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2018年  第26卷  第8期

农业生态系统及其调控
亚热带地区蔬菜地甲烷净交换通量研究
奉小明, 王凯, 郑循华, 罗献宝, 王睿, 王东
2018, 26(8): 1091-1099. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180187
摘要(1211) HTML (4) PDF(1042)
摘要:
农田土壤是大气甲烷(CH4)的重要源和汇,以往关于农田CH4净交换通量的研究多关注水稻、小麦、玉米等作物,而蔬菜地的观测研究不足。本研究采用静态暗箱-气相色谱法对亚热带地区一块种植包菜的典型露天蔬菜地开展将近1年的田间原位CH4通量观测,以揭示蔬菜地CH4净交换通量的周年变化特征及其影响因素,估算CH4年累积净交换通量,并定量评估CH4净交换通量的误差。本试验在包菜地的垄上和垄间同时布设观测点进行CH4通量观测,并对环境因子进行同步测量,观测期为2016年1月1日至12月8日。结果表明,所研究的蔬菜地为大气CH4的微弱汇,年平均通量为(-9.9±7.0)μg(C)·m-2·h-1,全年累积通量为-0.84kg(C)·hm-2,较高的土壤水分条件和高施氮量可能是导致本研究蔬菜地CH4吸收较弱的主要原因。全年CH4累积通量的总体误差为-48%~-16%,其中,由于通量计算方法引起的系统误差会使估算的通量偏低32%,年尺度上的随机误差大小为16%,主要来自CH4通量的空间差异,因此可适当增加空间重复,以减小空间随机误差。研究还发现垄上的CH4吸收通量显著高于垄间(P < 0.01),因此在开展农田温室气体通量观测时应兼顾垄上和垄间、种植行和行间等农田管理措施存在显著差异的区域,均布设观测点,避免对通量观测结果造成系统性偏差。
BP神经网络算法在河西绿洲玉米生产碳排放评估中的应用及算法有效性研究
燕振刚, 李薇, YanTianhai, 王钧, 陈蕾, 逯玉兰, 刘欢, 唐洁, 张磊, 陈玉娟, 常生华, 侯扶江
2018, 26(8): 1100-1106. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180084
摘要(876) HTML (2) PDF(642)
摘要:
针对作物生产碳排放预测较为困难的实际问题,提出基于BP神经网络算法的玉米生产碳排放预测模型。选择地处河西走廊石羊河下游的民勤绿洲246家农户,面对面调查玉米种植户农场内生产投入数据,将玉米生产投入数据作为神经网络输入层;查阅和梳理国内外相似区域玉米生产环节碳排放系数,运用碳足迹生命周期法计算得到的碳排放值作为神经网络输出层;基于BP人工神经网络算法,运用试凑法确定网络隐含层节点个数,建立河西绿洲玉米生产碳排放预测模型,选择多元线性回归模型、多元非线性回归模型,对该模型有效性进行评估。研究结果表明,3层且各层节点数9、10、1的神经网络结构能够准确预测河西绿洲玉米生产碳排放,其碳排放预测值为0.763 kg(CO2-eq)·kg-1(DM);9-10-1结构的神经网络预测模型的相关系数(R2=0.984 7)高于多元线性和非线性回归模型,该神经网络结构模型的均方根误差(RMSE=0.069 1)、平均绝对误差(MAE=0.051 3)均低于其他模型,BP神经网络算法预测性能明显优于其他预测模型。该研究为准确预测农业生产碳排放提供了新思路和可操作方法。
长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响
黄学芳, 王娟玲, 黄明镜, 赵聪, 刘化涛
2018, 26(8): 1107-1116. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180468
摘要(786) HTML (2) PDF(585)
摘要:
利用长期施肥定位试验开展土壤-作物系统的可持续性评价,可为农田合理施肥和管理提供理论支撑。在黄土丘陵区栗褐土农田进行了26年长期肥料定位试验,设置8个处理,分别是不施肥(CK)、单施氮肥[120.0 kg(N)·hm-2,N]、氮[120.0 kg(N)·hm-2]和磷[75 kg(P2O5)·hm-2]肥配施(NP)、单施低量有机肥(22 500 kg·hm-2,M1)、低量有机肥与氮肥配合施用(M1N)、低量有机肥与氮磷肥配合施用(M1NP)、高量有机肥(45 000 kg·hm-2)与氮肥配合施用(M2N)和高量有机肥与氮磷肥配合施用(M2NP)。测定了19项指标,根据三角性面积法计算了土壤养分指数、土壤微生物指数、作物指数和可持续性指数,分析讨论了长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响。结果表明:1)N、M1处理的可持续性指数较CK分别提高27.1%、141.7%,但较临界值(1.30)低53.1%和10.8%;NP处理的可持续性指数虽然较N处理提高62.3%,但仍比临界值(1.30)低23.8%。说明长期单施氮肥、低量有机肥和氮磷配施下土壤-作物系统均不可持续。2)施用无机肥处理(N和NP)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高7.1%和46.4%、-6.0%和25.4%、40.0%和60.0%;单施低量有机肥(M1)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高98.2%、41.8%和31.7%。说明施用无机肥有利于作物指数的提升,而施用有机肥有利于土壤养分指数和土壤微生物指数的提升。3)M1N处理的土壤养分指数(1.06)、土壤微生物指数(1.04)、作物指数(1.00)和可持续性指数(1.38)均超过或等于临界值,使土壤-作物系统具有较好的可持续性。4)M1NP、M2N、M2NP处理的土壤养分指数较M1N处理分别提高21.7%、37.7%和72.6%,土壤微生物指数较M1N处理分别提高15.4%、7.7%和18.3%,作物指数与M1N处理相比差异很小,可持续性指数较M1N处理分别提高28.3%、32.6%和68.1%。说明在M1N基础上再增施磷肥或有机肥,可持续性指数可进一步提升是由于土壤养分指数和土壤微生物指数提高的缘故,同时也增加了潜在的环境风险。适量有机肥与无机氮配合施用(M1N)是实现栗褐土区土壤-作物系统可持续生产的较佳施肥模式。
西南喀斯特生态脆弱区实行轮作休耕问题探讨——以贵州省为例
刘彦伶, 李渝, 秦松, 黄兴成, 张雅蓉, 张文安, 蒋太明
2018, 26(8): 1117-1124. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171151
摘要(839) HTML (0) PDF(639)
摘要:
轮作休耕制度是中国农业供给侧结构性改革的有效手段,是探索藏粮于地、藏粮于技的具体实现途径,对推动中国农业绿色发展和保障国家粮食安全具有重要战略意义。西南喀斯特生态脆弱区是轮作休耕制度试点的重点区域之一,贵州作为喀斯特生态脆弱区的典型代表,探讨其实行轮作休耕的现状、问题及对策,对完善该区轮作休耕制度具有重要指导意义。本文从耕地质量和耕地环境两方面分析了贵州实施轮作休耕的必要性;在剖析轮作休耕现状的基础上提出了贵州实行轮作休耕存在的问题,其中最突出问题为轮作模式面积不大、特色不强,休耕为被动休耕、休耕农田不合理。根据存在的问题,提出了实施轮作休耕的措施与对策,重点探讨了不同退化类型耕地实施轮作休耕的技术路径,耕地质量优越区应发展山地高效的特色农作制度,重金属污染区宜实施多年休耕,连作障碍、面源污染及石漠化区应合理实施轮作和休耕,同时与秸秆还田、肥田作物、有机肥、保护性耕作等措施相结合;最后,简要介绍了贵州实施耕地轮作休耕制度的实践。
作物栽培与生理生态
F-box蛋白家族在植物抗逆响应中的作用机制
贾琪, 孙松, 孙天昊, 林文雄
2018, 26(8): 1125-1136. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171170
摘要(889) HTML (1) PDF(1634)
摘要:
SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解是翻译后水平上对生命进程进行调控的一个重要方式。它的关键组分F-box蛋白负责识别被降解的靶底物蛋白。植物F-box基因家族成员众多,极具多样性。F-box蛋白N端常含F-box基序,C端常为蛋白互作保守结构域,该结构具多样性,可识别不同底物,是F-box蛋白分类的依据。研究表明,F-box蛋白参与调控植物的许多生命进程,包括抗逆反应。本文就近年来F-box蛋白在植物抗逆反应中的作用机制进行总结。F-box蛋白大多以SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解目标蛋白的方式调控抗逆反应,也有不依赖形成SCF复合体的方式行使功能,不少F-box蛋白参与了植物激素信号传导,通过调控转录因子活性而改变下游基因的表达,由此影响了植物的抗逆反应。基因表达谱的生物信息学预测表明,大多数F-box基因参与了植物抗逆反应,目前只有其中一小部分已报道了其抗逆调节功能。在此综述了这些F-box蛋白在植物抗逆胁迫中的研究进展。在干旱和盐碱胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素脱落酸、乙烯等植物激素信号传导而调控抗逆。由于干旱和盐碱胁迫具协同性,不少F-box基因同时参与抗旱和抗盐碱胁迫,但调节方式有所不同,一些F-box基因对抗干旱和盐碱的反应具协同性,从总体上调控植物的渗透胁迫和离子毒害反应;而另一些F-box基因对干旱和盐胁迫反应的调节作用相反,它们可能在植物抗逆的精细调节中起作用。在低温胁迫反应中,F-box蛋白可调节植物抗低温的CBF信号途径。在生物胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素茉莉酸和水杨酸途径来调控抗病,病原菌也以攻击植物SCF复合体使植物致病。此外,植物激素信号途径之间相互作用,共同影响抗逆反应。
川南冬水田杂交中稻品种与气候互作对稻米品质的影响
徐富贤, 周兴兵, 刘茂, 蒋鹏, 张林, 郭晓艺, 朱永川, 熊洪
2018, 26(8): 1137-1148. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171123
摘要(783) HTML (2) PDF(565)
摘要:
为了改善大面积生产的水稻稻米品质,2015年和2016年以杂交中稻优质稻品种‘旌优127’、高产品种‘Ⅱ优602’为材料,通过分期播种并设置高氮低密与低氮高密两种栽培方式,研究了杂交中稻品种、气候及栽培方式互作对稻米品质的影响。结果表明,随着播种期推迟,整精米率、长宽比呈升高趋势,垩白度、胶稠度呈下降趋势,垩白粒率则呈"V"字型变化;高氮低密与低氮高密两个栽培方式间稻米品质差异不显著,栽培方式与年度、品种、播种期对稻米品质的互作效应均不显著;整精米率、垩白度、垩白粒率、长宽比同时受年度、播种期和品种的互作效应显著,胶稠度在年度和品种间互作效应显著,直链淀粉含量在播种期和品种间互作效应显著。对稻米品质影响程度的降序排列是品种、气候、栽培方式。有利于提高稻米品质的气象条件为:播种-移栽相对湿度小、日平均气温高,移栽-拔节期日平均气温低、日照时数少,拔节-齐穗期日最高气温低、日最低气温高、日均相对湿度低,齐穗-成熟期日照时数少。水稻抽穗前的气象因子通过改变穗粒结构而间接影响米质,抽穗后温度升高引起籽粒灌浆速度加快致稻米品质下降。
黄淮海夏玉米籽粒机收适宜光温指标研究
李树岩, 任丽伟, 刘天学, 张亿博, 张明珠
2018, 26(8): 1149-1158. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180072
摘要(740) HTML (5) PDF(613)
摘要:
机械粒收技术是现代玉米生产的关键技术,籽粒机收率低已成为黄淮海夏玉米全程机械化生产的主要限制因素。籽粒含水量是决定能否机械粒收的关键指标,但直接测定籽粒含水量工作量繁重,取样误差因素多,破坏性大。利用生理成熟后籽粒脱水速率与光温条件的拟合关系,通过建立不同品种达到机收标准所需光温指标来反推籽粒含水量,间接实现对籽粒含水量的动态监测,指导适时机收,可克服上述缺点,为促进夏玉米机械粒收技术发展,指导农业生产发挥重要作用。本研究选择24个鹤壁主要种植玉米品种为供试材料,采取统一授粉,每隔3 d连续测定籽粒含水量变化。利用播种至收获期积温和乳熟至收获期日照时数与不同时期籽粒含水量进行回归分析,建立各品种拟合方程,以籽粒含水量达到28%为适宜机收的阈值,推算相应的光温指标。研究结果表明,除‘新单38’外,籽粒含水量均表现为果穗上部 < 果穗中部 < 果穗下部,‘先玉335’、‘登海701’、‘德单5号’和‘新单61’果穗上中下各部分的籽粒含水量差别较大。各品种达到适宜机收标准时所需播种到收获期积温在2 941~3 147℃·d范围内变化,所需乳熟至收获期日照时数为179~235 h。将各品种光温指标分别排序,光照和积温确定的品种位次较一致。经检验各品种达到机收标准的光温指标与收获期籽粒含水量呈极显著正相关,表明研究建立的光温指标能准确反映各品种籽粒含水量的变化,可用来指导机收。根据各品种光温指标大小,‘新单65’、‘新单68’、‘登海618’、‘新单38’、‘隆平206’、‘登海3号’、‘先玉335’和‘新单80’等品种达到机收标准所需的光温条件较少,更适宜籽粒机收;‘豫禾988’、‘郑单958’、‘登海662’、‘登海518’、‘新单66’、‘登海605’、‘德单5号’和‘益丰29’,成熟后脱水较慢,相对而言较不适宜籽粒机收。
除草剂对不同玉米品种生长发育和产量的影响
徐田军, 吕天放, 赵久然, 王荣焕, 陈传永, 刘月娥, 刘秀芝, 邢锦丰, 王元东, 刘春阁
2018, 26(8): 1159-1169. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180033
摘要(905) HTML (10) PDF(654)
摘要:
化学除草为作物田间管理带来方便的同时,药害问题也越来越突出,特别是苗后除草剂对作物造成的药害频繁发生。为此,本文以我国玉米主栽品种‘郑单958’、‘先玉335’、‘京科968’和‘京农科728’为试验材料,采用2,4-D丁酯和烟嘧磺隆2种苗后除草剂,每种除草剂设置0倍(人工除草,CK)、1倍(最适浓度,T1)和2倍最适浓度(T2)共3个喷施浓度处理,于玉米幼苗4展叶期喷施。研究苗后除草剂对不同基因型玉米品种生育进程、形态特征、保护酶活性和产量等性状指标的影响,旨在为玉米安全生产提供参考和指导。研究结果表明:1)喷施除草剂后,参试玉米品种的生育期呈延长趋势,‘郑单958’和‘先玉335’的生育期延长程度大于‘京科968’和‘京农科728’;2,4-D丁酯对参试品种的生育期延长幅度大于烟嘧磺隆。喷施除草剂后,参试玉米品种的叶面积、根系长度、表面积和体积呈降低趋势,且随除草剂浓度增加,降低幅度加大;品种间的反应也存在较大差异,‘郑单958’和‘先玉335’降低程度大于‘京科968’和‘京农科728’。2)喷施苗后除草剂后,参试玉米品种的叶片SOD活性、CAT活性和MDA含量在品种、除草剂和剂量间均存在极显著差异;参试玉米品种的SOD和CAT活性呈降低趋势、MDA含量呈升高趋势,且随喷施浓度增加影响加剧;不同品种间,随喷施浓度增加,‘郑单958’和‘先玉335’的SOD和CAT活性降幅高于‘京科968’和‘京农科728’;不同除草剂间,2,4-D丁酯处理的影响程度大于烟嘧磺隆。3)苗后除草剂对参试品种的穗粒数、百粒重和产量影响显著,均呈降低趋势;随除草剂浓度增加降幅增大;不同品种间,‘郑单958’和‘先玉335’的降幅大于‘京科968’和‘京农科728’。由此可见,2种苗后除草剂对参试玉米品种的生长发育和产量存在显著影响,表现在延长了生育期,抑制了根系和叶片的生长,降低了保护酶活性,并且加重了叶片的膜质过氧化程度,从而导致玉米减产显著,且随除草剂浓度增加,影响进一步加大。不同品种间,‘京科968’和‘京农科728’对苗后除草剂的耐受性好于‘郑单958’和‘先玉335’。
水稻与美人蕉间作对水稻生长、病虫害发生及产量的影响
蓝妮, 向慧敏, 章家恩, 王福刚, 罗颢
2018, 26(8): 1170-1179. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171208
摘要(768) HTML (7) PDF(665)
摘要:
间作是一类提高农田生物多样性、增加农业生态经济效益的农田种植模式。本研究通过一年两季的田间试验,探讨了水稻与美人蕉间作对水稻生长性状、病虫害防控以及产量的影响。结果表明:与水稻单作相比,水稻与美人蕉间作在早稻分蘖末期、抽穗期降低了水稻株高,而在早稻抽穗期、成熟期及晚稻分蘖末期和成熟期提高了水稻叶片的叶绿素含量;间作下水稻分蘖数明显提高,在早稻分蘖末期、抽穗期和晚稻成熟期水稻分蘖数分别提高25.20%、11.20%和26.01%。在病虫害防控方面,水稻与美人蕉间作降低了纹枯病和稻纵卷叶螟的发生,其中在早稻分蘖中期、末期以及晚稻分蘖末期、抽穗期纹枯病的病情指数分别显著降低35.61%、19.55%、24.83%和16.05%;在晚稻分蘖中期和末期,稻纵卷叶螟卷叶率显著降低46.35%和60.31%;水稻与美人蕉间作显著提高了水稻单位面积产量,增幅达11.16%。研究表明,水稻与美人蕉间作是一种能促进水稻生长、降低水稻病虫害、提高水稻产量和经济效益的新型生态种植模式。
黄瓜与西芹间作土壤细菌多样性及其对黄瓜枯萎病发生的影响
秦立金, 徐峰, 刘永胜, 王学敏, 李全, 云兴福
2018, 26(8): 1180-1189. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180097
摘要(859) HTML (5) PDF(664)
摘要:
本试验以黄瓜与西芹间作种植模式为处理,黄瓜单作和西芹单作种植模式为对照,利用Illumina公司Miseq平台对上述不同处理土壤进行16S rDNA细菌群落多样性高通量测序分析和田间接种黄瓜枯萎病菌,探讨黄瓜与西芹间作模式土壤细菌的多样性及其对田间黄瓜枯萎病发生的影响。16S rDNA测序结果表明,黄瓜与西芹间作土壤的细菌物种总数最多,群落多样性水平最高,与对照相比显著提高了土壤细菌observedspecies指数、Shannon指数和Chao1指数(P < 0.05);Beta多样性聚类分析表明,黄瓜与西芹间作土壤的环境群落物种与黄瓜单作和西芹单作有一定差异性。在门分类水平上,共检测到45个菌门,其中变形菌门占明显优势,其次为酸杆菌门和放线菌门等;黄瓜与西芹间作土壤细菌种类所占比例最高,达98.63%。在属水平上,共检测到428类菌属,GP6、GP16、GP4、芽单胞菌属、节细菌属5属的丰度值较大;黄瓜与西芹间作土壤的节细菌属分布比例最高,红游动菌属、鞘氨醇单胞菌属和芽球菌属丰度值较大,为黄瓜与西芹间作土壤细菌明显优势菌属。田间接种黄瓜枯萎病菌试验结果表明,采用上述3种不同种植模式土壤种植黄瓜,在黄瓜苗期接种黄瓜枯萎病菌,黄瓜与西芹间作处理的黄瓜枯萎病的田间发病率较西芹单作和黄瓜单作分别降低57.03%~63.54%和66.95%~72.15%。因此,黄瓜与西芹间作增加了土壤细菌群落多样性,降低了黄瓜枯萎病的发病率,对后茬黄瓜土传病害防控具有一定科学指导意义。
玉米大豆根茬混合后的腐解特性
王莉, 周涛, 刘婷, 武云霞, 杜勇利, 李淑贤, 高阳, 覃思思, 温冰消, 黄家乐, 刘卫国, 杨文钰
2018, 26(8): 1190-1196. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180316
摘要(733) HTML (1) PDF(561)
摘要:
玉米/大豆套作可显著提高粮食产量和养分利用效率。研究间套作作物根茬分解、养分释放规律及其对土壤生物学特性的影响,对阐释该系统中作物养分高效利用具有重要意义。本研究采用室内培养方式,控制根茬总量为2%(2 g根茬+98 g土壤),分别设置单独的大豆根茬(S)和玉米根茬(M)及两种根茬按3:1、1:1和1:3混合(分别表示为SM 3:1、SM 1:1和SM 1:3)共5个不同根茬配比处理和1个不加根茬处理(CK),动态测定根茬矿化速率,碳、氮含量和土壤微生物量碳等指标。研究结果表明:培养前9 d,根茬矿化速率最快,而后矿化速率逐渐降低,到培养60 d后所有处理根茬矿化速率趋于稳定。整个培养周期内玉米根茬CO2累积释放量显著高于大豆根茬处理,但SM 1:3处理的CO2累积释放量始终高于其他处理。培养结束后,SM 1:3处理的有机碳矿化量显著高于其他处理。根茬总碳含量在前10 d无显著变化,10~60 d时显著降低,后趋于平稳。培养结束后SM 1:3处理的根茬碳含量相比初始值降低最多,降幅达到24.8%,其次是玉米根茬(M)处理,降幅为21.4%,大豆根茬(S)处理碳含量降低最少,为9.7%。根茬总氮含量在前10 d显著降低,10~100 d总氮含量显著增加。培养结束后大豆根茬(S)总氮含量最高,SM 1:3处理总氮含量最低。土壤微生物量碳含量在培养周期内呈先增加后降低而后趋于平稳的变化规律。培养结束后与CK相比,SM 1:3、SM 1:1、M、S和SM 3:1处理的土壤微生物量碳含量分别增加89.4%、58.8%、47.1%、41.2%和37.5%。因此,玉米、大豆根茬混合后在土壤中的矿化速率、养分释放速率明显高于单一根茬处理,且有利于土壤微生物的繁殖。在本试验所选的3种配比中,SM 1:3的配置效果最佳。
农业资源与环境
长江中游地区水旱复种轮作模式资源利用率比较研究
杨滨娟, 孙丹平, 张颖睿, 黄国勤
2018, 26(8): 1197-1205. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180006
摘要(774) HTML (1) PDF(526)
摘要:
为了实现农田资源高效利用,维护农业生态良性循环,优化长江中游地区传统种植模式,本研究于2013年10月-2015年11月,以冬闲连作为对照,分析比较了不同水旱复种轮作模式(冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻、马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻、蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻、绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻、油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻)的光、温、水、土资源利用效率。结果表明:水旱复种轮作模式的冬季、晚季和周年的光能利用率均比冬闲连作处理高,周年光能利用率两年间分别高8.26%~82.50%和2.63%~121.42%,其中均以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式最高。水旱复种轮作模式的年有效积温利用率均高于冬闲连作模式,两年间分别高12.87%~21.26%和11.17%~25.88%,以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式最佳。两年间水旱复种轮作模式的冬季、晚季和周年的水分利用率均比冬闲连作处理高,其中周年水分利用率分别高45.36%~83.50%和40.00%~118.75%,以"马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻"轮作模式的晚季和周年水分利用率最高,"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"模式的冬季水分利用率最高。两年间土地利用率均以"绿肥-早稻-晚稻"复种模式最高,平均利用率达96.11%,"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"轮作模式的土地利用率表现最好。因此,各水旱复种轮作模式的周年光能利用率、年有效积温利用率、水分利用率和土地利用率均高于冬闲对照,其中以"蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻"和"绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻"轮作模式表现较好,适宜在长江中游地区推广应用。
2000—2016年四川省耕地种植指数时空变化及其自然潜力分析
田罗, 周文佐, 何万华, 赵晓, 刘东红, 章金城
2018, 26(8): 1206-1216. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171086
摘要(883) HTML (2) PDF(1158)
摘要:
种植指数是反映耕地利用强度的基础性指标,明确其空间格局、时间演变是合理制定农业决策的基础。本文以四川省2000-2016年MODIS-NDVI长时间序列数据为数据源,通过提取耕地NDVI时序曲线峰值频数,进而提取四川省2000-2016年耕地种植指数,分析其时空格局及演变,并结合积温-降水模型对区域耕地潜力种植指数分布进行了分析,为明确四川省耕地种植指数时空特征及演变和引导耕地合理集约利用提供科学依据。结果显示:研究时段内,一年1熟一直是四川省主要的熟制制度,其面积占耕地面积比达78.05%,主要分布在川西北高原区、川东北和川南的低山丘陵区以及攀西河谷区;一年2熟/3熟制主要分布在成都市及其周边地区,空间分布上呈现由成都市及其周边地区向四周下降的态势。可提升潜力种植指数(PMCIp)方面,省内89.7%的耕地仍具有较高的可提升潜力;成都市及其周边地区可提升潜力较低(PMCIp < 50%),且实际种植指数年际变化剧烈(标准差>60%);川东北和川南地区可提升潜力种植指数在50%以上,面积占耕地面积比达65.6%,是未来耕地种植潜力挖掘的理想区域;川西北高原区、攀西河谷区和川东北大巴山中山区为过度耕作的主要分布区(PMCIp < 0),面积占耕地面积10.3%,是未来农业生态退耕的重点区域。本文结合农作物节律性,利用长时间序列的遥感数据反演,实现对区域耕地种植指数的动态监测,并分析区域耕地种植指数的潜力及可提升潜力的空间格局,为区域农业政策制定提供有益参考。
基于土地利用格局变化的生态风险与固碳功能评价——以河北省黄骅市为例
刘建华, 许皞, 王耀, 李航, 沈文东
2018, 26(8): 1217-1226. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.170991
摘要(757) HTML (0) PDF(547)
摘要:
土地利用格局的变化会引起区域生态风险和固碳功能的变化。本文以河北省黄骅市为例,以1995年、2005年和2015年遥感影像为基础数据,基于土地利用格局变化构建生态风险指数,利用InVEST模型分析碳储量服务变化,并对二者进行相关性分析,以期为土地资源的合理利用提供科学依据。结果表明:1)1995-2015年,黄骅市主要土地利用类型为耕地、盐碱地和建设用地,对比2015年和1995年的结果发现,耕地、草地和建设用地破碎度和分离度增加,园地和盐碱地分离度和破碎度降低;园地和盐碱地损失度指数降低,而其他土地利用类型损失度指数增加。2)1995年、2005年和2015年黄骅市生态风险总和分别为12.58、10.32和11.10,生态风险区以较低风险区和高风险区为主,较低风险区面积逐渐增加且向南部集中,高风险区面积逐渐减少且向中部和东部海岸带集中。3)InVEST模拟结果表明,研究期间黄骅市碳储量呈现先上升后下降的趋势,1995年、2005年和2015年黄骅市的碳储量分别为2 387.05万t、2 491.51万t和2 028.86万t,3年的碳密度分别为107.63 t·hm-2、112.34 t·hm-2和93.16 t·hm-2,各土地利用类型碳储量的变化情况与各自面积的变化情况有较高的一致性。4)生态风险变化与碳储量服务变化的相关性分析结果表明,1995—2005年和2005—2015年二者相关性的决定系数分别为0.69和0.72(P < 0.01),呈显著负相关关系,表明生态系统服务变化在生态风险评价中应用的可能。基于土地利用格局变化对黄骅市生态风险和碳储量进行评价,对于其实现土地资源可持续利用和区域生态环境改善具有重要意义。
基于居民食物消费模式的中国耕地需求动态变化分析
刘春霞, 王芳
2018, 26(8): 1227-1235. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171047
摘要(753) HTML (1) PDF(759)
摘要:
随着我国社会经济的发展和人民生活水平的提高,我国居民食物消费水平和结构发生了较大变化,与食物消费密切相关的土地资源保障能力也越来越受到国际社会的广泛关注。因此,为了评价我国居民食物消费情况及其对农业土地资源需求的影响,本文依据FAO食物供给平衡数据,对中国居民1961-2013年的饮食模式变迁及其耕地需求长期动态变化进行了分析,并采用LMDI分解方法定量评价了人口、饮食模式及科技进步在不同时期对食物消费土地需求的影响。结果表明,中国居民由传统饮食模式转向消费越来越多的动物性食物和植物油等富裕型的食物消费模式;食物消费土地需求总体呈上升趋势,由1961年的1.05亿hm2·a-1增加到2013年的1.75亿hm2·a-1;食物消费土地需求的国外依赖性不断增强,这种依赖路径可能面临的全球粮食价格波动风险应引起高度警惕。LMDI分解结果显示,人口因素对土地需求的贡献效应不断减弱,科技进步并不能充分抵消人口增长和饮食模式改变带来的土地需求的增加,饮食模式已经成为影响我国食物消费土地需求的关键因素,并且这种影响在未来一段时间内仍将继续。
山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性
徐泽华, 韩美
2018, 26(8): 1236-1248. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171024
摘要(963) HTML (0) PDF(1419)
摘要:
基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。
二种钾肥对海泡石钝化修复镉污染土壤效应影响的研究
黄荣, 徐应明, 黄青青, 孙国红, 尹秀玲, 梁学峰, 秦旭
2018, 26(8): 1249-1256. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171138
摘要(853) HTML (0) PDF(557)
摘要:
为了揭示钾肥对Cd污染土壤钝化修复效果的影响,为土壤钝化修复过程中合理施钾肥提供理论依据。本文选取不同剂量(含量以K2O计算,分别为0.1 g·kg-1、0.2 g·kg-1和0.3 g·kg-1)的KCl和K2SO4作为典型钾肥,以海泡石(10 g·kg-1)作为钝化材料,通过油菜盆栽试验,研究了两种钾肥在海泡石钝化条件下对Cd污染土壤修复效应的影响。结果表明:K2SO4显著增加了油菜的生物量,其增幅为6.06%~10.05%。与单施海泡石钝化相比,在海泡石钝化时施用KCl和K2SO4两种钾肥,油菜地上部茎叶Cd含量分别增加16.38%~60.73%和15.62%~25.19%;施用KCl和K2SO4对土壤pH未产生显著性影响,却显著地增加了土壤有效态Cd含量,其增幅分别为25.51%~34.65%和18.5%~24.96%。添加海泡石可使土壤的Zeta电位向负值方向移动,提高土壤对Cd的负载能力;但添加海泡石下施用KCl和K2SO4均能提高土壤的Zeta电位,降低土壤对Cd的负载能力。等温吸附试验同样表明,添加KCl和K2SO4均能降低海泡石对Cd的吸附量,在水溶液中海泡石对Cd的最大吸附量为5.30 mg·kg-1,添加KCl和K2SO4后吸附量分别降低至2.87 mg·g-1和4.92 mg·g-1。KCl和K2SO4显著改善了土壤中K、Mn、Cu和Zn等营养元素的有效态含量。从上述结果可以发现,在海泡石钝化修复Cd污染土壤过程中,施K2SO4对钝化效果的影响小于施KCl。