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2017年  第25卷  第6期

农业生态系统与调控
农业土地共享和土地分离及其潜在的生物多样性效应
杨梅, 刘章勇
2017, 25(6): 787-794. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160996
摘要(4551) HTML (7) PDF(7226)
摘要:
农业在生物多样性维持方面扮演重要角色,农业既是生物多样性的传递者,同时集约化农业也是导致生物多样性降低的主要原因。“土地共享”和“土地分离”是重要的协调粮食产量和生物多样性保护的土地利用策略,前者关注的是农田环境的改善,后者指通过土地利用集约化,提高作物单产,释放出更多土地用于自然保护。目前,对于哪一种土地利用方式更有利于生物多样性保护仍是有争议的。本研究综述了上述两种土地利用策略的优缺点及其对生物多样性的影响,并分析归纳了应用和选择土地利用方式时应考虑的因素,如:对集约化敏感的物种;景观背景、景观尺度和景观结构;社会经济因素等。在此基础上,展望了该理论对我国未来农业发展的启示,包括:因地制宜规划农业景观格局,如考虑区域的产量潜力和特有物种;发展可持续集约化农业和加强“溢出效应”的管理,提高生态系统自我恢复能力;在不同景观尺度上建立土地共享-分离混合模式,在集约化农业地区适度恢复农用林业。
基于生态风险评价的采煤矿区土地损毁与复垦过程分析
孙琦, 白中科, 曹银贵
2017, 25(6): 795-804. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.170113
摘要(1078) HTML (9) PDF(1342)
摘要:
煤炭开采和复垦活动带来强烈的地表变化和生态环境扰动。该文以山西省平朔矿区为例,通过构建评价模型分析采煤矿区的生态风险动态变化。通过采用最小损毁累积模型测算风险源累积损毁影响值,利用遥感影像结合野外实测数据计算生态脆弱度指数,得出矿区2001年和2010年矿区生态风险值,分析不同开采年份中矿区由于采矿和复垦活动带来的生态风险变化。结果表明:随着煤炭产量的增加,2010年土地损毁的累积影响范围比2001年增长了7 095.17 hm2;但是已复垦排土场的损毁累积危害下降明显,并且随着矿区扰动区域的东移,采矿对研究区西部的影响也在减弱。经过10年的土地复垦与生态重建措施,已复垦的排土场生态风险值呈下降趋势,生态系统趋于稳定。在采矿扰动区中,2001年处于中等风险及以下的区域占比为0.02%,到2010年为16.77%。特大型采煤矿区扰动范围较大,但是采后土地复垦有助于降低局部生态风险的影响。通过研究矿区土地损毁情况、复垦过程和复垦后的状态,分析不同区域生态风险的动态变化,可以为矿区的生态环境治理和区域发展规划提供参考,为矿区管理和相关决策提供科学依据。
基于去包络线法的番茄叶霉病发病程度估测方法
贾方方, 洪权春, 宋唯一
2017, 25(6): 805-811. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161107
摘要(530) HTML (10) PDF(443)
摘要:
阐明番茄叶霉病(Fulvia fulva)光谱特征并对其发病程度进行估测,可为番茄叶霉病大面积遥感监测提供依据。本研究通过分析番茄叶霉病不同发病程度下叶片光谱变化特征,筛选对发病程度识别的敏感波段。并利用去包络线法对光谱反射率进行处理,构建基于光谱特征吸收参量的发病程度估测模型。研究结果表明:随着叶霉病病害等级的加深,番茄叶片的原始光谱反射率、光谱敏感度、相对反射率均呈逐渐降低趋势;可见光波段(550~730 nm)和短波红外波段(1 860~2 260 nm)是识别番茄叶霉病发病程度的最佳波段;且随着病害等级的增加,吸收波段位置(λ)向短波方向移动,最大吸收深度(Dc)和吸收面积(A)均呈递增规律。利用光谱参数构建的番茄叶霉病病害等级预测的逐步回归模型R2达0.81,且模型验证结果较好。研究结果对利用高光谱遥感技术定量估测番茄叶霉病发病程度以及监测、防治农作物病虫害均具有较高的实用价值。
作物栽培与生理生态
等氮配施有机肥对喀斯特峰丛洼地农田作物产量与养分平衡的影响
傅伟, 刘坤平, 陈洪松, 陈香碧, 林海飞, 张伟, 王克林
2017, 25(6): 812-820. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161016
摘要(964) HTML (3) PDF(910)
摘要:
基于自2006年在广西喀斯特峰丛洼地区开展的长期玉米/大豆套作定位施肥试验,选择2010—2014年监测数据,探讨等氮量投入条件下,不同比例有机肥替代无机氮肥对喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作系统作物产量及土壤养分的影响,为喀斯特峰丛洼地农田作物高效施肥及提高土壤肥力提供理论依据。试验选取4个处理:对照(不施肥,CK)、平衡施用化肥(NPK)、有机粪肥替代30%化肥氮(C7M3,按氮素计算,不足30%的PK用无机肥补充,肥料总量与NPK处理相同,有机粪肥为牛粪,下同)、有机粪肥替代60%化肥氮(C4M6,按氮素计算,不足60%的PK用无机肥补充),每个处理4次重复。于2010年、2012年、2014年大豆收获后采集土壤样品,测定土壤养分状况。结果表明:1)施肥处理土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量均高于CK处理,其中C4M6处理有机质含量显著高于NPK处理(P < 0.05),全氮、速效磷和速效钾含量随着有机粪肥施用量的增加而增加。2)长期不同施肥处理玉米和大豆产量分别是不施肥处理的4.15~4.36倍、2.47~2.58倍。不同施肥处理的增产效果为C4M6 > NPK > C7M3,但施肥处理间差异不显著(P > 0.05)。3)长期不施肥CK处理玉米产量随着试验年限推移呈下降趋势,降幅为5.45 g·m-2·a-1,大豆产量却表现出增加趋势,增幅为1.50 g·m-2·a-1。长期施肥处理中,玉米和大豆产量总体呈增加趋势。4)施肥处理中,玉米季表现为钾素亏缺(NPK处理除外),大豆季表现为氮素亏缺。综合两季作物,只有C4M6钾素表现亏缺,亏缺量为7.9 kg·hm-2。磷素在各施肥处理中盈余量较大,分别为81.2 kg·hm-2(NPK)、83.4 kg·hm-2(C7M3)和74.8 kg·hm-2(C4M6)。综上,在喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作制度下,基于作物产量及土壤养分表观平衡特征提出有机粪肥可以代替部分化肥施用,在玉米季适当“减氮、稳磷和增钾”,大豆季“稳氮、减磷和减钾”的施肥措施。
水氮调控对小油菜养分吸收、水氮利用效率及产量的影响
高娜, 张玉龙, 刘玉, 廖常健, 吴汉卿, 张玉玲, 邹洪涛, 虞娜
2017, 25(6): 821-828. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161009
摘要(1416) HTML (8) PDF(838)
摘要:
合理的灌水、施氮量对提高小油菜养分利用率、控制面源污染具有重要意义。本文采用盆栽试验,利用15N同位素示踪技术,研究不同灌水水平(W1:60%θf;W2:75%θf;W3:90%θfθf为田间持水量)和施氮量(N0:0 g·kg-1;N1:0.1 g·kg-1;N2:0.2 g·kg-1;N3:0.3 g·kg-1)对小油菜养分吸收、产量及水氮利用率的影响。结果表明:灌水水平与施氮量对小油菜根系与叶片氮、磷、钾含量均有显著影响,且叶片含磷量受水氮交互作用的显著影响。叶片氮、钾含量显著大于根系。增加灌水,小油菜含磷量与根系含氮量增加,含钾量及叶片含氮量降低;施氮能增加小油菜氮、钾含量,降低含磷量。灌水与施氮对小油菜氮、磷、钾吸收总量均有显著影响,且磷、钾吸收量受水氮交互作用的影响显著,中水低氮处理(W2N1)各养分吸收量均最大。小油菜产量受灌水水平和施氮量的显著影响,表现为随灌水水平的提高而增加,随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势。灌溉水分利用效率(IWUE)受施氮量及水氮互作的显著影响,随施氮量增加,IWUE变化与产量变化一致。灌水与施氮对15N肥料去向有显著影响,且肥料利用率受水氮互作的显著影响。随灌水水平提高,肥料利用率呈增加趋势,中水处理肥料残留率最低,损失率最高。随施氮量增加,肥料利用率不断降低,损失率呈增加的趋势。本试验条件下,综合考虑小油菜养分吸收、产量及水氮利用率,W3N1、W2N1组合为推荐水氮处理。
减氮配施控释尿素对水稻产量和氮肥利用的影响
黄巧义, 唐拴虎, 张发宝, 张木, 黄旭, 黄建凤, 李苹, 付弘婷
2017, 25(6): 829-838. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160836
摘要(1441) HTML (11) PDF(1126)
摘要:
以释放期为60~90 d的控释尿素为试验材料,2015年在广东省台山市和翁源县开展大田试验,研究在全量施氮[195 kg(N)·hm-2]、减氮20%[156 kg(N)·hm-2]和减氮40%[117 kg(N)·hm-2]条件下,常规分次施肥(CF)、配施控释尿素氮占25%一次性施用(25%CRU)和配施控释尿素氮占50%一次性施用(50%CRU)对水稻生长、产量及氮肥利用率的影响,为控释尿素在水稻生产上的推广应用提供参考。结果表明,在水稻营养生长阶段,不同施氮处理的每兜分蘖数基本一致,叶片SPAD值随施氮量增加略有提高。随着施氮量增加,水稻产量先提高后降低,当施氮量为156 kg(N)·hm-2时,水稻产量最高。等氮条件下,25%CRU、50%CRU和CF处理的水稻籽粒产量基本一致;不同施氮处理的稻谷和稻草氮素吸收累积量无显著差异。水稻氮素吸收累积量随着施氮量的增加而增加,而氮肥偏生产力和氮收获指数逐渐降低。等氮条件下,25%CRU和50%CRU处理的氮肥农学效率、氮肥生理利用率均显著高于常规施肥处理(P < 0.05),两地平均增幅分别为14.99%、17.23%和98.22%、57.44%。当施氮量为195 kg(N)·hm-2时,25%CRU和50%CRU处理的氮收获指数较常规施肥处理(CF)提高6.99%和6.69%,其中台山试验点的增幅达到显著水平(P < 0.05)。117 kg(N)·hm-2处理的土壤碱解氮含量显著降低(P < 0.05)。25%控释氮肥掺混一次性施用施氮量为156 kg(N)·hm-2的施肥处理,其产量和氮肥利用效率在台山和翁源两个试验点均较高,在广东省双季稻区可实现水稻增产稳产,显著提高氮肥利用率,并维持土壤肥力,是一种较优的氮肥运筹模式。
不同耕作措施对雨养冬小麦碳足迹的影响
李萍, 郝兴宇, 宗毓铮, 古润生, 贾绍辉, 董琦, 郭李萍
2017, 25(6): 839-847. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160981
摘要(1014) HTML (5) PDF(1222)
摘要:
为了解不同耕作管理措施对我国北方旱作农田作物生产生命周期内生产资料及生产过程碳排放足迹的影响,在山西省临汾市尧都区连续15年保护性耕作长期定位试验基地,利用静态箱-气相色谱法连续两年测定了不同秸秆管理和耕作措施(秸秆不还田旋耕、秸秆还田旋耕、秸秆覆盖免耕)下,旱作冬小麦田N2O周年排放通量,并对不同耕作管理措施的生产资料和生产过程中的碳排放进行全面分析与计算,以估算不同耕作措施的碳足迹。结果表明:1)秸秆覆盖免耕和秸秆不还田旋耕条件下旱作冬小麦田N2O年度累积排放量较秸秆还田旋耕分别平均减少19.2%和18.9%;2)旱作冬小麦在秸秆覆盖免耕条件下产量最高;3)旱作农田碳足迹中氮肥生产、农田N2O直接排放和柴油消耗排放占到总排放足迹的90%以上;4)秸秆覆盖免耕较其他耕作方式的碳足迹低,两年试验期间,较秸秆还田旋耕处理碳足迹分别低11.0%和6.9%,较秸秆不还田旋耕处理碳足迹分别低7.9%和8.3%。5)在半干旱地区,秸秆覆盖免耕处理单位产量碳足迹最低,是本研究中低碳低排的推荐措施。本研究结果可为旱作农田以低碳减排为目标的可持续发展提供科学依据。
不同缓/控释尿素在黄土台塬区春玉米的减量施用效果
孙晓, 景建元, 吕慎强, 尚浩博, 李娜, 田肖肖, 李嘉, 王吕, 王林权
2017, 25(6): 848-855. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161122
摘要(1075) HTML (23) PDF(1085)
摘要:
本文通过田间试验研究了覆膜条件下,黄土台塬区6种缓/控释尿素减量施用对春玉米产量、氮肥利用率及氮素累积量等的影响,以确定适合本地区春玉米施用的缓/控释氮肥品种和用量,为本地区春玉米简约、高效施肥技术提供理论依据与技术支撑。以春玉米品种‘先玉335'为供试作物,设9个处理,分别为不施氮肥处理(N0)、农户常规施氮处理[普通尿素,施氮量225 kg(N)·hm-2,N225]、普通尿素减量处理[施氮量180 kg(N)·hm-2,N180]和6种缓/控释尿素减量处理[施氮量180 kg(N)·hm-2]。6种缓/控释尿素分别为树脂尿素、控失尿素(CLU)、硫包衣尿素(SCU)、脲甲醛(UF)、多肽尿素和稳定尿素。在玉米各生育时期采集地上部植株样品及耕层(0~20 cm)土样,分析耕层土壤无机氮含量,测定玉米植株氮素累积量及产量。施用氮肥可显著增加玉米产量,增产率在28%~65%。与N225相比,N180玉米产量显著降低19.1%,但各缓/控释尿素(减量20%)一次基施没有明显的减产效应,其中SCU与CLU分别增产4.5%和2.7%。与农户常规施肥相比,N180降低经济效益2 051 ¥·hm-2;各缓/控释尿素(除UF)可增加玉米氮素累积量、提高氮肥利用率2.26%~12.69%,经济效益提高347~1 747 ¥·hm-2,氮肥利用率和经济效益以SCU、CLU最高。大喇叭口期—吐丝期,缓/控释尿素氮素释放量大可能是提高氮肥吸收和利用率的原因之一。控失尿素和硫包衣尿素等缓/控释尿素减量(20%)并一次性基施,能维持产量不降低,提高氮肥利用率和经济收益,节约劳动力成本,可作为黄土台塬区春玉米简约化减量化施肥的一种选项。
耕作与施肥对旱地玉米田土壤耗水量和水分利用效率的影响
王浩, 王淑兰, 徐宗贵, 李军
2017, 25(6): 856-864. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160990
摘要(956) HTML (7) PDF(814)
摘要:
为探究保护性耕作与施肥对渭北旱地春玉米田土壤耗水量和水分利用效率的影响,达到高效生产的目的。于2013—2015年在渭北旱塬实施了春玉米耕作与施肥田间试验,共设置6种耕作与施肥处理:翻耕+低肥(A1)、免耕+高肥(A2)、深松+平衡施肥(A3)、翻耕+无肥(B1)、免耕+无肥(B2)和深松+无肥(B3),测定了春玉米休闲期与生育时期0~200 cm土层土壤蓄水量和收获时籽粒产量。结果表明:1)保护性耕作能显著提高旱地玉米田土壤蓄水保墒能力。与传统翻耕处理B1相比,休闲期,B2和B3播前土壤蓄水量分别提高23.39 mm和27.73 mm(P < 0.05);耕作处理区,B2和B3全生育期土壤蓄水量平均提高13.41 mm和15.70 mm;耕作施肥处理区,A2、A3土壤蓄水量较A1分别提高13.15 mm、19.54 mm。2)平衡施肥能有效提高玉米全生育期平均土壤蓄水量,与不施肥处理相比,全生育期土壤蓄水量平均提高6.79 mm(P < 0.05)。3)保护性耕作与施肥能提高玉米籽粒产量与水分利用效率。耕作无肥处理区,与B1比较,B3处理产量提高212~576 kg·hm-2,水分利用效率提高0.83~2.21 kg·hm-2·mm-1;耕作施肥处理区,A3产量与水分利用效率提高最为显著,产量较A1提高659~1 495 kg·hm-2,水分利用效率提高0.65~3.82 kg·hm-2·mm-1P < 0.05)。3种施肥方式下以氮、磷、钾平衡施肥产量与水分利用效率提高幅度最大。4)对耗水量与产量进行相关性分析发现,抽雄—灌浆生育阶段土壤耗水量与产量呈显著正相关,保护性耕作提高玉米生长初期土壤蓄水保墒能力,提高春玉米抽雄—灌浆期土壤水分,增加作物生长关键时期对水分的利用效率,利于玉米籽粒产量的提高。因此在渭北旱地春玉米田,深松与平衡施肥组合能提高春玉米产量与水分利用效率,是该地区玉米高效生产较为适宜的种植模式。
不同生育时期冬小麦籽粒蛋白质含量的高光谱遥感监测模型
贺佳, 刘冰峰, 黎世民, 郭燕, 王来刚, 张彦, 李军
2017, 25(6): 865-875. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161066
摘要(1019) HTML (0) PDF(1058)
摘要:
为研究不同氮磷水平下冬小麦籽粒蛋白质含量高光谱遥感监测模型,提高模型精度,本文通过连续5年定位试验研究不同氮磷耦合水平下,不同生育时期冬小麦冠层光谱反射率、植株氮含量以及成熟期籽粒蛋白质含量,以相关、回归等统计分析方法,建立基于不同生育时期植株氮含量的籽粒蛋白质含量监测模型;然后通过灰色关联度分析,筛选植株氮含量的最佳植被指数,以偏最小二乘回归法,建立基于植被指数的植株氮含量监测模型;最后以植株氮含量为链接点,按照“植被指数—植株氮含量—籽粒蛋白质含量”之间的联系,建立融合植被指数与植株氮含量的冬小麦成熟期籽粒蛋白质含量监测模型。结果表明:在拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期基于植株氮含量建立的成熟期籽粒蛋白质含量监测模型,具有较好的监测精度;拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期分别基于修正叶绿素吸收反射率指数(MCARI1)、归一化差值叶绿素指数(NDCI)、修正归一化差异指数(mNDVI)、MCARI1、NDCI植被指数建立植株氮含量监测模型,监测精度(R2)分别为0.826、0.854、0.867、0.859和0.819;以植株氮含量为链接点,通过“植被指数—植株氮含量—籽粒蛋白质含量”的间接联系,建立基于拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期植被指数且融合植株氮含量的籽粒蛋白质含量监测模型,R2分别为0.935、0.972、0.990、0.979和0.936;以独立数据对模型进行验证,模型预测值与实测值间相对误差(RE)分别为11.26%、10.74%、8.41%、10.25%和11.36%,均方根误差(RMSE)分别为2.221 g·kg-1、1.825 g·kg-1、1.214 g·kg-1、1.767 g·kg-1和2.137 g·kg-1。说明基于不同生育时期植被指数链接植株氮含量可以对成熟期籽粒蛋白质含量进行有效监测,且模型具有较好的年度间重演性和品种间适应性。
基于贝叶斯方法的光合作用生化模型参数估计及其在干旱区葡萄上的应用
朱中华, 韩拓, 柳金权, 朱高峰
2017, 25(6): 876-883. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160967
摘要(814) HTML (1) PDF(1294)
摘要:
以无核白葡萄为试材,测定了其在不同季节(6—9月)、不同胞间CO2浓度下的净光合速率,根据贝叶斯方法,结合蒙特卡罗马尔科夫链算法对光合生化模型参数进行估算,以期获得不同季节的模型参数值,并与最小二乘法所得结果对比,探讨贝叶斯方法在解决高维度复杂模型参数估计问题中的可行性和葡萄光合作用关键参数季节变化规律。结果表明,最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)、磷酸丙糖利用速率(TPU)均有明显的季节变化特性,出现先增后减的趋势,8月达最高,分别为54.30 μmol·m-2·s-1、88.45 μmol·m-2·s-1和6.56 μmol·m-2·s-1;9月最小,分别为34.66 μmol·m-2·s-1、58.86 μmol·m-2·s-1和4.38 μmol·m-2·s-1。叶肉导度(gm)在各个月份波动不大,6—9月分别为5.16 μmol·m-2·s-1·Pa-1、5.29 μmol·m-2·s-1·Pa-1、5.39 μmol·m-2·s-1·Pa-1和5.41 μmol·m-2·s-1·Pa-1。与传统的最小二乘法相比,贝叶斯方法估算的Vcmax值偏小,Jmax、TPU和gm无明显差异。同时贝叶斯方法估计出的模型参数是在考虑参数先验信息的基础上获得的,生化意义更加显著。试验表明,光合作用生化模型(FvCB模型)在应用于光合作用模拟时,应充分考虑其参数的季节变化性;结合蒙特卡罗马尔科夫链算法的贝叶斯参数估计能更有效解决FvCB模型中参数估计问题。
GGE双标图在陆地棉高产稳产和适应性分析中的应用——以长江流域棉区国审棉花新品种‘鄂杂棉30’为例
许乃银, 荣义华, 李健, 付永红, 梅汉成
2017, 25(6): 884-892. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161119
摘要(933) HTML (24) PDF(975)
摘要:
农作物品种的高产稳产和广适性一直是产量育种的主要目标,而农作物品种多环境试验中普遍存在的基因型与环境互作效应增加了广适性品种选育的难度,科学评价品种的高产稳产和适应性有助于提高新品种的选育和应用效率。本研究采用GGEbiplot®软件分析了2012—2013年长江流域国家棉花品种区域试验中‘鄂杂棉30’等参试品种丰产性、稳产性和适应性,并采用“成对比较”功能图比较了‘鄂杂棉30’与对照品种‘鄂杂棉10号'在目标区域的适应性表现。结果表明:1)‘鄂杂棉30’在两年多环境品种试验中的丰产性突出,稳产性表现优良。2)‘鄂杂棉30’在两年区域试验中的高产稳产性综合表现(即理想指数)显著优于对照品种‘鄂杂棉10号'及其余各参试品种。3)‘鄂杂棉30’为所有参试品种中适应性最广的品种,其最适宜种植区域涵盖了长江流域大部分棉区。4)‘鄂杂棉30’在长江流域的绝大部分棉区都比对照品种更有产量优势,同时也优于其余参试品种,在长江流域棉区种植优势明显。本研究展示了GGE双标图在品种的丰产性与稳产性分析和适宜种植区域划分等方面的应用效果,明确了‘鄂杂棉30’是兼备丰产性、稳定性和广适性的理想品种,可为‘鄂杂棉30’的合理利用提供理论依据,也为其他作物品种的综合评价提供了参考方法。
黑豆种质苗期耐荫性评价及其根系对弱光胁迫的响应
杨才琼, 胡宝予, 吴海军, 秦雯婷, 张潇文, 刘卫国, 杨文钰, 刘江
2017, 25(6): 893-902. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161092
摘要(1071) HTML (5) PDF(1225)
摘要:
玉米-大豆复合种植是西南地区重要的生态种植模式之一,而目前耐荫型专用黑豆种质十分匮乏,黑豆的耐荫机理也尚不清楚,这严重影响了该模式的进一步推广。本研究旨在建立黑豆苗期耐荫性评价数学模型,筛选出能够判断黑豆耐荫性的有效指标,并探讨不同耐荫型黑豆根系对弱光胁迫的响应差异,为耐荫型黑豆种质的选育及耐荫机理的阐释奠定基础。试验以23个黑豆种质为研究材料,采用盆栽试验方法,设置自然光和遮荫2个处理。在黑豆植株V3期测定株高、茎粗、下胚轴长度、叶片干重、茎干重、主茎节数、总根长、根表面积、总根体积等形态指标和光合参数、叶绿素荧光参数等生理指标。采用多元统计方法建立黑豆苗期耐荫性评价模型,并根据评价结果,关联分析不同耐荫型黑豆根系对弱光胁迫的响应差异。通过逐步回归分析建立了黑豆苗期耐荫性评价数学模型;并通过该模型,筛选出蒸腾速率、株高、叶干重、最大荧光强度和初始荧光强度等5个鉴定指标。在荫蔽条件下测定苗期黑豆的上述5个指标可实现对黑豆苗期耐荫性的综合评价。同时,对23份黑豆种质的耐荫性综合评价值D进行了聚类分析,结果表明,黑豆种质可划分为耐荫型、中度耐荫型和荫蔽敏感型3类。不同耐荫型黑豆种质的根系结构对弱光胁迫的响应程度不同,黑豆的总根长、根表面积、总根体积、根干重等根系强度指标均表现为耐荫型 > 中度耐荫型 > 荫蔽敏感型。这表明耐荫潜力大的黑豆根系更发达。
外源Cd在不同品种水稻组织中的细胞分布和化学形态特征研究
付铄岚, 王昌全, 李冰, 徐强, 张敬昇, 李萌, 唐杰, 何玉亭, 沈杰, 曾杰熙, 严勋
2017, 25(6): 903-910. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161041
摘要(1012) HTML (1) PDF(1135)
摘要:
采用水培试验,以低镉(Cd)积累水稻品种‘D83A/R527’和高Cd积累水稻品种‘辐优838’为供试材料,设置3个Cd浓度(5 μmol·L-1、10 μmol·L-1、25 μmol·L-1)处理,从Cd亚细胞及化学形态分布角度研究了不同基因型水稻品种的Cd积累特性,为探讨水稻对Cd的吸收积累生理机制提供科学依据。结果表明:(1)水稻‘D83A/R527’的根系和茎叶Cd含量及根系-茎叶转移系数均显著低于‘辐优838’(P < 0.05)。(2)两水稻根系各亚细胞组分中Cd含量表现为可溶部分(F3) > 细胞壁(F1) > 细胞器(F2),茎叶表现为细胞壁(F1) > 可溶部分(F3) > 细胞器(F2);‘D83A/R527’根系和茎叶细胞壁Cd的质量分数(36.76%~51.75%)高于‘辐优838’(31.29%~49.07%)。(3)两水稻品种Cd化学形态含量均表现为氯化钠提取态(FNaCl-Cd) > 醋酸提取态(FHAc-Cd) > 去离子水提取态(FW-Cd) > 乙醇提取态(FE-Cd) > 盐酸提取态(FHCl-Cd);随Cd处理浓度的增加,‘D83A/R527’根系FE-Cd和FW-Cd(活性态Cd)质量分数逐渐下降(24.75%~18.34%),‘辐优838’活性态Cd逐渐上升(27.18%~28.68%),茎叶FHAc-Cd和FHCl-Cd(惰性态Cd)质量分数(32.41%~38.98%)逐渐上升且高于‘辐优838’(28.44%~31.22%),‘D83A/R527’根系和茎叶FNaCl-Cd质量分数(32.71%~51.17%)均高于‘辐优838’(32.14%~47.63%)。综上,‘D83A/R527’水稻幼苗Cd积累量低;与‘辐优838’相比,‘D83A/R527’水稻幼苗根系和茎叶细胞壁质量分数较高,“活性态”Cd质量分数较低,“惰性态”Cd则更高,表明‘D83A/R527’水稻对Cd有更强的固持能力。
农业资源与环境
不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地不同形态磷径流输出的控制效果
王静, 王允青, 叶寅, 孟超峰, 王道中, 郭熙盛, 吕国安
2017, 25(6): 911-919. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160916
摘要(876) HTML (1) PDF(972)
摘要:
为明确巢湖沿岸坡耕地不同农艺措施对生态保护和水环境治理的影响,以农业面源污染长期定位观测基地为平台,于2014—2015年连续2 a对常规耕作(CK)、植物篱(黄花菜,PH)、植物篱+秸秆覆盖(PHS)和等高垄作(CR)4种农艺措施下的水土及随地表径流迁移的各种形态磷进行了监测。结果表明,与常规耕作相比,PH、PHS和CR能有效地减少径流量和产沙量(P < 0.05),降低效果依次为:PHS > PH > CR。与CK相比,PH、PHS和CR可分别减少23.5%、36.5%和19.7%的径流流失和29.5%、45.2%和26.3%的土壤流失,表现出显著的水土保持作用。CK条件下的径流液总磷(TP)浓度是0.612~1.220 mg·L-1,其中颗粒态磷(PP)占总磷的71.5%~81.7%,颗粒态磷是磷随地表径流迁移的主要形态。在溶解态总磷(DTP)中,溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P)所占比例较大,为87.4%~90.7%;溶解态有机磷(DOP)所占比例较小,仅占9.3%~12.6%。与CK相比,PHS、PH和CR显著降低了径流液PP和TP的浓度(P < 0.05),但却不同程度地提高了DTP和D-Ortho-P的浓度,而对DOP的浓度无显著影响(P > 0.05)。CK条件下,磷的年流失负荷平均为0.706 kg·hm-2,占当年作物施磷量0.98%。与CK处理相比,PH、PHS和CR处理磷的年流失负荷分别降低38.4%、53.8%和33.4%(P < 0.05),其对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低径流液PP的浓度来实现的。综上可知,植物篱(黄花菜)、植物篱+秸秆还田和等高垄作是控制巢湖沿岸坡耕地水土及磷径流输出的有效措施,其中植物篱配合秸秆覆盖还田效果最佳。该研究可为巢湖流域坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。
我国农田土壤钾平衡研究进展与展望
冀宏杰, 张怀志, 张维理, 田昌玉
2017, 25(6): 920-930. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.160944
摘要(1101) HTML (3) PDF(1081)
摘要:
土壤钾平衡法是一种简便易行的判断土壤钾库丰缺状况的方法,广泛应用于农田土壤钾素养分供应状况评价及科学施肥实践。本文从农田养分平衡的角度出发,通过分析钾平衡的计算方法、农田钾平衡的时空变异特征、不同作物农田钾平衡状况、钾平衡对土壤钾含量的影响4个方面,综述了近年来我国农田钾平衡研究的主要进展。研究表明,我国农田钾平衡总体表现为亏缺,时间维度上表现为自建国以来整体呈现先下降后上升趋势;但不同区域间表现不一且变异较大,部分区域的农田钾平衡状况表现为盈余;不同区域及不同作物间钾平衡呈现“两极化”发展趋势;作物之间的养分吸收特性不同以及肥料和农产品市场价格波动,这两个因素共同决定了不同作物类型之间及同种作物不同年际间钾平衡的差异;不同研究者对于我国农田钾平衡的总盈余量、单位面积盈余量以及空间变异特征所得结果差异较大,宜对所选指标体系综合分析后比较,而不宜进行直接对比;而对时间变异、不同作物种植类型农田钾平衡以及土壤钾累积规律等方面的研究结果基本一致;本质上来说,当前土壤养分库状况是一个区域的种植制度、施肥方式经过多年的累积所造成的结果,同时也决定着其未来的发展走向。为保持土壤钾养分库的稳定与提升,基于我国钾平衡研究现状,提出我国未来在养分均衡、开源节流、重视不同轮作情况下钾素的周年运筹以及关注更深层次的土壤分层钾养分库等几个改善农田钾平衡技术措施方面的研究方向。
主要生育期气候变化对河南省冬小麦生长及产量的影响
成林, 李彤霄, 刘荣花
2017, 25(6): 931-940. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161054
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摘要:
为分析不同生育期气候变化对冬小麦生长及产量的影响,本研究选择河南省30个农业气象观测站1961—2014年气象资料、1981—2014年冬小麦发育期及产量资料,采用数理统计与DSSAT-CERES Wheat模型模拟相结合的方法,分析了冬小麦播种—返青、返青—抽穗、抽穗—成熟3个时期的气候变化特征及其对生育期和产量的影响。结果表明:研究区气候变化的显著特征是播种—返青期日照时数按40.09 h·(10a)-1的速率显著减少(P < 0.05),返青—抽穗期平均日最高气温和平均日最低气温同时大幅升高。冬小麦幼穗分化随着抽穗前日最低气温的升高按2.9 d·(10a)-1的速率而提前结束,返青前气候变化对后续生育进程有持续影响,气象因子与播种—抽穗期、播种—成熟期持续日数以负相关关系为主。两种分析方法均表明:当前河南麦区播种—返青期气候变化对产量的影响不大,在一定范围内甚至有增产作用,气象因子贡献率平均为0.758;返青—抽穗期气候变化使穗密度和穗粒数平均减少2.74%和3.94%,大于抽穗—成熟期。不同生育期气候变化情景下,冬小麦高产和稳产均受影响,代表站点播种—返青、返青—抽穗、抽穗—成熟期分别平均减产1.6%、6.3%和4.8%,其中播种—返青、抽穗—成熟期影响产量的关键气象因子是日最高气温,而返青—抽穗期是日最低气温。
多模式集合模拟气候变化对玉米产量的影响
张祎, 赵艳霞
2017, 25(6): 941-948. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.161152
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摘要:
气候模式驱动作物模型是气候变化影响评估的主要手段。但是,单一气候模式输出和作物模型的结构差异使得研究结果存在不确定性。多模式集合的概率预估可以有效减少研究结果的不确定性。为此,本文利用1981—2009年东北地区海伦、长岭、本溪3地区农业气象站的历史气象资料和玉米作物数据,分别建立了作物统计模型并验证了APSIM机理模型在研究区域的适用性。在此基础上,与CMIP5在RCP4.5情景下的8个全球模式结合,尝试基于多模式集合评估了未来2010—2039年时段和2040—2069年时段气候变化对玉米产量的可能影响(相对于1976—2005年基准时段)。研究结果表明,APSIM模型对玉米生长发育和产量形成有很好的模拟能力。玉米生育期的模拟误差(RMSE)为3~4 d,产量的RMSE为0.6~0.8 t·hm-2。建立的产量统计模型表明,玉米出苗阶段(5月中旬)的温度增加对产量增加有积极作用,而开花到成熟阶段(7月中旬到9月上旬)的温度和降水的增加、光照的不足均不利于产量增加。与1976—2005年基准时段相比,气候因素影响下2010—2039年玉米产量减少3.8%(海伦)~7.4%(本溪),减产的概率为64%(长岭)~73%(本溪);2040—2069年时段减产6.4%(海伦)~10.5%(本溪),减产的概率为74%(海伦)~83%(本溪)。未来2010—2039年时段和2040—2069年时段基于机理模型模拟的产量降低分别为6.6%(海伦)~8.9%(本溪)和9.7%(海伦)~13.7%(本溪),均高于相应时段基于统计模型得到的0.9%(海伦)~6.0%(本溪)和2.0%(长岭)~7.3%(本溪)减产结果。