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2019年  第27卷  第3期

农业生态系统及其调控
刺萼龙葵土壤种子库特征及其对替代控制的响应
张瑞海, 宋振, 张国良, 王忠辉, 付卫东, 尹树红, 翟洪凯, 席坤鹏
2019, 27(3): 337-347. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180697
摘要(804) HTML (47) PDF(564)
摘要:
土壤种子库在退化生态系统植被的恢复和演替中起重要作用,为明确外来入侵植物刺萼龙葵(Solanum rostratum Dunal.)土壤种子库特征,评价植物替代控制刺萼龙葵的效果,调查了河滩及农田边缘两个典型生境中的刺萼龙葵土壤种子库特征,分析了刺萼龙葵种子在土壤中的垂直分布与季节变化动态,并利用多种多年生禾本科与豆科牧草对刺萼龙葵进行替代控制研究,以期为刺萼龙葵生态调控提供理论依据。结果表明:1)两个生境中共鉴定出23种植物,禾本科和菊科为优势科;河滩及农田边缘刺萼龙葵种子总储量分别达347粒·m-2和2 600粒·m-2,占整个种子库的2.46%及35.16%。2)河滩生境中刺萼龙葵种子多集中于表层(0~2 cm)土壤,占种子总量的64.3%,且随土层深度的增加而减少;而农田边缘生境0~2 cm、2~5 cm和5~10 cm 3层种子数量差异不大(P>0.05),分别占种子总量的32.7%、38.2%及29.1%。3)两个生境中刺萼龙葵种子主要集中于4月份采集的土样中,分别为273粒·m-2(河滩)和1 970粒·m-2(农田边缘),显著高于6月份与8月份采集的土样种子数(P < 0.05);4)从替代控制第2年起,刺萼龙葵的密度、生物量及土壤种子储量即被控制在较低水平,均显著低于同期对照(P < 0.05),沙打旺+苇状羊茅+冰草+羊草组合对刺萼龙葵控制效果最佳,同时还可获得牧草鲜重20 396.1 kg·hm-2,干重7 710.6 kg·hm-2(2017年),经济效益可观。5)刺萼龙葵种子库与刺萼龙葵密度(P < 0.01)、生物量(P < 0.05)呈正相关,牧草产量与刺萼龙葵种子库储量、密度、生物量均呈负相关,但相关性不显著(P>0.05);降雨显著影响刺萼龙葵种子库储量(P < 0.05),可用幂函数模型y=2.619x0.001R2=0.822,F=18.486,P=0.013)描述二者之间的关系。
香蕉-甘蔗轮作模式防控香蕉枯萎病的持续效果与土壤微生态机理(Ⅱ)
林威鹏, 曾莉莎, 吕顺, 伍朝荣, 王芳, 周建坤, 刘文清, 蔡昆争, 杜彩娴, 夏玲
2019, 27(3): 348-357. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180362
摘要(1052) HTML (51) PDF(663)
摘要:
香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型[Fusarium oxysporum f.sp.cubense]侵染引起维管束坏死的一种毁灭性真菌病害,是世界范围内分布最广、毁灭性最强的植物病害之一。我们在古籍《广东新语》找到有关香蕉-甘蔗轮作的记载,经大田试验证明,连作蕉地轮作甘蔗2年后,后茬香蕉枯萎病发病率大幅下降至1.79%。在本研究中,我们试图探明连作蕉地轮作甘蔗,后茬香蕉的持续抑病效果及其机理。连作蕉地轮作甘蔗2年后,测定回种不同年限香蕉枯萎病发病率和土壤可培养微生物数量,并通过高通量测序技术分析土壤细菌微生物群落结构和组成的变化。结果表明:连作蕉地轮作甘蔗2年后,甘蔗地后茬香蕉枯萎病发病率仅为1.79%,后续3年发病率逐年递增,分别为21.93%、25.80%和28.81%,但均低于多年连作蕉地的平均发病率(49.15%)。土壤放线菌和尖孢镰刀菌总数随香蕉种植年限增加而显著增加。高通量测序结果表明,酸杆菌门(32.86%)、变形菌门(28.85%)和绿弯菌门(12.33%)3个菌门为香蕉-甘蔗轮作系统香蕉根围土细菌的优势菌门。酸杆菌目(Acidobacteriales)细菌相对丰度随回种香蕉逐年增加,并与香蕉枯萎病发病率呈显著正相关的关系;而假单胞菌目(Pseudomonadales)、浮霉菌目(Planctomycetales)、球杆菌目(Sphaerobacterales)、乳酸杆菌目(Lactobacillales)和土壤红杆菌目(Solirubrobacterales)细菌随香蕉回种年限的增加呈下降趋势,并与香蕉枯萎病发病率呈显著负相关的关系。连作蕉地轮作甘蔗2年后,4年内仍能保持较好的抑病效果。本模式具有轮作时间短、抑病效果好、持续时间长、经济效益高等特点。
黄土高原旱地麦田26年免耕覆盖对土壤肥力及原核微生物群落多样性的影响
张贵云, 吕贝贝, 张丽萍, 刘珍, 范巧兰, 魏明峰, 姚众, 袁嘉玮, 柴跃进
2019, 27(3): 358-368. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180604
摘要(836) HTML (147) PDF(667)
摘要:
为明确黄土高原旱作麦田长期保护性耕作对土壤肥力和土壤原核微生物的效应,以位于山西省临汾市实施保护性耕作26年的小麦田为试验基地,采用Illumina Hiseq 2500高通量测序等手段,开展了不同耕作措施[免耕覆盖(NTS)、深松免耕覆盖(SNTS)和传统耕作(TT1)]对土壤理化性质和土壤原核微生物多样性的影响分析。研究结果表明:1)NTS和SNTS处理比TT1处理显著提高了土壤全氮、碱解氮、速效磷及速效钾的含量,降低了土壤pH,提高了土壤贮水能力和水分含量,降低了0~10 cm土层的土壤容重,但提高了10~20 cm土层的土壤容重;同时,SNTS处理显著增加了土壤的有机质含量。2)Illumina Hiseq高通量16S rRNA基因Ⅴ4区测序结果表明:NTS和SNTS处理比TT1处理显著降低了绿弯菌门的相对丰度;NTS比SNTS处理显著降低了土壤中疣微菌门和绿弯菌门的相对丰度;NTS处理显著增加了土壤原核微生物群落的多样性,但未显著改变原核微生物群落的丰度;SNTS对原核微生物群落的多样性和丰富度均未有显著改变;NTS处理的显著性差异物种(Biomarker)高于其他2个处理;其他原核微生物门的相对丰度,在3个处理间尚未有明显差异。3)聚类分析可见:NTS和SNTS处理与TT1处理的微生物群落结构差异较大;NTS处理与SNTS处理间的微生物群落结构差异较小。4)CCA分析可知:土壤pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量对土壤原核微生物群落遗传多样性的变化起着重要作用;与TT1处理相比,NTS和SNTS处理在一定程度上改变了土壤原核微生物群落结构,但仍存在结构的相似性。综上所述,长期进行NTS和SNTS处理对黄土高原旱地麦田土壤微生物多样性、丰富度以及土壤肥力因子等的正效作用明显。
连作植烟土壤酚酸类物质变化特征及其与主要环境因子的Mantel Test分析
白羽祥, 杨成翠, 史普酉, 贾孟, 杨焕文, 徐照丽, 王戈
2019, 27(3): 369-379. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180703
摘要(815) HTML (51) PDF(577)
摘要:
为明确酚酸类物质在连作植烟土壤中的变化特征,探讨土壤主要环境因子对酚酸类物质的影响,以不同连作年限(4 a,6 a,8 a,14 a和16 a)植烟土壤为对象,研究了不同连作年限植烟土壤酚酸类物质、理化性状、酶活性和细菌多样性的变化特征,并利用Mantel Test分析了酚酸类物质与土壤主要环境因子的相关性。结果表明,随连作年限增加,土壤酚酸类物质和速效钾含量升高,pH、有机质含量、细菌菌群丰度和多样性降低,水解性氮和有效磷含量呈先降低后升高趋势,酶活性呈先升高后降低趋势。Mantel Test分析表明,土壤酚酸类物质含量与理化性状、酶活性和细菌丰度显著相关,且与理化性状相关性最高;不同酚酸类物质含量与土壤主要环境因子相关性存在差异,其中,对羟基苯甲酸和阔马酸与植烟土壤理化性状、酶活性以及细菌丰度的相关性最高。因此,在本试验条件下,连作植烟土壤酚酸类物质具有明显积累特征,植烟土壤环境恶化;酚酸类物质积累受理化性状、酶活性和细菌多样性影响,且理化性状影响最大;不同酚酸类物质受主要土壤环境因子的影响存在差异,其中对羟基苯甲酸和阔马酸积累所受影响最大。
农业机械化水平对湖北农户耕地复种指数的影响
彭继权, 吴海涛, 宋嘉豪, 李孟丁
2019, 27(3): 380-390. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180624
摘要(924) HTML (49) PDF(538)
摘要:
耕地复种指数的提升对我国粮食安全战略实施和三农问题解决意义重大。为了考察农业机械化水平对湖北农户耕地复种指数的影响,以1 682份湖北农户调查数据为基础,通过运用IVTobit和IVProbit回归模型,探讨农业机械化水平对农户耕地复种指数的影响及其在不同类型农作物耕地间的差异性。研究结果表明:1)农业机械化水平每提升1%,耕地复种指数提高1.393%,粮食作物耕地复种指数提高0.988%,经济作物耕地复种指数提高2.160%。2)从不同类型农作物耕地复种意愿来看,农业机械化水平每提升1%,农户对粮食作物耕地复种意愿的概率提高3.100%,对经济作物耕地复种意愿的概率提高5.361%。从其他控制变量来看,户主教育、户主年龄、家庭非农收入占比、家庭转出土地、气温变化对农户耕地复种指数存在显著的负向影响;家庭规模、农作物品种数量、地区类型对农户耕地复种指数存在显著的正向影响。总之,农户农业机械化水平的提升对耕地复种有积极作用,特别对经济作物耕地复种指数的提升作用尤为明显。
基于SD的耕地与生态用地联合调配策略仿真与优选——以天津市为例
韩成吉, 张雪花, 滑永胜
2019, 27(3): 391-404. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180661
摘要(651) HTML (21) PDF(560)
摘要:
以复杂系统模拟为手段,以生态与经济双赢为目标,进行耕地与生态用地的联合调配策略的设计、仿真与优选,旨在通过两种土地的合理调配,在保障粮食安全前提下,以生态修复促超负荷耕地休养。在人口、经济、耕地和生态用地各子系统及其要素分析的基础上,以耕地污染严重、后备用地紧缺、地处《全国主体功能区规划》中的优化开发区域——天津市为例,建立耕地与生态用地联合调配的系统动力学模型(Tianjin System Dynamic,TSD)并进行有效性检验。结果显示,模型具有较好的稳定性,而且仿真值与实际值误差 < 5%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用TSD模型模拟不同策略下的天津市2016—2025年耕地与生态用地联合调配结果。本文设置了两种与系统惯性发展相比较的调配策略——耕地资源省域内调配策略和耕地资源跨省域调配策略,并对上述3种情景分别进行仿真。结果显示:1)按当前的惯性趋势发展,2025年受损耕地可以得到修复,耕地数量能够满足耕地红线要求,生态安全也能够得到保障,但是耕地产出压力会突破警戒阈值,因此存在潜在的粮食危机;2)耕地与生态用地省内调配情景下,虽然可以降低耕地的产出压力,但生态安全有所减损,而且耕地产出压力仍高于警戒阈值;3)允许耕地跨省域调配情景下,耕地产出压力可以降低到警戒值之下,而且生态安全能够得到更好的保障。比较3种仿真结果可知,允许耕地跨省域占补情景下的耕地与生态用地联合调配效果最好,可以使耕地与生态用地联合调配更灵活,更好地保障生态安全和粮食安全。以上说明本文所构建的TSD模型进行耕地与生态用地联合调配研究是有效的,一方面可以为耕地与生态用地联合调配策略的优选提供支撑,另一方面为后备耕地紧缺的优化开发地区确定跨省域占补数量提供科学依据。
作物栽培与生理生态
活性氧调控豆科植物早期结瘤的研究进展
汪锦, 陈平, 杜青, 张晓娜, 周颖, 任建锐, 王甜, 雍太文
2019, 27(3): 405-412. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180839
摘要(756) HTML (19) PDF(687)
摘要:
活性氧(reactive oxygen species,ROS)是一类具有高反应活性的氧衍生物,包括超氧阴离子(·O2-)、羟自由基(·OH)、过氧羟自由基(·HO2)以及过氧化氢(H2O2)等。植物在进行有氧代谢或遭遇生物与非生物胁迫时会产生ROS,它不仅仅是有氧代谢的有毒副产物,同时能作为信号分子调节体内代谢过程,对抗外界环境。豆科植物形成根瘤时同样会产生ROS,这种ROS的变化区别于病原体入侵,而是作为一种信号物质参与结瘤过程。结瘤因子(nod factor,NF)诱导下ROS的产生参与了浸染线形成时细胞壁的重建、植物基质糖蛋白(matrix glycoprotein,MGP)的交联和肌动蛋白微丝的成核和延长过程。细胞质膜NADPH氧化酶(respiratory burst oxidase homologue,RBOHs)是共生过程中ROS产生的主要途径,Rboh基因的过表达会促进根瘤菌浸染和根瘤形成,同时根瘤中的共生微粒体数量增加,固氮效率提高,而表达受抑制后会减少ROS的产生,同时下调结瘤相关基因RIPsNINENOD2的表达,抑制固氮酶活性。此外,ROS时空上的变化与Ca2+相关联,协同调控根系结瘤。ROS的产生是植物与微生物早期的识别信号,通过认识ROS在早期结瘤过程中的作用有助于我们进一步理解共生关系建立的特异性。本文就ROS在早期结瘤过程中的产生及其发挥的作用做了综述,指出ROS通过直接或间接作用诱导结瘤基因的表达,是豆科植物根瘤形成以及功能固氮的重要信号分子。
温度升高和降水减少对半干旱区春小麦生长发育及产量的协同影响
张凯, 王润元, 王鹤龄, 赵鸿, 赵福年, 阳伏林, 陈斐, 齐月, 雷俊
2019, 27(3): 413-421. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190031
摘要(828) HTML (23) PDF(610)
摘要:
为探索和验证未来气候变化对半干旱雨养区春小麦生产的影响,了解春小麦生长发育和产量对增温和降水减少协同响应的基本特征,采用开放式红外增温系统装置和水分控制观测场,设置不同温度[增温0℃(对照)、增温1.0℃、增温2.0℃]和水分梯度(正常降水、降水减少30%)模拟气候变化对半干旱区春小麦产量、生物量、穗部性状以及株高、叶面积、叶绿素和叶片净光合速率的影响。结果表明:温度升高和降水减少在春小麦的籽粒产量和生物产量上均表现出显著的协同作用。在不增温、增温1.0℃、增温2.0℃下降水减少30%处理比正常降水处理分别减产24.41%、12.93%和27.38%,生物量分别减少19.25%、10.31%和22.11%。因为籽粒产量的降幅略大于生物产量的降幅,所以导致经济系数降低。温度升高和降水减少抑制了春小麦穗的形成,在各增温条件下,穗长、穗重、总小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重表现为降水减少30%处理低于正常降水处理,而无效小穗数和不孕率表现为降水减少30%处理高于正常降水处理。温度升高和降水减少的协同作用对春小麦叶片净光合速率有极显著影响,对叶面积和叶绿素含量有显著影响。二因子协同作用使春小麦叶片净光合速率降低,导致春小麦株高、叶面积、叶绿素含量和茎秆重降低。研究结果可为进一步开展气候变暖下春小麦的响应与适应研究和未来半干旱区春小麦的安全种植提供理论依据。
秸秆还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响
肖小平, 李超, 唐海明, 汤文光, 程凯凯, 郭立君, 汪柯, 潘孝晨
2019, 27(3): 422-430. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180829
摘要(762) HTML (14) PDF(537)
摘要:
为推动传统稻作技术向资源节约型与环境友好型方向转型,本研究在稻草还田基础上设置不施氮常密(T1)、常氮常密(T2)、常氮增密(T3)、减氮常密(T4)、减氮增密(T5)5种双季稻栽培模式,研究稻草还田下减氮增密对双季稻田土壤氮素库容及氮素利用率的影响。结果表明:稻草还田下,减氮增密(基肥减施总氮量的20%,增加密度27.3%)的0~10 cm、10~20 cm的土壤全氮含量及库容量与常氮常密无显著差异,但碱解氮含量分别显著降低15.6%、8.8%,碱解氮总库容量显著降低10.7%。与常氮常密相比,减氮增密可显著降低双季稻田的土壤氮素表观盈亏量,氮素损失量及损失率分别显著降低51.7%及15.5个百分点;早、晚稻的氮素农学利用率分别显著增加33.6%、23.0%,吸收利用率分别显著增加5.9个百分点、6.3个百分点,生理利用率分别显著增加16.3%、3.7%。表明稻草还田下短期内的减氮增密不会显著降低土壤的全氮库容,但会显著降低土壤的碱解氮库容,可显著降低氮素损失,提高氮素利用率。
稻麦轮作下秸秆还田对稻麦产量和稻田可溶性有机碳含量的影响
郑继成, 张刚, 王德建, 王灿, 曹志强, 汪军
2019, 27(3): 431-440. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180698
摘要(883) HTML (42) PDF(677)
摘要:
为阐明稻麦轮作体系下秸秆还田对作物产量与稻田可溶性有机碳(DOC)的影响,通过连续2年盆栽试验研究了两种典型土壤(壤土和黏土)在无秸秆还田、半量秸秆还田、全量秸秆还田3种处理下稻麦产量和稻季土壤溶液DOC浓度的动态变化。结果表明,秸秆还田显著增加了两种土壤大多数处理的水稻产量,增幅1.6%~11.9%,其中全量秸秆还田的增产效果大于半量秸秆还田(第1年不显著,第2年显著)。秸秆还田对小麦产量的影响因土壤类型而异,壤土中小麦产量显著增加7.2%~10.6%(第1年)或增产不显著(第2年),但全量秸秆还田和半量秸秆还田处理之间没有显著差异;黏土中小麦显著减产(5.0%~9.3%),其中第2年的全量秸秆还田减产效应显著大于半量秸秆还田。秸秆还田及土壤类型显著影响水稻前期(烤田之前)的土壤溶液DOC浓度,全量秸秆还田、半量秸秆还田分别比无秸秆还田处理平均增加141.7%、61.9%,壤土比黏土平均增加89.6%;间歇淹水之后,所有秸秆还田处理及土壤类型的DOC浓度均迅速降低。总体上,秸秆还田对两种土壤的水稻增产都有利,但对黏土小麦增产不利,秸秆还田显著增加了稻田前期的DOC浓度,间歇淹水可以迅速降低稻田DOC浓度。
有机无机肥配施对滨海盐渍农田土壤盐分及作物氮素利用的影响
朱海, 杨劲松, 姚荣江, 高珊, 曹逸凡, 孙运朋
2019, 27(3): 441-450. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180689
摘要(814) HTML (26) PDF(846)
摘要:
土壤盐渍化造成氮素的损失,限制了作物对氮素的有效利用。为研究滨海盐渍化农田等氮量投入条件下,有机无机肥配施对农田土壤盐分和作物氮素养分吸收利用及氮平衡的影响,以江苏东台滩涂围垦农田为研究平台,选取玉米品种‘长江玉8号’为供试作物,设6个处理:不施肥(CK)、全有机肥(OM1)、1/4化肥+3/4有机肥(OM3/4)、1/2化肥+1/2有机肥(OM1/2)、3/4化肥+1/4有机肥(OM1/4)、全化肥(OM0)。在玉米播种前、生长期和收获后采集土样,同时在收获后采集植株样品,分析土壤盐分、pH、水分、无机氮含量和玉米植株不同部位的氮含量和累积量,计算氮肥利用效率和氮平衡。结果表明:1)有机肥代替部分化肥的施入,降低了滨海盐渍化农田土壤的电导率,且呈现出随有机肥施用量增加电导率逐渐降低的趋势,但其对土壤pH影响不显著。2)有机肥的施入提高了土壤有机质含量,改善了土壤结构,降低了土壤容重,同时提高了土壤含水率,增强了土壤的持水性能。3)就不同处理玉米产量和吸氮量来看,OM1/4处理玉米产量、籽粒含氮量和全植株吸氮量最高。同时,氮收获指数、氮肥当季回收率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等指标也较高。4)就氮素平衡状况来看,氮素输入量远大于作物吸收量和土壤残留量,有很大一部分无机氮损失掉。其中,OM1/4处理氮素表观损失量较小。综合有机无机肥配施对降低土壤盐分和作物养分吸收利用两者来看,在225 kg·hm-2氮用量条件下,OM1/4处理效果最好,既能在一定程度上降低土壤含盐量,又能维持较高的作物产量和氮素利用效率。同时对于改善土壤结构,提高土壤的保水性和土壤有机质含量都具有重要意义。
灌浆初期高温胁迫对不同耐热性小麦品种形态和产量的影响
冯波, 李升东, 李华伟, 王宗帅, 张宾, 王法宏, 孔令安
2019, 27(3): 451-461. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180578
摘要(816) HTML (55) PDF(459)
摘要:
研究灌浆初期高温胁迫对不同耐热性小麦品种的影响,有助于为耐热稳产性小麦品种选育提供方法,也可为小麦丰产抗逆栽培技术提供理论参考。以‘济麦22’(JM22)、056852品系(056852)、‘新麦26’(XM26)和‘藁城8901’(GC8901)4个不同耐热性小麦品种(系)为材料,通过灌浆初期(花后12~14 d)在田间搭建塑料棚模拟高温胁迫,研究高温胁迫对小麦形态和籽粒产量的影响。高温胁迫处理3 d,处理最高温度达43.13℃,处理日均温较不搭棚的田间对照温度在胁迫3 d中分别高10.48℃、9.71℃、9.84℃。结果表明:灌浆初期高温胁迫降低了小麦的植被覆盖指数和冠层叶绿素含量,JM22和056852高温胁迫处理与对照的NDVI值和冠层叶绿素含量在胁迫后差异不显著,而XM26和GC8901分别显著下降9.66%、6.26%和12.10%、10.73%。高温胁迫后不同耐热性小麦品种(系)籽粒灌浆持续期显著缩短,与对照相比,JM22、XM26、056852和GC8901籽粒灌浆持续期分别显著缩短1.4 d、2.4 d、0.8 d和3.0 d。千粒重和籽粒产量因高温胁迫显著降低,XM26和GC8901分别比对照产量降低11.43%和10.05%,JM22和056852产量分别降低6.41%和6.93%。综上,灌浆初期高温胁迫不同程度地加速了耐热性不同小麦品种(系)冠层叶绿素的降解,缩短了籽粒灌浆天数,减少了灌浆物质的积累,降低了籽粒产量。试验材料JM22耐热性和丰产性都较好;056852品系耐热性较好,产量一般;XM26和GC8901耐热性较差,产量较低。
基于投影寻踪模型的甘蓝型油菜产量因素评价
田效琴, 李卓, 李浩杰, 柴靓, 张锦芳, 陈红琳, 刘永红
2019, 27(3): 462-473. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.181012
摘要(806) HTML (13) PDF(471)
摘要:
明确油菜产量因素对产量的贡献对于有目的地选择油菜优良组合具有重要意义,而常用的评价油菜产量因素贡献大小的分析方法限制较多。为此,本研究以正常生长的12份早熟和38份晚熟甘蓝型油菜组合为材料,利用基于加速遗传算法的投影寻踪模型分别定量评价了早、晚熟油菜组合产量因素对产量的贡献,并将其与灰色关联度分析、主成分分析结果进行了对比分析,讨论了各分析方法对产量因素贡献评价的准确性。结果表明,早熟组合产量贡献最大的3项指标依次为主序有效角果数>有效分枝部位>二次有效分枝数,贡献率分别达到36.79%、24.02%和11.33%;晚熟组合产量贡献最大的3项指标依次为每角粒数>千粒重>有效分枝部位,贡献率分别达到29.81%、17.52%和14.75%。有效分枝部位对不同熟期组合产量均有较大贡献;除此之外,早熟组合产量的形成还较多依赖于生育前期的有效分枝数与有效角果数,晚熟组合产量的形成则较多依赖于生育后期的每角粒数与千粒重。基于投影寻踪模型的油菜产量因素评价能较准确地判断油菜实际产量,并在利用各种分析方法评价油菜产量因素对产量的贡献中发现,灰色关联度分析和主成分分析比投影寻踪模型评价准确性低。从油菜产量因素评价及产量预测综合考虑,基于投影寻踪模型的油菜产量因素评价及产量预测具有最高的准确性,可以优先作为甘蓝型油菜良种选育及产量预测的一种分析方法。
蒸渗仪测定滴灌枣树不同时间尺度下腾发强度特征
郭丹丹, 马英杰, 马亮
2019, 27(3): 474-483. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180529
摘要(631) HTML (18) PDF(541)
摘要:
为精确测定、准确模拟阿克苏地区滴灌枣树腾发过程,基于大型称重式蒸渗仪测定枣树全生育期逐时及逐日腾发强度(ET),利用水量平衡方程、PM公式及经典统计原理,分析不同时间尺度下叶面积指数(LAI)、气象因素[温度(I)、风速(V)、净辐射(Rn)]、表层土壤含水率(W)与枣树腾发强度的相关关系并建立预测模型。结果表明:枣树日内腾发强度呈单峰型变化趋势,夜间变化幅度较小且腾发贡献率低。枣树全生育期逐日腾发强度变化呈先增大后减小的趋势,花期的腾发强度最大,为4.42 mm·d-1;全生育期腾发总量为640.83 mm,其中花期和果实生长发育期耗水量占比较大,分别为38.61%和32.72%。在小时和日时间尺度上,影响腾发强度的主要因素不完全相同,且影响程度有所差异。综合考虑各影响因素,以萌芽期、花期、果实发育期为基础,分别建立以小时、日尺度下估算腾发强度的经验模型ET1(h)=0.153+0.004T+0.012V+0.176Rn+0.002W+0.067LAI、ET2(d)=-3.325+0.081T+0.163Rn+0.069W+2.089LAI,拟合度R2均在0.7以上,以果实发育期与成熟期数据对模型进行检验,纳什效率系数分别达0.63、0.80。经偏相关检验,冠层净辐射(Rn)对两种尺度的腾发强度均影响最显著,因此以枣树全生育期数据量为基础,仅建立冠层净辐射(Rn)与腾发强度的回归模型ET1(h)=-0.063 3Rn2+0.361 2Rn—0.003 7、ET2(d)=-0.018 3Rn2+0.684 7Rn–1.642 1,R2分别为0.704 7与0.743 6,可满足缺少数据支撑情况下的腾发过程估算。这些模型明确了阿克苏地区滴灌枣树腾发机制及影响程度,可为水分管理精准化提供计算基础。
农业资源与环境
基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析
张妍, 张秋英, 李发东, 张鑫, 毕直磊, 张强
2019, 27(3): 484-493. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180887
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摘要:
地下水硝酸盐(NO3-)污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO3-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO3-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO3-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO3-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明,地下水NO3-含量分布在0.1~197.0 mg·L-1,平均值为34.2 mg·L-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO3-最大含量[20 mg(N)·L-1,相当于NO3-含量90 mg·L-1]相比,有10%的样品NO3-含量超标。井深 < 30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO3-平均含量分别为25.9 mg·L-1、39.7 mg·L-1和20.1 mg·L-1。空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO3-含量较高。地下水NO3-的δ15N组成范围为0.72‰~23.93‰,平均值为11.62‰;δ18O组成范围为0.49‰~22.50‰,平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO3-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO3-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO3-平均贡献率高达56.2%,化肥的平均贡献率为19.3%,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO3-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。
省域农用地猪粪负荷强度时空演变分析
余文梦, 孙小霞, 苏时鹏
2019, 27(3): 494-506. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.180709
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摘要:
种养循环是解决农业面源污染,促进化肥减量化以及种植业和养殖业可持续发展的重要途径。测算并合理利用农用地粪便承载力是促进区域种养业循环的基础。为了通过种养业循环解决生猪养殖污染问题,本文运用排放系数法测算2007—2016年中国31个省(市、自治区)农用地猪粪负荷强度和承载潜力,并利用ArcGIS空间统计模型分析其时空格局演变特征,运用多元线性回归模型探讨农用地猪粪负荷强度时空分异的主要影响因素。研究结果表明:1)2007—2016年中国农用地猪粪负荷强度总体上并不高,平均值为4.148 t·hm-2,但省际差异较大。2)负荷强度总体上呈现先增后降特征,其中,青海和西藏呈现持续上升态势,新疆呈现“降-升-升”态势,宁川黔冀4个省域呈现持续降低态势,上海等12个省域呈现“升-升-降”,重庆等6个省市呈“升-降-降”态势,内蒙古等6个省域呈现“降-升-降”态势。负荷强度整体上表现出显著的空间自相关性,自相关性呈现先减弱后增强变动态势。热点区域呈向北部、西部转移趋势。3)城乡收入比、上一年成本利润率、人均猪肉消费量、人口密度、区位、人均农作物面积、河网密度和河流截面水质优良比例等因素对农用地猪粪负荷强度产生了显著影响。其主要通过市场规律、供给-需求关系、环境承载力、养殖规制和政府政策影响负荷强度变化。4)提出根据省域负荷强度热点北移西进的态势以及各地承载潜力,制定生猪养殖业区域规划和负面清单政策,引导种养业在一定区域内实现循环耦合等政策建议。