秆还田机械的空间溢出效应在三大粮食作物主产区基本无差异。为此, 本研究提出加大保护性耕作推广力度、搭建农机服务信息化平台和提高保护性耕作农机装备水平的对策建议。
农机跨区服务推动了以农业机械为载体的保护性耕作技术及其净碳汇的空间外溢。本文以2000—2020年中国30个省份(不含港澳台及西藏)为研究样本, 运用探索性空间数据分析法揭示保护性耕作机械及其净碳汇在空间上的集聚特征, 并通过空间杜宾模型定量分析保护性耕作机械对其净碳汇的空间溢出效应。研究发现: 1)保护性耕作机械动力及其净碳汇在2000—2020年期间均呈增长态势, 年均增长率分别为12.52%和7.42%, 两者在空间上主要表现为“高-高集聚”和“低-低集聚”的区域集聚特征。2)保护性耕作机械动力通过跨区服务能够显著带动保护性耕作净碳汇实现空间外溢。具体表现为保护性耕作机械动力对周边省份保护性耕作净碳汇会产生正向空间溢出效应, 且主要归因于秸秆还田机械的跨区作业。3)保护性耕作机械动力对其净碳汇的空间溢出效应因时间、地形、粮食作物主产区而异。具体来说, 其空间溢出效应在2004—2009年间和2010—2013年间显著为正, 并呈增加趋势; 在平原地区, 其空间溢出效应为正, 在丘陵山区则为负; 保护性耕作机械的空间溢出效应在水稻主产区更明显, 免耕机械的空间溢出效应在小麦主产区相对突出, 而秸秆还田机械的空间溢出效应在三大粮食作物主产区基本无差异。为此, 本研究提出加大保护性耕作推广力度、搭建农机服务信息化平台和提高保护性耕作农机装备水平的对策建议。
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doi: 10.12357/cjea.20230454
摘要:
秸秆综合利用生态补偿旨在激励农户积极参与秸秆还田政策, 促进农业绿色发展, 然而秸秆综合利用生态补偿是否真的有助于农户进行秸秆还田尚不明确。鉴于此, 构建秸秆综合利用生态补偿与农户秸秆还田行为的理论分析框架, 探讨秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为的影响与作用机制, 并利用湖北省黄冈市822份农户调查数据, 运用Binary Probit进行实证检验。结果表明: 1)秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为有显著的正向影响; 其中, 补贴、监管和处罚均促进农户秸秆还田行为; 相较于监管和处罚, 补贴对农户秸秆还田行为有更明显的推动作用。2)作用机制发现, 农户内在感知在秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为的影响中产生中介效应, 即秸秆综合利用生态补偿政策能够通过提高农户对秸秆还田技术的内在感知, 进而促进农户秸秆还田行为。3)农户社会资本在秸秆综合利用生态补偿与农户秸秆还田行为的关系中发挥正向调节作用, 即社会资本的提升能够进一步强化秸秆综合利用生态补偿政策对农户秸秆还田行为的推动作用。据此, 有必要建立健全秸秆综合利用生态补偿制度, 提高农户秸秆还田内在感知水平, 增强农户社会资本, 统筹提升农户采取秸秆还田行为的效果, 推动秸秆资源化利用和农业绿色高质量发展。
秸秆综合利用生态补偿旨在激励农户积极参与秸秆还田政策, 促进农业绿色发展, 然而秸秆综合利用生态补偿是否真的有助于农户进行秸秆还田尚不明确。鉴于此, 构建秸秆综合利用生态补偿与农户秸秆还田行为的理论分析框架, 探讨秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为的影响与作用机制, 并利用湖北省黄冈市822份农户调查数据, 运用Binary Probit进行实证检验。结果表明: 1)秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为有显著的正向影响; 其中, 补贴、监管和处罚均促进农户秸秆还田行为; 相较于监管和处罚, 补贴对农户秸秆还田行为有更明显的推动作用。2)作用机制发现, 农户内在感知在秸秆综合利用生态补偿对农户秸秆还田行为的影响中产生中介效应, 即秸秆综合利用生态补偿政策能够通过提高农户对秸秆还田技术的内在感知, 进而促进农户秸秆还田行为。3)农户社会资本在秸秆综合利用生态补偿与农户秸秆还田行为的关系中发挥正向调节作用, 即社会资本的提升能够进一步强化秸秆综合利用生态补偿政策对农户秸秆还田行为的推动作用。据此, 有必要建立健全秸秆综合利用生态补偿制度, 提高农户秸秆还田内在感知水平, 增强农户社会资本, 统筹提升农户采取秸秆还田行为的效果, 推动秸秆资源化利用和农业绿色高质量发展。
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doi: 10.12357/cjea.20230361
摘要:
与玉米间作能够缓解苍术连作障碍, 而养分条件变化是关键因素之一。为探究苍术-玉米间作对苍术根际养分吸收利用的影响, 本研究开展了为期2年的苍术-玉米间作根际不同分隔处理的田间试验, 共设置了4种处理: 苍术单作(A)、苍术-玉米间作不隔膜(AI)、苍术玉米间作隔尼龙膜(AN)和苍术-玉米间作隔塑料膜(AP), 分别测定了苍术生物量和4种挥发油成分含量, 苍术根茎氮磷钾含量, 根际土壤pH、有机质和土壤养分因子含量。结果发现, AI和AN处理的苍术根茎鲜重均高于A和AP, 且AI与A和AP的差异达显著水平(P<0.05)。苍术4种挥发油含量均表现为AI和AN高于A和AP, 其中AI的β-桉叶醇含量分别比A和AP显著高128.4%和205.6% (P<0.05), AI和AN的苍术素含量比A和AP显著提高75.0%~875.0% (P<0.05); 相比A和AP, AI和AN的苍术根茎4种挥发油成分总含量显著提高82.8%~210.3% (P<0.05), 表明苍术玉米间作的地下根际互作对促进苍术根茎生物量和挥发油积累有重要作用。AI和AN比A和AP苍术根际土壤pH下降0.4%~6.3%、土壤有机质含量提高13.5%~48.1%; AI的苍术根际土壤碱解氮含量分别比A和AP显著提高32.8%和36.2% (P<0.05), AN的速效钾含量分别显著提高51.5%和46.7% (P<0.05)。相关性分析发现, 苍术酮主要与苍术根茎氮磷钾含量和根际土壤氮磷钾含量呈正相关, 而苍术素主要与根茎钾含量呈正相关。与A和AP相比, AI苍术磷吸收效率分别提高23.4%和30.0% (P<0.05), AI、AN的磷利用效率显著提高224.6%和43.6% (P<0.05)、156.7% (P<0.05)和13.6%; AI和AN的氮和钾利用效率比A显著提高131.3%~222.2% (P<0.05)。综上可知, 苍术玉米间作体系中, 与比无根际互作(A和AP)相比, 地下根际互作效应(AI和AN)可提高苍术根际酸化水平, 活化土壤氮磷钾, 促进苍术根茎养分吸收利用, 进而提高苍术产量, 同时影响苍术根茎挥发油积累。本研究揭示了苍术玉米间作地下根际作用是促进苍术根际养分吸收利用的重要因素, 为药用植物生态多样性种植模式推广提供重要参考。
与玉米间作能够缓解苍术连作障碍, 而养分条件变化是关键因素之一。为探究苍术-玉米间作对苍术根际养分吸收利用的影响, 本研究开展了为期2年的苍术-玉米间作根际不同分隔处理的田间试验, 共设置了4种处理: 苍术单作(A)、苍术-玉米间作不隔膜(AI)、苍术玉米间作隔尼龙膜(AN)和苍术-玉米间作隔塑料膜(AP), 分别测定了苍术生物量和4种挥发油成分含量, 苍术根茎氮磷钾含量, 根际土壤pH、有机质和土壤养分因子含量。结果发现, AI和AN处理的苍术根茎鲜重均高于A和AP, 且AI与A和AP的差异达显著水平(P<0.05)。苍术4种挥发油含量均表现为AI和AN高于A和AP, 其中AI的β-桉叶醇含量分别比A和AP显著高128.4%和205.6% (P<0.05), AI和AN的苍术素含量比A和AP显著提高75.0%~875.0% (P<0.05); 相比A和AP, AI和AN的苍术根茎4种挥发油成分总含量显著提高82.8%~210.3% (P<0.05), 表明苍术玉米间作的地下根际互作对促进苍术根茎生物量和挥发油积累有重要作用。AI和AN比A和AP苍术根际土壤pH下降0.4%~6.3%、土壤有机质含量提高13.5%~48.1%; AI的苍术根际土壤碱解氮含量分别比A和AP显著提高32.8%和36.2% (P<0.05), AN的速效钾含量分别显著提高51.5%和46.7% (P<0.05)。相关性分析发现, 苍术酮主要与苍术根茎氮磷钾含量和根际土壤氮磷钾含量呈正相关, 而苍术素主要与根茎钾含量呈正相关。与A和AP相比, AI苍术磷吸收效率分别提高23.4%和30.0% (P<0.05), AI、AN的磷利用效率显著提高224.6%和43.6% (P<0.05)、156.7% (P<0.05)和13.6%; AI和AN的氮和钾利用效率比A显著提高131.3%~222.2% (P<0.05)。综上可知, 苍术玉米间作体系中, 与比无根际互作(A和AP)相比, 地下根际互作效应(AI和AN)可提高苍术根际酸化水平, 活化土壤氮磷钾, 促进苍术根茎养分吸收利用, 进而提高苍术产量, 同时影响苍术根茎挥发油积累。本研究揭示了苍术玉米间作地下根际作用是促进苍术根际养分吸收利用的重要因素, 为药用植物生态多样性种植模式推广提供重要参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230395
摘要:
过去几十年间, 为了满足不断增加的粮食需求而发展集约化农业, 已成为导致全球生物多样性丧失的重要因素, 由此引起的害虫生物控制等重要生态系统服务的下降严重威胁到了农业可持续发展。探究更加绿色、生物多样性友好的生产管理方式已成为农业生态学研究的重要内容。本文通过调查, 分析了稻田边界植物群落结构对节肢动物群落分布的影响, 探讨了有机农业生产和农田边界带管理对农田生物多样性和害虫生物控制服务的影响, 为稻田可持续生产提供科学依据。本研究主要结果如下: 1)本研究捕获节肢动物9531头, 分属50个科。其中, 天敌类群有28个科2653头(包括蜘蛛2253头, 分属14个科41个种); 害虫类群有18个科3971头, 优势科为叶蝉科(Cicadellidae, 84.01%)。2)毗邻花带的有机稻田天敌丰富度显著高于常规稻田和有机稻田, 有机稻田天敌丰富度显著高于常规稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌多度也显著高于常规稻田。3)毗邻花带的有机稻田中, 稻田边界田埂和与边界不同距离的稻田内部天敌多度和丰富度差异显著, 其中天敌丰富度在距离为5 m时显著高于20 m, 天敌多度在5 m时显著高于0 m。4)稻田内部及其边界田埂的天敌丰富度和多度及害虫多度均与稻田边界田埂地表植被盖度呈显著正相关。5)常规稻田中天敌/害虫多度比最高, 可能是由于广谱杀虫剂杀死了大部分害虫; 有机稻田中天敌/害虫多度比较低, 其中不毗邻花带的有机稻田中最低, 可能是由于有机稻田中害虫数量较高。研究表明, 在地块内实行有机管理措施, 同时在边界上构建野花带, 可以有效地维持稻田天敌生物多样性, 提高稻田天敌个体数量。但是, 有效控制害虫多样性、提升天敌对害虫的控制, 还需要更多植物和节肢动物相互关系的认识, 通过“正确”植物物种的选择实现害虫生物防治功能提升。
过去几十年间, 为了满足不断增加的粮食需求而发展集约化农业, 已成为导致全球生物多样性丧失的重要因素, 由此引起的害虫生物控制等重要生态系统服务的下降严重威胁到了农业可持续发展。探究更加绿色、生物多样性友好的生产管理方式已成为农业生态学研究的重要内容。本文通过调查, 分析了稻田边界植物群落结构对节肢动物群落分布的影响, 探讨了有机农业生产和农田边界带管理对农田生物多样性和害虫生物控制服务的影响, 为稻田可持续生产提供科学依据。本研究主要结果如下: 1)本研究捕获节肢动物9531头, 分属50个科。其中, 天敌类群有28个科2653头(包括蜘蛛2253头, 分属14个科41个种); 害虫类群有18个科3971头, 优势科为叶蝉科(Cicadellidae, 84.01%)。2)毗邻花带的有机稻田天敌丰富度显著高于常规稻田和有机稻田, 有机稻田天敌丰富度显著高于常规稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌多度也显著高于常规稻田。3)毗邻花带的有机稻田中, 稻田边界田埂和与边界不同距离的稻田内部天敌多度和丰富度差异显著, 其中天敌丰富度在距离为5 m时显著高于20 m, 天敌多度在5 m时显著高于0 m。4)稻田内部及其边界田埂的天敌丰富度和多度及害虫多度均与稻田边界田埂地表植被盖度呈显著正相关。5)常规稻田中天敌/害虫多度比最高, 可能是由于广谱杀虫剂杀死了大部分害虫; 有机稻田中天敌/害虫多度比较低, 其中不毗邻花带的有机稻田中最低, 可能是由于有机稻田中害虫数量较高。研究表明, 在地块内实行有机管理措施, 同时在边界上构建野花带, 可以有效地维持稻田天敌生物多样性, 提高稻田天敌个体数量。但是, 有效控制害虫多样性、提升天敌对害虫的控制, 还需要更多植物和节肢动物相互关系的认识, 通过“正确”植物物种的选择实现害虫生物防治功能提升。
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doi: 10.12357/cjea.20230229
摘要:
为评估我国冬小麦叶面施硒对籽粒产量、品质和硒富集的影响, 收集了共计379组样本, 利用Meta分析方法, 以不施硒为对照组, 叶面施硒为试验组, 整合分析叶面施硒对冬小麦产量、籽粒蛋白质及硒含量的影响, 并利用亚组分析评价不同因素对叶面施硒效果的影响。结果表明: 与不施硒肥相比, 叶面施硒冬小麦产量、籽粒蛋白质含量和硒含量分别显著提高3.80%、2.44%和764.56%。在不同区域, 叶面施硒对冬小麦的提质增产效应表现为东部高于西部, 南部高于北部; 籽粒硒的富集效应整体表现为自西向东逐渐降低。从叶面施硒管理看, 叶面施硒在灌浆前期喷施一次或孕穗期和灌浆前期喷施两次效果较好, 叶面施硒量为15~60 g·hm−2籽粒可达到富硒标准及满足人体所需。土壤条件也是影响冬小麦叶面施硒提质增产效果的重要因素, 土壤硒含量和土壤全氮含量对叶面施硒的增产效应有显著影响, 在土壤硒含量为0.2~0.4 mg·kg−1时叶面施硒提质增产效应最高, 叶面施硒的增产效应随土壤全氮含量增加而降低; 土壤硒、全氮、有效磷、速效钾含量对叶面施硒提质效应具有显著影响, 其中, 土壤全硒含量为0.2~0.4 mg·kg−1、全氮含量>1.5 g·kg−1、有效磷含量>20 mg·kg−1、速效钾含量为100~200 mg·kg−1时, 叶面施硒提质效应最明显; 土壤硒、有机质和速效钾含量是影响叶面施硒对籽粒硒富集效果的重要肥力因素。冬小麦籽粒对硒的富集效应随土壤有机质和速效钾含量的升高而显著提升, 而在缺硒土壤(<0.2 mg·kg−1)硒富集效应更高。因此, 根据区域优化土壤条件和叶面施硒不仅能实现冬小麦产量和籽粒蛋白质含量的协同提升、达到富硒标准, 还能降低环境污染, 为富硒小麦可持续生产管理提供支撑。
为评估我国冬小麦叶面施硒对籽粒产量、品质和硒富集的影响, 收集了共计379组样本, 利用Meta分析方法, 以不施硒为对照组, 叶面施硒为试验组, 整合分析叶面施硒对冬小麦产量、籽粒蛋白质及硒含量的影响, 并利用亚组分析评价不同因素对叶面施硒效果的影响。结果表明: 与不施硒肥相比, 叶面施硒冬小麦产量、籽粒蛋白质含量和硒含量分别显著提高3.80%、2.44%和764.56%。在不同区域, 叶面施硒对冬小麦的提质增产效应表现为东部高于西部, 南部高于北部; 籽粒硒的富集效应整体表现为自西向东逐渐降低。从叶面施硒管理看, 叶面施硒在灌浆前期喷施一次或孕穗期和灌浆前期喷施两次效果较好, 叶面施硒量为15~60 g·hm−2籽粒可达到富硒标准及满足人体所需。土壤条件也是影响冬小麦叶面施硒提质增产效果的重要因素, 土壤硒含量和土壤全氮含量对叶面施硒的增产效应有显著影响, 在土壤硒含量为0.2~0.4 mg·kg−1时叶面施硒提质增产效应最高, 叶面施硒的增产效应随土壤全氮含量增加而降低; 土壤硒、全氮、有效磷、速效钾含量对叶面施硒提质效应具有显著影响, 其中, 土壤全硒含量为0.2~0.4 mg·kg−1、全氮含量>1.5 g·kg−1、有效磷含量>20 mg·kg−1、速效钾含量为100~200 mg·kg−1时, 叶面施硒提质效应最明显; 土壤硒、有机质和速效钾含量是影响叶面施硒对籽粒硒富集效果的重要肥力因素。冬小麦籽粒对硒的富集效应随土壤有机质和速效钾含量的升高而显著提升, 而在缺硒土壤(<0.2 mg·kg−1)硒富集效应更高。因此, 根据区域优化土壤条件和叶面施硒不仅能实现冬小麦产量和籽粒蛋白质含量的协同提升、达到富硒标准, 还能降低环境污染, 为富硒小麦可持续生产管理提供支撑。
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doi: 10.12357/cjea.20230282
摘要:
针对黄淮海地区花期高温影响夏玉米安全生产的问题, 本研究以热敏感型品种‘先玉335’为试验材料, 以大田常温为对照(CK), 设置授粉期高温处理(HT), 研究授粉期高温胁迫对夏玉米植株形态、叶片光合特性、干物质积累与分配及产量形成的影响。结果表明: 2021年和2022年, HT处理的冠层最高温度超过40 ℃的天数分别为7 d和8 d, 高温处理期间冠层最高温度分别较CK高1.7~6.8 ℃和1.5~4.6 ℃。HT处理显著提高了夏玉米株高和穗位高, 对茎粗和叶面积无显著影响, 但延缓了生育后期叶片衰老, 2021年和2022年成熟期的叶面积较CK分别显著提高34.69%和163.72%。高温处理期间, HT处理的玉米叶片气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度显著升高(P<0.05), 叶片羧化效率、气孔限制值和水分利用效率显著降低(P<0.05); 叶片净光合速率随处理温度而变化, 处理温度过高(一般>40 ℃时)则显著降低(P<0.05), 反之则显著升高(P<0.05)或无显著变化, 叶片整体光合性能下降。高温胁迫解除后, HT处理的叶片光合性能相关参数逐渐与CK趋于一致。经授粉期高温胁迫处理后, 玉米茎秆、叶片、苞叶、穗轴和单株干重显著, 其中穗轴干重降幅最大, 而雄穗和花丝干重显著增加, 使得干物质向茎秆、叶片、雄穗、花丝等部位的分配比例增加, 而向穗轴的分配比例显著减少(P<0.05)。至成熟期, HT处理造成玉米籽粒和单株干重显著减少48.32%和16.71% (P<0.05), 而玉米茎秆和叶片干重显著增加35.01%和9.48% (P<0.05)。HT处理的结实率和穗粒数分别显著下降54.43%和53.19% (P<0.05), 百粒重显著提高10.13% (P<0.05), 但籽粒产量显著降低46.82% (P<0.05)。综上, 授粉期高温胁迫增强了玉米叶片气孔蒸腾, 增加了胞间CO2浓度, 降低了叶片羧化效率和水分利用效率, 导致植株整体光合性能下降, 制约了光合同化物积累及向穗部的转移分配, 导致结实率显著下降, 穗粒数显著减少, 制约了花后光合同化物从“源”(茎秆和叶片)向“库”(籽粒)的转运, 最终导致籽粒产量大幅下降。
针对黄淮海地区花期高温影响夏玉米安全生产的问题, 本研究以热敏感型品种‘先玉335’为试验材料, 以大田常温为对照(CK), 设置授粉期高温处理(HT), 研究授粉期高温胁迫对夏玉米植株形态、叶片光合特性、干物质积累与分配及产量形成的影响。结果表明: 2021年和2022年, HT处理的冠层最高温度超过40 ℃的天数分别为7 d和8 d, 高温处理期间冠层最高温度分别较CK高1.7~6.8 ℃和1.5~4.6 ℃。HT处理显著提高了夏玉米株高和穗位高, 对茎粗和叶面积无显著影响, 但延缓了生育后期叶片衰老, 2021年和2022年成熟期的叶面积较CK分别显著提高34.69%和163.72%。高温处理期间, HT处理的玉米叶片气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度显著升高(P<0.05), 叶片羧化效率、气孔限制值和水分利用效率显著降低(P<0.05); 叶片净光合速率随处理温度而变化, 处理温度过高(一般>40 ℃时)则显著降低(P<0.05), 反之则显著升高(P<0.05)或无显著变化, 叶片整体光合性能下降。高温胁迫解除后, HT处理的叶片光合性能相关参数逐渐与CK趋于一致。经授粉期高温胁迫处理后, 玉米茎秆、叶片、苞叶、穗轴和单株干重显著, 其中穗轴干重降幅最大, 而雄穗和花丝干重显著增加, 使得干物质向茎秆、叶片、雄穗、花丝等部位的分配比例增加, 而向穗轴的分配比例显著减少(P<0.05)。至成熟期, HT处理造成玉米籽粒和单株干重显著减少48.32%和16.71% (P<0.05), 而玉米茎秆和叶片干重显著增加35.01%和9.48% (P<0.05)。HT处理的结实率和穗粒数分别显著下降54.43%和53.19% (P<0.05), 百粒重显著提高10.13% (P<0.05), 但籽粒产量显著降低46.82% (P<0.05)。综上, 授粉期高温胁迫增强了玉米叶片气孔蒸腾, 增加了胞间CO2浓度, 降低了叶片羧化效率和水分利用效率, 导致植株整体光合性能下降, 制约了光合同化物积累及向穗部的转移分配, 导致结实率显著下降, 穗粒数显著减少, 制约了花后光合同化物从“源”(茎秆和叶片)向“库”(籽粒)的转运, 最终导致籽粒产量大幅下降。
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doi: 10.12357/cjea.20230353
摘要:
在“碳达峰、碳中和”目标下, 高标准农田建设被视为推动农业绿色低碳高质量发展的重要举措。本研究旨在深入探究高标准农田建设政策对农业碳排放的影响效应与作用机制, 为优化政策制定和农业碳减排提供经验依据, 促进低碳农业发展。本文基于2007—2017年中国30个省份的面板数据, 借助高标准农田建设政策和连续DID (Differences-in-differences)模型, 评估高标准农田建设政策对农业碳排放的影响。结果表明: 研究期间, 全国农业碳排放量呈先升后降的倒U型变化趋势, 2015年达到峰值。基准回归结果发现, 高标准农田建设政策显著抑制了农业碳排放。平均来看, 当其他条件不变时, 实施高标准农田建设政策可以显著减少10.1%的农业碳排放量。在替换解释变量和被解释变量以及剔除其他政策影响后, 高标准农田建设政策对农业碳排放的抑制作用依旧显著。动态估计结果显示, 高标准农田建设政策的减碳效应具有滞后性, 减碳效应于2013年显现出来并逐渐增强。机制分析发现, 高标准农田建设政策主要通过降低农业化学品投入强度和提高社会化服务来抑制农业碳排放。异质性分析发现, 高标准农田建设政策的减碳效应主要发生在土地流转程度高的省份和非粮食主产区, 而在土地流转程度低的省份和粮食主产区并未发挥相应的减碳效应。因此, 各级政府应差异化、精准化实施高标准农田建设政策, 关注农业化学化和社会化服务在减碳效应中的作用。
在“碳达峰、碳中和”目标下, 高标准农田建设被视为推动农业绿色低碳高质量发展的重要举措。本研究旨在深入探究高标准农田建设政策对农业碳排放的影响效应与作用机制, 为优化政策制定和农业碳减排提供经验依据, 促进低碳农业发展。本文基于2007—2017年中国30个省份的面板数据, 借助高标准农田建设政策和连续DID (Differences-in-differences)模型, 评估高标准农田建设政策对农业碳排放的影响。结果表明: 研究期间, 全国农业碳排放量呈先升后降的倒U型变化趋势, 2015年达到峰值。基准回归结果发现, 高标准农田建设政策显著抑制了农业碳排放。平均来看, 当其他条件不变时, 实施高标准农田建设政策可以显著减少10.1%的农业碳排放量。在替换解释变量和被解释变量以及剔除其他政策影响后, 高标准农田建设政策对农业碳排放的抑制作用依旧显著。动态估计结果显示, 高标准农田建设政策的减碳效应具有滞后性, 减碳效应于2013年显现出来并逐渐增强。机制分析发现, 高标准农田建设政策主要通过降低农业化学品投入强度和提高社会化服务来抑制农业碳排放。异质性分析发现, 高标准农田建设政策的减碳效应主要发生在土地流转程度高的省份和非粮食主产区, 而在土地流转程度低的省份和粮食主产区并未发挥相应的减碳效应。因此, 各级政府应差异化、精准化实施高标准农田建设政策, 关注农业化学化和社会化服务在减碳效应中的作用。
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doi: 10.12357/cjea.20230360
摘要:
景观空间形态影响下的乡村植物多样性分析, 对于高质量提升乡村人居环境、稳定维持乡村生态系统及其生物多样性具有重要意义。选取江苏省南京市江宁区14个村落作为试验样区, 采用逐步回归、NMDS-Envfit等模型, 探讨了长三角乡村地区多维度景观空间形态指标对植物α多样性、β多样性的影响。结果表明: 1)乡村景观空间形态指标对植物α多样性产生了影响, 乡村半自然斑块面积比例、凝聚度、地表粗糙度、土地利用动态度等是影响长三角地区乡村植物α多样性最主要的景观空间因素。其中斑块欧式最邻近距离、斑块面积显著负向影响乔木层α多样性, 斑块破碎化和高密度道路建设对灌木层植物多样性有负作用, 土地利用动态度的增加导致了灌木层植物多样性降低, 道路距离与草本层植物多样性的负向关系突出。2)在乔木层, 地表粗糙度、半自然斑块面积比例等是β多样性的最主要影响因素; 在灌木层, 地表粗糙度、香农多样性指数为最主要的影响因素; 在草本层, 斑块面积、道路密度为最主要的影响因素。3)基于景观生态学的二维指标、三维地表度量指标对植物多样性影响最为显著, 四维景观历史动态度量指标对植物多样性影响微弱, 基于城市形态学的二维指标对植物多样性影响相对最弱。根据以上结果, 提出有效增加半自然生境面积比例和景观异质性、全面提升乡村景观凝聚度、科学维护乡村高价值林地景观、充分重视乡村历史土地利用等景观响应策略, 为乡村景观营建过程中的生物多样性维持提供参考, 并对长三角地区乡村空间规划提供了有益的量化引导。
景观空间形态影响下的乡村植物多样性分析, 对于高质量提升乡村人居环境、稳定维持乡村生态系统及其生物多样性具有重要意义。选取江苏省南京市江宁区14个村落作为试验样区, 采用逐步回归、NMDS-Envfit等模型, 探讨了长三角乡村地区多维度景观空间形态指标对植物α多样性、β多样性的影响。结果表明: 1)乡村景观空间形态指标对植物α多样性产生了影响, 乡村半自然斑块面积比例、凝聚度、地表粗糙度、土地利用动态度等是影响长三角地区乡村植物α多样性最主要的景观空间因素。其中斑块欧式最邻近距离、斑块面积显著负向影响乔木层α多样性, 斑块破碎化和高密度道路建设对灌木层植物多样性有负作用, 土地利用动态度的增加导致了灌木层植物多样性降低, 道路距离与草本层植物多样性的负向关系突出。2)在乔木层, 地表粗糙度、半自然斑块面积比例等是β多样性的最主要影响因素; 在灌木层, 地表粗糙度、香农多样性指数为最主要的影响因素; 在草本层, 斑块面积、道路密度为最主要的影响因素。3)基于景观生态学的二维指标、三维地表度量指标对植物多样性影响最为显著, 四维景观历史动态度量指标对植物多样性影响微弱, 基于城市形态学的二维指标对植物多样性影响相对最弱。根据以上结果, 提出有效增加半自然生境面积比例和景观异质性、全面提升乡村景观凝聚度、科学维护乡村高价值林地景观、充分重视乡村历史土地利用等景观响应策略, 为乡村景观营建过程中的生物多样性维持提供参考, 并对长三角地区乡村空间规划提供了有益的量化引导。
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doi: 10.12357/cjea.20230270
摘要:
农田土壤生态系统是抗生素抗性基因(ARGs)的源与汇, 畜禽粪便施用是土壤中ARGs的重要来源。畜禽粪便在蔬菜地土壤中的大量施用, 加剧了蔬菜地土壤ARGs的污染, 对人类健康造成潜在危害。本文采集了河北省不同施肥类型(施用鲜鸡粪、鲜羊粪、鲜牛粪、商品有机肥以及单施化肥)的蔬菜地表层土壤(0~20 cm)样品, 采用定量PCR技术和高通量测序技术对蔬菜地土壤ARGs和细菌群落结构开展了研究, 旨在探究不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的分布特征及其影响因素。结果表明, 不同施肥类型蔬菜地土壤中均检测到较高丰度的四环素类ARGs (tetA、tetC、tetG、tetL、tetO、tetM、tetW、tetQ)、磺胺类ARGs (sul1、sul2)以及Ⅰ类整合酶基因(intI1), 其中所有施肥处理土壤中磺胺类ARGs总绝对丰度高达9.96×109 copies∙g−1(干土), 且显著高于四环素类ARGs总丰度[1.07×109 copies∙g−1(干土)]。畜禽粪肥和化肥的施用都显著增加了土壤中ARGs丰度, 其中高化肥施加量土壤中ARGs检出丰度最高[6.34×109 copies∙g−1(干土)], 商品有机肥土壤中ARGs检出丰度最低[3.09×108 copies∙g−1(干土)]。施畜禽粪肥土壤中细菌群落的Shannon指数和Chao1指数显著高于高化肥施加量土壤, 但与低化肥施加量土壤差异不显著, 说明畜禽粪肥施用显著提高了土壤细菌群落的α多样性。Pearson相关性分析结果表明, 细菌群落结构是影响ARGs分布的重要因素。IntI1基因与sul2、tetG、tetQ以及tetW基因呈显著正相关(P<0.05), 说明intI1基因在ARGs的传播和扩散中也起着重要作用。本研究结果表明高化肥施用量能显著增加蔬菜地土壤ARGs的丰度, 商品有机肥的施用对土壤ARGs丰度影响最小。本研究为评估不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的污染现状提供了相应的数据参考。
农田土壤生态系统是抗生素抗性基因(ARGs)的源与汇, 畜禽粪便施用是土壤中ARGs的重要来源。畜禽粪便在蔬菜地土壤中的大量施用, 加剧了蔬菜地土壤ARGs的污染, 对人类健康造成潜在危害。本文采集了河北省不同施肥类型(施用鲜鸡粪、鲜羊粪、鲜牛粪、商品有机肥以及单施化肥)的蔬菜地表层土壤(0~20 cm)样品, 采用定量PCR技术和高通量测序技术对蔬菜地土壤ARGs和细菌群落结构开展了研究, 旨在探究不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的分布特征及其影响因素。结果表明, 不同施肥类型蔬菜地土壤中均检测到较高丰度的四环素类ARGs (tetA、tetC、tetG、tetL、tetO、tetM、tetW、tetQ)、磺胺类ARGs (sul1、sul2)以及Ⅰ类整合酶基因(intI1), 其中所有施肥处理土壤中磺胺类ARGs总绝对丰度高达9.96×109 copies∙g−1(干土), 且显著高于四环素类ARGs总丰度[1.07×109 copies∙g−1(干土)]。畜禽粪肥和化肥的施用都显著增加了土壤中ARGs丰度, 其中高化肥施加量土壤中ARGs检出丰度最高[6.34×109 copies∙g−1(干土)], 商品有机肥土壤中ARGs检出丰度最低[3.09×108 copies∙g−1(干土)]。施畜禽粪肥土壤中细菌群落的Shannon指数和Chao1指数显著高于高化肥施加量土壤, 但与低化肥施加量土壤差异不显著, 说明畜禽粪肥施用显著提高了土壤细菌群落的α多样性。Pearson相关性分析结果表明, 细菌群落结构是影响ARGs分布的重要因素。IntI1基因与sul2、tetG、tetQ以及tetW基因呈显著正相关(P<0.05), 说明intI1基因在ARGs的传播和扩散中也起着重要作用。本研究结果表明高化肥施用量能显著增加蔬菜地土壤ARGs的丰度, 商品有机肥的施用对土壤ARGs丰度影响最小。本研究为评估不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的污染现状提供了相应的数据参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230376
摘要:
本研究以线虫作为指示生物, 探索不同肥料长期施用对旱作盐碱瘠薄土壤微食物网的影响。依托5年定位试验, 设置单施醋糟(VR)、有机肥(OM)、菌肥(BM)、化肥(CF)及醋糟-粉煤灰配施(VRF)和有机肥-化肥配施(OCF)、不施肥(CK) 7个处理, 选取燕麦苗期、抽穗期和收获期的耕层土壤样品, 分析土壤线虫群落、土壤性状及燕麦产量。结果表明: 大部分施肥处理降低了土壤pH和容重, 显著提升了有效磷、有机质、硝态氮含量以及微生物数量(P<0.05)。除BM外, 各施肥处理的燕麦均显著增产(P<0.05), 增幅为44.5%~92.3%, 其中OM和CF显著高于其他施肥处理(P<0.05)。施肥显著提高了土壤线虫的数量和丰富度(P<0.05), OM处理线虫群落达到结构化状态, 食物网稳定, 但植物寄生线虫占比较高(36.2%); CF处理则会显著增加线虫优势属数量, 显著降低线虫多样性(P<0.05); 而两者配施的OCF一定程度上弥补了各自的不足。VRF和VR处理均显著提高了食微线虫占比(P<0.05), 降低了植物寄生性线虫占比, VRF处理自由生活线虫成熟度指数显著最高(P<0.05)。土壤有机质、有效磷和微生物是土壤线虫数量变化的主要因素, 土壤pH、EC、容重是燕麦增产的主要限制因素, 而土壤线虫数量与燕麦产量无显著相关。有机肥/化肥和醋糟/粉煤灰配施较肥料单施更利于土壤微生态环境的健康稳定。
本研究以线虫作为指示生物, 探索不同肥料长期施用对旱作盐碱瘠薄土壤微食物网的影响。依托5年定位试验, 设置单施醋糟(VR)、有机肥(OM)、菌肥(BM)、化肥(CF)及醋糟-粉煤灰配施(VRF)和有机肥-化肥配施(OCF)、不施肥(CK) 7个处理, 选取燕麦苗期、抽穗期和收获期的耕层土壤样品, 分析土壤线虫群落、土壤性状及燕麦产量。结果表明: 大部分施肥处理降低了土壤pH和容重, 显著提升了有效磷、有机质、硝态氮含量以及微生物数量(P<0.05)。除BM外, 各施肥处理的燕麦均显著增产(P<0.05), 增幅为44.5%~92.3%, 其中OM和CF显著高于其他施肥处理(P<0.05)。施肥显著提高了土壤线虫的数量和丰富度(P<0.05), OM处理线虫群落达到结构化状态, 食物网稳定, 但植物寄生线虫占比较高(36.2%); CF处理则会显著增加线虫优势属数量, 显著降低线虫多样性(P<0.05); 而两者配施的OCF一定程度上弥补了各自的不足。VRF和VR处理均显著提高了食微线虫占比(P<0.05), 降低了植物寄生性线虫占比, VRF处理自由生活线虫成熟度指数显著最高(P<0.05)。土壤有机质、有效磷和微生物是土壤线虫数量变化的主要因素, 土壤pH、EC、容重是燕麦增产的主要限制因素, 而土壤线虫数量与燕麦产量无显著相关。有机肥/化肥和醋糟/粉煤灰配施较肥料单施更利于土壤微生态环境的健康稳定。
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doi: 10.12357/cjea.20230418
摘要:
在资源环境约束趋紧、确保粮食安全底线多重压力下, 厘清长江经济带粮食生态全要素生产率对深入推进长江大保护至关重要。基于2011—2020年长江经济带110个地级市数据, 对粮食生产环节的碳排放、面源污染和生态价值进行测算, 构建非期望产出框架下的投入产出体系, 运用超效率Slacks-Based Measure模型和全局Malmquist-Luenberger指数考察长江经济带粮食生态全要素生产率的时空动态特征。研究发现: 1) 2012—2020年间长江经济带粮食生态全要素生产率总体呈增长态势, 年均增长0.98%, 且其增长主要源于技术进步而非技术效率提升所致。2)从时空特征看, 2012—2020年长江经济带各地级市的粮食生态全要素生产率改善趋势明显, 粮食综合技术效率变化的空间格局变化趋势无明显规律。3)在研究期内上游地区的粮食生态全要素生产率平均最高, 然后依次是中游地区、下游地区。3个区域的粮食生态全要素生产率都处于递增状态。因此, 在建设农业强国的征程中, 要高度重视农业技术进步并不断提升粮食生产技术效率, 以此来稳定提升长江经济带粮食生态全要素生产率, 同时要根据区域禀赋差异设计针对性提升策略。
在资源环境约束趋紧、确保粮食安全底线多重压力下, 厘清长江经济带粮食生态全要素生产率对深入推进长江大保护至关重要。基于2011—2020年长江经济带110个地级市数据, 对粮食生产环节的碳排放、面源污染和生态价值进行测算, 构建非期望产出框架下的投入产出体系, 运用超效率Slacks-Based Measure模型和全局Malmquist-Luenberger指数考察长江经济带粮食生态全要素生产率的时空动态特征。研究发现: 1) 2012—2020年间长江经济带粮食生态全要素生产率总体呈增长态势, 年均增长0.98%, 且其增长主要源于技术进步而非技术效率提升所致。2)从时空特征看, 2012—2020年长江经济带各地级市的粮食生态全要素生产率改善趋势明显, 粮食综合技术效率变化的空间格局变化趋势无明显规律。3)在研究期内上游地区的粮食生态全要素生产率平均最高, 然后依次是中游地区、下游地区。3个区域的粮食生态全要素生产率都处于递增状态。因此, 在建设农业强国的征程中, 要高度重视农业技术进步并不断提升粮食生产技术效率, 以此来稳定提升长江经济带粮食生态全要素生产率, 同时要根据区域禀赋差异设计针对性提升策略。
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doi: 10.12357/cjea.20230283
摘要:
作物生产中有效利用能源是可持续农业的一个重要目标。中国作为油料生产和消费大国, 在其生产过程中, 减少过度无效能源消耗, 优化能源利用结构, 提高能源利用效率, 对于农民节本增收、降低温室气体排放和环境影响具有重要意义。本文基于生命周期分析(LCA)视角, 采用生命周期评价和数据包络分析(DEA)方法, 对油菜、大豆、花生3种油料作物能源利用效率和温室气体排放进行了测算, 分析了不同省份能源高效和低效利用的原因, 探究了各省能源节约和温室气体减排的可能性与潜力。结果表明: 1) 3种油料作物生产系统单位能量消耗的产出能力相差不大, 但能源利用效率差异明显, 呈现花生>油菜>大豆的特点。2) 3种油料作物中, 花生温室气体排放量最高[874.96 kg(CO2 eq)∙hm−2], 其次为油菜[660.16 kg(CO2 eq)∙hm−2]和大豆[507.07 kg(CO2 eq)∙hm−2]; 不同油料作物物质投入和农事操作温室气体排放贡献差异明显, 油菜与花生种植主要温室气体排放源为化肥, 而大豆种植过程中化肥、柴油、灌溉温室气体排放贡献相对均衡。3)油料作物能源利用优化和温室气体减排潜力较大, 油菜、大豆、花生低效省份能源利用优化后, 分别可节约11.97%、16.38%和15.89%的资源, 实现了20.60~616.32 kg(CO2 eq)∙hm−2的减排。因此, 根据区域实际情况, 优化能源低效利用地区的能源利用结构, 探寻产量与碳排双优的生产模式, 对推动油料种植节本增收与绿色发展将发挥重要作用。
作物生产中有效利用能源是可持续农业的一个重要目标。中国作为油料生产和消费大国, 在其生产过程中, 减少过度无效能源消耗, 优化能源利用结构, 提高能源利用效率, 对于农民节本增收、降低温室气体排放和环境影响具有重要意义。本文基于生命周期分析(LCA)视角, 采用生命周期评价和数据包络分析(DEA)方法, 对油菜、大豆、花生3种油料作物能源利用效率和温室气体排放进行了测算, 分析了不同省份能源高效和低效利用的原因, 探究了各省能源节约和温室气体减排的可能性与潜力。结果表明: 1) 3种油料作物生产系统单位能量消耗的产出能力相差不大, 但能源利用效率差异明显, 呈现花生>油菜>大豆的特点。2) 3种油料作物中, 花生温室气体排放量最高[874.96 kg(CO2 eq)∙hm−2], 其次为油菜[660.16 kg(CO2 eq)∙hm−2]和大豆[507.07 kg(CO2 eq)∙hm−2]; 不同油料作物物质投入和农事操作温室气体排放贡献差异明显, 油菜与花生种植主要温室气体排放源为化肥, 而大豆种植过程中化肥、柴油、灌溉温室气体排放贡献相对均衡。3)油料作物能源利用优化和温室气体减排潜力较大, 油菜、大豆、花生低效省份能源利用优化后, 分别可节约11.97%、16.38%和15.89%的资源, 实现了20.60~616.32 kg(CO2 eq)∙hm−2的减排。因此, 根据区域实际情况, 优化能源低效利用地区的能源利用结构, 探寻产量与碳排双优的生产模式, 对推动油料种植节本增收与绿色发展将发挥重要作用。
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doi: 10.12357/cjea.20230412
摘要:
滇中高原湖泊流域位于我国西南生态安全屏障内，担负着擘画生态文明新蓝图的重任。评估流域景观生态风险、揭示驱动因素是保障其生态功能稳定性和防控生态风险的关键。本文基于2000、2005、2010、2015、2020年的土地利用数据，借助ArcGIS 10.8和Fragstatas 4.2构建景观生态风险评价模型，运用空间分析工具探究流域景观生态风险的时空分异特征和变化趋势，采用地理探测器识别全流域及局部区域自然因素和社会经济因素对景观生态风险的影响。研究结果显示：1）2000—2020年，林地和耕地是滇中高原湖泊流域内面积最大的景观，未利用地的面积最小。2）研究区内以中风险、中低风险为主。高风险区位于滇池以北，呈扩张趋势并向西北和东南方向延伸；中风险区、中高风险区不断向中部压缩；中低风险区、低风险区主要位于湖泊周围及流域北部，并围绕这些区域向外扩张。3）流域内大部分区域生态系统较为稳定，等级未发生变化。景观生态风险整体呈下降趋势，生态系统发展向好。4）从整体来看，景观生态风险主要受植被归一化指数、夜间灯光等因子的影响；从局部来看，夜间灯光、年降水量、植被归一化指数对景观生态风险影响较为显著。为此，滇中高原湖泊流域的景观生态风险具有明显的空异格局及变化特征并被多种因素驱动，相关政策的制定应围绕这些方面展开。
滇中高原湖泊流域位于我国西南生态安全屏障内，担负着擘画生态文明新蓝图的重任。评估流域景观生态风险、揭示驱动因素是保障其生态功能稳定性和防控生态风险的关键。本文基于2000、2005、2010、2015、2020年的土地利用数据，借助ArcGIS 10.8和Fragstatas 4.2构建景观生态风险评价模型，运用空间分析工具探究流域景观生态风险的时空分异特征和变化趋势，采用地理探测器识别全流域及局部区域自然因素和社会经济因素对景观生态风险的影响。研究结果显示：1）2000—2020年，林地和耕地是滇中高原湖泊流域内面积最大的景观，未利用地的面积最小。2）研究区内以中风险、中低风险为主。高风险区位于滇池以北，呈扩张趋势并向西北和东南方向延伸；中风险区、中高风险区不断向中部压缩；中低风险区、低风险区主要位于湖泊周围及流域北部，并围绕这些区域向外扩张。3）流域内大部分区域生态系统较为稳定，等级未发生变化。景观生态风险整体呈下降趋势，生态系统发展向好。4）从整体来看，景观生态风险主要受植被归一化指数、夜间灯光等因子的影响；从局部来看，夜间灯光、年降水量、植被归一化指数对景观生态风险影响较为显著。为此，滇中高原湖泊流域的景观生态风险具有明显的空异格局及变化特征并被多种因素驱动，相关政策的制定应围绕这些方面展开。
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doi: 10.12357/cjea.20230289
摘要:
干旱区新垦绿洲沙地灌溉强度大, 农田覆膜后往往出现春玉米早衰现象。为探讨土壤水分和通气性是否是引发早衰的原因, 本研究在河西走廊绿洲春玉米农田设置不覆膜(NM)和覆膜(PFM)处理, 探求覆膜条件下土壤水分和CO2分压(pCO2)对玉米根系生长、绿叶面积衰减、光合生理以及籽粒产量与品质的影响。相比不覆膜处理, 覆膜区域的土壤pCO2较未覆膜区域高40%以上; 覆膜区域过高的土壤pCO2 (0.93%~1.27%)使玉米花期根系活力下降19.7%, 但非覆膜区根长密度和根系活力分别增加22.7%和9.6%。覆膜提高了春玉米拔节期叶片光合速率(20.0%)和蒸腾速率(8.5%), 但抑制了花后叶片光合速率(−40.0%)和蒸腾速率(−18.0%); 覆膜处理相对绿叶面积衰减启动时间和衰减最大速率时间分别提前1.7 d和7.1 d, 而平均衰减速率和最大衰减速率分别增加6.7%和21.7%。覆膜的上述效应未显著影响玉米籽粒产量, 但使籽粒淀粉含量和蛋白质含量分别降低20.1%和22.1%。以上结果表明, 在干旱区新垦绿洲沙地, 覆膜根区土壤pCO2过高可能是导致玉米花后早衰和籽粒品质下降的重要原因, 后期建议开展适时揭膜、控制灌溉(如亏缺灌溉、分根交替灌溉)或加气灌溉对覆膜新垦绿洲农田土壤通气性的改善研究。
干旱区新垦绿洲沙地灌溉强度大, 农田覆膜后往往出现春玉米早衰现象。为探讨土壤水分和通气性是否是引发早衰的原因, 本研究在河西走廊绿洲春玉米农田设置不覆膜(NM)和覆膜(PFM)处理, 探求覆膜条件下土壤水分和CO2分压(pCO2)对玉米根系生长、绿叶面积衰减、光合生理以及籽粒产量与品质的影响。相比不覆膜处理, 覆膜区域的土壤pCO2较未覆膜区域高40%以上; 覆膜区域过高的土壤pCO2 (0.93%~1.27%)使玉米花期根系活力下降19.7%, 但非覆膜区根长密度和根系活力分别增加22.7%和9.6%。覆膜提高了春玉米拔节期叶片光合速率(20.0%)和蒸腾速率(8.5%), 但抑制了花后叶片光合速率(−40.0%)和蒸腾速率(−18.0%); 覆膜处理相对绿叶面积衰减启动时间和衰减最大速率时间分别提前1.7 d和7.1 d, 而平均衰减速率和最大衰减速率分别增加6.7%和21.7%。覆膜的上述效应未显著影响玉米籽粒产量, 但使籽粒淀粉含量和蛋白质含量分别降低20.1%和22.1%。以上结果表明, 在干旱区新垦绿洲沙地, 覆膜根区土壤pCO2过高可能是导致玉米花后早衰和籽粒品质下降的重要原因, 后期建议开展适时揭膜、控制灌溉(如亏缺灌溉、分根交替灌溉)或加气灌溉对覆膜新垦绿洲农田土壤通气性的改善研究。
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doi: 10.12357/cjea.20230345
摘要:
为解决作物模型参数率定过程中参数众多导致的敏感参数定位迟缓和调参效率低的问题, 本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整, 以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照, 利用扩展傅里叶幅度检验法(EFAST), 对APSIM-Wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析, 得到对模型结果较敏感的部分参数, 然后利用粒子群优化算法对部分敏感参数进行优化。结果表明: 1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为叶面积指数为0时最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数; 2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果: 叶面积指数为0时最大比叶面积为26 652 mm2∙g−1, 叶片生长的氮限制因子为0.96, 出苗到拔节积温为382 ℃·d, 消光系数为0.44, 拔节到开花积温为542 ℃·d, 蒸腾效率系数为0.0056; 3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042, 归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.11%, 模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988, 优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法, 避免了优化参数的不确定性, 实现参数自动率定, 提高模型参数的率定效率, 有利于模型快速地本地化应用, 并指导农业生产。本研究方法也对APSIM-Wheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。
为解决作物模型参数率定过程中参数众多导致的敏感参数定位迟缓和调参效率低的问题, 本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整, 以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照, 利用扩展傅里叶幅度检验法(EFAST), 对APSIM-Wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析, 得到对模型结果较敏感的部分参数, 然后利用粒子群优化算法对部分敏感参数进行优化。结果表明: 1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为叶面积指数为0时最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数; 2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果: 叶面积指数为0时最大比叶面积为26 652 mm2∙g−1, 叶片生长的氮限制因子为0.96, 出苗到拔节积温为382 ℃·d, 消光系数为0.44, 拔节到开花积温为542 ℃·d, 蒸腾效率系数为0.0056; 3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042, 归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.11%, 模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988, 优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法, 避免了优化参数的不确定性, 实现参数自动率定, 提高模型参数的率定效率, 有利于模型快速地本地化应用, 并指导农业生产。本研究方法也对APSIM-Wheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。
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doi: 10.12357/cjea.20230423
摘要:
了解湖南省农业碳排放特征及影响因素, 可为湖南省绿色低碳农业发展提供科学依据。通过查阅《湖南统计年鉴》以及各地市统计年鉴对作物种植面积、农业物资投入量及畜禽养殖量进行数据整合, 利用联合国政府间气候变化专门委员经典碳排计算理论计算湖南省2007—2020年间农业碳排放量。以2007年为基期年, 采用kaya碳排式和对数均值迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index, 以下简称LMDI)分析其影响因素, 并引入灰色预测模型(Gray forecasting model 以下简称GM (1, 1))预测湖南省2021—2040年间碳排放量。计算结果表明, 湖南省2020年碳排放量为6×107 t, 碳排放强度为1.01 t·(104 ¥)−1, 并于2015年达到峰值。湖南省农业碳排放量呈现出三段式变化: 因2008年特大冰雪灾害对农业产生严重影响, 农业碳排放量在2007—2008年间呈下降趋势; 2009—2015年稳步上升并于2015年达到峰值; 2015—2020年间整体呈现下降趋势。与此同时, 不同地市间存在明显差异: 长沙、湘潭、衡阳、邵阳、岳阳、常德、益阳于2015年前后达峰, 而其他地市如株洲、张家界、郴州、永州、怀化、湘西在2018年前均有一段平稳上升期, 娄底波动上升, 因此难以在2030年前实现碳达峰。湖南省各地市农业碳排放强度均逐年下降, 基年农业碳排放强度越大的地市其在后续年份中农业碳排放强度下降幅度越大。2007—2020间各地市农业碳排放量平均变异系数42%, 农业碳排放强度平均变异系数为20%, 说明地市之间的农业碳排放量差异程度远远大于农业碳排放强度差异程度。农业碳排放源排放占比从大到小依次为: 农田土壤利用>畜禽养殖>农资投入。地区经济发展水平、劳动力水平和农村总用电量对增加农业碳排放量起主要作用, 其中地区经济发展水平、农村总用电量是主要影响因素; 农业生产效率、农业产业结构、地区产业结构、农村居民人均用电量在农业碳排放量减少的过程中起重要作用。研究表明, 湖南省农业碳排放量在2015年达到峰值, 提出优化产业结构、各地因地制宜地推动绿色创新、加强政府职能等建议, 为湖南省农业碳减排决策提供参考。
了解湖南省农业碳排放特征及影响因素, 可为湖南省绿色低碳农业发展提供科学依据。通过查阅《湖南统计年鉴》以及各地市统计年鉴对作物种植面积、农业物资投入量及畜禽养殖量进行数据整合, 利用联合国政府间气候变化专门委员经典碳排计算理论计算湖南省2007—2020年间农业碳排放量。以2007年为基期年, 采用kaya碳排式和对数均值迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index, 以下简称LMDI)分析其影响因素, 并引入灰色预测模型(Gray forecasting model 以下简称GM (1, 1))预测湖南省2021—2040年间碳排放量。计算结果表明, 湖南省2020年碳排放量为6×107 t, 碳排放强度为1.01 t·(104 ¥)−1, 并于2015年达到峰值。湖南省农业碳排放量呈现出三段式变化: 因2008年特大冰雪灾害对农业产生严重影响, 农业碳排放量在2007—2008年间呈下降趋势; 2009—2015年稳步上升并于2015年达到峰值; 2015—2020年间整体呈现下降趋势。与此同时, 不同地市间存在明显差异: 长沙、湘潭、衡阳、邵阳、岳阳、常德、益阳于2015年前后达峰, 而其他地市如株洲、张家界、郴州、永州、怀化、湘西在2018年前均有一段平稳上升期, 娄底波动上升, 因此难以在2030年前实现碳达峰。湖南省各地市农业碳排放强度均逐年下降, 基年农业碳排放强度越大的地市其在后续年份中农业碳排放强度下降幅度越大。2007—2020间各地市农业碳排放量平均变异系数42%, 农业碳排放强度平均变异系数为20%, 说明地市之间的农业碳排放量差异程度远远大于农业碳排放强度差异程度。农业碳排放源排放占比从大到小依次为: 农田土壤利用>畜禽养殖>农资投入。地区经济发展水平、劳动力水平和农村总用电量对增加农业碳排放量起主要作用, 其中地区经济发展水平、农村总用电量是主要影响因素; 农业生产效率、农业产业结构、地区产业结构、农村居民人均用电量在农业碳排放量减少的过程中起重要作用。研究表明, 湖南省农业碳排放量在2015年达到峰值, 提出优化产业结构、各地因地制宜地推动绿色创新、加强政府职能等建议, 为湖南省农业碳减排决策提供参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230414
摘要:
根际是由植物根系和土壤微生物之间相互作用形成的一种特殊环境, 根际微生物群落的宏基因组是植物微生物组的重要组成部分。植物与根际微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。在根际环境中, 微生物群落利用复杂的种内和种间信号传导机制招募特定的微生物, 协调并控制混合群落的行为, 从而影响植物的生长发育和健康。根际微生物能够自发产生、释放特定的信号分子, 并能感知其浓度变化, 从而调节微生物的群体行为, 这一调控系统称为群体感应(Quorum sensing, QS)。QS系统的特征是合成和释放特定的信号分子。根际土壤细菌中存在多种QS信号分子, 如N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)、二酮哌嗪、扩散信号因子、次生代谢物、植物激素类分子等。AHLs作为细菌中被广泛研究的QS信号分子, 在植物与根际微生物的相互作用中发挥重要作用。本文综述了AHLs介导的群体感应机制, 并讨论了AHLs在植物与根际微生物相互作用中的调节作用, 包括AHLs对植物的生长发育、逆境耐受性和抗病性等方面的有益影响, 以及AHLs介导的QS系统调控导致的根际致病菌对植物的有害影响, 同时还探讨了基于AHLs的群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响, 以期为植物健康与农业生产提供新的思路和方法, 推动可持续农业的发展。
根际是由植物根系和土壤微生物之间相互作用形成的一种特殊环境, 根际微生物群落的宏基因组是植物微生物组的重要组成部分。植物与根际微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。在根际环境中, 微生物群落利用复杂的种内和种间信号传导机制招募特定的微生物, 协调并控制混合群落的行为, 从而影响植物的生长发育和健康。根际微生物能够自发产生、释放特定的信号分子, 并能感知其浓度变化, 从而调节微生物的群体行为, 这一调控系统称为群体感应(Quorum sensing, QS)。QS系统的特征是合成和释放特定的信号分子。根际土壤细菌中存在多种QS信号分子, 如N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)、二酮哌嗪、扩散信号因子、次生代谢物、植物激素类分子等。AHLs作为细菌中被广泛研究的QS信号分子, 在植物与根际微生物的相互作用中发挥重要作用。本文综述了AHLs介导的群体感应机制, 并讨论了AHLs在植物与根际微生物相互作用中的调节作用, 包括AHLs对植物的生长发育、逆境耐受性和抗病性等方面的有益影响, 以及AHLs介导的QS系统调控导致的根际致病菌对植物的有害影响, 同时还探讨了基于AHLs的群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响, 以期为植物健康与农业生产提供新的思路和方法, 推动可持续农业的发展。
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doi: 10.12357/cjea.20230359
摘要:
乡村植被具有重要的生态、生产与生活功能(三生功能)。乡村植被分类是生产空间、生活空间和生态空间(三生空间)规划的基础, 对美丽乡村建设和乡村振兴具有重要指导作用。目前国内的植被分类系统关于栽培植被的分类还不够完善, 尤其是承载生活功能的绿地植被没有纳入分类系统中。为了科学开展乡村植被的分类与命名, 本文通过梳理我国植被分类学的主要研究成果, 重点针对乡村植被分类研究中比较薄弱的农业植被和绿地植被进行了深入研究和探讨, 构建了1套包含9个分类等级单位的乡村植被分类系统。该系统基于“三生功能”, 增设了绿地植被类型, 将乡村植被划分为自然与半自然植被、农业植被、绿地植被3个植被类, 每类植被进一步划分植被型组、植被型、植被亚型、群系组、群系、亚群系、群丛组、群丛8个分类等级。在此基础上, 明确了各分类等级的划分依据与命名方法, 并进行了举例说明, 提出了乡村植被的分类与命名参考方案, 将中国乡村植被划分为3个植被类、23个植被型组、66个植被型和142个植被亚型。本研究阐明了目前植被分类研究中各类植被定义界限不清、分类和命名比较混乱的问题, 弥补了当前农业植被分类与命名存在的一些缺陷, 填补了绿地植被分类研究的空缺, 是对中国植被分类系统的补充与完善。研究结果可为乡村植被功能评价与保护管理、乡村空间规划等提供科学依据。
乡村植被具有重要的生态、生产与生活功能(三生功能)。乡村植被分类是生产空间、生活空间和生态空间(三生空间)规划的基础, 对美丽乡村建设和乡村振兴具有重要指导作用。目前国内的植被分类系统关于栽培植被的分类还不够完善, 尤其是承载生活功能的绿地植被没有纳入分类系统中。为了科学开展乡村植被的分类与命名, 本文通过梳理我国植被分类学的主要研究成果, 重点针对乡村植被分类研究中比较薄弱的农业植被和绿地植被进行了深入研究和探讨, 构建了1套包含9个分类等级单位的乡村植被分类系统。该系统基于“三生功能”, 增设了绿地植被类型, 将乡村植被划分为自然与半自然植被、农业植被、绿地植被3个植被类, 每类植被进一步划分植被型组、植被型、植被亚型、群系组、群系、亚群系、群丛组、群丛8个分类等级。在此基础上, 明确了各分类等级的划分依据与命名方法, 并进行了举例说明, 提出了乡村植被的分类与命名参考方案, 将中国乡村植被划分为3个植被类、23个植被型组、66个植被型和142个植被亚型。本研究阐明了目前植被分类研究中各类植被定义界限不清、分类和命名比较混乱的问题, 弥补了当前农业植被分类与命名存在的一些缺陷, 填补了绿地植被分类研究的空缺, 是对中国植被分类系统的补充与完善。研究结果可为乡村植被功能评价与保护管理、乡村空间规划等提供科学依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230386
摘要:
四川省是我国13个粮食主产区之一, 也是我国大豆种植的新兴地区和西南产区的重要组成, 研究大豆生产格局对四川省落实粮食安全战略、推动西南地区大豆产业发展具有重大意义。文章基于2000—2020年四川省183个区市县的面板数据, 运用空间基尼指数、地理集中度指数、空间转移系数、ESDA方法、最优地理探测器分析了大豆生产的时空格局变化及驱动因素。研究结果发现: 1)2000—2020年, 四川省大豆产能波动上升, 空间分布极不均衡, 集聚水平逐步上升并逐步向川中丘陵区集中; 2)大豆生产存在较强的正向空间相关性, 总体表现为高-高聚集和低-低聚集; 3)地理气候、比较收益、交通条件、经济社会等因素对大豆生产格局变化的影响均高度显著, 且呈现非线性增强、双因子增强的交互效应。其中, 资源要素投入、比较收益、海拔高程长期以来对大豆生产格局的影响最为显著且呈波动上升趋势, 气温、乡村家庭规模的影响力提升较快, 交通条件、地区GDP的影响力则显著下降, 耕作制度长期以来驱动力最弱。基于此, 四川省大豆生产应着力破解耕地资源细碎化与劳动力短缺等资源环境约束, 大力发展生产性服务业, 全面提升大豆生产机械化水平。需通过强化科技创新提升川豆单产, 并进一步优化大豆生产、农机、服务、保险等环节的政策保障。同时, 应重点关注气候变化引发的干旱等自然风险, 健全农业领域的自然灾害风险预警与防范机制, 以进一步强化大豆产业的综合风险抵御能力。
四川省是我国13个粮食主产区之一, 也是我国大豆种植的新兴地区和西南产区的重要组成, 研究大豆生产格局对四川省落实粮食安全战略、推动西南地区大豆产业发展具有重大意义。文章基于2000—2020年四川省183个区市县的面板数据, 运用空间基尼指数、地理集中度指数、空间转移系数、ESDA方法、最优地理探测器分析了大豆生产的时空格局变化及驱动因素。研究结果发现: 1)2000—2020年, 四川省大豆产能波动上升, 空间分布极不均衡, 集聚水平逐步上升并逐步向川中丘陵区集中; 2)大豆生产存在较强的正向空间相关性, 总体表现为高-高聚集和低-低聚集; 3)地理气候、比较收益、交通条件、经济社会等因素对大豆生产格局变化的影响均高度显著, 且呈现非线性增强、双因子增强的交互效应。其中, 资源要素投入、比较收益、海拔高程长期以来对大豆生产格局的影响最为显著且呈波动上升趋势, 气温、乡村家庭规模的影响力提升较快, 交通条件、地区GDP的影响力则显著下降, 耕作制度长期以来驱动力最弱。基于此, 四川省大豆生产应着力破解耕地资源细碎化与劳动力短缺等资源环境约束, 大力发展生产性服务业, 全面提升大豆生产机械化水平。需通过强化科技创新提升川豆单产, 并进一步优化大豆生产、农机、服务、保险等环节的政策保障。同时, 应重点关注气候变化引发的干旱等自然风险, 健全农业领域的自然灾害风险预警与防范机制, 以进一步强化大豆产业的综合风险抵御能力。
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doi: 10.12357/cjea.20230267
摘要:
微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者, 其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序, 分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异, 并得出以下结果。首先, 与非转基因常规水稻‘闽恢3301’或杂交水稻‘天优华占’相比, 抗虫转基因水稻‘MFB’及转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’均能显著增产(P<0.05)。同时, 高通量测序结果表明, 除水稻成熟期的土壤真菌群落外, 与‘闽恢3301’相比 ‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高, 且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05); 水稻齐穗期时转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间; 微生物群落β-多样性分析结果表明, 本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比, 稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加, 且在水稻分蘖期及成熟期时达到显著性水平(P<0.05), 而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少, 且在水稻分蘖期及齐穗期时差异显著(P<0.05); 水稻齐穗期时, ‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外, 通过对微生物群落的功能组成预测可见, 随水稻生长, ‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述, 本研究田间试验中, 抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性, 改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度, 但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。
微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者, 其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序, 分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异, 并得出以下结果。首先, 与非转基因常规水稻‘闽恢3301’或杂交水稻‘天优华占’相比, 抗虫转基因水稻‘MFB’及转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’均能显著增产(P<0.05)。同时, 高通量测序结果表明, 除水稻成熟期的土壤真菌群落外, 与‘闽恢3301’相比 ‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高, 且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05); 水稻齐穗期时转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间; 微生物群落β-多样性分析结果表明, 本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比, 稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加, 且在水稻分蘖期及成熟期时达到显著性水平(P<0.05), 而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少, 且在水稻分蘖期及齐穗期时差异显著(P<0.05); 水稻齐穗期时, ‘闽丰A/MFB’ ‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外, 通过对微生物群落的功能组成预测可见, 随水稻生长, ‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述, 本研究田间试验中, 抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性, 改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度, 但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。
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doi: 10.12357/cjea.20230301
摘要:
持续推进科学施肥是实现稳粮保供和生态文明建设的有力支撑。为探寻数字乡村建设背景下促进我国农户科学施肥的有效策略, 本文基于湖北省水稻产区1256份农户调查数据, 利用Heckman两阶段模型, 从“采纳行为” 和“采纳程度”两个方面探讨了农技推广服务信息化对农户科学施肥技术采纳决策的影响; 并运用逐步回归法对农技推广服务信息化影响农户科学施肥技术采纳决策的作用机理进行剖析。研究发现: 1)农技推广服务信息化对农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度均存在显著的正向影响。2)农技推广服务信息化对农户不同类型科学施肥技术采纳行为的影响存在差异。相较于新型肥料施用技术, 农技推广服务信息化对农户采纳高效施肥技术的带动效应更大。3)农技推广服务信息化通过提高效益认知促进农户的科学施肥技术采纳行为, 通过降低风险认知促进农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度。据此, 本文提出要不断丰富信息化服务形式与内容、完善协同推广机制、通过个性化服务和精准推广提升农技推广服务效能等政策建议。
持续推进科学施肥是实现稳粮保供和生态文明建设的有力支撑。为探寻数字乡村建设背景下促进我国农户科学施肥的有效策略, 本文基于湖北省水稻产区1256份农户调查数据, 利用Heckman两阶段模型, 从“采纳行为” 和“采纳程度”两个方面探讨了农技推广服务信息化对农户科学施肥技术采纳决策的影响; 并运用逐步回归法对农技推广服务信息化影响农户科学施肥技术采纳决策的作用机理进行剖析。研究发现: 1)农技推广服务信息化对农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度均存在显著的正向影响。2)农技推广服务信息化对农户不同类型科学施肥技术采纳行为的影响存在差异。相较于新型肥料施用技术, 农技推广服务信息化对农户采纳高效施肥技术的带动效应更大。3)农技推广服务信息化通过提高效益认知促进农户的科学施肥技术采纳行为, 通过降低风险认知促进农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度。据此, 本文提出要不断丰富信息化服务形式与内容、完善协同推广机制、通过个性化服务和精准推广提升农技推广服务效能等政策建议。
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doi: 10.12357/cjea.20230261
摘要:
在全球共同应对气候变化的时代背景下, 探索国际视野下农业温室气体减排的先进经验, 对于中国践行气候变化国际合作倡议、推动自身农业可持续发展实现具有重要现实意义。以美国、欧盟和日本等国家为对象, 分别梳理其农业低碳发展的主要做法、最新行动和取得成效, 据此, 结合中国特色农业发展的基本理念, 提出农业低碳发展的中国策略。研究表明: 1)较之于同为新兴经济体的印度, 2020年中国在农业温室气体排放总量和人均排放量上与其相近, 但中国的单位GDP排放量[44.52 t∙(106$)−1]远低于印度[278.11 t∙(106$)−1]; 较之于同作为超级人口大国的美国, 中国在排放总量方面远高于美国, 但中国的人均排放量(0.46 t∙cap.−1)明显低于美国(1.15 t∙cap.−1)。中国必须充分考虑自身作为人口大国和发展中国家的现实, 科学合理地展开农业温室气体减排目标规划。2)美国主要在法律法规完善、财政税收和减排补贴、清洁能源开发及推广、碳排放权和碳汇市场交易等方面做出积极探索, 其2020年人均农业温室气体排放量较1990年下降19.58%; 欧盟的先进做法主要体现在法律法规完善、财税支持和生态保护补偿、管理创新和技术创新等方面, 其2020年人均排放量同比1990年下降29.03%; 日本主要在可再生能源推广、管理创新和技术创新、粮食生产保障和气候适应等方面展开行动, 其2020年人均排放量同比1990年下降29.17%。3)农业低碳发展的中国策略旨在保障粮食供给、减少温室效应和实现生态价值。 据此, 提出持续完善相关法律法规体系、加大财税扶持和绿色金融支持、加强管理创新和科技创新、加快能源结构调整和转型升级以及逐步完善碳交易市场机制5个方面的政策启示。
在全球共同应对气候变化的时代背景下, 探索国际视野下农业温室气体减排的先进经验, 对于中国践行气候变化国际合作倡议、推动自身农业可持续发展实现具有重要现实意义。以美国、欧盟和日本等国家为对象, 分别梳理其农业低碳发展的主要做法、最新行动和取得成效, 据此, 结合中国特色农业发展的基本理念, 提出农业低碳发展的中国策略。研究表明: 1)较之于同为新兴经济体的印度, 2020年中国在农业温室气体排放总量和人均排放量上与其相近, 但中国的单位GDP排放量[44.52 t∙(106$)−1]远低于印度[278.11 t∙(106$)−1]; 较之于同作为超级人口大国的美国, 中国在排放总量方面远高于美国, 但中国的人均排放量(0.46 t∙cap.−1)明显低于美国(1.15 t∙cap.−1)。中国必须充分考虑自身作为人口大国和发展中国家的现实, 科学合理地展开农业温室气体减排目标规划。2)美国主要在法律法规完善、财政税收和减排补贴、清洁能源开发及推广、碳排放权和碳汇市场交易等方面做出积极探索, 其2020年人均农业温室气体排放量较1990年下降19.58%; 欧盟的先进做法主要体现在法律法规完善、财税支持和生态保护补偿、管理创新和技术创新等方面, 其2020年人均排放量同比1990年下降29.03%; 日本主要在可再生能源推广、管理创新和技术创新、粮食生产保障和气候适应等方面展开行动, 其2020年人均排放量同比1990年下降29.17%。3)农业低碳发展的中国策略旨在保障粮食供给、减少温室效应和实现生态价值。 据此, 提出持续完善相关法律法规体系、加大财税扶持和绿色金融支持、加强管理创新和科技创新、加快能源结构调整和转型升级以及逐步完善碳交易市场机制5个方面的政策启示。
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doi: 10.12357/cjea.20230448
摘要:
为探讨我国古稻原产区独特的土壤微生态环境, 本研究以江西省万年县古稻原产区及临近区域稻田为研究对象, 采用16S rDNA高通量测序技术和FAPROTAX功能预测分析了细菌群落结构及功能, 并探究影响细菌群落结构与功能特性的关键土壤理化因子。结果显示, 古稻原产区土壤除了包含更高含量的有效氮和Cu, 其他理化因子与临近区域并未表现出明显的差异。古稻原产区的细菌群落特征与其他区域的差异性主要体现在种群组成上, 而不是细菌丰度(基于16S rDNA 荧光定量PCR技术)和Alpha多样性。与临近区域相比, 古稻原产区土壤中包含更高相对丰度的厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota), 酸杆菌门(Acidobacteriota)和硝化螺旋菌门(Nitrospirota)则相反。此外, 古稻原产区细菌类群表现出更强的碳代谢(包括甲醇氧化、发酵、纤维素分解和碳氢化合物降解等)能力和更弱的氮(包括硝化作用和N2O反硝化等)、硫代谢潜力。进一步的分析发现, 细菌的群落和功能潜力特征除了受土壤营养元素的影响, 还受pH和多种重金属元素(如Cd、Cu、Hg、Ni)的影响。本研究解析了古稻原产区微生态环境的特异性, 明确了其稻田土壤拥有更高的碳周转和氮储能力, 为未来推广优质水稻种植和改善农田生态系统提供了理论参考。
为探讨我国古稻原产区独特的土壤微生态环境, 本研究以江西省万年县古稻原产区及临近区域稻田为研究对象, 采用16S rDNA高通量测序技术和FAPROTAX功能预测分析了细菌群落结构及功能, 并探究影响细菌群落结构与功能特性的关键土壤理化因子。结果显示, 古稻原产区土壤除了包含更高含量的有效氮和Cu, 其他理化因子与临近区域并未表现出明显的差异。古稻原产区的细菌群落特征与其他区域的差异性主要体现在种群组成上, 而不是细菌丰度(基于16S rDNA 荧光定量PCR技术)和Alpha多样性。与临近区域相比, 古稻原产区土壤中包含更高相对丰度的厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota), 酸杆菌门(Acidobacteriota)和硝化螺旋菌门(Nitrospirota)则相反。此外, 古稻原产区细菌类群表现出更强的碳代谢(包括甲醇氧化、发酵、纤维素分解和碳氢化合物降解等)能力和更弱的氮(包括硝化作用和N2O反硝化等)、硫代谢潜力。进一步的分析发现, 细菌的群落和功能潜力特征除了受土壤营养元素的影响, 还受pH和多种重金属元素(如Cd、Cu、Hg、Ni)的影响。本研究解析了古稻原产区微生态环境的特异性, 明确了其稻田土壤拥有更高的碳周转和氮储能力, 为未来推广优质水稻种植和改善农田生态系统提供了理论参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230334
摘要:
探明氮、磷、钾肥不同配比对薏苡不同部位籽粒灌浆结实特性的影响, 为薏苡高效施肥技术模式提供理论和技术支持。以‘贵薏1号’为材料, 采用“3414”设计, 应用Richards方程对不同氮磷钾肥配施对薏苡5个部位籽粒的灌浆过程的影响进行了研究。结果表明:1)施用氮磷钾肥可改善薏苡上、中、下1、下2和下3部位籽粒灌浆速率达到最大时需要的天数、灌浆速率达到最大值的粒重、平均灌浆速率、最大灌浆速率, 延长籽粒活跃灌浆期, 进而提高薏苡结实特性。2)氮磷钾肥配施显著提高薏苡中部和下1部粒重, 在单因素肥效间表现为N>K>P, 在双因素肥效互作间表现为PK>NP>NK, 但过量施用氮磷钾肥会使粒重有所下降, 结实特性显著降低。3)相关性分析表明, 上、中、下1、下2和下3部位籽粒的千粒重与籽粒结实率、充实度、平均灌浆速率和最大灌浆速率呈正相关。4)拟合肥料与薏苡千粒重效应函数方程, 得出薏苡N、P2O5、K2O的最优推荐施肥范围分别为135.51~270.99 kg∙hm−2、75.00~150.50 kg∙hm−2、56.25~112.51 kg∙hm−2。氮磷钾肥配显著影响薏苡不同部位籽粒灌浆结实特性, 适当比例的氮磷钾肥配合施用既可以显著促进籽粒灌浆、缩小部位间差异, 又可以提高结实率和粒重。在薏苡生产中, 氮肥对薏苡籽粒灌浆结实特性影响最大, 钾肥次之, 磷肥影响最小。
探明氮、磷、钾肥不同配比对薏苡不同部位籽粒灌浆结实特性的影响, 为薏苡高效施肥技术模式提供理论和技术支持。以‘贵薏1号’为材料, 采用“3414”设计, 应用Richards方程对不同氮磷钾肥配施对薏苡5个部位籽粒的灌浆过程的影响进行了研究。结果表明:1)施用氮磷钾肥可改善薏苡上、中、下1、下2和下3部位籽粒灌浆速率达到最大时需要的天数、灌浆速率达到最大值的粒重、平均灌浆速率、最大灌浆速率, 延长籽粒活跃灌浆期, 进而提高薏苡结实特性。2)氮磷钾肥配施显著提高薏苡中部和下1部粒重, 在单因素肥效间表现为N>K>P, 在双因素肥效互作间表现为PK>NP>NK, 但过量施用氮磷钾肥会使粒重有所下降, 结实特性显著降低。3)相关性分析表明, 上、中、下1、下2和下3部位籽粒的千粒重与籽粒结实率、充实度、平均灌浆速率和最大灌浆速率呈正相关。4)拟合肥料与薏苡千粒重效应函数方程, 得出薏苡N、P2O5、K2O的最优推荐施肥范围分别为135.51~270.99 kg∙hm−2、75.00~150.50 kg∙hm−2、56.25~112.51 kg∙hm−2。氮磷钾肥配显著影响薏苡不同部位籽粒灌浆结实特性, 适当比例的氮磷钾肥配合施用既可以显著促进籽粒灌浆、缩小部位间差异, 又可以提高结实率和粒重。在薏苡生产中, 氮肥对薏苡籽粒灌浆结实特性影响最大, 钾肥次之, 磷肥影响最小。
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doi: 10.12357/cjea.20230478
摘要:
安徽沿江地区稻-油复种模式下茬口衔接紧密、光温资源紧张, 季节间气候资源配置备受关注。移栽和直播是补充和调配气候资源的有效种植方式, 而稻油两熟制中不同种植方式下各生长季气候资源配置、演变特征以及对未来气候变化的适应性尚不清晰。本研究以安徽沿江地区27个气象站1992—2022年的气温、日照时数、总辐射和降水等气象资料为基础, 分析了不同种植方式下稻-油复种季节间气候资源配置与演变特征以及光温生产潜力。结果表明, 近30年稻-油复种模式下季节间总辐射量、日照时数和光合生产潜力均呈下降趋势, 气温、降水量和光温生产潜力呈上升趋势。水稻季移栽和直播方式下总辐射量倾向率分别为−27.9 MJ·m−2·(10a)−1和−28.8 MJ·m−2·(10a)−1, 油菜季分别为−40.5 MJ·m−2·(10a)−1和−26.6 MJ·m−2·(10a)−1。水稻季移栽和直播方式下平均日最高气温倾向率分别为0.30 ℃·(10a)−1 (P<0.05)和0.24 ℃·(10a)−1, 最高达32.70 ℃ (2022年, 青阳)。油菜季移栽和直播方式下平均气温倾向率分别为0.36 ℃·(10a)−1 (P<0.01)和0.39 ℃·(10a)−1 (P<0.01), 移栽方式下平均气温较直播方式高0.96~1.43 ℃。稻油两熟制两季均面临光资源持续下降和气温不断上升等问题, 采用移栽方式可通过延长作物生育期增加光、温资源配置, 提高光温生产潜力。同时, 适当推迟移栽期将有利于应对油菜苗期和水稻花期增温。直播方式下宜采用高光效品种和构建温光资源高效利用作物群体。
安徽沿江地区稻-油复种模式下茬口衔接紧密、光温资源紧张, 季节间气候资源配置备受关注。移栽和直播是补充和调配气候资源的有效种植方式, 而稻油两熟制中不同种植方式下各生长季气候资源配置、演变特征以及对未来气候变化的适应性尚不清晰。本研究以安徽沿江地区27个气象站1992—2022年的气温、日照时数、总辐射和降水等气象资料为基础, 分析了不同种植方式下稻-油复种季节间气候资源配置与演变特征以及光温生产潜力。结果表明, 近30年稻-油复种模式下季节间总辐射量、日照时数和光合生产潜力均呈下降趋势, 气温、降水量和光温生产潜力呈上升趋势。水稻季移栽和直播方式下总辐射量倾向率分别为−27.9 MJ·m−2·(10a)−1和−28.8 MJ·m−2·(10a)−1, 油菜季分别为−40.5 MJ·m−2·(10a)−1和−26.6 MJ·m−2·(10a)−1。水稻季移栽和直播方式下平均日最高气温倾向率分别为0.30 ℃·(10a)−1 (P<0.05)和0.24 ℃·(10a)−1, 最高达32.70 ℃ (2022年, 青阳)。油菜季移栽和直播方式下平均气温倾向率分别为0.36 ℃·(10a)−1 (P<0.01)和0.39 ℃·(10a)−1 (P<0.01), 移栽方式下平均气温较直播方式高0.96~1.43 ℃。稻油两熟制两季均面临光资源持续下降和气温不断上升等问题, 采用移栽方式可通过延长作物生育期增加光、温资源配置, 提高光温生产潜力。同时, 适当推迟移栽期将有利于应对油菜苗期和水稻花期增温。直播方式下宜采用高光效品种和构建温光资源高效利用作物群体。
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doi: 10.12357/cjea.20230225
摘要:
推动农业低碳发展是应对气候威胁和农业面源污染的有效途径。本文基于IPCC和农用物资投入数据核算2000—2019年东北三省农业碳排放, 利用空间自相关等方法分析其时空分异特征, 通过LMDI指数分解模型和地理探测器探究农业碳排放驱动因素及其交互作用关系。结果表明: 1)东北三省2015年农业碳排放总量达到峰值, 约为1759.66万t, 较2000年(1048.19万t)增加67.88%, 年均递增4.53%; 研究期整体呈现“先上升、后下降”的态势, 碳排放增量变动可划分为“波动上升期(2000—2009年)—过渡期(2010—2015年)—平稳下降期(2016—2019年)”3个阶段。化肥施用是主要碳源, 占比75.12%。2)分解模型测算结果表明, 农业生产效率、农业产业结构和农业劳动力规模对碳排放具有抑制作用, 其碳减排比例分别为207.31%、21.56%、20.72%; 农业经济发展水平对碳排放表现出较强的推动作用, 实现349.59%的碳增量。3)相较于单因子来说, 农业经济发展水平、农业生产效率与农业产业结构之间交互结果对农业碳排放的影响呈非线性增强特征, 农业劳动力规模与其他因素叠加均呈现出双因子增强的作用效果。以上研究结果表明东北三省农业碳排放受周边地区影响且影响程度不断加强, 同时碳排放关键驱动因素之间存在协同作用。本研究成果为推动农业低碳发展提供理论基础与政策依据。
推动农业低碳发展是应对气候威胁和农业面源污染的有效途径。本文基于IPCC和农用物资投入数据核算2000—2019年东北三省农业碳排放, 利用空间自相关等方法分析其时空分异特征, 通过LMDI指数分解模型和地理探测器探究农业碳排放驱动因素及其交互作用关系。结果表明: 1)东北三省2015年农业碳排放总量达到峰值, 约为1759.66万t, 较2000年(1048.19万t)增加67.88%, 年均递增4.53%; 研究期整体呈现“先上升、后下降”的态势, 碳排放增量变动可划分为“波动上升期(2000—2009年)—过渡期(2010—2015年)—平稳下降期(2016—2019年)”3个阶段。化肥施用是主要碳源, 占比75.12%。2)分解模型测算结果表明, 农业生产效率、农业产业结构和农业劳动力规模对碳排放具有抑制作用, 其碳减排比例分别为207.31%、21.56%、20.72%; 农业经济发展水平对碳排放表现出较强的推动作用, 实现349.59%的碳增量。3)相较于单因子来说, 农业经济发展水平、农业生产效率与农业产业结构之间交互结果对农业碳排放的影响呈非线性增强特征, 农业劳动力规模与其他因素叠加均呈现出双因子增强的作用效果。以上研究结果表明东北三省农业碳排放受周边地区影响且影响程度不断加强, 同时碳排放关键驱动因素之间存在协同作用。本研究成果为推动农业低碳发展提供理论基础与政策依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230327
摘要:
摘 要：为探究不同比例化肥减量配施有机肥影响植烟土壤有机碳固存的长期效应,基于连续9年的田间定位试验,设置不施肥（CK）、100%化肥（CF-1：当地常规推荐施肥）、80%化肥（CF-2）、80%化肥配施有机肥（OF-1）、60%化肥配施有机肥（OF-2）、70%化肥配施有机肥+生物有机肥（BOF）处理,对植烟土壤有机碳储量盈亏、固碳速率、有机碳组分含量、有机碳敏感指数、土壤碳库活度和土壤碳库管理指数进行对比，探讨不同比例化肥减量配施有机肥对植烟土壤有机碳固存的长期效应。与CF-1处理相比，连续不施肥（CK）处理植烟土壤有机碳组分、储量和土壤碳固存速率显著下降。不同比例化肥减量配施有机肥的 OF-1、OF-2和BOF处理，植烟土壤有机碳含量分别增加了9.6%、20.9%和13.9%，土壤活性有机碳含量分别增加了43.4%、68.0%和41.7%，土壤可溶性有机碳含量分别增加了14.8%、19.1%和25.4%，土壤微生物量碳含量分别增加了22.8%、37.2%和36.4%，土壤有机碳储量分别增加15.3%、30.2%和31.2%，年平均固碳速率分别提高191.3%、382.6%和391.3%，碳库管理指数分别提高100.8%、159.8%和79.6%。连续不同比例化肥减量配施有机肥显著提升土壤活性有机碳敏感指数。与CF-1相比， OF-1、OF-2和BOF处理的烟叶产量分别提高10.3%、33.5%和35.3%，中上等烟叶比例分别提高14.6%、22%和18%。连续9年化肥减量配施有机肥显著提高植烟土壤有机碳组分含量和土壤有机碳固存速率，促进烟叶产质量提升，是烟叶绿色优质生产、农田土壤固碳增效的有效途径，以OF-2和BOF效应更好。
摘 要：为探究不同比例化肥减量配施有机肥影响植烟土壤有机碳固存的长期效应,基于连续9年的田间定位试验,设置不施肥（CK）、100%化肥（CF-1：当地常规推荐施肥）、80%化肥（CF-2）、80%化肥配施有机肥（OF-1）、60%化肥配施有机肥（OF-2）、70%化肥配施有机肥+生物有机肥（BOF）处理,对植烟土壤有机碳储量盈亏、固碳速率、有机碳组分含量、有机碳敏感指数、土壤碳库活度和土壤碳库管理指数进行对比，探讨不同比例化肥减量配施有机肥对植烟土壤有机碳固存的长期效应。与CF-1处理相比，连续不施肥（CK）处理植烟土壤有机碳组分、储量和土壤碳固存速率显著下降。不同比例化肥减量配施有机肥的 OF-1、OF-2和BOF处理，植烟土壤有机碳含量分别增加了9.6%、20.9%和13.9%，土壤活性有机碳含量分别增加了43.4%、68.0%和41.7%，土壤可溶性有机碳含量分别增加了14.8%、19.1%和25.4%，土壤微生物量碳含量分别增加了22.8%、37.2%和36.4%，土壤有机碳储量分别增加15.3%、30.2%和31.2%，年平均固碳速率分别提高191.3%、382.6%和391.3%，碳库管理指数分别提高100.8%、159.8%和79.6%。连续不同比例化肥减量配施有机肥显著提升土壤活性有机碳敏感指数。与CF-1相比， OF-1、OF-2和BOF处理的烟叶产量分别提高10.3%、33.5%和35.3%，中上等烟叶比例分别提高14.6%、22%和18%。连续9年化肥减量配施有机肥显著提高植烟土壤有机碳组分含量和土壤有机碳固存速率，促进烟叶产质量提升，是烟叶绿色优质生产、农田土壤固碳增效的有效途径，以OF-2和BOF效应更好。
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doi: 10.12357/cjea.20230240
摘要:
本文探讨了在农业市场化改革背景下, 农业要素市场化对农业面源污染的影响效应、作用机制以及环境规制在其中的调节作用。基于2004—2020年中国省级(不含港澳台、西藏)面板数据, 构建了动态面板模型, 并运用差分广义矩阵及调节效应模型进行分析。研究结果表明: 1)农业要素市场化对面源污染呈现倒“U”型的动态演化特征; 2)机制分析表明, 农业要素市场化通过种植结构效应、化学品投入效应和经营规模效应间接影响面源污染; 具体而言, 农业要素市场化对“非粮化率”和化肥投入强度存在倒“U”型影响, 对人均经营规模的影响在市场化程度较高的后期显著为正; 3)环境规制在“非粮化率”和化肥投入强度的传导机制中具有显著的负向调节作用, 对经营规模与面源污染之间的传导关系不存在调节效应。因此, 本文提出要进一步发挥市场化改革对农业污染治理的长效机制, 立足农业面源污染治理“规模效应”“结构效应”和“投入品效应”的路径依赖, 构建“政府－市场”双轨运行机制, 以实现农业生态环境的改善和农业可持续发展。
本文探讨了在农业市场化改革背景下, 农业要素市场化对农业面源污染的影响效应、作用机制以及环境规制在其中的调节作用。基于2004—2020年中国省级(不含港澳台、西藏)面板数据, 构建了动态面板模型, 并运用差分广义矩阵及调节效应模型进行分析。研究结果表明: 1)农业要素市场化对面源污染呈现倒“U”型的动态演化特征; 2)机制分析表明, 农业要素市场化通过种植结构效应、化学品投入效应和经营规模效应间接影响面源污染; 具体而言, 农业要素市场化对“非粮化率”和化肥投入强度存在倒“U”型影响, 对人均经营规模的影响在市场化程度较高的后期显著为正; 3)环境规制在“非粮化率”和化肥投入强度的传导机制中具有显著的负向调节作用, 对经营规模与面源污染之间的传导关系不存在调节效应。因此, 本文提出要进一步发挥市场化改革对农业污染治理的长效机制, 立足农业面源污染治理“规模效应”“结构效应”和“投入品效应”的路径依赖, 构建“政府－市场”双轨运行机制, 以实现农业生态环境的改善和农业可持续发展。
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doi: 10.12357/cjea.20230258
摘要:
本研究利用气象观测、高分卫星遥感、灾情直报等数据, 基于自然灾害风险评估理论, 探索了设施农业风灾风险评估方法; 以山东省为例, 从设施农业风灾危险性、暴露度和脆弱性以及防灾减灾能力4个方面, 选择因子构建设施农业风灾风险评估指数, 并对设施农业风灾风险进行了分析和验证。结果显示, 风灾危险性受地形影响, 高值区主要分布在鲁中山区和山东半岛; 暴露度与设施种植建设规范基本一致, 高值区主要分布在鲁中的东部、鲁西北和鲁西南; 脆弱性与基本风压分布较为吻合, 中高值区主要分布在鲁南和鲁中的东部地区; 防灾减灾能力较弱地区主要分布在气象灾害预警能力相对较弱、经济欠发达的鲁西北、鲁西南和鲁中的西部; 设施农业风灾风险高低由危险性、暴露度、脆弱性和防灾减灾能力共同决定, 高风险区主要分布在鲁西北、鲁西南以及鲁中。经检验, 设施农业风灾风险分布与风灾灾情发生情况空间上具有显著一致性, 基于自然灾害风险理论构建的设施农业风灾害风险评估指数合理、方法可行, 结果可为设施农业风灾风险管理以及防灾减损提供参考。
本研究利用气象观测、高分卫星遥感、灾情直报等数据, 基于自然灾害风险评估理论, 探索了设施农业风灾风险评估方法; 以山东省为例, 从设施农业风灾危险性、暴露度和脆弱性以及防灾减灾能力4个方面, 选择因子构建设施农业风灾风险评估指数, 并对设施农业风灾风险进行了分析和验证。结果显示, 风灾危险性受地形影响, 高值区主要分布在鲁中山区和山东半岛; 暴露度与设施种植建设规范基本一致, 高值区主要分布在鲁中的东部、鲁西北和鲁西南; 脆弱性与基本风压分布较为吻合, 中高值区主要分布在鲁南和鲁中的东部地区; 防灾减灾能力较弱地区主要分布在气象灾害预警能力相对较弱、经济欠发达的鲁西北、鲁西南和鲁中的西部; 设施农业风灾风险高低由危险性、暴露度、脆弱性和防灾减灾能力共同决定, 高风险区主要分布在鲁西北、鲁西南以及鲁中。经检验, 设施农业风灾风险分布与风灾灾情发生情况空间上具有显著一致性, 基于自然灾害风险理论构建的设施农业风灾害风险评估指数合理、方法可行, 结果可为设施农业风灾风险管理以及防灾减损提供参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230460
摘要:
土壤有机碳固定是驱动土壤肥力演变和陆地生态系统碳平衡的关键过程。鉴于微塑料在土壤生态系统中的持久性和生态环境风险, 其对土壤性质和过程的影响日益受到关注, 但基于土壤碳循环视角关注微塑料介导作用的研究仍相对匮乏。赋存于土壤中的微塑料能够通过间接影响土壤理化性质和直接参与碳循环的方式影响土壤有机碳固存、矿化与消长, 这进一步加剧了土壤有机碳循环过程的不确定性, 也突出了相关研究的迫切性。以此为背景, 本文概述了土壤有机碳固定途径的理论发展, 总结了土壤中微塑料的来源特征, 阐述了微塑料对不同土壤碳库的影响, 并深入探讨了微塑料调控土壤碳循环的可能机制, 最后对微塑料参与下的土壤有机碳循环相关研究进行了展望。结果表明微塑料能够通过影响土壤物理结构的形成与破坏、微生物群落结构多样性、酶活性与功能基因、生物膜的形成、动物的繁殖与生长、植物的生长和根系沉积等对土壤碳的平衡起到介导作用, 同时通过自身参与到土壤全链条生物地球化学循环中而直接影响土壤有机碳循环, 但相关研究仍处于起步阶段, 如何选取科学方法将微塑料周转与有机碳循环过程进行区分与耦合是未来研究的难点。因此, 在现有研究基础上, 通过先进土壤学研究手段的嵌套与改良, 以及研究思路的革新与交叉, 进一步精准区分微塑料源碳在不同有机碳库中的贡献潜力, 探明微塑料直接和间接影响土壤有机碳循环的耦合作用机制, 并推进多因素影响下微塑料参与土壤碳循环过程的研究。
土壤有机碳固定是驱动土壤肥力演变和陆地生态系统碳平衡的关键过程。鉴于微塑料在土壤生态系统中的持久性和生态环境风险, 其对土壤性质和过程的影响日益受到关注, 但基于土壤碳循环视角关注微塑料介导作用的研究仍相对匮乏。赋存于土壤中的微塑料能够通过间接影响土壤理化性质和直接参与碳循环的方式影响土壤有机碳固存、矿化与消长, 这进一步加剧了土壤有机碳循环过程的不确定性, 也突出了相关研究的迫切性。以此为背景, 本文概述了土壤有机碳固定途径的理论发展, 总结了土壤中微塑料的来源特征, 阐述了微塑料对不同土壤碳库的影响, 并深入探讨了微塑料调控土壤碳循环的可能机制, 最后对微塑料参与下的土壤有机碳循环相关研究进行了展望。结果表明微塑料能够通过影响土壤物理结构的形成与破坏、微生物群落结构多样性、酶活性与功能基因、生物膜的形成、动物的繁殖与生长、植物的生长和根系沉积等对土壤碳的平衡起到介导作用, 同时通过自身参与到土壤全链条生物地球化学循环中而直接影响土壤有机碳循环, 但相关研究仍处于起步阶段, 如何选取科学方法将微塑料周转与有机碳循环过程进行区分与耦合是未来研究的难点。因此, 在现有研究基础上, 通过先进土壤学研究手段的嵌套与改良, 以及研究思路的革新与交叉, 进一步精准区分微塑料源碳在不同有机碳库中的贡献潜力, 探明微塑料直接和间接影响土壤有机碳循环的耦合作用机制, 并推进多因素影响下微塑料参与土壤碳循环过程的研究。
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doi: 10.12357/cjea.20230172
摘要:
森林降雨再分配过程是水循环的一个重要环节, 对区域产水及水资源的形成过程有重要意义。本研究于2022年7—11月对太行山典型油松林降雨再分配要素进行观测, 阐明油松林降雨再分配的基本规律, 利用修正的Gash模型和Liu模型对林冠截留量进行模拟。结果表明: 研究期间林外降雨量为450.8 mm, 油松林林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.5 mm、338.2 mm、7.1 mm, 分别占总降雨量的23.4%、75.0%、1.6%。基于修正的Gash模型计算得到林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.3 mm、340.7 mm、4.6 mm, 实测值与模拟值的相对误差分别为0.2%、0.8%、34.7%; 修正的Liu模型计算得到林冠截留量为96.0 mm, 实测值与模拟值的相对误差为9.0%; 修正的Gash模型相比于Liu模型模拟结果相对误差更低, 模拟效果更好。修正的Gash模型参数敏感性排序: 林冠平均蒸发速率>平均降雨强度>林冠持水能力>冠层盖度>树干持水能力>树干径流系数。综上, 太行山典型油松林可截留23.4%的降雨, 这对评估区域水资源量具有重要意义, 且修正的Gash模型在太行山油松林有很好的适用性, 可用于预测油松林林冠截留量变化。
森林降雨再分配过程是水循环的一个重要环节, 对区域产水及水资源的形成过程有重要意义。本研究于2022年7—11月对太行山典型油松林降雨再分配要素进行观测, 阐明油松林降雨再分配的基本规律, 利用修正的Gash模型和Liu模型对林冠截留量进行模拟。结果表明: 研究期间林外降雨量为450.8 mm, 油松林林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.5 mm、338.2 mm、7.1 mm, 分别占总降雨量的23.4%、75.0%、1.6%。基于修正的Gash模型计算得到林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.3 mm、340.7 mm、4.6 mm, 实测值与模拟值的相对误差分别为0.2%、0.8%、34.7%; 修正的Liu模型计算得到林冠截留量为96.0 mm, 实测值与模拟值的相对误差为9.0%; 修正的Gash模型相比于Liu模型模拟结果相对误差更低, 模拟效果更好。修正的Gash模型参数敏感性排序: 林冠平均蒸发速率>平均降雨强度>林冠持水能力>冠层盖度>树干持水能力>树干径流系数。综上, 太行山典型油松林可截留23.4%的降雨, 这对评估区域水资源量具有重要意义, 且修正的Gash模型在太行山油松林有很好的适用性, 可用于预测油松林林冠截留量变化。
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doi: 10.12357/cjea.20230158
摘要:
秸秆还田是一种增加土壤有机质的有效途径, 因其操作简单、经济节约而备受青睐。本文筛选了有关秸秆还田对农田土壤团聚体有机碳含量(团聚体碳)影响的35篇田间试验文献, 利用Meta分析方法和随机森林模型, 评估了地理位置、还田方式、还田数量及还田年限对农田土壤团聚体碳的影响效应, 以期为提升土壤质量及固碳减排提供理论依据。结果表明, 与不还田相比, 秸秆还田总体上提高了农田土壤团聚体碳含量, 这一正向效应在西南地区最高(26.5%~43.4%), 华北地区最低(2.0%~10.8%), 东北、西北、华东和华中地区居中。在留高茬、覆盖、深翻耕、旋耕4种秸秆还田方式中, 旋耕对土壤大、小团聚体碳的增加效应最大, 增幅达13.5%~18.7%; 留高茬对土壤微团聚体碳的提升效应最高, 约为19.5%。总体来看, 秸秆还田提升土壤团聚体碳的正效应随秸秆还田量及还田年限的增加而增大, 且在还田>8年后的提升效应最显著。地理区域和还田方式是影响秸秆还田条件下土壤各粒径团聚体碳的重要因素, 其贡献率分别为16.2%~28.1%和8.0%~22.4%。秸秆还田提升土壤有机碳含量的物理机制是增加了土壤团聚体的物理固碳量; 建议将秸秆粉碎后以旋耕方式还入土壤15 cm土层内, 同时配施适量化肥(如氮肥和磷肥)增强土壤团聚体的固碳潜力。
秸秆还田是一种增加土壤有机质的有效途径, 因其操作简单、经济节约而备受青睐。本文筛选了有关秸秆还田对农田土壤团聚体有机碳含量(团聚体碳)影响的35篇田间试验文献, 利用Meta分析方法和随机森林模型, 评估了地理位置、还田方式、还田数量及还田年限对农田土壤团聚体碳的影响效应, 以期为提升土壤质量及固碳减排提供理论依据。结果表明, 与不还田相比, 秸秆还田总体上提高了农田土壤团聚体碳含量, 这一正向效应在西南地区最高(26.5%~43.4%), 华北地区最低(2.0%~10.8%), 东北、西北、华东和华中地区居中。在留高茬、覆盖、深翻耕、旋耕4种秸秆还田方式中, 旋耕对土壤大、小团聚体碳的增加效应最大, 增幅达13.5%~18.7%; 留高茬对土壤微团聚体碳的提升效应最高, 约为19.5%。总体来看, 秸秆还田提升土壤团聚体碳的正效应随秸秆还田量及还田年限的增加而增大, 且在还田>8年后的提升效应最显著。地理区域和还田方式是影响秸秆还田条件下土壤各粒径团聚体碳的重要因素, 其贡献率分别为16.2%~28.1%和8.0%~22.4%。秸秆还田提升土壤有机碳含量的物理机制是增加了土壤团聚体的物理固碳量; 建议将秸秆粉碎后以旋耕方式还入土壤15 cm土层内, 同时配施适量化肥(如氮肥和磷肥)增强土壤团聚体的固碳潜力。
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doi: 10.12357/cjea.20230415
摘要:
为合理利用气候资源, 科学规划芙蓉李的种植布局, 基于福建省67个地面气象观测站1971—2018年的气象资料、2005—2014年芙蓉李面积和产量资料以及地理信息数据, 采用GIS技术开展福建芙蓉李气候适宜性区划。根据福建省的气候特点和芙蓉李生长的环境条件, 构建福建芙蓉李气候适宜性区划指标体系; 采用层次分析法和熵权法确定各区划指标的权重; 通过多元线性回归分析, 建立区划指标与经度、纬度、海拔高度的地理推算模型; 采用加权求和法, 计算芙蓉李气候适宜性指数; 根据福建芙蓉李气候适宜性指数的分布规律、芙蓉李种植生长的实际情况和实地调查情况, 以及限制芙蓉李生长的区划指标的区划结果, 将芙蓉李在福建的气候适宜性区域划分为适宜区、次适宜区和不适宜区3个等级; 基于福建芙蓉李的种植现状和李果的单产高低, 对区划结果进行验证。结果表明: 适宜区主要集中在龙岩北部、三明、南平和宁德三市的大部分地区以及福州北部这些中高海拔地区; 次适宜区主要分布在福建省中部的武平、漳平至罗源一带; 不适宜区主要集中在南部和东南部沿海这些低海拔地区以及北部山区的高海拔地区。区划结果与福建芙蓉李的种植现状和李果的单产高低吻合性高。研究结果可为福建芙蓉李的种植布局提供决策参考。
为合理利用气候资源, 科学规划芙蓉李的种植布局, 基于福建省67个地面气象观测站1971—2018年的气象资料、2005—2014年芙蓉李面积和产量资料以及地理信息数据, 采用GIS技术开展福建芙蓉李气候适宜性区划。根据福建省的气候特点和芙蓉李生长的环境条件, 构建福建芙蓉李气候适宜性区划指标体系; 采用层次分析法和熵权法确定各区划指标的权重; 通过多元线性回归分析, 建立区划指标与经度、纬度、海拔高度的地理推算模型; 采用加权求和法, 计算芙蓉李气候适宜性指数; 根据福建芙蓉李气候适宜性指数的分布规律、芙蓉李种植生长的实际情况和实地调查情况, 以及限制芙蓉李生长的区划指标的区划结果, 将芙蓉李在福建的气候适宜性区域划分为适宜区、次适宜区和不适宜区3个等级; 基于福建芙蓉李的种植现状和李果的单产高低, 对区划结果进行验证。结果表明: 适宜区主要集中在龙岩北部、三明、南平和宁德三市的大部分地区以及福州北部这些中高海拔地区; 次适宜区主要分布在福建省中部的武平、漳平至罗源一带; 不适宜区主要集中在南部和东南部沿海这些低海拔地区以及北部山区的高海拔地区。区划结果与福建芙蓉李的种植现状和李果的单产高低吻合性高。研究结果可为福建芙蓉李的种植布局提供决策参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230304
摘要:
AM真菌群落动态变化对于长期有效的土壤生态系统管理非常重要。为揭示旱作区农田土壤丛枝菌根(AM)真菌对长期有机、无机培肥管理的响应机制, 利用单因素随机区组设计, 基于连续11年的定位试验及高通量测序方法, 研究了不施肥(T0)、长期单施化肥(T1)、长期化肥与牛粪有机肥(T2)和长期化肥与羊粪有机肥(T3)对土壤的影响,比较了土壤AM真菌群落组成及多样性间的差异, 探究了驱动土壤AM真菌群落组成及多样性变化的土壤环境因子及其相互作用效应。结果表明: 随培肥时间延长, 与T0处理相比, T2、T3处理的土壤全氮、有机质含量显著增加, pH显著下降(P<0.05); 与培肥8年相比, 培肥11年后的T0、T1和T3处理土壤全磷和速效钾含量显著下降。有机无机培肥下, 球囊霉属(Glomus)和类球囊霉属(Paraglomus)是土壤AM真菌的优势属, 但近明球囊霉属(Claroideoglomus)的相对丰度显著下降, 从优势属变为非优势属。近明球囊霉属较球囊霉属和类球囊霉属相对丰度而言, 更容易受长期培肥影响而发生显著改变。连续有机无机施肥8年后, T2、T3处理的土壤近明球囊霉属和两性球囊霉属(Ambispora)的相对丰度与T0间有显著差异(P<0.05); 培肥11年后, T2、T3处理土壤近明球囊霉属和两性球囊霉属的相对丰度与T0处理间无显著差异。随培肥时间延长, 不同处理间土壤AM真菌群落的α多样性差异消失。NMDS分析结果表明: 长期培肥改变了土壤AM真菌群落的β多样性, 但T2与T3处理间土壤AM真菌群落相似性较一致。连续培肥改变了土壤AM真菌群落结构组成和多样性, 驱动AM真菌群落变化的土壤环境因子由土壤全氮、pH转变为土壤全磷。长期有机无机培肥没有同步提升土壤全磷、速效钾等主要理化性状。随培肥年限增加, 驱动土壤AM真菌群落结构和多样性变化的土壤因子发生了显著改变, AM真菌群落会随土壤环境因子的变化倾向于更加敏感的驱动因子。
AM真菌群落动态变化对于长期有效的土壤生态系统管理非常重要。为揭示旱作区农田土壤丛枝菌根(AM)真菌对长期有机、无机培肥管理的响应机制, 利用单因素随机区组设计, 基于连续11年的定位试验及高通量测序方法, 研究了不施肥(T0)、长期单施化肥(T1)、长期化肥与牛粪有机肥(T2)和长期化肥与羊粪有机肥(T3)对土壤的影响,比较了土壤AM真菌群落组成及多样性间的差异, 探究了驱动土壤AM真菌群落组成及多样性变化的土壤环境因子及其相互作用效应。结果表明: 随培肥时间延长, 与T0处理相比, T2、T3处理的土壤全氮、有机质含量显著增加, pH显著下降(P<0.05); 与培肥8年相比, 培肥11年后的T0、T1和T3处理土壤全磷和速效钾含量显著下降。有机无机培肥下, 球囊霉属(Glomus)和类球囊霉属(Paraglomus)是土壤AM真菌的优势属, 但近明球囊霉属(Claroideoglomus)的相对丰度显著下降, 从优势属变为非优势属。近明球囊霉属较球囊霉属和类球囊霉属相对丰度而言, 更容易受长期培肥影响而发生显著改变。连续有机无机施肥8年后, T2、T3处理的土壤近明球囊霉属和两性球囊霉属(Ambispora)的相对丰度与T0间有显著差异(P<0.05); 培肥11年后, T2、T3处理土壤近明球囊霉属和两性球囊霉属的相对丰度与T0处理间无显著差异。随培肥时间延长, 不同处理间土壤AM真菌群落的α多样性差异消失。NMDS分析结果表明: 长期培肥改变了土壤AM真菌群落的β多样性, 但T2与T3处理间土壤AM真菌群落相似性较一致。连续培肥改变了土壤AM真菌群落结构组成和多样性, 驱动AM真菌群落变化的土壤环境因子由土壤全氮、pH转变为土壤全磷。长期有机无机培肥没有同步提升土壤全磷、速效钾等主要理化性状。随培肥年限增加, 驱动土壤AM真菌群落结构和多样性变化的土壤因子发生了显著改变, AM真菌群落会随土壤环境因子的变化倾向于更加敏感的驱动因子。
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doi: 10.12357/cjea.20230436
摘要:
生态种养技术的经济和生态功能一直备受关注, 但社会功能却一定程度上被忽视。为探究生态种养技术的社会功能, 本文基于湖北省江汉平原地区1039份稻虾生态种养农户的调研数据, 采用处理效应模型, 分析并检验了生态种养技术采纳行为对农户社会资本水平的提升作用。结果表明: 1)稻虾生态种养技术的社会功能十分突出, 稻虾生态种养技术采纳行为对农户社会资本存在显著的提升效应。农户采纳稻虾生态种养技术后社会资本总量水平会提升0.047个单位, 其中社会网络规模将扩大114.266个单位, 而社会网络地位则降低了3.595个单位。2)从影响机制来看, 合作社参与和互联网使用是稻虾生态种养技术采纳行为提升农户社会资本的重要途径。3)从异质性分析来看, 稻虾生态种养技术采纳行为对农户社会资本的提升效应存在收入和年龄异质性, 稻虾生态种养技术采纳行为对高收入和60岁以下农户的社会资本提升效应更为明显。因此, 要全面地认识和客观地评价稻虾生态种养技术的社会功能, 进而促进农户社会资本积累。
生态种养技术的经济和生态功能一直备受关注, 但社会功能却一定程度上被忽视。为探究生态种养技术的社会功能, 本文基于湖北省江汉平原地区1039份稻虾生态种养农户的调研数据, 采用处理效应模型, 分析并检验了生态种养技术采纳行为对农户社会资本水平的提升作用。结果表明: 1)稻虾生态种养技术的社会功能十分突出, 稻虾生态种养技术采纳行为对农户社会资本存在显著的提升效应。农户采纳稻虾生态种养技术后社会资本总量水平会提升0.047个单位, 其中社会网络规模将扩大114.266个单位, 而社会网络地位则降低了3.595个单位。2)从影响机制来看, 合作社参与和互联网使用是稻虾生态种养技术采纳行为提升农户社会资本的重要途径。3)从异质性分析来看, 稻虾生态种养技术采纳行为对农户社会资本的提升效应存在收入和年龄异质性, 稻虾生态种养技术采纳行为对高收入和60岁以下农户的社会资本提升效应更为明显。因此, 要全面地认识和客观地评价稻虾生态种养技术的社会功能, 进而促进农户社会资本积累。
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doi: 10.12357/cjea.20230431
摘要:
农田土壤重金属污染是当前突出的环境污染问题之一。为揭示不同耕作措施与长期施用有机肥对土壤重金属积累及生态效应的影响, 本研究以始于2007年的旱地小麦长期定位耕作与施肥试验为基础, 分析了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)、免耕+鸡粪+化肥(NTM) 4种处理对旱地小麦0~20 cm土壤pH、电导率(EC)、有机质和全氮含量以及铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)等重金属含量的影响, 并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染状况及生态风险进行评价。结果表明: 与T处理相比, TM、NT和NTM处理土壤pH显著降低1.10%~2.56%, 电导率提高6.19%~57.08%; NTM处理下土壤有机质含量较T处理显著提高33.22%。施鸡粪显著影响土壤重金属的含量, 其中TM和NTM处理土壤总Hg含量较T处理分别显著提高123.60%和150.56%, 有效态Cu、Zn和Cd含量分别显著增加16.89%~23.48%、219.04%~520.99%和2.90%~20.29%。耕作方式同样显著影响各土壤重金属含量, NTM处理下总Hg、总Zn、有效Cu、有效Zn、有效Cd含量较TM处理分别显著提高12.06%、8.11%、5.64%、94.65%和16.90%, 总Pb、有效Pb和总Cr含量分别显著降低63.74%、33.33%和3.14%。4个处理Hg的潜在生态风险指数最高, 表现为T(32.66)<NT(41.45)<TM(72.36)<NTM(81.09), 其他重金属为轻微级别; 综合潜在生态风险污染指数表现为T(79.05)<NT(82.33)<TM(115.27)<NTM(120.00), 为轻度风险级别。综上, 长期免耕和鸡粪施用能够显著降低土壤pH, 增加电导率、全氮和有机质含量, 并提高Cu、Zn和Cd的有效性; 其中, 鸡粪处理中Hg的潜在生态风险指数为中等-强级别, 其他重金属为轻微级别, 综合潜在生态风险污染指数为轻度风险级别, 因此在农业生产过程中应加强有机肥的安全施用技术。
农田土壤重金属污染是当前突出的环境污染问题之一。为揭示不同耕作措施与长期施用有机肥对土壤重金属积累及生态效应的影响, 本研究以始于2007年的旱地小麦长期定位耕作与施肥试验为基础, 分析了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)、免耕+鸡粪+化肥(NTM) 4种处理对旱地小麦0~20 cm土壤pH、电导率(EC)、有机质和全氮含量以及铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)等重金属含量的影响, 并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染状况及生态风险进行评价。结果表明: 与T处理相比, TM、NT和NTM处理土壤pH显著降低1.10%~2.56%, 电导率提高6.19%~57.08%; NTM处理下土壤有机质含量较T处理显著提高33.22%。施鸡粪显著影响土壤重金属的含量, 其中TM和NTM处理土壤总Hg含量较T处理分别显著提高123.60%和150.56%, 有效态Cu、Zn和Cd含量分别显著增加16.89%~23.48%、219.04%~520.99%和2.90%~20.29%。耕作方式同样显著影响各土壤重金属含量, NTM处理下总Hg、总Zn、有效Cu、有效Zn、有效Cd含量较TM处理分别显著提高12.06%、8.11%、5.64%、94.65%和16.90%, 总Pb、有效Pb和总Cr含量分别显著降低63.74%、33.33%和3.14%。4个处理Hg的潜在生态风险指数最高, 表现为T(32.66)<NT(41.45)<TM(72.36)<NTM(81.09), 其他重金属为轻微级别; 综合潜在生态风险污染指数表现为T(79.05)<NT(82.33)<TM(115.27)<NTM(120.00), 为轻度风险级别。综上, 长期免耕和鸡粪施用能够显著降低土壤pH, 增加电导率、全氮和有机质含量, 并提高Cu、Zn和Cd的有效性; 其中, 鸡粪处理中Hg的潜在生态风险指数为中等-强级别, 其他重金属为轻微级别, 综合潜在生态风险污染指数为轻度风险级别, 因此在农业生产过程中应加强有机肥的安全施用技术。
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doi: 10.12357/cjea.20230346
摘要:
实施保护性耕作对保护东北黑土和保障国家粮食安全具有重要意义。为明确东北典型黑土区保护性耕作对玉米产量的影响及其关键因素, 开展了连续3年大田定位试验, 设常规垄作秸秆不还田(CK)、免耕秸秆全量粉碎覆盖(T1)、免耕留高茬全量秸秆覆盖(T2)、少耕秸秆全量条带覆盖(T3)共4个处理, 分析了不同处理对土壤理化特性及玉米生长发育、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与CK相比, 保护性耕作处理(T1、T2和T3) 0~20 cm耕层土壤有机质含量呈增加趋势; 保护性耕作显著提高了播种至出苗期耕层土壤含水量, T1、T2和T3处理分别提高7.8%~28.8%、9.0%~18.3%和17.3%~20.0%, 但显著降低土壤温度, 分别降低2.56~3.11 ℃、2.02~2.27 ℃、0.94~1.93 ℃; T1、T2和 T3处理分别延迟玉米出苗时间(VE) 5~7 d、4~6 d和2 d; T3处理3年平均出苗率较CK增加3.2%, T1和T2处理出苗率分别降低4.3%和4.7%; T1、T2和T3处理均降低了苗期(V6)株高整齐度和植株干物质积累, 但T3处理降低幅度明显小于T1和T2处理, V6之后干物质积累降低幅度逐渐减小; T1和T2处理显著降低玉米产量, 降幅分别为7.5%~15.7%和5.5%~12.9%, T3处理产量与CK差异不显著。结构方程模型(SEM)揭示, 保护性耕作通过调节土壤含水量和温度, 间接影响玉米出苗时间、出苗率、穗数和百粒重, 进而影响产量, 也可通过直接影响出苗质量和产量构成因素进而影响产量。在东北典型黑土区, 少耕秸秆全量条带覆盖(T3)不仅有利于提高土壤有机质含量, 而且还有利于平衡土壤水分和温度矛盾, 缩短出苗时间、提高出苗质量、高产稳产, 是该区域适宜的保护性耕作方式。
实施保护性耕作对保护东北黑土和保障国家粮食安全具有重要意义。为明确东北典型黑土区保护性耕作对玉米产量的影响及其关键因素, 开展了连续3年大田定位试验, 设常规垄作秸秆不还田(CK)、免耕秸秆全量粉碎覆盖(T1)、免耕留高茬全量秸秆覆盖(T2)、少耕秸秆全量条带覆盖(T3)共4个处理, 分析了不同处理对土壤理化特性及玉米生长发育、产量及其构成因素的影响。结果表明, 与CK相比, 保护性耕作处理(T1、T2和T3) 0~20 cm耕层土壤有机质含量呈增加趋势; 保护性耕作显著提高了播种至出苗期耕层土壤含水量, T1、T2和T3处理分别提高7.8%~28.8%、9.0%~18.3%和17.3%~20.0%, 但显著降低土壤温度, 分别降低2.56~3.11 ℃、2.02~2.27 ℃、0.94~1.93 ℃; T1、T2和 T3处理分别延迟玉米出苗时间(VE) 5~7 d、4~6 d和2 d; T3处理3年平均出苗率较CK增加3.2%, T1和T2处理出苗率分别降低4.3%和4.7%; T1、T2和T3处理均降低了苗期(V6)株高整齐度和植株干物质积累, 但T3处理降低幅度明显小于T1和T2处理, V6之后干物质积累降低幅度逐渐减小; T1和T2处理显著降低玉米产量, 降幅分别为7.5%~15.7%和5.5%~12.9%, T3处理产量与CK差异不显著。结构方程模型(SEM)揭示, 保护性耕作通过调节土壤含水量和温度, 间接影响玉米出苗时间、出苗率、穗数和百粒重, 进而影响产量, 也可通过直接影响出苗质量和产量构成因素进而影响产量。在东北典型黑土区, 少耕秸秆全量条带覆盖(T3)不仅有利于提高土壤有机质含量, 而且还有利于平衡土壤水分和温度矛盾, 缩短出苗时间、提高出苗质量、高产稳产, 是该区域适宜的保护性耕作方式。
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doi: 10.12357/cjea.20230401
摘要:
明确沼液替代化肥的合适比例以及沼液对大葱产量和土壤养分、微生物含量以及酶活性的影响, 可为沼液的合理施用提供理论依据。试验设计了不施肥(CK)、化肥(CF)、沼液替代25%化肥氮(25BS)、沼液替代50%化肥氮(50BS)、沼液替代75%化肥氮(75BS)、沼液替代100%化肥氮(100BS) 6个处理, 分析了大葱产量、土壤养分含量、土壤磷脂脂肪酸含量、土壤碳氮磷循环相关酶的活性, 并通过偏最小二乘法路径模型(PLS-PM)探究上述指标的因果关系。结果表明, 与CK相比, CF和各沼液处理(25BS、50BS、75BS和100BS)均能显著提高大葱产量(P<0.05), 分别提高37.2%、75.9%、118.9%、99.8%和59.3%, 大葱产量随着沼液替代化肥比例的增加呈现先增加后降低的趋势, 其中50BS处理的大葱产量最高达59.9 t·km−2。施用沼液可有效改善土壤养分状况, 与CK相比, 施用沼液显著提高土壤有机碳(SOC, 19.5%~65.8%)、全氮(TN, 40.5%~69.6%)、氨态氮(NH4+, 26.8%~77.4%)、硝态氮(NO3−, 30.1%~41.9%)、速效磷(AP, 10.5%~40.6%)、速效钾(5.4%~8.5%)含量。施用沼液可有效提高土壤微生物含量以及土壤酶活性, 与CK相比, 施用沼液显著提高细菌、真菌、放线菌等微生物的磷脂脂肪酸含量(P<0.05), 降低了革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌的比例(P<0.05), 有助于提高土壤碳、氮、磷相关循环酶活性(P<0.05); 但是, 随着沼液替代比例的增加, 细菌、革兰氏阳性细菌、真菌、总磷脂脂肪酸含量以及碳、氮、磷相关循环酶活性呈先增加后降低的趋势(P<0.05)。PLS-PM分析表明, 沼液通过增加SOC、TN、NH4+、NO3−、AP养分含量, 进而提高土壤微生物含量以及碳、氮循环酶活性, 并提升大葱产量, 但是过量的沼液可导致土壤电导率升高, 并对土壤微生物活性和大葱生长产生抑制效果。本研究表明, 短期施用沼液可显著提高大葱产量, 有效改善土壤养分状况, 并有利于土壤微生物含量以及酶活性提高, 其中以沼液替代50%化肥氮的处理效果最优, 但是沼液并不能完全替代化肥, 施用过量的沼液容易造成土壤盐分累积, 不利于大葱和土壤微生物的生长。
明确沼液替代化肥的合适比例以及沼液对大葱产量和土壤养分、微生物含量以及酶活性的影响, 可为沼液的合理施用提供理论依据。试验设计了不施肥(CK)、化肥(CF)、沼液替代25%化肥氮(25BS)、沼液替代50%化肥氮(50BS)、沼液替代75%化肥氮(75BS)、沼液替代100%化肥氮(100BS) 6个处理, 分析了大葱产量、土壤养分含量、土壤磷脂脂肪酸含量、土壤碳氮磷循环相关酶的活性, 并通过偏最小二乘法路径模型(PLS-PM)探究上述指标的因果关系。结果表明, 与CK相比, CF和各沼液处理(25BS、50BS、75BS和100BS)均能显著提高大葱产量(P<0.05), 分别提高37.2%、75.9%、118.9%、99.8%和59.3%, 大葱产量随着沼液替代化肥比例的增加呈现先增加后降低的趋势, 其中50BS处理的大葱产量最高达59.9 t·km−2。施用沼液可有效改善土壤养分状况, 与CK相比, 施用沼液显著提高土壤有机碳(SOC, 19.5%~65.8%)、全氮(TN, 40.5%~69.6%)、氨态氮(NH4+, 26.8%~77.4%)、硝态氮(NO3−, 30.1%~41.9%)、速效磷(AP, 10.5%~40.6%)、速效钾(5.4%~8.5%)含量。施用沼液可有效提高土壤微生物含量以及土壤酶活性, 与CK相比, 施用沼液显著提高细菌、真菌、放线菌等微生物的磷脂脂肪酸含量(P<0.05), 降低了革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌的比例(P<0.05), 有助于提高土壤碳、氮、磷相关循环酶活性(P<0.05); 但是, 随着沼液替代比例的增加, 细菌、革兰氏阳性细菌、真菌、总磷脂脂肪酸含量以及碳、氮、磷相关循环酶活性呈先增加后降低的趋势(P<0.05)。PLS-PM分析表明, 沼液通过增加SOC、TN、NH4+、NO3−、AP养分含量, 进而提高土壤微生物含量以及碳、氮循环酶活性, 并提升大葱产量, 但是过量的沼液可导致土壤电导率升高, 并对土壤微生物活性和大葱生长产生抑制效果。本研究表明, 短期施用沼液可显著提高大葱产量, 有效改善土壤养分状况, 并有利于土壤微生物含量以及酶活性提高, 其中以沼液替代50%化肥氮的处理效果最优, 但是沼液并不能完全替代化肥, 施用过量的沼液容易造成土壤盐分累积, 不利于大葱和土壤微生物的生长。
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doi: 10.12357/cjea.20230230
摘要:
生姜枯萎病是由尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)引起的的土传病害, 防控极为困难。为了探究环境友好和安全的植物源生物农药, 本研究利用平板抑菌试验和孢子萌发试验研究了姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的生长抑制作用, 并通过盆栽试验进一步验证了姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的防控效果。结果显示, 姜精油和柠檬醛处理可显著抑制生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的菌丝生长与孢子萌发, 2 g·L−1姜精油和0.5 g·L−1柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌菌丝生长的抑制率分别为82.0%与100%, 孢子萌发抑制率分别为34.7%与95.0%; 扫描电镜结果表明, 姜精油和柠檬醛处理生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌菌丝体3 d后, 其菌丝体表现出不同程度的弯曲、褶皱和凹陷; PI染色结果发现, 姜精油和柠檬醛处理严重破坏了生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌细胞膜的完整性和通透性, 从而导致胞浆流失、胞外电导率、蛋白质、核酸与丙二醛含量急剧增加, 麦角固醇含量减少, 进而减弱了生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的致病力。接种生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌15 d后, 2 g·L−1姜精油和0.5 g·L−1柠檬醛处理对生姜枯萎病的防控效果分别为32.7%、42.3%, 0.5 g·L−1柠檬醛处理与8 g·L−1百菌清防控效果(47.1%)无显著差异。综上, 姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的生长有显著抑制作用, 并对生姜枯萎病有较好的防治效果, 研究结果可为开发新型植物源抑菌剂防控生姜枯萎病提供理论依据。
生姜枯萎病是由尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)引起的的土传病害, 防控极为困难。为了探究环境友好和安全的植物源生物农药, 本研究利用平板抑菌试验和孢子萌发试验研究了姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的生长抑制作用, 并通过盆栽试验进一步验证了姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的防控效果。结果显示, 姜精油和柠檬醛处理可显著抑制生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的菌丝生长与孢子萌发, 2 g·L−1姜精油和0.5 g·L−1柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌菌丝生长的抑制率分别为82.0%与100%, 孢子萌发抑制率分别为34.7%与95.0%; 扫描电镜结果表明, 姜精油和柠檬醛处理生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌菌丝体3 d后, 其菌丝体表现出不同程度的弯曲、褶皱和凹陷; PI染色结果发现, 姜精油和柠檬醛处理严重破坏了生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌细胞膜的完整性和通透性, 从而导致胞浆流失、胞外电导率、蛋白质、核酸与丙二醛含量急剧增加, 麦角固醇含量减少, 进而减弱了生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的致病力。接种生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌15 d后, 2 g·L−1姜精油和0.5 g·L−1柠檬醛处理对生姜枯萎病的防控效果分别为32.7%、42.3%, 0.5 g·L−1柠檬醛处理与8 g·L−1百菌清防控效果(47.1%)无显著差异。综上, 姜精油和柠檬醛对生姜枯萎病菌尖孢镰刀菌的生长有显著抑制作用, 并对生姜枯萎病有较好的防治效果, 研究结果可为开发新型植物源抑菌剂防控生姜枯萎病提供理论依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230313
摘要:
研究绿肥还田结合氮肥减施对麦田土壤呼吸动态及小麦产量的影响, 以期为干旱绿洲灌区农田碳减排技术研发提供理论依据。试验于2021—2022年在甘肃河西绿洲灌区开展, 以常规施氮无绿肥还田(N100)为对照, 设施用15 000 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G1N85)、22 500 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G2N85)、30 000 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G3N85)、15 000 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G1N70)、22 500 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G2N70)和30 000 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G3N70)共7个处理。探讨小麦生育期的土壤呼吸速率、碳排放量、产量及碳排放效率, 分析土壤呼吸对土壤温度的响应。结果表明: 不同处理下麦田土壤呼吸速率均呈先升高后降低的单峰趋势, 全生育期内变化范围为0.8~6.2 μmol∙m−2∙s−1。绿肥还田结合氮肥减施显著提高麦田土壤呼吸速率及土壤CO2排放总量, 与N100相比, 其平均增幅分别为6.7%~16.5%和5.4%~15.8%; 其中G3N85和G3N70较其他处理土壤呼吸速率分别增加2.2%~13.8%和3.2%~16.5%, 土壤CO2排放总量分别增加2.8%~13.2%和3.0%~15.8%; 与G3N85相比, G3N70处理两年平均土壤呼吸速率及土壤CO2排放总量分别增加3.2%和3.0% (P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施处理显著降低土壤呼吸温度敏感性(Q10), 与N100相比, Q10值降幅为10.4%~18.1% (P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施显著影响了小麦产量和土壤碳排放效率, 其中G3N85处理分别显著高于其他处理4.0%~31.3%和0.3%~20.9% (P<0.05)。可见, 绿肥还田结合氮肥减施在增强麦田土壤呼吸的同时, 显著降低土壤呼吸温度敏感性, 提高小麦产量和碳排放效率, 其中翻压绿肥30 000 kg∙hm−2配合氮肥减量15%处理(G3N85)是河西绿洲灌区小麦田节氮减排和提高农田土壤生产力的有效途径。
研究绿肥还田结合氮肥减施对麦田土壤呼吸动态及小麦产量的影响, 以期为干旱绿洲灌区农田碳减排技术研发提供理论依据。试验于2021—2022年在甘肃河西绿洲灌区开展, 以常规施氮无绿肥还田(N100)为对照, 设施用15 000 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G1N85)、22 500 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G2N85)、30 000 kg∙hm−2绿肥+85%氮肥(G3N85)、15 000 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G1N70)、22 500 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G2N70)和30 000 kg∙hm−2绿肥+70%氮肥(G3N70)共7个处理。探讨小麦生育期的土壤呼吸速率、碳排放量、产量及碳排放效率, 分析土壤呼吸对土壤温度的响应。结果表明: 不同处理下麦田土壤呼吸速率均呈先升高后降低的单峰趋势, 全生育期内变化范围为0.8~6.2 μmol∙m−2∙s−1。绿肥还田结合氮肥减施显著提高麦田土壤呼吸速率及土壤CO2排放总量, 与N100相比, 其平均增幅分别为6.7%~16.5%和5.4%~15.8%; 其中G3N85和G3N70较其他处理土壤呼吸速率分别增加2.2%~13.8%和3.2%~16.5%, 土壤CO2排放总量分别增加2.8%~13.2%和3.0%~15.8%; 与G3N85相比, G3N70处理两年平均土壤呼吸速率及土壤CO2排放总量分别增加3.2%和3.0% (P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施处理显著降低土壤呼吸温度敏感性(Q10), 与N100相比, Q10值降幅为10.4%~18.1% (P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施显著影响了小麦产量和土壤碳排放效率, 其中G3N85处理分别显著高于其他处理4.0%~31.3%和0.3%~20.9% (P<0.05)。可见, 绿肥还田结合氮肥减施在增强麦田土壤呼吸的同时, 显著降低土壤呼吸温度敏感性, 提高小麦产量和碳排放效率, 其中翻压绿肥30 000 kg∙hm−2配合氮肥减量15%处理(G3N85)是河西绿洲灌区小麦田节氮减排和提高农田土壤生产力的有效途径。
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doi: 10.12357/cjea.20230429
摘要:
为探究有机和常规管理方式对茶园土壤有机碳的影响, 选择云南省普洱市思茅区常规管理茶园、有机管理茶园和附近自然林地3种典型土地利用类型, 通过测定0~20 cm和20~40 cm土层的土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、非活性有机碳(NLOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量, 计算土壤各组分有机碳的分配比例以及土壤碳库管理指数(CPMI), 研究3种土地利用方式下土壤有机碳各组分含量和质量的变化特征。结果显示: 1)常规管理茶园的SOC含量和储量分别比自然林地低48.67%~51.94%和27.25%~35.71% (P<0.05), 而有机管理茶园的SOC含量和储量比常规管理茶园分别高52.09%~62.86%、15.54%~20.26% (P<0.05)。2)常规管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量均低于自然林地(P<0.05), 而有机管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量比常规管理茶园分别高出46.39%~57.89%、54.24%~66.15%、80.87%~121.01%和40.07%~46.28% (P<0.05)。3)与自然林地相比, 常规管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC较低, 有机管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC则高于常规管理茶园。4)常规管理茶园具有较高的CPAI和较低的CPMI, 常规管理茶园的CPMI比自然林地低24.53%~46.12%, 有机管理茶园的CPMI比常规管理茶园高67.88%~100.33%, 其差异均显著(P<0.05)。以上研究结果表明, 与自然林地相比, 常规管理的茶园土壤有机碳含量和土壤碳库质量下降, 存在一定程度的土地退化, 而有机管理是提高茶园土壤碳库质量的有效措施。
为探究有机和常规管理方式对茶园土壤有机碳的影响, 选择云南省普洱市思茅区常规管理茶园、有机管理茶园和附近自然林地3种典型土地利用类型, 通过测定0~20 cm和20~40 cm土层的土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、非活性有机碳(NLOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量, 计算土壤各组分有机碳的分配比例以及土壤碳库管理指数(CPMI), 研究3种土地利用方式下土壤有机碳各组分含量和质量的变化特征。结果显示: 1)常规管理茶园的SOC含量和储量分别比自然林地低48.67%~51.94%和27.25%~35.71% (P<0.05), 而有机管理茶园的SOC含量和储量比常规管理茶园分别高52.09%~62.86%、15.54%~20.26% (P<0.05)。2)常规管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量均低于自然林地(P<0.05), 而有机管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量比常规管理茶园分别高出46.39%~57.89%、54.24%~66.15%、80.87%~121.01%和40.07%~46.28% (P<0.05)。3)与自然林地相比, 常规管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC较低, 有机管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC则高于常规管理茶园。4)常规管理茶园具有较高的CPAI和较低的CPMI, 常规管理茶园的CPMI比自然林地低24.53%~46.12%, 有机管理茶园的CPMI比常规管理茶园高67.88%~100.33%, 其差异均显著(P<0.05)。以上研究结果表明, 与自然林地相比, 常规管理的茶园土壤有机碳含量和土壤碳库质量下降, 存在一定程度的土地退化, 而有机管理是提高茶园土壤碳库质量的有效措施。
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doi: 10.12357/cjea.20230294
摘要:
提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径, 耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一, 探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有重要意义。本文基于粮食生产微观主体——农户视角, 从理论上揭示耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响, 并利用常德市416 份农户问卷调查数据, 运用随机前沿分析法构建效率测算模型和影响模型进行实证检验。研究表明: 农户耕地规模化水平和水稻生产生态效率均有待提升, 样本农户中较小规模农户数量最多, 占总样本比重为94.95%, 较小规模农户仍是农业生产的主力; 农户水稻生产生态效率均值为0.830, 还存在0.170的提升空间。耕地经营规模对农户水稻生产生态效率有显著影响, 二者并非简单线性关系而是呈“倒U型”关系, 且拐点所在区间为1.2~1.4 hm2; 农户水稻生产生态效率还受到户主受教育程度、抚养比、农业收入占比的显著正向影响和户主年龄的显著负向影响。因此, 应在尊重较小规模农户将长期存在这一现实的基础上, 进一步推进耕地适度规模经营并培育新型农户, 以促进水稻生产生态效率提高。
提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径, 耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一, 探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有重要意义。本文基于粮食生产微观主体——农户视角, 从理论上揭示耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响, 并利用常德市416 份农户问卷调查数据, 运用随机前沿分析法构建效率测算模型和影响模型进行实证检验。研究表明: 农户耕地规模化水平和水稻生产生态效率均有待提升, 样本农户中较小规模农户数量最多, 占总样本比重为94.95%, 较小规模农户仍是农业生产的主力; 农户水稻生产生态效率均值为0.830, 还存在0.170的提升空间。耕地经营规模对农户水稻生产生态效率有显著影响, 二者并非简单线性关系而是呈“倒U型”关系, 且拐点所在区间为1.2~1.4 hm2; 农户水稻生产生态效率还受到户主受教育程度、抚养比、农业收入占比的显著正向影响和户主年龄的显著负向影响。因此, 应在尊重较小规模农户将长期存在这一现实的基础上, 进一步推进耕地适度规模经营并培育新型农户, 以促进水稻生产生态效率提高。
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doi: 10.12357/cjea.20230257
摘要:
对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚, 粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系, 预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度, 机器学习技术则为预测这种复杂系统的变化提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据, 基于机器学习模型, 预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种粮食作物在SSP126、SSP245和SSP585情景下的产量变化。在经过GCM和变量的筛选后, 利用梅赫季和贝尔格季中5种作物共10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估, 选择表现良好的3个模型并采用线性回归算法进行堆叠, 然后使用模型进行预测。研究结果表明, 埃塞俄比亚在未来30年间, 梅赫季各个作物的产量变化都以增产少于2 t·hm−2为主, 而在SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的产量减少, 这可能是由于温室效应的减缓降低了CO2的施肥效应。随着社会矛盾加剧和人类活动造成的生态环境恶化, 研究区的农业对改变粮食农业结构和重新分配生产力的需求不断增长, 导致农作物生产力向新的适宜地区转移。在SSP126和SSP585情景下, 研究区域将分别因为干旱情况的和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。
对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚, 粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系, 预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度, 机器学习技术则为预测这种复杂系统的变化提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据, 基于机器学习模型, 预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种粮食作物在SSP126、SSP245和SSP585情景下的产量变化。在经过GCM和变量的筛选后, 利用梅赫季和贝尔格季中5种作物共10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估, 选择表现良好的3个模型并采用线性回归算法进行堆叠, 然后使用模型进行预测。研究结果表明, 埃塞俄比亚在未来30年间, 梅赫季各个作物的产量变化都以增产少于2 t·hm−2为主, 而在SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的产量减少, 这可能是由于温室效应的减缓降低了CO2的施肥效应。随着社会矛盾加剧和人类活动造成的生态环境恶化, 研究区的农业对改变粮食农业结构和重新分配生产力的需求不断增长, 导致农作物生产力向新的适宜地区转移。在SSP126和SSP585情景下, 研究区域将分别因为干旱情况的和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。
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doi: 10.12357/cjea.20220938
摘要:
在保障粮食安全的前提下, 东北黑土区作物和畜牧生产的耦合促进农业绿色发展。本研究选择位于东北黑土区的吉林省农安县为研究边界, 通过实地调研、统计数据和文献, 结合食物链养分流动模型(NUFER: NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use)定量1990—2020年农牧系统氮磷养分流动、利用率和环境损失, 探究气候和社会经济因素对氮磷排放的驱动作用, 并设置平衡施肥(减少化肥施用)和有机替代(提升有机物料替代)两种情景评估该县减排潜力。结果表明, 相对于1990年, 2020年农安县农牧体系氮磷输入量分别下降41%和20%, 其中化肥施用是最大的输入项。作物和农牧系统养分利用率波动增加, 而畜禽系统养分利用率下降并趋于稳定。农牧体系氮磷损失量较1990年分别减少41%和增加29%。农田氨挥发、径流侵蚀和畜禽粪便直排为主要排放途径。通过平衡施肥和有机替代, 土壤氮磷积累处于较低水平时, 至2030年农安县化学氮肥有70%~80%的减施潜力, 化学磷肥有80%~85%的减施潜力, 且环境排放降低67%, 作物和农牧系统养分利用率均增长50%以上。综上, 农安县农牧体系化肥施用量大, 有机物料浪费严重使养分利用率处于较低水平, 环境排放强度高。未来可通过增加秸秆和粪便还田量提升化肥减施潜力。东北黑土区应继续深化化肥零增长政策, 推行有机废弃物资源化利用, 实现农牧系统协同优化发展。
在保障粮食安全的前提下, 东北黑土区作物和畜牧生产的耦合促进农业绿色发展。本研究选择位于东北黑土区的吉林省农安县为研究边界, 通过实地调研、统计数据和文献, 结合食物链养分流动模型(NUFER: NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use)定量1990—2020年农牧系统氮磷养分流动、利用率和环境损失, 探究气候和社会经济因素对氮磷排放的驱动作用, 并设置平衡施肥(减少化肥施用)和有机替代(提升有机物料替代)两种情景评估该县减排潜力。结果表明, 相对于1990年, 2020年农安县农牧体系氮磷输入量分别下降41%和20%, 其中化肥施用是最大的输入项。作物和农牧系统养分利用率波动增加, 而畜禽系统养分利用率下降并趋于稳定。农牧体系氮磷损失量较1990年分别减少41%和增加29%。农田氨挥发、径流侵蚀和畜禽粪便直排为主要排放途径。通过平衡施肥和有机替代, 土壤氮磷积累处于较低水平时, 至2030年农安县化学氮肥有70%~80%的减施潜力, 化学磷肥有80%~85%的减施潜力, 且环境排放降低67%, 作物和农牧系统养分利用率均增长50%以上。综上, 农安县农牧体系化肥施用量大, 有机物料浪费严重使养分利用率处于较低水平, 环境排放强度高。未来可通过增加秸秆和粪便还田量提升化肥减施潜力。东北黑土区应继续深化化肥零增长政策, 推行有机废弃物资源化利用, 实现农牧系统协同优化发展。
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doi: 10.12357/cjea.20210116
摘要:
三叶青作为“新浙八味”之一，具有抗肿瘤、抗病毒和退热等临床效果，主要活性成分为黄酮类化合物。三叶青生长在林间荫蔽环境，其活性成分合成、生长发育、生理变化等均会受到林下短波光调控。本文为明晰短波光对三叶青品质及生理变化的调控规律，选择了蓝光和紫光两种短波单色光作为处理光源，以白光作为对照，处理7 d、15 d、30 d、45 d和60 d，测定三叶青块根和叶片中总黄酮含量、黄酮代谢合成酶活性、叶片生理生化指标（抗逆酶活性和丙二醛、初生代谢可溶物、光合色素含量），以期探讨三叶青黄酮合成过程和生理生化变化对短波光条件的时空响应及规律。结果表明，短波单色光处理可使三叶青处于轻度胁迫状态,蓝光处理后三叶青中总黄酮含量最高（叶片137.75 mg/g ，块根149.00 mg/g ）；紫光处理使叶片和块根中的PAL酶活性（96.50 U/g FW、109.47 U/g FW）和叶片中CHI酶活性（65.17 U/g FW）达到最高，蓝光处理使块根中的CHS酶活性（46.76 U/g FW）达到最高。此外，光合色素和抗逆能力和可溶性物质对短波光的响应度有差异，与白光相比，蓝光和紫光均可促进渗透调节物质的积累。本研究的结果可为光调控三叶青品质提供理论基础和实践指导。
三叶青作为“新浙八味”之一，具有抗肿瘤、抗病毒和退热等临床效果，主要活性成分为黄酮类化合物。三叶青生长在林间荫蔽环境，其活性成分合成、生长发育、生理变化等均会受到林下短波光调控。本文为明晰短波光对三叶青品质及生理变化的调控规律，选择了蓝光和紫光两种短波单色光作为处理光源，以白光作为对照，处理7 d、15 d、30 d、45 d和60 d，测定三叶青块根和叶片中总黄酮含量、黄酮代谢合成酶活性、叶片生理生化指标（抗逆酶活性和丙二醛、初生代谢可溶物、光合色素含量），以期探讨三叶青黄酮合成过程和生理生化变化对短波光条件的时空响应及规律。结果表明，短波单色光处理可使三叶青处于轻度胁迫状态,蓝光处理后三叶青中总黄酮含量最高（叶片137.75 mg/g ，块根149.00 mg/g ）；紫光处理使叶片和块根中的PAL酶活性（96.50 U/g FW、109.47 U/g FW）和叶片中CHI酶活性（65.17 U/g FW）达到最高，蓝光处理使块根中的CHS酶活性（46.76 U/g FW）达到最高。此外，光合色素和抗逆能力和可溶性物质对短波光的响应度有差异，与白光相比，蓝光和紫光均可促进渗透调节物质的积累。本研究的结果可为光调控三叶青品质提供理论基础和实践指导。
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2023, 31(11): 1695-1707.
doi: 10.12357/cjea.20230189
摘要:
由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物, 也是青枯病危害严重的作物之一。近年来, 连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧, 严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点, 梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先, 对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理, 总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法, 并绘制了其发病机制图解。其次, 我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征, 并提出相应的土壤微生态调控对策, 包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后, 我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望, 旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。
由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物, 也是青枯病危害严重的作物之一。近年来, 连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧, 严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点, 梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先, 对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理, 总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法, 并绘制了其发病机制图解。其次, 我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征, 并提出相应的土壤微生态调控对策, 包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后, 我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望, 旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。
2023, 31(11): 1708-1720.
doi: 10.12357/cjea.20230069
摘要:
植物根区微生物在植物养分吸收以及生长发育过程中发挥重要作用。为研究不同小麦品种根区微生物群落结构差异, 本研究选择‘科农9204’ ‘科农2011’ ‘京411’和‘百农207’ 4个小麦品种, 于高氮[300 kg(N)·hm−2]和低氮[0 kg(N)·hm−2]条件下进行田间试验, 在分蘖期、拔节期和灌浆期采集根区样品。通过16S rRNA基因高通量测序技术比较分析不同小麦品种根际土壤和根内生细菌群落结构和多样性, 同时测定小麦植株的生理参数。结果表明, ‘科农9204’在3个生育期及不同氮素水平下相对其他3个品种均具有较高的地上部氮素吸收量(除分蘖期低氮条件)。小麦根际土壤和根内生细菌群落的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。相比其他3个品种, ‘科农 9204’ 的根际土壤细菌群落在拔节期低氮水平下富集了根瘤菌目(Rhizobiales)和芽单胞菌属(Gemmatimonas), 在灌浆期高氮水平下富集了弗兰克氏菌目(Frankiales)。相关性分析表明, 根际土壤细菌群落中的节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、红色杆菌属(Rubrobacter)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)与小麦地上部生物量和地上部氮素吸收量呈显著正相关, 马赛菌属(Massilia)、砂单胞菌属(Arenimonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)与小麦地上部全氮含量呈显著正相关。上述结果表明, 小麦可能通过调控根区微生物群落来影响养分吸收, 且这种影响具有品种特异性。本研究为明确小麦与微生物互作机制、发掘对小麦有益的微生物并应用到农业生产中提供了依据。
植物根区微生物在植物养分吸收以及生长发育过程中发挥重要作用。为研究不同小麦品种根区微生物群落结构差异, 本研究选择‘科农9204’ ‘科农2011’ ‘京411’和‘百农207’ 4个小麦品种, 于高氮[300 kg(N)·hm−2]和低氮[0 kg(N)·hm−2]条件下进行田间试验, 在分蘖期、拔节期和灌浆期采集根区样品。通过16S rRNA基因高通量测序技术比较分析不同小麦品种根际土壤和根内生细菌群落结构和多样性, 同时测定小麦植株的生理参数。结果表明, ‘科农9204’在3个生育期及不同氮素水平下相对其他3个品种均具有较高的地上部氮素吸收量(除分蘖期低氮条件)。小麦根际土壤和根内生细菌群落的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。相比其他3个品种, ‘科农 9204’ 的根际土壤细菌群落在拔节期低氮水平下富集了根瘤菌目(Rhizobiales)和芽单胞菌属(Gemmatimonas), 在灌浆期高氮水平下富集了弗兰克氏菌目(Frankiales)。相关性分析表明, 根际土壤细菌群落中的节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、红色杆菌属(Rubrobacter)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)与小麦地上部生物量和地上部氮素吸收量呈显著正相关, 马赛菌属(Massilia)、砂单胞菌属(Arenimonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)与小麦地上部全氮含量呈显著正相关。上述结果表明, 小麦可能通过调控根区微生物群落来影响养分吸收, 且这种影响具有品种特异性。本研究为明确小麦与微生物互作机制、发掘对小麦有益的微生物并应用到农业生产中提供了依据。
2023, 31(11): 1721-1732.
doi: 10.12357/cjea.20230176
摘要:
绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能, 地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群, 其群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区, 利用陷阱法系统调查了玉米和牧草(箭筈豌豆和紫花苜蓿)种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化, 确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明: 1)玉米、箭筈豌豆和紫花苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异, 生长季紫花苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大, 非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小; 2)生长季紫花苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米田和箭筈豌豆田, 非生长季紫花苜蓿和箭筈豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田; 3)生长季紫花苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 紫花苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 玉米田和箭筈豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于紫花苜蓿田; 4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度也显著高于箭筈豌豆田和玉米田。总之, 干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性, 进而提升农田害虫的生物防治功能。
绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能, 地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群, 其群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区, 利用陷阱法系统调查了玉米和牧草(箭筈豌豆和紫花苜蓿)种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化, 确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明: 1)玉米、箭筈豌豆和紫花苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异, 生长季紫花苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大, 非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小; 2)生长季紫花苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米田和箭筈豌豆田, 非生长季紫花苜蓿和箭筈豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田; 3)生长季紫花苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 紫花苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 玉米田和箭筈豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于紫花苜蓿田; 4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度也显著高于箭筈豌豆田和玉米田。总之, 干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性, 进而提升农田害虫的生物防治功能。
2023, 31(11): 1733-1744.
doi: 10.12357/cjea.20230223
摘要:
叶片气体交换过程是作物干物质及产量形成的基础, 在干旱发展过程中作物叶片气体交换对水分胁迫存在阈值响应, 众多相关生理指标也以此为基础用于监测作物受旱状况。然而作物叶片气体交换过程与产量对干旱的响应阈值是否具有同步性, 目前尚不清楚, 这在一定程度上影响了利用作物生长期叶片气体交换相关生理指标监测农业干旱的准确性。本研究通过控制试验确定春小麦叶片气体交换对干旱的响应阈值, 并利用该阈值特征参数化春小麦生长模型, 从而设计水分控制模拟试验, 分析春小麦产量对干旱的阈值响应特征及其与叶片气体交换指标阈值的差异。结果表明: 春小麦气孔导度对土壤有效含水量的响应阈值为0.50, 大于蒸腾速率与净光合速率的响应阈值(0.40)。用净光合速率对土壤有效含水量的响应阈值参数化春小麦生长模型, 能够准确模拟春小麦地上部生物量和产量的变化。春小麦地上部生物量与产量对根系层土壤有效含水量的响应阈值为0.18, 明显小于叶片气体交换指标对土壤有效含水量的响应阈值。证明了利用作物生育期间叶片气体交换等生理指标表征作物受旱状况, 反映作物最终产量降低程度会存在一定问题。本研究结果可为农业干旱监测、预测及干旱影响评估提供参考依据。
叶片气体交换过程是作物干物质及产量形成的基础, 在干旱发展过程中作物叶片气体交换对水分胁迫存在阈值响应, 众多相关生理指标也以此为基础用于监测作物受旱状况。然而作物叶片气体交换过程与产量对干旱的响应阈值是否具有同步性, 目前尚不清楚, 这在一定程度上影响了利用作物生长期叶片气体交换相关生理指标监测农业干旱的准确性。本研究通过控制试验确定春小麦叶片气体交换对干旱的响应阈值, 并利用该阈值特征参数化春小麦生长模型, 从而设计水分控制模拟试验, 分析春小麦产量对干旱的阈值响应特征及其与叶片气体交换指标阈值的差异。结果表明: 春小麦气孔导度对土壤有效含水量的响应阈值为0.50, 大于蒸腾速率与净光合速率的响应阈值(0.40)。用净光合速率对土壤有效含水量的响应阈值参数化春小麦生长模型, 能够准确模拟春小麦地上部生物量和产量的变化。春小麦地上部生物量与产量对根系层土壤有效含水量的响应阈值为0.18, 明显小于叶片气体交换指标对土壤有效含水量的响应阈值。证明了利用作物生育期间叶片气体交换等生理指标表征作物受旱状况, 反映作物最终产量降低程度会存在一定问题。本研究结果可为农业干旱监测、预测及干旱影响评估提供参考依据。
2023, 31(11): 1745-1757.
doi: 10.12357/cjea.20230215
摘要:
为探讨小麦后复种油菜对小麦茬残留氮素吸收利用及水氮利用的影响, 以期为麦后土壤残留氮素有效利用和农业面源污染阻控提供理论依据, 通过田间定位试验, 研究了小麦茬施氮量[常规施氮(270 kg∙hm−2)、减施氮肥(202.5 kg∙hm−2)和不施氮(0 kg∙hm−2)]和灌溉定额[常规灌溉(400 mm)、节水20% (320 mm)和节水40% (240 mm)]对复种油菜的产量、氮素吸收量以及0~100 cm土壤含水率和矿质氮动态变化的影响, 并进行了两季作物的氮素平衡分析。结果表明, 小麦茬残留氮素对油菜产量和氮素吸收量有显著影响, 氮肥后效与小麦茬的施氮量呈正比。小麦茬常规施氮270 kg∙hm−2时油菜产量和氮素吸收量最高, 分别为6640 kg∙hm−2和25.7 kg∙hm−2, 较小麦茬减施氮肥与不施氮分别增加11.8%与43.5%和14.8%与58.8%; 小麦茬灌溉定额对油菜产量无显著影响, 但对氮素吸收量有显著影响, 常规施氮处理下常规灌溉处理油菜氮素吸收量较节水处理增加9.6%~10.2%。与油菜播前相比, 油菜收获后施氮处理0~100 cm土层土壤矿质氮降低18.8~96.1 kg·hm−2; 常规施氮处理较减氮和不施氮处理增加了油菜对残留氮素吸收能力。油菜翻压还田并经过冬季的冻融后, 在下一季小麦播前, 0~100 cm土层的土壤矿质氮增加86.1~171.8 kg·hm−2, 增加量与小麦茬的施氮量呈正相关。常规施氮+常规灌溉定额0~100 cm土壤贮水量变化较小, 氮肥后效显著提高了油菜灌溉水利用效率和水分利用效率及降水生产效率, 常规施氮+节水20%处理灌溉水利用效率和降水生产效率最高, 而常规施氮+节水40%处理油菜水分利用效率最高。在本试验条件下, 减氮+节水20%处理的氮肥累积利用率最高, 达89.8%。小麦茬施氮量为270 kg·hm−2, 灌溉定额为320~400 mm显著提高了复种油菜的产量、吸氮量、水分利用效率和灌溉水利用效率及降水生产效率, 并降低了施氮处理土壤矿质氮含量。而油菜翻压还田经过冬季冻融后显著增加了土壤矿质氮含量。
为探讨小麦后复种油菜对小麦茬残留氮素吸收利用及水氮利用的影响, 以期为麦后土壤残留氮素有效利用和农业面源污染阻控提供理论依据, 通过田间定位试验, 研究了小麦茬施氮量[常规施氮(270 kg∙hm−2)、减施氮肥(202.5 kg∙hm−2)和不施氮(0 kg∙hm−2)]和灌溉定额[常规灌溉(400 mm)、节水20% (320 mm)和节水40% (240 mm)]对复种油菜的产量、氮素吸收量以及0~100 cm土壤含水率和矿质氮动态变化的影响, 并进行了两季作物的氮素平衡分析。结果表明, 小麦茬残留氮素对油菜产量和氮素吸收量有显著影响, 氮肥后效与小麦茬的施氮量呈正比。小麦茬常规施氮270 kg∙hm−2时油菜产量和氮素吸收量最高, 分别为6640 kg∙hm−2和25.7 kg∙hm−2, 较小麦茬减施氮肥与不施氮分别增加11.8%与43.5%和14.8%与58.8%; 小麦茬灌溉定额对油菜产量无显著影响, 但对氮素吸收量有显著影响, 常规施氮处理下常规灌溉处理油菜氮素吸收量较节水处理增加9.6%~10.2%。与油菜播前相比, 油菜收获后施氮处理0~100 cm土层土壤矿质氮降低18.8~96.1 kg·hm−2; 常规施氮处理较减氮和不施氮处理增加了油菜对残留氮素吸收能力。油菜翻压还田并经过冬季的冻融后, 在下一季小麦播前, 0~100 cm土层的土壤矿质氮增加86.1~171.8 kg·hm−2, 增加量与小麦茬的施氮量呈正相关。常规施氮+常规灌溉定额0~100 cm土壤贮水量变化较小, 氮肥后效显著提高了油菜灌溉水利用效率和水分利用效率及降水生产效率, 常规施氮+节水20%处理灌溉水利用效率和降水生产效率最高, 而常规施氮+节水40%处理油菜水分利用效率最高。在本试验条件下, 减氮+节水20%处理的氮肥累积利用率最高, 达89.8%。小麦茬施氮量为270 kg·hm−2, 灌溉定额为320~400 mm显著提高了复种油菜的产量、吸氮量、水分利用效率和灌溉水利用效率及降水生产效率, 并降低了施氮处理土壤矿质氮含量。而油菜翻压还田经过冬季冻融后显著增加了土壤矿质氮含量。
2023, 31(11): 1758-1767.
doi: 10.12357/cjea.20230162
摘要:
由于长期使用地下含氯微咸水补灌, 氯盐胁迫已经成为限制宁夏西瓜产量和品质的主要因素之一, 而施用氮肥可在一定程度上缓解盐胁迫引起的生长抑制作用, 因此, 探索氮素对西瓜氯盐胁迫的调控机制, 对氯盐胁迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害调控具有重要意义。本研究以‘金城5号’西瓜品种为供试作物, 采用土培试验, 探索氯盐胁迫[160 mg (Cl−1)∙kg−1(烘干土)]下不同施氮水平[0 g∙kg−1(烘干土)、0.10 g∙kg−1(烘干土)、0.15 g∙kg−1(烘干土)、0.20 g∙kg−1(烘干土)、0.25 g∙kg−1(烘干土)]对西瓜幼苗阴阳离子平衡、有机渗透调节物质、抗氧化酶活性、氧化损伤和氮素吸收利用的影响, 以期为揭示氮素对作物氯盐胁迫的调控机理提供理论依据。结果表明, 施用氮肥使西瓜根、茎、叶中的Cl−和Na+均显著减少, 而NO3−和K+均显著增加, 因此, 整株Cl−/NO3−值和Na+/K+值分别比不施氮降低46.0%~69.5%和31.0%~54.3%; 叶片中可溶性糖和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性均在0.15 g∙kg−1氮水平时达最大值, 分别比不施氮提高75.6%、70.1%、55.8%和54.8%, 而丙二醛含量则比不施氮降低59.3%; 同时, 施氮0.15 g∙kg−1时, 西瓜的氮累积量增加157.7%, 硝酸还原酶活性提高62.4%, 氮吸收效率和氮素利用效率分别达26.25%和97.10%, 西瓜植株鲜重和干物质累积量亦显著提高96.9%和29.0%。对施氮量与西瓜各生长生理指标的聚类分析和相关分析表明, 施氮处理对氯盐胁迫的缓解效果表现为0.15 g∙kg−1>0.20 g∙kg−1>0.10 g∙kg−1>0.25 g∙kg−1, 生物量和干物质累积与氮吸收利用效率及氮累积呈显著正相关, 而氮累积量与抗氧化酶活性、渗透调节物质含量间均具有显著的正相关性, 与Na+/K+值、Cl−/ NO3−值和丙二醛含量呈负相关。综合各指标与施氮量之间的曲线拟合结果, 氯盐浓度为160 mg (Cl−1)∙kg−1(烘干土)时西瓜生长和生理活性适宜施氮量为0.14~0.18 g∙kg−1。可见, 氯盐胁迫下适量施氮可通过调节Na+/K+值和Cl−/NO3−值来维持植株体内离子稳态, 并提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性, 从而降低细胞膜氧化损伤, 增强西瓜植株的生理抗性, 达到对氯盐胁迫的调控作用。
由于长期使用地下含氯微咸水补灌, 氯盐胁迫已经成为限制宁夏西瓜产量和品质的主要因素之一, 而施用氮肥可在一定程度上缓解盐胁迫引起的生长抑制作用, 因此, 探索氮素对西瓜氯盐胁迫的调控机制, 对氯盐胁迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害调控具有重要意义。本研究以‘金城5号’西瓜品种为供试作物, 采用土培试验, 探索氯盐胁迫[160 mg (Cl−1)∙kg−1(烘干土)]下不同施氮水平[0 g∙kg−1(烘干土)、0.10 g∙kg−1(烘干土)、0.15 g∙kg−1(烘干土)、0.20 g∙kg−1(烘干土)、0.25 g∙kg−1(烘干土)]对西瓜幼苗阴阳离子平衡、有机渗透调节物质、抗氧化酶活性、氧化损伤和氮素吸收利用的影响, 以期为揭示氮素对作物氯盐胁迫的调控机理提供理论依据。结果表明, 施用氮肥使西瓜根、茎、叶中的Cl−和Na+均显著减少, 而NO3−和K+均显著增加, 因此, 整株Cl−/NO3−值和Na+/K+值分别比不施氮降低46.0%~69.5%和31.0%~54.3%; 叶片中可溶性糖和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性均在0.15 g∙kg−1氮水平时达最大值, 分别比不施氮提高75.6%、70.1%、55.8%和54.8%, 而丙二醛含量则比不施氮降低59.3%; 同时, 施氮0.15 g∙kg−1时, 西瓜的氮累积量增加157.7%, 硝酸还原酶活性提高62.4%, 氮吸收效率和氮素利用效率分别达26.25%和97.10%, 西瓜植株鲜重和干物质累积量亦显著提高96.9%和29.0%。对施氮量与西瓜各生长生理指标的聚类分析和相关分析表明, 施氮处理对氯盐胁迫的缓解效果表现为0.15 g∙kg−1>0.20 g∙kg−1>0.10 g∙kg−1>0.25 g∙kg−1, 生物量和干物质累积与氮吸收利用效率及氮累积呈显著正相关, 而氮累积量与抗氧化酶活性、渗透调节物质含量间均具有显著的正相关性, 与Na+/K+值、Cl−/ NO3−值和丙二醛含量呈负相关。综合各指标与施氮量之间的曲线拟合结果, 氯盐浓度为160 mg (Cl−1)∙kg−1(烘干土)时西瓜生长和生理活性适宜施氮量为0.14~0.18 g∙kg−1。可见, 氯盐胁迫下适量施氮可通过调节Na+/K+值和Cl−/NO3−值来维持植株体内离子稳态, 并提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性, 从而降低细胞膜氧化损伤, 增强西瓜植株的生理抗性, 达到对氯盐胁迫的调控作用。
2023, 31(11): 1768-1779.
doi: 10.12357/cjea.20230028
摘要:
污泥通过碱性热水解工艺(ATH)提取的富含多肽、蛋白质类液体(污泥热碱液)已被证实无毒性且可运用于农业生产中, 并显著促进作物生长。为探究污泥热碱液对小青菜氮素吸收及氮代谢调控机制的影响, 本试验以小青菜为研究对象, 采用盆栽试验, 以不施氮肥为对照, 研究5个污泥热碱液处理土壤中分别施入0 mg·kg−1、20.19 mg·kg−1、40.38 mg·kg−1、60.57 mg·kg−1、80.76 mg·kg−1污泥热碱液, 探讨小青菜植株氮素吸收、氮代谢关键酶活性等的变化。结果表明, 随着施用量的增加, 各指标均呈先升高后下降的趋势, 当施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜收获后氮素累积量、产量和品质等达较高水平, 硝酸盐含量最低。通过对小青菜氮素吸收量及产量进行拟合, 得出121.48~127.59 kg·hm−2为该污泥热碱液对小青菜的最佳施用量。施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜中硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)均保持较高的活性, 在小青菜定苗后第2周、第4周和第6周与其他处理相比, NR活性增加56.56%~183.43%、16.55%~150.36%和7.86%~293.25%, NiR活性增加24.70%~348.17%、1.06%~71.24%和7.62%~286.59%, GDH活性增加9.91%~149.21%、37.52%~308.35%和16.08%~123.12%, GS活性增加4.13%~17.82%、5.23%~122.27%和9.91%~121.21%, GOGAT活性增加31.31%~288.16%、9.63%~351.69%和28.45%~1274.32%。冗余分析表明小青菜中GOGAT是决定产量、氮素利用率、氮素吸收率的主要因素, 与产量呈显著正相关。施用适量的污泥热碱液会提高小青菜氮素相关转化酶活性, 促进对氮素吸收及产量的增加。热碱液可作为新型肥料施用, 不仅可以解决污泥资源化问题, 还可以提高小青菜产量及养分吸收。
污泥通过碱性热水解工艺(ATH)提取的富含多肽、蛋白质类液体(污泥热碱液)已被证实无毒性且可运用于农业生产中, 并显著促进作物生长。为探究污泥热碱液对小青菜氮素吸收及氮代谢调控机制的影响, 本试验以小青菜为研究对象, 采用盆栽试验, 以不施氮肥为对照, 研究5个污泥热碱液处理土壤中分别施入0 mg·kg−1、20.19 mg·kg−1、40.38 mg·kg−1、60.57 mg·kg−1、80.76 mg·kg−1污泥热碱液, 探讨小青菜植株氮素吸收、氮代谢关键酶活性等的变化。结果表明, 随着施用量的增加, 各指标均呈先升高后下降的趋势, 当施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜收获后氮素累积量、产量和品质等达较高水平, 硝酸盐含量最低。通过对小青菜氮素吸收量及产量进行拟合, 得出121.48~127.59 kg·hm−2为该污泥热碱液对小青菜的最佳施用量。施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜中硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)均保持较高的活性, 在小青菜定苗后第2周、第4周和第6周与其他处理相比, NR活性增加56.56%~183.43%、16.55%~150.36%和7.86%~293.25%, NiR活性增加24.70%~348.17%、1.06%~71.24%和7.62%~286.59%, GDH活性增加9.91%~149.21%、37.52%~308.35%和16.08%~123.12%, GS活性增加4.13%~17.82%、5.23%~122.27%和9.91%~121.21%, GOGAT活性增加31.31%~288.16%、9.63%~351.69%和28.45%~1274.32%。冗余分析表明小青菜中GOGAT是决定产量、氮素利用率、氮素吸收率的主要因素, 与产量呈显著正相关。施用适量的污泥热碱液会提高小青菜氮素相关转化酶活性, 促进对氮素吸收及产量的增加。热碱液可作为新型肥料施用, 不仅可以解决污泥资源化问题, 还可以提高小青菜产量及养分吸收。
2023, 31(11): 1780-1791.
doi: 10.12357/cjea.20230066
摘要:
为系统了解氧纳米气泡及其在农业领域的应用研究进展与发展趋势, 本文就近15年来氧纳米气泡的研究进展与成果, 总结了氧纳米气泡的研究概况; 对氧纳米气泡的制备方法与性质进行了探讨; 重点综述了氧纳米气泡在农业生产领域与农业环境治理领域的应用。农业生产领域的应用包括促进种子发育与作物生长、提高水产养殖产量与经济效益等, 农业环境治理领域的应用, 包括促进稻田甲烷减排、去除土壤中的重金属等污染物质、治理农业面源污染等。展望了氧纳米气泡技术今后的研究重点与对策建议, 包括深入研究氧纳米气泡的增氧机理及作用机制, 进一步开发农业领域氧纳米气泡的制备技术, 拓展氧纳米气泡技术在农业生产及环境修复中的适用性, 开展氧纳米气泡的规模化应用研究等。研究成果可为氧纳米气泡的基础研究和在农业领域的应用研究提供思路与方法。
为系统了解氧纳米气泡及其在农业领域的应用研究进展与发展趋势, 本文就近15年来氧纳米气泡的研究进展与成果, 总结了氧纳米气泡的研究概况; 对氧纳米气泡的制备方法与性质进行了探讨; 重点综述了氧纳米气泡在农业生产领域与农业环境治理领域的应用。农业生产领域的应用包括促进种子发育与作物生长、提高水产养殖产量与经济效益等, 农业环境治理领域的应用, 包括促进稻田甲烷减排、去除土壤中的重金属等污染物质、治理农业面源污染等。展望了氧纳米气泡技术今后的研究重点与对策建议, 包括深入研究氧纳米气泡的增氧机理及作用机制, 进一步开发农业领域氧纳米气泡的制备技术, 拓展氧纳米气泡技术在农业生产及环境修复中的适用性, 开展氧纳米气泡的规模化应用研究等。研究成果可为氧纳米气泡的基础研究和在农业领域的应用研究提供思路与方法。
2023, 31(11): 1792-1803.
doi: 10.12357/cjea.20230076
摘要:
探讨设施蔬菜长期施用有机肥的土壤有效磷含量及磷素淋失风险, 可为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK) 5个处理, 研究各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量及其剖面分布特征, 分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明: 在0~50 cm土层, 各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势, 其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05); 与CK相比, 各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均有所增加, 且随有机肥施用量的增加而增加, 且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层, 土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势, 其数值依次为139.6 mg·kg−1、152.4 mg·kg−1、133.5 mg·kg−1、86.1 mg·kg−1和42.3 mg·kg−1; 在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层, 土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低, 依次为185.1 mg·kg−1、120.5 mg·kg−1、92.8 mg·kg−1和56.0 mg·kg−1。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准, 通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P2O5)之间的相关关系, 求出设施番茄栽培适宜磷素(P2O5)用量为344.9~530.3 kg∙hm−2, 其中有机肥供应的磷素(P2O5)用量为119.9~305.3 kg·hm−2。综上, 连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下, 在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm−2、P2O5 225 kg·hm−2和K2O 450 kg·hm−2)的基础上配施低量有机肥(15 000 kg·hm−2), 不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量, 使番茄产量显著增加, 而且可以有效控制土壤磷素淋失风险。
探讨设施蔬菜长期施用有机肥的土壤有效磷含量及磷素淋失风险, 可为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK) 5个处理, 研究各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量及其剖面分布特征, 分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明: 在0~50 cm土层, 各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势, 其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05); 与CK相比, 各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均有所增加, 且随有机肥施用量的增加而增加, 且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层, 土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势, 其数值依次为139.6 mg·kg−1、152.4 mg·kg−1、133.5 mg·kg−1、86.1 mg·kg−1和42.3 mg·kg−1; 在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层, 土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低, 依次为185.1 mg·kg−1、120.5 mg·kg−1、92.8 mg·kg−1和56.0 mg·kg−1。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准, 通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P2O5)之间的相关关系, 求出设施番茄栽培适宜磷素(P2O5)用量为344.9~530.3 kg∙hm−2, 其中有机肥供应的磷素(P2O5)用量为119.9~305.3 kg·hm−2。综上, 连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下, 在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm−2、P2O5 225 kg·hm−2和K2O 450 kg·hm−2)的基础上配施低量有机肥(15 000 kg·hm−2), 不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量, 使番茄产量显著增加, 而且可以有效控制土壤磷素淋失风险。
2023, 31(11): 1804-1820.
doi: 10.12357/cjea.20230129
摘要:
本文探究了单独或联合使用异常毕赤酵母(Pichia anomala)和纤维素酶对甜高粱青贮质量和厌氧消化产甲烷潜力的调控效果, 利用高通量测序解析了厌氧消化过程中微生物菌群的多样性, 结合经济性能分析筛选廉价高效的青贮预处理添加剂。结果表明, 甜高粱青贮过程中, 单独或联合使用2种添加剂的青贮品质均为优良, 其中异常毕赤酵母和纤维素酶联合处理组(PC组)的综合评价值为0.66, 单独添加异常毕赤酵母(Pa组)的评价值次之为0.63; 两种添加剂均能有效保存青贮甜高粱的可溶性碳水化合物、粗蛋白、纤维素和半纤维素等能量组分, 降低酸性洗涤木质素、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等木质纤维组分, 增加乳酸和乙酸含量, 强化青贮发酵进程。尤其, PC组的可溶性碳水化合物保存效果最佳, 木质素去除率高达62.55%; Pa组中蛋白质保存完好, 乳酸和乙酸含量最高, 分别为50.01 g·kg−1(DM)和18.35 g·kg−1(DM)。青贮预处理能明显提升甜高粱的厌氧发酵产甲烷效能, 与新鲜原料组相比, PC组累计产甲烷量提高30.13%, 为457.70 mL(CH4)·g−1(VS), 消化迟滞期缩短62.96%, 生物降解指数最高, 达72.39%; Pa组的预处理效果次之, 最大产甲烷速率提升33.57%, 消化迟滞期缩短33.33%, 且消化系统都相对稳定。厌氧消化系统中属水平优势细菌为发酵单胞菌(Fermentimonas)和梭状芽孢杆菌(Clostridium_sensu_stricto_1), 与pH呈负相关, 与化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)呈正相关。优势古菌属为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter), 其中甲烷八叠球菌与COD和TVFA呈负相关, 与pH呈正相关; 甲烷短杆菌与COD和TVFA呈正相关, 与pH呈负相关关系。综合青贮质量、产甲烷性能和经济性分析, 推荐单独使用异常毕赤酵母作为甜高粱青贮预处理的生物强化剂。
本文探究了单独或联合使用异常毕赤酵母(Pichia anomala)和纤维素酶对甜高粱青贮质量和厌氧消化产甲烷潜力的调控效果, 利用高通量测序解析了厌氧消化过程中微生物菌群的多样性, 结合经济性能分析筛选廉价高效的青贮预处理添加剂。结果表明, 甜高粱青贮过程中, 单独或联合使用2种添加剂的青贮品质均为优良, 其中异常毕赤酵母和纤维素酶联合处理组(PC组)的综合评价值为0.66, 单独添加异常毕赤酵母(Pa组)的评价值次之为0.63; 两种添加剂均能有效保存青贮甜高粱的可溶性碳水化合物、粗蛋白、纤维素和半纤维素等能量组分, 降低酸性洗涤木质素、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等木质纤维组分, 增加乳酸和乙酸含量, 强化青贮发酵进程。尤其, PC组的可溶性碳水化合物保存效果最佳, 木质素去除率高达62.55%; Pa组中蛋白质保存完好, 乳酸和乙酸含量最高, 分别为50.01 g·kg−1(DM)和18.35 g·kg−1(DM)。青贮预处理能明显提升甜高粱的厌氧发酵产甲烷效能, 与新鲜原料组相比, PC组累计产甲烷量提高30.13%, 为457.70 mL(CH4)·g−1(VS), 消化迟滞期缩短62.96%, 生物降解指数最高, 达72.39%; Pa组的预处理效果次之, 最大产甲烷速率提升33.57%, 消化迟滞期缩短33.33%, 且消化系统都相对稳定。厌氧消化系统中属水平优势细菌为发酵单胞菌(Fermentimonas)和梭状芽孢杆菌(Clostridium_sensu_stricto_1), 与pH呈负相关, 与化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)呈正相关。优势古菌属为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter), 其中甲烷八叠球菌与COD和TVFA呈负相关, 与pH呈正相关; 甲烷短杆菌与COD和TVFA呈正相关, 与pH呈负相关关系。综合青贮质量、产甲烷性能和经济性分析, 推荐单独使用异常毕赤酵母作为甜高粱青贮预处理的生物强化剂。
2023, 31(11): 1821-1838.
doi: 10.12357/cjea.20230238
摘要:
养殖场排放氨气及温室气体(NH3、N2O、CH4)末端处理技术近年来获得了国内外学者的广泛关注与持续研究, 但不同畜种粪污管理各环节气体排放规律和阻控优先序尚不清楚, 不同处理技术的处理效果、处理成本和适用场景尚不明确, 缺乏多气体协同处理的技术体系。因此, 本研究通过系统梳理已发表的文献, 采用数据挖掘(data mining)的方法分析了猪、鸡、牛、羊4种畜种不同粪污管理环节(圈舍环节、固体粪污贮藏环节、液体粪污贮藏环节和固体粪污堆肥环节)气体排放和优先序特征, 总结了与气体排放相匹配的减排技术特点, 梳理了针对NH3、N2O、CH4减排的各种技术原理与减排效果, 探讨了粪污管理过程各环节气体阻控的优先序及潜在技术途径, 可以为养殖场外排尾气处理不同类型技术组合和设计提供支撑, 以实现养殖场氨气及温室气体减排的目标。指出现有NH3、N2O、CH4末端处理技术的不足, 展望了NH3、N2O、CH4末端协同处理技术的研究方向, 旨在为养殖场外排尾气未来技术研发提供依据。
养殖场排放氨气及温室气体(NH3、N2O、CH4)末端处理技术近年来获得了国内外学者的广泛关注与持续研究, 但不同畜种粪污管理各环节气体排放规律和阻控优先序尚不清楚, 不同处理技术的处理效果、处理成本和适用场景尚不明确, 缺乏多气体协同处理的技术体系。因此, 本研究通过系统梳理已发表的文献, 采用数据挖掘(data mining)的方法分析了猪、鸡、牛、羊4种畜种不同粪污管理环节(圈舍环节、固体粪污贮藏环节、液体粪污贮藏环节和固体粪污堆肥环节)气体排放和优先序特征, 总结了与气体排放相匹配的减排技术特点, 梳理了针对NH3、N2O、CH4减排的各种技术原理与减排效果, 探讨了粪污管理过程各环节气体阻控的优先序及潜在技术途径, 可以为养殖场外排尾气处理不同类型技术组合和设计提供支撑, 以实现养殖场氨气及温室气体减排的目标。指出现有NH3、N2O、CH4末端处理技术的不足, 展望了NH3、N2O、CH4末端协同处理技术的研究方向, 旨在为养殖场外排尾气未来技术研发提供依据。
2023, 31(11): 1839-1850.
doi: 10.12357/cjea.20230117
摘要:
山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源, 影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响, 山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区, 利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法, 估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量, 揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系, 分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件, 将采样点划分为4个子区: 滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明, 滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面, 平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区; 且沿地下水流动方向, 地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L−1)>Ⅱ区(99.22 mg·L−1)>Ⅳ区(37.10 mg·L−1)>Ⅲ区(23.08 mg·L−1)的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中, 而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场, 其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×108 m3, 硝酸盐通量为239.56×105 kg, 且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部, 这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视, 因此, 实现源头综合治理, 降低山区地下水污染物浓度, 对下游平原区面源污染管理, 防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。
山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源, 影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响, 山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区, 利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法, 估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量, 揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系, 分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件, 将采样点划分为4个子区: 滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明, 滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面, 平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区; 且沿地下水流动方向, 地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L−1)>Ⅱ区(99.22 mg·L−1)>Ⅳ区(37.10 mg·L−1)>Ⅲ区(23.08 mg·L−1)的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中, 而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场, 其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×108 m3, 硝酸盐通量为239.56×105 kg, 且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部, 这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视, 因此, 实现源头综合治理, 降低山区地下水污染物浓度, 对下游平原区面源污染管理, 防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。
2023, 31(11): 1851-1859.
doi: 10.12357/cjea.20230179
摘要:
深入了解不同类型土壤传感器的性能表现对于提高区域土壤含水量测定的准确性具有重要意义。本研究针对河北平原农田土壤, 选择了4种典型土壤质地(粉黏土、粉壤土、砂壤土、砂土), 通过室内试验, 分别研究了5个不同容重(1.40 g∙cm−3、1.45 g∙cm−3、1.50 g∙cm−3、1.55 g∙cm−3、1.60 g∙cm−3)下5种常见土壤水分传感器(TDR315H、CS655、5TE、Teros12、Hydra Probe Ⅱ)测定含水量的准确度。研究发现: 1)在本试验条件下, 未经标定的TDR315H、CS655、Teros12、Hydra Probe Ⅱ的测量准确度较高, 测量误差基本不超过0.03 cm3∙cm−3, 其中TDR315H的性能表现最好; 2) 5种类型传感器在粗质土壤中的误差大于细质地土壤, 土壤质地对传感器测量准确度的影响远大于土壤容重; 3)土壤含水量对传感器的测定准确度也会产生显著影响, 随着含水量的变化, 测量误差也随之发生变化, 且可能存在使传感器测量准确度发生显著变化的含水量阈值。总体而言, 在未进行标定的前提下, TDR315H有望直接应用于河北平原农田田间土壤含水量监测。本研究可为土壤含水量监测中的传感器选型提供重要参考。
深入了解不同类型土壤传感器的性能表现对于提高区域土壤含水量测定的准确性具有重要意义。本研究针对河北平原农田土壤, 选择了4种典型土壤质地(粉黏土、粉壤土、砂壤土、砂土), 通过室内试验, 分别研究了5个不同容重(1.40 g∙cm−3、1.45 g∙cm−3、1.50 g∙cm−3、1.55 g∙cm−3、1.60 g∙cm−3)下5种常见土壤水分传感器(TDR315H、CS655、5TE、Teros12、Hydra Probe Ⅱ)测定含水量的准确度。研究发现: 1)在本试验条件下, 未经标定的TDR315H、CS655、Teros12、Hydra Probe Ⅱ的测量准确度较高, 测量误差基本不超过0.03 cm3∙cm−3, 其中TDR315H的性能表现最好; 2) 5种类型传感器在粗质土壤中的误差大于细质地土壤, 土壤质地对传感器测量准确度的影响远大于土壤容重; 3)土壤含水量对传感器的测定准确度也会产生显著影响, 随着含水量的变化, 测量误差也随之发生变化, 且可能存在使传感器测量准确度发生显著变化的含水量阈值。总体而言, 在未进行标定的前提下, TDR315H有望直接应用于河北平原农田田间土壤含水量监测。本研究可为土壤含水量监测中的传感器选型提供重要参考。
2023, 31(11): 1860-1872.
doi: 10.12357/cjea.20230166
摘要:
农业文化遗产是一种活态遗产, 具有重要的社会价值、经济价值和生态价值, 文化景观特征鲜明, 识别其文化景观基因有着积极的意义。以景观基因理论和地方理论为基础, 以潮州单丛茶文化系统为例, 识别潮州单丛茶文化景观基因; 以农户为调研对象, 探讨茶文化景观基因与农户感知的内在联系, 挖掘不同生计类型农户对茶文化景观基因演变的感知差异。结果表明: 1)农户感知近十年茶园和村庄的生态环境、生活环境、茶种植工具和种植技术以及生活方式发生了显著的变化; 2)高山茶种植区的农户对山地、茶园、村庄的环境变化感知更为强烈, 低山茶种植区的农户对种植技术和知识的变化感知更为强烈; 3)生计策略为单一种茶的农户对“山地、台地面积变化”等指标的感知更强烈; 4)农户的茶叶总收入不同, 对茶文化景观生态基因感知也存在差异。可针对不同类型的农户提出增强其生计韧性的途径, 促进农户生态保护和遗产传承意识的提升, 为农业文化遗产地可持续发展提供思路。
农业文化遗产是一种活态遗产, 具有重要的社会价值、经济价值和生态价值, 文化景观特征鲜明, 识别其文化景观基因有着积极的意义。以景观基因理论和地方理论为基础, 以潮州单丛茶文化系统为例, 识别潮州单丛茶文化景观基因; 以农户为调研对象, 探讨茶文化景观基因与农户感知的内在联系, 挖掘不同生计类型农户对茶文化景观基因演变的感知差异。结果表明: 1)农户感知近十年茶园和村庄的生态环境、生活环境、茶种植工具和种植技术以及生活方式发生了显著的变化; 2)高山茶种植区的农户对山地、茶园、村庄的环境变化感知更为强烈, 低山茶种植区的农户对种植技术和知识的变化感知更为强烈; 3)生计策略为单一种茶的农户对“山地、台地面积变化”等指标的感知更强烈; 4)农户的茶叶总收入不同, 对茶文化景观生态基因感知也存在差异。可针对不同类型的农户提出增强其生计韧性的途径, 促进农户生态保护和遗产传承意识的提升, 为农业文化遗产地可持续发展提供思路。
