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2021年  第29卷  第5期

农业生态系统及其调控
区域景观中生境特异性对昆虫多样性的影响——以西双版纳为例
张翔, 卢志兴, 王庆, 高舒桐, 唐春英, 李巧, 陈又清
2021, 29(5): 771-780. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200684
摘要(270) HTML (106) PDF(285)
摘要:
生境特异性(habitat-specific)在维持生物多样性上发挥着重要作用。本研究旨在了解在区域景观中,不同类型生境对不同类群昆虫多样性的贡献及群落结构差异,从大尺度上探讨昆虫多样性分布格局和维持机制。于2019年8—9月,在西双版纳地区利用样线调查法,调查了保护区、次生林、人工林和农田4种生境中蝴蝶、蝽和甲虫的物种数、特有物种数,分析了昆虫群落的生境特异性指数、群落结构相似性及物种丰富度与生态因子的关系。共采集昆虫2588头,其中蝴蝶94种(744头),蝽197种(1094头),甲虫129种(750头),保护区的昆虫物种数和特有物种数均高于其余类型生境。保护区昆虫群落的生境特异性指数实测值高于期望值,而其余类型生境昆虫群落的生境特异性指数实测值均低于期望值;不同类型生境间,3个类群的昆虫群落汇总的生境特异性指数不存在显著差异(F3,57=2.054),甲虫生境特异性指数差异显著(F3,55=3.478),蝴蝶(F3,38=1.504)和蝽类(F3,53=1.153)生境特异性指数差异不显著。群落结构相似性分析显示,保护区和农田的3个类群昆虫群落汇总的群落结构差异显著;次生林和人工林的蝴蝶群落结构差异显著,保护区和次生林的蝽类群落结构差异显著,甲虫昆虫群落结构差异不显著。本研究还发现,只有生境类型对昆虫群落的物种丰富度产生的影响极显著(P < 0.01),而其他生态因子的影响不显著。在大尺度区域景观中,保护区对昆虫群落的多样性影响最大,生境类型与昆虫群落的物种丰富度密切相关,保护较好的天然林是维持区域昆虫群落分布格局和多样性的重要机制。
江苏省农牧系统磷元素流动特征及其影响因素分析
余乐, 郭浩浩, 付阳, 赵洪伟
2021, 29(5): 781-791. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200526
摘要(147) HTML (20) PDF(168)
摘要:
探明江苏省农牧系统磷素流动特征及其影响因素,可为农牧生产体系可持续发展提供理论依据。通过文献调研、数据分析等方式,结合NUFER(NUtrient flows in Food chains,Environment and Resources use)模型,定量分析了江苏省1998—2018年间农牧生产体系的磷素流动特征,明确了农牧系统磷元素流动影响因素。结果表明:1998—2018年,江苏省农牧系统磷素输入总量由423.19 Gg下降至382.86 Gg,主要减少的输入项为化肥和外源饲料,其中单位耕地面积化肥磷素投入量由78.78 kg·hm-2降至67.27 kg·hm-2,外源饲料磷供应量由58.07 Gg降至46.54 Gg;农牧系统输出项中,磷素输出总量由194.24 Gg增至255.06 Gg,主要输出项为作物主产品和动物副产品,其中作物主产品磷素携出量增幅较大,由77.53 Gg增至131.86 Gg;农田生产子系统的磷素利用率由31.82%上升至52.46%,畜牧生产子系统的磷素利用率变化较小,维持在27.67%~35.31%。农牧系统磷素利用率趋势与农田生产子系统的利用率趋势较为一致,由16.55%上升至32.24%;单位农牧产品磷素损失呈下降趋势,由0.26 kg(P)·kg-1下降至0.12 kg(P)·kg-1。1998—2018年间,江苏省农牧业发展迅速,磷素总输入量逐年下降,农牧产品产量逐年上升,磷素环境总损失量(径流、侵蚀、淋溶和粪尿损失)逐年下降。受化肥投入量减少、测土配方、种植及养殖结构调整等因素影响,农牧系统磷素利用率略高于全国平均水平,养分管理取得初步成效,但仍有一定的进步空间。为促进江苏省农牧业可持续发展,应进一步控制磷肥输入、加大有机肥和本地饲料输入量、提高秸秆和畜禽粪便综合利用率、调整种植结构和养殖布局,发展小麦、玉米、水蜜桃、草莓种植业,限制蛋鸭养殖业。
稻蛙共作对水稻-紫云英轮作系统氨挥发的影响
陈慧妍, 沙之敏, 吴富钧, 方凯凯, 徐春花, 杨晓磊, 朱元宏, 曹林奎
2021, 29(5): 792-801. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200657
摘要(185) HTML (19) PDF(165)
摘要:
氨挥发是稻田氮素损失的主要途径之一,探究稻田生态种养模式对稻田土壤氨挥发产生的影响,可为该模式的生态环境效益评价提供理论依据。为评估稻蛙共作模式对水稻-紫云英轮作系统氨挥发的影响,通过开展田间小区试验,采用密闭式间歇抽气法采集氨气,对水稻-紫云英轮作系统的土壤氨挥发及其影响因素进行研究。试验共设置3个处理:空白对照(CK,不施肥,不放蛙)、常规水稻种植模式(CR,施化肥,不放蛙)、稻蛙共作模式(RF,施化肥,放蛙)。结果表明:稻蛙共作模式水稻季氨挥发累积量为47.02 kg·hm-2,占当季施氮量12.9%;其后茬紫云英季的氨挥发累积量为16.27 kg·hm-2;全年轮作系统的氨挥发累积量为63.29 kg·hm-2,较常规水稻种植模式的氨挥发累积量降低15.3%。稻蛙共作模式全年水稻-紫云英轮作系统的氨挥发累积量占施氮量的比例为17.4%,显著低于常规水稻种植模式所占比例(20.5%)。水稻田面水的铵态氮浓度是影响水稻季氨挥发的主要因素,水稻田面水pH、水温、气温、风速等因素的影响次之,随温度上升,水稻田面水铵态氮浓度对氨挥发速率的影响逐渐增大。放蛙对水稻产量、水稻产量构成因素、氮肥利用效率及后茬作物紫云英产量的影响不显著。综上所述,稻蛙共作模式在水稻-紫云英轮作系统中具备一定的氨减排潜力,但该模式对稻田氨挥发影响的长期效应及其影响机理仍需进一步研究。
蓝光和黄光组合对设施黄瓜烟粉虱的控制作用
韩杜斌, 陈向荣, 周福才, 吴晓霞, 赵明, 陈学好
2021, 29(5): 802-808. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200727
摘要(156) HTML (38) PDF(115)
摘要:
烟粉虱是黄瓜的主要害虫,利用非化学措施控制烟粉虱对于黄瓜绿色生产具有重要意义。为探讨光驱避对设施蔬菜烟粉虱的控制作用,应用RGB值与虚拟波长的关系在计算机上模拟不同波长的颜色,根据烟粉虱对不同光质的选择率,筛选出对烟粉虱有驱避作用的敏感光质,在此基础上,调查该光质处理下设施黄瓜烟粉虱种群的变化情况以及该光质与多种光质联合使用对烟粉虱的控制作用。结果表明,RGB值为0,0,255(波长为470 nm的蓝色)的颜色对烟粉虱成虫的驱避率最高。黄色和绿色对烟粉虱有较强的诱集作用,烟粉虱的选择率分别为54%和42%;但在黄光和绿光打开的环境中再加入蓝光后,烟粉虱对黄光和绿光的选择率分别提高到68%和56%。在黄光和绿光共存的环境中加入蓝色光,可以加速烟粉虱从绿色区域向黄色区域的迁移。在大棚黄瓜田,蓝光照射后烟粉虱的种群数量迅速下降,并且随着光照射时间的延长,黄瓜上烟粉虱数量下降幅度增大,光照射6 d后烟粉虱的校正虫口减退率达92.76%。蓝光和黄光联合使用,在开启蓝光前先打开黄光,可以增强对黄瓜烟粉虱种群的控制作用,处理10 d、20 d、30 d后,黄瓜叶片上烟粉虱校正虫口减退率较不开黄光分别提高13.80%、18.17%、15.10%。研究发现,蓝光照射对烟粉虱有强烈的驱避作用,蓝光和黄光配合使用可以提高对烟粉虱的控制作用。
作物栽培与生理生态
不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响
高聪帅, 邵立威, 闫宗正, 李璐, 陈素英, 张喜英
2021, 29(5): 809-820. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200698
摘要(170) HTML (14) PDF(370)
摘要:
冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L-1淡水(F)、3 g·L-1微咸水(S3)、4 g·L-1微咸水(S4)、5 g·L-1微咸水(S5)4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作,CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0~20 cm土层盐分控制在1 g·kg-1以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗,S3、S4和S5处理0~40 cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1 m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5 g·L-1的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0~1 m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。
不同供钾水平下胡麻木质素代谢及其抗倒伏特性研究
刘玄, 董宏伟, 高玉红, 剡斌, 崔政军, 李玥, 吴兵
2021, 29(5): 821-832. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200823
摘要(145) HTML (15) PDF(339)
摘要:
为了探讨供钾水平对胡麻抗倒伏特性的调节机理,以‘陇亚11号(V1)’和‘定亚23号(V2)’为材料,设不施钾[K0,0 kg(K2O)·hm-2]、低钾[K1,30 kg(K2O)·hm-2]、中钾[K2,60 kg(K2O)·hm-2]和高钾[K3,90 kg(K2O)·hm-2]4个供钾水平,共8个处理的裂区试验,分析不同供钾水平对胡麻茎秆木质素含量、木质素合成相关酶活性、茎秆力学特性和抗倒伏指数及产量的影响。结果表明,不同供钾水平,植株物理性状与倒伏的关系主要体现在青果期至成熟期,胡麻抗倒伏指数与茎粗呈显著正相关(P < 0.05),与株高和重心高度呈负相关。胡麻茎秆木质素含量随生育时期及供钾量不同而有所差异,苗期至盛花期,施钾后V1和V2木质素含量均在K2处理下较高;青果期至成熟期,K3处理下V1和V2木质素含量较K0处理平均显著增加17.68%和23.25%,其中,青果期不同品种、施钾及二者互作对木质素含量影响均达极显著水平(P < 0.01)。K2处理提高了现蕾期—青果期胡麻茎秆的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性及现蕾期V1品种酪氨酸解氨酶(TAL)活性,而K3处理提高了V2品种TAL活性;钾肥显著影响青果期胡麻茎秆肉桂醇脱氢酶(CAD)活性,2个品种CAD活性施钾较不施钾分别平均增高31.96%和12.09%;V1、V2品种过氧化物酶(POD)活性提升效应的适宜供钾量分别为K2、K1水平。V1品种茎秆抗折力和抗倒伏指数K2和K3处理较K0分别上升45.68%、48.90%和16.86%、31.92%,V2品种则分别上升84.32%、77.50%和1.89%、14.49%。相关分析表明,青果期,4种木质素合成相关酶与木质素和抗倒伏指数存在正相关。施钾后,2个品种均在K3处理下籽粒产量最高,分别较K0增产10.71%和17.77%,V1供钾处理间产量无显著差异,V2产量K2、K3处理较K0分别显著高出12.24%和17.77%。可见,品种是胡麻木质素积累进程中重要的影响因子,钾肥对木质素含量及其代谢相关酶活性具备一定的协同提升效应。在本试验及类似农田生态类型环境下,中、高供钾水平[60~90 kg(K2O)·hm-2]有利于促进胡麻茎秆木质素合成积累,有效地防止胡麻倒伏,为其高产稳产奠定一定基础。
长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素
王静, 王磊, 刘耀斌, 章欢, 张辉, 汪吉东, 吴建燕, 张永春
2021, 29(5): 833-843. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200583
摘要(171) HTML (79) PDF(368)
摘要:
基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比,NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤pH以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤pH、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中pH是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤pH是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。
不同覆盖方式对新复垦区土壤水热及春玉米产量的影响
王娟, 张瑜, 黄成真, 庄晔, 冯绍元
2021, 29(5): 844-854. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200627
摘要(125) HTML (65) PDF(193)
摘要:
随着城市化进程的加速发展,我国净耕地面积持续减少,合理开发利用潜在土地资源,对于保障我国粮食安全具有重要意义。为了探讨不同覆盖耕作方式对新复垦区土壤水热及作物生长的影响,通过2018年和2019年连续两年田间试验,研究了传统耕作(CK)、地膜覆盖(FM)、秸秆深埋(BS)和秸秆深埋+地膜覆盖(F+S)4种处理对土壤水分、温度和春玉米生长及产量的影响。结果表明:2018年,F+S、BS、FM处理玉米生育期内0~20 cm及20~40 cm土层平均土壤含水率分别较CK增加24.4%、16.5%、12.6%及9.1%、3.2%、3.7%。2018年玉米苗期,0~100 cm土壤蓄水量表现为FM>F+S>CK>BS,明显表现为有覆膜处理(F+S和FM)的土壤蓄水量高于不覆膜处理(BS和CK)。2019年玉米苗期,土壤蓄水量则表现为F+S > BS > FM > CK。与CK相比,春玉米全生育期不同覆盖耕作处理条件下各土层(5~25 cm)土壤温度均有所提高,具体表现为F+S > FM > BS > CK,各处理土壤温度随土层深度表现为降低趋势。以表层5 cm土壤温度增幅最大,覆盖耕作处理的增温效应在全生育期表现为前期明显而后期弱化。各处理株高变化趋势一致,在播种后70 d左右达到峰值,随后出现小幅度下降并最终保持稳定。试验期,株高和叶面积均表现为地表有覆膜的处理高于未覆膜处理(P < 0.05)。2018年,F+S、BS和FM处理玉米产量均显著高于CK(P < 0.05),2018年和2019年,各处理产量分别较CK增加17.0%、13.5%、6.6%和30.5%、23.9%、3.8%。产量构成逐步回归分析结果表明,穗长对产量的影响最大,产量与穗行数和百粒重呈正相关关系。秸秆深埋+地膜覆盖处理(F+S)可以综合发挥二者优势,有效调节土壤水热状况,改善土壤环境,促进作物生长发育,从而获得较高的产量,可作为新复垦区春玉米适宜的种植管理方式。
密度对春玉米生理成熟后倒伏变化的影响
张冬梅, 杨柯, 姜春霞, 张伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲
2021, 29(5): 855-869. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200592
摘要(230) HTML (30) PDF(214)
摘要:
晋中盆地热量资源丰富,后期可供春玉米立秆脱水时间充足,抗倒性是该区域实施春玉米机械粒收的关键因素。增密种植与立秆延期收获是机械粒收技术发展和推广的重要措施,而玉米生长后期倒伏是限制种植密度进一步提升的重要因素,如何合理选择种植密度同时兼顾高产和抗倒就成为该区域实施春玉米机械粒收技术面临的重要问题。为此于2017—2019年在山西省农业科学院东阳试验示范基地,以29个玉米主栽品种和已审定、待审定、有潜力的宜机收品种为材料,分析了春玉米3个种植密度(6.0万株·hm-2、7.5万株·hm-2和9.0万株·hm-2)下生理成熟后倒伏情况。结果表明,随着种植密度增加,春玉米生理成熟期平均倒折率分别为0.4%、1.2%和2.5%,生理成熟后平均倒折率呈显著(P < 0.05)增加,且每推迟10 d玉米倒折率分别平均增加0.2个、0.7个和1.5个百分点。根据拟合方程,以GB/T 21962—2008规定的玉米机械粒收条件倒折率小于5%为标准,9.0万株·hm-2仅可立秆至10月2日,7.5万株·hm-2和6.0万株·hm-2可充分利用当地积温立秆脱水至11月。根据收获期产量和倒折率双向平均法,3年都稳定表现出高产抗倒的品种为‘金科玉3306’(7.5万株·hm-2)、‘金科玉3306’(9.0万株·hm-2)、‘迪卡517’(7.5万株·hm-2)和‘华农887’(7.5万株·hm-2),收获期平均产量为14 091.8 kg·hm-2,平均倒折率为1.7%,可推荐为该区域春玉米适宜机械粒收的品种和密度。一般可根据降水年型、灌溉条件以及品种耐密性等,合理选择6.0万株·hm-2或7.5万株·hm-2两种种植密度,以实现高产抗倒,最终提高春玉米机械粒收产量和质量。
The rapid chlorophyll a fluorescence characteristics of different cotton genotypes reflect differences in leaf senescence
XUE Huiyun, WANG Sufang, ZHANG Xin, ZHANG Zhiyong
2021, 29(5): 870-879. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200888
摘要(128) HTML (11) PDF(225)
摘要:
The light reactions of photosystem Ⅱ (PSⅡ) is greatly associated with the photosynthetic capacity. In order to capture more detailed information describing the status of PSⅡ during leaf senescence and rapidly screen cotton (Gossypium L.) genotypes with different duration of photosynthetic capacity, the PSⅡ photochemistry of the first leaves counted from the stem top of three cotton genotypes ('Baimian1' 'Baimian5' and 'DP99B') presented different leaf senescence progresses in production were examined by chlorophyll a fluorescence (Chl F) analysis during leaf senescence. The results showed that 'Baimian1' 'Baimian5' and 'DP99B' were late, intermediate and early aging types, respectively, based on the performance index of light absorption (PIABS). The three genotypes complied with the similar patterns in electrical transferring inhibition accompanying leaf senescence. The depletion of oxygen-evolving complex (OEC) was obvious at the late growth stage. The inhibition of the acceptor side of PSⅡ was greater than that of the donor side. The electron flow that through the light reactions of photosystem Ⅱ and photosystem Ⅰwas significantly limited accompanying leaf senescence. With the duration of leaf senescence, the energy distributed to thermal dissipation and the primary quinone electron acceptors of PSⅡ (QA) restoration increased, and correspondingly the energy used to transport an electron into the electron transport chain beyond QA- (the reduction state of QA) declined. However, three cotton genotypes showed greater and greater electron transferring inhibition, except the number of QA reduction events between time=0 and time to reach maximal fluorescence, in the order of 'DP99B' > 'Baimian5' > 'Baimian1' with the duration of leaf senescence. It can be seen that the chlorophyll fluorescence characteristics can quickly and noninvasively reflect the senescence and the internal physiological mechanism of leaf senescence among different cotton genotypes.
玉溪烤烟‘K326’主要化学成分生态预测模型
朱安琪, 景元书, 胡保文, 谢新乔, 李湘伟, 朱云聪
2021, 29(5): 880-889. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200860
摘要(168) HTML (24) PDF(112)
摘要:
为了解烟叶化学成分与生态因子之间的定量化关系,提高烤烟品质评价的智能化程度,使用2009—2017年玉溪市9个烤烟‘K326’典型定位点烟叶主要化学成分(烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾、氯)数据与对应不同生育期的生态因子(气象和土壤)数据,分析得到生态因子影响综合指数,在此基础上建立了烟叶各化学成分机理生态预测模型。根据2018年生态因子数据,预测了各定位点烟叶主要化学成分含量,并与实测值进行比较。同时,使用相同的90个烤烟定位点数据,利用最大信息系数(maximum information coefficient,MIC)筛选输入变量,使用经过灰狼算法优化的BP神经网络建立智能算法的烟叶化学成分生态预测模型。机理算法的生态预测模型R2平均值为0.29,RMSE平均值为0.13,只有还原糖RMSE略大于0.2;智能算法的生态预测模型R2均大于0.95,RMSE均小于0.1。结果表明智能算法的生态模型预测效果优于机理算法的生态模型,能够为烤烟品质提升与调优栽培管理提供一定理论支撑。
农业资源与环境
重金属污染土壤间作修复的研究进展
郭思宇, 王海娟, 王宏镔
2021, 29(5): 890-902. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200635
摘要(190) HTML (11) PDF(279)
摘要:
种植单一的超富集植物修复重金属污染土壤,不但中断农业生产导致经济收益降低,而且因生物量较低、修复周期长等诸多弊端导致修复效果不甚理想。间作作为一种传统的农艺管理方式,利用生态位和生物多样性原理等能提高农作物对资源的有效利用,对共植的农作物种类增量提质。在中、轻度污染土壤修复中利用间作体系,通过调控超富集植物与农作物的生长发育,促进超富集植物根系低分子量有机酸(LMWOAs)的分泌,降低其根际土壤pH,增加重金属活性,从而增加超富集植物对重金属的吸收,同时抑制农作物根系LMWOAs的分泌,以减少农作物对重金属的吸收,提高其产量和品质,实现“边生产边修复”,提高土地利用率,并增加经济效益。本文根据近几年来国内外相关文献,综述了间作条件下超富集植物和农作物生物量、生理生化响应、重金属吸收、转运、富集等方面的变化,以及间作对土壤环境质量的影响,并对间作修复重金属污染土壤领域的发展趋势,如超富集植物和农作物间作的信号转导和分子生物学机制、间作体系下两类植物根际微生物类群的差异及其功能机制,以及构建高效间作体系提高重金属污染土壤的修复效率等方面进行了展望。
夜间增温与农田铜污染对小麦吸持铜的影响
邓祎, 寇太记, 赖路宽, 徐晓锋, 王旭刚, 马明
2021, 29(5): 903-909. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200624
摘要(131) HTML (17) PDF(100)
摘要:
当前部分农业土壤铜(Cu)富集与非对称气候变暖潜在地影响我国小麦生产,理解夜间增温与土壤Cu污染对小麦吸持利用Cu的影响有助于确保小麦的安全优质生产。本研究利用田间被动式夜间增温系统,设置土壤Cu污染与对照对比盆栽试验,研究小麦地上部物质积累、不同组织Cu含量与积累量、Cu迁移系数对增温的响应。结果表明,夜间增温显著增加小麦茎叶(增幅为25.1%)、穗(增幅为221.3%)、地上部(增幅为22.7%)和全株(增幅为22.3%)的生物量,能缓解土壤Cu污染对小麦生长的抑制。夜间增温使对照处理小麦茎叶、穗、地上部与全株的Cu积累量显著增加14.7%~56.5%;使Cu污染下小麦根、穗和全株的Cu积累量显著增加12.1%~22.8%,却使Cu污染下小麦茎叶Cu含量显著降低13.9%。夜间增温和Cu污染胁迫影响Cu在不同小麦组织间的迁移和利用,夜间增温显著增加了对照处理下Cu由根向茎的迁移系数,但由茎向叶、茎向穗的迁移系数显著降低;Cu污染胁迫下,夜间增温显著降低了由根向茎的转运,且未显著影响Cu由茎向叶的转运,却增加了茎向穗的转运利用。Cu污染胁迫改变了小麦吸收利用Cu对夜间增温的响应规律。夜间增温有利于小麦生物产量、缓解Cu胁迫生长危害,但增加了Cu胁迫农田粮食遭受Cu污染的潜在风险。
红壤不同粒径团聚体对草甘膦农药降解动力学的影响
辛龙川, 吴文雪, 薛萐, 付格娟, 陈延华, 王学霞, 刘东生, 杨晓梅
2021, 29(5): 910-921. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200686
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摘要:
草甘膦农药的大量喷施,使其在环境特别是土壤中的残留-累积风险日益突出,从团聚体粒径角度研究红壤不同粒径团聚体中草甘膦的降解动力学及其相互作用特征仍鲜有报道。基于此,本研究通过干筛筛分、室内控制培养、液质联用定量分析相结合等探究草甘膦降解残留,并进一步分析团聚体理化性质与草甘膦降解的关系。结果表明:1)不同粒径团聚体中,草甘膦残留量随降解时间不断减小,且粒径之间降解动力学差异不显著。降解半衰期为15.8~20.6 d,粒径最小的团聚体(< 0.25 mm)中草甘膦的降解半衰期最长,为20.6 d。草甘膦在土壤中的主要降解产物氨甲基磷酸(AMPA)的含量随着降解时间的增加而增加,且在第5 d达到峰值,而后不断减小;不同粒径团聚体间AMPA含量差异显著(P < 0.05)。2)相关分析及主成分分析发现,草甘膦残留量与红壤团聚体中速效磷含量呈显著正相关(P < 0.05),而其降解产物AMPA含量与团聚体中酸性磷酸酶活性及N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关(P < 0.05)。团聚体粒径与草甘膦残留量间没有显著相关性,但与AMPA含量显著正相关(P < 0.05)。此外,草甘膦降解过程中,团聚体中有机质含量及β-葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性与团聚体粒径为显著负相关关系(P < 0.05)。由此表明:红壤不同粒径团聚体影响草甘膦降解速率,粒径最小的团聚体(< 0.25 mm)中草甘膦农药的降解速率最慢,但试验结束时,各粒径红壤团聚体中的草甘膦和AMPA含量均较高,可能会影响土壤健康及生态环境安全;此外,草甘膦降解与土壤磷素密切相关,后续研究需探讨磷亏缺或丰盈条件下,草甘膦农药的土壤环境特征,为后续农田草甘膦环境风险评估提供依据。
不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响
李超, 程凯凯, 廖育林, 郭立君, 文丽, 唐海明, 汤文光, 汪柯, 禇飞, 钟伶桃, 姜海天, 肖小平
2021, 29(5): 922-928. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200668
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摘要:
为从根本上禁止稻草焚烧,促进稻草还田,本研究依托自主研发的稻草粉碎均匀抛撒装置,通过大田试验与野外模拟试验,以目前水稻收获的常规模式稻草不粉碎条带还田(T1)及中度粉碎条带还田(T2)为对照,设置稻草粉碎条带还田模式(T3)及稻草粉碎均匀抛撒还田模式(T4),研究不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响。结果表明:稻草抛撒均匀度及还田密度随着粉碎程度的增加而显著增加,稻草还田厚度则呈显著减少趋势。T4的稻草平均长度为5.3 cm,分别仅为T1、T2的13.6%、36.8%;稻草抛撒均匀度为87.4%,较T1、T2分别增加49.7个和42.0个百分点;稻草还田厚度为2.7 cm,仅为T1、T2的22.1%、27.8%;稻草还田密度为17.6 kg·m-3,较T1、T2分别增加88.3%、17.3%。在稻草条带还田(T1、T2、T3)模式下,粉碎程度越高,含水率下降越慢,燃烧时间越长,燃烧率越低,燃烧速率越慢,灰分越高,燃烧越不充分。T4通过稻草均匀抛撒虽可加速稻草含水率的下降,但燃烧时间、燃烧率及灰分仅分别为0.3 min、6.0%、1.7%,均显著低于其他处理,几乎未燃烧。表明稻草粉碎均匀抛撒还田条件下无法燃烧,有利于从根本上实现秸秆禁烧。
农户稀缺感知、超采认知对地下水灌溉用水效率的影响——基于河北地下水超采区457个农户调研数据
刘维哲, 王西琴
2021, 29(5): 929-936. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200691
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摘要:
华北地区由地下水超采造成的环境问题日益严重,农业作为主要用水部门,亟须提高灌溉用水效率,减少水资源浪费。本文基于2019年对河北地区457户使用地下水进行灌溉的农户调查数据,采用随机前沿模型对灌溉用水效率进行测算,进一步在参照相关研究基础上重新构建农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知测度的指标体系,在控制个人和家庭特征、生产特征基础上,实证分析农户稀缺感知和超采认知对灌溉用水效率的影响。研究结果显示:农户平均灌溉用水效率值为0.59,主要分布区间为0.40~0.80,具有较大提升空间;稀缺感知中水量感知、水位感知和稀缺预期对农户用水效率具有显著正向影响,超采认知中地下水超采危害认知和压采环保认知对用水效率提升具有促进作用;务农年限和受教育程度同用水效率正相关,相较于自有土地,流转土地具有更高的用水效率,耕地细碎化和灌溉设施距离过远则显著降低用水效率。因此,大力提升农户相关认知水平、推进土地流转和完善设施建设等措施将有助于提高河北地区灌溉用水效率。