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当期目录

2021年 第29卷  第9期

农业生态系统及其调控
太湖流域稻田管理方式对蜘蛛群落特征的影响
满吉勇, 袁凯, 陈宝雄, 王子睿, 刘云慧
2021, 29(9): 1467-1479. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210081
摘要(193) HTML(22) PDF(21)
摘要:
蜘蛛是稻田重要的天敌生物, 通过改进生产管理方式提升稻田蜘蛛多样性及其害虫生物控制服务, 对推动稻田可持续生产具有重要意义。本研究调查太湖流域有机、绿色、常规生产模式下稻田蜘蛛群落多样性及群落结构和功能组成, 以评估不同生产管理模式对稻田蜘蛛多样性的影响。结果显示: 不同生产方式蜘蛛α多样性指数差异显著, 有机生产稻田蜘蛛的丰富度、多度和辛普森多样性指数均显著高于常规及绿色生产稻田。捕猎类型在不同稻田差异显著, 有机和绿色生产稻田蜘蛛以结网型为主, 而常规生产稻田以捕猎型为主; 3种生产模式稻田蜘蛛体长和飞航能力无显著差异。有机和常规生产稻田蜘蛛群落组成间存在显著差异, 绿色生产稻田蜘蛛群落组成介于有机与常规生产稻田之间, 是这两种生境蜘蛛组成的过渡类型; 有机生产稻田具有较多的的蜘蛛指示种, 而绿色和常规生产稻田蜘蛛群落分布上以广布种与共有种为主, 缺乏特有种。稻田蜘蛛群落组成随水稻生长而变化, 但有机生产稻田蜘蛛丰富度、多度除分蘖早期和拔节期外, 其余时期均显著高于常规和绿色生产稻田。研究结果表明, 相较于常规和绿色生产, 有机生产方式可以有效提高稻田蜘蛛多样性, 维持更强的害虫捕食能力, 对推动该地区绿色发展和生态环境恢复具有重要意义。
基于DNDC模型评估湖北省不同稻作系统不同管理措施温室气体排放的周年变化
吴梦琴, 李成芳, 盛锋, 冯珺珩, 胡权义, 陈淯琨, 周浩之, 刘天奇
2021, 29(9): 1480-1492. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210099
摘要(37) HTML(5) PDF(17)
摘要:
为了探究不同管理措施对湖北省主要稻作系统CH4和N2O周年排放的影响, 利用田间观测数据验证DNDC模型后, 结合地理信息系统(ArcGIS)模拟和测算湖北省不同稻作系统温室气体的周年排放。本研究于2019年在鄂西北的枣阳市设置水稻-小麦(RW)、水稻-再生稻(RO)稻作系统, 在鄂东南的武穴市设置RO、水稻-油菜(RR)稻作系统, 在江汉平原的潜江市设置RW、RO、RR稻作系统, 每个稻作系统均设置常规栽培和优化栽培(包括氮肥深施、节水灌溉、秸秆还田等)两个模式, 通过静态箱法测定温室气体CH4和N2O的周年排放特征。大田验证试验结果显示, 不同稻作系统不同栽培模式下CH4和N2O排放实测值与模拟值归一化均方根误差(NRMSE)值为19.3%~24.2%, 模型拟合度在可接受范围之内。DNDC模型模拟和估算结果表明, 湖北省稻作区增温潜势(GWP)表现为江汉平原>鄂东南>鄂西北, 不同区域稻作系统CH4的排放总量、N2O的排放总量和GWP均表现为RW>RO>RR。优化栽培管理模式可以明显减少CH4和N2O排放, 与常规栽培管理模式相比, 优化栽培管理模式下RW、RO和RR的单位面积CH4排放量分别降低9.5%~18.0%、7.3%~18.4%和18.2%~22.4%, N2O排放量分别降低4.2%~14.2%、6.9%~24.7%和8.8%~18.1%。优化栽培管理后, 各地区的GWP表现为, 鄂西北: 襄阳>十堰>神农架; 鄂东南: 黄冈>咸宁>武汉>黄石>鄂州; 江汉平原: 荆州>荆门>孝感>随州>天门>仙桃>潜江。优化栽培管理模式下鄂西北、鄂东南和江汉平原稻田CH4周年排放总量较常规栽培管理模式分别降低11.8%、14.4%和16.3%, 稻田N2O周年排放总量分别降低82.4%、77.5%和83.0%。本研究结果表明, DNDC模型可以较好地模拟湖北省不同稻作系统下温室气体的排放, 同时优化稻作管理模式对稻田生产具有好的减排效果, 为在湖北省推广该模式提供理论依据。
作物栽培与生理生态
前茬作物秸秆还田下轮作模式和施肥对大豆产量的影响
张国伟, 王晓婧, 杨长琴, 束红梅, 刘瑞显
2021, 29(9): 1493-1501. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210084
摘要(57) HTML(1) PDF(28)
摘要:
探讨不同轮作模式下作物秸秆还田和施肥对大豆产量形成的影响, 可为多元化轮作模式下大豆增产增效提供理论基础和实践依据。于2018—2020年在江苏省农业科学院大豆试验基地, 以前茬作物秸秆还田下轮作模式为主区, 设置小麦、大蒜、芥菜型油菜和空白(冬闲) 4个轮作模式; 肥料施用水平为副区, 设置不施肥和施三元复合肥(15∶15∶15) 225 kg·hm−2 2个施肥水平, 研究秸秆还田下不同轮作模式和施肥对大豆养分利用及产量形成的影响。结果表明, 轮作模式与施肥对大豆产量及产量构成影响显著, 且两因素对产量及产量构成、植株形态指标和病株率、土壤全氮和速效氮含量、生物量和氮素累积与分配等指标均存在极显著的互作效应。与冬闲-大豆模式相比, 其他轮作模式降低了土壤容重和速效氮含量, 提高了土壤有机质和全氮含量; 大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式下株高、茎粗、底荚高度、分枝数、总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量最高, 利于产量形成, 最终产量较冬闲-大豆模式增加4.40%~10.30%和5.66%~7.09% (施肥处理)、4.88%~8.23%和2.19%~8.78% (不施肥)。小麦-大豆轮作模式抑制植株生长, 总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量均最低, 尽管生物量、氮素收获指数和氮素生产效率最高, 但产量最低, 较冬闲-大豆模式分别降低2.80%~7.30% (施肥处理)和7.45%~11.18% (不施肥)。此外, 小麦秸秆还田增加了大豆病株率, 而芥菜-大豆和大蒜-大豆轮作模式则降低了大豆病株率。施肥可以显著促进大豆生长, 降低病株率, 提高土壤全氮和速效氮含量、生物量及氮素累积量和收获密度, 尽管氮素收获指数和氮素利用效率较低, 但是显著提高了产量。与不施肥相比, 施肥使大蒜-大豆、芥菜-大豆和小麦-大豆轮作模式下大豆产量提高9.21%~13.01%、7.97%~14.02%和15.00%~15.91%。因此, 在生产中建议推广大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式。小麦-大豆轮作模式中在小麦秸秆还田后必须增施肥料才能达到高产。
地下滴灌量与滴灌带间距对夏玉米生长发育的影响
要家威, 齐永青, 李怀辉, 沈彦俊
2021, 29(9): 1502-1511. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210058
摘要(24) HTML(1) PDF(15)
摘要:
为探究地下滴灌条件下不同灌溉量与滴灌带间距对夏玉米生长发育与耗水特征的影响, 查明地下滴灌对田间尺度水平衡的影响特征, 基于2种灌溉定额(62 mm和35 mm)与3种滴灌带间距(60 cm、80 cm和100 cm)的田间试验, 并以华北典型农田地面灌溉方式为对照, 分析不同处理对夏玉米生长发育、土壤剖面水分分布、蒸散量及土壤蒸发的影响。结果表明: 地下滴灌处理灌溉水主要停留于20~60 cm土层, 灌溉量越高, 湿润范围越大; 相对地面灌溉处理, 地下滴灌处理地表0~20 cm与60~100 cm土壤含水量相对较低。玉米株高、叶面积指数与干物质积累量随地下滴灌灌溉量的增加而增加, 地面灌溉处理可促进株高与干物质积累, 地下滴灌低灌溉量导致玉米生育进程延迟。与地面灌溉处理相比, 地下滴灌处理可在减少22%的灌溉量的条件下保证作物产量无显著下降, 土壤蒸发相对降低30%, 蒸散量相对降低8%, E/ET值由0.34降低至0.27, 灌溉水利用效率提高20%, 收获指数增加10%。不同滴灌带间距处理对玉米生长发育及耗水特征无显著影响。综合夏玉米生长、产量、灌溉水利用效率和滴灌设备投资成本, 本试验条件下最优设计方案为灌溉量为62 mm, 滴灌带间距为100 cm。
华北平原多目标约束下冬小麦最优施氮量
代娜, 史文娇, 石晓丽
2021, 29(9): 1512-1523. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210107
摘要(20) HTML(2) PDF(16)
摘要:
农田氮素管理不当导致水体污染、土壤结构破坏和全球变暖等环境问题。从经济与生态环境各方面探讨华北平原冬小麦的最优施氮量可为粮食生产及区域农业生态保护提供重要的科学参考。本文利用华北平原9个站点1981—2017年的逐日气象数据及冬小麦物候和产量观测资料, 借助CERES-Wheat模型, 基于5个约束指标(产量、氮肥偏生产力、氮素吸收、增产-节氮权衡和环境-经济效益)和施氮量的关系曲线, 揭示华北平原冬小麦在不同约束条件下的最优施氮量。结果表明: 华北平原各站点基于不同目标约束所得的最优施氮量有所不同, 其大小顺序为氮素吸收>产量>环境-经济效益>增产-节氮权衡>氮肥偏生产力, 且各地区最优施氮量的参考值也存在一定的空间差异。通过对粮食安全与生态友好的综合考量, 本研究认为增产-节氮权衡和环境-经济效益约束条件下的最优施氮量能够实现经济效益和生态效益的统一, 是较合理的区域施氮参考, 该条件下最优施氮量分别为173 kg∙hm−2和190 kg∙hm−2, 比当前华北平原农民实际施氮水平分别减少约47%和42%, 可以作为冬小麦种植施氮的区域参考值。该目标约束下最优施氮量的低值主要分布在Ⅱ区和Ⅳ区, 分别为150 kg∙hm−2和170 kg∙hm−2, Ⅰ区和Ⅲ区则相对较高, 最优施氮量分别为200 kg∙hm−2和225 kg∙hm−2, 原因可能在于长期施氮降低土壤有机碳含量, 进而影响土壤供氮能力。
四川玉米生理成熟后抗倒性能变化及其影响因素
陈祥, 李小龙, 杜霞, 刘佳媛, 刘倩倩, 袁继超, 孔凡磊
2021, 29(9): 1524-1532. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210044
摘要(25) HTML(1) PDF(7)
摘要:
玉米茎秆强度下降是造成生理成熟后玉米倒伏的重要因素。为明确玉米生理成熟后茎秆强度变化及影响因素, 本试验以玉米品种‘正红6号’为材料, 设置不同密度处理, 通过研究其生理成熟后茎秆强度、单位长度干重、含水率等变化规律, 分析影响生理成熟后茎秆强度的关键因素, 为机械粒收技术推广提供科学指导。结果表明, 玉米生理成熟后节间茎秆强度逐渐下降, 随着时间推移, 降低幅度逐渐减小; 生理成熟后玉米茎秆单位长度干重、含水率逐渐降低, 节间长粗比略有增加。不同密度间茎秆强度差异显著, 生理成熟后茎秆强度下降幅度不同, 在4.5万~10.5万株∙hm−2密度范围内, 随着密度增加, 茎秆强度下降幅度呈降低趋势, 低密度茎秆强度下降幅度大于高密度处理。种植密度增加导致玉米茎秆单位长度干重显著降低, 节间长粗比显著增加。本研究发现玉米生理成熟后茎秆单位长度干重降低是茎秆强度降低的主要原因; 种植密度增加显著降低了茎秆强度, 同时随着站秆时间的延长, 茎秆强度进一步降低, 增加了玉米倒伏风险。因此, 合理密植、适期收获能降低因生理成熟后站秆能力下降而导致倒伏的风险。
陇东旱塬苹果细根对覆膜的可塑性响应
孙文泰, 马明, 董铁, 牛军强, 尹晓宁, 刘兴禄
2021, 29(9): 1533-1545. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210071
摘要(19) HTML(7) PDF(5)
摘要:
为探明陇东旱塬苹果树根系年周期生长动态规律, 以及覆膜保墒措施下垂直土层根系数量、形态、分支特性、土壤理化性状的时空差异, 以18 a生苹果树(‘长富2号’/山定子)为试材, 于苹果根系3次发根高峰: 春季萌芽至新梢旺长前(Ⅰ)、新梢停长期(Ⅱ)和采果后至落叶期(Ⅲ), 采用土壤剖面法调查清耕(CK)、覆膜2 a (2Y)、覆膜4 a (4Y)和覆膜6 a (6Y)的根系空间分布, 并对根系生物量、根长、表面积、比根长、比分支数等进行测定, 探索不同覆膜年限处理下细根生长时空动态特征。借助回归统计分析, 阐明苹果树细根生长策略对覆膜年限的响应。结果表明: 在苹果根系生长年周期中, 第Ⅲ次发根高峰最为重要。各处理苹果细根在第Ⅲ次发根高峰的生物量占3次发根高峰期总生物量的73.55%~84.85%, 在第Ⅰ发根高峰表层土壤(0~20 cm)的细根分支数分别为第Ⅲ次发根高峰的130.67%、100.53%、156.63%和238.63%, 可提高原位土壤资源利用效率; 在第Ⅲ次发根高峰中, CK促进细根根长与根表面积在表层土壤中的分布, 分别为第Ⅰ次发根高峰的275.64%和248.96%; 并抑制细根分支, 分支数和比分支数仅为第Ⅰ次发根高峰的76.53%和14.68%, 以达到扩展有效营养空间、降低根系内部竞争的作用。短期覆膜(2Y)各土层的土壤含水量分别为CK的112.39%、118.04%、124.06%、133.59%和114.49%, 细根生物量在3次发根高峰中分别为CK的116.72%、232.35%和112.09%; 土壤表层细根比根长在第Ⅰ和Ⅲ次发根高峰相比CK分别提高47.1%和62.92%, 根表面积则分别提高67.21%和56.88%; 深层土壤(80~100 cm)细根分支数相比CK分别提高282.22%和7.27%。可见2Y处理可促进表层土壤细根形态性状的表达及深层土壤根系分支结构的建成, 细根均匀分布于垂直土层0~100 cm的距干0~120 cm范围内。6Y处理在年生长初期表层土壤的细根分支数和比分支数相比CK分别提高6.11%和34.6%, 而在年生长后期则仅为CK的58.1%和19.56%, 呈年生长初期重分支、年生长后期简化分支的构型特点, 并显著抑制第Ⅲ次发根高峰细根生长, 深层土壤的细根根长、根表面积和比根长仅为CK的35.19%、40.43%和82.67%。即苹果细根生长受物候期和树体营养周转的影响, 在年生长初期应用“资源保守获取型”生长策略, 在年生长后期采取“资源快速获取型”生长策略; 短期覆膜(2Y)可改善土壤理化性状, 促进细根拓展延伸范围; 长期覆膜(6Y)对亚表层土壤(20~40 cm)的破坏作用, 阻碍细根下扎, 集中土壤表层分布。
农业资源与环境
华北平原农田关键带硝态氮存储与淋失量研究
陈肖如, 李晓欣, 胡春胜, 雷玉平, 倪锐, 马林
2021, 29(9): 1546-1557. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210087
摘要(35) HTML(2) PDF(20)
摘要:
更多证据表明, 储存在深层包气带中的硝态氮在全球氮循环中具有重要作用。本研究在华北平原农田不同包气带深度(2~50 m)分别采集土柱, 分析不同深度土层的硝态氮含量和分布; 从资料与文献收集到华北平原不同省区及其县域的42年(1978—2019年)氮肥投入与农田面积变化数据, 计算不同区域(地下水埋深区域和县域)的农田包气带硝态氮存储量。首次利用区县氮肥投入与对应区域包气带硝态氮存储量的比值, 即存储率(NR), 研究氮肥投入对包气带硝态氮存储的影响程度。结果表明: 1)在2~50 m的地下水埋深范围内, 随着包气带深度的增加, 华北平原农田(粮田与菜地)的单位面积硝态氮存储量也随之增加; 2)在2 m、3 m、6 m、10 m、16 m、25 m、40 m和50 m深包气带, 粮田硝态氮存储量分别占42年(1978—2019年)氮肥总投入量的14%、18%、26%、30%、33%、35%、38%和39%, 菜地硝态氮存储量分别占42年(1978—2019年)氮肥总投入量的15%、20%、28%、32%、34%、36%、40%和41%; 3)进入2 m以下地下水的粮田与菜地硝态氮淋失总量分别为675.65万t和199.56万t, 分别占粮田与菜地42年(1978—2019年)氮肥总投入的13%和14%。本研究表明, 华北平原农业区高氮肥投入导致大量的硝态氮淋失进入包气带-地下含水层系统, 厚包气带对硝态氮截留和存储具有重要作用, 在地下水埋深较浅区, 高氮肥投入提高了地下水硝酸盐污染的风险。
耕作与秸秆还田方式对碳氮在土壤团聚体中分布的影响
张玉铭, 胡春胜, 陈素英, 王玉英, 李晓欣, 董文旭, 刘秀萍, 裴林, 张惠
2021, 29(9): 1558-1570. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200791
摘要(38) HTML(4) PDF(16)
摘要:
华北平原是我国主要的粮食生产基地之一, 小麦-玉米轮作是本区域主要种植模式。长期秸秆全量还田与土壤的浅旋耕造成了土壤耕层变浅、犁底层加厚、养分表聚等一系列土壤质量问题, 已成为制约本区域粮食持续高产、稳产的障碍因素。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站转变耕作与秸秆还田方式定位试验, 开展不同耕作措施和秸秆还田方式对土壤团聚体组成及其稳定性、有机碳氮在团聚体中分布影响的研究, 为阐释不同农业管理措施下土壤碳氮的物理保护机制提供依据。试验设5个处理: 无秸秆旋耕(对照1)、秸秆旋耕还田(对照2)、秸秆深翻耕还田、秸秆集中深混埋、秸秆集中深埋, 后3个处理作为转变秸秆还田方式处理。研究结果表明, 改变秸秆旋耕还田为深层还田可以显著提高粒径>0.25 mm团聚体含量; 不同秸秆还田方式对>2 mm的大团聚体和0.25~2 mm的小团聚体的水稳性影响存在较大差异, 秸秆深层还田主要增加10 cm以下土层土壤水稳性大团聚体(>2 mm)含量和表层水稳性小团聚体(0.25~2 mm)含量, 大团聚体和小团聚体的水稳性消长受到了秸秆还田方式的影响。秸秆深层还田显著增加了亚耕层(20~40 cm)土壤团聚体稳定率, 降低了其结构破碎率。秸秆深层还田措施使0~40 cm土层土壤有效融合, 消除了耕层土壤养分表聚现象, 显著增加了亚耕层土壤有机碳氮含量以及大团聚体对土壤有机碳氮的贡献率, >2 mm团聚体有机碳和氮贡献率在20~40 cm土层分别平均为42.2%~44.0%和32.8%~49.9%, 分别比秸秆旋耕还田处理增加48.7%~54.9%和32.8%~101.8%。总之, 秸秆深层还田有利于改善耕层土壤结构, 促进土壤有效融合, 消除土壤表聚现象。
施肥对紫色土农田土壤有机碳损失过程的影响
沈姣, 王小国, 马晗
2021, 29(9): 1571-1581. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210123
摘要(28) HTML(3) PDF(7)
摘要:
农田土壤有机碳气体交换与径流损失的研究大都相对孤立, 对二者之间的同步观测研究较少。本文利用紫色土坡地可测壤中流的径流小区, 开展了不同施肥处理下紫色土农田土壤有机碳土-气交换和土-水界面迁移过程的同步观测试验。试验处理包括: 无肥对照(CK)、常规氮磷钾(NPK)、猪厩肥配施氮磷钾(OMNPK)、秸秆配施氮磷钾(RSDNPK)。结果表明: 1)不同施肥处理的土壤异养呼吸速率与通量均呈现: RSDNPK>OMNPK>NPK>CK, 表明施加无机肥、有机肥和秸秆还田均会增加紫色土的土壤CO2排放, 其中秸秆还田配施氮磷钾肥的CO2排放通量为4155.87 kg(C)∙hm−2, 显著大于其他施肥处理。2)不同施肥处理的土壤有机碳径流损失通量表现为: RSDNPK>OMNPK>CK>NPK, 径流损失途径也存在差异, 与CK相比, RSDNPK处理在降低紫色土泥沙损失通量的同时, 显著增加了壤中流可溶性有机碳(DOC)损失通量, 达8.29 kg(C)∙hm−2, 各施肥处理的壤中流DOC损失通量占径流碳损失总通量的49.82%~92.11%, 说明壤中流DOC损失是紫色土有机碳径流损失的主要方式。3) RSDNPK处理的土壤有机碳损失总通量显著大于其他施肥处理, OMNPK与NPK处理的总通量没有显著差异; 各施肥处理的CO2排放通量占总通量的比例均大于99%, 说明气态损失是紫色土有机碳损失的主要途径。4)本文计算了不同施肥处理的单位产量碳损失通量, 将作物经济效益与生态环境负荷相结合, 结果表明CK的单位产量碳损失通量显著大于其他3个施肥处理。OMNPK处理的土壤有机碳含量为5.86 g∙kg−1, 大于NPK处理, 说明施加有机肥有利于土壤有机碳的积累, 因此在紫色土地区可以优先考虑施加有机肥配施氮磷钾肥。
麦秸与氮肥配施对水稻根际区土壤微生物量碳氮的影响
罗佳琳, 赵亚慧, 于建光, 王宁, 薛利红, 杨林章
2021, 29(9): 1582-1591. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.201019
摘要(37) HTML(13) PDF(11)
摘要:
土壤微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)是表征土壤肥力高低及变化的关键因子。水稻根际是水稻-土壤-微生物相互作用的场所, 根际微生物作为根际生态的重要组成部分, 是土壤有机质和养分转化的动力。本试验针对长江中下游典型水稻-小麦轮作区水稻非根际和根际区土壤SMBC和SMBN对麦秸还田与氮肥配施的响应规律开展研究。基于盆栽模拟试验, 采用根际袋法研究了不施加秸秆+不施加氮肥(CK)、麦秸直接还田(SN0)、麦秸与低量氮肥配施(SN1)、麦秸与高量氮肥配施(SN2) 4种模式下, 两种类型土壤(高砂土和黄泥土)水稻成熟期非根际和根际区SMBC和SMBN含量的变化。结果表明: 与CK相比, SN0处理下高砂土根际和非根际SMBC含量分别显著提高40.3%和48.1%, 而黄泥土根际和非根际区SMBC分别显著提高95.7%和75.4%。与SMBC不同, 与CK相比, SN0处理下高砂土根际SMBN含量变化不显著, 非根际显著降低19.9%; 而黄泥土根际和非根际土SMBN含量分别显著降低19.5%和49.0%。与SN0相比, 低量氮肥施用(SN1)显著提高了高砂土根际区和黄泥土非根际区SMBC含量, 提高比例约5.1%和11.1%, 同时SN1处理也显著提高了两种类型土壤根际和非根际SMBN含量, 其中高砂土提高17.3%和9.8%, 黄泥土提高36.1%和68.9%; 随着施氮量增加, 与SN0相比, 高量氮肥施用(SN2)显著提高两种类型土壤根际和非根际区SMBC和SMBN含量, 其中高砂土提高8.58%和13.5%, 黄泥土提高25.6%和232.9%。综合分析认为, 无论氮肥施用量高低, 秸秆还田配施氮肥都可以有效提高非根际和根际区SMBC和SMBN含量, 从而提升土壤养分有效性。因此, 秸秆还田配施氮肥对于提高长江中下游稻麦轮作区土壤肥力和促进作物生长具有重要意义。
烟秆炭基肥对薏苡土壤有机碳组分及微生物群落结构和丰度的影响
胡坤, 张红雪, 郭力铭, 吴凤英, 周碧青, 邢世和, 毛艳玲
2021, 29(9): 1592-1603. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210127
摘要(18) HTML(4) PDF(11)
摘要:
为探究烟秆炭基肥对薏苡土壤有机碳组分及微生物群落结构和丰度的影响, 以烟秆生物炭基肥为试验材料, 通过大田试验, 设置不施肥(CK)、常规施化肥(F)、施低量烟秆炭基肥(LBF)、施高量烟秆炭基肥(HBF) 4个处理, 测定土壤pH、有机碳组分及土壤细菌群落结构和丰度, 同时研究与土壤碳循环和微生物活性有关的4种酶活性变化特征, 分析土壤pH、土壤有机碳组分、土壤酶和土壤细菌丰度之间关系。结果表明: 1)施用烟秆炭基肥显著提高土壤pH及土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和微生物量碳(MBC)含量, 其中MBC提升效果最明显, 与常规施化肥相比提高41.09%~76.04% (P<0.05)。2)施用烟秆炭基肥显著提高土壤淀粉酶、脱氢酶活性, 与常规施化肥相比分别平均提高44.28%和57.54% (P<0.05), 而对土壤蔗糖酶影响不显著。3)施用烟秆炭基肥提高土壤细菌群落Chao1指数和Shannon指数, 提高土壤细菌丰度及多样性。4)施用烟秆炭基肥影响土壤细菌群落组成结构, 提高放线菌门和拟杆菌门相对丰度, 降低变形菌门和绿弯菌门相对丰度; 显著提高硝化螺旋菌属、布氏杆菌属等细菌属丰度(P<0.05), 降低酸土单胞菌属、泉发菌属丰度(P<0.05)。5)通过RDA分析, 土壤pH、碳组分、土壤酶活性和土壤细菌门群落丰度在烟秆炭基肥施用后存在一定相关关系, 其中土壤pH、SOC、POC、DOC和MBC含量与土壤各种酶活性均呈显著正相关关系(P<0.05), 而与变形菌门呈显著负相关(P<0.05)。综上, 烟秆炭基肥可以提高土壤pH、增加土壤有机碳组分含量、提高土壤酶活性和土壤细菌丰度, 进而改善土壤细菌群落结构, 改良薏苡种植土壤, 优化土壤生态。该研究可为烟秆废弃物资源化利用、土壤肥力提升提供参考依据。
伴矿景天间作方式对辣椒根围土壤镉迁移与有效性的影响
王高飞, 周鹏, 王永平, 王岩, 林杉, 邢丹
2021, 29(9): 1604-1614. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210038
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摘要:
为明确伴矿景天间作模式对辣椒植物根系周围土壤镉(Cd)迁移与可利用风险的影响, 于2019年在贵州省遵义市新蒲新区进行田间试验, 设置伴矿景天或辣椒单作、伴矿景天条带式间作辣椒(间作1)、伴矿景天交叉式间作辣椒(间作2)、伴矿景天混合式间作辣椒(间作3)等5种种植模式, 收获期采集辣椒根系周围土壤样品, 测定土壤各形态Cd含量和土壤pH、有机质、全量和有效氮磷钾以及球囊霉素(GRSP)含量。结果表明, 与辣椒单作相比, 间作2和间作3使辣椒根系周围土壤酸溶态Cd显著降低39.6%和41.5% (P<0.05), 可还原态Cd含量显著降低23.9%和29.0% (P<0.05)。同时也降低了土壤Cd迁移和植物可利用风险, 其中间作2和间作3处理土壤Cd迁移性分别降低25.8%和34.2%, 可利用性分别降低11.6%和26.9%。3种伴矿景天间作方式显著提高了土壤易提取球囊霉素含量, 分别提高24.5%、39.9%和40.6% (P<0.05); 间作2和间作3处理显著增加土壤总球囊霉素含量, 分别增加51.7%和86.7% (P<0.05)。冗余分析表明, 土壤环境因子对土壤Cd迁移和可利用风险影响重要性排序为总提取球囊霉素>速效钾>pH>易提取球囊霉素>全钾>全磷>全氮>碱解氮>有效磷>有机质, 土壤总提取球囊霉素、速效钾是影响土壤Cd迁移性和可利用性的关键调控因子。综上所述, 伴矿景天间作措施显著降低了辣椒根系周围土壤Cd迁移和可利用风险, 其中交叉式间作和混合式间作效果优于条带式间作。
不同冬季作物对稻田蚯蚓及蚯蚓粪产量的影响
李超, 赵杨, 郭立君, 程凯凯, 唐海明, 黄敏, 汤文光, 文丽, 汪柯, 崔婷, 肖小平
2021, 29(9): 1615-1624. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200821
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摘要:
基于大田调查, 结合2017—2020年的降雨量及积温数据, 研究了稻田种植不同冬季作物(T1, 冬闲; T2, 冬种紫云英; T3, 冬种油菜)对威廉环毛蚓(Pheretima guillelmi)产量及蚯蚓粪产量的影响, 以期为稻田蚯蚓增效提供理论及技术支撑。结果表明: 蚯蚓产量、蚯蚓粪产量及冬季作物产量在不同年度间的波动幅度均较大, 不同年度间的蚯蚓产量变异系数(CV)与冬季作物产量CV值极显著(P<0.01)正相关; 2018—2019年10—12月的持续降雨及12—2月的低温导致冬季作物及蚯蚓产量大幅下降。蚯蚓产量、蚯蚓粪产量与土壤有机质含量显著正相关(P<0.05), 与冬季作物产量均呈极显著正相关(P<0.01)。冬闲、冬种紫云英和冬种油菜的蚯蚓密度分别为8.4~12.8条·m−2、11.2~30.8条·m−2和20.4~49.1条·m−2, 蚯蚓平均密度分别为10.8条·m−2、20.7条·m−2和36.3条·m−2; 蚯蚓产量分别为290~428 kg·hm−2、368~1054 kg·hm−2和763~1845 kg·hm−2, 蚯蚓平均产量分别为373 kg·hm−2、695 kg·hm−2和1364 kg·hm−2; 蚯蚓粪产量分别为1921~3126 kg·hm−2、3023~10 116 kg·hm−2和6034~18 958 kg·hm−2, 蚯蚓粪平均产量分别为2652 kg·hm−2、6438 kg·hm−2和12 545 kg·hm−2; 平均值均表现为油菜>紫云英>冬闲。粪蚓比伴随冬季作物产量的增加而增加, 平均为8.8。油菜不同产量水平间的蚯蚓产量及蚯蚓粪产量的变幅均小于紫云英。综上, 蚯蚓产量及蚯蚓粪产量受年际间气候干扰较大, 冬季作物高产田块的土壤有机质含量较高, 有利于提高蚯蚓产量、蚯蚓粪产量及其产量稳定性, 且冬种油菜的效果更好。
农业生态经济与生态农业
城镇化对种植业面源污染影响的中介效应分析
罗海平, 何志文, 胡学英
2021, 29(9): 1625-1635. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210033
摘要(23) HTML(2) PDF(13)
摘要:
在当前城镇化持续推进的背景下, 探究我国城镇化对化肥面源污染的作用机制, 对缓解我国生态压力, 促进农业绿色高质量发展具有重要现实意义。鉴于此, 本文基于2008—2018年城镇化和化肥施用量等省际面板数据, 运用单元调查评估法测算2008—2018年31个省(市、自治区)化肥面源污染物排放总量及排放强度, 再运用中介效应模型探究城镇化对化肥面源污染的影响机制。结果表明: 1) 2008—2018年我国化肥面源污染排放呈现先增后降的倒“U”型特征, 以2015年为拐点, 到研究期末排放总量及强度均降至该时期最低水平, 分别为516万t和37.65 kg·hm−2。2)从全国层面看, 城镇化会通过技术进步、劳动力转移、农地禀赋对化肥面源污染产生中介影响, 其中农地禀赋中介效应绝对值最大(0.0092), 劳动力与技术进步趋近, 分别为0.0040和0.0033。3)城镇化对化肥面源污染的影响机制存在显著的空间异质性。从技术进步看, 粮食主销区的中介效应绝对值最大(0.0160), 粮食主产区次之(0.0118), 粮食产销平衡区无显著中介效应; 从劳动力看, 仅粮食主产区存在显著中介效应(0.0538); 从农地禀赋看, 粮食主销区的中介效应绝对值最大(0.0126), 粮食产销平衡区次之(0.0095), 粮食主产区最小(0.0055), 其中粮食产销平衡区的中介效应方向与其他地区相反。为此, 在粮食主销区应重点加强耕地保护, 加快制定跨区协作的“占补平衡”制度, 在粮食主产区应积极引导优质劳动力回流农业部门, 在粮食平衡区应加快绿色农业技术与管理模式的应用。
基于改进TPB框架的新型农业经营主体绿色生产决策机制研究
赵晓颖, 郑军, 张明月, 李画画
2021, 29(9): 1636-1648. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210215
摘要(14) HTML(6) PDF(5)
摘要:
面对传统小农经营方式无法满足农业可持续发展的现实困境, 激励新型农业经营主体从事绿色生产具有重要研究价值和时代意义。本文在计划行为理论(TPB)基础上, 构建“外部环境→内在认知→行为意向→行为实施”的绿色生产决策机制框架, 并利用山东省293家蔬菜家庭农场的微观数据进行了实证检验。结果显示: 1)从作用机制来看, 外部环境通过内在认知和行为意向的中介作用对行为实施产生影响, 相关假设均通过显著性检验, 决策模型具有较好的解释力。2)从影响效应来看, 市场激励、政府规制、行为态度、控制认知和行为意向对行为实施的影响效应分别为0.393、0.177、0.260、0.423和0.296, 总体来看, 市场激励和控制认知2类因素的影响效应最大, 其次为行为态度。3)从因素载荷来看, 产业合作和消费需求、生态补偿和技术培训、经济价值认知和行为障碍感知, 分别是形成市场激励、政府规制、行为态度和控制认知的关键因素。4)从组群分析来看, 不同规模和不同代际的家庭农场, 其绿色生产决策机制有一定差异性。应从培育市场环境、降低禀赋约束、立足经济导向和坚持分类施策等方面引导家庭农场的绿色生产转型。