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2020年  第28卷  第12期

农业生态系统及其调控
农田防护林对田间地表节肢动物分布的影响——以昌图县为例
边振兴, 杨祎博, 果晓玉, 张宇飞, 于淼
2020, 28(12): 1835-1846. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200786
摘要(251) HTML (1) PDF(138)
摘要:
提升农田生物多样性是当前生态农业研究的热点问题。为探讨农田防护林的生物多样性保护功能,本研究在辽宁省昌图县金家镇选取8个农田-防护林单元(每个单元即为1个田块),使用陷阱法调查了不同类型林带(完整型、残缺型、消亡型)相邻的农田中,距林带不同距离处(0 m、50 m、100 m、150 m、200 m)地表节肢动物的分布情况,同时记录林带内的植被群落特征。采用方差分析以及群落排序的方法,分析了林带类型、距离梯度以及林带植被结构对农田地表节肢动物分布的影响。研究结果表明:1)与消亡型相比,完整型和残缺型林带相邻的农田物种多度显著较高,物种多样性在各类型林带农田间无显著差异,与完整型及残缺型林带相邻的农田维持着区别于消亡型林带的地表节肢动物群落结构。2)完整型和残缺型林带相邻的农田物种多度梯度变化显著,随距林带距离的增加均呈由低到高的变化趋势;不同类型林带农田中,物种多样性随距林带距离的增加逐渐递减,边缘效应显著。3)林带中草本层物种多度和乔木层盖度是影响农田地表节肢动物群落分布的主要因子,共解释了35.4%的节肢动物数量变异;不同节肢动物物种对林带植被结构的响应存在差异,步甲和蜘蛛作为当地农业景观中主要的天敌类群,与上述林带植被结构因子关系密切:林带内较高的草本层物种多度有利于增加农田中某些步甲常见种的多样性,而较高的乔木层盖度有利于增加蜘蛛目常见科的多样性。研究结果表明,农田防护林作为研究区主要的非耕作生境类型,能够显著提升相邻农田中地表节肢动物的多度,对于物种多样性的提升作用则不明显;林带内草本层物种多度以及乔木层盖度对蜘蛛、步甲等多类天敌多样性保护具有积极作用。因此,加强农业景观中现有林地的改造和提升,如营造适宜盖度的上层林木以及丰富的林下植被,能够提升现有林地的生境质量,进一步发挥其对农田生物多样性的保育功能。
基于meta分析的放牧压力对内蒙古高原草地生态系统的影响
詹天宇, 孙建, 张振超, 刘某承
2020, 28(12): 1847-1858. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200383
摘要(156) HTML (1) PDF(109)
摘要:
放牧是最主要的草地利用模式,直接或间接地影响草地物质循环和能量流动,放牧强度对草地的健康状况和演替方向起决定作用。本文基于40篇内蒙古草原放牧相关文献数据,通过meta分析探讨温带草原对放牧强度的响应特征。结果表明,与未放牧草地相比,轻度放牧草地对群落植物地上、地下生物量和土壤全氮和全磷含量无显著影响,而土壤有机碳、微生物生物量碳、细菌和真菌数量分别显著上升3.60%、7.80%、11.40%和10.83%(P < 0.05);中度放牧下群落植物地下生物量和土壤微生物数量无显著变化,而地上生物量和土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量氮含量分别显著降低21.62%、4.44%、2.15%、8.35%和6.76%(P < 0.05);重度放牧下群落植物地上和地下生物量,土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳含量,细菌和放线菌数量分别显著下降39.72%、16.30%、7.62%、6.46%、8.03%、8.76%、12.92%和18.27%(P < 0.05)。以上结果表明轻度放牧有利于土壤肥力和草地生产力的保持和提升,而当放牧干扰超出一定的限度时,草地各项功能均显著下降而发生退化。本研究可为内蒙古温带草原的合理利用和适应性管理提供理论基础。
基于热量的食物供给服务时空分异研究——以广西土地农产品为例
谢余初, 张素欣, 刘巧珍, 潘新潮
2020, 28(12): 1859-1868. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200285
摘要(175) HTML (9) PDF(91)
摘要:
在当前食物安全问题日益突出、粮食生产不稳定的情况下,从食物营养的角度分析和评价区域食物供给服务功能具有重要的意义。以广西壮族自治区为研究区,结合食物营养成分转化率和国家营养物摄入量的要求,将各类土地农产品折算成食物热量统一核算,分析和估算广西土地农产品食物热量供给服务功能的时空变化特征及其供需平衡。结果表明:1)2015年广西农产品食物供给热量为4.46×1014 kJ,主要来源于谷物杂粮类和蔗糖(占85.47%以上),单位人均食物热量为9.31×106 kJ·人-1。2)2000—2015年间,广西蔗糖和果蔬类供给热量增长最多,粮食和油类则呈现波动变化趋势。广西食物热量总量上持续增长且较为富余,按照小康生活水平的标准,食物热量理论上可供养人口高于广西实际人口数;但食物热量分布不均衡,谷类食物供给热量占比逐年下降,个别县市食物热量人口承载能力低。3)在空间上,广西食物供给丰富的区域主要集中在水土光热条件较好、地势平坦的广西中部和南部地区的平原、盆地和缓丘台地等农业主产区,未来应加强这些地区的耕地保护。广西应重视和加强谷物杂粮类粮食的生产和保护,因地制宜、合理分区,优化农业主产区种植结构,提高生产管理水平与规模化生产能力,加强区域间粮食流通与贸易,以实现食物供给安全和可持续发展。
作物栽培与生理生态
不同施肥方式下砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发特征及排放系数
吕金岭, 王小非, 李太魁, 寇长林
2020, 28(12): 1869-1879. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200479
摘要(194) HTML (0) PDF(121)
摘要:
土壤类型对于农田氨挥发影响较大,而关于砂姜黑土农田氨挥发特征及排放系数研究相对较少,不利于区域性农田土壤氨排放清单的准确评估。基于此,选取豫南典型砂姜黑土为研究对象,设置不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)、再优化施肥(ZOPT)和缓控肥(HK)5种施肥处理,利用密闭海绵法,探究砂姜黑土农田不同施肥方式下冬小麦-夏玉米轮作土壤氨挥发特征,并尝试确定氨排放系数。结果表明:砂姜黑土传统施肥条件下冬小麦季土壤氨挥发量为11.1 kg·hm-2,夏玉米季氨挥发量为13.4 kg·hm-2,说明夏玉米季是砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨的高排放时期。对比不同处理的氨挥发量,发现ZOPT和HK处理冬小麦季和夏玉米季的氨挥发量显著低于其他处理(P < 0.05),其次为OPT处理,TR处理的氨挥发量最高。HK处理的氨排放系数最低,其中冬小麦季和夏玉米季分别为1.7%和1.5%,显著低于其他处理(P < 0.05);其次为ZOPT和OPT处理,其氨排放系数冬小麦季分别为2.1%和2.6%,夏玉米季分别为2.6%和3.6%;TR处理的氨排放系数最高,冬小麦季和夏玉米季分别为3.6%和4.7%。不同施肥处理氨挥发量与施肥量的拟合结果表明,随施肥量增加,冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发显示出较强的线性增长趋势,其中夏玉米季和冬小麦季的R2分别为0.934和0.931,说明该区域砂姜黑土传统施肥量的氨挥发未出现明显的激发性增长现象。本研究结果可为砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮肥利用率的提高和氮排放清单的估算提供依据。
华北平原氮肥周年深施对冬小麦-夏玉米轮作体系土壤氨挥发的影响
胡瞒瞒, 董文旭, 王文岩, GokulGaudel, PeterMosongo, 胡春胜
2020, 28(12): 1880-1889. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200290
摘要(195) HTML (6) PDF(123)
摘要:
氮肥深施能有效减少土壤氨挥发,然而目前国内外关于小麦-玉米轮作体系氮肥深施缺乏周年系统性研究。本试验于2018年10月—2019年10月在中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田进行,利用动态箱法研究不同深施模式氨挥发损失率、氨挥发特征,旨在探讨冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氨排放对氮肥深施的响应,为减少农业源氨排放和优化农田施肥提供理论依据。试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规肥料表施(T1)、缓释肥表施(T2)、缓释肥基追肥分层深施(T3)、缓释肥一次性分层深施(T4)。结果表明:氨挥发主要发生在玉米追肥季,占全年氨挥发量的84.84%;T1、T2、T3和T4处理的周年氨挥发累积量分别为22.75 kg·hm-2、6.17 kg·hm-2、2.25 kg·hm-2和0.55 kg·hm-2,分别占总施肥量的4.86%、1.32%、0.48%和0.13%。与常规肥料表施(T1)相比,缓释肥处理(T2、T3和T4)分别降低72.88%、90.11%和97.32%的氨挥发损失;一次性深施处理(T4)能避开土壤氨高挥发期,周年氨挥发累积量与不施肥处理(0.43 kg·hm-2)没有显著差异,且显著低于表施处理。CK、T1、T2、T3和T4全年产量分别为8.31 t·hm-2、13.20 t·hm-2、12.66 t·hm-2、14.42 t·hm-2和14.22 t·hm-2;与常规肥料表施(T1)相比,缓释肥深施(T3和T4)均可提高作物产量,分别增产9.25%和7.75%。而缓释肥表施(T2)产量略有降低。综合考虑土壤氨排放和作物产量,缓释肥表施(T2)可以显著降低土壤氨挥发,但是作物产量不稳定;而氮肥深施(T3、T4)能在保证作物高产的基础上显著降低土壤氨排放,是一种高效、简便、环境友好的施肥方式。
小麦||蚕豆间作提高间作产量的优势及其氮肥响应
任家兵, 张梦瑶, 肖靖秀, 郑毅, 汤利
2020, 28(12): 1890-1900. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200332
摘要(203) HTML (7) PDF(123)
摘要:
为探明小麦||蚕豆间作体系种间互补和竞争与产量优势的关系及其氮肥响应,为豆科禾本科间作最佳氮素管理提供指导,本研究通过为期2年(2015—2017年)的田间定位试验,在不施氮(N0)、低氮(N1,90 kg·hm-2)、常规施氮(N2,180 kg·hm-2)和高氮(N3,270 kg·hm-2)4个施氮水平下,研究小麦||蚕豆间作的产量优势及其相关种间关系。结果表明,与单作相比,两年的间作小麦产量平均显著增加23.50%,单、间作蚕豆的产量均维持在4 000 kg·hm-2左右,土地当量比均表现为N0 > N1 > N2 > N3 > 1的趋势,系统生产力平均达5 023 kg·hm-2。与单作相比,间作小麦和蚕豆的花后干物质累积比例、干物质转移率和贡献率均不同程度增加,增幅随着施氮量增加而降低。不同施氮水平下,小麦的种间相对关系指数均表现出明显的互利效应,相对种间竞争强度在低氮水平为种内竞争,常规氮和高氮水平为种间竞争;蚕豆的种间相对关系指数则表现出竞争效应,相对种间竞争强度表现为种内竞争。较蚕豆而言,小麦的相对种间竞争力表现出不同程度的竞争优势,在种间竞争力为0.629 2时可获得最大的间作体系混合干物质量16 093 kg·hm-2。综上,小麦||蚕豆间作降低了低氮水平下的种间竞争强度,扩大了小麦的互利效应和竞争优势,增加了间作作物的花后干物质累积比例以及干物质贡献率,表现出明显的间作产量优势。
直立型扁蓿豆对干旱胁迫和复水的响应及适应策略
乌日娜, 石凤翎, 徐舶
2020, 28(12): 1901-1912. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200308
摘要(151) HTML (7) PDF(133)
摘要:
以直立型扁蓿豆[Medicago ruthenica(L.)Sojak.cv.Zhilixing]为材料,于苗期连续干旱处理12 d后复水4 d,研究直立型扁蓿豆幼苗形态结构特征、生理代谢及生物量分配对干旱胁迫及复水的响应,揭示直立型扁蓿豆对干旱胁迫及复水的适应策略。结果表明:随着干旱胁迫时间延长,直立型扁蓿豆叶片气孔开放率逐渐降低,处理9 d后气孔及表皮细胞密度比正常浇水处理(CK)分别增加48.5%和36.6%,形成小而密的表皮细胞和气孔。生理上,除MDA含量随胁迫时间的延长逐渐增加外,其余指标均先升高后降低,干旱胁迫9 d时达最高,SOD、POD、叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸分别较CK提高88.9%、111.2%、86.7%、140.5%、147.8%和124.6%。同时,生物量随胁迫时间的延长先增大后减小,于干旱胁迫9 d达最大值,比CK增加16.4%,总的分配格局表现出地上生物量投资高于地下,地下生物量投资比例随胁迫时间的延长逐渐增加,而地上生物量变化与其相反。复水后各指标均能恢复至CK水平或超过CK,表现出极强的复水敏感性和潜在恢复能力。该品种扁蓿豆对干旱胁迫及复水的适应主要分为3个时期:主动适应期,其生理参数的可塑性指数为形态参数的1.33倍,主要通过抗氧化及渗透调节来减少水分散失增加水分吸收、缓解氧化伤害以适应干旱逆境;被动适应期,其形态参数的可塑性指数为生理参数的1.31倍,主要采用牺牲生物量的生存策略以及降低色素含量减少光吸收的光保护机制来提高逆境下的生存能力;复水恢复期,根冠比、气孔开放率、气孔及表皮细胞密度比CK分别增加25.9%、29.7%、24.2%和16.3%,其较高的根冠比和叶片较高的气孔开放率及小而密的气孔及表皮细胞特征,保证了直立型扁蓿豆吸水能力以及水分运输效率的迅速恢复。综上,直立型扁蓿豆抗旱能力较强,能够通过形态生理的改变以及调整不同器官的生物量分配来应对与适应干旱逆境及复水,且在不同处理阶段采取不同的适应策略以达到生存目的。
化学农药减量化措施对水稻病虫草害发生及产量的影响
易军, 符慧娟, 李星月, 朱从桦, 李其勇, 张鸿
2020, 28(12): 1913-1923. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200297
摘要(160) HTML (6) PDF(128)
摘要:
为研究化学农药减量下不同栽培管理措施对水稻田间病虫草害发生及水稻干物质生产及产量的影响,进一步明确减少化学农药施用与水稻产量的关系,采用裂区试验设计,主区因素为2种杂草防治方式[浅旋耕作+常规除草剂用量(浅耕)、深耕耕作+减少30%除草剂用量(深耕)],副区因素为2种病虫防治方式[常规病虫害药剂用量(常规防治)、植物激活蛋白+减少30%病虫害药剂用量(喷施激活蛋白)],副副区因素为秧苗处理方式(未带药移栽、带药移栽),分析测定了田间病虫草害发生、水稻干物质积累与转运、产量及构成因素等指标。结果表明:深耕下,分蘖期和灌浆期田间杂草株数和鲜重较浅耕显著降低,螟虫引起的植株白穗率也明显较浅耕低。浅耕方式下水稻植株带药移栽或喷施激活蛋白后叶瘟病发生情况明显降低。在水稻干物质生产方面,病虫防治方式和杂草防治方式显著或极显著影响茎鞘干物质积累,且显著或极显著影响茎鞘干物质输出量、输出率和转化率;杂草方式、秧苗处理和病虫防治3种方式的互作显著影响茎鞘干物质输出率和转化率;喷施激活蛋白后,齐穗期水稻植株的茎鞘干物质量增加4.0%~19.4%;深耕下,成熟期水稻植株的茎鞘干物质量平均增加7.1%,但在齐穗至成熟阶段的茎鞘干物质输出和转化相对较小。相关性分析表明水稻产量与分蘖期和灌浆期杂草发生情况和叶瘟发生呈显著或极显著负相关。此外,在深耕、带药移栽或喷施植物激活蛋白方式下,减少30%的病虫草害药剂用量后水稻产量没有显著变化。表明通过深耕、带药移栽或喷施植物激活蛋白等病虫草害防治方式,能有效减少水稻的化学农药用量,实现水稻稳产增效。
基于卷积神经网络的玉米病害小样本识别研究
杨明欣, 张耀光, 刘涛
2020, 28(12): 1924-1931. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200375
摘要(172) HTML (10) PDF(102)
摘要:
农作物病害治理对于农作物的产量和品质有着非常重要的影响。本文针对玉米病害人工识别困难、识别过程耗费大量的人力成本和病害数据样本小且分布不均的问题,提出了一种改进的迁移学习神经网络(Neural Network)的病害识别方法。首先,采用旋转、翻转等方法对样本图像集进行数据增强;其次,通过迁移的MobileNetV2模型在玉米病害图像数据集上训练,利用Focal Loss函数改进神经网络的损失函数;最后,通过Softmax分类方法实现玉米病害图像识别。另外通过试验对比AlexNet、GooleNet、Vgg16、RestNet34、MobileNetV2和迁移的MobileNetV2这6种模型的训练集准确率、验证集准确率、权重、参数数量和运行时间。结果显示,6种模型验证集的准确率分别为93.88%、95.48%、91.69%、97.67%、96.21%和97.23%,迁移的MobileNetV2的准确率最高,且权重仅有8.69 MB。进一步通过混淆矩阵对比了MobileNetV2和迁移的MobileNetV2两种模型,迁移的MobileNetV2模型识别正确率提升1.02%,训练速度减少6 350 s。本文提出迁移的MobileNetV2模型对玉米病害小样本的识别效果最佳,具备更好的收敛速度与识别能力,同时能够降低模型的运算量并大幅度缩短识别时间。
农业资源与环境
作物植硅体形态的应用及其封存有机碳研究进展
袁发英, 王霖娇, 盛茂银
2020, 28(12): 1932-1940. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200307
摘要(182) HTML (10) PDF(132)
摘要:
农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,在维系生命的生长发育和环境的动态平衡等方面起着至关重要的作用,在其生长发育和环境演变的过程中储存大量的环境变化信息,能够反映古农业的发展变迁。植硅体是一种长期稳定存在于土壤中的非晶质二氧化硅颗粒物,它可以指示气候变化。近年来,植硅体分析主要应用在农业考古、古气候重建、生物地球化学循环和全球碳汇潜力估算的研究中。世界上作物分布广泛,作物栽培历史悠久,研究作物植硅体与植硅体碳,对探讨农业起源与发展,估算农田生态系统植硅体碳汇潜力,应对全球气候变化具有重要意义。本文在查阅国内外与作物植硅体研究相关文献的基础上,综述了作物植硅体的形态研究、植硅体在考古学中的应用、作物植硅体碳含量与分布、碳汇潜力以及植硅体碳汇在全球碳汇中的贡献,阐明了作物植硅体未来的研究方向。1)不同作物产生的植硅体形态不同,而且对作物植硅体形态的研究较多处于优势的禾本科中,其他作物的研究较少;2)作物植硅体碳含量与其本身的固碳能力和效率有关,不完全由植硅体含量的多少决定,此外,植硅体碳含量的多少也可能受生长环境和植物基因型的影响;3)不同生态系统中气候、地表植被、土壤环境等诸多因素直接或间接地影响区域植硅体的碳汇潜力;4)农田生态系统不同作物植硅体碳汇存在显著差异,施加硅肥或硅-磷复合肥、种植高植硅体含量和高植硅体碳含量的作物等均可显著提高农田生态系统碳汇潜力。今后应进一步研究不同作物植硅体碳汇,以帮助识别过去的农业碳汇,评估当前农业碳汇潜力;加强植物、根系、土壤迁移规律的探讨,进一步分析不同作物植硅体积累与碳汇效应;阐明不同植物吸硅机制、植物根系硅化过程与其植硅体含量、植硅体碳含量间的关系;了解西南喀斯特生态脆弱区农业碳汇潜力,以期为作物科学种植、农田生态系统碳汇估算等提供参考。
柠檬酸对不同施肥处理灰漠土遗留磷的活化特征
韩超群, 刘瑾, 杨建军, 李菊梅, 刘骅, 陈源泉, 隋鹏
2020, 28(12): 1941-1948. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200474
摘要(138) HTML (2) PDF(89)
摘要:
明确土壤磷的活化潜力及释放特征是土壤遗留磷资源化利用的前提,以长期定位施肥的灰漠土为试验材料,选取不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)3种处理,以高浓度(10 mmol·L-1)和低浓度(2 mmol·L-1)柠檬酸对土壤遗留磷进行多次浸提,探究柠檬酸对长期不同施肥处理灰漠土遗留磷的活化潜力及特征。研究发现:不同施肥处理土壤遗留磷的活化总量为NPK > NPKM > CK,与土壤总磷含量变化一致;高、低浓度柠檬酸对供试灰漠土遗留磷的活化潜力基本相当(>80%)。供试土壤遗留磷的急剧释放伴随土壤pH的大幅下降,说明酸溶解是主要活化机制。高浓度柠檬酸活化整个阶段,NPK处理土壤磷的释放量均高于NPKM处理;而在低浓度柠檬酸处理前期,NPKM释放的磷量大于NPK,相关元素中仅与镁元素的释放一致,可见低浓度柠檬酸活化前期NPKM处理土壤磷的活化很可能来自镁磷。高浓度柠檬酸对灰漠土遗留磷的活化前期以无机Ca8-P活化为主,后期以无机Ca10-P活化为主。综上,柠檬酸可显著促进不同施肥处理灰漠土遗留磷的活化,鉴于灰漠土遗留磷的高活化潜力,可通过适当减量施肥及土壤磷高效利用管理等措施促进作物再利用。
两种生物质炭对酸性紫色土腐殖质组成的影响
赵海岚, 李冰, 王昌全, 龙思帆, 李斌, 鲜顺志, 曾林浩, 肖美娟, 刘奇鑫
2020, 28(12): 1949-1957. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200277
摘要(143) HTML (2) PDF(96)
摘要:
生物质炭的性状与原料中木质纤维含量密切相关,为探明不同原料生物质炭对土壤腐殖质组成的影响,选取玉米秸秆和紫茎泽兰分别作为纤维类和木质类原材料制备生物质炭,向酸性紫色土分别添加5%玉米秸秆生物质炭(MB)和5%紫茎泽兰生物质炭(EB),测定90 d室内培养期间土壤胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、胡敏素(HM)含量以及HA光学性质和元素组成变化。结果表明:MB和EB的比表面积分别为2.32 m2·g-1和0.72 m2·g-1,总孔体积分别为42.71 mm3·g-1和12.59 mm3·g-1,碳与氢元素摩尔比(C/H)分别为1.91和1.46,氧、硫之和与碳元素摩尔比[(O+S)/C]分别为0.09和0.16,玉米秸秆生物质炭的吸附能力更强、有机质成分的缩合度更大且氧化度更小。与对照(不添加生物质炭,CK)相比,培养结束后,施入生物质炭的土壤HA、FA和HM含量分别显著增加(P < 0.05)65.59%~102.82%、85.87%~118.54%和137.25%~161.23%,MB处理对这3种腐殖质含量的增加效应较EB处理更明显。培养结束时添加生物质炭的土壤HA/土壤有机碳(SOC)降低13.53%~27.06%,FA/SOC降低6.81%~18.03%,其中EB处理的降低效应达显著水平;HM/SOC则增加4.58%~11.40%,其中MB处理的增加效应达显著水平。添加生物质炭的土壤HA色调系数(ΔlgK)增加2.40%~5.60%,HA的缩合度(C/H)降低3.51%~11.81%,(O+S)/C增加1.51%~8.74%。总体来看,施入生物质炭均能相对增加腐殖质各组分含量,降低C/H,提高HA的氧化度[(O+S)/C],且纤维类原料(玉米秸秆)生物质炭的效果更明显。纤维类原料(玉米秸秆)生物质炭显著提高了稳定性较高的土壤胡敏素碳比例(HM/SOC),但降低了土壤HA的稳定性[HA的C/H降低,(O+S)/C增加];木质类原料(紫茎泽兰)生物质炭显著降低土壤胡敏酸碳比例(HA/SOC)和富里酸碳比例(FA/SOC),对HM/SOC增加效益不显著,反之提高了土壤易分解有机碳比例。
国内外有机肥标准对比及风险评价
谢文凤, 吴彤, 石岳骄, 朱毅
2020, 28(12): 1958-1968. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200300
摘要(236) HTML (8) PDF(127)
摘要:
中国是人口最多的发展中国家,生产生活中产生的有机废弃物数量巨大,堆制有机肥是降低有机废物污染风险的重要方式,而有机肥标准则是防止有机肥成为新的土壤污染源,规范有机肥产业健康发展的重要保障。目前我国有机肥不合格现象时有发生,针对有机堆肥的标准仅有一个8年前的行业标准(NY 525—2012)的现状,本文对比了中国、日本、澳大利亚、欧盟、美国有机肥标准的重要指标,对存在的重金属残留、抗生素污染、病原体污染、营养富集及土壤盐渍化等有机肥质量安全风险问题进行分析,为我国有机肥行业未来绿色、健康、可持续发展提出建议。尽管我国现有有机肥质量标准,在具体指标要求方面优于美国,但和欧盟相比还有差距,比如我国重金属Cu、Zn、Ni限量缺失,对Cd等重金属限值要求不够严格,长期施用会导致土壤重金属含量超过风险筛选值,严重影响农作物安全;同时,由于部分畜禽养殖业不合理使用抗生素,加之有机肥生产企业技术的欠缺,农户施用时缺乏指导,监管部门执法不严等因素,我国有机肥施用过程存在较大风险隐患。因此,进一步完善有机肥标准体系,强化对原料中有毒有害物质的限制,要求选用原料批批检,加大准入和过程的落实力度,才能保障我国有机肥产业有序健康发展。
基于CA-Markov的土地利用时空变化与生境质量预测——以宁夏中部干旱区为例
武丹, 李欢, 艾宁, 黄涛, 顾继升
2020, 28(12): 1969-1978. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200221
摘要(167) HTML (5) PDF(113)
摘要:
探究干旱半干旱区土地利用结构动态变化特征,评估并预测生境质量,可为区域生态规划和恢复提供决策性依据。本研究以搭载OLI和ETM+传感器遥感影像和气象数据、社会经济数据等为基础,采用土地利用转移流概念、InVEST模型和CA-Markov模型研究2000-2030年宁夏中部干旱区土地利用和生境质量时空变化特征及规律,对未来情境进行模拟和预测。研究结果表明:宁夏中部干旱区土地系统结构变化与生态建设规划高度一致,具有黄河流域两侧集中分布的特征,土地系统综合动态度逐期减小,活跃度具有稳中有变、部分较活跃的特征。土地系统信息熵特征值呈逐年降低趋势。随着时间变化土地系统受人类活动干扰强度低,自我调整程度高,修复能力强,系统向稳定状态转化。2000-2015年研究区生态环境质量呈“U”型特征,以优秀等级为主。2015-2030年土地系统结构将发生显著变化,生境质量优秀、差和良好等级面积逐渐扩大,生态系统呈现稳定向好的趋势。本研究的多模型集成应用可为区域土地规划和生态恢复建设提供理论依据和支撑。
立式筒仓反应器堆肥技术工艺优化研究
刘泽龙, 王选, 曹玉博, 马林
2020, 28(12): 1979-1989. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200336
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摘要:
反应器堆肥技术作为一种新型快速堆肥方式逐渐被人们所认可,该技术包括反应器堆肥处理和陈化两个阶段,但反应器堆肥时长和通气方式等工艺参数对堆肥全过程的影响尚不清楚。因此,本研究立足生产中的实际问题,利用12 m3立式堆肥反应器,开展了反应器堆肥工艺优化调控试验,以鸡粪和锯末为原料,分别研究了连续供气和间歇供气(风机开3 min,关7 min)两种供气方式下,反应器处理周期对堆肥有机质降解率、产品含水率、氮素损失和运行成本的影响。研究结果表明:反应器堆肥10 d比2 d的处理物料有机质降解率分别增加60.7%(间歇)和66.2%(连续),产品含水率分别降低41.2%(间歇)和40.7%(连续)。反应器堆肥阶段是物料降解的主要阶段,利用反应器堆肥的时长越长,堆肥产品生产时间越短;但运行成本的增加也对反应器堆肥时长造成了限制,同时增加反应器堆肥时长也会增加堆肥物料的氮素损失,其中连续供气反应器堆肥10 d比2 d氮素损失增加17.5%。连续供气方式可提高堆肥效率,较间歇供气处理堆肥周期平均缩短32.1%,产品全氮含量平均提高7.4%,虽然反应器堆肥阶段每日能耗较间歇供气高20.2%,但堆肥周期的缩短使全程连续供气平均运行成本降低16.5%。其中,连续供气下反应器中处理6 d、8 d和10 d,堆肥产品理化性质无显著差异。综合考虑堆肥效率、产品和经济,本试验建议选择“连续供气方式+反应器内堆肥8 d”处理,既可提高反应器堆肥处理效率,在实际生产中又具有较高的经济效益潜力。