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基于Aqua Crop的南宁市甘蔗响应气象干旱情景模拟
杨云川, 程禹灏, 梁丽青, 廖丽萍, 王婷艳, 张会娅, 杨星星, 胡甲秋
, doi: 10.12357/cjea.20220315
摘要:
南宁市多低山丘陵、岩溶发育, 甘蔗种植以雨养为主, 气象干旱造成的土壤水分亏缺一直是影响该区域甘蔗生长及其产量累积的一个主要因子, 多年来旱灾造成的甘蔗产量损失巨大。为此, 文中基于1979—2018年0.1°格点逐日气象数据, 计算逐日标准化加权平均降水指数(SWAP)并分析了南宁市气象干旱特征及其在甘蔗生育期的可能发生情景, 并采用水分要素驱动的Aqua Crop作物模型, 开展了该区域甘蔗生长、生物量及产量累积过程对各强度、历时气象干旱的响应机制模拟研究。结果表明: 经扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)对作物模型参数进行敏感性分析和本地化率定后, 该模型模拟研究区的甘蔗产量拟合精度R2达到0.92、产量均方根误差百分率为3.84%。历时典型气象干旱年情景模拟表明: 产量(Y)和生物量(B)累积对各强度气象干旱均有显著响应, 蒸腾量(Tr)变化只有在分蘖期和伸长期对气象干旱的响应敏感, 冠层覆盖度(CC)而对气象干旱的响应具有显著的滞后递减特征。甘蔗各生育期的气象干旱情景模拟发现: 萌芽期发生轻、中旱历时达15 d及以上时甘蔗的上述4个要素开始出现显著响应, 伸长期发生轻、中和重旱历时为5 d及以上时甘蔗各要素即出现显著响应, 而成熟期基本不受气象干旱影响。各强度气象干旱情景下, 甘蔗的产量、生物量、蒸腾量的减少率YwBwTrw随干旱历时的变化分别为0%~24%、0%~18.5%及0%~15.9% (轻旱历时5~35 d), 25%~37%、20%~29.3%及8%~24.4% (中旱历时15~45 d), 33.5%~40%、26.2%~31.7%及18.9%~25.7% (重旱历时35~50 d)。上述成果揭示了研究区甘蔗生长过程及累计产量等与各强度、历时气象干旱之间的定量映射关系, 可为南宁市解析气象干旱-土壤水分-甘蔗长势的旱灾链式传递机理、多阶段旱灾预警及旱灾动态风险智慧调控等奠定科学基础。 南宁市多低山丘陵、岩溶发育, 甘蔗种植以雨养为主, 气象干旱造成的土壤水分亏缺一直是影响该区域甘蔗生长及其产量累积的一个主要因子, 多年来旱灾造成的甘蔗产量损失巨大。为此, 文中基于1979—2018年0.1°格点逐日气象数据, 计算逐日标准化加权平均降水指数(SWAP)并分析了南宁市气象干旱特征及其在甘蔗生育期的可能发生情景, 并采用水分要素驱动的Aqua Crop作物模型, 开展了该区域甘蔗生长、生物量及产量累积过程对各强度、历时气象干旱的响应机制模拟研究。结果表明: 经扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)对作物模型参数进行敏感性分析和本地化率定后, 该模型模拟研究区的甘蔗产量拟合精度R2达到0.92、产量均方根误差百分率为3.84%。历时典型气象干旱年情景模拟表明: 产量(Y)和生物量(B)累积对各强度气象干旱均有显著响应, 蒸腾量(Tr)变化只有在分蘖期和伸长期对气象干旱的响应敏感, 冠层覆盖度(CC)而对气象干旱的响应具有显著的滞后递减特征。甘蔗各生育期的气象干旱情景模拟发现: 萌芽期发生轻、中旱历时达15 d及以上时甘蔗的上述4个要素开始出现显著响应, 伸长期发生轻、中和重旱历时为5 d及以上时甘蔗各要素即出现显著响应, 而成熟期基本不受气象干旱影响。各强度气象干旱情景下, 甘蔗的产量、生物量、蒸腾量的减少率YwBwTrw随干旱历时的变化分别为0%~24%、0%~18.5%及0%~15.9% (轻旱历时5~35 d), 25%~37%、20%~29.3%及8%~24.4% (中旱历时15~45 d), 33.5%~40%、26.2%~31.7%及18.9%~25.7% (重旱历时35~50 d)。上述成果揭示了研究区甘蔗生长过程及累计产量等与各强度、历时气象干旱之间的定量映射关系, 可为南宁市解析气象干旱-土壤水分-甘蔗长势的旱灾链式传递机理、多阶段旱灾预警及旱灾动态风险智慧调控等奠定科学基础。
消费动机、消费习惯对生态农产品溢价支付意愿的影响—以绿肥稻米为例
李福夺, 尹昌斌
, doi: 10.12357/cjea.20220337
摘要:
引导消费者合理付费不仅有利于推动生态农产品市场培育和发展壮大, 对改善居民健康、提升生态环境质量也具有重要的现实意义。本文以绿肥稻米为例, 以中国南方长沙、武汉、南昌、合肥4个省会城市的974份消费者调查数据为基础, 首先采用条件价值法(CVM)评估消费者对绿肥稻米溢价支付水平; 之后运用Heckman两阶段模型探究消费动机、消费习惯对消费者支付意愿(WTP)的影响机制, 并实证检验外部环境认知对消费动机影响支付意愿的调节效应。研究显示, 消费者绿肥稻米平均溢价支付水平为61.69%, 由溢价比和普通大米价格计算的溢价值为3.27元∙kg−1。外部环境认知对消费者支付意愿影响程度最大, 安全动机和环保动机也对其支付意愿具有显著的正向影响, 且积极的外部环境认知可以通过强化消费者的安全和环保动机显著提升其支付意愿。此外, 受教育程度较高的年轻女性、家庭中有儿童以及家庭收入较高、追求生活品质的消费者更愿意为绿肥稻米支付较高的溢价。据此, 提出应通过优化绿肥稻米定价机制、强化消费者对外部环境的认知、改善消费动机等来完善绿肥稻米市场、促进产业可持续发展。 引导消费者合理付费不仅有利于推动生态农产品市场培育和发展壮大, 对改善居民健康、提升生态环境质量也具有重要的现实意义。本文以绿肥稻米为例, 以中国南方长沙、武汉、南昌、合肥4个省会城市的974份消费者调查数据为基础, 首先采用条件价值法(CVM)评估消费者对绿肥稻米溢价支付水平; 之后运用Heckman两阶段模型探究消费动机、消费习惯对消费者支付意愿(WTP)的影响机制, 并实证检验外部环境认知对消费动机影响支付意愿的调节效应。研究显示, 消费者绿肥稻米平均溢价支付水平为61.69%, 由溢价比和普通大米价格计算的溢价值为3.27元∙kg−1。外部环境认知对消费者支付意愿影响程度最大, 安全动机和环保动机也对其支付意愿具有显著的正向影响, 且积极的外部环境认知可以通过强化消费者的安全和环保动机显著提升其支付意愿。此外, 受教育程度较高的年轻女性、家庭中有儿童以及家庭收入较高、追求生活品质的消费者更愿意为绿肥稻米支付较高的溢价。据此, 提出应通过优化绿肥稻米定价机制、强化消费者对外部环境的认知、改善消费动机等来完善绿肥稻米市场、促进产业可持续发展。
低纬度高原宇宙线快中子土壤水分监测方法适宜性研究
王中金, 吴苏, 吴东丽, 张振强, 赵杰, 李鹏, 陈海波
, doi: 10.12357/cjea.20210895
摘要(58) HTML(14) PDF(5)
摘要:
宇宙线快中子土壤水分监测方法具有监测范围大、不受土壤盐碱程度影响、实时无损原位测量的特点, 对旱涝预警、节水灌溉、生态环境保护及土壤生产力提升等具有重要意义。为明确宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原的适宜性, 本研究在中国南部开展了大范围烘干称重法测量, 验证宇宙线快中子法准确性, 以频域反射法做连续监测对比, 分析土壤水分相关性, 并结合雨量站观测数据, 研究其对土壤水分连续变化的响应能力。试验结果表明, 宇宙线快中子法与多点烘干称重法的线性拟合优度、均方根误差及绝对误差分别为0.898、0.013 cm3∙cm–3和0.027 cm3∙cm–3, 说明宇宙线快中子法在低纬度高原能够准确测量区域土壤含水量。在较长时间序列上, 宇宙线快中子法与频域反射法10 cm的土壤水分变化趋势完全一致, 线性拟合优度为0.839; 在对降水响应的灵敏性上, 降水量2 mm以上的降水过程, 两种方法均有明显响应, 降水量2 mm以下的降水过程, 宇宙线快中子法要略优于频域反射法。在本试验中, 宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原区是适宜的, 对土壤水分空间变异性不敏感, 对百米级范围的平均土壤含水量的测量准确可信, 测量性能满足当前土壤含水量观测要求, 且能够提供实时土壤水分信息, 有效提高中尺度土壤水分监测效率与精度, 为相关土壤水分监测研究与应用提供参考, 对低纬度高原土地资源开发利用、环境保护、粮食自给等具有重要意义。 宇宙线快中子土壤水分监测方法具有监测范围大、不受土壤盐碱程度影响、实时无损原位测量的特点, 对旱涝预警、节水灌溉、生态环境保护及土壤生产力提升等具有重要意义。为明确宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原的适宜性, 本研究在中国南部开展了大范围烘干称重法测量, 验证宇宙线快中子法准确性, 以频域反射法做连续监测对比, 分析土壤水分相关性, 并结合雨量站观测数据, 研究其对土壤水分连续变化的响应能力。试验结果表明, 宇宙线快中子法与多点烘干称重法的线性拟合优度、均方根误差及绝对误差分别为0.898、0.013 cm3∙cm–3和0.027 cm3∙cm–3, 说明宇宙线快中子法在低纬度高原能够准确测量区域土壤含水量。在较长时间序列上, 宇宙线快中子法与频域反射法10 cm的土壤水分变化趋势完全一致, 线性拟合优度为0.839; 在对降水响应的灵敏性上, 降水量2 mm以上的降水过程, 两种方法均有明显响应, 降水量2 mm以下的降水过程, 宇宙线快中子法要略优于频域反射法。在本试验中, 宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原区是适宜的, 对土壤水分空间变异性不敏感, 对百米级范围的平均土壤含水量的测量准确可信, 测量性能满足当前土壤含水量观测要求, 且能够提供实时土壤水分信息, 有效提高中尺度土壤水分监测效率与精度, 为相关土壤水分监测研究与应用提供参考, 对低纬度高原土地资源开发利用、环境保护、粮食自给等具有重要意义。
“双碳”目标下河南省农业碳排放影响因素及预测研究
高晨曦, 卢秋萍, 欧年青, 胡清萍, 林雪, 鲍玲鑫
, doi: 10.12357/cjea.20220267
摘要(57) HTML(3) PDF(10)
摘要:
农业生产是碳排放的主要来源之一, 农业碳减排是中国实现“双碳”目标的重点方面。本文采用排放因子法测算河南省农业碳排放量; 对STIRPAT模型进行扩展, 定性与定量的分析农业碳排放的各种影响因素; 建立基于RBF核ε-SVR农业碳排放预测模型, 预测不同情境下河南省农业碳排放量及趋势。结果表明: 2001—2020年河南省农业CO2排放量总体呈“上升-下降”的趋势, 年均增长率为−1.18%, 2005年达到峰值10 256.69万t; 乡村人口、农作物播种面积、大型畜牧数、人均农业GDP、农村人均可支配收入、农业机械化水平、城镇化率每发生1%的变动, 将分别引起河南省农业CO2排放量0.162%、0.175%、0.130%、−0.018%、−0.029%、0.120%、−0.071%的变动; 在基准情景和低碳情景Ⅰ、Ⅱ下, 2021–2025年河南省农业CO2排放量呈持续下降的变化趋势, 到2025年预测值分别为6 483.80万t、6 369.19万t和6 338.32万t。研究表明: 河南省农业已实现碳达峰; 抑制农业碳排放的重点是农作物的土地利用及大型畜牧的粪便管理, 促进农业碳减排的重点是稳妥推进城镇化及农村经济发展; 低碳情景具有更大的碳减排潜力, 有助于加速全省“双碳”目标的实现。 农业生产是碳排放的主要来源之一, 农业碳减排是中国实现“双碳”目标的重点方面。本文采用排放因子法测算河南省农业碳排放量; 对STIRPAT模型进行扩展, 定性与定量的分析农业碳排放的各种影响因素; 建立基于RBF核ε-SVR农业碳排放预测模型, 预测不同情境下河南省农业碳排放量及趋势。结果表明: 2001—2020年河南省农业CO2排放量总体呈“上升-下降”的趋势, 年均增长率为−1.18%, 2005年达到峰值10 256.69万t; 乡村人口、农作物播种面积、大型畜牧数、人均农业GDP、农村人均可支配收入、农业机械化水平、城镇化率每发生1%的变动, 将分别引起河南省农业CO2排放量0.162%、0.175%、0.130%、−0.018%、−0.029%、0.120%、−0.071%的变动; 在基准情景和低碳情景Ⅰ、Ⅱ下, 2021–2025年河南省农业CO2排放量呈持续下降的变化趋势, 到2025年预测值分别为6 483.80万t、6 369.19万t和6 338.32万t。研究表明: 河南省农业已实现碳达峰; 抑制农业碳排放的重点是农作物的土地利用及大型畜牧的粪便管理, 促进农业碳减排的重点是稳妥推进城镇化及农村经济发展; 低碳情景具有更大的碳减排潜力, 有助于加速全省“双碳”目标的实现。
长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)幼苗对盐旱胁迫的生理响应
张睿, 封晓辉, 吴玉洁, 孙琦, 李静, 李劲松, 刘小京
, doi: 10.12357/cjea.20220185
摘要:
盐渍土主要分布于干旱、半干旱地区, 植物的生长同时受到旱和盐的胁迫。本研究以盐碱地改良改良的理想植物长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)为材料, 采用盆栽土培的方法, 探究了盐、旱及其互作对长穗偃麦草幼苗生长和生理特性的影响, 以期为长穗偃麦草在盐碱地的种植提供理论依据。试验设置4个土壤含盐量: 0 g·kg−1、4 g·kg−1、8 g·kg−1和12 g·kg−1; 3个干旱水平: 土壤含水量为田间持水量的75%~85% (常规灌水)、55%~65% (中度干旱)和35%~45% (重度干旱), 共12个处理, 以常规灌水和无NaCl添加为对照。试验测定了长穗偃麦草幼苗的生物量及叶绿素SPAD值、光合参数、抗氧化物酶活性和地上、地下部Na+、K+含量。结果表明: 干旱胁迫和盐胁迫均可使长穗偃麦草的生长受到抑制, 但盐旱互作可提高根/冠比, 长穗偃麦草仍可在重度干旱和高盐胁迫下存活。干旱或盐胁迫使长穗偃麦草叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降, 但这些指标在盐旱互作下高于常规灌水下的同一盐分处理。适当的盐分和干旱胁迫提高长穗偃麦草叶片SOD、POD、CAT活性, 高盐则降低; 重度干旱和高盐胁迫提高了叶片MDA含量。长穗偃麦草地上部Na+、K+含量和K+/Na+比高于根部; 干旱和盐分胁迫下, 长穗偃麦草根部和地上部Na+含量增加、K+含量减少但依然维持在较高水平, 干旱处理显著提高了盐胁迫下根部Na+含量, 但根部K+/Na+相对稳定, 地上部K+/Na+显著下降。上述结果表明, 长穗偃麦草在重度干旱和高盐胁迫下的存活特征, 可能与其具有发达的根系、高根/冠、完善的抗氧化系统以及根系Na+的积累和根系稳定的K+/Na+有关, 但要获得一定的生物量仍需要适度的干旱和低盐条件。 盐渍土主要分布于干旱、半干旱地区, 植物的生长同时受到旱和盐的胁迫。本研究以盐碱地改良改良的理想植物长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)为材料, 采用盆栽土培的方法, 探究了盐、旱及其互作对长穗偃麦草幼苗生长和生理特性的影响, 以期为长穗偃麦草在盐碱地的种植提供理论依据。试验设置4个土壤含盐量: 0 g·kg−1、4 g·kg−1、8 g·kg−1和12 g·kg−1; 3个干旱水平: 土壤含水量为田间持水量的75%~85% (常规灌水)、55%~65% (中度干旱)和35%~45% (重度干旱), 共12个处理, 以常规灌水和无NaCl添加为对照。试验测定了长穗偃麦草幼苗的生物量及叶绿素SPAD值、光合参数、抗氧化物酶活性和地上、地下部Na+、K+含量。结果表明: 干旱胁迫和盐胁迫均可使长穗偃麦草的生长受到抑制, 但盐旱互作可提高根/冠比, 长穗偃麦草仍可在重度干旱和高盐胁迫下存活。干旱或盐胁迫使长穗偃麦草叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降, 但这些指标在盐旱互作下高于常规灌水下的同一盐分处理。适当的盐分和干旱胁迫提高长穗偃麦草叶片SOD、POD、CAT活性, 高盐则降低; 重度干旱和高盐胁迫提高了叶片MDA含量。长穗偃麦草地上部Na+、K+含量和K+/Na+比高于根部; 干旱和盐分胁迫下, 长穗偃麦草根部和地上部Na+含量增加、K+含量减少但依然维持在较高水平, 干旱处理显著提高了盐胁迫下根部Na+含量, 但根部K+/Na+相对稳定, 地上部K+/Na+显著下降。上述结果表明, 长穗偃麦草在重度干旱和高盐胁迫下的存活特征, 可能与其具有发达的根系、高根/冠、完善的抗氧化系统以及根系Na+的积累和根系稳定的K+/Na+有关, 但要获得一定的生物量仍需要适度的干旱和低盐条件。
设施连作枯萎病黄瓜根际亚硝酸盐氧化细菌群落特征
郑晨萌, 刘星, 张影, 任秀娟, 陈碧华, 王菲, 申长卫, 吴大付
, doi: 10.12357/cjea.20220002
摘要(15) HTML(0) PDF(12)
摘要:
集约化设施黄瓜连作导致枯萎病高发, 但根际功能微生物在其中扮演的角色尚不清楚。本研究以设施连作黄瓜为供试对象, 通过采集枯萎病植株和健康植株根际土壤样品, 采用实时荧光定量PCR和高通量扩增子测序技术, 分析病株和健株根际间两种亚硝酸盐氧化微生物—硝化杆菌(Nitrobacter)和硝化螺菌(Nitrospira)丰度和群落多样性及结构差异。结果表明: 病株根际亚硝态氮含量和Nitrospira丰度与健株无差异, 但亚硝酸盐氧化潜势和Nitrobacter丰度更高(P<0.05)。NitrobacterNitrospira群落多样性在病株和健株根际间均无显著差异, 但群落结构显著不同。具体来看, 病株根际Nitrobacter Cluster 6, Nitrobacter Cluster 5和Namibia soil Cluster 1平均相对丰度显著高于健株(P<0.05), 但Nitrobacter Cluster 2b和Nitrospira lineage II平均相对丰度低于健株。亚硝酸盐氧化潜势与Nitrobacter丰度和Nitrobacter Cluster 6平均相对丰度均显著正相关(P<0.05)。冗余分析表明, 亚硝态氮含量是影响NitrobacterNitrospira群落结构最重要的土壤理化因子。本研究表明, 设施连作黄瓜枯萎病的发生伴随着植株根际亚硝酸盐氧化细菌群落结构的变化。 集约化设施黄瓜连作导致枯萎病高发, 但根际功能微生物在其中扮演的角色尚不清楚。本研究以设施连作黄瓜为供试对象, 通过采集枯萎病植株和健康植株根际土壤样品, 采用实时荧光定量PCR和高通量扩增子测序技术, 分析病株和健株根际间两种亚硝酸盐氧化微生物—硝化杆菌(Nitrobacter)和硝化螺菌(Nitrospira)丰度和群落多样性及结构差异。结果表明: 病株根际亚硝态氮含量和Nitrospira丰度与健株无差异, 但亚硝酸盐氧化潜势和Nitrobacter丰度更高(P<0.05)。NitrobacterNitrospira群落多样性在病株和健株根际间均无显著差异, 但群落结构显著不同。具体来看, 病株根际Nitrobacter Cluster 6, Nitrobacter Cluster 5和Namibia soil Cluster 1平均相对丰度显著高于健株(P<0.05), 但Nitrobacter Cluster 2b和Nitrospira lineage II平均相对丰度低于健株。亚硝酸盐氧化潜势与Nitrobacter丰度和Nitrobacter Cluster 6平均相对丰度均显著正相关(P<0.05)。冗余分析表明, 亚硝态氮含量是影响NitrobacterNitrospira群落结构最重要的土壤理化因子。本研究表明, 设施连作黄瓜枯萎病的发生伴随着植株根际亚硝酸盐氧化细菌群落结构的变化。
川中丘陵区不同播期玉米生育期气候资源及干旱特征分析—以中江为例
蓝天琼, 李思锦, 兰汉军, 邓长春, 杜霞, 陈谋浩, 崔世磊, 袁继超, 孔凡磊
, doi: 10.12357/cjea.20210906
摘要(59) HTML(27) PDF(4)
摘要:
川中丘陵区是西南玉米主产区之一, 季节性干旱是该区最主要的农业气象灾害, 研究不同播种时期玉米不同生育阶段气候资源及干旱特征对该区玉米避旱减灾有重大意义。本文以川中丘陵地区的中江为例, 利用1981—2020年四川省中江县气象站地面气象观测资料, 从3月下旬至6月上旬设置8个播期, 分析不同播期玉米生育期主要农业气候资源变化规律, 同时基于作物水分亏缺指数(CWDI)研究不同播期玉米各生育阶段干旱特征, 为川中丘陵区玉米适宜播期选择和生育期内阶段性干旱防御提供科学依据。结果表明: 1)近40年各播期玉米生育期气候资源变化均呈日照时数下降、温度升高、降雨量下降的趋势; 随播期推迟, 日均温、生长度日、高温度日均先升后降, 日照时数随播期推迟呈下降趋势, 而降雨量则随播期推迟呈增加趋势。适当推迟播期, 有利于提高玉米对日照、热量和降水资源的综合利用。2)随播期推迟, 玉米播种—拔节、拔节—抽雄阶段CWDI呈明显降低趋势, 3月下旬播种玉米抽雄—灌浆阶段CWDI明显高于其他播期; 推迟播期可降低玉米生育期水分亏缺的危险。3)不同播期玉米最易受旱生育阶段存在差异, 3月下旬、5月下旬、6月上旬播种玉米在播种—拔节阶段干旱频率最高, 4月上旬—5月中旬播种玉米在拔节—抽雄阶段干旱频率最高。4)各播期玉米各生育阶段干旱强度以轻旱、中旱为主, 重旱次之, 特旱最低; 推迟播期玉米干旱强度由中旱降为轻旱为主, 可降低玉米干旱发生频率, 特别是重旱和特旱发生频率。研究区玉米宜在5月中旬前播种; 玉米在3月下旬、4月上旬播种时, 应注重灌浆期以前的抗旱管理; 4月中旬到5月中旬播种时, 应注重抽雄前的抗旱管理, 同时预防灌浆—成熟阶段的高温风险。 川中丘陵区是西南玉米主产区之一, 季节性干旱是该区最主要的农业气象灾害, 研究不同播种时期玉米不同生育阶段气候资源及干旱特征对该区玉米避旱减灾有重大意义。本文以川中丘陵地区的中江为例, 利用1981—2020年四川省中江县气象站地面气象观测资料, 从3月下旬至6月上旬设置8个播期, 分析不同播期玉米生育期主要农业气候资源变化规律, 同时基于作物水分亏缺指数(CWDI)研究不同播期玉米各生育阶段干旱特征, 为川中丘陵区玉米适宜播期选择和生育期内阶段性干旱防御提供科学依据。结果表明: 1)近40年各播期玉米生育期气候资源变化均呈日照时数下降、温度升高、降雨量下降的趋势; 随播期推迟, 日均温、生长度日、高温度日均先升后降, 日照时数随播期推迟呈下降趋势, 而降雨量则随播期推迟呈增加趋势。适当推迟播期, 有利于提高玉米对日照、热量和降水资源的综合利用。2)随播期推迟, 玉米播种—拔节、拔节—抽雄阶段CWDI呈明显降低趋势, 3月下旬播种玉米抽雄—灌浆阶段CWDI明显高于其他播期; 推迟播期可降低玉米生育期水分亏缺的危险。3)不同播期玉米最易受旱生育阶段存在差异, 3月下旬、5月下旬、6月上旬播种玉米在播种—拔节阶段干旱频率最高, 4月上旬—5月中旬播种玉米在拔节—抽雄阶段干旱频率最高。4)各播期玉米各生育阶段干旱强度以轻旱、中旱为主, 重旱次之, 特旱最低; 推迟播期玉米干旱强度由中旱降为轻旱为主, 可降低玉米干旱发生频率, 特别是重旱和特旱发生频率。研究区玉米宜在5月中旬前播种; 玉米在3月下旬、4月上旬播种时, 应注重灌浆期以前的抗旱管理; 4月中旬到5月中旬播种时, 应注重抽雄前的抗旱管理, 同时预防灌浆—成熟阶段的高温风险。
ENSO事件对山东苹果生产的影响Ⅰ: 不同年型下苹果气候资源及产量的变化研究
崔成, 刘园, 刘布春, 孙彦坤, 杨凡, 张晓男, 邱美娟
, doi: 10.12357/cjea.20210925
摘要:
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)作为目前全球最强的海-气耦合系统之一, ENSO事件对我国气候资源, 甚至我国农业产生重要的影响。山东是我国苹果的优势主产区之一, 苹果产量的变化受限制于当地气候条件。分析在ENSO事件的影响下, 气候资源的变化对当地苹果产量的影响具有重要意义。因此本文基于山东1991-2019年逐日气象观测数据、地市级苹果种植统计数据及ENSO数据, 分析在不同ENSO年型下山东苹果可生长期气候资源的时空变化特征, 并在 此基础上探究苹果可生长期气候资源对当地苹果产量的影响。结果表明: 1)山东全省苹果种植面积呈先上升后下降的趋势, 总产和单产呈显著增加趋势; 苹果种植面积和总产量的重心由潍坊地区向胶东半岛移动, 单产重心在潍坊由中部向西南方向移动; 2)不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源与ENSO事件的相关性并不显著。在不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源空间分布不均匀, 光照资源呈北多南少空间分布、热量资源呈由东向西增加分布; 而降水资源则呈由南向北增加分布。厄尔尼诺年光照资源、热量资源较为优越, 拉尼娜年、中性年降水资源较为优越; 3)不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源与苹果气象单产中, 热量资源与气象单产多呈负向关系, 对气象单产有一定制约影响; 而厄尔尼诺年、拉尼娜年降水资源与苹果气象单产呈正向关系, 中性年降水资源与苹果气象单产呈负相关。优越的气候资源对苹果生产的增收增益有促进作用。过量的气候资源会对苹果产量造成一定程度的抑制作用。未来需要关注在厄尔尼诺年下的高温、干旱等相关灾害, 拉尼娜年、中性年下的低温、洪涝灾害, 规避气象灾害所带来的影响, 保证当地苹果产业健康发展。 厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)作为目前全球最强的海-气耦合系统之一, ENSO事件对我国气候资源, 甚至我国农业产生重要的影响。山东是我国苹果的优势主产区之一, 苹果产量的变化受限制于当地气候条件。分析在ENSO事件的影响下, 气候资源的变化对当地苹果产量的影响具有重要意义。因此本文基于山东1991-2019年逐日气象观测数据、地市级苹果种植统计数据及ENSO数据, 分析在不同ENSO年型下山东苹果可生长期气候资源的时空变化特征, 并在 此基础上探究苹果可生长期气候资源对当地苹果产量的影响。结果表明: 1)山东全省苹果种植面积呈先上升后下降的趋势, 总产和单产呈显著增加趋势; 苹果种植面积和总产量的重心由潍坊地区向胶东半岛移动, 单产重心在潍坊由中部向西南方向移动; 2)不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源与ENSO事件的相关性并不显著。在不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源空间分布不均匀, 光照资源呈北多南少空间分布、热量资源呈由东向西增加分布; 而降水资源则呈由南向北增加分布。厄尔尼诺年光照资源、热量资源较为优越, 拉尼娜年、中性年降水资源较为优越; 3)不同ENSO年型下苹果可生长期气候资源与苹果气象单产中, 热量资源与气象单产多呈负向关系, 对气象单产有一定制约影响; 而厄尔尼诺年、拉尼娜年降水资源与苹果气象单产呈正向关系, 中性年降水资源与苹果气象单产呈负相关。优越的气候资源对苹果生产的增收增益有促进作用。过量的气候资源会对苹果产量造成一定程度的抑制作用。未来需要关注在厄尔尼诺年下的高温、干旱等相关灾害, 拉尼娜年、中性年下的低温、洪涝灾害, 规避气象灾害所带来的影响, 保证当地苹果产业健康发展。
低铁胁迫对不同铁效率玉米幼苗生长、抗氧化及光合生理特性的影响
付豪, 任云, 陈泽雄, 聂姝姝, 余文静, 李强
, doi: 10.12357/cjea.20220036
摘要(14) HTML(3) PDF(1)
摘要:
通过分析不同铁效率玉米幼苗低铁胁迫下的生长、抗氧化及光合生理特性差异, 为铁高效品种玉米的推广提供科学依据。以铁高效玉米品种(‘正红2号’, ZH 2; ‘正大619’, ZD 619)和铁低效玉米品种(‘川单418’, CD 418; ‘先玉508’, XY 508)为试验材料, 在3个纯铁浓度[0 μmol∙L−1, Fe0; 10 μmol∙L−1, Fe10; 100 μmol∙L−1, Fe100]下研究低铁胁迫对不同铁效率玉米品种苗期生长、抗氧化及光合生理特性的影响。结果表明, 低铁胁迫下, 玉米幼苗株高、茎粗、叶面积、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、地上部干物质和铁积累分配比、单株干物质量和铁积累量均显著下降, 而胞间CO2浓度, 过氧化物酶(POD)活性, 丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量, 根系干物质和铁积累比例, 根冠比和根冠铁比均显著升高, 但铁高效品种形态特征、光合特性、干物质和铁的积累与分配及MDA含量的变幅均低于铁低效品种, 而渗透调节物质含量和POD活性的增幅均高于铁低效品种, 且随胁迫程度增加, 两类品种间变幅差异增大。与铁低效品种相比, 铁高效品种在低铁胁迫下具有较高的渗透调节物质和抗氧化酶活性, 有利于减轻其膜脂过氧化伤害, 保持较高的光合特性, 协调地上地下物质和铁的积累与分配, 并维持地上部的生长, 从而提高其对低铁环境的适应性。 通过分析不同铁效率玉米幼苗低铁胁迫下的生长、抗氧化及光合生理特性差异, 为铁高效品种玉米的推广提供科学依据。以铁高效玉米品种(‘正红2号’, ZH 2; ‘正大619’, ZD 619)和铁低效玉米品种(‘川单418’, CD 418; ‘先玉508’, XY 508)为试验材料, 在3个纯铁浓度[0 μmol∙L−1, Fe0; 10 μmol∙L−1, Fe10; 100 μmol∙L−1, Fe100]下研究低铁胁迫对不同铁效率玉米品种苗期生长、抗氧化及光合生理特性的影响。结果表明, 低铁胁迫下, 玉米幼苗株高、茎粗、叶面积、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、地上部干物质和铁积累分配比、单株干物质量和铁积累量均显著下降, 而胞间CO2浓度, 过氧化物酶(POD)活性, 丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量, 根系干物质和铁积累比例, 根冠比和根冠铁比均显著升高, 但铁高效品种形态特征、光合特性、干物质和铁的积累与分配及MDA含量的变幅均低于铁低效品种, 而渗透调节物质含量和POD活性的增幅均高于铁低效品种, 且随胁迫程度增加, 两类品种间变幅差异增大。与铁低效品种相比, 铁高效品种在低铁胁迫下具有较高的渗透调节物质和抗氧化酶活性, 有利于减轻其膜脂过氧化伤害, 保持较高的光合特性, 协调地上地下物质和铁的积累与分配, 并维持地上部的生长, 从而提高其对低铁环境的适应性。
社会资本、技术认知对黑土区农户保护性耕作技术采纳行为的影响
李文欢, 王桂霞
, doi: 10.12357/cjea.20220032
摘要:
黑土地是极其珍贵的自然资源, 在保证粮食安全、促进农业绿色发展和乡村振兴方面具有重要作用。但在过度利用的情况下, 黑土地质量正在不断退化, 如何提高农户保护性耕作技术的采纳率, 促使黑土地由“瘦”变“肥”是当前亟须解决的问题。本文基于嵌入性社会结构理论, 以典型黑土区625户种植户的调研数据为基础, 运用结构方程模型探析了社会资本、技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为影响的传导路径及其群组差异。研究表明: ①社会资本对农户保护性耕作技术采纳行为具有正向促进作用。②技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为具有正向促进作用, 同时技术认知在社会资本对农户保护性耕作技术采纳行为的影响中起中介作用。但技术有用性认知的间接影响大于技术易用性的影响。③多群组SEM结果显示: 种植规模、年龄在社会资本和技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为的影响存在差异。其中, 大规模种植户技术采纳行为更容易受社会网络的影响; 而中小规模种植户受社会信任影响较大。中青年种植户的技术采纳行为更容易受到社会网络的影响, 而老年种植户更容易受到技术易用性的影响。鉴于此, 东北黑土区保护性耕作技术的推广除依靠政府外, 还应在考虑农民异质性的前提下充分发挥社会资本的作用。 黑土地是极其珍贵的自然资源, 在保证粮食安全、促进农业绿色发展和乡村振兴方面具有重要作用。但在过度利用的情况下, 黑土地质量正在不断退化, 如何提高农户保护性耕作技术的采纳率, 促使黑土地由“瘦”变“肥”是当前亟须解决的问题。本文基于嵌入性社会结构理论, 以典型黑土区625户种植户的调研数据为基础, 运用结构方程模型探析了社会资本、技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为影响的传导路径及其群组差异。研究表明: ①社会资本对农户保护性耕作技术采纳行为具有正向促进作用。②技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为具有正向促进作用, 同时技术认知在社会资本对农户保护性耕作技术采纳行为的影响中起中介作用。但技术有用性认知的间接影响大于技术易用性的影响。③多群组SEM结果显示: 种植规模、年龄在社会资本和技术认知对农户保护性耕作技术采纳行为的影响存在差异。其中, 大规模种植户技术采纳行为更容易受社会网络的影响; 而中小规模种植户受社会信任影响较大。中青年种植户的技术采纳行为更容易受到社会网络的影响, 而老年种植户更容易受到技术易用性的影响。鉴于此, 东北黑土区保护性耕作技术的推广除依靠政府外, 还应在考虑农民异质性的前提下充分发挥社会资本的作用。
假单胞菌TCd-1对不同镉耐性水稻品种镉吸收及根际土壤酶活性与镉形态的影响
柳玲林, 汪敦飞, 黄明田, 肖清铁, 游武, 钱鑫, 郑新宇, 林瑞余
, doi: 10.12357/cjea.20210854
摘要(33) HTML(22) PDF(2)
摘要:
为探究假单胞菌TCd-1降低水稻镉吸收的根际生态机制, 以高镉耐性水稻品种‘特优671’和低镉耐性水稻品种‘百香139’为材料, 通过盆栽土培试验, 研究了接种TCd-1菌株对10 mg∙kg−1镉处理水稻镉吸收、根际土壤镉形态及酶活性的影响。结果表明: 接种菌株后高、低镉耐性水稻品种各部位的镉含量显著降低(P<0.05), 镉富集系数分别降低35.14%和47.79%, 转移系数无显著变化; 根际土壤可交换态镉含量分别显著降低15.89%和23.81% , 铁锰氧化态结合态镉含量显著提高39.58%和28.81% (P<0.05), 有机态镉含量显著提高36.11%和25.00% (P<0.05); 低镉耐性水稻根际土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性依次提高26.74%、12.07%、62.50%、81.17%和5.13%, 多酚氧化酶活性降低12.40%, 高镉耐性水稻的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性依次降低7.19%、9.39%、25.53%、16.20%和11.44%, 过氧化氢酶活性提高5.13%。可见, 假单胞菌TCd-1主要通过降低根际土壤镉的生物有效性、恢复土壤酶活性, 进而提高水稻耐镉能力并抑制水稻对镉的吸收与积累, 对高、低不同镉耐性水稻品种, 接种TCd-1菌株后其镉富集特性、根际土壤酶活性及不同镉形态含量占比均表现出显著差异。 为探究假单胞菌TCd-1降低水稻镉吸收的根际生态机制, 以高镉耐性水稻品种‘特优671’和低镉耐性水稻品种‘百香139’为材料, 通过盆栽土培试验, 研究了接种TCd-1菌株对10 mg∙kg−1镉处理水稻镉吸收、根际土壤镉形态及酶活性的影响。结果表明: 接种菌株后高、低镉耐性水稻品种各部位的镉含量显著降低(P<0.05), 镉富集系数分别降低35.14%和47.79%, 转移系数无显著变化; 根际土壤可交换态镉含量分别显著降低15.89%和23.81% , 铁锰氧化态结合态镉含量显著提高39.58%和28.81% (P<0.05), 有机态镉含量显著提高36.11%和25.00% (P<0.05); 低镉耐性水稻根际土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性依次提高26.74%、12.07%、62.50%、81.17%和5.13%, 多酚氧化酶活性降低12.40%, 高镉耐性水稻的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性依次降低7.19%、9.39%、25.53%、16.20%和11.44%, 过氧化氢酶活性提高5.13%。可见, 假单胞菌TCd-1主要通过降低根际土壤镉的生物有效性、恢复土壤酶活性, 进而提高水稻耐镉能力并抑制水稻对镉的吸收与积累, 对高、低不同镉耐性水稻品种, 接种TCd-1菌株后其镉富集特性、根际土壤酶活性及不同镉形态含量占比均表现出显著差异。
草地生态系统承载力概念、方法及关键问题
鄢玲艳, 孔令桥, 张路, 欧阳志云, 胡金明
, doi: 10.12357/cjea.20210905
摘要(69) HTML(78) PDF(20)
摘要:
草地是中国面积最大的陆地生态系统, 具有重要的生态功能, 是牧民赖以生存和发展的物质基础。同时草地生态系统脆弱敏感, 退化严重, 对生态安全和经济发展造成威胁。草地生态系统承载力的研究对实现草畜平衡和草地可持续利用、维护我国生态脆弱区生态安全具有重要意义。本文对草地生态系统承载力相关概念及发展进行了梳理, 提出了草地生态系统承载力评估概念框架。在总结现有草地生态系统承载力评估方法基础上, 重点分析了目前草地生态系统承载力研究方法以及量化模型的不足, 提出了未来需要进一步加强研究的领域和方向。在草地生态系统承载力评估方法上, 当前主要采用载畜量进行量化, 现有方法大多根据牧草生产力及农副产品价格、牧草产量、草地净初级生产力或植被指数估算, 现存问题主要有: 1)产草量受多因素影响, 不同研究区间差异较大, 数据难以准确获取或估算; 2)忽略了野生动物、病虫害导致的牧草损失量; 3)实际载畜量折算未考虑牲畜体重、年龄大小; 4)缺乏较完备的多因素整合模型与预测预警模型。未来应在以下方面深入研究: 1)构建完善的草地生态系统承载力研究基础理论体系; 2)完善草地生态系统承载力评价指标体系, 优化评价模型; 3)加强参数的动态监测和标准化; 4)建立草地生态系统承载力研究预测预警机制, 科学确定草地生态系统承载阈值。 草地是中国面积最大的陆地生态系统, 具有重要的生态功能, 是牧民赖以生存和发展的物质基础。同时草地生态系统脆弱敏感, 退化严重, 对生态安全和经济发展造成威胁。草地生态系统承载力的研究对实现草畜平衡和草地可持续利用、维护我国生态脆弱区生态安全具有重要意义。本文对草地生态系统承载力相关概念及发展进行了梳理, 提出了草地生态系统承载力评估概念框架。在总结现有草地生态系统承载力评估方法基础上, 重点分析了目前草地生态系统承载力研究方法以及量化模型的不足, 提出了未来需要进一步加强研究的领域和方向。在草地生态系统承载力评估方法上, 当前主要采用载畜量进行量化, 现有方法大多根据牧草生产力及农副产品价格、牧草产量、草地净初级生产力或植被指数估算, 现存问题主要有: 1)产草量受多因素影响, 不同研究区间差异较大, 数据难以准确获取或估算; 2)忽略了野生动物、病虫害导致的牧草损失量; 3)实际载畜量折算未考虑牲畜体重、年龄大小; 4)缺乏较完备的多因素整合模型与预测预警模型。未来应在以下方面深入研究: 1)构建完善的草地生态系统承载力研究基础理论体系; 2)完善草地生态系统承载力评价指标体系, 优化评价模型; 3)加强参数的动态监测和标准化; 4)建立草地生态系统承载力研究预测预警机制, 科学确定草地生态系统承载阈值。
丛枝菌根真菌-植物-根际微生物互作研究进展与展望
储薇, 郭信来, 张晨, 周柳婷, 吴则焰, 林文雄
, doi: 10.12357/cjea.20220093
摘要:
根际微生态作为土壤生态环境的热区, 以多种方式影响着植物的生长和代谢, 许多科学家将根系视为第二次绿色革命的关键。丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)是植物最普遍的菌根共生类别之一, 与陆地植物的进化史密不可分。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)与宿主植物根系形成的菌根共生体可改变植株根系形态、改善营养状况, 从而促进宿主植物的生长发育, 提高抗逆性及抗病性, 参与植物的许多生理代谢过程, 并通过对土壤结构及微生物群落结构的调节间接影响植物的生长。本文简述了AMF与植物、根际微生物和菌根辅助菌(mycorrhizae helper bacteria, MHB)的互作研究, 探讨了菌根共生对植株建立、竞争、维持生物多样性及其在地球环境生态中的重要作用。尽管AMF与植株共生已经表现出良好的生产效益, 但是大多数科学文献报道的研究都是在受控条件(生长室或温室、无菌基质)下进行的, 由于AMF在自然环境中的响应可能会发生显著变化, 因此我们还需要在田间条件下评估AMF的能力。其次, 进一步探索植物与真菌分子对话中的共生基因网络和关键转录因子、破译MHB的关键代谢信号通路也十分重要。 根际微生态作为土壤生态环境的热区, 以多种方式影响着植物的生长和代谢, 许多科学家将根系视为第二次绿色革命的关键。丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)是植物最普遍的菌根共生类别之一, 与陆地植物的进化史密不可分。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)与宿主植物根系形成的菌根共生体可改变植株根系形态、改善营养状况, 从而促进宿主植物的生长发育, 提高抗逆性及抗病性, 参与植物的许多生理代谢过程, 并通过对土壤结构及微生物群落结构的调节间接影响植物的生长。本文简述了AMF与植物、根际微生物和菌根辅助菌(mycorrhizae helper bacteria, MHB)的互作研究, 探讨了菌根共生对植株建立、竞争、维持生物多样性及其在地球环境生态中的重要作用。尽管AMF与植株共生已经表现出良好的生产效益, 但是大多数科学文献报道的研究都是在受控条件(生长室或温室、无菌基质)下进行的, 由于AMF在自然环境中的响应可能会发生显著变化, 因此我们还需要在田间条件下评估AMF的能力。其次, 进一步探索植物与真菌分子对话中的共生基因网络和关键转录因子、破译MHB的关键代谢信号通路也十分重要。
添加硅缓解植物非生物和生物胁迫的生理生态机制
钱程, 李新娥, 赵欣, 刘大林, 王琳
, doi: 10.12357/cjea.20220112
摘要(25) HTML(3) PDF(10)
摘要:
由于全球气候变化和人类活动, 农业生产中各种非生物和生物胁迫不断增多, 严重威胁农作物产量和粮食安全。近年来, 硅对植物抗逆性的促进作用逐渐受到重视, 且硅肥具有生态相容和环境友好的特性, 具有广阔的应用前景。因此, 系统梳理硅对各种非生物与生物胁迫的缓解作用机制, 对提高农作物生产力以及改善农业生态系统具有重要指导意义。本文首先介绍了植物对硅的吸收与沉积, 以及硅通过影响植物碳基物质合成与代谢对植物产生的有益作用, 然后, 对硅缓解植物渗透胁迫、重金属离子胁迫、营养胁迫、极端温度胁迫、紫外线胁迫、以及生物胁迫作用的生理生态机理进行综述。硅提高植物抗逆性的共同机制包括活性氧清除能力的提高、光合作用能力的提高、以及碳硅替代降低了植物生长成本, 但除此之外, 硅对不同胁迫的缓解机制还具有特异性。此外, 之前的研究主要集中在硅的缓解作用的生理生态机制, 以及对喜硅的禾本科植物的研究, 且较少关注施硅后对环境的影响;因此, 本文最后对硅改善植物生长的分子机制、对促进豆科作物与根瘤共生关系、以及对农业生态系统碳汇的影响进行了展望,以期对未来的研究提供参考与借鉴。 由于全球气候变化和人类活动, 农业生产中各种非生物和生物胁迫不断增多, 严重威胁农作物产量和粮食安全。近年来, 硅对植物抗逆性的促进作用逐渐受到重视, 且硅肥具有生态相容和环境友好的特性, 具有广阔的应用前景。因此, 系统梳理硅对各种非生物与生物胁迫的缓解作用机制, 对提高农作物生产力以及改善农业生态系统具有重要指导意义。本文首先介绍了植物对硅的吸收与沉积, 以及硅通过影响植物碳基物质合成与代谢对植物产生的有益作用, 然后, 对硅缓解植物渗透胁迫、重金属离子胁迫、营养胁迫、极端温度胁迫、紫外线胁迫、以及生物胁迫作用的生理生态机理进行综述。硅提高植物抗逆性的共同机制包括活性氧清除能力的提高、光合作用能力的提高、以及碳硅替代降低了植物生长成本, 但除此之外, 硅对不同胁迫的缓解机制还具有特异性。此外, 之前的研究主要集中在硅的缓解作用的生理生态机制, 以及对喜硅的禾本科植物的研究, 且较少关注施硅后对环境的影响;因此, 本文最后对硅改善植物生长的分子机制、对促进豆科作物与根瘤共生关系、以及对农业生态系统碳汇的影响进行了展望,以期对未来的研究提供参考与借鉴。
环境规制视角下农业基础设施对粮食生态全要素生产率的影响
李自强, 叶伟娇, 梅冬
, doi: 10.12357/cjea.20220214
摘要:
保护生态环境前提下实现粮食增产是保障我国粮食安全可持续发展的重要前提。为探寻提升我国粮食生态全要素生产率的有效策略。本研究在考虑粮食种植生态价值基础上, 运用Global-Malmquist-Luenberger (GML)指数测算出粮食生态全要素生产率, 以农业基础设施为切入点实证探究粮食生态全要素生产率的提升路径。结果表明: 1)农业基础设施各维度都能有效提高粮食生态全要素生产率, 但存在时间上的滞后性; 其中, 农业水利设施对其的影响呈现“倒U型”关系。2)与全样本回归结果不同的是, 分南北样本回归结果显示南方地区农业水利设施及其滞后项对粮食生态全要素生产率不具有显著影响, 且农业电力设施及滞后项对其具有抑制作用; 分产区样本回归结果显示粮食主产区农业交通设施及其滞后项不能显著影响粮食生态全要素生产率, 同时, 非粮食主产区农业电力设施及滞后项对其也不具有显著影响。3)从调节作用检验结果看, 环境规制在农田水利设施对粮食生态全要素生率的影响中具有正向调节作用。进一步研究发现, 分组调节回归结果中相对于粮食生态全要素生率较高的区域, 在粮食生态全要素生率较低区域内, 环境规制能够发挥更强的正向调节作用。据此, 建议政府应超前规划布局农业基础设施建设投资体系, 制定并宣传科学、合理、弹性的环境法规制度。 保护生态环境前提下实现粮食增产是保障我国粮食安全可持续发展的重要前提。为探寻提升我国粮食生态全要素生产率的有效策略。本研究在考虑粮食种植生态价值基础上, 运用Global-Malmquist-Luenberger (GML)指数测算出粮食生态全要素生产率, 以农业基础设施为切入点实证探究粮食生态全要素生产率的提升路径。结果表明: 1)农业基础设施各维度都能有效提高粮食生态全要素生产率, 但存在时间上的滞后性; 其中, 农业水利设施对其的影响呈现“倒U型”关系。2)与全样本回归结果不同的是, 分南北样本回归结果显示南方地区农业水利设施及其滞后项对粮食生态全要素生产率不具有显著影响, 且农业电力设施及滞后项对其具有抑制作用; 分产区样本回归结果显示粮食主产区农业交通设施及其滞后项不能显著影响粮食生态全要素生产率, 同时, 非粮食主产区农业电力设施及滞后项对其也不具有显著影响。3)从调节作用检验结果看, 环境规制在农田水利设施对粮食生态全要素生率的影响中具有正向调节作用。进一步研究发现, 分组调节回归结果中相对于粮食生态全要素生率较高的区域, 在粮食生态全要素生率较低区域内, 环境规制能够发挥更强的正向调节作用。据此, 建议政府应超前规划布局农业基础设施建设投资体系, 制定并宣传科学、合理、弹性的环境法规制度。
集约农田管理措施对桓台县域土壤有机碳储量的影响
胡正江, 康晓晗, 薛旭杰, 廖艳, 吴文良, 孟凡乔
, doi: 10.12357/cjea.20220268
摘要:
优化农田管理措施, 在增加土壤肥力、确保粮食高产稳产的同时, 也可以提升农田土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)储量。本研究以华北第一吨粮县山东桓台县为对象, 分析化肥、有机肥和秸秆还田等农田管理措施对全县土壤有机碳库的影响。研究分别在点位和区域尺度对生物地球化学模型DNDC进行了校验; 进而设置未来5种农田管理情景, 以2011年为基准年, 对未来30 a桓台县农田耕层土壤(0~20 cm)的SOC变化进行了模拟预测。预测结果显示, 在保持2011年农田管理措施不变情景下[ 化肥氮500 kg(N)∙hm−2、秸秆还田比例90%], 10 a、20 a和30 a后SOC含量分别增加28.1%、39.2%和44.9%, 说明在当前气候条件下, 以桓台县为代表的华北农田秸秆还田对增加土壤有机质仍有较大空间; 另一方面, 秸秆还田下土壤有机质不是线性增加, 即呈现出土壤有机质的饱和趋势。在5种农田管理情景中, 年均400 kg(N)∙hm−2的氮肥施用量、90%的秸秆还田比例和40 kg(N)∙hm−2的有机肥施用量情景, 能够最大程度地提高农田耕层SOC含量, 30 a后可以达到16.2 g∙kg−1。研究结果可为评价华北平原农田土壤有机碳库的变化提供科学依据, 并为农田管理措施优化及相应政策的制定提供参考。 优化农田管理措施, 在增加土壤肥力、确保粮食高产稳产的同时, 也可以提升农田土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)储量。本研究以华北第一吨粮县山东桓台县为对象, 分析化肥、有机肥和秸秆还田等农田管理措施对全县土壤有机碳库的影响。研究分别在点位和区域尺度对生物地球化学模型DNDC进行了校验; 进而设置未来5种农田管理情景, 以2011年为基准年, 对未来30 a桓台县农田耕层土壤(0~20 cm)的SOC变化进行了模拟预测。预测结果显示, 在保持2011年农田管理措施不变情景下[ 化肥氮500 kg(N)∙hm−2、秸秆还田比例90%], 10 a、20 a和30 a后SOC含量分别增加28.1%、39.2%和44.9%, 说明在当前气候条件下, 以桓台县为代表的华北农田秸秆还田对增加土壤有机质仍有较大空间; 另一方面, 秸秆还田下土壤有机质不是线性增加, 即呈现出土壤有机质的饱和趋势。在5种农田管理情景中, 年均400 kg(N)∙hm−2的氮肥施用量、90%的秸秆还田比例和40 kg(N)∙hm−2的有机肥施用量情景, 能够最大程度地提高农田耕层SOC含量, 30 a后可以达到16.2 g∙kg−1。研究结果可为评价华北平原农田土壤有机碳库的变化提供科学依据, 并为农田管理措施优化及相应政策的制定提供参考。
黑土区春小麦产量对积雪覆盖的响应研究—基于季节性冻土冻融过程调控的视角
付微, 任健, 李艺帆, 魏孝荣, 于淑会, 胡永翔, 尚国琲
, doi: 10.12357/cjea.20220006
摘要(12) HTML(0) PDF(0)
摘要:
为揭示黑土区季节性积雪—季节性冻土—粮食生产的联动关系, 以春小麦为研究对象, 采用积雪控制试验, 设置积雪覆盖和无积雪覆盖两个处理, 通过测定春小麦产量以及季节性冻土冻融期的0~100 cm深度土层土壤温度和土壤水分动态变化过程, 探究季节性冻土冻融过程(冻融形成发育、土壤水热状况)在调控春小麦产量对积雪覆盖响应方面的潜在作用。结果发现: 季节性冻土融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、出苗—四叶期20 cm土壤水分以及冻融期10 cm土壤冻融循环频率等土壤水分和土壤冻融循环频率参数是影响黑土区春小麦产量的主要因子, 表现为黑土区春小麦产量随土壤融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、融化期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著提高(P<0.05) , 而随土壤融化阶段的出苗—四叶期20 cm土壤水分、冻结期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著降低(P<0.05)。枯水年份, 上述季节性冻土的土壤水分和土壤冻融循环频率参数对积雪覆盖响应不敏感, 因此, 枯水年黑土区春小麦产量对积雪覆盖无显著响应。研究结果为东北黑土区应对全球气候变化、维持粮食安全生产提供科学依据。 为揭示黑土区季节性积雪—季节性冻土—粮食生产的联动关系, 以春小麦为研究对象, 采用积雪控制试验, 设置积雪覆盖和无积雪覆盖两个处理, 通过测定春小麦产量以及季节性冻土冻融期的0~100 cm深度土层土壤温度和土壤水分动态变化过程, 探究季节性冻土冻融过程(冻融形成发育、土壤水热状况)在调控春小麦产量对积雪覆盖响应方面的潜在作用。结果发现: 季节性冻土融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、出苗—四叶期20 cm土壤水分以及冻融期10 cm土壤冻融循环频率等土壤水分和土壤冻融循环频率参数是影响黑土区春小麦产量的主要因子, 表现为黑土区春小麦产量随土壤融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、融化期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著提高(P<0.05) , 而随土壤融化阶段的出苗—四叶期20 cm土壤水分、冻结期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著降低(P<0.05)。枯水年份, 上述季节性冻土的土壤水分和土壤冻融循环频率参数对积雪覆盖响应不敏感, 因此, 枯水年黑土区春小麦产量对积雪覆盖无显著响应。研究结果为东北黑土区应对全球气候变化、维持粮食安全生产提供科学依据。
基于DNDC模型的设施菜地N2O减排潜力评估
柯华东, 孔陈琛, 雷豪杰, 丁武汉, 李虎
, doi: 10.12357/cjea.20210735
摘要(56) HTML(19) PDF(12)
摘要:
设施菜地因水肥投入高而导致大量N2O排放已成为当前研究热点。N2O作为主要温室气体之一, 探寻N2O减排潜力不仅可为设施菜地碳减排方案的制定提供一定参考, 还可为实现我国“双碳”目标提供科学依据。本研究以京郊典型设施黄瓜-番茄系统为研究对象, 通过田间试验与DNDC模型相结合的方法, 基于田间观测数据对模型进行校验, 然后以农民常规种植模式为基线情景, 改变田间管理措施(灌溉方式、施氮量、有机肥替代化肥等)和调控土壤理化性质[土壤有机碳(SOC)、pH等]为替代情景, 运用DNDC模型通过1250次模拟得到单一情景和多组合情景下N2O排放量, 并评估其减排潜力。结果表明, DNDC模型能够较好地模拟设施菜地土壤温湿度、蔬菜产量和N2O排放量。基线情景下N2O排放总量为12.18 kg(N)∙hm−2。单因子情景分析表明, 设施菜地N2O减排潜力变幅为12.23%~17.58%。敏感性指数显示N2O排放对土壤pH调控和化肥减施的响应比对其余单因子较为敏感, 其中相比于基线情景, 1.2倍土壤pH情景和减施30%化肥情景N2O排放量分别降低15.60%和14.86%。多组合因子情景表明, 与基线情景相比, 同时采用滴灌、减少30%的化肥施氮量和减施30%有机肥组合情景, 可降低31.69%的N2O排放。而相同组合在低SOC及高pH的土壤情景中N2O减排潜力可进一步降低, 达到55.58% [6.77 kg(N)∙hm−2]。可见, DNDC模型可较好地模拟田间环境, 克服田间试验中有限的处理设置和较高的监测成本等局限性, 从而为设施菜地N2O排放定量评估和减排评价提供了一个较好的解决方案。DNDC对设施菜地N2O排放的单因子情景和组合情景的模拟结果表明, 结合土壤理化性质调控和水肥管理措施优化具有较大的N2O减排潜力。 设施菜地因水肥投入高而导致大量N2O排放已成为当前研究热点。N2O作为主要温室气体之一, 探寻N2O减排潜力不仅可为设施菜地碳减排方案的制定提供一定参考, 还可为实现我国“双碳”目标提供科学依据。本研究以京郊典型设施黄瓜-番茄系统为研究对象, 通过田间试验与DNDC模型相结合的方法, 基于田间观测数据对模型进行校验, 然后以农民常规种植模式为基线情景, 改变田间管理措施(灌溉方式、施氮量、有机肥替代化肥等)和调控土壤理化性质[土壤有机碳(SOC)、pH等]为替代情景, 运用DNDC模型通过1250次模拟得到单一情景和多组合情景下N2O排放量, 并评估其减排潜力。结果表明, DNDC模型能够较好地模拟设施菜地土壤温湿度、蔬菜产量和N2O排放量。基线情景下N2O排放总量为12.18 kg(N)∙hm−2。单因子情景分析表明, 设施菜地N2O减排潜力变幅为12.23%~17.58%。敏感性指数显示N2O排放对土壤pH调控和化肥减施的响应比对其余单因子较为敏感, 其中相比于基线情景, 1.2倍土壤pH情景和减施30%化肥情景N2O排放量分别降低15.60%和14.86%。多组合因子情景表明, 与基线情景相比, 同时采用滴灌、减少30%的化肥施氮量和减施30%有机肥组合情景, 可降低31.69%的N2O排放。而相同组合在低SOC及高pH的土壤情景中N2O减排潜力可进一步降低, 达到55.58% [6.77 kg(N)∙hm−2]。可见, DNDC模型可较好地模拟田间环境, 克服田间试验中有限的处理设置和较高的监测成本等局限性, 从而为设施菜地N2O排放定量评估和减排评价提供了一个较好的解决方案。DNDC对设施菜地N2O排放的单因子情景和组合情景的模拟结果表明, 结合土壤理化性质调控和水肥管理措施优化具有较大的N2O减排潜力。
两种积累型番茄对不同难溶态Cd活化与吸收的差异
张玉坤, 高夕彤, 王小敏, 段亚军, 吕诗, 王雪, 路倩影, 冯圣东, 杨志新
, doi: 10.12357/cjea.20210809
摘要(39) HTML(1) PDF(5)
摘要:
本研究以两种Cd积累型番茄品种(高积累型‘合作8’, 低积累型‘普罗旺斯’)幼苗为研究对象, 通过水培试验, 研究其对两种难溶态Cd (CdS和CdCO3)的活化效果及吸收差异特征, 并分析两种难溶态Cd对植株的生长效应, 为Cd轻度污染土壤中番茄品种的合理选择提供依据。结果表明: 在活化效果方面, ‘合作8’对难溶态Cd的活化效果显著高于‘普罗旺斯’。CdCO3和CdS处理下高积累型品种‘合作8’使溶液中有效态Cd浓度分别比添加CdCO3和CdS但未种植番茄的处理显著提高62.1%和51.0% (P<0.05); 而低积累型‘普罗旺斯’在CdCO3处理下溶液中有效态Cd浓度比对照增加39.8% (P<0.05), 但在CdS处理下有效Cd浓度变化不明显。在植株Cd吸收方面, CdS和CdCO3处理下‘合作8’地上部与根部Cd含量均显著(P<0.05)高于‘普罗旺斯’, 地上部分别提高38.9%和72.2%, 根部分别提高68.0%和77.1%。与未添加难溶性Cd处理相比, CdS处理下‘普罗旺斯’株高、根长和生物量分别提高15.0%、10.1%和15.5% (P<0.05), 而‘合作8’株高、根长和生物量分别降低5.0%、9.8%和11.3% (P<0.05); 同时, 2种难溶性Cd处理下‘合作8’的株高、根长和生物量均显著低于‘普罗旺斯’(P<0.05)。综上, 高积累型番茄品种对两种难溶态Cd活化的效果显著高于低积累型番茄品种, 显著提高了Cd的生物有效性, 高积累型品种对难溶态CdS和CdCO3的吸收也显著高于低积累型品种, 使高积累型番茄植株生长受到了显著抑制。 本研究以两种Cd积累型番茄品种(高积累型‘合作8’, 低积累型‘普罗旺斯’)幼苗为研究对象, 通过水培试验, 研究其对两种难溶态Cd (CdS和CdCO3)的活化效果及吸收差异特征, 并分析两种难溶态Cd对植株的生长效应, 为Cd轻度污染土壤中番茄品种的合理选择提供依据。结果表明: 在活化效果方面, ‘合作8’对难溶态Cd的活化效果显著高于‘普罗旺斯’。CdCO3和CdS处理下高积累型品种‘合作8’使溶液中有效态Cd浓度分别比添加CdCO3和CdS但未种植番茄的处理显著提高62.1%和51.0% (P<0.05); 而低积累型‘普罗旺斯’在CdCO3处理下溶液中有效态Cd浓度比对照增加39.8% (P<0.05), 但在CdS处理下有效Cd浓度变化不明显。在植株Cd吸收方面, CdS和CdCO3处理下‘合作8’地上部与根部Cd含量均显著(P<0.05)高于‘普罗旺斯’, 地上部分别提高38.9%和72.2%, 根部分别提高68.0%和77.1%。与未添加难溶性Cd处理相比, CdS处理下‘普罗旺斯’株高、根长和生物量分别提高15.0%、10.1%和15.5% (P<0.05), 而‘合作8’株高、根长和生物量分别降低5.0%、9.8%和11.3% (P<0.05); 同时, 2种难溶性Cd处理下‘合作8’的株高、根长和生物量均显著低于‘普罗旺斯’(P<0.05)。综上, 高积累型番茄品种对两种难溶态Cd活化的效果显著高于低积累型番茄品种, 显著提高了Cd的生物有效性, 高积累型品种对难溶态CdS和CdCO3的吸收也显著高于低积累型品种, 使高积累型番茄植株生长受到了显著抑制。
华北平原春玉米多熟种植模式对土壤真菌群落的影响
陈兴琼, 李金娜, 国一凡, 陈琳, 徐洁, 隋鹏, 刘瑾, 高旺盛, 陈源泉
, doi: 10.12357/cjea.20220030
摘要:
为探究华北平原春玉米多熟种植模式对土壤质量的影响, 基于田间定位试验, 利用DNA Illumina高通量测序方法从土壤微生物的角度对6种种植模式0~20 cm耕层土壤真菌群落多样性进行了研究。结果表明: 1)与春玉米单作(MM, 对照)相比, 5种多熟种植模式[黑麦-春玉米(MR)、冬小麦-夏玉米(MW)、菠菜-春玉米(MSp)轮作模式及马铃薯/春玉米(MPo)、豌豆/春玉米(MP)套作模式]均能够显著提高土壤真菌群落多样性(P<0.05), Shannon指数分别较MM提高12.18%、12.17%、10.37%、11.69%及8.44%, 各模式土壤真菌丰富度无显著性差异。2)各种植模式中, 土壤子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、隐菌门(Rozellomycota)是优势种群, 其中子囊菌门相对丰度达到80%以上。3)多熟种植模式有利于增加有益真菌, MR、MW及MSp中被孢霉属(Mortierella)及绿僵菌属(Metarhizium)等潜在有益菌相对富集, MSp中绿僵菌属尤为丰富; 而有作物致病风险的拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)在各种植模式中相对丰度表现为: MM>MW>MP>MR>MSp>MPo。4) FUNGuild功能预测结果表明, 种植模式改变了土壤真菌营养型的占比情况。MM处理中主要为腐生型(26.09%)、病理型(22.48%)及病理-腐生-共生过渡型(26.39%); MW中主要为腐生型(29.99%), 其他多熟模式中腐生型(21.11%~27.88%)及病理型(23.74%~30.40%)均占较大比例。5)相关分析表明, 土壤田间持水量、有机质含量及容重是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。综上, 与春玉米单作相比, 春玉米轮、套作其他作物能够显著提高土壤真菌群落的多样性。其中黑麦-春玉米、菠菜-春玉米及冬小麦-夏玉米轮作模式在提高土壤真菌多样性, 富集有益微生物群落均有良好表现。此外, 春玉米-黑麦、菠菜-春玉米轮作模式在一定程度上能降低潜在致病菌丰度。因此, 从土壤微生物角度, 综合节水与保地的需求, 春玉米与黑麦或菠菜轮作的模式或是更合适的模式。 为探究华北平原春玉米多熟种植模式对土壤质量的影响, 基于田间定位试验, 利用DNA Illumina高通量测序方法从土壤微生物的角度对6种种植模式0~20 cm耕层土壤真菌群落多样性进行了研究。结果表明: 1)与春玉米单作(MM, 对照)相比, 5种多熟种植模式[黑麦-春玉米(MR)、冬小麦-夏玉米(MW)、菠菜-春玉米(MSp)轮作模式及马铃薯/春玉米(MPo)、豌豆/春玉米(MP)套作模式]均能够显著提高土壤真菌群落多样性(P<0.05), Shannon指数分别较MM提高12.18%、12.17%、10.37%、11.69%及8.44%, 各模式土壤真菌丰富度无显著性差异。2)各种植模式中, 土壤子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、隐菌门(Rozellomycota)是优势种群, 其中子囊菌门相对丰度达到80%以上。3)多熟种植模式有利于增加有益真菌, MR、MW及MSp中被孢霉属(Mortierella)及绿僵菌属(Metarhizium)等潜在有益菌相对富集, MSp中绿僵菌属尤为丰富; 而有作物致病风险的拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)在各种植模式中相对丰度表现为: MM>MW>MP>MR>MSp>MPo。4) FUNGuild功能预测结果表明, 种植模式改变了土壤真菌营养型的占比情况。MM处理中主要为腐生型(26.09%)、病理型(22.48%)及病理-腐生-共生过渡型(26.39%); MW中主要为腐生型(29.99%), 其他多熟模式中腐生型(21.11%~27.88%)及病理型(23.74%~30.40%)均占较大比例。5)相关分析表明, 土壤田间持水量、有机质含量及容重是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。综上, 与春玉米单作相比, 春玉米轮、套作其他作物能够显著提高土壤真菌群落的多样性。其中黑麦-春玉米、菠菜-春玉米及冬小麦-夏玉米轮作模式在提高土壤真菌多样性, 富集有益微生物群落均有良好表现。此外, 春玉米-黑麦、菠菜-春玉米轮作模式在一定程度上能降低潜在致病菌丰度。因此, 从土壤微生物角度, 综合节水与保地的需求, 春玉米与黑麦或菠菜轮作的模式或是更合适的模式。
氯仿熏蒸对紫色土农田土壤有机碳矿化的影响
马晗, 王小国
, doi: 10.12357/cjea.20220182
摘要:
土壤有机碳的矿化主要是土壤有机碳在微生物作用下发生分解的过程,是土壤有机碳损失的重要途径, 氯仿具有极强的灭菌作用, 不同微生物对氯仿的敏感性不同, 改变熏蒸时长可以改变土壤微生物生物量。为探究紫色土农田土壤有机碳矿化的限制因素, 选择长期施用猪粪肥处理小区的土壤, 通过改变氯仿熏蒸的时长, 设置不同土壤微生物生物量对土壤有机碳矿化影响的室内培养试验, 观测不同处理的CO2排放速率及通量变化, 试验包括: 熏蒸24 h (C24)、2.5 h (C2.5)、1.5 h (C1.5)、1 h (C1)与未熏蒸对照组(CK) 5种处理。结果表明, 不同处理间土壤CO2排放速率变化趋势一致, 培养0~7 d内, 土壤CO2排放速率快速增长至最大值后下降, 不同处理CO2排放速率最大值依次为C2.5>C24>C1.5>C1>CK, 处理间存在显著差异(P<0.05); 与CK相比, 熏蒸处理的增幅分别为309.01%、182.00%、73.85%和30.45%。7~53 d内, CO2排放速率缓慢增长后缓慢下降, 32~53 d熏蒸处理CO2排放速率略低于CK, C24、C2.5、C1.5、C1和CK处理7~53 d内CO2排放速率均值分别为6.01±0.43 μg∙g−1∙h−1、5.94±0.29 μg∙g−1∙h−1、6.07±0.59 μg∙g−1∙h−1、5.78±0.49 μg∙g−1∙h−1和6.23±0.13 μg∙g−1∙h−1, 处理间差异不显著。本研究结果支持了土壤有机碳矿化的“调节门假说”, 该假说认为土壤有机碳的矿化与微生物生物量大小、群落组成及活性无关。 土壤有机碳的矿化主要是土壤有机碳在微生物作用下发生分解的过程,是土壤有机碳损失的重要途径, 氯仿具有极强的灭菌作用, 不同微生物对氯仿的敏感性不同, 改变熏蒸时长可以改变土壤微生物生物量。为探究紫色土农田土壤有机碳矿化的限制因素, 选择长期施用猪粪肥处理小区的土壤, 通过改变氯仿熏蒸的时长, 设置不同土壤微生物生物量对土壤有机碳矿化影响的室内培养试验, 观测不同处理的CO2排放速率及通量变化, 试验包括: 熏蒸24 h (C24)、2.5 h (C2.5)、1.5 h (C1.5)、1 h (C1)与未熏蒸对照组(CK) 5种处理。结果表明, 不同处理间土壤CO2排放速率变化趋势一致, 培养0~7 d内, 土壤CO2排放速率快速增长至最大值后下降, 不同处理CO2排放速率最大值依次为C2.5>C24>C1.5>C1>CK, 处理间存在显著差异(P<0.05); 与CK相比, 熏蒸处理的增幅分别为309.01%、182.00%、73.85%和30.45%。7~53 d内, CO2排放速率缓慢增长后缓慢下降, 32~53 d熏蒸处理CO2排放速率略低于CK, C24、C2.5、C1.5、C1和CK处理7~53 d内CO2排放速率均值分别为6.01±0.43 μg∙g−1∙h−1、5.94±0.29 μg∙g−1∙h−1、6.07±0.59 μg∙g−1∙h−1、5.78±0.49 μg∙g−1∙h−1和6.23±0.13 μg∙g−1∙h−1, 处理间差异不显著。本研究结果支持了土壤有机碳矿化的“调节门假说”, 该假说认为土壤有机碳的矿化与微生物生物量大小、群落组成及活性无关。
直灌咸水与施氮磷对重盐碱柽柳地的改良效应
杨莉琳, 杨友山, 李铃蔓, 邱发根, 朱向梅
, doi: 10.12357/cjea.20210669
摘要(50) HTML(23) PDF(4)
摘要:
为解决滨海重盐碱地春旱、返盐以及缺N、贫P的突出问题, 利用当地丰富的地下咸水资源和柽柳固C、排盐的特性, 在华北低平原区滨海重盐碱区人工柽柳地开展了为期4年的灌溉咸水[不灌水和灌溉地下咸水(盐分为8.02~9.34 g·L−1, W)]与施NP[不施肥(CK、WCK), 单施氮(N、WN)和施氮磷(NP、WNP)]的2因素定位试验, 研究不同处理对土壤盐分、养分和微生物量碳和微生物量氮的影响, 以达到生物改良盐碱地、提升绿色生态景观的目标。研究结果显示, 柽柳地首次灌溉咸水, 0~30 cm土壤盐分平均下降32.4%; 但连续3年灌溉咸水柽柳地0~30 cm土层盐分平均上升11.9%~33.6%; 0~90 cm土壤有效磷(Olsen-P)含量下降19.4%~32.1%, 0~30 cm 微生物量碳与微生物量氮含量显著下降。灌溉咸水条件下施用NP(WNP)比对照(WCK)的0~30 cm土层的含盐量下降45.7%, 土壤0~30 cm全氮、含水量和30~60 cm的Olsen-P含量均显著下降; 而0~30 cm土层有机质、微生物量碳和有效钾含量显著提升。P是滨海重盐碱地关键限制性营养元素, 灌溉咸水促进了柽柳对P吸收, 进一步加剧土壤P消耗; WNP可缓解滨海重盐碱柽柳地营养元素匮乏的限制, 激活土壤微生物活性, 有效降低因连续直灌咸水引发的土壤次生盐渍化的风险。研究结果为重盐碱地人工柽柳咸水灌溉及养分管理提供依据。 为解决滨海重盐碱地春旱、返盐以及缺N、贫P的突出问题, 利用当地丰富的地下咸水资源和柽柳固C、排盐的特性, 在华北低平原区滨海重盐碱区人工柽柳地开展了为期4年的灌溉咸水[不灌水和灌溉地下咸水(盐分为8.02~9.34 g·L−1, W)]与施NP[不施肥(CK、WCK), 单施氮(N、WN)和施氮磷(NP、WNP)]的2因素定位试验, 研究不同处理对土壤盐分、养分和微生物量碳和微生物量氮的影响, 以达到生物改良盐碱地、提升绿色生态景观的目标。研究结果显示, 柽柳地首次灌溉咸水, 0~30 cm土壤盐分平均下降32.4%; 但连续3年灌溉咸水柽柳地0~30 cm土层盐分平均上升11.9%~33.6%; 0~90 cm土壤有效磷(Olsen-P)含量下降19.4%~32.1%, 0~30 cm 微生物量碳与微生物量氮含量显著下降。灌溉咸水条件下施用NP(WNP)比对照(WCK)的0~30 cm土层的含盐量下降45.7%, 土壤0~30 cm全氮、含水量和30~60 cm的Olsen-P含量均显著下降; 而0~30 cm土层有机质、微生物量碳和有效钾含量显著提升。P是滨海重盐碱地关键限制性营养元素, 灌溉咸水促进了柽柳对P吸收, 进一步加剧土壤P消耗; WNP可缓解滨海重盐碱柽柳地营养元素匮乏的限制, 激活土壤微生物活性, 有效降低因连续直灌咸水引发的土壤次生盐渍化的风险。研究结果为重盐碱地人工柽柳咸水灌溉及养分管理提供依据。
县级尺度下河南省农业投入产出效率与减排潜力分析
朱永彬, 马晓哲, 史雅娟
, doi: 10.12357/cjea.20220219
摘要:
农业机械化与化学化进程的推进, 给农业生产带来一系列环境污染和碳排放问题, 因此农业减量投入成为降低农业排放的重要手段。已有研究将碳排放作为非期望产出进而测度农业绿色全要素生产率, 无法深入分析碳减排潜力及其来源贡献。本文基于VRS-DEA两阶段模型和DEA-Malmquist方法, 对河南省105个县级行政单元2000—2020年的农业投入产出效率进行测算, 识别并核算农业生产要素的冗余投入及由此带来的碳减排潜力。研究发现: 1)河南省农业投入带来的碳排放已于2016年达峰后开始下降, 排放量较高县市主要分布在豫东、豫南等平原地区, 单位播种面积排放强度较高县市主要集中于豫北平原。2) 2000—2020年60%的县市农业生产效率提升, 少数县市农业生产效率出现下降, 22个县市始终处于效率前沿, 高效率地区主要集中在豫南和豫北地区, 低效率地区主要聚集在城市化延伸辐射地区。3)河南省农业平均减排潜力约为农业碳排放的11%左右, 城市群周边地区潜在减排率最高, 汝州市、新野县、辉县市、淮滨县等地潜在减排量较高, 是河南省农业重点减排区域。4)河南省农业投入冗余比例由高到低依次为农膜、农药、化肥、农机和农业劳动力, 但由于化肥投入基数大, 其带来的潜在减排量高达83.5%, 因此减少化肥过量投入应是农业减排的重中之重。提高农业投入产出效率并有针对性地减少农业冗余投入, 是降低农业碳排放的根本途径。 农业机械化与化学化进程的推进, 给农业生产带来一系列环境污染和碳排放问题, 因此农业减量投入成为降低农业排放的重要手段。已有研究将碳排放作为非期望产出进而测度农业绿色全要素生产率, 无法深入分析碳减排潜力及其来源贡献。本文基于VRS-DEA两阶段模型和DEA-Malmquist方法, 对河南省105个县级行政单元2000—2020年的农业投入产出效率进行测算, 识别并核算农业生产要素的冗余投入及由此带来的碳减排潜力。研究发现: 1)河南省农业投入带来的碳排放已于2016年达峰后开始下降, 排放量较高县市主要分布在豫东、豫南等平原地区, 单位播种面积排放强度较高县市主要集中于豫北平原。2) 2000—2020年60%的县市农业生产效率提升, 少数县市农业生产效率出现下降, 22个县市始终处于效率前沿, 高效率地区主要集中在豫南和豫北地区, 低效率地区主要聚集在城市化延伸辐射地区。3)河南省农业平均减排潜力约为农业碳排放的11%左右, 城市群周边地区潜在减排率最高, 汝州市、新野县、辉县市、淮滨县等地潜在减排量较高, 是河南省农业重点减排区域。4)河南省农业投入冗余比例由高到低依次为农膜、农药、化肥、农机和农业劳动力, 但由于化肥投入基数大, 其带来的潜在减排量高达83.5%, 因此减少化肥过量投入应是农业减排的重中之重。提高农业投入产出效率并有针对性地减少农业冗余投入, 是降低农业碳排放的根本途径。
生态旅游研究进展与展望
朱春雨, 曹建生
, doi: 10.12357/cjea.20210900
摘要:
20世纪80年代以来, 随着可持续发展理念在世界范围内的不断深化, 具有开发和保护双重属性的生态旅游成为国内外研究的热点。本文从生态旅游内涵概念、利益相关者、环境影响和管理4个角度梳理了过去40年国内外研究成果, 包括: 1)生态旅游的概念和内涵随着经济社会背景和生态旅游产业发展而不断发展完善, 共有特征是以自然和伴生的人文生态系统为对象、一种负责任的旅游方式和具有生态益和经济双重效益; 2)生态旅游利益相关者包括核心层、紧密层和松散层, 政府、旅游企业、旅游者、社区居民等核心层之间的利益诉求冲突构成了生态旅游的主要矛盾, 在利益相关者关系机制和利益分配机制等方面进行了深入探索; 3)生态旅游对环境影响存在两面性, 在小尺度上多表现为对植物、土壤、动物和水环境的损害和破坏, 而在大的景观尺度上通过为野生动物和保护区提供支持、降低当地居民自然资源需求、提升参与者对环境保护的认知等直接或间接方式促进自然、生物和文化环境的保护; 4)生态旅游管理包括景区规划、游客管理、环境教育、社区参与等内容, 其理论基础、表现形式、实施方式、运行模式逐渐从单一向多元化转变, 3S技术和“互联网+”等、游客认知管理等新技术、新理念逐步应用到生态旅游管理机制探索中。在此基础上, 结合新时代生态文明建设背景下我国生态旅游实践需求, 对未来研究热点领域进行了展望, 以期为国内外生态旅游的实践及研究提供参考和借鉴。 20世纪80年代以来, 随着可持续发展理念在世界范围内的不断深化, 具有开发和保护双重属性的生态旅游成为国内外研究的热点。本文从生态旅游内涵概念、利益相关者、环境影响和管理4个角度梳理了过去40年国内外研究成果, 包括: 1)生态旅游的概念和内涵随着经济社会背景和生态旅游产业发展而不断发展完善, 共有特征是以自然和伴生的人文生态系统为对象、一种负责任的旅游方式和具有生态益和经济双重效益; 2)生态旅游利益相关者包括核心层、紧密层和松散层, 政府、旅游企业、旅游者、社区居民等核心层之间的利益诉求冲突构成了生态旅游的主要矛盾, 在利益相关者关系机制和利益分配机制等方面进行了深入探索; 3)生态旅游对环境影响存在两面性, 在小尺度上多表现为对植物、土壤、动物和水环境的损害和破坏, 而在大的景观尺度上通过为野生动物和保护区提供支持、降低当地居民自然资源需求、提升参与者对环境保护的认知等直接或间接方式促进自然、生物和文化环境的保护; 4)生态旅游管理包括景区规划、游客管理、环境教育、社区参与等内容, 其理论基础、表现形式、实施方式、运行模式逐渐从单一向多元化转变, 3S技术和“互联网+”等、游客认知管理等新技术、新理念逐步应用到生态旅游管理机制探索中。在此基础上, 结合新时代生态文明建设背景下我国生态旅游实践需求, 对未来研究热点领域进行了展望, 以期为国内外生态旅游的实践及研究提供参考和借鉴。
齐穗后弱光胁迫对杂交籼稻节间非结构性碳水化合物积累转运的影响
周星, 李博, 朱莜芸, 李秋萍, 何辰延, 袁玉洁, 黄小凡, 何宇欣, 王丽, 程红, 任万军, 邓飞
, doi: 10.12357/cjea.20220187
摘要(10) HTML(0) PDF(8)
摘要:
以杂交籼稻组合‘宜香优2115’和‘C两优华占’为试验材料, 采用大田遮光试验(遮光53%)研究了杂交籼稻不同节间NSC含量和积累量的动态变化以及转运特性。结果表明, 齐穗后下部节间NSC含量迅速下降, 其储藏的NSC即被转运利用, 而上部节间NSC转运相对迟缓, 且部分节间可出现NSC继续积累现象; 成熟期遮阴处理各节间NSC含量较对照显著下降20.98%~95.45%, NSC转运量显著增加3.37%~453.70%, 而NSC转运率和贡献率则分别提高了3.25~325.07和0.63~9.18个百分点; 除穗颈节外, ‘宜香优2115’各节间NSC含量和积累量以及节间转运量和贡献率均高于‘C两优华占’; 遮阴处理‘宜香优2115’因其花前各节间较高的NSC积累量和花后较高的转运量, 使其结实率和产量下降幅度明显低于‘C两优华占’。相关分析表明,对照与遮阴处理间的产量差值与成熟期第3和第5节间NSC积累量差值呈显著负相关,与转运量和转运率差值呈显著正相关关系。可见, 水稻可通过增强花前各节间, 特别是第3和第5节间积累NSC的转运再利用,来降低弱光胁迫对水稻产量的不利影响。因此, 生产上可通过选用花前节间NSC积累量高, 花后转运量大的品种来降低弱光胁迫对水稻的危害。 以杂交籼稻组合‘宜香优2115’和‘C两优华占’为试验材料, 采用大田遮光试验(遮光53%)研究了杂交籼稻不同节间NSC含量和积累量的动态变化以及转运特性。结果表明, 齐穗后下部节间NSC含量迅速下降, 其储藏的NSC即被转运利用, 而上部节间NSC转运相对迟缓, 且部分节间可出现NSC继续积累现象; 成熟期遮阴处理各节间NSC含量较对照显著下降20.98%~95.45%, NSC转运量显著增加3.37%~453.70%, 而NSC转运率和贡献率则分别提高了3.25~325.07和0.63~9.18个百分点; 除穗颈节外, ‘宜香优2115’各节间NSC含量和积累量以及节间转运量和贡献率均高于‘C两优华占’; 遮阴处理‘宜香优2115’因其花前各节间较高的NSC积累量和花后较高的转运量, 使其结实率和产量下降幅度明显低于‘C两优华占’。相关分析表明,对照与遮阴处理间的产量差值与成熟期第3和第5节间NSC积累量差值呈显著负相关,与转运量和转运率差值呈显著正相关关系。可见, 水稻可通过增强花前各节间, 特别是第3和第5节间积累NSC的转运再利用,来降低弱光胁迫对水稻产量的不利影响。因此, 生产上可通过选用花前节间NSC积累量高, 花后转运量大的品种来降低弱光胁迫对水稻的危害。
生物炭对盐渍化土壤周年温室气体排放及冻融效应的影响
张如鑫, 屈忠义, 杨威, 刘祖汀, 王麒源, 王丽萍
, doi: 10.12357/cjea.20220010
摘要(20) HTML(3) PDF(8)
摘要:
为探讨生物炭对内蒙古河套灌区盐渍土周年温室气体排放规律及冻融效应的影响。于2019年初冻期前设置3种生物炭添加量处理[15 t∙hm−2 (B15)、30 t∙hm−2 (B30)和 0 t∙hm−2 (CK)], 之后不再施用生物炭。在试验当年冻融期(1 a冻融期)、葵花生长期和翌年冻融期(2 a冻融期), 测定不同处理的土壤CO2、CH4、N2O排放通量和理化性质。结果表明: 施用生物炭显著降低了葵花生长期土壤CO2累积排放量, 与CK相比, B15和B30分别降低CO2排放量9.9%和14.4%, 而对1a、2a冻融期的CO2排放量无显著影响。1 a冻融期、葵花生长期、2 a冻融期的土壤以吸收CH4为主, 其中冻融期土壤对CH4的吸收强度大于葵花生长期; 生物炭施入能够降低土壤CH4累积排放量, 3个时期降低幅度分别为31.1%~55.2%、18.8%~28.1%和9.2%~25.0%, 随施入时间的延长其降幅逐步减小。与CK相比, 生物炭添加显著降低了3个时期土壤N2O累积排放量, 1 a冻融期降幅为42.9%~54.8%, 葵花生长期降幅为14.1%~26.8%, 2 a冻融期降幅为24.1%~59.3%。同时, 添加生物炭能降低温室气体排放的综合增温潜势, 3个时期的增温潜势大小顺序均为CK>B15>B30; 与CK比, B15和B30显著提高了葵花产量, 增幅分别为6.5%和9.4%。施用至盐渍化土壤的生物炭经历2轮冻融作用, 能在不明显减少土壤CO2排放的基础上, 显著抑制N2O排放、促进CH4吸收。 为探讨生物炭对内蒙古河套灌区盐渍土周年温室气体排放规律及冻融效应的影响。于2019年初冻期前设置3种生物炭添加量处理[15 t∙hm−2 (B15)、30 t∙hm−2 (B30)和 0 t∙hm−2 (CK)], 之后不再施用生物炭。在试验当年冻融期(1 a冻融期)、葵花生长期和翌年冻融期(2 a冻融期), 测定不同处理的土壤CO2、CH4、N2O排放通量和理化性质。结果表明: 施用生物炭显著降低了葵花生长期土壤CO2累积排放量, 与CK相比, B15和B30分别降低CO2排放量9.9%和14.4%, 而对1a、2a冻融期的CO2排放量无显著影响。1 a冻融期、葵花生长期、2 a冻融期的土壤以吸收CH4为主, 其中冻融期土壤对CH4的吸收强度大于葵花生长期; 生物炭施入能够降低土壤CH4累积排放量, 3个时期降低幅度分别为31.1%~55.2%、18.8%~28.1%和9.2%~25.0%, 随施入时间的延长其降幅逐步减小。与CK相比, 生物炭添加显著降低了3个时期土壤N2O累积排放量, 1 a冻融期降幅为42.9%~54.8%, 葵花生长期降幅为14.1%~26.8%, 2 a冻融期降幅为24.1%~59.3%。同时, 添加生物炭能降低温室气体排放的综合增温潜势, 3个时期的增温潜势大小顺序均为CK>B15>B30; 与CK比, B15和B30显著提高了葵花产量, 增幅分别为6.5%和9.4%。施用至盐渍化土壤的生物炭经历2轮冻融作用, 能在不明显减少土壤CO2排放的基础上, 显著抑制N2O排放、促进CH4吸收。
盐逆境对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响
陶荣荣, 陆钰, 于琪, 马泉, 丁永刚, 钱进, 丁锦峰, 李春燕, 朱新开, 郭文善, 朱敏
, doi: 10.12357/cjea.20220164
摘要(11) HTML(0) PDF(5)
摘要:
为提高小麦在盐碱地的生产效率, 筛选耐盐高产小麦品种, 确定较为快捷有效的小麦耐盐鉴定指标, 研究了盐胁迫对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响。田间试验以前期筛选得的5个耐盐差异性显著的春性小麦品种(较耐盐品种: ‘宁麦21’ ‘扬麦20’ ‘扬辐麦4’; 盐敏感品种: ‘扬麦23’ ‘安农1124’)为材料, 在大丰地区设置非盐逆境(S0, 播前土壤含盐量0.770±0.062 g∙kg−1)和盐逆境(S1, 播前土壤含盐量3.294±0.198 g∙kg−1)两个处理, 分别测定产量及其构成因素与花后叶绿素相对含量(SPAD值)、叶绿素荧光Fv/Fm、脯氨酸及丙二醛等生理指标。结果表明, 在盐逆境下, 叶面积指数、干物质积累量及茎蘖数显著下降, 与非盐逆境相比, 盐逆境下小麦产量显著下降, 仅为非逆境的26.2%, 穗数、每穗粒数与千粒重也显著减少, 其中穗数降幅达60.7%, 为减产的主导因素, 其次是粒重的减少。研究还发现, 在盐碱胁迫下, 花后SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm显著下降, 丙二醛与脯氨酸含量的显著增加, 变化幅度在品种间存在差异, 耐盐品种的SPAD值及叶绿素荧光Fv/Fm的降幅与丙二醛的增幅较小, 但脯氨酸含量的增幅较大, 因而减产幅度较小。进一步的分析则表明, 叶绿素荧光Fv/Fm与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系, SPAD值与干物质积累量呈显著正相关, 干物质积累量与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系。这些结果表明盐胁迫通过降低叶绿素含量与叶绿素荧光Fv/Fm抑制小麦的光合作用, 减少光合产物的生成, 造成最终的减产, 因此在小麦耐盐性田间鉴定中, 开花期SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm可作为耐盐性鉴定快捷可靠的指标, 此外, ‘扬麦20’在盐碱地中减产幅度最小, 综合表现较好, 适合在大丰地区盐碱地种植。 为提高小麦在盐碱地的生产效率, 筛选耐盐高产小麦品种, 确定较为快捷有效的小麦耐盐鉴定指标, 研究了盐胁迫对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响。田间试验以前期筛选得的5个耐盐差异性显著的春性小麦品种(较耐盐品种: ‘宁麦21’ ‘扬麦20’ ‘扬辐麦4’; 盐敏感品种: ‘扬麦23’ ‘安农1124’)为材料, 在大丰地区设置非盐逆境(S0, 播前土壤含盐量0.770±0.062 g∙kg−1)和盐逆境(S1, 播前土壤含盐量3.294±0.198 g∙kg−1)两个处理, 分别测定产量及其构成因素与花后叶绿素相对含量(SPAD值)、叶绿素荧光Fv/Fm、脯氨酸及丙二醛等生理指标。结果表明, 在盐逆境下, 叶面积指数、干物质积累量及茎蘖数显著下降, 与非盐逆境相比, 盐逆境下小麦产量显著下降, 仅为非逆境的26.2%, 穗数、每穗粒数与千粒重也显著减少, 其中穗数降幅达60.7%, 为减产的主导因素, 其次是粒重的减少。研究还发现, 在盐碱胁迫下, 花后SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm显著下降, 丙二醛与脯氨酸含量的显著增加, 变化幅度在品种间存在差异, 耐盐品种的SPAD值及叶绿素荧光Fv/Fm的降幅与丙二醛的增幅较小, 但脯氨酸含量的增幅较大, 因而减产幅度较小。进一步的分析则表明, 叶绿素荧光Fv/Fm与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系, SPAD值与干物质积累量呈显著正相关, 干物质积累量与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系。这些结果表明盐胁迫通过降低叶绿素含量与叶绿素荧光Fv/Fm抑制小麦的光合作用, 减少光合产物的生成, 造成最终的减产, 因此在小麦耐盐性田间鉴定中, 开花期SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm可作为耐盐性鉴定快捷可靠的指标, 此外, ‘扬麦20’在盐碱地中减产幅度最小, 综合表现较好, 适合在大丰地区盐碱地种植。
土壤氧化铁的特征波长选择和高光谱反演
赵海龙, 甘淑, 王俊杰, 胡琳
, doi: 10.12357/cjea.20220177
摘要(13) HTML(4) PDF(9)
摘要:
传统的氧化铁特征波长选取方法单一, 且往往仅利用相关系数法(correlation coefficient method, CC)选取特征波长, 导致建模输入变量较多进而导致预测精度不高。为提高模型预测精度, 在云南禄丰恐龙谷南缘地表研究区采集135个土壤样品, 并在室内测定样品的光谱反射率和氧化铁含量。对土壤光谱曲线进行Savizky-Golay平滑后作为原始光谱曲线(origin spectral reflectance, OR), 并对原始光谱曲线进行一阶微分(first-order differential reflectance, FD)和倒数的对数(reciprocal logarithm reflectance, RL)变换。通过与氧化铁含量做相关性分析, 并在此基础上进一步利用迭代保留信息变量(iteratively retaining informative variables, IRIV)、竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling, CARS)和连续投影法(successive projections algorithm, SPA)算法以提取特征波长, 把提取的特征波长作为自变量, 氧化铁含量作为因变量, 分别用随机森林回归(random forest regression, RF)和偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)进行反演模型的构建。发现在相关性分析进一步利用IRIV、CARS和SPA算法提取特征波长的方法可以有效降低建模波长数。通过结合不同的光谱变换方法和建模方法, 发现RL-CC-CARS-PLSR模型的效果最好, 其建模集R2为0.833, RMSE为4.361 g·kg−1, 验证集R2为0.826, RMSE为5.600 g·kg−1, RPIQ达3.618, 模型具有很好的稳定性和预测能力。该研究为利用高光谱反演土壤氧化铁含量提供了参考。 传统的氧化铁特征波长选取方法单一, 且往往仅利用相关系数法(correlation coefficient method, CC)选取特征波长, 导致建模输入变量较多进而导致预测精度不高。为提高模型预测精度, 在云南禄丰恐龙谷南缘地表研究区采集135个土壤样品, 并在室内测定样品的光谱反射率和氧化铁含量。对土壤光谱曲线进行Savizky-Golay平滑后作为原始光谱曲线(origin spectral reflectance, OR), 并对原始光谱曲线进行一阶微分(first-order differential reflectance, FD)和倒数的对数(reciprocal logarithm reflectance, RL)变换。通过与氧化铁含量做相关性分析, 并在此基础上进一步利用迭代保留信息变量(iteratively retaining informative variables, IRIV)、竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling, CARS)和连续投影法(successive projections algorithm, SPA)算法以提取特征波长, 把提取的特征波长作为自变量, 氧化铁含量作为因变量, 分别用随机森林回归(random forest regression, RF)和偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)进行反演模型的构建。发现在相关性分析进一步利用IRIV、CARS和SPA算法提取特征波长的方法可以有效降低建模波长数。通过结合不同的光谱变换方法和建模方法, 发现RL-CC-CARS-PLSR模型的效果最好, 其建模集R2为0.833, RMSE为4.361 g·kg−1, 验证集R2为0.826, RMSE为5.600 g·kg−1, RPIQ达3.618, 模型具有很好的稳定性和预测能力。该研究为利用高光谱反演土壤氧化铁含量提供了参考。
陕西关中农田土壤中塑料碎片和微塑料残留及其累积特征研究
陈荣龙, 陈延华, 黄珊, 余瑶, 陈荣桓, 薛萐, 刘莹, 杨晓梅
, doi: 10.12357/cjea.20220137
摘要(7) HTML(2) PDF(10)
摘要:
农膜覆盖技术的应用及推广促进了干旱半干旱地区农业的发展, 然而, 农膜残留及其碎片造成的土壤污染问题, 已成为绿色农业发展及生态安全面临的重要挑战。本研究以陕西关中平原为研究区域, 通过野外调研采集不同作物种植农田耕层土壤(0~30 cm), 利用检视法、密度分离法及显微镜扫描鉴定等技术相结合, 研究长期农膜覆盖蔬菜地(蔡家坡S1)与大棚苗圃种植区(杨凌S2)土壤中塑料残片和微塑料残留及累积丰度特征。结果表明: 研究区域土壤中均检出塑料残片, 塑料残片颜色主要有红色、黑色、白色、蓝色等, 其中蔬菜种植区以白色农膜残片为主; 而大棚种植区主要以黑色培养钵碎片为主; 不同土层中, 塑料残片随着土层深度的增加而显著减少(P<0.05), 且残片个数随着残片面积的增大而减小, 其中蔬菜种植区37.8%为0.25~2 cm2的小残片, 其次为2~10 cm2、10~25 cm2, 最低为>25 cm2的大残片; 大棚(苗圃)种植区67.5%为0.25~2 cm2的残片, 其次为2~10 cm2、10~25 cm2, 几乎未检测到>25 cm2的大残片塑料。同时, 残片含量随土层深度增加而显著减小(P<0.05), 0~10 cm土壤中蔬菜地残片含量平均为26.2 μg∙g−1, 大棚苗圃种植区平均为34.9 μg∙g−1; 而20~30 cm土层中残片含量最低, 蔬菜地仅为2.48 μg∙g−1, 大棚苗圃种植区平均为4.79 μg∙g−1。然而, 蔬菜种植区微塑料检出率较低, 为23.9%, 且最大检测量为表层0~10 cm (S1-2), 即1.8×103个∙kg−1; 而在大棚种植区, 微塑料检出率为39.5%, 最大检测量为表层0~10 cm (S2-2), 即500个∙kg−1。由此看出, 农膜及塑料大棚长期施用导致土壤中塑料残留量差异显著, 且不同土层中塑料残片及微塑料累积量变化差异较大, 从而可能对土壤性质及作物生长造成危害, 导致土壤肥力和作物产量下降等不良后果。因此, 后续应进一步对塑料残留碎片化过程及微塑料在土体内迁移和累积风险进行研究, 以期为全面评估该区域农田土壤塑料污染提供依据。 农膜覆盖技术的应用及推广促进了干旱半干旱地区农业的发展, 然而, 农膜残留及其碎片造成的土壤污染问题, 已成为绿色农业发展及生态安全面临的重要挑战。本研究以陕西关中平原为研究区域, 通过野外调研采集不同作物种植农田耕层土壤(0~30 cm), 利用检视法、密度分离法及显微镜扫描鉴定等技术相结合, 研究长期农膜覆盖蔬菜地(蔡家坡S1)与大棚苗圃种植区(杨凌S2)土壤中塑料残片和微塑料残留及累积丰度特征。结果表明: 研究区域土壤中均检出塑料残片, 塑料残片颜色主要有红色、黑色、白色、蓝色等, 其中蔬菜种植区以白色农膜残片为主; 而大棚种植区主要以黑色培养钵碎片为主; 不同土层中, 塑料残片随着土层深度的增加而显著减少(P<0.05), 且残片个数随着残片面积的增大而减小, 其中蔬菜种植区37.8%为0.25~2 cm2的小残片, 其次为2~10 cm2、10~25 cm2, 最低为>25 cm2的大残片; 大棚(苗圃)种植区67.5%为0.25~2 cm2的残片, 其次为2~10 cm2、10~25 cm2, 几乎未检测到>25 cm2的大残片塑料。同时, 残片含量随土层深度增加而显著减小(P<0.05), 0~10 cm土壤中蔬菜地残片含量平均为26.2 μg∙g−1, 大棚苗圃种植区平均为34.9 μg∙g−1; 而20~30 cm土层中残片含量最低, 蔬菜地仅为2.48 μg∙g−1, 大棚苗圃种植区平均为4.79 μg∙g−1。然而, 蔬菜种植区微塑料检出率较低, 为23.9%, 且最大检测量为表层0~10 cm (S1-2), 即1.8×103个∙kg−1; 而在大棚种植区, 微塑料检出率为39.5%, 最大检测量为表层0~10 cm (S2-2), 即500个∙kg−1。由此看出, 农膜及塑料大棚长期施用导致土壤中塑料残留量差异显著, 且不同土层中塑料残片及微塑料累积量变化差异较大, 从而可能对土壤性质及作物生长造成危害, 导致土壤肥力和作物产量下降等不良后果。因此, 后续应进一步对塑料残留碎片化过程及微塑料在土体内迁移和累积风险进行研究, 以期为全面评估该区域农田土壤塑料污染提供依据。
基于AquaCrop模型的阿勒泰地区春小麦节水潜力分析
任哓红, 王会肖, 刘昌明, 范玲
, doi: 10.12357/cjea.20220031
摘要:
为进一步发展节水农业, 提高水分利用效率, 建立作物产量与耗水量的响应关系, 确定区域农业节水潜力, 为水资源合理配置提供依据。以AquaCrop为研究模型, 对模型产量模块参数标准化的水分生产效率WP*和参考收获指数HI0进行多年率定与验证, 以2017年作为现状水平年, 通过设置4月10日和4月20日两个春小麦(新春6号)播种日期, 每个播种日期下设置400 mm、350 mm、300 mm、250 mm、200 mm灌溉定额和7 d和10 d的灌溉周期, 共20个情景, 对新疆阿勒泰地区春小麦产量进行模拟, 对比不同情景下的春小麦产量和灌溉水利用效率受灌溉定额和灌水次数的影响, 以产量和水分利用效率均较高为目标, 择优选择最佳灌溉策略。利用现状年春小麦种植面积作为参考值, 对比现状水平年和未来水平年在不同情景下的小麦产量及总节水量差异, 分析小麦的节水潜力。结果表明: 1)推荐WP*=18 g∙m−2和HI0=48%作为阿勒泰地区2005—2014年多年率定及2015—2017年验证后的产量模块参数, 率定产量误差范围为−3.44%~5.67%, 适用性评价指标RMSE、RRMSE、CRM、d和ENS值分别为0.110、0.023、0.002、0.956、0.935, 适用性好; 验证产量误差分别为−0.41%、−3.02%、3.34%, 模拟误差较小。2)不同情景下的模拟结果显示, 情景S15 (4月20日播种、灌溉定额为300 mm、灌溉周期为7 d)可以作为推荐灌溉策略, 该模拟情景下, 作物产量和灌溉水分利用效率分别为5.610 t∙hm−2、1.870 kg∙m−3。3)对于阿勒泰地区的春小麦种植, 情景S15作为推荐的灌溉策略, 现状水平年可以实现节水2.335亿m3, 节水潜力是可观的, 未来水平年可以分别实现节水2.407亿m3、2.431亿m3、2.476亿m3 为进一步发展节水农业, 提高水分利用效率, 建立作物产量与耗水量的响应关系, 确定区域农业节水潜力, 为水资源合理配置提供依据。以AquaCrop为研究模型, 对模型产量模块参数标准化的水分生产效率WP*和参考收获指数HI0进行多年率定与验证, 以2017年作为现状水平年, 通过设置4月10日和4月20日两个春小麦(新春6号)播种日期, 每个播种日期下设置400 mm、350 mm、300 mm、250 mm、200 mm灌溉定额和7 d和10 d的灌溉周期, 共20个情景, 对新疆阿勒泰地区春小麦产量进行模拟, 对比不同情景下的春小麦产量和灌溉水利用效率受灌溉定额和灌水次数的影响, 以产量和水分利用效率均较高为目标, 择优选择最佳灌溉策略。利用现状年春小麦种植面积作为参考值, 对比现状水平年和未来水平年在不同情景下的小麦产量及总节水量差异, 分析小麦的节水潜力。结果表明: 1)推荐WP*=18 g∙m−2和HI0=48%作为阿勒泰地区2005—2014年多年率定及2015—2017年验证后的产量模块参数, 率定产量误差范围为−3.44%~5.67%, 适用性评价指标RMSE、RRMSE、CRM、d和ENS值分别为0.110、0.023、0.002、0.956、0.935, 适用性好; 验证产量误差分别为−0.41%、−3.02%、3.34%, 模拟误差较小。2)不同情景下的模拟结果显示, 情景S15 (4月20日播种、灌溉定额为300 mm、灌溉周期为7 d)可以作为推荐灌溉策略, 该模拟情景下, 作物产量和灌溉水分利用效率分别为5.610 t∙hm−2、1.870 kg∙m−3。3)对于阿勒泰地区的春小麦种植, 情景S15作为推荐的灌溉策略, 现状水平年可以实现节水2.335亿m3, 节水潜力是可观的, 未来水平年可以分别实现节水2.407亿m3、2.431亿m3、2.476亿m3
绿色防控技术采纳影响因素及收入效应研究—基于792户菜农调查数据的实证分析
田路, 郑少锋, 陈如静
, doi: 10.12357/cjea.20220038
摘要(11) HTML(0) PDF(5)
摘要:
本文以山东省寿光市蔬菜种植户为例, 对菜农采纳绿色防控技术的影响因素和收入效应进行定量分析, 以便为绿色防控技术在蔬菜种植行业的有效推广、促进菜农绿色生产和提质增收提供政策参考。基于山东寿光792户菜农的微观数据, 采用赫克曼矫正法模型从“采纳决策”和“采纳程度”两个方面探究了影响菜农绿色防控技术采纳的影响因素, 运用内生转换回归模型分析菜农绿色防控技术采纳对其收入的平均处理效应。研究发现: 其一, 菜农对绿色防控技术的采纳程度不足, 样本农户中只采纳1项和2项绿色防控技术的菜农数量最多, 占总样本比重分别为36.87%和27.27%。其二, 菜农绿色防控技术认知水平、接受质检和培训经历、会主动利用互联网搜集信息对菜农的绿色防控技术采纳行为显著正相关, 地块数量、信息设备数量对菜农的绿色防控技术采纳行为显著负相关。其三, 人均收入超过样本平均水平的菜农更乐于接受绿色防控技术, 且该技术的采用可增加菜农年均收入的比重为7.2%。据此, 应发挥绿色防控技术的增收效应, 激发菜农采纳新技术的内生动力, 提出政府应加快健全绿色防控技术推广机制, 完善风险补偿机制、给予菜农技术政策补贴, 增强菜农的科学技术意识、积极推动农户适度规模经营等政策建议。 本文以山东省寿光市蔬菜种植户为例, 对菜农采纳绿色防控技术的影响因素和收入效应进行定量分析, 以便为绿色防控技术在蔬菜种植行业的有效推广、促进菜农绿色生产和提质增收提供政策参考。基于山东寿光792户菜农的微观数据, 采用赫克曼矫正法模型从“采纳决策”和“采纳程度”两个方面探究了影响菜农绿色防控技术采纳的影响因素, 运用内生转换回归模型分析菜农绿色防控技术采纳对其收入的平均处理效应。研究发现: 其一, 菜农对绿色防控技术的采纳程度不足, 样本农户中只采纳1项和2项绿色防控技术的菜农数量最多, 占总样本比重分别为36.87%和27.27%。其二, 菜农绿色防控技术认知水平、接受质检和培训经历、会主动利用互联网搜集信息对菜农的绿色防控技术采纳行为显著正相关, 地块数量、信息设备数量对菜农的绿色防控技术采纳行为显著负相关。其三, 人均收入超过样本平均水平的菜农更乐于接受绿色防控技术, 且该技术的采用可增加菜农年均收入的比重为7.2%。据此, 应发挥绿色防控技术的增收效应, 激发菜农采纳新技术的内生动力, 提出政府应加快健全绿色防控技术推广机制, 完善风险补偿机制、给予菜农技术政策补贴, 增强菜农的科学技术意识、积极推动农户适度规模经营等政策建议。
河北滨海盐碱地苜蓿营养品质对秋眠等级和茬次的响应
王士超, 方栋, 李晓林, 韩立朴
, doi: 10.12357/cjea.20210919
摘要:
种植苜蓿是盐碱地资源高效利用的重要方式, 对保障我国饲料粮安全具有重要意义, 但苜蓿营养品质对秋眠型和刈割茬次及其交互作用的响应关系尚不明确。本研究旨在探讨河北滨海盐碱地秋眠型、刈割茬次及其交互作用对苜蓿营养品质的影响。试验选择5个秋眠型(极秋眠型、秋眠型、半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型, 共计40个苜蓿品种)和6个刈割茬次开展研究。研究发现: 1)苜蓿粗蛋白产量受秋眠等级和刈割茬次及其交互作用的影响(P≤0.05), 其中极秋眠型苜蓿年总粗蛋白产量最高, 比半秋眠型增加了14.5%。除第5茬秋眠型处理间苜蓿粗蛋白产量有显著性差异(P<0.05), 其他茬次均无显著差异。2)随着刈割茬次的递增, 苜蓿粗蛋白含量呈先上升后下降的趋势, 其中第6茬极秋眠型苜蓿粗蛋白含量为21.5%, 显著高于非秋眠型(P<0.05); 3) 秋眠型对第1茬苜蓿中性洗涤纤维含量影响显著(P<0.05), 最高的中性洗涤纤维含量出现在极秋眠型。4)秋眠型和刈割茬次及其交互作用对苜蓿饲喂价值影响显著(P<0.05); 最高苜蓿饲喂价值出现在第4茬; 极非秋眠型第1茬苜蓿饲喂价值为165.3, 显著高于极秋眠型(P<0.05)。综上所述, 在滨海盐碱区苜蓿营养品质受秋眠型和刈割茬次的影响, 特别在气温较低条件下的头茬和末茬苜蓿, 弱秋眠性苜蓿第2~4茬具有较高的饲用潜力。 种植苜蓿是盐碱地资源高效利用的重要方式, 对保障我国饲料粮安全具有重要意义, 但苜蓿营养品质对秋眠型和刈割茬次及其交互作用的响应关系尚不明确。本研究旨在探讨河北滨海盐碱地秋眠型、刈割茬次及其交互作用对苜蓿营养品质的影响。试验选择5个秋眠型(极秋眠型、秋眠型、半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型, 共计40个苜蓿品种)和6个刈割茬次开展研究。研究发现: 1)苜蓿粗蛋白产量受秋眠等级和刈割茬次及其交互作用的影响(P≤0.05), 其中极秋眠型苜蓿年总粗蛋白产量最高, 比半秋眠型增加了14.5%。除第5茬秋眠型处理间苜蓿粗蛋白产量有显著性差异(P<0.05), 其他茬次均无显著差异。2)随着刈割茬次的递增, 苜蓿粗蛋白含量呈先上升后下降的趋势, 其中第6茬极秋眠型苜蓿粗蛋白含量为21.5%, 显著高于非秋眠型(P<0.05); 3) 秋眠型对第1茬苜蓿中性洗涤纤维含量影响显著(P<0.05), 最高的中性洗涤纤维含量出现在极秋眠型。4)秋眠型和刈割茬次及其交互作用对苜蓿饲喂价值影响显著(P<0.05); 最高苜蓿饲喂价值出现在第4茬; 极非秋眠型第1茬苜蓿饲喂价值为165.3, 显著高于极秋眠型(P<0.05)。综上所述, 在滨海盐碱区苜蓿营养品质受秋眠型和刈割茬次的影响, 特别在气温较低条件下的头茬和末茬苜蓿, 弱秋眠性苜蓿第2~4茬具有较高的饲用潜力。
不同农田边界类型的耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征分析
边振兴, 王楚翘, 刘尧, 孙治权, 王双, 刘爽, 朱肃, 于淼
, doi: 10.12357/cjea.20210917
摘要(17) HTML(1) PDF(7)
摘要:
地表节肢动物群落多样性以及功能群特征是维持农田生态系统多样性和稳定性的关键, 但目前尚不清晰农田边界类型如何影响耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征。本文在辽宁省昌图县采用陷阱法调查了5种农田边界类型(田间路、沟渠、林地、生产路、草地)相邻耕地内部的地表节肢动物功能群(天敌类、植食类、中性类)。采用方差分析、群落排序和生态网络的方法, 分析不同农田边界类型的耕地内部地表节肢动物群落和生态网络差异。结果表明: 1)由边界至耕地内部, 地表节肢动物物种多样性均呈现递减趋势。其中, 与田间路相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内15 m处, 与林地、生产路和草地相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内30 m处。2)边界为林地和草地的耕地内部天敌类群和植食类群多样性较高。同时, 植物多样性较高的边缘(林地和草地), 其耕地内部地表节肢动物群落结构更复杂。3)地表节肢动物群落的生态网络呈现正相关, 林地和草地的耕地内部具有更稳定的网络结构, 整个网络系统对抗外界变化的能力较强。草地、沟渠和林地的耕地内部网络连接性较强, 在受外界持续扰动时, 仍能保持其原有的特性。生产路和田间路的耕地内部生态网络存在不稳定性。总体而言, 农田边界植被群落结构越复杂, 边界生境条件越稳定, 相邻耕地内部地表节肢动物天敌和植食类群之间的生态网络结构越复杂, 越有利于维持较高的天敌多样性, 进而提高生物控害功能。因此, 加强农田边界的植被群落结构, 如营造合适的植被群落结构以及构建适宜的边界宽度等, 能够提高地表节肢动物群落之间的生态网络关系, 对害虫防治以及维持生态系统稳定具有重要影响。 地表节肢动物群落多样性以及功能群特征是维持农田生态系统多样性和稳定性的关键, 但目前尚不清晰农田边界类型如何影响耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征。本文在辽宁省昌图县采用陷阱法调查了5种农田边界类型(田间路、沟渠、林地、生产路、草地)相邻耕地内部的地表节肢动物功能群(天敌类、植食类、中性类)。采用方差分析、群落排序和生态网络的方法, 分析不同农田边界类型的耕地内部地表节肢动物群落和生态网络差异。结果表明: 1)由边界至耕地内部, 地表节肢动物物种多样性均呈现递减趋势。其中, 与田间路相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内15 m处, 与林地、生产路和草地相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内30 m处。2)边界为林地和草地的耕地内部天敌类群和植食类群多样性较高。同时, 植物多样性较高的边缘(林地和草地), 其耕地内部地表节肢动物群落结构更复杂。3)地表节肢动物群落的生态网络呈现正相关, 林地和草地的耕地内部具有更稳定的网络结构, 整个网络系统对抗外界变化的能力较强。草地、沟渠和林地的耕地内部网络连接性较强, 在受外界持续扰动时, 仍能保持其原有的特性。生产路和田间路的耕地内部生态网络存在不稳定性。总体而言, 农田边界植被群落结构越复杂, 边界生境条件越稳定, 相邻耕地内部地表节肢动物天敌和植食类群之间的生态网络结构越复杂, 越有利于维持较高的天敌多样性, 进而提高生物控害功能。因此, 加强农田边界的植被群落结构, 如营造合适的植被群落结构以及构建适宜的边界宽度等, 能够提高地表节肢动物群落之间的生态网络关系, 对害虫防治以及维持生态系统稳定具有重要影响。
应用CNMM-DNDC模拟小流域土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷迁移
李思琪, 李勇, 张伟, 郑循华, 胡鹏程, 范继辉, 汪涛, 朱波
, doi: 10.12357/cjea.20210781
摘要(11) HTML(2) PDF(5)
摘要:
水力侵蚀是我国分布最广、危害最严重的水土流失类型, 由此导致的土壤和生源要素流失会引起土壤质量下降、河流湖泊富营养化等生态环境问题。水文生物地球化学模型水力侵蚀过程的优化, 对定量评估水力侵蚀强度并识别其空间分布特征具有重要意义。因此, 本研究以土壤水力侵蚀物理模型ROSE为基础, 在分布式流域水碳氮耦合模型CNMM-DNDC中拓展了土壤水力侵蚀流失和颗粒态碳氮磷元素富集模块。以川中丘陵区盐亭截流紫色土农林复合小流域(简称截流小流域)为例, 开展了地块尺度验证和小流域尺度的土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷流失的高时空分辨率模拟应用。结果表明: 增加了土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷富集模块的CNMM-DNDC模型, 能够较好地模拟截流小流域玉米-小麦轮作径流小区产沙量和颗粒态氮流失量的季节动态特征, 模型验证阶段模拟值和观测值均表现出显著线性拟合关系(R2分别为0.83和0.85); 改进的CNMM-DNDC模型能够用于模拟评估流域水土流失和颗粒态碳氮磷流失强度空间分布, 截流小流域由地表径流引起的土壤水力侵蚀、颗粒态碳氮磷流失强度与土地利用和地形特征密切相关, 其中坡耕地和居民区土壤水力侵蚀最严重, 同时也是是截流小流域颗粒态碳氮磷流失的主要来源。模型的模拟结果显示, 2004—2006年截流小流域栅格尺度土壤侵蚀模数均值分别为400 t∙km−2∙a−1、701 t∙km−2∙a−1和1550 t∙km−2∙a−1, 属于轻度水力侵蚀区域。2004—2006年截流小流域由水力侵蚀引起的颗粒态碳年总流失量的平均值分别为63.9 kg(C)∙hm−2∙a−1、107.2 kg(C)∙hm−2∙a−1和200.2 kg(C)∙hm−2∙a−1, 同期颗粒态氮年总流失量的平均值分别为6.3 kg(N)∙hm−2∙a−1、10.5 kg(N)∙hm−2∙a−1和19.5 kg(N)∙hm−2∙a−1, 颗粒态磷年总流失量平均值分别为0.9 kg(P)∙hm−2∙a−1、1.5 kg(P)∙hm−2∙a−1和2.8 kg(P)∙hm−2∙a−1。本研究拓展了CNMM-DNDC模型对土壤水力侵蚀产沙和随之的颗粒态碳氮磷迁移的模拟功能, 为水土流失和面源污染的研究和防控提供先进的模型工具。 水力侵蚀是我国分布最广、危害最严重的水土流失类型, 由此导致的土壤和生源要素流失会引起土壤质量下降、河流湖泊富营养化等生态环境问题。水文生物地球化学模型水力侵蚀过程的优化, 对定量评估水力侵蚀强度并识别其空间分布特征具有重要意义。因此, 本研究以土壤水力侵蚀物理模型ROSE为基础, 在分布式流域水碳氮耦合模型CNMM-DNDC中拓展了土壤水力侵蚀流失和颗粒态碳氮磷元素富集模块。以川中丘陵区盐亭截流紫色土农林复合小流域(简称截流小流域)为例, 开展了地块尺度验证和小流域尺度的土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷流失的高时空分辨率模拟应用。结果表明: 增加了土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷富集模块的CNMM-DNDC模型, 能够较好地模拟截流小流域玉米-小麦轮作径流小区产沙量和颗粒态氮流失量的季节动态特征, 模型验证阶段模拟值和观测值均表现出显著线性拟合关系(R2分别为0.83和0.85); 改进的CNMM-DNDC模型能够用于模拟评估流域水土流失和颗粒态碳氮磷流失强度空间分布, 截流小流域由地表径流引起的土壤水力侵蚀、颗粒态碳氮磷流失强度与土地利用和地形特征密切相关, 其中坡耕地和居民区土壤水力侵蚀最严重, 同时也是是截流小流域颗粒态碳氮磷流失的主要来源。模型的模拟结果显示, 2004—2006年截流小流域栅格尺度土壤侵蚀模数均值分别为400 t∙km−2∙a−1、701 t∙km−2∙a−1和1550 t∙km−2∙a−1, 属于轻度水力侵蚀区域。2004—2006年截流小流域由水力侵蚀引起的颗粒态碳年总流失量的平均值分别为63.9 kg(C)∙hm−2∙a−1、107.2 kg(C)∙hm−2∙a−1和200.2 kg(C)∙hm−2∙a−1, 同期颗粒态氮年总流失量的平均值分别为6.3 kg(N)∙hm−2∙a−1、10.5 kg(N)∙hm−2∙a−1和19.5 kg(N)∙hm−2∙a−1, 颗粒态磷年总流失量平均值分别为0.9 kg(P)∙hm−2∙a−1、1.5 kg(P)∙hm−2∙a−1和2.8 kg(P)∙hm−2∙a−1。本研究拓展了CNMM-DNDC模型对土壤水力侵蚀产沙和随之的颗粒态碳氮磷迁移的模拟功能, 为水土流失和面源污染的研究和防控提供先进的模型工具。
基于空间效应视角的农业经济增长与种植业面源污染排放的实证分析
李新, 尚杰
, doi: 10.12357/cjea.20210840
摘要(15) HTML(5) PDF(8)
摘要:
农业资源环境是保障农业生产发展、实现农业经济增长的基本资源和条件。从空间效应视角探析农业经济增长与种植业面源污染物排放量的关系, 可为推进种植业面源污染防治政策实施提供理论支撑。本文采用等标污染负荷法测度2000—2019年全国31个省、直辖市、自治区(不包含香港、澳门、台湾)种植业面源污染物氨氮、化学需氧量、总氮、总磷的排放情况, 运用空间杜宾模型剖析农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平、风险感知、财政支持、受灾情况及产业结构对种植业面源污染物排放的空间效应, 并对影响因素的空间效应进行分解。结果表明: 1)全国31个省、直辖市、自治区的种植业面源污染排放存在显著正向全局空间自相关性, 空间格局特征主要表现为“高-高”聚集和“低-低”聚集, 聚集区域主要表现在农业大省和经济发达地区。2)种植业面源污染排放具有显著负向空间溢出效应, 空间滞后系数为−0.11, 农业经济增长对本地区及邻接地区有相斥方向的显著性影响效应。3) SDM时间固定效应模型效应分解结果表明, 8个影响因素中农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平和风险感知的直接效应和间接效应均具有显著性影响。农业经济增长对本地区具有缓解种植业面源污染排放的作用, 估计系数为−0.175, 但对邻接地区种植业面源污染排放具有加重作用, 估计系数为0.397。据此, 提高对农业经济增长、技术进步和财政支持等显著性影响因素的导向作用的重视, 地方政府可积极发挥自身优势, 联动邻接地区发挥空间交互作用, 开展农业新型技术培训, 建立有效的种植业面源污染防治监督管理体制, 实现农业经济增长与种植业面源污染防治平衡发展。 农业资源环境是保障农业生产发展、实现农业经济增长的基本资源和条件。从空间效应视角探析农业经济增长与种植业面源污染物排放量的关系, 可为推进种植业面源污染防治政策实施提供理论支撑。本文采用等标污染负荷法测度2000—2019年全国31个省、直辖市、自治区(不包含香港、澳门、台湾)种植业面源污染物氨氮、化学需氧量、总氮、总磷的排放情况, 运用空间杜宾模型剖析农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平、风险感知、财政支持、受灾情况及产业结构对种植业面源污染物排放的空间效应, 并对影响因素的空间效应进行分解。结果表明: 1)全国31个省、直辖市、自治区的种植业面源污染排放存在显著正向全局空间自相关性, 空间格局特征主要表现为“高-高”聚集和“低-低”聚集, 聚集区域主要表现在农业大省和经济发达地区。2)种植业面源污染排放具有显著负向空间溢出效应, 空间滞后系数为−0.11, 农业经济增长对本地区及邻接地区有相斥方向的显著性影响效应。3) SDM时间固定效应模型效应分解结果表明, 8个影响因素中农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平和风险感知的直接效应和间接效应均具有显著性影响。农业经济增长对本地区具有缓解种植业面源污染排放的作用, 估计系数为−0.175, 但对邻接地区种植业面源污染排放具有加重作用, 估计系数为0.397。据此, 提高对农业经济增长、技术进步和财政支持等显著性影响因素的导向作用的重视, 地方政府可积极发挥自身优势, 联动邻接地区发挥空间交互作用, 开展农业新型技术培训, 建立有效的种植业面源污染防治监督管理体制, 实现农业经济增长与种植业面源污染防治平衡发展。
长江中游不同复种轮作模式的资源利用率及综合效益比较
杨滨娟, 李新梅, 胡启良, 刘宁, 黄国勤
, doi: 10.12357/cjea.20220026
摘要:
为优化并推广双季稻田绿色高效的复种轮作休耕模式, 通过连续两年(2018年和2019年)的田间试验, 在长江中游地区江西省鹰潭市余江区农科所试验田, 研究了不同复种轮作模式[A(CK): 紫云英-双季稻→紫云英-双季稻; B: 紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆; C: 紫云英-早稻-玉米||甘薯→紫云英-春大豆-秋大豆; D: 油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯; E: 休耕→休耕]的资源利用率及综合效益。结果表明: 连续两年处理D轮作模式的年有效积温利用率、降水表观生物利用率均高于CK处理。3种复种轮作模式(处理B、C、D)年有效积温利用率高出CK处理8.60%~39.78%。两年间, 处理D的经济效益评价指数、社会效益评价指数均表现最好, 分别为0.94、0.97和0.96、1.00; 生态效益评价指数则表现为处理B(2018年)和处理C(2019年)较好, 分别为0.77和0.73。不同轮作休耕模式的两年综合效益为处理D˃处理B˃处理C˃处理A˃处理E。因此, 在长江中游双季稻区“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”轮作模式的资源利用率及综合效益表现较好, 能更好地促进作物生长, 可以大范围地推广应用。 为优化并推广双季稻田绿色高效的复种轮作休耕模式, 通过连续两年(2018年和2019年)的田间试验, 在长江中游地区江西省鹰潭市余江区农科所试验田, 研究了不同复种轮作模式[A(CK): 紫云英-双季稻→紫云英-双季稻; B: 紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆; C: 紫云英-早稻-玉米||甘薯→紫云英-春大豆-秋大豆; D: 油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯; E: 休耕→休耕]的资源利用率及综合效益。结果表明: 连续两年处理D轮作模式的年有效积温利用率、降水表观生物利用率均高于CK处理。3种复种轮作模式(处理B、C、D)年有效积温利用率高出CK处理8.60%~39.78%。两年间, 处理D的经济效益评价指数、社会效益评价指数均表现最好, 分别为0.94、0.97和0.96、1.00; 生态效益评价指数则表现为处理B(2018年)和处理C(2019年)较好, 分别为0.77和0.73。不同轮作休耕模式的两年综合效益为处理D˃处理B˃处理C˃处理A˃处理E。因此, 在长江中游双季稻区“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”轮作模式的资源利用率及综合效益表现较好, 能更好地促进作物生长, 可以大范围地推广应用。
白洋淀流域农牧系统养分流动与环境损失时空特征
杨文宝, 杨 晶, 赵占轻, 张建杰, 魏 静
, doi: 10.12357/cjea.20220181
摘要:
随着农牧政策的实施及雄安新区的建立,白洋淀流域农牧系统发生明显变化。本研究基于食物链养分流动模型(Nutrient flows in Food chains, Environment and Resources use, NUFER),利用年鉴、调研和文献数据,以期揭示2005、2015和2018年白洋淀流域县域尺度农牧系统氮磷账户、养分利用率以及环境损失特征。结果表明: 时间上,2018年白洋淀流域氮磷肥输入量显著低于2005和2015年,如氮肥输入量较2005和2015年分别减少了8.0%和11.6%;2005、2015和2018年农田系统氮利用效率均为44%左右,磷利用效率则由2005年27.1%上升至2018年30.7%。畜牧系统养分输入量和粪尿损失量显著降低,2018年粪尿氮磷直排量分别是24.7和10.3 Gg,仅为2015年的37%左右;氮磷利用效率较2005年明显增加,2018年氮磷利用效率分别为23.3%和18.6%。2018年农牧系统氮磷养分损失显著低于2005和2015年,而氮磷利用效率呈“先增后降”特征。空间上,白洋淀流域农牧系统养分输入、输出和损失呈“东西低、中间高”特征。综上,当前白洋淀流域已实现化肥“零增长”、畜禽粪尿优化管理的目标,但农牧系统养分利用效率仍处于较低水平。农牧系统区域发展不平衡,部分县域呈现高投入、高损失、低效率的特点。未来白洋淀流域农牧系统应深化化肥零增长政策,继续推行畜禽废弃物资源化目标,合理布局畜禽养殖数量,实现农牧系统协同优化发展。 随着农牧政策的实施及雄安新区的建立,白洋淀流域农牧系统发生明显变化。本研究基于食物链养分流动模型(Nutrient flows in Food chains, Environment and Resources use, NUFER),利用年鉴、调研和文献数据,以期揭示2005、2015和2018年白洋淀流域县域尺度农牧系统氮磷账户、养分利用率以及环境损失特征。结果表明: 时间上,2018年白洋淀流域氮磷肥输入量显著低于2005和2015年,如氮肥输入量较2005和2015年分别减少了8.0%和11.6%;2005、2015和2018年农田系统氮利用效率均为44%左右,磷利用效率则由2005年27.1%上升至2018年30.7%。畜牧系统养分输入量和粪尿损失量显著降低,2018年粪尿氮磷直排量分别是24.7和10.3 Gg,仅为2015年的37%左右;氮磷利用效率较2005年明显增加,2018年氮磷利用效率分别为23.3%和18.6%。2018年农牧系统氮磷养分损失显著低于2005和2015年,而氮磷利用效率呈“先增后降”特征。空间上,白洋淀流域农牧系统养分输入、输出和损失呈“东西低、中间高”特征。综上,当前白洋淀流域已实现化肥“零增长”、畜禽粪尿优化管理的目标,但农牧系统养分利用效率仍处于较低水平。农牧系统区域发展不平衡,部分县域呈现高投入、高损失、低效率的特点。未来白洋淀流域农牧系统应深化化肥零增长政策,继续推行畜禽废弃物资源化目标,合理布局畜禽养殖数量,实现农牧系统协同优化发展。
极端降水条件下土壤中O2浓度对CO2和N2O浓度变化的调控作用
韩慧, 乔林明, 王晓璐, 杜炎玲, 王蕊, 郭胜利
, doi: 10.12357/cjea.20220116
摘要:
在干旱和半干旱区, 降水是农田土壤温室气体排放的重要驱动因素, 但极端降水条件下温室气体(CO2、N2O)浓度、排放特征及其与土壤O2动态变化的关系尚不清楚。针对3种土壤管理措施(不施肥、施氮肥、秸秆还田), 在模拟极端降水(单次100 mm, P100)条件下, 高频率监测3种管理措施土壤O2、CO2和N2O浓度及其地表CO2、N2O通量。与对照(单次10 mm, P10)相比, 极端降水条件下不施肥、施氮肥、秸秆还田处理N2O累积排放量分别增加310%、440%和190%, CO2累积排放量分别增加27%、1%和−11%。地表CO2、N2O通量与土壤CO2、N2O浓度动态变化基本一致, 并存在显著正相关关系(P<0.05); 极端降水条件下土壤中O2浓度呈现先降低后升高的趋势, 而CO2、N2O浓度变化则呈相反趋势; 土壤中CO2、N2O浓度与O2浓度均呈显著负相关关系(P<0.05), 但随着O2浓度的降低, CO2呈生长曲线型增长, 而N2O呈指数型增长。极端降水条件下土壤中O2、CO2和N2O浓度变化达到峰值的时间较早。极端降水条件下, 温室气体产生、排放与土壤中O2浓度变化密切相关。本研究结果为明确雨养区农田土壤温室气体的排放机制提供了理论支撑。 在干旱和半干旱区, 降水是农田土壤温室气体排放的重要驱动因素, 但极端降水条件下温室气体(CO2、N2O)浓度、排放特征及其与土壤O2动态变化的关系尚不清楚。针对3种土壤管理措施(不施肥、施氮肥、秸秆还田), 在模拟极端降水(单次100 mm, P100)条件下, 高频率监测3种管理措施土壤O2、CO2和N2O浓度及其地表CO2、N2O通量。与对照(单次10 mm, P10)相比, 极端降水条件下不施肥、施氮肥、秸秆还田处理N2O累积排放量分别增加310%、440%和190%, CO2累积排放量分别增加27%、1%和−11%。地表CO2、N2O通量与土壤CO2、N2O浓度动态变化基本一致, 并存在显著正相关关系(P<0.05); 极端降水条件下土壤中O2浓度呈现先降低后升高的趋势, 而CO2、N2O浓度变化则呈相反趋势; 土壤中CO2、N2O浓度与O2浓度均呈显著负相关关系(P<0.05), 但随着O2浓度的降低, CO2呈生长曲线型增长, 而N2O呈指数型增长。极端降水条件下土壤中O2、CO2和N2O浓度变化达到峰值的时间较早。极端降水条件下, 温室气体产生、排放与土壤中O2浓度变化密切相关。本研究结果为明确雨养区农田土壤温室气体的排放机制提供了理论支撑。
根系分泌物在作物多样性体系中对种间地下部互作的介导作用
尹晓童, 杨浩, 于瑞鹏, 李隆
, doi: 10.12357/cjea.20220150
摘要(65) HTML(6) PDF(43)
摘要:
根系分泌物介导植物种间的地下部相互作用在生物多样性-生态系统功能关系中发挥着重要作用。本文综述了在作物多样性种植体系中, 根系分泌物介导的种间相互作用及其机制。具体包括: 作物的根系分泌物能够活化土壤难溶性养分, 有利于自身和相邻植物的养分吸收; 粮食作物与超累积植物间作, 根系分泌物中有机酸含量改变, 促进超富集作物对重金属的吸收, 降低粮食作物对重金属的吸收; 作物多样性通过改变根系分泌物的种类和组成, 调控微生物群落结构, 减少病原菌; 信号物质介导的物种间相互识别作用, 引起相邻植物一系列的表型可塑性和生理响应, 比如化感物质会抑制相邻植物, 抑制杂草的萌芽和生长。与此同时, 新方法的引入和学科间的交叉, 为未来根系分泌物在作物多样性体系中的研究和应用提供了新的手段、角度和方向。这些进展有助于通过利用不同物种根分泌物和信号物质, 实现种间促进作用来提高资源利用率、降低病虫和杂草发生危害, 减少化肥农药的投入, 为构建可持续的农业生态系统提供理论依据。 根系分泌物介导植物种间的地下部相互作用在生物多样性-生态系统功能关系中发挥着重要作用。本文综述了在作物多样性种植体系中, 根系分泌物介导的种间相互作用及其机制。具体包括: 作物的根系分泌物能够活化土壤难溶性养分, 有利于自身和相邻植物的养分吸收; 粮食作物与超累积植物间作, 根系分泌物中有机酸含量改变, 促进超富集作物对重金属的吸收, 降低粮食作物对重金属的吸收; 作物多样性通过改变根系分泌物的种类和组成, 调控微生物群落结构, 减少病原菌; 信号物质介导的物种间相互识别作用, 引起相邻植物一系列的表型可塑性和生理响应, 比如化感物质会抑制相邻植物, 抑制杂草的萌芽和生长。与此同时, 新方法的引入和学科间的交叉, 为未来根系分泌物在作物多样性体系中的研究和应用提供了新的手段、角度和方向。这些进展有助于通过利用不同物种根分泌物和信号物质, 实现种间促进作用来提高资源利用率、降低病虫和杂草发生危害, 减少化肥农药的投入, 为构建可持续的农业生态系统提供理论依据。
花生||芝麻对花生铁营养吸收利用的影响
孙增光, 汪江涛, 聂良鹏, 武岩岩, 刘娟, 焦念元
, doi: 10.12357/cjea.20220056
摘要(50) HTML(8) PDF(15)
摘要:
为探究花生||芝麻改善花生铁营养的机理, 本试验以花生‘科大黑花001’和芝麻‘豫芝8号’为试验材料, 单作花生(SP)为对照, 研究了花生||芝麻行比4∶2(P||S 4:2)和6∶3(P||S 6:3) 2种间作模式对花生叶片SPAD值、根际土壤pH、各器官活性铁和全铁含量及单株铁积累与分配的影响, 并分析了2种间作模式的间作产量优势。结果表明: 与SP相比, P||S 4:2、P||S 6:3花生叶片SPAD值分别提高13.60%~30.10%和10.32%~18.46% (P<0.05), 根际土壤pH在开花下针期、结荚期和荚果膨大期均显著降低(P<0.05)。与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生茎、叶的活性铁含量分别提高33.80%~72.78%和24.41%~72.49% (P<0.05), 全铁含量分别提高16.80%~22.86%和15.91%~27.88% (P<0.05); 单株铁积累量在开花下针期、荚果膨大期和收获期分别提高7.91%~22.42%和5.77%~15.58%, 尤其在收获期, 差异达显著水平(P<0.05)。收获期, 与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生果仁全铁含量分别显著提高21.97%和17.42% (P<0.05)。花生||芝麻的间作产量优势表现为P||S 6:3>P||S 4:2。综上可知, 花生||芝麻能显著提高花生各器官的活性铁含量, 促进其对铁元素的吸收利用, 提高果仁铁含量及积累量, 这与间作能显著降低花生根际pH密切有关。改善花生果仁铁营养最佳模式是P||S 4:2, 而间作产量优势最高模式为P||S 6:3。 为探究花生||芝麻改善花生铁营养的机理, 本试验以花生‘科大黑花001’和芝麻‘豫芝8号’为试验材料, 单作花生(SP)为对照, 研究了花生||芝麻行比4∶2(P||S 4:2)和6∶3(P||S 6:3) 2种间作模式对花生叶片SPAD值、根际土壤pH、各器官活性铁和全铁含量及单株铁积累与分配的影响, 并分析了2种间作模式的间作产量优势。结果表明: 与SP相比, P||S 4:2、P||S 6:3花生叶片SPAD值分别提高13.60%~30.10%和10.32%~18.46% (P<0.05), 根际土壤pH在开花下针期、结荚期和荚果膨大期均显著降低(P<0.05)。与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生茎、叶的活性铁含量分别提高33.80%~72.78%和24.41%~72.49% (P<0.05), 全铁含量分别提高16.80%~22.86%和15.91%~27.88% (P<0.05); 单株铁积累量在开花下针期、荚果膨大期和收获期分别提高7.91%~22.42%和5.77%~15.58%, 尤其在收获期, 差异达显著水平(P<0.05)。收获期, 与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生果仁全铁含量分别显著提高21.97%和17.42% (P<0.05)。花生||芝麻的间作产量优势表现为P||S 6:3>P||S 4:2。综上可知, 花生||芝麻能显著提高花生各器官的活性铁含量, 促进其对铁元素的吸收利用, 提高果仁铁含量及积累量, 这与间作能显著降低花生根际pH密切有关。改善花生果仁铁营养最佳模式是P||S 4:2, 而间作产量优势最高模式为P||S 6:3。
玉米发育期模式在我国主要产区的适用性比较研究
康晓凤, 邬定荣, 田琪, 谭姣姣, 马玉平, 于强
, doi: 10.12357/cjea.20220186
摘要(41) HTML(0) PDF(14)
摘要:
发育模式是预测作物发育对气候变化响应的主要工具。模式在变暖环境下的适用性对作物产量评估有重要影响。本研究比较了机器学习算法(MLP)以及3个机理发育模式[MAIS、Beta和耦合响应与适应机制的模式(RAM)]在变暖环境下的适用性。选择东北春玉米和华北夏玉米具有20年以上物候观测站点, 使用发育期资料及同期的逐日气象数据, 按生长季均温异常度, 将观测年份划分为冷、暖年。冷年数据用于率定模式参数, 暖年数据用于验证变暖环境下模式的表现。根据冷暖年表现的差异评价模式在变暖情景下的适用性。评价指标包括归一化均方根误差(NRMSE)、平均偏差(MBE)和模拟误差随发育阶段均温的趋势。结果表明: 在冷年校正时, MLP的模拟精度明显高于机理发育模式, 机理发育模式中RAM表现最优, 其次是Beta和MAIS。MAIS和Beta模拟值略早于观测值, 而RAM和MLP普遍迟于观测值。机理发育模式的误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例明显低于MLP, 3个机理发育模式中, Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是RAM和MAIS。在变暖情景下进行验证, Beta模拟精度表现最好, 其次是MLP和RAM, MAIS表现较差。3个机理发育模式模拟值早于观测值, 而MLP迟于观测值。除MLP以外的模式模拟误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例较冷年均增大。4个模式中Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是MLP、MAIS和RAM。整体来看, 没有一个模式在校正和验证阶段均全面占优, MLP虽然冷年校正时最优, 但暖年表现较差, 而机理发育模式虽然冷年校正时不是最优, 但暖年验证时表现较好。本研究认为, 不同模式有不同的适用场景, 关注准确反演历史气候变化对发育期影响时, 建议采用MLP, 而关注准确预测未来气候变化对发育期影响时, 应以机理发育模式为主。 发育模式是预测作物发育对气候变化响应的主要工具。模式在变暖环境下的适用性对作物产量评估有重要影响。本研究比较了机器学习算法(MLP)以及3个机理发育模式[MAIS、Beta和耦合响应与适应机制的模式(RAM)]在变暖环境下的适用性。选择东北春玉米和华北夏玉米具有20年以上物候观测站点, 使用发育期资料及同期的逐日气象数据, 按生长季均温异常度, 将观测年份划分为冷、暖年。冷年数据用于率定模式参数, 暖年数据用于验证变暖环境下模式的表现。根据冷暖年表现的差异评价模式在变暖情景下的适用性。评价指标包括归一化均方根误差(NRMSE)、平均偏差(MBE)和模拟误差随发育阶段均温的趋势。结果表明: 在冷年校正时, MLP的模拟精度明显高于机理发育模式, 机理发育模式中RAM表现最优, 其次是Beta和MAIS。MAIS和Beta模拟值略早于观测值, 而RAM和MLP普遍迟于观测值。机理发育模式的误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例明显低于MLP, 3个机理发育模式中, Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是RAM和MAIS。在变暖情景下进行验证, Beta模拟精度表现最好, 其次是MLP和RAM, MAIS表现较差。3个机理发育模式模拟值早于观测值, 而MLP迟于观测值。除MLP以外的模式模拟误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例较冷年均增大。4个模式中Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是MLP、MAIS和RAM。整体来看, 没有一个模式在校正和验证阶段均全面占优, MLP虽然冷年校正时最优, 但暖年表现较差, 而机理发育模式虽然冷年校正时不是最优, 但暖年验证时表现较好。本研究认为, 不同模式有不同的适用场景, 关注准确反演历史气候变化对发育期影响时, 建议采用MLP, 而关注准确预测未来气候变化对发育期影响时, 应以机理发育模式为主。
包膜尿素类型及施肥模式对稻茬小麦抗倒伏性能 和产量的影响
马泉, 钱晨诚, 贾文欣, 吴钰磊, 李春燕, 丁锦峰, 朱敏, 郭文善, 朱新开
, doi: 10.12357/cjea.20220195
摘要:
为研究包膜尿素对稻茬小麦抗倒伏性能的调控效应, 探讨协调稻茬小麦产量和抗倒伏性能的包膜尿素合理施用方式, 采用树脂包膜尿素(PCU)和硫包膜尿素(SCU)为材料, 设计3种施肥模式: 包膜尿素一次性基施(N1); 60%包膜尿素基施+40%普通尿素拔节期追施(N2); 60%包膜尿素基施+40%包膜尿素返青期追施(N3), 以普通尿素60%基施+40%返青期追施为对照(CK), 分析不同包膜尿素及施肥模式下稻茬小麦茎秆形态特征、抗倒伏能力和产量等的差异。结果表明, N1模式与CK相比显著降低基部第2节间长度, 提高其充实度、茎秆粗度和秆壁厚度, 增强茎秆抗折力和抗倒伏指数, PCUN1和SCUN1田间实际倒伏系数分别仅为1.11和1.31, 但产量较低, 与CK均无显著差异; 与N1模式相比, N2模式显著降低小麦开花期、乳熟期和蜡熟期基部第2节间充实度和抗倒伏指数, 显著提高小麦田间倒伏率和倒伏系数; N3模式产量水平最高, 在两种包膜尿素中均显著高于N1、N2模式和CK, 倒伏率和倒伏系数与N2模式无显著差异, 但显著低于CK。在N3模式下, 树脂包膜尿素产量最高, 较CK增产14.75%, 基部第2节间长度显著低于硫包膜尿素, 基部第2节间充实度、茎秆粗度和秆壁厚度均显著高于硫包膜尿素, 且田间倒伏率和倒伏系数均呈低于硫包膜尿素的趋势。综上, 树脂包膜尿素基施加返青期追施能一定程度上控制茎秆基部第2节间长度, 提高其充实度和抗折力, 降低小麦倒伏系数, 并且实现较高的产量增幅, 是有利于协调稻茬小麦高产与抗倒伏的施肥方式。 为研究包膜尿素对稻茬小麦抗倒伏性能的调控效应, 探讨协调稻茬小麦产量和抗倒伏性能的包膜尿素合理施用方式, 采用树脂包膜尿素(PCU)和硫包膜尿素(SCU)为材料, 设计3种施肥模式: 包膜尿素一次性基施(N1); 60%包膜尿素基施+40%普通尿素拔节期追施(N2); 60%包膜尿素基施+40%包膜尿素返青期追施(N3), 以普通尿素60%基施+40%返青期追施为对照(CK), 分析不同包膜尿素及施肥模式下稻茬小麦茎秆形态特征、抗倒伏能力和产量等的差异。结果表明, N1模式与CK相比显著降低基部第2节间长度, 提高其充实度、茎秆粗度和秆壁厚度, 增强茎秆抗折力和抗倒伏指数, PCUN1和SCUN1田间实际倒伏系数分别仅为1.11和1.31, 但产量较低, 与CK均无显著差异; 与N1模式相比, N2模式显著降低小麦开花期、乳熟期和蜡熟期基部第2节间充实度和抗倒伏指数, 显著提高小麦田间倒伏率和倒伏系数; N3模式产量水平最高, 在两种包膜尿素中均显著高于N1、N2模式和CK, 倒伏率和倒伏系数与N2模式无显著差异, 但显著低于CK。在N3模式下, 树脂包膜尿素产量最高, 较CK增产14.75%, 基部第2节间长度显著低于硫包膜尿素, 基部第2节间充实度、茎秆粗度和秆壁厚度均显著高于硫包膜尿素, 且田间倒伏率和倒伏系数均呈低于硫包膜尿素的趋势。综上, 树脂包膜尿素基施加返青期追施能一定程度上控制茎秆基部第2节间长度, 提高其充实度和抗折力, 降低小麦倒伏系数, 并且实现较高的产量增幅, 是有利于协调稻茬小麦高产与抗倒伏的施肥方式。
灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响
石雄高, 李晓明, 党建友, 张慧芋, 张定一, 裴雪霞
, doi: 10.12357/cjea.20220073
摘要(58) HTML(6) PDF(18)
摘要:
为探明不同灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响, 于2016—2021年在山西农业大学小麦研究所韩村实验基地开展大田定位试验。设连续微喷灌(SI)、连续滴灌(DI)、连续漫灌(FI)和第1、2、5年漫灌与第3、4年微喷灌轮换(RI) 4个处理。定位5年后, 测定>0.25 mm团聚体重量百分含量(DR0.25、WR0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、破坏率(PAD)、分形维数(D)等土壤团聚体粒径分布、稳定性指标, 以及土壤水稳性团聚体有机碳、有效磷、速效钾含量等养分指标, 并对水稳性团聚体分布特征、稳定性及养分含量进行了相关分析。主要结果1)机械稳定性团聚体在0~10 cm土层SI、DI和RI处理均以0.5~1 mm为优势粒径(FI为<0.25 mm), 在10~20 cm土层DI、FI和RI处理均以>5 mm为优势粒径(SI为0.5~1 mm), 在20~50 cm土层各灌溉处理的优势粒径则均为>5 mm; 水稳性团聚体在0~50 cm土层4种灌溉处理均以<0.25 mm为优势粒径, 但FI处理的重量百分比最高。2) SI和DI处理在0~50 cm土层有效提高了WR0.25、降低了D, 且MWD、GMD总体上高于FI和RI处理, 并在30~50 cm土层显著降低了PAD, 而FI、RI处理的这些稳定性指标受土层深度影响较大。3)与其他2个处理相比, SI、DI处理在0~50 cm土层提高了土壤水稳性大团聚体(>0.25 mm)有机碳、有效磷、速效钾含量, 尤其在提高0~30 cm土层有效磷含量和30~50 cm土层速效钾含量上效果更为显著。4)相关性分析表明, 土层、WR0.25、MWD、GMD、PAD、D、水稳性大团聚体养分含量(有机碳、有效磷、速效钾)之间的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。综上所述, 微喷灌、滴灌水肥一体化更有利于改善土壤结构和性状, 促进土壤大团聚体形成, 提高水稳性团聚体稳定水平及养分含量, 应值得推广应用。 为探明不同灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响, 于2016—2021年在山西农业大学小麦研究所韩村实验基地开展大田定位试验。设连续微喷灌(SI)、连续滴灌(DI)、连续漫灌(FI)和第1、2、5年漫灌与第3、4年微喷灌轮换(RI) 4个处理。定位5年后, 测定>0.25 mm团聚体重量百分含量(DR0.25、WR0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、破坏率(PAD)、分形维数(D)等土壤团聚体粒径分布、稳定性指标, 以及土壤水稳性团聚体有机碳、有效磷、速效钾含量等养分指标, 并对水稳性团聚体分布特征、稳定性及养分含量进行了相关分析。主要结果1)机械稳定性团聚体在0~10 cm土层SI、DI和RI处理均以0.5~1 mm为优势粒径(FI为<0.25 mm), 在10~20 cm土层DI、FI和RI处理均以>5 mm为优势粒径(SI为0.5~1 mm), 在20~50 cm土层各灌溉处理的优势粒径则均为>5 mm; 水稳性团聚体在0~50 cm土层4种灌溉处理均以<0.25 mm为优势粒径, 但FI处理的重量百分比最高。2) SI和DI处理在0~50 cm土层有效提高了WR0.25、降低了D, 且MWD、GMD总体上高于FI和RI处理, 并在30~50 cm土层显著降低了PAD, 而FI、RI处理的这些稳定性指标受土层深度影响较大。3)与其他2个处理相比, SI、DI处理在0~50 cm土层提高了土壤水稳性大团聚体(>0.25 mm)有机碳、有效磷、速效钾含量, 尤其在提高0~30 cm土层有效磷含量和30~50 cm土层速效钾含量上效果更为显著。4)相关性分析表明, 土层、WR0.25、MWD、GMD、PAD、D、水稳性大团聚体养分含量(有机碳、有效磷、速效钾)之间的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。综上所述, 微喷灌、滴灌水肥一体化更有利于改善土壤结构和性状, 促进土壤大团聚体形成, 提高水稳性团聚体稳定水平及养分含量, 应值得推广应用。
The potential and the impact factors for phosphorus recovery from wastewater via struvite precipitation
Erick K. Mutai, WANG Xuan, MA Lin
, doi: 10.12357/cjea.20210764
摘要(82) HTML(13) PDF(18)
摘要:
Phosphorous (P) is an essential nutrient for living organisms, and there is concern regarding the challenges of both supply uncertainty and the linked aquatic eutrophication. Phosphorus recovery through struvite precipitation technology has attracted much attention in research as it prevents eutrophication and forms a slow-release fertilizer that serves as an alternative source of P in both synthetic wastewater (SW) and real waste (RW). However, only inorganic soluble P is involved in the reaction. Therefore, the ratio of organic P, which is up to 30–40% of total P in real wastewater systems, leads to a variation of P recovery rates in practice. There is a lack of knowledge on the underlying differences and the factors causing the disparity in the P recovery, and few studies have attempted to quantify the gap in the phosphorus recovery rates of SW and RW. Data mining was conducted using 103 studies with 1186 observations to quantify the phosphorus recovery rate in SW and RW, establish the underlying factors affecting the P recovery, and derive solutions. Results showed that phosphorus recovery rate in SW (83.6%) was higher than that in RW (76.9%). A large variation in the P recovery rate (20.4% to 99.9%) in RW was detected since it was more sensitive to pH and foreign ions, such as calcium. Magnesium and calcium were found to impact struvite crystallization; magnesium had a positive impact at a specific Mg∶P ratio between 1 and 2, with SW being more sensitive, while calcium inhibited struvite formation. Phosphorus precipitation is an abiotic process, and organic phosphorus concentration plays a crucial role in the total phosphorus recovery rate. Aeration played an important role in the mineralization of organic P. Therefore, supplying aeration at a flow rate of 6 L.min−1 was beneficial for both total and inorganic P recovery. Increasing the Mg∶P ratio was not a crucial factor for P recovery in practice, but it significantly impacts the components of the precipitate. Phosphorous (P) is an essential nutrient for living organisms, and there is concern regarding the challenges of both supply uncertainty and the linked aquatic eutrophication. Phosphorus recovery through struvite precipitation technology has attracted much attention in research as it prevents eutrophication and forms a slow-release fertilizer that serves as an alternative source of P in both synthetic wastewater (SW) and real waste (RW). However, only inorganic soluble P is involved in the reaction. Therefore, the ratio of organic P, which is up to 30–40% of total P in real wastewater systems, leads to a variation of P recovery rates in practice. There is a lack of knowledge on the underlying differences and the factors causing the disparity in the P recovery, and few studies have attempted to quantify the gap in the phosphorus recovery rates of SW and RW. Data mining was conducted using 103 studies with 1186 observations to quantify the phosphorus recovery rate in SW and RW, establish the underlying factors affecting the P recovery, and derive solutions. Results showed that phosphorus recovery rate in SW (83.6%) was higher than that in RW (76.9%). A large variation in the P recovery rate (20.4% to 99.9%) in RW was detected since it was more sensitive to pH and foreign ions, such as calcium. Magnesium and calcium were found to impact struvite crystallization; magnesium had a positive impact at a specific Mg∶P ratio between 1 and 2, with SW being more sensitive, while calcium inhibited struvite formation. Phosphorus precipitation is an abiotic process, and organic phosphorus concentration plays a crucial role in the total phosphorus recovery rate. Aeration played an important role in the mineralization of organic P. Therefore, supplying aeration at a flow rate of 6 L.min−1 was beneficial for both total and inorganic P recovery. Increasing the Mg∶P ratio was not a crucial factor for P recovery in practice, but it significantly impacts the components of the precipitate.
加气滴灌和可降解膜覆盖对玉米生长发育及水分利用的影响
吴梅, 张金珠, 王振华, 朱艳, 宋利兵, 宗睿, 韩悦
, doi: 10.12357/cjea.20220027
摘要(31) HTML(9) PDF(5)
摘要:
为揭示加气滴灌对降解地膜覆盖下玉米产量降低的补偿机制。设置3种地膜覆盖(诱导期60 d和100 d氧化生物双降解地膜、普通塑料地膜)和2种灌水方式(加气滴灌和不加气滴灌)进行完全组合试验, 分析不同处理对玉米生长、光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 诱导期60 d和100 d可降解地膜分别在覆膜50 d和70 d后呈现初始裂纹。与普通塑料地膜相比, 可降解地膜覆盖玉米产量和水分利用效率较普通塑料地膜分别显著降低14.81%~27.42%和16.70%~34.46% (P<0.05)。加气滴灌提高了玉米株高、茎粗、叶面积指数, 减少了玉米耗水量; 与不加气处理对比, 加气滴灌下玉米净光合速率显著增加10.40% (P<0.05), 蒸腾速率显著增加12.86% (P<0.05), 气孔导度显著提高25.99% (P<0.05), 干物质积累量显著增加7.57% (P<0.05), 加气滴灌还可使降解地膜和普通塑料地膜覆盖下玉米产量和水分利用效率平均提高6.44%~14.41%和9.09%~17.90% (P<0.05), 可减少由于降解地膜过早降解而造成的产量及水分利用效率的下降。研究认为诱导期为100 d氧化生物双降解膜地膜覆盖下进行加气滴灌可代替新疆绿洲区传统塑料地膜覆盖下滴灌玉米栽培措施。本研究可为新疆膜下滴灌缓解残膜污染, 提高玉米产量及水分利用效率提供理论依据。 为揭示加气滴灌对降解地膜覆盖下玉米产量降低的补偿机制。设置3种地膜覆盖(诱导期60 d和100 d氧化生物双降解地膜、普通塑料地膜)和2种灌水方式(加气滴灌和不加气滴灌)进行完全组合试验, 分析不同处理对玉米生长、光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 诱导期60 d和100 d可降解地膜分别在覆膜50 d和70 d后呈现初始裂纹。与普通塑料地膜相比, 可降解地膜覆盖玉米产量和水分利用效率较普通塑料地膜分别显著降低14.81%~27.42%和16.70%~34.46% (P<0.05)。加气滴灌提高了玉米株高、茎粗、叶面积指数, 减少了玉米耗水量; 与不加气处理对比, 加气滴灌下玉米净光合速率显著增加10.40% (P<0.05), 蒸腾速率显著增加12.86% (P<0.05), 气孔导度显著提高25.99% (P<0.05), 干物质积累量显著增加7.57% (P<0.05), 加气滴灌还可使降解地膜和普通塑料地膜覆盖下玉米产量和水分利用效率平均提高6.44%~14.41%和9.09%~17.90% (P<0.05), 可减少由于降解地膜过早降解而造成的产量及水分利用效率的下降。研究认为诱导期为100 d氧化生物双降解膜地膜覆盖下进行加气滴灌可代替新疆绿洲区传统塑料地膜覆盖下滴灌玉米栽培措施。本研究可为新疆膜下滴灌缓解残膜污染, 提高玉米产量及水分利用效率提供理论依据。
农田生态系统有机物料腐解过程及土壤培肥机制研究
雷琬莹, 李娜, 滕培基, 郁瑾超, 龙静泓
, doi: 10.12357/cjea.20210878
摘要(45) HTML(28) PDF(20)
摘要:
农田生态系统是受人为活动干扰最多的陆地生态系统, 土壤有机质丰富和养分均衡是保证农作物生长需要、土壤生物和谐共生和系统生产力维持稳定的基本要素。农作物秸秆、畜禽粪便是农田生态系统的主要外源有机物料, 也是农田土壤有机质的重要来源。有机物料还田可有效增加土壤有机质积累、培肥土壤、促进作物稳产增产。有机物料还田后经过一系列复杂的物理、化学和生物学腐解过程, 最终转化为土壤有机质。这一复杂的腐解过程受有机物料自身性质、土壤类型及其背景属性、气候因子和农田管理措施等多重作用综合调控, 因此备受科学界关注。本文综述了农田生态系统有机物料的腐解过程及其主要影响因素、还田后腐解产物对土壤养分库及土壤质量的影响方面的主要研究进展, 进一步总结了有机物料还田转化为土壤有机质的作用机制。从表征有机物料腐解结构变化的手段和指标着手, 解析有机物料腐解过程有机物料和土壤的化学结构组成的变化特征, 揭示影响有机物料腐解的主要因素(有机物料的质量、组分和化学结构, 以及环境因素), 综合分析有机物料还田对土壤碳库、活性有机碳、腐殖质组成以及养分库的影响, 从土壤物理、化学和生物学性状以及作物产量角度综合评价有机物料还田培肥土壤的效果, 深入解析有机物料腐解转化为土壤有机质的物理化学及生物学调控过程及机制, 最后对未来开展农田生态系统有机物料还田腐解过程及作用机制的深入研究进行展望, 以期为农田生态系统有机物高效还田培肥土壤、优化农田管理措施提供理论依据和数据支持。 农田生态系统是受人为活动干扰最多的陆地生态系统, 土壤有机质丰富和养分均衡是保证农作物生长需要、土壤生物和谐共生和系统生产力维持稳定的基本要素。农作物秸秆、畜禽粪便是农田生态系统的主要外源有机物料, 也是农田土壤有机质的重要来源。有机物料还田可有效增加土壤有机质积累、培肥土壤、促进作物稳产增产。有机物料还田后经过一系列复杂的物理、化学和生物学腐解过程, 最终转化为土壤有机质。这一复杂的腐解过程受有机物料自身性质、土壤类型及其背景属性、气候因子和农田管理措施等多重作用综合调控, 因此备受科学界关注。本文综述了农田生态系统有机物料的腐解过程及其主要影响因素、还田后腐解产物对土壤养分库及土壤质量的影响方面的主要研究进展, 进一步总结了有机物料还田转化为土壤有机质的作用机制。从表征有机物料腐解结构变化的手段和指标着手, 解析有机物料腐解过程有机物料和土壤的化学结构组成的变化特征, 揭示影响有机物料腐解的主要因素(有机物料的质量、组分和化学结构, 以及环境因素), 综合分析有机物料还田对土壤碳库、活性有机碳、腐殖质组成以及养分库的影响, 从土壤物理、化学和生物学性状以及作物产量角度综合评价有机物料还田培肥土壤的效果, 深入解析有机物料腐解转化为土壤有机质的物理化学及生物学调控过程及机制, 最后对未来开展农田生态系统有机物料还田腐解过程及作用机制的深入研究进行展望, 以期为农田生态系统有机物高效还田培肥土壤、优化农田管理措施提供理论依据和数据支持。
大气CO2浓度升高对大豆根际微生物代谢功能的影响
高志颖, 李彦生, 于镇华, 金剑, 王光华, 刘晓冰
, doi: 10.12357/cjea.20220018
摘要(37) HTML(15) PDF(15)
摘要:
作为全球气候变化主要因子, 大气CO2浓度升高以植物为媒介间接影响土壤微生物代谢功能, 进而影响由土壤微生物参与的土壤养分循环过程和土壤碳库的平衡。本研究以不同年代培育的大豆品种: ‘小黄金’(XHJ)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14号’ (SN)和‘东生1号’ (DS)为试验材料, 采用开顶室气室(Open Top Chamber, OTC)模拟21世纪中叶大气CO2浓度(550 mol∙L−1)升高条件(Elevated CO2, EC), 并以正常大气CO2浓度为对照(CK)。通过BIOLOG方法, 解析了大气CO2浓度升高条件下大豆根际土壤微生物对不同碳源利用的特征。结果表明, 不同大豆品种根际土壤微生物群落碳源代谢特征不同, 单孔平均颜色变化率(AWCD)总体趋势表现为MF>SN>DS>XHJ; 微生物功能多样性指数和主成分分析结果显示, 大气CO2浓度升高对不同大豆品种根际微生物碳源代谢特征的影响不一致, 其中XHJ、MF和DS的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响不显著, 而SN的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响显著;主成分贡献率结果表明, SN的EC碳源变化与主成分1中正相关的碳源种类相关性较强, 而CK的碳源变化与主成分1中负相关的碳源种类相关性较强, 其中A4 (L-精氨酸)和C3 (2-羟基苯甲酸)为不利于植物生长的碳源类型, 未来大气CO2浓度升高是否会增加有害/有益根系分泌物的释放有待通过田间原位试验进一步佐证。综上, 未来大气CO2浓度升高对大豆根际微生物碳源代谢功能的影响与大豆品种有关, 同时, 大豆品种和大气CO2升高及其交互作用显著影响部分碳源的代谢。 作为全球气候变化主要因子, 大气CO2浓度升高以植物为媒介间接影响土壤微生物代谢功能, 进而影响由土壤微生物参与的土壤养分循环过程和土壤碳库的平衡。本研究以不同年代培育的大豆品种: ‘小黄金’(XHJ)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14号’ (SN)和‘东生1号’ (DS)为试验材料, 采用开顶室气室(Open Top Chamber, OTC)模拟21世纪中叶大气CO2浓度(550 mol∙L−1)升高条件(Elevated CO2, EC), 并以正常大气CO2浓度为对照(CK)。通过BIOLOG方法, 解析了大气CO2浓度升高条件下大豆根际土壤微生物对不同碳源利用的特征。结果表明, 不同大豆品种根际土壤微生物群落碳源代谢特征不同, 单孔平均颜色变化率(AWCD)总体趋势表现为MF>SN>DS>XHJ; 微生物功能多样性指数和主成分分析结果显示, 大气CO2浓度升高对不同大豆品种根际微生物碳源代谢特征的影响不一致, 其中XHJ、MF和DS的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响不显著, 而SN的根际微生物功能受大气CO2浓度升高影响显著;主成分贡献率结果表明, SN的EC碳源变化与主成分1中正相关的碳源种类相关性较强, 而CK的碳源变化与主成分1中负相关的碳源种类相关性较强, 其中A4 (L-精氨酸)和C3 (2-羟基苯甲酸)为不利于植物生长的碳源类型, 未来大气CO2浓度升高是否会增加有害/有益根系分泌物的释放有待通过田间原位试验进一步佐证。综上, 未来大气CO2浓度升高对大豆根际微生物碳源代谢功能的影响与大豆品种有关, 同时, 大豆品种和大气CO2升高及其交互作用显著影响部分碳源的代谢。
稻虾种养对水稻产量和粮食安全影响
倪明理, 邓凯, 张文宇, 尚永青, 魏凤, 袁鹏丽, 李准, 樊丹, 曹凑贵, 汪金平
, doi: 10.12357/cjea.20210891
摘要(82) HTML(31) PDF(16)
摘要:
稻虾种养模式是指将小龙虾的养殖与水稻种植相结合的一种复合种养模式, 该模式因其较高的经济效益, 近些年在全国发展迅速。在稻虾种养模式的大面积推广的背景下, 有关稻虾种养模式对粮食产量安全的问题受到关注。本文通过多年定位试验、不同生态区农户调查和湖北省近10年统计年鉴资料, 对稻虾种养稻田的粮食安全问题进行分析。结果表明, 1)稻虾种养提高了农民的种稻积极性, 进而扩大了水稻种植面积, 增加了水稻总产量,。稻虾种养面积与水稻种植面积呈显著正相关, 稻虾主产区潜江市、荆州市、湖北省水稻种植面积与10年前相比分别提高77.77%、16.23%、12.20%, 水稻总产量分别提高68.12%、16.61%、20.49%。同时近10年湖北省夏收粮食(小麦等)产量维持稳定。2)湖北稻虾产区养殖沟占比(G)平均值为13.42%, G在一定程度上会影响水稻产量。在不考虑G情况下, 与传统稻田单作相比, 稻虾种养水稻产量提高17.63%。当G≤10%时, 稻虾种养水稻产量略低于传统单作, 差异不显著, 但是10%<G<20%和G≥20%条件下, 水稻产量显著降低, 分别降低18.19%、34.81%。3)稻虾种养发展区存在优劣势差异。水稻、小龙虾产量的表现在江汉平原、鄂东沿江平原优于鄂中北丘陵。因此按照G≤10%的标准规范稻虾模式田间工程建设, 坚持因地制宜地发展稻虾模式, 可在维持稻虾收益的同时保持水稻粮食安全, 是确保我国稻虾产业持续健康发展的重要保证。 稻虾种养模式是指将小龙虾的养殖与水稻种植相结合的一种复合种养模式, 该模式因其较高的经济效益, 近些年在全国发展迅速。在稻虾种养模式的大面积推广的背景下, 有关稻虾种养模式对粮食产量安全的问题受到关注。本文通过多年定位试验、不同生态区农户调查和湖北省近10年统计年鉴资料, 对稻虾种养稻田的粮食安全问题进行分析。结果表明, 1)稻虾种养提高了农民的种稻积极性, 进而扩大了水稻种植面积, 增加了水稻总产量,。稻虾种养面积与水稻种植面积呈显著正相关, 稻虾主产区潜江市、荆州市、湖北省水稻种植面积与10年前相比分别提高77.77%、16.23%、12.20%, 水稻总产量分别提高68.12%、16.61%、20.49%。同时近10年湖北省夏收粮食(小麦等)产量维持稳定。2)湖北稻虾产区养殖沟占比(G)平均值为13.42%, G在一定程度上会影响水稻产量。在不考虑G情况下, 与传统稻田单作相比, 稻虾种养水稻产量提高17.63%。当G≤10%时, 稻虾种养水稻产量略低于传统单作, 差异不显著, 但是10%<G<20%和G≥20%条件下, 水稻产量显著降低, 分别降低18.19%、34.81%。3)稻虾种养发展区存在优劣势差异。水稻、小龙虾产量的表现在江汉平原、鄂东沿江平原优于鄂中北丘陵。因此按照G≤10%的标准规范稻虾模式田间工程建设, 坚持因地制宜地发展稻虾模式, 可在维持稻虾收益的同时保持水稻粮食安全, 是确保我国稻虾产业持续健康发展的重要保证。
密闭反应器堆肥技术氨减排潜力研究
刘娟, 曹玉博, 焦阳湄, 王选, 马林
, doi: 10.12357/cjea.20210100
摘要(39) HTML(16) PDF(5)
摘要:
堆肥是将粪尿肥料化处理循环利用于土壤的重要技术, 但堆肥过程中约有50%的氮素以氨气形态挥发, 不仅降低了堆肥产品的养分价值, 更诱发了雾霾天气发生, 严重污染大气环境。因此, 减少堆肥过程的氨排放对于提高有机肥品质、降低堆肥过程产生的环境影响具有重要意义。针对实际生产中不同堆肥技术氨排放量不明, 氨减排潜力及经济效益缺乏的问题, 本研究通过生产规模试验, 定量分析了条垛式堆肥和密闭反应器堆肥过程中的氨排放量、氨回收效率及其影响因素, 并对不同堆肥技术进行了经济效益分析。结果表明, 与条垛式堆肥相比, 密闭反应器堆肥可减少氨挥发61.1% (P<0.01), 结合氨气洗涤回收技术可实现82.3% (P<0.01)的氨减排; 氨气回收率随吸收时间显著降低, 吸收液温度和铵根离子浓度是影响氨回收效率的关键因素。密闭反应器堆肥技术粪便处理成本(116.9元∙t–1)高于传统条垛式堆肥处理成本(87.4元∙t–1); 然而, 以条垛式堆肥为对照, 密闭反应器堆肥及反应器结合洗气塔技术每减少1 kg氨气的成本为22.0和16.5元, 低于欧盟氨减排成本。综上所述, 密闭反应器堆肥可显著降低堆肥过程中的氨挥发, 与洗气塔结合使用可将堆肥过程中排放的大部分氨气进行回收, 是一种高效、可行且具有较大氨减排潜力的堆肥技术。 堆肥是将粪尿肥料化处理循环利用于土壤的重要技术, 但堆肥过程中约有50%的氮素以氨气形态挥发, 不仅降低了堆肥产品的养分价值, 更诱发了雾霾天气发生, 严重污染大气环境。因此, 减少堆肥过程的氨排放对于提高有机肥品质、降低堆肥过程产生的环境影响具有重要意义。针对实际生产中不同堆肥技术氨排放量不明, 氨减排潜力及经济效益缺乏的问题, 本研究通过生产规模试验, 定量分析了条垛式堆肥和密闭反应器堆肥过程中的氨排放量、氨回收效率及其影响因素, 并对不同堆肥技术进行了经济效益分析。结果表明, 与条垛式堆肥相比, 密闭反应器堆肥可减少氨挥发61.1% (P<0.01), 结合氨气洗涤回收技术可实现82.3% (P<0.01)的氨减排; 氨气回收率随吸收时间显著降低, 吸收液温度和铵根离子浓度是影响氨回收效率的关键因素。密闭反应器堆肥技术粪便处理成本(116.9元∙t–1)高于传统条垛式堆肥处理成本(87.4元∙t–1); 然而, 以条垛式堆肥为对照, 密闭反应器堆肥及反应器结合洗气塔技术每减少1 kg氨气的成本为22.0和16.5元, 低于欧盟氨减排成本。综上所述, 密闭反应器堆肥可显著降低堆肥过程中的氨挥发, 与洗气塔结合使用可将堆肥过程中排放的大部分氨气进行回收, 是一种高效、可行且具有较大氨减排潜力的堆肥技术。
坡耕地山原红壤大豆根系构型及根土复合体力学特性研究
张立芸, 段青松, 李永梅
, doi: 10.12357/cjea.20220003
摘要(41) HTML(21) PDF(6)
摘要:
为研究大豆根系在西南山区坡耕地水土保持中的价值, 本文在大豆的3个主要生育期(开花期、始粒期和鼓粒期)采集根系和根土复合体样本, 采用WinRHIZO (Pro.2019)根系分析系统测定并计算了根系的几何形态特征、分形特征和拓扑结构, 用无侧限压缩试验测定了根土复合体的力学特性, 分析大豆根系在不同生育期的构型特征及其对土体力学特性的影响。结果表明: 1)大豆根系的分形维数在鼓粒期最小, 分形丰度在开花期最小, 但两者均在始粒期最大; 2)拓扑指数随生育期先减小后增大, 在始粒期最接近0.5且平均连接长度最小, 根系趋向于叉状分支模式, 此时根系分支状态最为复杂; 3)大豆根系的分形特征、拓扑特征与根长等主要形态特征参数有极显著相关关系(P<0.01); 4)大豆根系能显著增强土体强度, 其根土复合体的无侧限抗压强度表现为始粒期(41.44 kPa)>鼓粒期(37.95 kPa)>开花期(29.29 kPa), 分形维数和分形丰度与土体的力学特性呈显著正相关关系(P<0.01)。综上, 大豆根系分形维数和丰度越大、拓扑指数越小时, 根土复合体的无侧限抗压强度越大,其根系固土效应越显著; 农作物根系分形特征和拓扑特征不仅可用于表达根系在土体中的分支状态、空间分布和拓展模式, 也可作为评价农作物根系固土效应的主要参数。在山区坡耕地的农作物配置中, 应注重培育分支复杂、根系发达的大豆品种以防治水土流失。 为研究大豆根系在西南山区坡耕地水土保持中的价值, 本文在大豆的3个主要生育期(开花期、始粒期和鼓粒期)采集根系和根土复合体样本, 采用WinRHIZO (Pro.2019)根系分析系统测定并计算了根系的几何形态特征、分形特征和拓扑结构, 用无侧限压缩试验测定了根土复合体的力学特性, 分析大豆根系在不同生育期的构型特征及其对土体力学特性的影响。结果表明: 1)大豆根系的分形维数在鼓粒期最小, 分形丰度在开花期最小, 但两者均在始粒期最大; 2)拓扑指数随生育期先减小后增大, 在始粒期最接近0.5且平均连接长度最小, 根系趋向于叉状分支模式, 此时根系分支状态最为复杂; 3)大豆根系的分形特征、拓扑特征与根长等主要形态特征参数有极显著相关关系(P<0.01); 4)大豆根系能显著增强土体强度, 其根土复合体的无侧限抗压强度表现为始粒期(41.44 kPa)>鼓粒期(37.95 kPa)>开花期(29.29 kPa), 分形维数和分形丰度与土体的力学特性呈显著正相关关系(P<0.01)。综上, 大豆根系分形维数和丰度越大、拓扑指数越小时, 根土复合体的无侧限抗压强度越大,其根系固土效应越显著; 农作物根系分形特征和拓扑特征不仅可用于表达根系在土体中的分支状态、空间分布和拓展模式, 也可作为评价农作物根系固土效应的主要参数。在山区坡耕地的农作物配置中, 应注重培育分支复杂、根系发达的大豆品种以防治水土流失。
刈割和施N对豆禾混播草地牧草生长特性及品质的影响
王辛有, 曹文侠, 师尚礼, 王小军, 王世林, 刘婉婷, 白洁, 李文
, doi: 10.12357/cjea.20220021
摘要(46) HTML(20) PDF(6)
摘要:
为探究放牧与施肥对河西走廊豆禾混播草地生产性能与群落结构稳定性的调控机制, 并初步确定该草地所适用的最佳放牧利用与施肥管理模式。本研究以清水紫花苜蓿(Medicago sativa cv. Qingshui)、无芒雀麦(Bromus inermis)和长穗偃麦草(Elytrigia elongate)建植的混播草地为试验对象, 采用L16(31×42)混合位级正交试验设计, 设3个刈前高度: 20 cm (S1)、30 cm (S2)和40 cm (S3); 4个刈割强度: 2 cm (E1)、5 cm (E2)、8 cm (E3)和11 cm (E4); 4个施氮量: 0 kg(N)∙hm−2 (N1)、75 kg(N)∙hm−2 (N2)、150 kg(N)∙hm−2 (N3)和225 kg(N)∙hm−2 (N4), 并分析了混播草地群落结构及生产性能。结果表明: 1)刈前高度及施氮量对草地生产性能影响较大, S3E2N4的生物量最大(17 707.80 kg∙hm−2), S1E1N4的混合草粗蛋白含量最高(15.46%), S3E1N3的混合草相对饲用价值最大(184.93)。2)降低刈割强度可增加利用次数, 并使禾本科牧草在群落中的占比增大, 其中S2E3N4、S1E3N3、S1E4N1、S2E4N3和S1E1N1可使豆禾盖度比接近1∶1, S2E3N4、S3E3N1和S3E4N2对草地分枝数的调控作用效果最好。3)与刈割收获干草(区内一年刈割3次)相比, 模拟放牧降低了产草量, 但提高了牧草营养价值, 抑制了群落中紫花苜蓿比例的过快增长, 能维持豆禾草种结构的稳定性。综上, S2E3N4能使混播草地群落结构的稳定性最好, 且具有良好的生产性能(草地生物量−15 173.41 kg∙hm−2; 粗蛋白含量−13.92%; 相对饲用价值−156.93), 是适宜此类混播草地放牧利用与施肥管理的参考指标, 可在河西走廊等类似地区推广应用。 为探究放牧与施肥对河西走廊豆禾混播草地生产性能与群落结构稳定性的调控机制, 并初步确定该草地所适用的最佳放牧利用与施肥管理模式。本研究以清水紫花苜蓿(Medicago sativa cv. Qingshui)、无芒雀麦(Bromus inermis)和长穗偃麦草(Elytrigia elongate)建植的混播草地为试验对象, 采用L16(31×42)混合位级正交试验设计, 设3个刈前高度: 20 cm (S1)、30 cm (S2)和40 cm (S3); 4个刈割强度: 2 cm (E1)、5 cm (E2)、8 cm (E3)和11 cm (E4); 4个施氮量: 0 kg(N)∙hm−2 (N1)、75 kg(N)∙hm−2 (N2)、150 kg(N)∙hm−2 (N3)和225 kg(N)∙hm−2 (N4), 并分析了混播草地群落结构及生产性能。结果表明: 1)刈前高度及施氮量对草地生产性能影响较大, S3E2N4的生物量最大(17 707.80 kg∙hm−2), S1E1N4的混合草粗蛋白含量最高(15.46%), S3E1N3的混合草相对饲用价值最大(184.93)。2)降低刈割强度可增加利用次数, 并使禾本科牧草在群落中的占比增大, 其中S2E3N4、S1E3N3、S1E4N1、S2E4N3和S1E1N1可使豆禾盖度比接近1∶1, S2E3N4、S3E3N1和S3E4N2对草地分枝数的调控作用效果最好。3)与刈割收获干草(区内一年刈割3次)相比, 模拟放牧降低了产草量, 但提高了牧草营养价值, 抑制了群落中紫花苜蓿比例的过快增长, 能维持豆禾草种结构的稳定性。综上, S2E3N4能使混播草地群落结构的稳定性最好, 且具有良好的生产性能(草地生物量−15 173.41 kg∙hm−2; 粗蛋白含量−13.92%; 相对饲用价值−156.93), 是适宜此类混播草地放牧利用与施肥管理的参考指标, 可在河西走廊等类似地区推广应用。
中国农业绿色技术的发展现状与趋势—基于CiteSpace的知识图谱分析
王欣, 宋燕平, 陈天宇, 李坦
, doi: 10.12357/cjea.20210872
摘要(31) HTML(19) PDF(13)
摘要:
绿色技术是中国农业实现高质量发展的驱动力, 为厘清中国农业绿色技术的发展现状与趋势, 利用CiteSpace软件, 对2004—2019年获得国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果数据进行系统梳理与知识图谱分析。结果表明: 1)农业绿色技术成果数量总体上呈现增长趋势, 但种植业成果数量显著高于养殖业。2)绿色技术的研究热点主要集中在投入品安全无害、生产过程友好、资源利用节约高效、监测预警等方面, 中国已基本建立了农业绿色技术体系, 但质量标准相关技术较少。3)农业绿色技术研发与创新和中国农业政策密切相关, 政策导向效应明显。4)区域农业绿色技术成果数量、聚类数量均从东部到西部依次递减。据此, 本文提出促进农业绿色产业技术与绿色乡村综合发展技术一体化发展, 提高政策引导与市场拉动结合的农业绿色技术协同, 强化区域性绿色农业技术特色, 促进农业绿色技术的结构优化升级。 绿色技术是中国农业实现高质量发展的驱动力, 为厘清中国农业绿色技术的发展现状与趋势, 利用CiteSpace软件, 对2004—2019年获得国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果数据进行系统梳理与知识图谱分析。结果表明: 1)农业绿色技术成果数量总体上呈现增长趋势, 但种植业成果数量显著高于养殖业。2)绿色技术的研究热点主要集中在投入品安全无害、生产过程友好、资源利用节约高效、监测预警等方面, 中国已基本建立了农业绿色技术体系, 但质量标准相关技术较少。3)农业绿色技术研发与创新和中国农业政策密切相关, 政策导向效应明显。4)区域农业绿色技术成果数量、聚类数量均从东部到西部依次递减。据此, 本文提出促进农业绿色产业技术与绿色乡村综合发展技术一体化发展, 提高政策引导与市场拉动结合的农业绿色技术协同, 强化区域性绿色农业技术特色, 促进农业绿色技术的结构优化升级。
钾硅肥配施对胡麻茎秆木质素代谢及抗倒伏特性的影响
徐清, 郭丽琢, 刘亚辉, 高玉红
, doi: 10.12357/cjea.20210849
摘要(34) HTML(17) PDF(11)
摘要:
通过田间试验, 探讨了钾硅养分耦合对胡麻茎秆木质素代谢及抗倒伏特性的调控效应, 以期为肥料运筹抗倒伏提供依据。选用三因素裂区试验设计, 以品种为主区因素, 设V1(‘陇亚11号’)、V2(‘定亚23号’)两个水平; 钾肥为副区因素, 设K0 [0 kg(K2O)∙hm−2]、K1 [52.5 kg(K2O)∙hm−2]、K2 [105 kg(K2O)∙hm−2] 3个水平; 硅肥为副副区因素, 设Si0 [0 kg(SiO2)∙hm−2]、Si1 [90 kg(SiO2)∙hm−2]两个水平。结果表明, V1和V2的茎秆木质素含量及代谢酶活性具有显著差异。施钾显著提高了木质素含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)和和肉桂醇脱氢酶(CAD)的活性, 且始终保持K1>K2>K0的趋势; 施硅对上述试验指标无显著的主效, 但钾硅肥互作效应显著提升了现蕾之前的木质素含量及整个生育期的PAL、4CL和CAD的活性, 且在K1Si1处理下提升效果最佳。木质素含量与整个生育期的CAD活性极显著或显著正相关, CAD活性的提高是胡麻茎秆木质素含量增加的重要酶学基础。V1的抗折力、抗倒伏指数极显著高于V2; 与K0相比, K1显著提高了茎秆抗折力和抗倒伏指数, K2水平下反之, 且始终保持K1>K0>K2的趋势; 施硅可提高茎秆的抗折力和抗倒伏指数, 且低钾配施硅肥可显著提升茎秆抗折力和抗倒伏指数。木质素含量与抗折力、抗倒伏指数显著正相关, 与实际倒伏率负相关。低钾处理及低钾配施硅肥均显著提高了籽粒产量。综上, ‘陇亚11号’胡麻的抗倒伏性能显著优于’定亚23号’; 52.5 kg(K2O)∙hm−2+90 kg(SiO2)∙hm−2对木质素含量及其代谢酶活性、抗倒伏能力和籽粒产量的提升效果最佳, 且单施钾肥对木质素代谢及抗倒伏特性的提升效果优于单施硅肥。 通过田间试验, 探讨了钾硅养分耦合对胡麻茎秆木质素代谢及抗倒伏特性的调控效应, 以期为肥料运筹抗倒伏提供依据。选用三因素裂区试验设计, 以品种为主区因素, 设V1(‘陇亚11号’)、V2(‘定亚23号’)两个水平; 钾肥为副区因素, 设K0 [0 kg(K2O)∙hm−2]、K1 [52.5 kg(K2O)∙hm−2]、K2 [105 kg(K2O)∙hm−2] 3个水平; 硅肥为副副区因素, 设Si0 [0 kg(SiO2)∙hm−2]、Si1 [90 kg(SiO2)∙hm−2]两个水平。结果表明, V1和V2的茎秆木质素含量及代谢酶活性具有显著差异。施钾显著提高了木质素含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)和和肉桂醇脱氢酶(CAD)的活性, 且始终保持K1>K2>K0的趋势; 施硅对上述试验指标无显著的主效, 但钾硅肥互作效应显著提升了现蕾之前的木质素含量及整个生育期的PAL、4CL和CAD的活性, 且在K1Si1处理下提升效果最佳。木质素含量与整个生育期的CAD活性极显著或显著正相关, CAD活性的提高是胡麻茎秆木质素含量增加的重要酶学基础。V1的抗折力、抗倒伏指数极显著高于V2; 与K0相比, K1显著提高了茎秆抗折力和抗倒伏指数, K2水平下反之, 且始终保持K1>K0>K2的趋势; 施硅可提高茎秆的抗折力和抗倒伏指数, 且低钾配施硅肥可显著提升茎秆抗折力和抗倒伏指数。木质素含量与抗折力、抗倒伏指数显著正相关, 与实际倒伏率负相关。低钾处理及低钾配施硅肥均显著提高了籽粒产量。综上, ‘陇亚11号’胡麻的抗倒伏性能显著优于’定亚23号’; 52.5 kg(K2O)∙hm−2+90 kg(SiO2)∙hm−2对木质素含量及其代谢酶活性、抗倒伏能力和籽粒产量的提升效果最佳, 且单施钾肥对木质素代谢及抗倒伏特性的提升效果优于单施硅肥。
高丹草“土-草-畜”界面的氮素运移规律
李源, 赵海明, 游永亮, 武瑞鑫, 刘贵波, 杨志敏, 祖晓伟
, doi: 10.12357/cjea.20210898
摘要(36) HTML(18) PDF(8)
摘要:
探讨施入氮在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 为合理施肥提供理论依据。试验采用15N同位素标记法, 设置0 kg∙hm−2 (CK)、90 kg∙hm−2 (N90)、180 kg∙hm−2 (N180)、270 kg∙hm−2 (N270)、360 kg∙hm−2 (N360)等15N施肥处理, 分析了不同施肥处理下高丹草主要农艺性状的变化以及“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤残留率、损失率、茎叶分配率, “草-畜”界面肉羊、奶牛对施入氮的消化率、利用率、残留率的变化。结果表明, N180处理下的总干草产量显著高于CK、N90处理(P<0.05), 与N270、N360处理无显著差异; “土-草”界面, N180处理下施入氮的植物利用率、土壤残留率最高, 损失率最低, 与N360处理差异显著(P<0.05), 与其他处理无显著差异; “草-畜”界面, N180处理下肉羊对施入氮的利用率显著高于N360处理(P<0.05), 与其他处理无显著差异, N180处理下奶牛对施入氮的利用率最高, 但与其他处理间无显著差异。平均得出, 施入氮在高丹草“土-草”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草吸收23.95%, 损失50.83%; 高丹草茎、叶部位对施入氮的分配规律表现为: 叶(54.35%)>茎(45.65%)。15N标记高丹草被反刍动物消化后, 综合得出, 施入氮在高丹草“土-草-畜(肉羊)”界面施入氮的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 损失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 损失50.83%。研究结果揭示了氮素在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 可为高丹草合理施肥及草畜转化研究提供理论依据。 探讨施入氮在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 为合理施肥提供理论依据。试验采用15N同位素标记法, 设置0 kg∙hm−2 (CK)、90 kg∙hm−2 (N90)、180 kg∙hm−2 (N180)、270 kg∙hm−2 (N270)、360 kg∙hm−2 (N360)等15N施肥处理, 分析了不同施肥处理下高丹草主要农艺性状的变化以及“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤残留率、损失率、茎叶分配率, “草-畜”界面肉羊、奶牛对施入氮的消化率、利用率、残留率的变化。结果表明, N180处理下的总干草产量显著高于CK、N90处理(P<0.05), 与N270、N360处理无显著差异; “土-草”界面, N180处理下施入氮的植物利用率、土壤残留率最高, 损失率最低, 与N360处理差异显著(P<0.05), 与其他处理无显著差异; “草-畜”界面, N180处理下肉羊对施入氮的利用率显著高于N360处理(P<0.05), 与其他处理无显著差异, N180处理下奶牛对施入氮的利用率最高, 但与其他处理间无显著差异。平均得出, 施入氮在高丹草“土-草”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草吸收23.95%, 损失50.83%; 高丹草茎、叶部位对施入氮的分配规律表现为: 叶(54.35%)>茎(45.65%)。15N标记高丹草被反刍动物消化后, 综合得出, 施入氮在高丹草“土-草-畜(肉羊)”界面施入氮的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 损失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 损失50.83%。研究结果揭示了氮素在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 可为高丹草合理施肥及草畜转化研究提供理论依据。
不同时期接种黄孢原毛平革菌对稻壳和鸡粪堆肥腐殖化的影响
马丽婷, 徐智, 赵兵, 陈妍, 邓亚琴, 王宇蕴
, doi: 10.12357/cjea.20210903
摘要(21) HTML(16) PDF(5)
摘要:
为了实现稻壳和鸡粪堆肥中木质纤维素的高效降解, 促进堆肥的腐殖化, 采用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)作为接种剂, 设置T1(不接菌)、T2[堆肥降温期(第18天)接菌]和T3[堆肥初期(第0天)接菌]3个处理,通过研究在不同堆肥时期接种黄孢原毛平革菌强化木质素和纤维素降解作用, 关键酶活性变化及其与腐质化过程的偶联, 以确定接种黄孢原毛平革菌对堆肥腐殖化的促进作用。结果表明, 与T1处理相比, T2处理的木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性、木质素和纤维素降解率和腐殖化程度均显著提高(P<0.05)。堆肥结束时, 与T1相比, T2的木质素和纤维素降解率显著提高103.00%和132.67%(P<0.05), 与T3相比, 木质素和纤维素降解率显著提高57.00%和23.08%; 腐殖质含量分别比T1和T3显著提高29.80%和23.48% (P<0.05)。此外, 多种腐熟指标表明T2处理的堆肥品质显著提高, 其腐殖化率、胡富比和胡敏酸百分比分别为51.64%、2.72和73.39%(P<0.05), 明显高于T1和T3处理(P<0.05)。RDA和相关性分析结果表明, 木质素和纤维素的降解与堆肥腐殖化指标呈显著负相关性(P<0.05), 木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性与木质素和纤维素含量呈显著负相关(P<0.05)。因此, 在堆肥降温期接种黄孢原毛平革菌通过提高木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性, 促进了木质素和纤维素的深度降解, 从而强化堆肥的腐殖化过程, 提高了堆肥品质。 为了实现稻壳和鸡粪堆肥中木质纤维素的高效降解, 促进堆肥的腐殖化, 采用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)作为接种剂, 设置T1(不接菌)、T2[堆肥降温期(第18天)接菌]和T3[堆肥初期(第0天)接菌]3个处理,通过研究在不同堆肥时期接种黄孢原毛平革菌强化木质素和纤维素降解作用, 关键酶活性变化及其与腐质化过程的偶联, 以确定接种黄孢原毛平革菌对堆肥腐殖化的促进作用。结果表明, 与T1处理相比, T2处理的木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性、木质素和纤维素降解率和腐殖化程度均显著提高(P<0.05)。堆肥结束时, 与T1相比, T2的木质素和纤维素降解率显著提高103.00%和132.67%(P<0.05), 与T3相比, 木质素和纤维素降解率显著提高57.00%和23.08%; 腐殖质含量分别比T1和T3显著提高29.80%和23.48% (P<0.05)。此外, 多种腐熟指标表明T2处理的堆肥品质显著提高, 其腐殖化率、胡富比和胡敏酸百分比分别为51.64%、2.72和73.39%(P<0.05), 明显高于T1和T3处理(P<0.05)。RDA和相关性分析结果表明, 木质素和纤维素的降解与堆肥腐殖化指标呈显著负相关性(P<0.05), 木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性与木质素和纤维素含量呈显著负相关(P<0.05)。因此, 在堆肥降温期接种黄孢原毛平革菌通过提高木质过氧化物酶和锰过氧化物酶活性, 促进了木质素和纤维素的深度降解, 从而强化堆肥的腐殖化过程, 提高了堆肥品质。
生草对果园生态系统服务功能的影响: 全球数据整合分析研究
呼盼, 高晓东, 赵西宁, 于流洋, 何娜娜
, doi: 10.12357/cjea.20210752
摘要(121) HTML(17) PDF(9)
摘要:
定量分析生草对果园生态系统服务功能的影响可为果园土壤管理与生草技术推广应用提供科学依据。本研究搜集了1996—2020年公开发表的相关文献118篇, 从中获得了1387组数据。利用整合分析(meta-analysis)定量研究了果园生草对供给(果实产量和品质)、调节(土壤水分、温度和有机碳)、支持(土壤全氮)等生态系统服务功能的影响, 并从海拔、气候、生草种类、果园类型4个方面阐述生草对果园生态系统服务影响的异质性。结果表明, 与清耕果园相比, 果园生草复合系统显著提高了果实产量与可溶性固形物含量等供给服务功能, 土壤有机碳含量与土壤含水量等调节服务功能, 及土壤全氮含量等支持服务功能, 5项指标的平均增长率分别为20.7%、5.1%、24.7%、8.1%和15.6%。生草对可滴定酸和土壤温度的影响为负效应, 较清耕果园分别平均降低了10.8%和10.6%, 但这种负效应实际上提高了鲜食水果的品质和避免高温对果树的伤害, 因此有利于果园生态系统服务功能提升。果园类型、生草种类、气候、海拔等均对果园生草的生态系统服务效应产生了重要影响, 其中果园类型、气候、海拔对供给服务的影响最为显著。综述研究发现, 果园生草显著提升了果园的供给、调控和支持服务功能, 可为我国清耕果园发展生草管理模式提供重要的科学依据, 对我国果园的提质增效和可持续发展具有重要借鉴意义。 定量分析生草对果园生态系统服务功能的影响可为果园土壤管理与生草技术推广应用提供科学依据。本研究搜集了1996—2020年公开发表的相关文献118篇, 从中获得了1387组数据。利用整合分析(meta-analysis)定量研究了果园生草对供给(果实产量和品质)、调节(土壤水分、温度和有机碳)、支持(土壤全氮)等生态系统服务功能的影响, 并从海拔、气候、生草种类、果园类型4个方面阐述生草对果园生态系统服务影响的异质性。结果表明, 与清耕果园相比, 果园生草复合系统显著提高了果实产量与可溶性固形物含量等供给服务功能, 土壤有机碳含量与土壤含水量等调节服务功能, 及土壤全氮含量等支持服务功能, 5项指标的平均增长率分别为20.7%、5.1%、24.7%、8.1%和15.6%。生草对可滴定酸和土壤温度的影响为负效应, 较清耕果园分别平均降低了10.8%和10.6%, 但这种负效应实际上提高了鲜食水果的品质和避免高温对果树的伤害, 因此有利于果园生态系统服务功能提升。果园类型、生草种类、气候、海拔等均对果园生草的生态系统服务效应产生了重要影响, 其中果园类型、气候、海拔对供给服务的影响最为显著。综述研究发现, 果园生草显著提升了果园的供给、调控和支持服务功能, 可为我国清耕果园发展生草管理模式提供重要的科学依据, 对我国果园的提质增效和可持续发展具有重要借鉴意义。
洞庭湖区稻田主要种植模式物质生产及光温资源利用效率的比较
赵杨, 高杜娟, 李超, 陈友德, 崔婷, 童中权, 罗先富
, doi: 10.12357/cjea.20210698
摘要(29) HTML(25) PDF(5)
摘要:
合理的种植模式可实现作物生长需求和自然资源供给的匹配。比较研究洞庭湖区稻田主要种植模式, 旨在明确该区域优势种植模式, 为优化湖区资源配置和建立丰产高效种植模式提供理论依据。2016—2018年, 选取4种湖区稻田主要种植模式为研究对象, 分析不同模式的干物质生产效率和干物质产能、光温资源利用效率以及经济效益。4种模式中, 冬闲-中稻一熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能、有效积温和光能分配率最低, 分别为18 330 kg∙hm−2和27.00 MJ∙m−2、70.0%和49.2%, 表明湖区冬闲-中稻一熟制模式光温资源利用不充分。而油菜-早稻-晚稻三熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能最高, 分别为31 525 kg∙hm−2和48.22 MJ∙m−2, 但周年平均生育期为364.5 d, 2016—2017年周年有效积温和光能分配率分别达到102.5%和102.6%, 表明部分年份油菜-早稻-晚稻三熟制光温资源欠缺, 难以满足3季作物需求, 且三熟制经济效益最低, 两周年平均为8738元∙hm−2。冬闲-早稻-晚稻两熟制模式生长季集中于4月上旬至10月中下旬, 冬季温光资源浪费, 且周年经济效益平均为9009元∙hm−2, 仅为冬闲-中稻模式的75.3%, 油菜-中稻模式的62.3%。油菜-中稻两熟制模式全年时间平均利用率88.9%, 周年平均有效积温和光能分配率为86.6%和87.7%, 光温资源充足且利用率高, 周年经济效益最高为14 468元∙hm−2, 较其他3种模式分别提高20.9%、65.6%和60.6%。油菜-水稻两熟制模式与其他3种模式综合比较, 可充分利用全年光温资源, 干物质生产效率和产能较高, 也是经济效益最高的种植模式, 适宜在洞庭湖区发展。 合理的种植模式可实现作物生长需求和自然资源供给的匹配。比较研究洞庭湖区稻田主要种植模式, 旨在明确该区域优势种植模式, 为优化湖区资源配置和建立丰产高效种植模式提供理论依据。2016—2018年, 选取4种湖区稻田主要种植模式为研究对象, 分析不同模式的干物质生产效率和干物质产能、光温资源利用效率以及经济效益。4种模式中, 冬闲-中稻一熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能、有效积温和光能分配率最低, 分别为18 330 kg∙hm−2和27.00 MJ∙m−2、70.0%和49.2%, 表明湖区冬闲-中稻一熟制模式光温资源利用不充分。而油菜-早稻-晚稻三熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能最高, 分别为31 525 kg∙hm−2和48.22 MJ∙m−2, 但周年平均生育期为364.5 d, 2016—2017年周年有效积温和光能分配率分别达到102.5%和102.6%, 表明部分年份油菜-早稻-晚稻三熟制光温资源欠缺, 难以满足3季作物需求, 且三熟制经济效益最低, 两周年平均为8738元∙hm−2。冬闲-早稻-晚稻两熟制模式生长季集中于4月上旬至10月中下旬, 冬季温光资源浪费, 且周年经济效益平均为9009元∙hm−2, 仅为冬闲-中稻模式的75.3%, 油菜-中稻模式的62.3%。油菜-中稻两熟制模式全年时间平均利用率88.9%, 周年平均有效积温和光能分配率为86.6%和87.7%, 光温资源充足且利用率高, 周年经济效益最高为14 468元∙hm−2, 较其他3种模式分别提高20.9%、65.6%和60.6%。油菜-水稻两熟制模式与其他3种模式综合比较, 可充分利用全年光温资源, 干物质生产效率和产能较高, 也是经济效益最高的种植模式, 适宜在洞庭湖区发展。
我国西北内陆棉花品种生态区划分与试验环境评价
乔银桃, 孙世贤, 赵素琴, 杨晓妮, 许乃银
, doi: 10.12357/cjea.20220012
摘要(49) HTML(33) PDF(7)
摘要:
在农作物多环境品种试验中基因型与环境互作(GE)现象是普遍存在的, 品种生态区划分和试验环境评价与选择是提高品种选择效率的有效方法。西北内陆棉区是我国目前最重要的主产棉区, 探索该棉区棉花品种生态区划分和品种试验环境科学评价与选择, 有利于试验环境资源的合理利用和棉花品种试验效率的提升。本研究基于2011—2020年西北内陆棉区国家棉花品种区域试验产量数据, 采用LG双标图和GGE双标图方法探索了试验环境间的相关性模式, 并对各试验环境的代表性、鉴别力和理想指数进行了综合评价。结果表明, 1) LG双标图揭示了西北内陆早熟棉区除乌苏外的沙湾、五家渠、奎屯、石河子、敦煌、博乐和精河等试点均属于同一品种生态区; 南疆早中熟棉区除麦盖提外的巴州、阿拉尔、莎车、库车、拜城、库尔勒和图木舒克等试点属于同一品种生态区。2)各试验环境的鉴别力差异不显著, 而早熟棉区的乌苏试点和早中熟棉区的麦盖提点的代表性及理想指数显著差于其余试点, 其他试点间的差异不显著。3)早熟棉区各试验环境依据理想指数的综合优劣排序为沙湾>精河>五家渠>敦煌>博乐>石河子>奎屯>乌苏, 早中熟棉区各试验环境的理想指数综合优劣排序为巴州>图木舒克>阿拉尔>库尔勒>莎车>拜城>库车>麦盖提。可见, 乌苏和麦盖提点在品种试验方案优化中应当考虑更换, 以提高试验的总体效率。本研究充分展示了LG双标图和GGE双标图在区域试验环境评价中的应用效果, 为西北内陆棉区棉花品种试验方案优化提供了理论依据, 也可为其他作物和其他目标区域的类似研究提供参考。 在农作物多环境品种试验中基因型与环境互作(GE)现象是普遍存在的, 品种生态区划分和试验环境评价与选择是提高品种选择效率的有效方法。西北内陆棉区是我国目前最重要的主产棉区, 探索该棉区棉花品种生态区划分和品种试验环境科学评价与选择, 有利于试验环境资源的合理利用和棉花品种试验效率的提升。本研究基于2011—2020年西北内陆棉区国家棉花品种区域试验产量数据, 采用LG双标图和GGE双标图方法探索了试验环境间的相关性模式, 并对各试验环境的代表性、鉴别力和理想指数进行了综合评价。结果表明, 1) LG双标图揭示了西北内陆早熟棉区除乌苏外的沙湾、五家渠、奎屯、石河子、敦煌、博乐和精河等试点均属于同一品种生态区; 南疆早中熟棉区除麦盖提外的巴州、阿拉尔、莎车、库车、拜城、库尔勒和图木舒克等试点属于同一品种生态区。2)各试验环境的鉴别力差异不显著, 而早熟棉区的乌苏试点和早中熟棉区的麦盖提点的代表性及理想指数显著差于其余试点, 其他试点间的差异不显著。3)早熟棉区各试验环境依据理想指数的综合优劣排序为沙湾>精河>五家渠>敦煌>博乐>石河子>奎屯>乌苏, 早中熟棉区各试验环境的理想指数综合优劣排序为巴州>图木舒克>阿拉尔>库尔勒>莎车>拜城>库车>麦盖提。可见, 乌苏和麦盖提点在品种试验方案优化中应当考虑更换, 以提高试验的总体效率。本研究充分展示了LG双标图和GGE双标图在区域试验环境评价中的应用效果, 为西北内陆棉区棉花品种试验方案优化提供了理论依据, 也可为其他作物和其他目标区域的类似研究提供参考。