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2018年  第26卷  第11期

农业生态系统及其调控
基于极值概率分布函数的中国早稻高温热害时空分布统计特征
何亮, 吴门新, 侯英雨, 赵刚, 靳宁, 于强
2018, 26(11): 1601-1612. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180269
摘要(770) HTML (1) PDF(493)
摘要:
揭示水稻高温热害风险特征对农业适应气候变化具有重要意义。本研究以中国早稻种植区为研究区域,基于早稻种植区214个气象站1971-2015年的数据,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法和极值概率分布理论,探究中国早稻高温热害的时空变化趋势和极值概率分布规律。研究发现:1)反映早稻高温热害的两个指标即高温热害累计天数(ADHS,accumulated days of heat stress)和热害有害积温(HDD,heat stress degree days)的均值在湖南中南部、江西中部、浙江和福建中部较大,表明这些区域的早稻遭受高温热害的风险较大;从Mann-Kenall趋势检验看,两个指标在超过1/3的站点都呈显著增加的趋势,说明高温热害风险在这些站点显著增加,尤其20世纪90年代以后超过1/2的站点两个指标都呈显著增加的趋势。2)超过1/2以上的站点的高温热害累计天数和高温有害积温都满足极值概率函数分布。对于高温热害累计天数,56个站点满足耿贝尔分布(Gumbel),82个站点满足广义极值分布(GEV);对于热害有害积温,61个站点满足耿贝尔分布,58个站点满足广义极值分布。3)两个高温热害指标的10年、50年、100年重现期的空间分布规律和2个指标的均值空间分布类似,即均值较大的区域,其10年、50年、100年重现期对应的重现期水平(return level)也较大;重现期水平与经度、纬度和海拔无明显相关关系。研究结果有助提升对早稻高温热害时空趋势和概率分布规律的认识,可为农业适应气候变化和农业天气指数保险设计等方面提供理论参考。
作物栽培与生理生态
耕作方式转变对冬小麦季农田温室气体排放和产量的影响
赵力莹, 董文旭, 胡春胜, 李佳珍, 陈拓
2018, 26(11): 1613-1623. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180219
摘要(831) HTML (2) PDF(855)
摘要:
合理耕作方式对农业可持续生产和减缓全球气候变化有重要意义。为评价耕作方式转变对农田温室气体排放的影响,本研究针对连续16年的长期旋耕小麦/玉米农田进行不同的轮耕处理,采用原位静态箱-气相色谱法分析了小麦季农田土壤3种温室气体CH4、CO2、N2O排放规律。试验共设3个处理:在前期旋耕基础上分别进行翻耕处理(XF)和深松处理(XS),另外保持旋耕(X)作为对照。试验结果表明:CO2排放通量在耕作后1周有明显排放峰,XF处理显著低于X和XS处理;N2O排放通量在耕作和灌溉施肥后有明显排放峰,XS处理显著高于XF和X处理;两种气体排放通量在越冬期出现最低值。CH4从耕作后到越冬期有持续明显的吸收过程,其中XS处理的吸收通量显著高于XF和X处理。农田土壤在冬小麦生长季表现为CO2的源,累积排放量为XS(5 241 kg·hm-2)> X(5 160 kg·hm-2)> XF(4 840 kg·hm-2),XS与X处理间差异不显著,均显著高于XF;N2O的源,累积排放量表现为XS(4.38 kg·hm-2)> XF(2.39 kg·hm-2)> X(2.26 kg·hm-2),XS与XF处理间差异不显著,均显著高于X处理;CH4的汇,累积吸收量为XS(6.14 kg·hm-2)> XF(5.64 kg·hm-2)> X(3.70 kg·hm-2)。将累积温室气体换算为CO2当量,对增温效应的贡献表现为XF(5.32 t·hm-2) < X(5.66 t·hm-2) < XS(6.23 t·hm-2),三者之间差异达显著水平。经翻耕处理后,0~10 cm土壤有机质含量明显低于X处理,而10~20 cm土壤有机质升高,表层有机质降低可能是翻耕处理CO2的排放减少的主要原因。不同耕作处理后小麦产量差异明显,X处理冬小麦产量最高,且显著高于XS处理,XF处理与X和XS处理差异均不显著。综合考虑耕作方式对温室气体排放和冬小麦产量的影响,短期内旋耕-翻耕可能是较适宜的轮耕模式,旋耕深松模式不利于控制温室气体排放,但未来需要加强对不同轮耕模式长期效应研究。
间作作物菌根菌丝对红壤磷形态的影响
钟雄, 王硕, 包立, 张乃明, 刘大会, 夏运生, 李佳华
2018, 26(11): 1624-1633. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180407
摘要(754) HTML (12) PDF(555)
摘要:
丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在植物与土壤系统中扮演着重要的角色,能促进寄主植物对养分尤其是磷(P)的吸收。间作在提高土壤P素利用及增产增收等方面具有重要作用。本研究通过三室隔网分室盆栽模拟试验,在玉米/大豆间作种植体系下,对菌丝室进行不同形态P处理[不施P(P0)、施用无机磷(IOP50)、施用有机磷(OP50)],同时在根室进行不同AMF处理[不接种(NM)、接种Funneliformis mosseae(FM)],研究了不同外源形态P添加和AMF处理下,菌根作物对菌丝室红壤中不同形态P吸收利用的影响。结果表明:与单作-FM-IOP50处理相比,间作-FM-IOP50处理下的玉米P吸收量显著增加150.2%,大豆P吸收量增加24.5%;除大豆单作-P0处理外,接种FM均明显降低菌丝室土壤有效磷含量。除大豆单作-FM处理外,施用IOP50使土壤有效磷含量在单作条件下最高,而在间作条件下则最低。对红壤P形态的分级结果表明,接种AMF均一定程度增加了Ca2-P、Al-P、Org-P、O-Al-P、Ca10-P的含量,而间作则显著提高了作物对土壤Ca2-P、Fe-P的吸收;相比其他处理,土壤Ca2-P、Org-P、O-Al-P含量在间作-FM-IOP50组合处理下较高(P < 0.05)。相关分析显示,Ca2-P与玉米植株P吸收量呈显著负相关,而O-Al-P与大豆植株P吸收量呈显著负相关。总之,接种FM、磷肥施用与间作均在一定程度上促进了宿主作物对P的吸收累积。其中间作-FM-IOP50组合是促进间作玉米生长、P素吸收及Ca2-P、Org-P、O-Al-P增加的最佳组合,通过促进无机磷的活化而改善作物对P素的吸收利用,有效削减土壤P素的残留,若将其应用于滇池流域,可望减少P素的流失。
玉米播期对大豆/玉米间作产量及种间竞争力的影响
赵建华, 孙建好, 李伟绮
2018, 26(11): 1634-1642. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180132
摘要(715) HTML (10) PDF(552)
摘要:
在间作系统中,间作作物间合理的共生期可有效提高间作系统作物对时空资源的高效利用。而间作作物播期直接影响间作作物间共生期的长短,由此导致的时空生态位分离会直接影响到作物生产力和种间相互作用。为明确大豆/玉米间作系统中玉米播期对间作作物产量、系统生产力及间作作物间资源竞争力的影响,本研究设置3个玉米播期处理——M1(4月24日与大豆同时播种,与大豆共生期165 d)、M2(5月4日播种,与大豆共生期150 d)、M3(5月14日播种,与大豆共生期140 d),通过对单间作条件下作物产量、干物质累积的测定,研究了玉米不同播期下大豆/玉米间作系统作物产量、系统生产力、共生期内种间竞争力变化。结果表明:3个播期处理不影响间作产量优势,土地当量比(land equivalent ratio,LER)均大于1;但随播期延迟,LER变小,M1处理LER最大,达1.37。玉米播期变化对间作大豆产量无显著影响;随玉米播期延迟,间作玉米产量下降,间作系统生产力随之下降。玉米播期对间作大豆产量构成无显著影响;随玉米播期延迟,间作玉米的百粒重随之减小,M3的百粒重(26.1 g)仅为M1(36.6 g)的71%。玉米播期延迟抑制了大豆玉米共生后期玉米资源竞争力的恢复,在大豆和玉米共生前期,大豆的资源竞争力强于玉米,而共生后期(9月至收获),玉米的资源竞争力显著提升;M3处理大豆相对于玉米的资源竞争力(aggressivity,Asm)始终高于M1和M2,玉米相对拥挤指数随播期延迟而降低,表现为M1 > M2 > M3,而竞争比率为M3 > M2 > M1。因此,就本研究而言,甘肃河西灌区大豆/玉米间作系统中4月24日大豆和玉米同时播种是此系统间作作物的适宜播期,两作物同时播种可有效稳定间作作物产量及系统生产力,间作玉米播种延迟会导致间作系统生产力下降。
减量施氮与间作大豆对华南地区甜玉米农田氮平衡的影响
王志国, 刘培, 邵宇婷, 唐艺玲, 管奥湄, 王建武
2018, 26(11): 1643-1652. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180121
摘要(811) HTML (2) PDF(644)
摘要:
本文在广东广州华南农业大学试验中心,通过大田定位试验(2015-2016年两年4季)对比了两种施氮水平[减量施氮(300 kg·hm-2,N1)和常规施氮(360 kg·hm-2,N2)]、3种种植模式[甜玉米单作(SS)、甜玉米//大豆2:3间作(S2B3)、甜玉米//大豆2:4间作(S2B4)]农田生态系统的氮素输入、输出和平衡状况,旨在为减少化学氮肥投入水平,提高氮素利用效率,在华南地区发展环境友好型的玉米可持续生产模式提供科学依据。结果表明:1)减量施氮与甜玉米//大豆间作降低了系统氮素总输入量,大豆固氮和秸秆还田降低了化肥氮输入的比重,与常规施氮相比,减量施氮下SS、S2B3和S2B4的化肥氮输入占年均氮素总输入的比例分别下降3.24%、3.64%和3.77%。2)间作大豆增加了系统籽粒氮素累积量,N1和N2处理甜玉米//大豆间作的年均籽粒氮素累积量分别是单作甜玉米的2.43倍和2.18倍;减量施氮与甜玉米//大豆间作能降低甜玉米农田氮素损失,N1和N2处理甜玉米//大豆间作的年均氨挥发量分别比单作甜玉米低39.02%和27.26%;间作甜玉米的氮淋溶量比单作低13.85%。3)减量施氮与间作大豆显著降低了系统氮素盈余量,S2B3-N1、S2B3-N2和S2B4-N1、S2B4-N2年均氮素盈余量分别为71.03 kg·hm-2、133.7 kg·hm-2和42.87 kg·hm-2、100.64 kg·hm-2,分别比SS处理N1和N2的平均值减少81.27%、64.75%和88.69%、73.47%。因此,减量施氮甜玉米//大豆间作模式能维持系统作物产量、减少生产成本、降低环境污染风险,具有较高的经济和生态效益。
保护性耕作下蚕豆/玉米/甘薯三熟制农田土壤呼吸、碳平衡及经济-环境效益特征
熊瑛, 王龙昌, 赵琳璐, 杜娟, 张赛, 周泉
2018, 26(11): 1653-1662. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180167
摘要(678) HTML (20) PDF(597)
摘要:
垄作和秸秆覆盖是实现西南丘陵区旱地农田稳产高产和固碳的适宜保护性耕作模式。为探讨该保护性耕作模式下蚕豆/玉米/甘薯三熟制农田土壤碳排放的特征,对平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、平作+秸秆半量覆盖(TS1)、垄作+秸秆半量覆盖(RS1)、平作+秸秆全量覆盖(TS2)、垄作+秸秆全量覆盖(RS2)6种耕作模式下西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯三熟制农田土壤呼吸、粮食产量特征进行测定,分析农田碳平衡及经济-环境效益,为量化评估农田生态系统碳收支提供理论依据。结果表明:在整个间套作系统内,蚕豆、玉米和甘薯全生育期内土壤呼吸速率均值分别为3.704 μmol·m-2·s-1、4.847 μmol·m-2·s-1和4.606 μmol·m-2·s-1,垄作降低了3种作物的农田土壤呼吸速率(P < 0.05),秸秆覆盖则增加了土壤呼吸(P < 0.05),垄作和秸秆覆盖配合使用后土壤呼吸总量和微生物呼吸总量增加(P < 0.05)。保护性耕作促进三熟制农田生态系统内作物固碳;土壤-作物系统碳平衡表现为碳汇,RS2、TS2、RS1、TS1、R分别较T高25.41%、25.37%、9.84%、26.74%、13.26%。与平作相比,垄作和秸秆覆盖提高了粮食产量,以RS2(17 460.45 kg·hm-2)最高,TS2(16 498.73 kg·hm-2)次之。蚕豆/玉米/甘薯三熟制农田生产每千克籽粒释放CO2量处理间表现为T(1.88 kg·kg-1)> TS1(1.83 kg·kg-1)> R(1.76 kg·kg-1)> TS2(1.75 kg·kg-1)> RS1(1.69 kg·kg-1)> RS2(1.68 kg·kg-1)。垄作和秸秆覆盖提高了套作的经济-环境效益,秸秆覆盖量越高,经济-环境效益越好。从农田碳平衡和经济-环境效益综合考虑,垄作结合秸秆全量覆盖(RS2)具有最大的碳汇能力和最优的经济-环境效益,可以优先作为该地区农田实现固碳增汇减排的耕作措施。
表面活性剂辅助钾肥喷施对烤烟叶片润湿性能、生理指标及品质的影响
王亚虹, 韩丹, 高森, 曹丽君, 王晓丽, 牛桂言, 任志广, 许自成
2018, 26(11): 1663-1671. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180585
摘要(662) HTML (12) PDF(515)
摘要:
为提高烟叶钾肥利用率及改善烟叶品质,以烤烟品种‘K326’为材料,利用接触角法测定了烟叶的临界表面张力;选取蔗糖脂肪酸酯、茶皂素、洗衣粉3种表面活性剂,利用表面张力法确定其临界胶束浓度;以喷施清水和单独喷施钾肥为对照,分别在钾肥中加入3种表面活性剂进行大田喷施试验(CK:喷施清水;CK1:喷施钾肥;T1:喷施钾肥+蔗糖脂肪酸酯;T2:喷施钾肥+茶皂素;T3:喷施钾肥+洗衣粉),测定不同生育期不同处理烟叶钾含量、抗氧化酶活性以及质体色素含量,并对烤后烟叶进行化学成分测定,研究了表面活性剂辅助钾肥喷施对烤烟润湿性能、生理指标及烤后烟叶品质的影响。结果表明:1)烟叶临界表面张力为30.41 mN·m-1,属于临界表面张力较低的叶片,较难被液体润湿。表面活性剂蔗糖脂肪酸酯和茶皂素的临界胶束浓度为1 000 mg·L-1、5 000 mg·L-1,对应的表面张力值为32.64 mN·m-1、40.33 mN·m-1,而洗衣粉浓度2 000 mg·L-1时的表面张力最接近烟叶的临界表面张力,对应的表面张力值为30.30 mN·m-1。加入表面活性剂后,钾肥溶液表面张力显著降低,润湿性能增加。2)表面活性剂促进了烟叶对钾肥的吸收。与单独喷施钾肥相比,加入表面活性剂后,烟叶生长过程中钾含量提高,其中T1、T2处理4个生育期烟叶钾含量均高于CK1处理。表面活性剂辅助钾肥喷施不同程度提高了烟叶SOD、POD酶活性,降低了MDA含量,烟叶抗氧化能力增强,膜脂过氧化程度降低,烟株抗逆性增强。此外,加入表面活性剂后,烟叶功能盛期叶绿素含量、类胡萝卜素含量提高,进而增强了烟叶的光合作用,有利于光合产物的合成和积累。3)加入表面活性剂后,烤后烟叶总氮和烟碱含量降低,钾含量和总糖、还原糖含量升高,化学成分更协调,烟叶品质更加优异。综合来看,添加蔗糖脂肪酸酯处理在提高烟叶润湿性能、促进钾肥吸收以及改善烟叶生理指标、提升品质方面效果最佳。
玉米与赤霉素对向日葵列当种子萌发、防除以及对后茬作物向日葵生长的影响
王玥, 叶晓馨, 王恺, 李朴芳, 郭振国, 陈芳洁, 马永清
2018, 26(11): 1672-1681. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180090
摘要(771) HTML (43) PDF(591)
摘要:
向日葵列当(Orobanche cumana Wallr.)是一种根寄生草本植物,对向日葵等经济作物造成严重危害。为了减少向日葵列当对向日葵的寄生,降低土壤中向日葵列当种子库,本试验以新疆地区广泛种植的玉米品种‘京糯一号’和‘新玉57号’为研究材料,通过穴盘试验研究在不同时期(出苗后10 d和15 d)施加两种不同浓度赤霉素(10-4mol·L-1和10-5mol·L-1)对上述两个品种玉米生长发育和分泌列当萌发刺激物质的影响;24 d后收集并提取玉米根系分泌物,用其进行刺激向日葵列当种子的萌发试验,从而筛选出刺激向日葵列当种子萌发能力较强的玉米品种进行盆栽试验。通过盆栽试验,在玉米种植后的不同时期(20 d和40 d)喷施10-4mol·L-1赤霉素以探究玉米与赤霉素共同防除向日葵列当种子的效果,收获时(105 d后)采集玉米地上部、根和根际土样品,用其甲醇浸提液刺激向日葵列当种子萌发;次年在种植过玉米的盆中种植后茬作物向日葵,收获时测定向日葵的农艺指标并统计向日葵列当的出土数。结果表明:穴盘试验中施加赤霉素对玉米的株高有显著增高作用,对玉米根系分泌萌发刺激物质没有抑制作用,即在玉米生长时期可以施加10-4mol·L-1和10-5mol·L-1赤霉素。此外,‘新玉57号’根系分泌物的100倍稀释液刺激向日葵列当种子的萌发率显著高于‘京糯一号’,因此选取‘新玉57号’作为盆栽试验的玉米品种。盆栽试验中不同时期施加10-4mol·L-1赤霉素,玉米株高同样显著高于对照,增长率分别为22.5%、19.1%。次年种植后茬作物向日葵,在第20 d向玉米施加赤霉素处理的盆中种植的向日葵的花盘直径比对照(种植玉米时不施加赤霉素)显著增加57.1%。与对照相比,在种植玉米后的20 d和40 d施加赤霉素的处理种植向日葵,向日葵列当的出土数分别是1.3个·盆-1、1.8个·盆-1,分别降低76.4%和67.3%。因此,可以在玉米种植的后20 d和40 d施加10-4mol·L-1赤霉素,与玉米共同诱导向日葵列当种子“自杀发芽”,以减少向日葵列当对向日葵植株的危害。
农业资源与环境
离子界面行为在土壤有机无机复合体形成中的作用
李少博, 徐英德, 高晓丹, 张昀, 张广才, 李嵩, 许晨阳, 田锐, 汪景宽
2018, 26(11): 1682-1691. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180376
摘要(698) HTML (6) PDF(640)
摘要:
土壤有机物质与土壤矿物质表面之间的相互作用普遍存在,有关土壤有机无机复合体形成理论的研究倍受关注,土壤有机质与矿物质结合的紧密程度直接关系到土壤碳库的稳定性,在环境科学与农业资源利用领域有重要意义。但关于土壤有机无机复合体形成机制还不完善,土壤宏观、介观及微观各尺度间的作用机制未能衔接。本文综述了土壤有机无机复合胶体的形成(形成学说、作用机制与影响因子)及此过程中离子的界面行为;系统地梳理了离子在土壤有机无机复合体形成中的作用机制;回顾了土壤有机无机组分相互作用的研究方法;最后强调了离子特异性效应在土壤有机无机复合体形成中的作用,特别是化合价相同的不同离子对土壤系统的性质与过程具有不同的影响。即离子电子层数和外层电子排布的微小差异在土壤表面附近的强电场中被放大,通过极化作用提高离子的有效电荷,增强离子所受的库仑作用力。离子的有效电荷数可以定量表征该土壤胶体复合过程中界面上离子作用的强弱程度。结论不断完善土壤有机无机复合体形成理论,为土壤培肥和污染土壤修复提供理论依据,对促进土壤有机无机复合体环境化学和微粒污染物迁移动力学的研究具有重要的科学意义与实践意义。
种植苹果树对渭北果园土壤胶结物质分布的影响
魏彬萌, 王益权, 李忠徽
2018, 26(11): 1692-1700. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180281
摘要(631) HTML (0) PDF(528)
摘要:
本研究通过系统研究种植果树对土壤胶结性物质的演化规律及其与土壤团聚体稳定性之间关系的影响,探索影响果园土壤团聚体状态的因素,以期为果园科学管理提供理论依据。在渭北旱塬苹果主产区分别选取10 a、20 a的苹果园和农田(冬小麦-夏玉米轮作,对照)各4个,在果树冠层投影范围内距树干2/3处逐层采集0~100 cm土层土壤样品和0~50 cm土层原状土壤样品,研究不同植果年限果园及农田土壤剖面黏粒、有机质、CaCO3等团聚体胶结物质的分布及其与团聚体稳定性之间的关系。结果发现:在0~100 cm土层范围内,各果园土壤黏粒含量基本随土层深度的增加而递增,且在0~40 cm土层表现为农田 > 10 a果园 > 20 a果园,40 cm以下土层则呈现相反的态势;种植果树相比农田可显著增加0~100 cm土层土壤有机质总储量,但随着种植果树年限的增加,土壤有机质总储量呈递减趋势;在0~100 cm土层土壤CaCO3总储量表现为10 a果园 > 农田 > 20 a果园,但在0~40 cm土层CaCO3含量及储量表现为10 a果园 > 农田 > 20 a果园,而40~100 cm土层则为20 a果园 > 10 a > 农田。皮尔森相关分析发现 > 0.25 mm土壤团聚体的数量和平均重量直径(MWD)与土壤黏粒、有机质和CaCO3含量密切相关,其中机械稳定性团聚体的数量和稳定性主要受土壤中CaCO3、有机质含量的影响,水稳性团聚体的数量和稳定性主要受土壤中黏粒和CaCO3的影响。总之,植果显著改变了土壤中黏粒、有机质、CaCO3的演化过程和趋势,随植果年限增加,果园土壤黏粒和CaCO3在土壤较深土层淋溶淀积明显;各果园土壤有机质总储量虽然高于农田,但随植果年限增加,有逐渐减少的趋势。可见植果明显加速了渭北黄土塬地土壤的残积黏化和钙化过程,影响着表层土壤团聚作用和底层土壤的紧实化和坚硬化程度。
白膜、黑膜全年覆盖下的土壤水、热、盐变化
吴贤忠, 李毅, 高志永, 董建国
2018, 26(11): 1701-1709. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180245
摘要(732) HTML (42) PDF(615)
摘要:
地膜覆盖因能有效地增温保墒增产而在黄土丘陵区旱作农林生产中广泛应用。为明确不同薄膜覆盖的差异以及连续覆膜条件下的土壤水热盐变化特征,于2015年7月1日-2017年6月30日在陕北米脂进行野外连续覆膜定位观测,试验设裸地(CK)、白色薄膜(WF)与黑色薄膜(BF)3种处理,利用GS3仪器监测0~150 cm深度的土壤水分、温度和电导率。结果表明:1)连续覆盖两年后,两种覆膜处理平均土壤含水量为16.9%,CK为13.6%,土壤储水量分别达314.56 mm、204.44 mm,具体表现为土壤含水量BF在0~15 cm高于WF(P < 0.05),15~30 cm低于WF(P < 0.05);0~150 cm,WF和BF总储水量差异不显著,与CK差异显著(P < 0.05);在作物生育期覆膜平均较CK提高储水量60.8 mm。2)膜覆盖下近地面日温差WF大于BF,0~150 cm,两种覆膜周年土壤平均温度无显著差异,较CK高1.3℃(P < 0.05);气温较高条件下WF比BF、CK缩短冻融时间分别达8 d和24 d,WF更有利于土壤解冻和早春土壤增温。3)周年土壤表层盐分高,其中0~30 cm土层电导率为BF > WF > CK,30~50 cm土层为WF > BF > CK,但土壤总体盐分较低,无土壤盐渍化趋势,50 cm以下3种处理盐分没有差异。综合而言,WF较BF更能提高表层土壤温度,BF较WF更能提高表层土壤水分,覆膜保墒增温,延长作物生长时间。研究成果可为黄土丘陵区旱作农业覆膜应用提供土壤水热盐调控依据,也为果园和林地常年连续覆膜提供参考。
闽西南崩岗侵蚀区芒萁叶片生态化学计量特征
陈俊佳, 陈志彪, 陈志强, 姜超, 陈海滨, 梁美霞
2018, 26(11): 1710-1719. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180580
摘要(581) HTML (5) PDF(632)
摘要:
为了阐明极度退化的崩岗生态系统内芒萁的生长状态和养分储存特征,对闽西南3处不同侵蚀强度的典型崩岗内芒萁叶片C、N、P含量及C/N、C/P、N/P特征进行研究,对比分析不同侵蚀强度下崩壁部位和崩岗不同侵蚀部位中芒萁叶片的生态化学计量特征。结果表明:崩岗内芒萁叶片的C、N、P平均含量分别为477.10 g·kg-1、6.45 g·kg-1、0.25 g·kg-1,芒萁叶片的N、P养分含量极低;而C/N、C/P、N/P平均值分别为96.82、2 097.20、27.67,芒萁生长受P限制。不同侵蚀强度下的崩壁内芒萁叶片的C、N、P含量及C/P、N/P均存在显著差异(P < 0.05),C含量、C/P和N/P均随着侵蚀强度的增强而减小,N含量在中度侵蚀的崩壁内较高,而P含量则随着侵蚀强度的增强而增加,表明芒萁对土壤侵蚀严重的崩岗生态系统具有很强的适应能力。在崩岗的不同侵蚀部位中芒萁叶片的P含量、C/P和N/P均存在显著差异(P < 0.05),P含量在集水坡面最高,在崩壁最低;而C/P、N/P均表现为崩壁显著大于其他各侵蚀部位。可见,在崩岗的不同侵蚀部位,崩壁中芒萁对C的同化能力强于其他侵蚀部位,且对P利用效率也显著高于其他侵蚀部位。综上,在侵蚀严重的崩岗生态系统中,芒萁有较强的同化C能力和较高的对P利用效率,能通过调节自身C、N、P元素含量很好地适应土壤侵蚀严重、养分极度贫瘠的生境。
黄河三角洲自然保护区植被与土壤C、N、P化学计量特征
刘兴华, 公彦庆, 陈为峰, 黄保华, 朱荣生
2018, 26(11): 1720-1729. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171214
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摘要:
为阐明黄河三角洲自然保护区生态系统的元素含量水平和化学计量特征并判断该区域植被生长的限制因子,选择保护区5种典型植物群落翅碱蓬、碱蓬、芦苇、柽柳和白茅为研究对象,测定植物不同器官和土壤剖面中有机碳、全氮、全磷含量,分析保护区植物群落与土壤的C、N、P化学计量特征。结果显示:5种群落中典型植物各器官C和P含量规律大体一致,除白茅和柽柳外,均表现为叶 > 根 > 茎,白茅茎的C和P含量高于根。不同植物器官N含量则表现出一致的变化规律,均为叶 > 茎 > 根。各植被类型叶片N:P值均小于12,且与根系的N:P值接近。土壤C、N含量的平均值分别为4.78 g·kg-1、0.32 g·kg-1,均低于全国水平。P含量的平均值为0.53 g·kg-1,略低于全国水平。不同土层之间土壤元素含量差异不显著。不同群落土壤C:N:P值不同,同一群落不同土层的土壤C:N:P值变异性较小。植物叶片C、N、P含量以及C:N、C:P与0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层土壤C、N含量之间均存在显著的相关关系(P < 0.05)。以上结果表明,黄河三角洲自然保护区不同土层土壤C、N、P含量相对稳定,总体低于全国水平,土壤N的匮乏引起了C:N和C:P值的变化。植物叶片和根系的C:P值接近,说明生态系统元素循环相对稳定,同时叶片N:P值小于12,进一步说明土壤中N的匮乏使其成为植物生长的限制因子。
基于连续小波变换和随机森林的芦苇叶片汞含量反演
李梦洁, 张曼胤, 崔丽娟, 王贺年, 郭子良, 李伟, 魏圆云, 杨思, 龙颂元
2018, 26(11): 1730-1738. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180131
摘要(643) HTML (4) PDF(599)
摘要:
植物重金属污染是当今世界面临的重大生态环境问题之一,高光谱技术为快速、大面积监测植被重金属含量提供了可能性。本研究以重金属汞(Hg)和湿地植物芦苇为研究对象,采用连续小波变换(CWT)和随机森林(RF)算法相结合的方法建立芦苇叶片总汞含量反演模型,以期寻求一种较为精准的植物汞污染反演模型,未来可通过高光谱技术建立模型来无损、快速估测湿地植物重金属汞污染情况,为湿地生态系统的监测提供方法支持。结果表明:芦苇叶片总汞含量敏感波段主要分布在可见光波段419~522 nm、664~695 nm和724~876 nm以及近红外波段1 450~1 558 nm和1 972~2 500 nm;经CWT变换后,小波系数与叶片总汞含量的相关系数绝对值提高0.04~0.18,所构建的预测反演模型拟合效果R2提高0.107~0.177,模型精度RMSE提高0.008~0.013,其中利用经小波变换的去包络线光谱(CR-CWT)数据建立的RF模型对芦苇叶片总汞含量的反演精度和拟合效果最优(R2=0.713,RMSE=0.127);同时在土壤总汞含量约为20 mg·kg-1时,采用CR-CWT数据构建RF模型的方法来反演芦苇叶片总汞含量更为准确和可靠(R2=0.825,RMSE=0.051)。因此,利用RF算法进行植被重金属含量的反演具有一定的现实可行性,而结合CWT后所构建的反演模型对指导植被重金属含量监测更具参考价值,应用前景广阔。
四川省化肥面源污染环境风险评估及趋势模拟
田若蘅, 黄成毅, 邓良基, 方从刚, 薛超, 杨连心, 雷永疆
2018, 26(11): 1739-1751. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180244
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摘要:
系统评估农业化肥过量施用对生态环境的潜在风险危害,可为制定下一阶段农业面源污染防治工作提供决策参考。本文基于2000-2015年化肥施用量和耕地面积等数据,采用化肥施用环境风险评价模型,探讨了四川省化肥施用及环境风险的时空变化特征;通过设置延续现状和政策干预两种情景,模拟了四川省2016-2018年执行化肥施用零增长行动期间的化肥施用环境风险变化趋势。结果表明:四川省化肥施用总量在2000-2015年间整体呈增加态势,2015年四川省化肥施用强度为376.63 kg·hm-2,超过了中国生态市建设的化肥施用强度250 kg·hm-2的生态标准。四川省2015年化肥施用的环境总风险指数为0.69,处于中等风险程度;氮、磷、钾肥施用的环境风险指数分别为0.69、0.72和0.46。钾肥施用的环境风险处于安全状态;氮肥和磷肥的环境风险区域集中在成都平原经济区、川南经济区和川东北经济区,呈现中等风险程度并有成片聚集特征。延续现状情景下,四川各地区化肥施用环境总风险指数处于0.48~0.69,存在不同程度增加。与延续现状情景相比,四川在完成化肥施用零增长行动的任务规划前提下,2016-2018年政策干预情景的化肥施用环境总风险呈现下降趋势。以关键时间点2018年来看,川东北经济区化肥施用环境总风险下降最明显,较2015年执行化肥零增长时下降4.24%。但四川省多数地区仍存在不同程度的化肥施用环境污染风险,当地生态环境具有明显压力。建议省级部门加强对成都平原经济区和川东北经济区的化肥面源污染监测,根据各地区差异特征制定不同施肥方案,协调粮食增产和生态保护间的关系。
农业生态经济与生态农业
基于可持续生计分析框架的贫困农户脆弱性研究——以甘肃省岷县坪上村为例
冯娇, 陈勇, 周立华, 侯彩霞, 王睿
2018, 26(11): 1752-1762. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180300
摘要(828) HTML (16) PDF(817)
摘要:
随着“能力”、“风险”等概念在贫困研究领域的应用,脆弱性以前瞻性的视角成为目前贫困研究的热点。基于可持续生计的脆弱性研究可以有效识别贫困农户中的脆弱群体,指导农村扶贫政策的制定和调整。本文以风险-生计资本-适应能力为界面构建贫困农户的脆弱性评价指标,运用综合指数法重点分析收入、受教育水平、户主年龄及生计资本等因素对农户生计和脆弱性的影响,为扶贫政策制定和相关扶贫研究提供参考。结果表明:1)研究区农户的社会资本和人力资本较高,而自然资本和物质资本偏少,生活水平较低;2)农户的自然灾害风险指标值和经济活动风险指标值相比其他风险指标值较高;3)适应能力普遍较低,且很多应对风险的适应性举措并没有发挥出实际效果;4)农户脆弱性与收入水平、受教育水平负相关,中青年户主型农户的脆弱性最低,老年户主型农户脆弱性最高,资本搭配合理型农户遭受风险的影响小、适应能力强、脆弱程度低。总之,研究区一半的农户遭受着高风险的冲击,生计资本严重缺乏,适应能力低下,脆弱程度很高。因此,贫困地区特别是自然条件恶劣的西北部贫困区,未来扶贫政策的制定应该加强对脆弱群体的识别,把脆弱群体作为前瞻性反贫和减贫的重点研究对象。