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2018年  第26卷  第9期

农业生态系统及其调控
中国农业氨排放的时空演变趋势与减排潜力分析
邓明君, 罗文兵
2018, 26(9): 1257-1268. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180016
摘要(1223) HTML (11) PDF(900)
摘要:
中国雾霾成因比发达国家更为复杂,人为源氨气(NH3)污染是中国PM2.5指数被持续推高的重要因素,却一直被全社会所忽视。已有研究表明,人为源NH3排放主要来自农业,农业NH3减排是雾霾治理最经济有效的方法,因此,研究中国农业NH3减排潜力对中国控氨治霾具有重要现实意义。本文基于各类统计年鉴和研究成果中的相关数据,参考《大气氨源排放清单编制技术指南(试行)》,构建农业NH3减排潜力分析模型,应用排放因子法和情景分析法,测算并分析了中国2004-2013年农业NH3排放演变和2020-2030年农业NH3减排潜力。结果表明:1)2013年中国农业NH3排放总量为1 193.92万t,比2004年增长18.59%。2)农业年NH3排放总量在60万t以上的省市,2004年有河南、山东、河北和内蒙古4省,到2013年演变为河南、内蒙古、河北、山东、新疆和四川6省。3)趋势照常情景(business-as-usual,BAU)下,2020年、2025年和2030年中国农业NH3排放将比2013年分别提高15.26%、23.60%和30.23%。4)减排情景下,2020年、2025年和2030年的中国农业NH3排放将比BAU情景分别减少319.40万t、501.31万t和660.40万t,将比2013年分别下降11.49%、18.39%和25.08%。5)未来中国农业NH3减排的关键取决于中国居民消费畜禽产品的数量和结构,其次是中国畜禽养殖的饲料营养水平改变。6)未来中国农业NH3减排重点区域在河南、山东、河北、内蒙古和四川。由此可见,BAU情境下未来中国农业NH3排放将失控,未来中国农业NH3减排必须从大力削减重点区域排放和加速转变居民畜禽产品消费行为两方面入手。
中国农业碳排放空间格局及影响因素动态研究
何艳秋, 陈柔, 吴昊玥, 徐杰, 宋艺
2018, 26(9): 1269-1282. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171097
摘要(1037) HTML (15) PDF(1044)
摘要:
研究农业碳排放空间格局及影响因素对中国制定农业分区碳减排政策意义重大。为弥补以往研究中静态分析法难以考察动态影响的缺陷,将动态灰色关联法和回归模型结合,应用2001-2016年统计数据,从分析农业碳排放空间格局入手,深入探讨省际农业碳排放空间格局成因和影响因素与空间差异的数量关系。研究发现:中国农业碳排放强度省际差异大,中部排放等级有所降低,西部排放等级有所升高,农业碳排放省际差异随农业经济水平、农业机械化、农业产业结构和农业人力资本等差异扩大而增加;大部分排放等级上升的省市农业碳排放的长期主导因素为农地利用和农业生产技术(机械),且种植业和畜牧业双发展;大部分排放等级下降的省市农业碳排放的长期主导因素为反刍动物饲养和农业生产技术(人力),且着重发展优势产业。因此,中国未来较长时间内仍应重点关注农地利用减排,进一步推动反刍动物饲养减排技术发展和充分发挥农业产业结构调整对减排的抑制作用等建议。
河南省农业生产碳汇的演变趋势及其集聚特征分析
曹志宏, 秦帅, 郝晋珉
2018, 26(9): 1283-1290. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171141
摘要(769) HTML (11) PDF(695)
摘要:
农业生产具有碳排放和碳吸收的双重属性,针对当前农业生产碳汇研究系统边界模糊不清、中观尺度研究成果少、核算项目缺失统一性和完整性等问题,本文在全面核算2000-2015年河南省传统农业碳排放和碳吸收的基础上,分析了该省农业生产碳汇的演变趋势,并利用基尼系数和洛伦兹曲线研究其空间集聚特征。研究结果表明,河南省农业生产系统表现碳汇特征,其碳汇量整体呈现逐渐增长趋势,至2015年全省农业生产碳汇量为3 235.11万t,相当于当年能源消费碳排放量的22.53%,因此农业生产对于减缓温室效应等方面具有一定的作用。河南省农业生产碳汇量增长的主要原因在于随着农业现代化的不断推进和农业生产能力的不断提高,其农业生产碳吸收能力快于碳排放增长速度。自然因素是河南省农业碳排放的主要方面,至2015年自然因素产生的碳排放占河南省农业生产碳排放总量的70.15%;而人工农资投入碳排放增长率相对较快,是全省碳排放量增长的主要原因,2000-2015年全省人工农资投入碳排放量年均增长率为3.27%,是其自然因素碳排放年均增长率的3.85倍。河南省各地农业生产碳汇在地域空间上表现增长的普遍性、相对稳定性和较显著集聚性特征,呈现显著的南北和东西差异,东部和北部农业地区碳汇数值相对较高,而南部和西部农业碳汇数值对较低。
基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放
邹凤亮, 曹凑贵, 马建勇, 李成芳, 蔡明历, 汪金平, 孙自川, 江洋
2018, 26(9): 1291-1301. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180634
摘要(983) HTML (7) PDF(1138)
摘要:
稻田被认为是温室气体CH4和N2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(ArcGIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH4和N2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH4和N2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76 mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH4排放量表现为RW > RR > RF,N2O排放量表现为RW > RF > RR,增温潜势(GWP)表现为RW > RR > RF。不同地区稻田CH4排放量表现为监利县>荆门市>公安县>天门市>仙桃市>洪湖市>松滋市>汉川市>潜江市>石首市>荆州市>江陵县>赤壁市>嘉鱼县,N2O排放量表现为监利县>荆门市>公安县>洪湖市>仙桃市>天门市>汉川市>潜江市>松滋市>荆州市>江陵县>赤壁市>石首市>嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH4和N2O的排放。
近30年中国主要农业气象灾害典型场时空格局分异特征
桑婧, 郝璐
2018, 26(9): 1302-1314. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.170697
摘要(834) HTML (6) PDF(1029)
摘要:
在全球气候变暖,气象灾害频发重发的背景下,农业生产受到日益严重的气象灾害影响。研究中国农业气象灾害的时空格局对于降低灾害风险、减轻灾害损失十分重要。本文利用1978-2013年主要省、直辖市及自治区的农业灾害受灾、成灾面积和播种面积资料,以受灾率和成灾率作为指标,利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)等统计分析,对影响我国农业生产的主要农业气象灾害(干旱灾害、洪涝灾害、低温冻害和风雹灾害)的时空变化进行分析并得到典型场。结果表明,近几年除洪涝灾害没有明显的升降趋势以外,干旱、风雹和低温冻害受灾率成灾率均呈下降趋势。干旱受灾率和成灾率典型场较为相似,北方因灾损失情况明显重于南方;全国大部分地区均有轻微的因风雹灾害造成损失的情况,西部和西北部容易受到风雹灾害的影响;洪涝灾害受灾率和成灾率典型场存在差异,全国普遍受到洪涝灾害轻微影响,但长江流域和东北三省情况较重。低温冻害受灾、成灾率的典型场不明显,北方因灾损失程度重于南方。另外,干旱和洪涝灾害不会持续影响东北地区;风雹灾害在我国西北部容易造成持续且严重的影响。总之,各灾害的受灾、成灾率时间变化也不是完全同步的,空间分布也不相同,二者并不是完全匹配的。
市域尺度两种生态系统服务评价方法对比研究
刘世梁, 赵爽, 成方妍, 侯笑云, 贾克敬, 祁帆, 杨枫
2018, 26(9): 1315-1323. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171159
摘要(851) HTML (3) PDF(1095)
摘要:
生态保护红线的划定对于规范人类活动、控制人类活动强度、维护生态安全和保护生态系统功能的可持续性具有重要意义,生态系统服务评价是其中重要的一环。由于我国地域面积广阔、地形地貌特征多样、区域自然状况复杂多变,因此环境保护部于2015年出台的《生态保护红线划定技术指南》中有两种生态系统服务评价的方法,即NPP定量指标法和模型评价法。本研究基于MODIS遥感影像,利用NPP定量指标法对鹤壁市生态系统服务进行评价,并与模型评价法进行比较,为选取更为适合该区域的评价方法,及较小尺度的生态保护红线的划定提供理论依据。结果表明在市域尺度上,NPP定量指标法和模型评价法的评价结果之间存在显著差异。模型评价法对鹤壁市生态系统服务(水土保持功能和生物多样性保护功能)的高评价区域与生态保护现状较好的区域更为一致(面积重叠比例分别为19%和85%),而NPP定量指标法的评价结果与保护现状并不一致。相对于NPP定量指标法,模型评价法更适合对该研究区域的生态系统服务进行评价。因此在以后的研究中,应结合研究区域的实际情况,选取适当的方法进行生态系统服务评价。本研究的对比分析可为市域尺度的生态系统服务评价及生态保护红线的划定提供参考。
作物栽培与生理生态
稻虾共作对稻田土壤nirK反硝化微生物群落结构和多样性的影响
朱杰, 刘海, 吴邦魁, 袁峰, 刘章勇, 金涛
2018, 26(9): 1324-1332. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171165
摘要(1302) HTML (14) PDF(862)
摘要:
稻虾共作是水稻种植与克氏螯虾共作形成的互利共生的稻田种养复合生态模式。目前对稻虾共作模式稻田反硝化微生物多样性和群落结构的影响尚不清楚。本研究以江汉平原常规中稻模式(MR)为对照,设置连续3年(2014-2016年)稻虾共作模式(CR)为处理,通过特异引物提取中稻抽穗期稻田土壤nirK基因,采用Illumina Miseq高通量测序技术,探讨稻虾共作模式对稻田土壤nirK反硝化微生物多样性和群落结构的影响。结果表明:稻虾共作模式显著提升水稻抽穗期稻田土壤中硝态氮、全氮及全碳的含量,对土壤碳氮比、碱解氮和铵态氮含量没有显著影响。稻虾共作模式显著增加稻田土壤nirK基因微生物的丰富度指数,但对nirK基因微生物的多样性指数影响不显著。稻虾共作模式改变了nirK基因微生物在目、科、属、种水平的群落组成,较常规中稻模式,稻虾共作模式在各分类水平组成类群均减少;稻虾共作模式较常规中稻模式改变了目的种类,对共有目相对丰度没有显著性改变。RDA分析表明稻虾共作模式对土壤nirK基因菌群的群落结构有一定的改变,但稻虾共作模式与常规中稻模式在群落结构上仍保留着一定的相似性。硝态氮含量是影响nirK反硝化细菌群落结构的主效因子。可见,稻虾共作模式对微生物多样性指数没有显著影响,但显著增加了微生物丰富度指数,改变了稻田土壤nirK反硝化微生物在目、科、属、种的群落结构。
异源表达Hvsusiba2水稻对稻田甲烷排放及土壤相关菌群的影响
苏军, 单贞, 陈在杰
2018, 26(9): 1333-1342. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180109
摘要(895) HTML (7) PDF(700)
摘要:
Hvsusiba2是调控大麦淀粉合成和光合产物分配的转录因子。前期研究我们将Hvsusiba2导入粳稻(Oryza sativa L. subsp.japonica),Hvsusiba2粳稻稻田甲烷排放显著下降,胚乳淀粉含量显著提高。为进一步明确Hvsusiba2对稻田甲烷排放的影响,本研究我们将Hvsusiba2导入籼稻(O.sativa L. subsp. indica),研究异源表达Hvsusiba2籼稻全生育期甲烷排放和稻田主要甲烷菌及甲烷氧化菌变化。采用静态箱法测定Hvsusiba2水稻稻田甲烷排放通量,结果显示Hvsusiba2稻田全生育期的大部分时段甲烷排放量显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)低于对照株系。Hvsusiba2水稻甲烷减排率幅度为54.7%~3.8%,减排率最高的时期为幼穗分化期。2个Hvsusiba2水稻株系生长季累计甲烷排放量分别为5 060.16 mg·m-2和5 250.60 mg·m-2,比对照减排30.30%和27.58%。采用荧光定量PCR法检测水稻关键生长期根土6类产甲烷菌和2类甲烷氧化菌以及土壤总细菌的丰度变化。结果显示:在整个生长期内Hvsusiba2水稻根土6类产甲烷菌菌群丰度的总体趋势是前期高、后期低;甲烷古菌(Archaea,ARC)、甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,Mst)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales,MMb)3类菌群丰度的高峰出现在分蘖盛期,甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,Msc)菌群丰度的高峰出现在幼穗分化穗期,普通产甲烷菌(Methanogens,MET)和甲烷杆菌目(Methanobacteriales,MBT)分蘖期最高。Hvsusiba2水稻产甲烷菌丰度在分蘖期、抽穗期和开花期显著或极显著地低于野生型对照。在大部分测试时间段内Hvsusiba2水稻的2类甲烷氧化菌群丰度比对照有显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)下降;Hvsusiba2水稻土壤总细菌丰度在水稻的分蘖期、抽穗期和开花期也显著低于野生型水稻。稻田中产甲烷菌的丰度依次是甲烷鬃菌科(Mst)>甲烷古菌(ARC)>普通产甲烷菌(MET)>甲烷微菌目(MMb)≥甲烷八叠球菌科(Msc)>甲烷杆菌目(MBT);2类甲烷氧化菌中Ⅰ型甲烷氧化菌(MBAC)丰度极显著大于Ⅱ型甲烷氧化菌(TYPEⅡ)。结合之前的研究结果,我们认为Hvsusiba2可能是通过改变水稻光合同化物分配生理,减少向土壤有机质的输送,降低土壤相关菌群的丰度达到稻田甲烷减排的。
杂交水稻恢复系和杂交组合的耐热性评价
郭晓艺, 熊洪, 张林, 蒋鹏, 朱永川, 周兴兵, 刘茂, 徐富贤
2018, 26(9): 1343-1354. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180004
摘要(1048) HTML (21) PDF(550)
摘要:
为减缓高温热害对水稻生产的影响,从品种出发探讨高温抗性,是水稻科研的优先领域和重大问题。本文参考农业部发布的高温行业标准评价指标,在水稻开花期,于人工气候室高温和常温处理条件下,对本课题组新育成的恢复系及生产上常用恢复系成恢727的配组品种(组合)等进行了耐高温特性鉴定,并将恢复系和品种(组合)耐热性分为5个等级。筛选鉴定出1个极耐热恢复系R4093、9个耐热恢复系(其中包括丰产性较好的恢复系,如R1015、R107等)、4个极耐热品种(组合)和25个耐热品种(组合),以及5个极不耐热恢复系、12个不耐热品种(组合)和6个极不耐热品种(组合)等。其中,耐高温对照N22、恢复系R103、R132、R642、杂交水稻品种(组合)‘川优5727’、‘宜香2115’、‘繁源A×R642’、‘中64香A×黄占’、‘川农优华占’、‘蓉18A×R1015’、‘渝香6203’和‘川优5727’在本试验中的常温结实率和相对结实率均高于70%,虽然被鉴定为中间型材料,但具有较大的耐高温潜力。试验还讨论了水稻品种的生产布局。结果表明:第Ⅰ级和第Ⅱ级品种耐高温性较好,可布局在高温易发区、高温轻发区和无高温区;第Ⅲ类品种为中间型,可布局在高温轻发区和无高温区;第Ⅳ类和第Ⅴ类品种为不耐热型和极不耐热型,可布局在无高温区,以避免高温对水稻的伤害。研究还发现父(母)本耐高温性好,不一定品种(组合)耐高温性都好,而父(母)本耐高温性不好,其品种(组合)耐高温性也不一定不好,这与父(母)本的耐高温性及配合力有关。耐热配合力好的父(母)本配出的组合多为耐热型组合,耐热配合力差的父(母)本配出的组合多为不耐热型组合。其中,恢复系R105、R642、R104和R727耐高温配合力较好,但恢复系R107、R1015耐高温配合力相对较差。不育系赣73A和内香6A的耐高温配合力较好,而繁源A、606A、608A和中64香A的耐高温配合力较差。优质稻中‘金10’耐高温配合力较好。为了更好更多地育成耐热性强的杂交稻组合,筛选耐热配合力高的亲本是关键。
深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响
程思贤, 刘卫玲, 靳英杰, 周亚男, 周金龙, 赵亚丽, 李潮海
2018, 26(9): 1355-1365. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.171149
摘要(895) HTML (5) PDF(597)
摘要:
研究深松深度对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响,可为构建砂姜黑土合理耕层的耕作深度指标提供依据。本研究基于多年定位大田试验,采用大区对比设计,设置4个深松深度(30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)处理,以旋耕(RT,平均耕作深度为15 cm)作为对照,研究不同深松深度对土壤紧实度、土壤三相比(R)值、作物根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,深松深度增加能显著降低土壤紧实度,使土壤的三相比(R)更加合理,进而促进作物根系生长。不同深松深度中,深松60 cm处理的土壤紧实度和三相比(R)值与对照相比降幅最大,深松40 cm处理的冬小麦根系生物量最大,深松50 cm处理的夏玉米根系生物量最大。深松不仅增加作物产量,还提高作物水分利用效率。深松30 cm处理的周年作物产量最高,比对照增产12.2%,但与深松40 cm处理差异不显著。深松50 cm处理的周年水分利用效率最高,但与深松30 cm和深松40 cm处理差异不显著。深松30 cm、40 cm和50 cm的周年水分利用效率比对照分别增加9.1%、8.8%和12.7%。因此,砂姜黑土适宜的深松深度为30~40 cm。
密度对沿淮晚播小麦产量形成及品质性状的影响
邵庆勤, 闫素辉, 张从宇, 任兰天, 许峰, 李文阳
2018, 26(9): 1366-1377. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180374
摘要(792) HTML (2) PDF(650)
摘要:
目前晚播小麦的面积不断增加,为明确沿淮地区晚播小麦的适宜种植密度,采用裂区试验设计,于2013-2015年在不同晚播条件下(11月5日、11月15日、11月25日),设置3个种植密度(300万株·hm-2、450万株·hm-2、600万株·hm-2),分析种植密度对玉米茬晚播小麦产量形成及品质性状的影响。结果表明:播期推迟导致小麦生育期滞后,主要影响拔节期前营养生长期的长短;密度对生育进程无显著影响。随播期推迟,小麦开花期和成熟期的干物质积累量下降,花前贮存同化物的转运量和花后同化物的积累量下降,花后同化物对籽粒贡献率明显增加;穗数、穗粒数和千粒重均有所下降,进而产量显著下降;蛋白质含量、湿面筋含量和沉淀值上升。播期对分蘖穗干物质积累与运转及产量构成因素的影响均大于主茎穗。与11月5日播期相比,11月25日播期下开花期干物质积累量、成熟期营养器官积累量、籽粒干重、花前营养器官贮存同化物的转运量及其对籽粒的贡献率在主茎穗中分别下降13.37%、9.96%、9.04%、25.37%和17.07%,在分蘖穗中分别下降55.71%、54.34%、51.80%、59.70%和22.70%。同一播期条件下,随着种植密度的增加,小麦开花期和成熟期的干物质积累量上升,花前贮存同化物的转运量减少,花后同化物的积累量及其对籽粒贡献率增加;穗数增加,千粒重降低;蛋白质含量和湿面筋含量上升,沉淀值下降。与主茎穗相比,密度对分蘖穗干物质积累与运转及产量构成因素的影响更大。与300万株·hm-2密度相比,600万株·hm-2密度下单穗粒重、穗粒数和千粒重在主茎穗中分别下降17.90%、13.60%和4.76%,在分蘖穗中分别下降20.17%、14.46%和6.23%。可见,适当增加密度有利于增加晚播小麦产量并改善晚播小麦品质性状,本研究中11月15日、11月25日两晚播条件下适宜密度分别为450万株·hm-2、600万株·hm-2
覆膜滴灌条件下氮肥运筹对玉米氮素吸收利用和土壤无机氮含量的影响
侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 王蒙
2018, 26(9): 1378-1387. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180104
摘要(801) HTML (4) PDF(568)
摘要:
为解决吉林省半干旱区覆膜滴灌条件下合理施氮问题,通过两年(2016-2017年)田间试验,研究了覆膜滴灌等氮量投入条件下,不同运筹模式(N1:100%基肥;N2:50%基肥+50%拔节肥;N3:30%基肥+50%拔节肥+10%大口肥+10%开花肥;N4:20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥)对春玉米产量、氮素利用效率、关键生长节点氮素积累特征以及生育期内土壤无机氮含量变化和氮素平衡的影响。结果表明,分次施氮各处理(N2、N3、N4)玉米产量显著高于100%基肥处理(N1),其中N4处理玉米产量最高,较N1处理分别提高22.44%(2016年)和35.31%(2017年)。与N1处理相比,N2、N3、N4显著提高了玉米氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力,提高幅度依次为52.02%~83.21%、63.69%~120.78%、11.85%~22.46%(2016年)和92.44%~129.38%、127.23%~203.09%、22.10%~34.01%(2017年),且均以N4处理最高。施氮显著提高了玉米拔节期至成熟期氮积累量,其中开花期至成熟期氮积累量以N4处理最高。与N1处理相比,N2、N3、N4提高了玉米开花期至成熟期0~20 cm土壤无机氮含量,并降低成熟期40~100 cm土壤无机氮含量。土壤-作物系统氮素平衡中,N2、N3、N4处理较N1处理显著降低了氮素表观损失量,其中N4处理氮素表观损失量最低。综上所述,在本试验条件下,总施氮量210 kg·hm-2时,20%基肥+30%拔节肥+20%大口肥+20%开花肥+10%灌浆肥为该区域覆膜滴灌条件下氮肥最佳运筹模式。
水分调控降低盐分对夏玉米的影响
梁硕硕, 房琴, 闫宗正, 路杨, 邵立威
2018, 26(9): 1388-1397. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180095
摘要(872) HTML (6) PDF(707)
摘要:
环渤海低平原冬小麦夏玉米一年两作种植系统中,冬小麦季微咸水灌溉造成土壤含盐量增加,影响下茬玉米正常出苗。通过水分调控消减根层土壤盐分是有效可行的途径,并利于冬小麦夏玉米一年两作的微咸水安全利用。该研究通过盆栽与田间试验相结合的方法,研究玉米出苗对土壤水盐阈值的响应以及玉米播后灌水对出苗、生长、根层水盐和产量的影响。盆栽试验结果表明:1)玉米在低土壤盐分含量(全盐含量0.8 g·kg-1)下,60%田间持水量即可达到正常出苗;2)在高土壤盐分含量(全盐含量3.5 g·kg-1)下,出苗时间延长,出苗率降低;3)土壤盐分对出苗的影响,随着土壤含水量降低而越趋严重。因此在较高的盐分条件下,维持出苗期间一定土壤含水量,更利于缓解土壤盐分对玉米出苗的影响。大田试验中灌溉水盐分梯度为淡水(对照)、3 g·L-1、4 g·L-1和5 g·L-1。田间试验结果表明:1)随着灌溉水盐分浓度增加冬小麦收获时0~20 cm土壤盐分含量明显增加;2)淡水、3 g·L-1、4 g·L-1和5 g·L-1灌溉冬小麦,收获期0~20 cm土壤盐分含量分别为1.0 g·kg-1、1.3 g·kg-1、1.6 g·kg-1、2.0 g·kg-1;3)夏玉米播种后立即灌溉一次75 mm淡水,玉米出苗期耕层土壤含水量维持在田间持水量的70%以上,土壤含盐量下降到1.0 g·kg-1左右,夏玉米生长进程和产量不受影响。2年(2015年和2016年)淡水、3 g·L-1、4 g·L-1和5 g·L-1微咸水拔节期灌溉冬小麦,下茬夏玉米产量分别为9 510.4 kg·hm-2、9 913.6 kg·hm-2、9 910.6 kg·hm-2、9 986.0 kg·hm-2和9 621.8 kg·hm-2、9 455.3 kg·hm-2、9 460.2 kg·hm-2、9 221.4 kg·hm-2,产量差异不显著。考虑该地区降水的时间分布,与玉米生长同期的充足夏季降水的淋洗作用,微咸水灌溉小麦的积盐可得到很好淋洗。因此,该地区在冬小麦生长季实施不超过5 g·L-1微咸水灌溉,利用冬小麦夏玉米关键生育期水分调控,可消减微咸水灌溉土壤盐分积累对玉米出苗影响,结合夏玉米出苗水管理和雨季淋盐,实现周年稳产和水盐平衡,根层土壤不积盐。
农业资源与环境
长期施肥下黑土有机肥替代率变化特征
龚海青, 付海美, 徐明岗, 郜红建, 朱平, 高洪军
2018, 26(9): 1398-1406. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180146
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摘要:
探索长期施肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力提升的关系,可为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。对吉林省公主岭黑土32年的长期肥力试验定位观测数据进行系统分析,基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程探讨高产条件下施用不同量有机肥的黑土有机肥替代率的变化特征。研究表明,作物产量随着有机肥施用年限增加逐渐提高,32年的持续施肥,施用有机肥的作物产量趋同甚至高于NPK化肥处理的作物产量。基于作物氮素吸收量,高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关(P < 0.01),高量有机肥处理(M2)的有机肥替代率高于常量有机肥处理(M1);且有机肥施用29年后,高量有机肥处理(M2)的有机肥替代率达到100%,并保持稳定不变。基于土壤氮素供需方程估测的常量和高量有机肥处理(M1和M2)的有机肥替代率与基于作物氮素吸收量得到的有机肥替代率相关系数(R2)达到0.78和0.84(P < 0.01),相对均方根误差(RMSE)均小于15%(分别为10.4%和14.6%),表明土壤氮素供需方程可以较好地估测土壤有机肥替代率。基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程能够准确反映长期有机培肥下黑土有机肥替代率的变化规律。本研究结果表明,基于作物氮素吸收量和土壤氮素供需方程两种方法验证,高产条件下有机肥替代率是土壤肥力的函数;随着有机肥施肥年限的增加,土壤肥力提升,有机肥替代率逐渐增加。
基于随机前沿的灌溉用水效率及影响因素研究——以陕西关中地区小麦为例
刘维哲, 常明, 王西琴
2018, 26(9): 1407-1414. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180365
摘要(760) HTML (3) PDF(1260)
摘要:
农业部门是我国用水大户,随着水资源短缺问题的日益严峻,提高农业灌溉用水效率是实现农业可持续发展的重要途径。本文基于陕西关中地区小麦种植户实地调研数据,选取C-D生产函数构建随机前沿模型(SFA)测算小麦种植中的生产技术效率与灌溉用水效率,在此基础上选取农户个人特征、家庭特征、灌溉特征和耕地特征相关变量,采用Tobit模型进行影响因素分析,以识别限制和促进灌溉效率的关键因素。研究结果显示,关中地区小麦生产技术效率较高,为0.7~1.0,均值为0.87。灌溉用水效率远低于生产技术效率,为0~0.5,均值仅为0.31,存在较大的提升空间。对影响因素的研究发现,农户教育水平、家庭经济水平、灌渠完好程度、用水紧缺程度和节水灌溉技术等对灌溉用水效率等有显著的正向影响,农户非农就业、家庭非农收入比例为负向影响,农户年龄、灌溉水价、经营规模和耕地块数与灌溉用水效率没有明显相关性。说明关中地区灌溉用水具有节水空间,可通过维修灌渠、改进节水灌溉技术、适当提高水价等,逐步提高灌溉用水效率。
基于多源卫星数据的黑河中游绿洲区土地利用分类与作物类型提取及其时空变化分析
陈睿, 赵超, 刘兴冉, 郭英, 沈彦俊
2018, 26(9): 1415-1422. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180088
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摘要:
研究土地利用与作物种植结构变化是分析农业生产活动和生态环境变化的重要手段。黑河中游绿洲是我国西北地区最重要的绿洲之一,也是甘肃省主要的商品粮基地。为准确研究黑河中游绿洲的时空变化情况,本文利用2001-2015年MODIS卫星数据,提取分析了近15年黑河中游绿洲范围的时空变化特征;基于2001-2016年的Landsat/TM,利用支持向量机分类法获得该绿洲区土地利用分类;基于2011-2016年的HJ1A/CCD数据,利用HANTS滤波后的NDVI时间序列曲线,获得作物种植面积的精细分类。经验证,该土地利用分类精度高于88.46%,kappa系数为0.81;小麦和玉米与实地验证点对比的分类精度高于90.8%。结果表明:1)黑河中游绿洲面积总体为增加趋势,仅2014年、2015年略有减少,绿洲面积从2001年的2 701 km2增加到2015年的2 936 km2。2)2001-2016年间,裸地面积减少436.7 km2,耕地面积增加91.3 km2,草地、林地面积增加289.6 km2。3)2011-2016年,小麦、玉米种植面积均有减少,小麦共计减少195.77 km2,玉米减少144.37 km2。研究结果可为当地农业种植结构的调整和作物估产及绿洲生态保护提供一定依据和参考。