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2020年  第28卷  第6期

作物栽培与生理生态
药用植物连作障碍研究评述和发展透视
吴红淼, 林文雄
2020, 28(6): 775-793. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190760
摘要(710) HTML (23) PDF(591)
摘要:
连作障碍作为现代农业生产中较普遍的问题,在药用植物栽培生产中表现尤为严重,据统计约70%以块根类入药的药用植物在种植过程中都存在严重的连作障碍问题。连作障碍已经成为制约药用植物品质和发展的关键性因素。本研究从药用植物连作障碍问题研究现状出发,分析了当前药用植物连作障碍形成的三大共性问题,即根系分泌物诱导根际土壤酸化、根际微生物群落结构失衡和植株病毒病严重,具体体现在:根系分泌物诱导根际土壤微生物差异性演化、土传病原菌的化感互作、根际微生物区系的失衡加大土壤酸化、根际病原菌增多和有益菌减少导致的土存真菌病害加重、病毒病伴生和发展。并分析了土壤灭菌法、功能微生物调控、作物多样性栽培和生物质炭改良的根际调控策略在减缓药用植物连作障碍中的潜在作用。作者呼吁从事连作障碍研究的工作者应重视从根际生态学角度出发,以土壤食物网为切入点,应用现代系统生物学和化学生态学技术与方法,全面系统探究根系分泌物介导下植物-土壤-微生物的相互作用过程与机制,并着重关注土壤线虫和土壤病毒在连作障碍发生发展中的生态位关系,以深入阐明连作介导土壤酸化的生态学机制和病原菌响应根系分泌物的协同进化机理,在此基础上,采用多种根际调控相结合的策略减缓连作障碍问题,全面考虑经济、社会和生态效益,做到"生态预防为主、综合治理为要"。
马铃薯与玉米复合种植对土壤化感物质及土壤细菌群落结构的影响
刘贤文, 郭华春
2020, 28(6): 794-802. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190780
摘要(512) HTML (4) PDF(337)
摘要:
为探究马铃薯与玉米复合种植对化感物质积累与细菌群落结构的影响,分析轮作、间作缓解连作障碍的机制,本研究以马铃薯连作、玉米连作、马铃薯||玉米间作、马铃薯-玉米轮作第8年的土壤为对象,利用GC-MS测定土壤中化感物质含量,并采用Illumina Miseq高通量测序技术对土壤细菌16Sr DNA V4-V5区域进行测序,分析土壤中细菌多样性和群落结构的变化,并对化感物质和优势菌属进行相关性分析。结果表明:玉米连作和马铃薯连作会导致化感物质的积累,玉米连作土壤积累了更多的油酸、亚油酸、花生酸、木焦油酸等脂肪酸,马铃薯连作土壤积累了更多的硬脂醇、二十烷醇等脂肪醇类物质。轮作降低了大部分化感物质的积累,间作降低的化感物质种类相对轮作较少。不同种植方式下土壤细菌群落结构发生了显著变化,相对于连作,间作和轮作Ace指数和Chao指数显著升高。在门水平上,轮作土壤放线菌丰度显著高于马铃薯连作土壤,间作土壤拟杆菌门丰度显著低于玉米连作土壤,两种连作土壤中酸杆菌门丰度都较轮作显著升高。在属水平上,一些有益细菌如节杆菌属、溶杆菌属等在复合种植土壤中相对丰度更高。通过相关性分析发现土微菌属、小梨形菌属与脂肪醇类物质呈显著正相关,黄杆菌属、溶杆菌属、微杆菌属等与脂肪酸类物质呈显著负相关。马铃薯与玉米复合种植降低了化感物质在土壤中的积累,从而抑制了土壤细菌丰度的降低,提高了有益菌属丰度,消减了连作障碍。
界面阻隔材料对稻田产量、氮肥利用率和氨挥发排放的影响
王梦凡, 俞映倞, 杨梖, 侯朋福, 杨林章, 薛利红, 孙庆业
2020, 28(6): 803-812. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200049
摘要(443) HTML (7) PDF(273)
摘要:
氨挥发是稻田氮素损失的一个重要途径,有效控制稻田氨挥发对水稻增产减排具有重要意义。界面阻隔材料具有环境友好性和低成本的特点,可以作为一种截然不同的氨挥发减排方法。本研究比较分析了3种界面阻隔材料对水稻产量、氮肥利用率和氨挥发排放的影响,以期为水稻降本增效及减少环境污染提供技术支持。通过在稻田喷施表面分子膜材料和覆盖稻糠,比较了两种表面分子膜材料——聚乳酸(PLA)和卵磷脂(LEC)及稻糠(RB)施用后水稻产量及其构成、稻田田面水pH和铵态氮及硝态氮含量动态、稻田氨挥发及氮肥吸收利用的变化特征。结果表明,3种界面阻隔材料均显著增加了水稻产量,与常规施肥对照(CKU,无添加界面阻隔材料)相比增幅分别为13.0%(RB)、21.0%(PLA)和24.1%(LEC)。增产主要是因为有效穗数的增加,其中RB和PLA处理与CKU处理差异达显著水平;每穗粒数和结实率均无显著差异。LEC处理显著提高了氮肥利用率(19.0%),但RB处理氮肥利用率显著低于CKU。与CKU处理相比,3种界面阻隔材料的添加减少12.3%~19.9%的氨挥发量。PLA处理氨挥发减排效果最佳,达显著水平;其次为LEC处理。氨挥发减排可能与界面阻隔材料添加导致的田面水pH、铵态氮浓度变化和土壤铵态氮含量的增加有关。与CKU处理相比,所有处理均增加了田面水铵态氮浓度,但同时降低了田面水pH,且在水稻分蘖期影响较明显。其中PLA处理还提高了土壤铵态氮含量。本研究表明,稻田施加界面阻隔材料是稻田氨挥发减排以及增产增效的另一种可行的技术途径。
施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响
姚佳璇, 俄胜哲, 袁金华, 时晓娟, 车宗贤
2020, 28(6): 813-825. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190850
摘要(508) HTML (21) PDF(529)
摘要:
有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%~71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%~49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17 mg·kg-1和14.2 mg·kg-1;而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg-1、22.60 mg·kg-1和49.73 mg·kg-1。综上,等有机质(4 500 kg·hm-2)的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01 g·hm-2和221.30 g·hm-2,而种植玉米时应分别低于153.40 g·hm-2和347.04 g·hm-2
秸秆覆盖及播种方式对马铃薯耗水特性和产量的影响
钱玉平, 田慧慧, 程宏波, 马建涛, 柴雨葳, 李亚伟, 柴守玺
2020, 28(6): 826-834. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190722
摘要(400) HTML (10) PDF(318)
摘要:
为明确西北旱作雨养农业区不同秸秆带状覆盖种植模式下马铃薯耗水规律、水分利用效率及产量的变化规律,以地膜覆盖和露地种植(CK)为对照,设置4种秸秆带状覆盖模式(①种植带和覆盖带各40 cm、单行播种,②种植带和覆盖带各40 cm、双行播种,③种植带和覆盖带各50 cm、单行播种,④种植带和覆盖带各50 cm、双行播种),研究不同秸秆带状覆盖模式对旱地马铃薯耗水特性和产量的影响。结果表明:秸秆带状覆盖处理与CK相比,马铃薯薯块产量和水分利用效率平均分别显著提高34.0%、21.5%,分别平均较地膜覆盖显著降低31.3%、25.0%;其中40 cm覆盖种植结构产量和水分利用效率较50 cm覆盖种植结构分别明显提高4.5%和6.8%,双行播种较单行播种增产4.4%,二者水分利用效率无明显差异。秸秆带状覆盖条件下,播种-现蕾阶段的耗水量、耗水强度及耗水模系数平均较CK显著降低14.5%、15.2%、15.4%,平均较地膜覆盖显著增加20.9%、19.0%、31.5%;与CK相比,现蕾-块茎膨大阶段耗水量、耗水强度及耗水模系数无显著性差异,相比于地膜覆盖,则分别平均显著减少20.7%、22.2%、13.9%;块茎膨大-成熟阶段分别平均较CK显著提高51.7%、52.4%、50.0%。同时,相比于CK,单薯重、商品薯率分别显著提高17.3%、31.8%,单株结薯数和小薯率降低7.5%、17.6%。可见,秸秆带状覆盖栽培可通过降低现蕾前的耗水和增加块茎膨大后的耗水,一定程度上缓解马铃薯植株后期对水分的需求,延长块茎膨大后植株光合作用,提高有机物的积累量,从而提高薯块产量和水分利用效率。而秸秆带状覆盖中,单行种植以种植带:覆盖带=40 cm︰40 cm最好,双行种植以种植带︰覆盖带=50 cm︰50 cm较适宜。
四川省夏玉米机械粒收适宜品种筛选与影响因素分析
孔凡磊, 赵波, 詹小旭, 李小龙, 陈祥, 刘沁林, 袁继超
2020, 28(6): 835-842. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200036
摘要(404) HTML (6) PDF(313)
摘要:
为筛选适宜四川机械粒收夏玉米品种,明确玉米机械粒收质量影响因素,2017-2019年在四川省中江县开展了夏玉米机械粒收品种筛选试验研究,对参试28个玉米品种、98个品次机械粒收质量、籽粒含水率和产量数据进行分析。结果表明,玉米籽粒破碎率和落穗损失率高是四川夏玉米机械粒收存在的主要问题。夏玉米机械粒收籽粒破碎率平均为5.63%,杂质率平均为2.39%,落穗损失率平均为4.12%,籽粒总损失率平均为4.76%,其中落穗损失占籽粒总损失的86.55%。籽粒含水率与籽粒破碎率、杂质率、落粒损失率呈显著正相关,而与落穗损失率、籽粒总损失率相关不显著。收获时较高的籽粒含水率是导致籽粒破碎率高的主要原因,适当推迟收获时间可有效降低籽粒含水率,进而降低机械粒收籽粒破碎率。种植行距与收获机械行距不匹配导致错行收获是落穗损失率高的主要原因,保证收获机对行收获可显著降低落穗损失率,进而降低籽粒总损失率。本研究以玉米产量和机收时籽粒含水率为指标,筛选出产量高、籽粒含水率低的‘仲玉3号’‘渝单30’‘正红6号’‘延科288’4个玉米品种,可作为四川省夏玉米适宜机械粒收的品种。
玉米强弱势粒间机械脱粒破碎率的差异
赵波, 吴雅薇, 李小龙, 陈祥, 邓长春, 朱骁雍, 袁继超, 孔凡磊
2020, 28(6): 843-851. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200111
摘要(547) HTML (8) PDF(286)
摘要:
为明确机械脱粒时玉米强弱势粒间破碎率的差异及其影响因素,选用2个玉米品种,将玉米分强弱势粒分别机械脱粒,比较分析3次机械脱粒日期(8月9日、8月16日、8月23日)强弱势粒的含水率、百粒重、力学强度、淀粉粒形态和破碎率。结果表明,参试品种‘仲玉3号’在8月9日、8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率均高于强势粒,‘先玉1171’在8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率也均高于强势粒;不同机械脱粒日期强势粒的含水率和百粒重显著高于弱势粒,同时较弱势粒具有明显的力学强度优势。籽粒顶面压碎强度和胚部压碎强度与破碎率呈极显著和显著负相关(r=-0.46**r=-0.34*),可更好地反映籽粒耐破碎能力;强势粒的角质胚乳淀粉粒大于弱势粒,强势粒的粉质胚乳淀粉粒主要呈多面体,弱势粒主要呈球体。强弱势粒含水率差异难以反映其耐破碎能力,粒重和力学强度差异是造成强弱势粒破碎率差异的重要原因。
棉花根系和叶片质外体汁液分离方法的改进
王果, 冯康, 李倩, 薛惠云, 李丽杰, 张志勇
2020, 28(6): 852-859. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200092
摘要(436) HTML (8) PDF(374)
摘要:
质外体汁液(apoplastic washing fluid,AWF)在植物生长发育和抵抗生物及非生物逆境方面发挥着重要作用。目前普遍采用真空渗透离心法提取质外体汁液,但具体提取流程和条件却因植物培养条件、种类和器官等不同而不同。本试验以营养液培养的棉花幼苗为材料,改进了棉花根系和叶片AWF分离的取样方法、渗透条件和离心参数等。结果表明,相对于通常的非整体取样,改良后整体取样简单易操作且显著降低了质外体与共质体的苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,MDH)活性比值,更适宜开展质外体汁液组分研究。根据真空渗透鲜重增加和AWF稀释因子,进一步证明根系不用真空渗透;而叶片需真空渗透,适宜真空强度/时间为-60 kPa/1 min,真空后恢复到正常压强约110 s。证明叶片颜色变深面积可作为判定真空渗透强度或时间是否适宜的一种简易可行方法。最后,AWF体积、质外体与共质体的可溶性蛋白含量比值和MDH活性比值综合分析表明,棉花根系适宜离心力大小/时间长度为800×g/10~20 min,叶片为400×g/5 min。本改进方法为棉花AWF组分,如蛋白质组学和代谢组学等研究结果的准确性和可靠性奠定了基础,为其他作物AWF分离方法的优化提供了参考。
农业资源与环境
重金属污染农田安全利用:目标、可选技术与可推广技术
李小方
2020, 28(6): 860-866. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200103
摘要(663) HTML (17) PDF(442)
摘要:
当前,土壤重金属污染研究的主要任务之一是形成安全利用可推广技术方案。那么,当前科学界是否有能力提供这样一个方案?本文在分析土壤污染防控基本概念和决策树的基础上,系统解析了如下问题:污染农田安全利用的目标、技术选项、可推广技术标准和形态。我们认为污染农田安全利用有狭义和广义之分,以主粮区籽粒安全生产为目标的狭义安全利用技术研发是当务之急;安全利用技术的标准是农作物可食用部位的重金属含量达标,而不是土壤重金属钝化效果;重金属从根部到地上部的转运能力是作物筛选和改造的关注重点;低镉作物品种选育与推广有可能零成本地实现轻微镉污染农田安全利用,而钝化剂/土壤调理剂在优选以后将逐渐提高适合安全利用的农田镉污染上限;成本、效果和土壤生态效应是可推广安全利用技术的重要评价标准,可推广安全利用技术的形态受限于农业生产过程,需要以种子、肥料和农艺等形式交付使用者。这些系统分析,有利于安全利用技术研究从"百花齐放"向可推广技术转变,并最终服务于《土壤污染防治行动计划》污染农田安全利用目标。
续断菊与玉米间作的铅累积及根系低分子量有机酸分泌特征研究
秦丽, 何永美, 王吉秀, 李博, 蒋明, 李元
2020, 28(6): 867-875. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190841
摘要(337) HTML (9) PDF(230)
摘要:
为探明间作作物根系分泌低分子量有机酸对土壤重金属生物有效性的影响,采用矿区周边农田土壤进行室内盆栽试验,研究了云南本土超累积植物续断菊(Sonchus asper L.Hill)和玉米(Zea mays L.)间作下,植物生长、根系低分子量有机酸分泌量、根际土壤Pb提取形态以及植物Pb积累特点。结果表明:与单作相比,间作续断菊地上部和根部生物量、根长、根内径和根系体积均显著增加(P < 0.05);间作玉米根部生物量、根长、根内径和根系体积显著增加(P < 0.05)。柠檬酸、草酸是续断菊和玉米根系分泌的主要低分子量有机酸,间作导致续断菊根系低分子量有机酸的分泌量增加,玉米根系低分子量有机酸的分泌量降低。续断菊根际土壤生物有效态Pb含量增加85.2%(P < 0.05),而玉米根际土壤生物有效态Pb含量降低26.1%(P < 0.05)。续断菊体内Pb含量显著增加18.0%~43.2%(P < 0.05),富集系数提高26.0%,而转运系数降低42.0%;玉米地上部Pb含量显著降低24.3%(P < 0.05),转运系数降低43.1%。续断菊根系分泌的柠檬酸和草酸数量,均与土壤生物有效态Pb含量呈显著正相关,且土壤有效态Pb含量分别与续断菊地上部和根部的Pb含量呈显著正相关。表明间作增加了续断菊对Pb的吸收积累量,与间作体系植物根系分泌的低分子有机酸介导下的土壤有效态Pb含量增加密切相关。
华北平原灌溉麦田水分利用效率的SEM多因素影响研究
张传伟, 齐永青, 戴茂华, 张玉翠, 沈彦俊
2020, 28(6): 876-886. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190924
摘要(1041) HTML (4) PDF(227)
摘要:
水分利用效率(WUE)常被嵌入到多种生态系统模型中,用于评估生态系统对气候变化的响应。然而,自然条件下多种因素不仅直接影响WUE,还通过影响冠层结构等间接影响WUE,其中的影响机制仍不明晰。为了明确多种因素对冬小麦WUE的协同影响,本研究基于2015年(温暖湿润年)和2016年(温暖干旱年)涡度相关系统观测的小麦关键生育期(返青、拔节、抽穗、灌浆)的数据,分析了WUE的变化,并借助结构方程模型(SEM),以叶面积指数(LAI)为中间变量,分析了多种因素[净辐射(Rn)、空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、风速(WS)、土壤含水量(SWC)]对WUE的影响机制。结果表明,2015年平均WUE为1.52 g(C)·kg-1(H2O),2016年平均WUE为1.22 g(C)·kg-1(H2O)。不管在温暖湿润年还是温暖干旱年,Ta、LAI和VPD均是影响WUE的主要因素。WUE随LAI增加而增加,Ta增加也有助于提高WUE,而当温度相近时,VPD增加会降低WUE。Ta、LAI和VPD对WUE的影响在温暖湿润年和温暖干旱年重要性程度不同,温暖湿润年最重要的影响因素为LAI,温暖干旱年为Ta;VPD在温暖湿润年既直接影响WUE,同时又通过影响LAI的变化间接作用于WUE,但在温暖干旱年仅具有直接影响。Rn在温暖干旱年和温暖湿润年表现也不相同:在温暖湿润年对WUE具有显著的影响,在温暖干旱年影响不显著,这与温暖湿润年降雨量大及降雨频次高有关。显然,模拟WUE时考虑不同年份气象条件会使结果更为准确。WS未对WUE产生显著的影响,潜在原因可能是其对冠层上部接收辐射充足的叶片影响较大,而对冠层内部叶片无显著影响。农田生态系统不同生育阶段对辐射、温度等的耐受性及响应方式不同,SEM可以将LAI设置为中间变量以综合这种阶段性的变化,因此,对于冠层结构季节变幅大的生态系统,SEM是研究其环境控制机制的有力工具。这些研究结果可为今后精确模拟生态系统WUE以及预测WUE对气候变化的响应提供科学依据。
基于空间自相关的1975—2015年玛纳斯河流域耕地时空特征变化分析
朱磊, 杨爱民, 夏鑫鑫, 武红旗
2020, 28(6): 887-899. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190624
摘要(388) HTML (5) PDF(402)
摘要:
为揭示耕地空间分布特征与变化趋势,本研究以玛纳斯河流域为例,基于7期(1975年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年)土地利用数据提取流域耕地信息,采用空间自相关、重心模型、标准差椭圆、地学信息图谱等方法,分析1975-2015年流域耕地空间格局演变特征。结果表明:耕地空间分布存在显著全局正相关,局部空间异质性较强,耕地在时间序列上呈现先减弱后增强再减弱的集聚态势,最终形成以沙湾县商户地乡与石河子市北泉镇为左、右核心的"高-高"集聚分布。耕地空间变化总体呈现西北方向的明显偏移,耕地重心迁移速度经历"缓慢(1975-1995年)-加速(1995-2005年)-减速(2005-2015年)"过程。1995年后标准差椭圆空间分布格局在西北方向愈加明显,椭圆面积大幅增长,耕地涨幅不断增强,并有继续向流域北部荒漠区扩张的趋势。LISA频率图谱中稳定不变与低频区域占比合计达84.58%,耕地空间格局相对稳定。1975-2015年耕地聚集状态主要变化特征表现为"低-低"集聚和"低-高"集聚向"高-高"集聚的转变,流域耕地呈现高密度扩增式发展。通过构建LISA频率图谱,结合重心模型与标准差椭圆较为全面地、动态地掌握了区域耕地空间演变趋势,为耕地资源的科学管理与有效保护提供理论基础与决策依据。
Changes in agricultural resource input and productivity in Kenya and China
Dorris Chebeth, BAI Zhaohai, MA Lin
2020, 28(6): 900-909. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200019
摘要(448) HTML (12) PDF(342)
摘要:
Both Kenya and China are facing great challenges in feeding their populations; this is particularly problematic in Kenya, where the population will be projected to increase by 1.4 times from 2018 to 2100. Food production has been greatly improved in China, but it still lags behind in Kenya. In this study, we systematically compared the changes in agricultural resources and crop/livestock productivity, as well as their relationships with the resource input levels and agricultural production structure, to try to provide insights into reducing food insecurity and poverty in Kenya. Our results revealed that Kenya had 2-3 times more natural resources, such as cropland, grassland, and annual precipitation, per capita than did China in the 1960s, which was similar to the daily food energy and protein supply. Currently, Kenya still has higher natural resources per capita, but has lower food security and quality when compared to China. This is due to the continued rapid increase in crop and livestock productivity regarding energy and protein production in China. From 1961 to 2017, crop protein productivity increased by 44% in Kenya, while in China it increased by 282%. Our results showed that crop and livestock productivity positively correlated with the input of fertilizers, concentrate feeds, machinery, and pesticides, as seen in China. Meanwhile, the structure of crop and livestock production also showed a large impact on the changes in productivity, such as the harvest area of vegetables/fruits to the total harvest area and the ratio of monogastric animals for livestock production. Overall, both agrochemicals and structure have strong impacts on the increase in productivity, and these could be potential options in Kenya to improve productivity due to the low input of resources into crop and livestock production.
农业生态经济与生态农业
华北平原春绿豆-夏玉米种植模式经济效益和碳足迹评价
王上, 李康利, 聂江文, 杨亚东, 臧华栋, 曾昭海
2020, 28(6): 910-919. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190916
摘要(536) HTML (17) PDF(297)
摘要:
华北平原是我国重要的粮食生产基地,长期集约化的冬小麦-夏玉米种植导致氮肥施用过量、地下水超采及碳排放增加等生态环境问题日益突出。因此,调整现有种植结构,构建资源节约型种植制度对缓解该区域生态环境问题具有重要意义。为明确新型春绿豆-夏玉米模式的可行性,本研究基于大田试验和生命周期评价方法(life cycle assessment,LCA),定量评估了春绿豆-夏玉米模式与冬小麦-夏玉米模式的产量、经济效益、碳排放和碳足迹。结果表明,春绿豆-夏玉米模式中绿豆与玉米的产量分别为1 760.1 kg·hm-2和8 775.8 kg·hm-2,当量产量(换算为玉米产量)为18 833.4 kg·hm-2,比冬小麦-夏玉米模式低20.4%(P < 0.05);周年净收入为27 085 ¥·hm-2(包括每年7 500 ¥·hm-2的冬季休耕补贴),比冬小麦-夏玉米模式高20.2%;周年碳排放为4 642.1 kg(CO2-eq)·hm-2,比冬小麦-夏玉米模式低36.1%;单位产值碳足迹为0.17 kg(CO2-eq)·¥-1,比冬小麦-夏玉米模式低48.5%(P < 0.01)。综合来看,在华北平原引入春绿豆-夏玉米模式部分替代传统冬小麦-夏玉米模式,能够改善种植结构,同时提高农民收入、降低农业生产系统碳排放和碳足迹。
秸秆热解气化工程生态价值量估算方法研究
王莹, 王亚静, 王红彦, 王环, 毕于运
2020, 28(6): 920-930. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190563
摘要(334) HTML (15) PDF(306)
摘要:
秸秆热解气化工程是一项高质消纳秸秆资源的生态生产工程,工程项目将秸秆资源转换产出"气、炭、油、液",实现了秸秆资源的生态价值,对我国农业领域落实国家节能减排任务具有重要实践意义。准确估算秸秆热解气化工程的生态价值量,提供系统全面的定量评价指标体系与计算方法,是有效推动农业绿色发展的重要科学依据。本研究基于生态价值理论中的二分法理论,对秸秆热解气化工程生态价值量的构成进行分析,得出秸秆热解气化利用项目主要产生的生态效益资产由减排效益资产与废弃资源商品化资产共同构成。据此,建立了秸秆热解气化工程生态价值量估算总公式,即:秸秆热解气化工程生态价值量(VPE)=秸秆热解气化工程减排效益货币价值(VEB)+秸秆资源产品经济价值(VRC)。在计算过程中,选取生命周期分析(LCA)法计量秸秆热解气化工程项目的净减排量,并借助二氧化碳影子价格将净减排量进行货币化,得到工程减排效益资产(VEB);而后,计算出通过生态生产项目实现的秸秆资源产品经济价值(VRC);最终,将VEBVRC加总,得到秸秆热解气化工程生态价值量(VPE)。本研究在方法构建的同时,采用文献调研法对各个计算环节所需参数的选取进行了分析与对比,提供了计算过程所需的参数体系。本研究在方法研究与参数研究一体化研究过程中,力图在以下3个方面取得实质性的突破和创新:一是不仅局限于从减排效益视角进行分析与研究,系统全面构建秸秆热解气化工程项目生态价值量估算模型。二是明确将项目生态"潜在价值"合理转化为市场"真实价值",以货币价值形式对秸秆热解气化项目生态效益进行计价衡量。三是本研究在终端能源产品替代减排量估算研究过程中,考量了不同技术工艺水平和产品的能源转换率对温室气体排放的影响。
土地生态安全预警系统设计与实现
张成, 黄芳芳, 尚国琲
2020, 28(6): 931-944. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190782
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摘要:
土地生态安全问题是区域生态安全的核心问题之一。定量化、可视化、自动化的评价和预测土地生态安全状况并进行实时预警,对土地资源的可持续利用具有重要意义。本文以河北省为研究实例,基于PSR(压力、状态、响应)模型构建了土地生态安全评价指标体系,采用投影寻踪模型对土地生态安全状况进行评价,采用主成分相关分析法诊断土地生态安全的主要影响因子,采用空间差异系数模型分析了土地生态安全的时空格局,采用马尔科夫预测模型对土地生态安全水平进行预测,通过划分土地生态安全预警等级建立了预警机制,并利用MATLAB的图形用户界面(GUI)开发了土地生态安全预警系统。结果表明:1)2010-2018年,河北省土地生态安全指数呈不断增长态势,由0.300上升到0.611,年均增长率为12.92%,土地生态安全状态由"恶化级"转变为"敏感级",预警等级由"巨警"转变为"中警",土地生态安全总体水平仍然较低。2)土地生态安全主要限制因子是人口密度、工业化率、单位播种面积农药负荷、单位土地工业三废负荷、城市建设用地比重、工业用地比重和GDP能耗等。3)河北省各地级市土地生态安全区域差异性不断缩小,近年趋于平稳,至2018年,空间差异系数为32.54%,各市之间的差异性仍然不容忽视,大部分地级市土地生态安全状态处于"敏感级",预警等级为"中警",土地生态安全水平有待进一步提高。4)2019-2025年,河北省土地生态安全指数呈稳步上升趋势,到2025年为0.834,达到"较安全级",预警等级为"轻警",土地生态朝着良性方向发展的潜力较大。