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2021年  第29卷  第8期

作物栽培与生理生态
花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析
武岩岩, 汪江涛, 李雪, 孙增光, 郭彬彬, 尹飞, 焦念元
2021, 29(8): 1285-1295. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210056
摘要(494) HTML (152) PDF(85)
摘要:
为明确不同间作体系对花生产量形成和经济效益的影响,本试验于2018—2019年,设置玉米‖花生(M‖P)、芝麻‖花生(S‖P)、单作花生(SP)、单作玉米(SM)和单作芝麻(SS)5个种植模式,研究了不同种植模式对花生功能叶光合-光强响应曲线、干物质积累、种间竞争力指数、产量及经济效益的影响。结果表明:1)与玉米‖花生体系中的间作花生相比,芝麻‖花生体系中间作花生的最大净光合速率(Pnmax)、产量和最大干物质积累量分别显著提升了18.0%~20.7%、64.2%~70.0%、26.5%~31.8%(P < 0.05)。2)间作芝麻干物质积累进入缓增期后16~19 d,芝麻‖花生中间作花生仍处于干物质积累快增期,芝麻和花生干物质积累快增期互相错开,而玉米‖花生体系中玉米和花生的干物质积累快增期重叠;成熟期,间作花生相对于芝麻、玉米的竞争力指数分别为-2.31~-2.06和-4.68~-4.34。说明间作花生相对于芝麻的竞争力比相对于玉米的竞争力强。3)芝麻‖花生较玉米‖花生的土地当量比提高3.0%~4.0%,且大于1;经济效益显著提高16.7%~50.8%(P < 0.05),达2.3万~2.4万元·hm-2。研究结果表明芝麻‖花生较玉米‖花生,提高了土地利用率、产量和收益,其机理在于芝麻‖花生较玉米‖花生能错开作物间干物质积累的快增期,降低高、矮两种作物的种间竞争强度,提高间作花生冠层光强和净光合速率。
春灌一水时间对冬小麦灌浆特性和水分利用效率的影响
刘志良, 李晓爽, 曹彩云, 郑春莲, 马俊永, 李科江, 杨会英, 李树宁, 党红凯
2021, 29(8): 1296-1304. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.201015
摘要(189) HTML (31) PDF(82)
摘要:
针对河北平原区水粮矛盾尖锐,开展冬小麦春一水优化灌溉研究,可为区域粮食安全和地下水超采治理提供技术依据。本研究于2018—2020年采用田间定位试验方法,以节水小麦品种‘衡4399’为材料,设置5个春灌一水时间处理(拔节后0 d,AJ0;拔节后5 d,AJ5;拔节后10 d,AJ10;拔节后15 d,AJ15;拔节后20 d,AJ20)和2个对照处理(无春灌,CK1;春灌二水,CK2),分析了不同处理对冬小麦籽粒灌浆特性参数、产量和水分利用效率的影响。结果表明,随着春灌一水时间的推迟,冬小麦灌浆持续时间增长,平均灌浆速率减小,理论最大千粒重增大;与AJ0相比,其他春灌一水处理的灌浆持续时间延长3~7 d,平均灌浆速率减小2.40%~13.51%,理论最大千粒重增加1.61%~18.62%。春灌一水条件下,冬小麦单位面积穗数、穗粒数和籽粒产量随着灌水时间的推迟均是先增大后减小,千粒重逐渐增加,其中,籽粒产量最高的处理为AJ5,其次是AJ10,二者间差异不显著(P>0.05),但均显著高于AJ0、AJ15、AJ20处理(P < 0.05);2018—2019年和2019—2020年,与CK1相比,AJ5、AJ10处理的产量分别增加96.04%和52.18%、90.15%和49.84%;与CK2相比,AJ5、AJ10处理的产量依次降低0.80%和16.75%、3.79%和18.03%。两个试验年度春灌一水处理的水分利用效率,都是灌水较早的AJ0、AJ5和AJ10处理较高,且3个处理间的差异均不显著(P>0.05),AJ15和AJ20的水分利用效率明显降低(P < 0.05)。与CK1和CK2相比,AJ5处理的水分利用效率2018—2019年分别增加20.78%和18.47%(P < 0.05)、2019—2020年分别增加41.07%(P < 0.05)和5.33%(P>0.05),AJ10处理2018—2019年分别增加12.34%和10.19%(P>0.05)、2019—2020年分别增加37.50%(P < 0.05)和2.67%(P>0.05)。综上所述,在试验区冬小麦春灌一水条件下,最优灌水时间为拔节后5~10 d,能获得较高产量和水分利用效率。
强还原和淹水处理对地黄连作障碍的消减效应
古力, 李烜桢, 李明杰, 余志坚, 林梅桂, 王建明, 谢加唯, 张重义
2021, 29(8): 1305-1314. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210114
摘要(143) HTML (35) PDF(29)
摘要:
地黄是我国著名的大宗中药材,但是在其栽培过程中存在严重的连作障碍现象,至今尚未得到有效解决。为了开发地黄连作障碍消减技术,本文研究了强还原和淹水处理对连作地黄关键生长指标,连作土壤理化性质、细菌群落结构及其生物学功能的影响。结果表明,强还原和淹水处理提高了连作土壤中瘤胃球菌属和肠球菌属等厌氧异养型细菌的相对丰度,形成了富含Fe2+和有机酸等抑制病原菌的土壤环境;其中,强还原处理后土壤中Fe2+和有机酸含量比连作对照分别提高4.73倍和3.54倍,淹水处理后土壤中Fe2+和有机酸含量比连作对照分别提高1.65倍和1.12倍。同时,假单胞菌属等益生菌群落在处理后的土壤中迅速重建。然而,强还原和淹水处理对土壤理化性质和细菌群落结构的影响存在一定差异,二者对地黄连作障碍的消减效果也有所不同:添加秸秆等有机物的强还原处理后连作土壤的有机质含量、碱解氮、速效磷和速效钾含量均有所提高,而淹水处理效果不明显;淹水处理的细菌香农指数和Chao1指数均有所下降,强还原处理的细菌香农指数有所下降,而Chao1指数有所上升,且细菌群落组成的变化也有所不同。强还原和淹水处理均可有效提高连作地黄的存活率和产量,并且以强还原处理效果较优,其存活率和产量比连作对照分别提高1.94倍和4.04倍。因此,强还原和淹水处理能够改善连作土壤的理化性质及其微生物群落结构,达到消减地黄连作障碍的效果,有效提高连作地黄的存活率和产量。
微生物菌肥对太子参连作障碍和药理作用的改良效应
吴红淼, 张晟恺, 焦艳阳, 林煜, 吴蕙明, 秦贤金, 刘亚洲, 陈军, 林文雄
2021, 29(8): 1315-1326. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200966
摘要(170) HTML (33) PDF(38)
摘要:
连作障碍的发生与发展对药用植物的产量和品质构成了严重威胁,探寻有效的连作障碍消减策略尤为重要。本研究经连续4年的田间定位试验,分析了微生物菌肥在减缓太子参连作障碍中的作用;并采用qRT-PCR和HPLC-MS技术分析菌肥改良对太子参根际关键微生物和太子参主效成分的影响;结合药理试验评估了不同处理太子参的功效差异。结果表明,田间菌肥改良重茬太子参效果连续4年均较为显著,重茬地经菌肥改良后较不改良重茬产量分别增长68.28%、111.58%、257.54%和133.23%。菌肥改良能显著增加重茬太子参根际土壤中有益假单胞菌属丰度、减少致病尖孢镰刀菌丰度,也增加太子参中总多糖和环肽B含量;菌肥改良后太子参中氨基酸种类和含量与重茬1年和标准品组无显著差异,且8种氨基酸含量与正茬无显著差异。药理试验结果表明,太子参可以缓解环磷酰胺对小鼠造成的伤害,菌肥改良太子参对小鼠脾脏指数、肝脏重量、附睾脂肪重量、全血白细胞和红细胞含量的影响与正茬太子参无显著差异,且在血小板恢复上与标准品太子参一致。此外,菌肥改良太子参组总抗氧化能力(T-AOC)最强,超氧化物歧化酶(SOD)活性也显著高于正茬和标准品太子参;且与正茬太子参相比,菌肥处理组能显著提高小鼠肝脏组织中免疫因子IL-2和IFN-r mRNA表达水平;而在免疫因子TNF-α表达水平上,菌肥处理组与正茬无显著差异。总体而言,功能微生物菌肥能有效减缓太子参连作障碍问题,改善重茬太子参质量和药理作用。
甘蓝型油菜苗期耐旱性综合评价与耐旱性鉴定指标筛选
李阳阳, 李驰, 任俊洋, 李志, 张晋峰, 吕蓉蓉, 张恒, 吴丹, 王芹, 周清元, 殷家明, 李加纳, 刘列钊, 唐章林
2021, 29(8): 1327-1338. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200877
摘要(184) HTML (48) PDF(39)
摘要:
我国油菜生产经常遭受干旱胁迫而影响产量和品质,综合评价油菜种质资源的耐旱性,筛选耐旱种质,确定耐旱性鉴定指标,是耐旱新品种培育和耐旱机理研究的基础性工作。本研究利用229份甘蓝型油菜种质资源,在苗期设置干旱胁迫组和正常灌溉(对照)组,测定地上和地下部鲜重和干重及叶片过氧化物酶活性、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和相对含水量10个性状,采用耐旱系数、聚类分析、隶属函数、主成分分析和灰色关联度分析等方法对其耐旱性进行综合评价。结果显示,苗期干旱胁迫使甘蓝型油菜幼苗地上和地下部干重和鲜重及叶片相对含水量和可溶性蛋白含量显著降低,使叶片过氧化物酶活性、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量显著升高,而地下部干重在正常灌溉组与干旱胁迫组之间差异不显著。229份种质资源划分为8个类群,各类群表现出不同的耐旱特性。RR002、9801C、炎81-2、07037、浙油758和09-P64-1为耐旱材料,11-P30、CY16PXW-35、08-P35、09-P36、甲972和A148为干旱敏感材料。地上部鲜重、叶片脯氨酸含量和可溶性糖含量可作为甘蓝型油菜苗期综合耐旱性快速、简便、准确的鉴定指标。
基于AquaCrop模型的茶叶产量和开采期预报
马于茗, 陈捷, 金志凤, 郝璐
2021, 29(8): 1339-1349. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210018
摘要(143) HTML (33) PDF(29)
摘要:
为验证作物模型在浙江地区不同茶树品种产量和开采期的适用性,基于FAO推荐的AquaCrop作物模型,在浙江省典型茶树种植区选择‘白叶一号’‘龙井43’以及‘龙井群体种’等3个茶树主栽品种,通过田间试验、数据收集和参数敏感性分析等方式获取AquaCrop模型所需的茶树生长参数,并使用历史数据对模型进行本地化校正,建立了基于AquaCrop模型的安吉县和松阳县茶叶产量预报模型以及3个茶树品种的春茶开采期预报模型。AquaCrop模型模拟2013—2017年松阳县茶叶平均年总产量为1.497 t·hm-2,相对误差为1.98%;2014—2018年安吉县春茶平均年产量为0.164 t·hm-2,相对误差为0.99%;模拟松阳县和安吉县茶叶产量归一化均方根误差(NRMSE)分别为2.20%和1.10%,均方根误差(RMSE)分别为0.0325 t·hm-2和0.0018 t·hm-2;协同指数(d)值分别为0.84和0.88。确定了‘白叶一号’‘龙井43’和‘龙井群体种’茶叶的生长度日预报标准,并通过逐步回归方法获得了3品种茶叶生长度日预测公式;利用AquaCrop分别基于生长度日预报法和逐步回归预报法对3品种开采期进行预测。基于生长度日的3品种开采期预报模型的回代后平均绝对误差(MAE)分别为1.1 d、2.1 d和1.1 d;基于逐步回归的预报模型均通过P < 0.01显著性检验,3品种的MAE分别为0.7 d、0.7 d和0.9 d。结果表明,AquaCrop模型经过校正后对浙江地区不同品种茶叶具有较好的适应性,本地化后的AquaCrop可以用于茶园水分管理,产量潜力等研究。基于生长度日和逐步回归的两种AquaCrop茶树开采期预报模型均具有应用价值,逐步回归预报模型的预报效果更理想,具有实际生产指导作用。
苹果不同砧穗组合对碳储量的影响研究
吕佳红, 李慧, 邓明江, 柴小粉, 韩振海, 王忆
2021, 29(8): 1350-1358. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200770
摘要(127) HTML (26) PDF(23)
摘要:
作为一种重要的农用植被类型,果园在我国陆地生态系统碳汇评价中占有重要的地位,其碳储量及其碳汇经济价值的估算是全球碳循环研究的重要内容。本研究以山定子、八棱海棠、平邑甜茶3种苹果砧木与‘富士’‘金冠’2种苹果接穗嫁接组成的6种砧穗组合为试验材料,分别对其植株、土壤、枯落物进行碳储量分析,对系统单位面积苹果树的碳储量汇总,探究不同砧穗组合土壤-植被系统固碳能力及其差异,为理清并进一步提升苹果园碳储量提供理论依据。结果表明:相比于其他组织,苹果根含碳率高;各器官中树干生物量最高,占总生物量的33.89%~47.95%。不同器官的碳储量差异较大,表现为树干>树枝>根,且树干碳储量占植株碳储量的38%以上。对各砧穗组合植株碳储量比较发现,同种砧木、不同接穗的砧穗组合间,植株碳储量差异显著,以山定子、平邑甜茶为砧木时,‘富士’为接穗的组合显著高于‘金冠’为接穗的组合;同种接穗不同砧木间植株碳储量差异不显著。而对各砧穗组合枯落物碳储量比较发现,同种砧木不同接穗间差异显著,以‘富士’为接穗的砧穗组合显著高于‘金冠’为接穗的组合;同种接穗不同砧木间,以山定子为砧木的砧穗组合枯落物碳储量显著高于八棱海棠和平邑甜茶,后两者间无显著差异。0~20 cm土壤的碳储量(57.86~80.91 t·hm-2)显著高于20~40 cm(20.15~25.97 t·hm-2)、40~60 cm(11.54~14.62 t·hm-2)及60~100 cm(17.41~33.98 t·hm-2)土层。‘金冠’/山定子砧穗组合单位面积碳储量值最高;各砧穗组合碳储量经济价值差异不大,平均17.084万元·hm-2
甘肃野生草地早熟禾根茎扩展能力与内源激素含量的相关性研究
袁娅娟, 白小明, 朱雅楠, 张毓婧, 闫玉邦, 张才忠, 李玉杰
2021, 29(8): 1359-1369. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200976
摘要(86) HTML (22) PDF(15)
摘要:
草地早熟禾(Poa pratensis)是典型的根茎型禾草,根茎作为其营养物质储藏和营养繁殖的重要器官,在提高植株地表侵占能力及地下固土能力方面具有重要作用。根茎的发生和发育与内源激素密切相关,本试验以采自甘肃境内9个不同生态型的野生草地早熟禾为试验材料,以‘午夜Ⅱ’草地早熟禾为对照,分析根茎扩展能力与内源激素含量间的相关性,以期揭示草地早熟禾根茎扩展的激素调控机理,为草地早熟禾新品种选育和草坪养护管理提供理论和实践依据。结果表明:1)不同生态型野生草地早熟禾根茎扩展能力存在显著差异,榆中草地早熟禾的分蘖数、根茎数、地上生物量和茎节长最大;西和草地早熟禾的覆盖面积、最长根茎和根茎生物量表现最优,供试不同生态型草地早熟禾材料根茎综合扩展能力由强到弱依次为榆中>西和> ‘午夜Ⅱ’ >渭源>灵台>清水>肃南>秦州>夏河>安定。2)内源激素在草地早熟禾根茎和茎基的分布存在差异,GA3、IAA和ABA含量均为根茎>茎基,ZT含量为茎基>根茎,且两个部位GA3含量均高于其余激素。3)相关性分析显示,草地早熟禾根茎扩展能力与ZT含量、茎基ZT/ABA和IAA/ABA极显著正相关(P < 0.01),与根茎GA3/IAA显著负相关(P < 0.05),与IAA、GA3和ABA含量相关性不显著(P>0.05)。综上,榆中草地早熟禾根茎扩展性最强,且优于‘午夜Ⅱ’草地早熟禾(对照),可作为扩展能力强草地早熟禾新品种选育的优良材料;ZT含量和IAA/ABA与ZT/ABA的比值越高,GA3/IAA比值越低,越有利于草地早熟禾根茎扩展。
基于NSGA-Ⅱ算法的白洋淀上游种植结构优化
王璐, 杜雄, 王荣, 杨艳敏, 胡玉昆, 侯振军
2021, 29(8): 1370-1383. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.201021
摘要(83) HTML (20) PDF(30)
摘要:
合理的种植结构是实现区域水资源及土地资源优化配置的基础。针对白洋淀上游水资源紧缺、种植结构不合理等问题,结合当前主要作物种植结构现状,本研究以作物种植面积为优化变量,以水资源、土地资源、社会需求等为约束条件,以经济效益、生态效益最大及总灌溉耗水量最小为目标,构建基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的作物种植结构多目标调整模型,并提出了针对白洋淀上游平原区、山区等不同水资源限制和农业机械化程度情景下的种植结构调整优化方案。研究结果表明,在平原区现状机械化水平下,在不限制用水的情景下,可以通过调减一年两作的种植面积,增加蔬菜和绿豆-鲜食玉米等的种植面积,达到提高经济效益12.6%的目的,而生态效益和节水效益都有所降低。在限水情景下,小麦-玉米调减比例增加,调增绿豆-鲜食玉米、春季甘薯、蔬菜和果蔬的面积,实现经济效益和节水效益的提高;而要达到节水20%的目标,所有作物的种植面积都要缩减,高耗水种植制度小麦-玉米种植面积缩减比例达21.5%,同时经济效益和生态效益都下降。在未来提高机械化水平的情景下,调整优化后的经济效益相比现状机械化水平提高或下降减少。在山区所有情景下,小麦-玉米种植面积随着对水分限制水平(不限水—小于现状水资源—节水20%)的增加调减比例增加,同时增加果树的种植面积。在山区可以通过种植结构的调整达到既节水20%,同时经济效益提高的目标,这是平原区所不能达到的。总之,无论是平原区还是山区,均是在不限水情景下优化后的经济效益、生态效益相对较高,而节水越多,优化后的经济效益、生态效益增幅越小、降幅越大。并且在平原区如果在节水要求不高的情景下应适当增加蔬菜面积,减少粮食种植面积;在节水要求高的情景下应削减所有作物包括水果、蔬菜的种植面积,在山区应该适当削减粮食种植面积,扩大果树的种植面积。该研究不仅可为研究区未来作物种植结构调整提供决策依据,也为在类似地区种植结构调整和水资源优化管理提供了新的情景参考。
农业资源与环境
长期添加外源有机物料对华北农田土壤团聚体有机碳组分的影响
孙雪, 张玉铭, 张丽娟, 胡春胜, 董文旭, 李晓欣, 王玉英, 刘秀萍, 邢力, 韩建
2021, 29(8): 1384-1396. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210380
摘要(159) HTML (25) PDF(69)
摘要:
土壤有机碳和团聚体对土壤肥力、作物产量、农业和环境发挥着重要作用,是土壤肥力的核心和可持续农业的基础。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站18年野外长期有机质物料和矿质肥料配施试验,开展不同施肥模式对土壤团聚体组成以及各组分有机碳在团聚体中分布影响的研究,为阐明不同农业管理措施下土壤有机碳的物理保护机制提供依据。试验共设6个处理:对照(CK)、单施秸秆(S)、单施有机粪肥(M)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(SNPK)和化肥配施有机粪肥(MNPK)。利用干筛法将全土筛分为大团聚体(> 2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(< 0.25 mm)3种粒径团聚体,分别测定不同处理下全土及3种粒级团聚体中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、酸解活性有机碳(AC)、惰性有机碳(ROC)和易氧化有机碳(LOC)含量。结果表明:施肥对土壤团聚体分布及稳定性有显著影响,SNPK显著提高了粒径> 0.25 mm团聚体含量和团聚体稳定性;DOC和ROC含量与粒径> 2 mm团聚体含量显著正相关,其对促进大团聚体形成至关重要。不同施肥处理下土壤团聚体各有机碳组分含量存在差异,与传统的单独施用化肥处理(NPK)相比,SNPK和MNPK均显著提高了全土和团聚体各组分有机碳含量,SNPK对土壤有机碳的提升效果优于MNPK。各有机碳组分在团聚体中的含量均为小团聚体>大团聚体>微团聚体,其中,70%以上的各组分有机碳来自于粒径> 0.25 mm的团聚体。在施用化肥基础上增施有机肥(MNPK)和实施秸秆还田(SNPK)提高了LOC在TOC中的占比,使LOC/TOC由CK的11.94%分别增加到14.95%和15.70%。MNPK利于LOC保存在大团聚体中,提高了土壤供肥能力;而SNPK促进了LOC向较小粒径团聚体迁移,增强了其在团聚体中的稳定性,提高了土壤的保肥能力。由此可见,长期实施有机无机肥料配合可以提高土壤碳储量和稳定性,这为全面实施秸秆还田的基础上推行有机粪肥部分替代化肥的养分管理策略提供了理论依据。
黄河三角洲盐渍土有机氮组成及氮有效性对土壤含盐量的响应
孙瀚, 屈杰, 王晓雯, 郑文魁, 李成亮, 刘艳丽
2021, 29(8): 1397-1404. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210002
摘要(107) HTML (26) PDF(25)
摘要:
土壤盐分胁迫下有机氮组成及氮有效性对黄河三角洲盐渍土壤肥力的形成和生产力的提高具有重要作用。本研究采集黄河三角洲盐渍土壤区小麦-玉米轮作的3种盐渍土壤,分别为轻度盐渍土(含盐量2.28 g·kg-1,S1)、中度盐渍土(含盐量3.73 g·kg-1,S2)和重度盐渍土(含盐量6.69 g·kg-1,S3),分析不同盐分含量土壤的作物产量和土壤有机氮组分含量、无机氮含量、微生物生物量氮含量及相关酶活性等指标的变异特征,明确盐分含量对土壤有机氮组成及氮有效性的影响。结果表明:3种土壤中有机氮的酸解总氮含量是有机氮的主要组分,S1、S2和S3处理下分别占土壤总有机氮68.79%、61.60%和52.30%;不同处理下各形态含量酸解总氮为酸解铵态氮>酸解未知氮>酸解氨基酸氮>酸解氨基糖氮,且各形态含量均以S1处理显著高于S2和S3处理(P < 0.05)。非酸解氮含量在3种处理间差异不显著,且均低于酸解总氮含量,其占全氮比例随土壤含盐量增加而提高。S1处理土壤硝态氮含量(22.08 mg·kg-1)和微生物生物量氮含量(20.71 mg·kg-1)最高,显著高于其他两种处理的土壤(P < 0.05);铵态氮含量在各处理下差异不显著。S1处理的小麦、玉米总产量分别是S2和S3的1.74倍和5.85倍。回归分析发现土壤可溶性全盐含量分别与土壤无机氮、微生物生物量氮含量呈显著的负指数关系,与小麦、玉米总产量、氨基酸态氮含量之间存在显著的负线性关系。土壤无机氮含量与土壤酸解总氮含量之间呈显著的正指数关系。土壤中较高含量的可溶性全盐抑制土壤酸解有机氮的形成及氮素有效性的提高。
基于不同插值方法的三江平原白浆土磷素空间分布预测及其适用性分析
张迪, 姜柏志, 刘国辉, 张慧, 聂凡, 孙琦, 纪明元
2021, 29(8): 1405-1416. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200955
摘要(180) HTML (39) PDF(29)
摘要:
土壤磷素含量是反映农业生态系统土壤肥力的重要指标。准确预测磷素空间异质性是评价土壤生产力和质量的关键。本研究采用反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、普通克里金法(OK)、全局多项式法(GPI)、局部多项式法(LPI)、地理加权回归(GWR)和地理加权回归克里金法(GWRK)等插值方法,分别预测了三江平原白浆土典型灌区八五三、七里沁以及大兴灌区土壤磷素分布,并运用交叉验证法,通过平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)和改进效果(RI)对各种方法精度进行比较,以期确定同一土壤类型不同采样密度土壤中磷素空间异质性最佳插值方法。对比7种插值方法,在空间插值平滑性方面,LPI、GPI、GWR、GWRK表现较好,在插值速度方面,IDW、RBF、LPI、GPI、OK较快,GWR和GWRK方法运算复杂、速度较慢。IDW、RBF等6种方法与OK相比,根据RI判定,GWRK方法提高了磷素空间分布模拟精度,IDW、GPI和LPI方法降低了磷素空间分布模拟精度,RBF方法在提高磷素空间分布模拟精度上表现不一致。采样密度会影响预测结果,对于本文而言,不论采样密度如何,GWRK方法均方根误差(RMSE)均最低,为最佳插值方法,而RBF方法是在采样密度较低时一种可选方法。GWRK法在本文是最佳的插值方法,但其结果会受到辅助变量多少和各变量之间是否存在共线性的影响。
1960—2018年中国玉米生育期及各生育阶段水热条件时空变化特征
刘行, 张晓龙, 王艺璇, 郭英, 罗建美, 沈彦军
2021, 29(8): 1417-1429. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.201009
摘要(195) HTML (105) PDF(57)
摘要:
水热条件是影响作物分布与农业生产的重要因素。玉米不仅是我国重要的粮食作物,同时也是重要的饲料作物和能源作物,探讨其生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征对农业应对气候变化带来的风险及粮食安全具有重要意义。本文选取平均温度(Tmean)、生长度日(GDD)、高温度日(KDD)、日照时数(SD)、有效降水(Pe)和灌溉需水量(IR)为水热条件指标,基于全国422个气象站点和292个农气站点观测数据,采用趋势和空间分析方法,揭示了1960—2018年中国九大玉米种植区玉米全生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征。结果表明,玉米生育期Tmean、GDD的增幅分别为0.18~0.36℃·(10a)-1和5.73~41.23℃·(10a)-1,东北、甘新区、黄淮海平原和黄土高原等种植区增加最显著。生育期KDD的高值区主要集中在黄淮海平原和甘新地区;除黄淮海平原西南局部区域呈不显著下降趋势外,其他地区呈增加趋势;且KDD的增加主要集中在苗期到花粒期。玉米生育期SD整体表现为显著下降趋势,其中黄淮海平原和黄土高原地区玉米各生育阶段均存在显著下降趋势,花粒期SD下降最明显。玉米生育期Pe和IR变化趋势总体上不显著但空间差异明显;除甘新区和内蒙Pe呈现不显著增加趋势外,全国大部分玉米种植区Pe呈不显著减少趋势。生育期IR在南疆及黄淮海平原西南部呈不显著减少、东北东南部不显著增加趋势;从各生育阶段来看,黄淮海平原区及东北地区Pe在穗期和花粒期减少且IR相对增加,黄淮海平原区及黄土高原西部的IR分别在播期和苗期呈现减少趋势。总体来看,全国玉米生育期热量资源有增加趋势,光照资源减少,有效降水和灌溉需水量的变化趋势不明显,但是各生育阶段及区域间水热条件变化差异明显,如黄淮海平原和黄土高原地区苗期到花粒期KDD增加显著但SD下降,高温胁迫可能会对玉米生长产生负影响,同时影响对水分的消耗。因此,未来研究更应该关注生育阶段的水热条件变化以及极端情况对玉米生长的影响。
气候变暖背景下中国三大棉区水热时空变化
韩婉瑞, 雷亚平, 李亚兵, 韩迎春, 王国平, 冯璐, 李小飞, 张永江, 王占彪
2021, 29(8): 1430-1441. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210131
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摘要:
气候变化背景下,我国棉区气候资源也发生了相应的变化。研究棉花各生育期的水热时空变化特征,并提出相应技术与策略,对气候变化背景下稳定我国棉花生产具有重要意义。本文基于我国三大棉区——西北内陆(总产占全国80%以上,包括北疆亚区、南疆亚区、东疆亚区及河西走廊亚区)、黄河流域及长江流域棉区377个气象站点的逐日气象数据和50个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2017年棉花各生育阶段及全生育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及其气候倾向率的时空分布,并提出应对策略。结果显示,1)1961—2017年,三大棉区GDD总体呈增加趋势,全生育期有94.16%的站点棉花GDD呈增加的趋势,各生育阶段GDD倾向率高值(除播种—出苗、吐絮—收获期)主要分布在东疆亚区的淖毛湖、哈密、伊吾及红柳河一带,河西走廊亚区的酒泉、高台及张掖一带,其次是北疆亚区。2)各生育时期HDD空间分布差异明显,现蕾—开花期、开花—吐絮期HDD总体呈增加趋势,分别有85.94%和76.40%站点棉花HDD呈现增加趋势;花铃期前后,长江下游亚区东部、南疆与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部、黄河流域棉区的特早熟亚区西北部及长江流域棉区的长江上游亚区东部棉区,棉花HDD增加趋势明显,高温风险较大;总体上高温风险最小的是北疆亚区。3)棉花全生育期降水量在长江流域的长江中游亚区、长江下游亚区与西北内陆棉区大部呈增加趋势,其他地区均呈减少趋势;棉花全生育期降水量出现北移现象,西北内陆棉区降水量的高值主要分布在北疆亚区,且增加最多。播种—出苗期,除北疆亚区降水量明显增加外,全国大部分棉区干旱风险呈增加趋势。三大棉区GDD总体上均呈现增加的趋势,有利于棉区的扩大与高产优质的潜力挖掘,但需选用具有高产潜力的品种;西北内陆棉区现蕾—吐絮期,在南疆亚区与北疆亚区东部、东疆亚区、河西走廊亚区西部棉花种植存在极端高温风险,生产上需选用抗高温品种,合理水肥运筹等措施,来应对极端高温风险的增加;黄河流域棉区和长江流域棉区北部,干旱风险增加,生产上应采用适当的抗旱品种,采取配套抗旱栽培管理措施来降低气候变化带来的干旱风险。
农业生态经济与生态农业
认知对农户参与农业文化遗产保护行为的影响——以福建安溪铁观音茶文化系统为例
刘吉龙, 张永勋, 李先德
2021, 29(8): 1442-1452. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210022
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摘要:
农户作为农业文化遗产保护的主体和直接参与者,对遗产保护的认知影响着参与保护的积极性,进而影响遗产系统的可持续性,是保护与发展措施实施的信息反馈,也是政策制定和改进的出发点和落脚点。本文以中国重要农业文化遗产——福建安溪铁观音茶文化系统为例,在计划行为理论的框架下,采用结构方程模型实证分析了农户认知对其参与农业文化遗产保护行为的影响。结果表明:1)农户遗产保护认知的行为态度对其参与遗产保护意愿的正向影响不显著,但农户遗产保护认知的主观规范、控制认知对其参与遗产保护意愿的正向影响显著,从而通过参与遗产保护意愿的中介作用对参与遗产保护行为产生间接的正向影响,间接影响效应分别为0.292、0.442。2)参与遗产保护的能力和遗产保护的制度环境是影响农户是否愿意参与遗产保护的关键因素。3)农户遗产保护认知的3个维度即行为态度、主观规范和控制认知两两存在显著地相互正向影响,其中行为态度与控制认知的相互影响最大,影响系数达到0.652。基于此研究结果,提出关于加大宣传力度、完善保护制度、落实激励政策等方面的政策建议,以此深入推动农业文化遗产的保护与发展。
湘中丘陵区农业生态系统服务价值与城镇化水平弹性关系研究
邓楚雄, 朱大美, 李忠武, 刘唱唱, 聂小东
2021, 29(8): 1453-1466. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200986
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摘要:
城镇扩张对生态功能的发挥有重要影响。为协调城镇扩张与提升生态效益间的矛盾,本文以湘中丘陵区58个县(市、区)为研究对象,基于2005年和2015年2期土地利用遥感监测数据,借助土地利用转移矩阵、农业生态系统服务价值评估方法、城镇化水平测度、探索性空间数据分析以及构建弹性系数等手段,分析了农业生态系统服务价值和城镇化水平间的时空动态关系。结果表明:1)2005—2015年,农业生态系统服务价值总体呈减少趋势,减少了23.75×108元,高低价值区相互邻近分布;城镇化水平总体呈增加趋势(增加6.24%),大致呈丘陵区中部低四周高的特点。2)城镇化水平和农业生态系统服务价值间具有显著的空间负相关性(P < 0.001),高(低)城镇化水平的区域被低(高)农业生态系统服务价值所包围。3)城镇化水平和农业生态系统服务价值之间主要以冲突关系为主。基于此,未来应强化对绿色植被的保护,合理控制建设用地增长比例,推行产业结构转型,促进资源的集约节约利用,以期协调城镇扩张、农业生产和生态效益间的关系。