中国生态农业学报(中英文)

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2023年第31卷第11期

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农业生态系统及其调控
作物栽培与生理生态
农业资源与环境
农业生态经济与生态农业

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农业生态系统及其调控

花生青枯病及其土壤微生态调控研究进展

方向阳, 禹桃兵, 杨磊, 臧华栋, 曾昭海, 杨亚东

2023, 31(11): 1695-1707. doi: 10.12357/cjea.20230189

摘要(196) HTML(73) PDF(57)

摘要:
由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物, 也是青枯病危害严重的作物之一。近年来, 连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧, 严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点, 梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先, 对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理, 总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法, 并绘制了其发病机制图解。其次, 我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征, 并提出相应的土壤微生态调控对策, 包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后, 我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望, 旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。

不同小麦品种根区微生物特征及对土壤氮素水平的响应

郑玉冲, 张琳琦, 刘彬彬

2023, 31(11): 1708-1720. doi: 10.12357/cjea.20230069

摘要(183) HTML(112) PDF(45)

摘要:
植物根区微生物在植物养分吸收以及生长发育过程中发挥重要作用。为研究不同小麦品种根区微生物群落结构差异, 本研究选择‘科农9204’ ‘科农2011’ ‘京411’和‘百农207’ 4个小麦品种, 于高氮[300 kg(N)·hm⁻²]和低氮[0 kg(N)·hm⁻²]条件下进行田间试验, 在分蘖期、拔节期和灌浆期采集根区样品。通过16S rRNA基因高通量测序技术比较分析不同小麦品种根际土壤和根内生细菌群落结构和多样性, 同时测定小麦植株的生理参数。结果表明, ‘科农9204’在3个生育期及不同氮素水平下相对其他3个品种均具有较高的地上部氮素吸收量(除分蘖期低氮条件)。小麦根际土壤和根内生细菌群落的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。相比其他3个品种, ‘科农 9204’ 的根际土壤细菌群落在拔节期低氮水平下富集了根瘤菌目(Rhizobiales)和芽单胞菌属(Gemmatimonas), 在灌浆期高氮水平下富集了弗兰克氏菌目(Frankiales)。相关性分析表明, 根际土壤细菌群落中的节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、红色杆菌属(Rubrobacter)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)与小麦地上部生物量和地上部氮素吸收量呈显著正相关, 马赛菌属(Massilia)、砂单胞菌属(Arenimonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)与小麦地上部全氮含量呈显著正相关。上述结果表明, 小麦可能通过调控根区微生物群落来影响养分吸收, 且这种影响具有品种特异性。本研究为明确小麦与微生物互作机制、发掘对小麦有益的微生物并应用到农业生产中提供了依据。

绿洲农田玉米和牧草种植对地表节肢动物群落结构的影响

王永珍, 冯怡琳, 赵文智, 杨荣, 刘继亮

2023, 31(11): 1721-1732. doi: 10.12357/cjea.20230176

摘要(91) HTML(48) PDF(28)

摘要:
绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能, 地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群, 其群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区, 利用陷阱法系统调查了玉米和牧草(箭筈豌豆和紫花苜蓿)种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化, 确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明: 1)玉米、箭筈豌豆和紫花苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异, 生长季紫花苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大, 非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小; 2)生长季紫花苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米田和箭筈豌豆田, 非生长季紫花苜蓿和箭筈豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田; 3)生长季紫花苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 紫花苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 玉米田和箭筈豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于紫花苜蓿田; 4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田, 平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度也显著高于箭筈豌豆田和玉米田。总之, 干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性, 进而提升农田害虫的生物防治功能。

作物栽培与生理生态

春小麦叶片气体交换与产量对干旱响应的阈值差异

赵福年, 刘江, 张强, 王润元, 王鹤龄, 张凯, 赵鸿, 齐月, 陈斐

2023, 31(11): 1733-1744. doi: 10.12357/cjea.20230223

摘要(929) HTML(738) PDF(686)

摘要:
叶片气体交换过程是作物干物质及产量形成的基础, 在干旱发展过程中作物叶片气体交换对水分胁迫存在阈值响应, 众多相关生理指标也以此为基础用于监测作物受旱状况。然而作物叶片气体交换过程与产量对干旱的响应阈值是否具有同步性, 目前尚不清楚, 这在一定程度上影响了利用作物生长期叶片气体交换相关生理指标监测农业干旱的准确性。本研究通过控制试验确定春小麦叶片气体交换对干旱的响应阈值, 并利用该阈值特征参数化春小麦生长模型, 从而设计水分控制模拟试验, 分析春小麦产量对干旱的阈值响应特征及其与叶片气体交换指标阈值的差异。结果表明: 春小麦气孔导度对土壤有效含水量的响应阈值为0.50, 大于蒸腾速率与净光合速率的响应阈值(0.40)。用净光合速率对土壤有效含水量的响应阈值参数化春小麦生长模型, 能够准确模拟春小麦地上部生物量和产量的变化。春小麦地上部生物量与产量对根系层土壤有效含水量的响应阈值为0.18, 明显小于叶片气体交换指标对土壤有效含水量的响应阈值。证明了利用作物生育期间叶片气体交换等生理指标表征作物受旱状况, 反映作物最终产量降低程度会存在一定问题。本研究结果可为农业干旱监测、预测及干旱影响评估提供参考依据。

施氮量和灌溉定额对引黄灌区麦后复种油菜产量和水氮利用的影响

韦广源, 谭军利, 李红, 马波, 王月梅, 田海梅, 王西娜

2023, 31(11): 1745-1757. doi: 10.12357/cjea.20230215

摘要(145) HTML(57) PDF(48)

摘要:
为探讨小麦后复种油菜对小麦茬残留氮素吸收利用及水氮利用的影响, 以期为麦后土壤残留氮素有效利用和农业面源污染阻控提供理论依据, 通过田间定位试验, 研究了小麦茬施氮量[常规施氮(270 kg∙hm⁻²)、减施氮肥(202.5 kg∙hm⁻²)和不施氮(0 kg∙hm⁻²)]和灌溉定额[常规灌溉(400 mm)、节水20% (320 mm)和节水40% (240 mm)]对复种油菜的产量、氮素吸收量以及0~100 cm土壤含水率和矿质氮动态变化的影响, 并进行了两季作物的氮素平衡分析。结果表明, 小麦茬残留氮素对油菜产量和氮素吸收量有显著影响, 氮肥后效与小麦茬的施氮量呈正比。小麦茬常规施氮270 kg∙hm⁻²时油菜产量和氮素吸收量最高, 分别为6640 kg∙hm⁻²和25.7 kg∙hm⁻², 较小麦茬减施氮肥与不施氮分别增加11.8%与43.5%和14.8%与58.8%; 小麦茬灌溉定额对油菜产量无显著影响, 但对氮素吸收量有显著影响, 常规施氮处理下常规灌溉处理油菜氮素吸收量较节水处理增加9.6%~10.2%。与油菜播前相比, 油菜收获后施氮处理0~100 cm土层土壤矿质氮降低18.8~96.1 kg·hm⁻²; 常规施氮处理较减氮和不施氮处理增加了油菜对残留氮素吸收能力。油菜翻压还田并经过冬季的冻融后, 在下一季小麦播前, 0~100 cm土层的土壤矿质氮增加86.1~171.8 kg·hm⁻², 增加量与小麦茬的施氮量呈正相关。常规施氮+常规灌溉定额0~100 cm土壤贮水量变化较小, 氮肥后效显著提高了油菜灌溉水利用效率和水分利用效率及降水生产效率, 常规施氮+节水20%处理灌溉水利用效率和降水生产效率最高, 而常规施氮+节水40%处理油菜水分利用效率最高。在本试验条件下, 减氮+节水20%处理的氮肥累积利用率最高, 达89.8%。小麦茬施氮量为270 kg·hm⁻², 灌溉定额为320~400 mm显著提高了复种油菜的产量、吸氮量、水分利用效率和灌溉水利用效率及降水生产效率, 并降低了施氮处理土壤矿质氮含量。而油菜翻压还田经过冬季冻融后显著增加了土壤矿质氮含量。

氯盐胁迫下施氮对西瓜生理特性和氮素吸收利用的影响

王西娜, 柳雪, 李雪芳, 王湘银, 赵伟杰, 孙晶晶, 谭军利

2023, 31(11): 1758-1767. doi: 10.12357/cjea.20230162

摘要(116) HTML(86) PDF(36)

摘要:
由于长期使用地下含氯微咸水补灌, 氯盐胁迫已经成为限制宁夏西瓜产量和品质的主要因素之一, 而施用氮肥可在一定程度上缓解盐胁迫引起的生长抑制作用, 因此, 探索氮素对西瓜氯盐胁迫的调控机制, 对氯盐胁迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害调控具有重要意义。本研究以‘金城5号’西瓜品种为供试作物, 采用土培试验, 探索氯盐胁迫[160 mg (Cl⁻¹)∙kg⁻¹(烘干土)]下不同施氮水平[0 g∙kg⁻¹(烘干土)、0.10 g∙kg⁻¹(烘干土)、0.15 g∙kg⁻¹(烘干土)、0.20 g∙kg⁻¹(烘干土)、0.25 g∙kg⁻¹(烘干土)]对西瓜幼苗阴阳离子平衡、有机渗透调节物质、抗氧化酶活性、氧化损伤和氮素吸收利用的影响, 以期为揭示氮素对作物氯盐胁迫的调控机理提供理论依据。结果表明, 施用氮肥使西瓜根、茎、叶中的Cl⁻和Na⁺均显著减少, 而NO₃⁻和K⁺均显著增加, 因此, 整株Cl⁻/NO₃⁻值和Na⁺/K⁺值分别比不施氮降低46.0%~69.5%和31.0%~54.3%; 叶片中可溶性糖和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性均在0.15 g∙kg⁻¹氮水平时达最大值, 分别比不施氮提高75.6%、70.1%、55.8%和54.8%, 而丙二醛含量则比不施氮降低59.3%; 同时, 施氮0.15 g∙kg⁻¹时, 西瓜的氮累积量增加157.7%, 硝酸还原酶活性提高62.4%, 氮吸收效率和氮素利用效率分别达26.25%和97.10%, 西瓜植株鲜重和干物质累积量亦显著提高96.9%和29.0%。对施氮量与西瓜各生长生理指标的聚类分析和相关分析表明, 施氮处理对氯盐胁迫的缓解效果表现为0.15 g∙kg⁻¹>0.20 g∙kg⁻¹>0.10 g∙kg⁻¹>0.25 g∙kg⁻¹, 生物量和干物质累积与氮吸收利用效率及氮累积呈显著正相关, 而氮累积量与抗氧化酶活性、渗透调节物质含量间均具有显著的正相关性, 与Na⁺/K⁺值、Cl⁻/ NO₃⁻值和丙二醛含量呈负相关。综合各指标与施氮量之间的曲线拟合结果, 氯盐浓度为160 mg (Cl⁻¹)∙kg⁻¹(烘干土)时西瓜生长和生理活性适宜施氮量为0.14~0.18 g∙kg⁻¹。可见, 氯盐胁迫下适量施氮可通过调节Na⁺/K⁺值和Cl⁻/NO₃⁻值来维持植株体内离子稳态, 并提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性, 从而降低细胞膜氧化损伤, 增强西瓜植株的生理抗性, 达到对氯盐胁迫的调控作用。

污泥热碱液对小青菜产量及氮转化酶活性的影响

王永亮, 吴晨瑞, 薛晓蓉, 孙晋鑫, 刘晓林, 杨治平, 张强, 白炬

2023, 31(11): 1768-1779. doi: 10.12357/cjea.20230028

摘要(129) HTML(74) PDF(26)

摘要:
污泥通过碱性热水解工艺(ATH)提取的富含多肽、蛋白质类液体(污泥热碱液)已被证实无毒性且可运用于农业生产中, 并显著促进作物生长。为探究污泥热碱液对小青菜氮素吸收及氮代谢调控机制的影响, 本试验以小青菜为研究对象, 采用盆栽试验, 以不施氮肥为对照, 研究5个污泥热碱液处理土壤中分别施入0 mg·kg⁻¹、20.19 mg·kg⁻¹、40.38 mg·kg⁻¹、60.57 mg·kg⁻¹、80.76 mg·kg⁻¹污泥热碱液, 探讨小青菜植株氮素吸收、氮代谢关键酶活性等的变化。结果表明, 随着施用量的增加, 各指标均呈先升高后下降的趋势, 当施用量为40.38 mg·kg⁻¹时, 小青菜收获后氮素累积量、产量和品质等达较高水平, 硝酸盐含量最低。通过对小青菜氮素吸收量及产量进行拟合, 得出121.48~127.59 kg·hm⁻²为该污泥热碱液对小青菜的最佳施用量。施用量为40.38 mg·kg⁻¹时, 小青菜中硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)均保持较高的活性, 在小青菜定苗后第2周、第4周和第6周与其他处理相比, NR活性增加56.56%~183.43%、16.55%~150.36%和7.86%~293.25%, NiR活性增加24.70%~348.17%、1.06%~71.24%和7.62%~286.59%, GDH活性增加9.91%~149.21%、37.52%~308.35%和16.08%~123.12%, GS活性增加4.13%~17.82%、5.23%~122.27%和9.91%~121.21%, GOGAT活性增加31.31%~288.16%、9.63%~351.69%和28.45%~1274.32%。冗余分析表明小青菜中GOGAT是决定产量、氮素利用率、氮素吸收率的主要因素, 与产量呈显著正相关。施用适量的污泥热碱液会提高小青菜氮素相关转化酶活性, 促进对氮素吸收及产量的增加。热碱液可作为新型肥料施用, 不仅可以解决污泥资源化问题, 还可以提高小青菜产量及养分吸收。

农业资源与环境

氧纳米气泡制备及其在农业领域的应用研究进展

张羽嘉, 徐书含, 李德天, 串丽敏, 朱元宏, 王丰, 曹林奎, 沙之敏

2023, 31(11): 1780-1791. doi: 10.12357/cjea.20230066

摘要(178) HTML(50) PDF(44)

摘要:
为系统了解氧纳米气泡及其在农业领域的应用研究进展与发展趋势, 本文就近15年来氧纳米气泡的研究进展与成果, 总结了氧纳米气泡的研究概况; 对氧纳米气泡的制备方法与性质进行了探讨; 重点综述了氧纳米气泡在农业生产领域与农业环境治理领域的应用。农业生产领域的应用包括促进种子发育与作物生长、提高水产养殖产量与经济效益等, 农业环境治理领域的应用, 包括促进稻田甲烷减排、去除土壤中的重金属等污染物质、治理农业面源污染等。展望了氧纳米气泡技术今后的研究重点与对策建议, 包括深入研究氧纳米气泡的增氧机理及作用机制, 进一步开发农业领域氧纳米气泡的制备技术, 拓展氧纳米气泡技术在农业生产及环境修复中的适用性, 开展氧纳米气泡的规模化应用研究等。研究成果可为氧纳米气泡的基础研究和在农业领域的应用研究提供思路与方法。

长期施用有机肥对设施番茄土壤有效磷含量及磷素淋失风险的影响

孙德龙, 王莹, 周珺, 付瑞桐, 张玉玲, 虞娜, 邹洪涛

2023, 31(11): 1792-1803. doi: 10.12357/cjea.20230076

摘要(142) HTML(66) PDF(28)

摘要:
探讨设施蔬菜长期施用有机肥的土壤有效磷含量及磷素淋失风险, 可为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK) 5个处理, 研究各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl₂-P)含量及其剖面分布特征, 分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明: 在0~50 cm土层, 各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl₂-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势, 其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05); 与CK相比, 各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl₂-P含量均有所增加, 且随有机肥施用量的增加而增加, 且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl₂-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层, 土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势, 其数值依次为139.6 mg·kg⁻¹、152.4 mg·kg⁻¹、133.5 mg·kg⁻¹、86.1 mg·kg⁻¹和42.3 mg·kg⁻¹; 在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层, 土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低, 依次为185.1 mg·kg⁻¹、120.5 mg·kg⁻¹、92.8 mg·kg⁻¹和56.0 mg·kg⁻¹。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准, 通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P₂O₅)之间的相关关系, 求出设施番茄栽培适宜磷素(P₂O₅)用量为344.9~530.3 kg∙hm⁻², 其中有机肥供应的磷素(P₂O₅)用量为119.9~305.3 kg·hm⁻²。综上, 连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下, 在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm⁻²、P₂O₅ 225 kg·hm⁻²和K₂O 450 kg·hm⁻²)的基础上配施低量有机肥(15 000 kg·hm⁻²), 不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量, 使番茄产量显著增加, 而且可以有效控制土壤磷素淋失风险。

异常毕赤酵母和纤维素酶对青贮甜高粱产甲烷潜力的影响

任海伟, 李仲琦, 赵亚宁, 丁闻浩, 张丙云, 李金平, 陆栋, 刘瑞媛, 李连华, 孙永明

2023, 31(11): 1804-1820. doi: 10.12357/cjea.20230129

摘要(123) HTML(78) PDF(25)

摘要:
本文探究了单独或联合使用异常毕赤酵母(Pichia anomala)和纤维素酶对甜高粱青贮质量和厌氧消化产甲烷潜力的调控效果, 利用高通量测序解析了厌氧消化过程中微生物菌群的多样性, 结合经济性能分析筛选廉价高效的青贮预处理添加剂。结果表明, 甜高粱青贮过程中, 单独或联合使用2种添加剂的青贮品质均为优良, 其中异常毕赤酵母和纤维素酶联合处理组(PC组)的综合评价值为0.66, 单独添加异常毕赤酵母(Pa组)的评价值次之为0.63; 两种添加剂均能有效保存青贮甜高粱的可溶性碳水化合物、粗蛋白、纤维素和半纤维素等能量组分, 降低酸性洗涤木质素、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等木质纤维组分, 增加乳酸和乙酸含量, 强化青贮发酵进程。尤其, PC组的可溶性碳水化合物保存效果最佳, 木质素去除率高达62.55%; Pa组中蛋白质保存完好, 乳酸和乙酸含量最高, 分别为50.01 g·kg⁻¹(DM)和18.35 g·kg⁻¹(DM)。青贮预处理能明显提升甜高粱的厌氧发酵产甲烷效能, 与新鲜原料组相比, PC组累计产甲烷量提高30.13%, 为457.70 mL(CH₄)·g⁻¹(VS), 消化迟滞期缩短62.96%, 生物降解指数最高, 达72.39%; Pa组的预处理效果次之, 最大产甲烷速率提升33.57%, 消化迟滞期缩短33.33%, 且消化系统都相对稳定。厌氧消化系统中属水平优势细菌为发酵单胞菌(Fermentimonas)和梭状芽孢杆菌(Clostridium_sensu_stricto_1), 与pH呈负相关, 与化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)呈正相关。优势古菌属为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter), 其中甲烷八叠球菌与COD和TVFA呈负相关, 与pH呈正相关; 甲烷短杆菌与COD和TVFA呈正相关, 与pH呈负相关关系。综合青贮质量、产甲烷性能和经济性分析, 推荐单独使用异常毕赤酵母作为甜高粱青贮预处理的生物强化剂。

养殖场外排氨气及温室气体末端处理技术研究

李思, 张晓航, 王选, 马林

2023, 31(11): 1821-1838. doi: 10.12357/cjea.20230238

摘要(369) HTML(134) PDF(33)

摘要:
养殖场排放氨气及温室气体(NH₃、N₂O、CH₄)末端处理技术近年来获得了国内外学者的广泛关注与持续研究, 但不同畜种粪污管理各环节气体排放规律和阻控优先序尚不清楚, 不同处理技术的处理效果、处理成本和适用场景尚不明确, 缺乏多气体协同处理的技术体系。因此, 本研究通过系统梳理已发表的文献, 采用数据挖掘(data mining)的方法分析了猪、鸡、牛、羊4种畜种不同粪污管理环节(圈舍环节、固体粪污贮藏环节、液体粪污贮藏环节和固体粪污堆肥环节)气体排放和优先序特征, 总结了与气体排放相匹配的减排技术特点, 梳理了针对NH₃、N₂O、CH₄减排的各种技术原理与减排效果, 探讨了粪污管理过程各环节气体阻控的优先序及潜在技术途径, 可以为养殖场外排尾气处理不同类型技术组合和设计提供支撑, 以实现养殖场氨气及温室气体减排的目标。指出现有NH₃、N₂O、CH₄末端处理技术的不足, 展望了NH₃、N₂O、CH₄末端协同处理技术的研究方向, 旨在为养殖场外排尾气未来技术研发提供依据。

山区侧向流对滹沱河冲洪积扇地下水补给与硝酸盐动态的影响

孙和平, 王仕琴, 郑文波, 檀康达, 曹文庚, 沈彦俊

2023, 31(11): 1839-1850. doi: 10.12357/cjea.20230117

摘要(123) HTML(54) PDF(26)

摘要:
山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源, 影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响, 山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区, 利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法, 估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量, 揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系, 分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件, 将采样点划分为4个子区: 滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明, 滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面, 平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区; 且沿地下水流动方向, 地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L⁻¹)>Ⅱ区(99.22 mg·L⁻¹)>Ⅳ区(37.10 mg·L⁻¹)>Ⅲ区(23.08 mg·L⁻¹)的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中, 而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场, 其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×10⁸ m³, 硝酸盐通量为239.56×10⁵ kg, 且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部, 这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视, 因此, 实现源头综合治理, 降低山区地下水污染物浓度, 对下游平原区面源污染管理, 防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。

不同水分传感器在河北平原典型土壤中的测量准确度对比

张麒昆, 闵雷雷, 王玉才, 朱一丁, 贾明磊, 孙楷雯, 沈彦俊

2023, 31(11): 1851-1859. doi: 10.12357/cjea.20230179

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摘要:
深入了解不同类型土壤传感器的性能表现对于提高区域土壤含水量测定的准确性具有重要意义。本研究针对河北平原农田土壤, 选择了4种典型土壤质地(粉黏土、粉壤土、砂壤土、砂土), 通过室内试验, 分别研究了5个不同容重(1.40 g∙cm⁻³、1.45 g∙cm⁻³、1.50 g∙cm⁻³、1.55 g∙cm⁻³、1.60 g∙cm⁻³)下5种常见土壤水分传感器(TDR315H、CS655、5TE、Teros12、Hydra Probe Ⅱ)测定含水量的准确度。研究发现: 1)在本试验条件下, 未经标定的TDR315H、CS655、Teros12、Hydra Probe Ⅱ的测量准确度较高, 测量误差基本不超过0.03 cm³∙cm⁻³, 其中TDR315H的性能表现最好; 2) 5种类型传感器在粗质土壤中的误差大于细质地土壤, 土壤质地对传感器测量准确度的影响远大于土壤容重; 3)土壤含水量对传感器的测定准确度也会产生显著影响, 随着含水量的变化, 测量误差也随之发生变化, 且可能存在使传感器测量准确度发生显著变化的含水量阈值。总体而言, 在未进行标定的前提下, TDR315H有望直接应用于河北平原农田田间土壤含水量监测。本研究可为土壤含水量监测中的传感器选型提供重要参考。

农业生态经济与生态农业

农业文化遗产地茶文化景观基因农户感知差异研究—以潮州单丛茶文化系统为例

程佳欣, 孙业红, 常谕

2023, 31(11): 1860-1872. doi: 10.12357/cjea.20230166

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摘要:
农业文化遗产是一种活态遗产, 具有重要的社会价值、经济价值和生态价值, 文化景观特征鲜明, 识别其文化景观基因有着积极的意义。以景观基因理论和地方理论为基础, 以潮州单丛茶文化系统为例, 识别潮州单丛茶文化景观基因; 以农户为调研对象, 探讨茶文化景观基因与农户感知的内在联系, 挖掘不同生计类型农户对茶文化景观基因演变的感知差异。结果表明: 1)农户感知近十年茶园和村庄的生态环境、生活环境、茶种植工具和种植技术以及生活方式发生了显著的变化; 2)高山茶种植区的农户对山地、茶园、村庄的环境变化感知更为强烈, 低山茶种植区的农户对种植技术和知识的变化感知更为强烈; 3)生计策略为单一种茶的农户对“山地、台地面积变化”等指标的感知更强烈; 4)农户的茶叶总收入不同, 对茶文化景观生态基因感知也存在差异。可针对不同类型的农户提出增强其生计韧性的途径, 促进农户生态保护和遗产传承意识的提升, 为农业文化遗产地可持续发展提供思路。