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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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220003
摘要(17) HTML(0) PDF(3)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220021
摘要(14) HTML(5) PDF(5)
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。
秸秆覆盖温度效应对冬小麦农艺和生理性状影响
陈素英, 牛君仿, 张喜英, 邵立威, 姚振刚, 李建波
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220120
摘要(13) HTML(1)
摘要:
秸秆覆盖是一项有效的节水保墒技术, 广泛应用于农业生产。而对于凉季生长的作物, 秸秆覆盖引起的温度效应对作物生长发育的影响大于秸秆覆盖的保墒效应, 而导致作物减产。利用大田试验研究秸秆覆盖冬小麦的温度效应对冬小麦生理和农艺性状的影响, 探明秸秆覆盖引起冬小麦减产的机理。试验设置4个秸秆覆盖量处理: 不覆盖(CK)、低覆盖量(2450 kg∙hm−2, LM), 中覆盖量(3675 k∙hm−2, MM)和高覆盖量(7350 kg∙hm−2, HM), 调查不同处理对土壤温度、冬小麦生理性状(内源激素、茎伤流液离子浓度)和农艺性状[植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、地上部干物质积累、根长]及产量的影响。结果表明: 秸秆覆盖提高了冬季土壤温度, 降低了春季返青期土壤温度。由于冬季冬小麦生长发育停止, 秸秆覆盖的增温效应对冬小麦生长影响较小。春季返青期, 冬小麦开始快速生长, 秸秆覆盖对根区土壤温度的降低效应显著抑制了冬小麦的生长发育。返青期覆盖处理下冬小麦茎生长素(IAA)含量在低、中和高覆盖量下分别是不覆盖处理的1.7倍、2.5部和2.7倍, 较高的IAA含量抑制了冬小麦的生长。覆盖处理茎中生长素和玉米核苷素比值(IAA/ZR)的增加, 抑制了分蘖的生长。秸秆覆盖下冬小麦农艺性状如根长密度、NDVI和RVI、密度和地上部生物量显著低于CK。至拔节期随着秸秆覆盖对土壤温度影响减弱, 覆盖处理茎中的IAA含量显著降低, 低于CK处理, IAA/ZR比值也迅速下降, 与CK间差异减小, 茎中伤流液中离子浓度覆盖处理均高于CK, 均表明覆盖处理下小麦的生理功能加强, 但至拔节期覆盖处理下的冬小麦各农艺性状仍然低于CK, 秸秆覆盖下的冬小麦抽穗和扬花期比不覆盖晚2 d, 最终覆盖处理的冬小麦产量低于CK。秸秆覆盖对土壤温度、生理性状和农艺性状的影响随着覆盖量的增加而增加。综上研究表明, 秸秆覆盖引起的返青期土壤温度偏低延缓冬小麦生理过程是导致冬小麦产量降低的主要原因, 消减返青期秸秆覆盖层的温度效应是解决秸秆覆盖影响冬小麦产量的有效途径。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210872
摘要(11) HTML(1) PDF(2)
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。
“三生”用地结构变化对生态系统服务和农户生计的影响—以太行山区洞阳坡小流域为例
齐菲, 李彦鑫, 高会, 付同刚, 王丰, 蒋莞艳, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220055
摘要(10) HTML(1) PDF(2)
摘要:
太行山区由于受人类活动的影响, 在过去的几十年内众多小流域土地利用结构产生了很大的变化, 进而影响了小流域生产、生活、生态的“三生”用地结构、生态系统服务和山区农户生计。本文以洞阳坡小流域作为太行山中山区代表, 通过对当量因子法系数的修正, 对2000—2020年“三生”用地结构变化及其生态系统服务价值进行了评估, 并以人工种植面积最大的且为本地优势树种的连翘为例, 进一步调研分析了“三生”用地结构变化对农户生计的影响。研究结果表明: 1) 20年来洞阳坡小流域“三生”用地结构比例基本保持不变, 呈现出生态用地>生产用地>生活用地。但“三生”用地中生态用地内部的土地利用方式发生了变化, 具体表现为人文作用下, 当地优势树种连翘种植面积显著增加。2) 20年来洞阳坡小流域内生态系统服务价值提高了1528万元, 其主要原因是生态用地中大量草地转化为以种植连翘为主的林地, 林地生态系统服务的提高占生态系统总服务提高贡献率的99.95%。3) 20年来, 连翘林地供给服务的增加占小流域供给服务增加的43.05%, 占小流域生态系统总服务增加的28.02%, 连翘林地生态系统服务供给效益的提高增加了洞阳坡小流域的农户收入使得小流域农户生计水平有所改善, 连翘种植带来的“三生”用地变化对农户收入来源结构起到了优化调整的作用。本研究可为太行山区的生态经济协同发展提供一定的理论依据。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210895
摘要(13) HTML(0) PDF(3)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210849
摘要(19) HTML(4) PDF(8)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210898
摘要(20) HTML(6) PDF(5)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210903
摘要(6) HTML(3) PDF(2)
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。
“双碳”战略背景下农业与农村减排技术路径分析
谢立勇, 杨育蓉, 赵洪亮, 郭李萍, 靳泽群, 杨扬, 何雨桐
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210599
摘要(144) HTML(27) PDF(78)
摘要:
实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。这不仅是人类应对气候变化的客观需求, 也是国内产业转型升级的现实需求。必须从高耗能、高污染向高质量的发展模式转变, 向绿色低碳经济转型, 实现经济社会可持续发展。随着现代农业的发展和农业现代化的推进, 农业与农村领域蕴含着巨大的减排潜力和减排需求。本文梳理了农业与农村领域主要温室气体排放源, 包括农田系统、畜牧业系统、垃圾废物以及日常生活。非二氧化碳温室气体是这个领域的排放重点, 并且排放量相对稳定。着重分析了农业与农村温室气体源汇关系和减排潜力。汇总了农业与农村领域温室气体的主要减排路径, 包括农田系统减排、畜牧系统减排、二次资源减排及绿色生活减排, 其中稻田甲烷减排、旱地氧化亚氮减排以及反刍动物甲烷减排是关键。讨论了农业与农村领域减排的特殊性和科学性, 提倡遵循农业与农村温室气体减排的内在潜力和客观规律, 开展科技创新、技术推广, 避免盲目减排、过度减排, 反对单纯追求农业与农村系统内部的碳中和。明确了农业与农村领域的固碳减排必须保障食物安全不受影响, 必须与农业减污降碳、绿色发展同步推进, 与适应气候变化协同进行, 建立完善的创新和保障体系, 实现生产、生活、生态的协调发展, 为生态文明建设提供支持, 为乡村振兴提供助力。
红壤铁氧化物对有机碳的固定及其对长期施肥的响应
万丹, 王伯仁, 张璐, 张婷, 陈玖斌, 余光辉, 韩亚峰, 黄巧云
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210705
摘要(146) HTML(33) PDF(54)
摘要:
以湖南衡阳红壤实验站25年长期定位施用化肥和有机肥的红壤为研究对象, 通过焦磷酸钠、盐酸羟胺和连二亚硫酸钠-盐酸溶液分别提取了土壤中络合铁、非晶形铁氧化物和晶形铁氧化物及其结合态有机碳, 借助总有机碳分析和紫外-可见光谱等技术探讨了红壤中不同类型铁氧化物对土壤有机碳固定的贡献及其对长期施肥的响应。结果表明, 红壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳的含量为络合铁结合态有机碳(2.45~3.59 g∙kg–1, OCPP)>晶形铁氧化物结合态有机碳(1.46~1.51 g∙kg–1, OCDH)>非晶形铁氧化物结合态有机碳(0.39~0.70 g∙kg–1, OCHH), 其中OCPP主要是络合铁与芳香性弱、疏水性强的大分子有机物通过螯合或者共沉淀作用形成, 而OCHH和OCDH则主要是吸附在(羟基)铁氧化物上的芳香类化合物, OCHH比OCDH具有更大的分子量和更强的芳香性。长期施用化肥(NPK)显著增加(P<0.05)了红壤中OCHH和OCPP的含量, 长期施用有机肥(M)仅促进(P<0.05)非晶形铁氧化物与有机碳结合。NPK处理显著增加(P<0.05)红壤中OCDH的平均分子量以及OCPP的疏水性和芳香性, 而M处理则降低(P<0.05)了OCPP的平均分子量、OCPP和OCHH的疏水性和芳香性。综上所述, NPK和M处理均能提高红壤中铁氧化物的固碳能力, 但对不同类型的铁氧化物影响不一, 此外长期施肥还会改变铁氧化物结合态有机碳的组成。
稻渔系统碳固持与甲烷排放特征
戴然欣, 赵璐峰, 唐建军, 章涛杰, 郭梁, 罗崎月, 胡中元, 胡亮亮, 陈欣
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210811
摘要(93) HTML(31) PDF(68)
摘要:
稻渔系统(“渔”是水产动物如鱼、蟹、虾、鳖等的统称)是利用稻田浅水环境在种植水稻的同时放养一定数量水产动物的复合稻作体系。稻渔系统中水稻和水产动物相互作用影响着稻田系统碳氮等元素的运转和循环, 对稻田系统碳固持和碳排放是否和如何产生影响也受到关注。基于国内外的研究报道, 本文分析了稻渔系统土壤有机碳和甲烷(CH4)排放特征和影响因素。在土壤有机碳固持方面, 与水稻单作系统相比, 稻渔系统土壤(0~20 cm)有机碳总体呈增加趋势, 主要与水产动物取食与排泄物转化和输入碳有关。在CH4排放方面, 不同研究存在差异, 一些研究表明稻渔系统(如稻蛙、稻虾、稻鱼等模式)的CH4排放显著低于水稻单作系统, 而一些研究则发现稻渔系统(如稻鱼模式) CH4排放显著高于水稻单作系统。稻渔系统CH4排放主要受水产动物类群、水稻品种、稻田环境和种养措施等因素的影响。论文提出未来稻渔系统土壤有机碳固持和CH4排放的研究应聚焦在: 1)长期定位监测研究稻渔系统土壤有机碳库的变化、CH4等气体排放, 通过长期定位观测, 研究稻渔系统有机碳库和CH4排放的动态特征; 2)研究不同水产动物对稻田系统土壤碳库和CH4等气体排放的影响机理; 3)CH4低排放水稻的育种和品种筛选, 比较研究水稻与水产动物群体的配比、饲料和肥料投入比例、稻田水分管理模式、秸秆还田策略等, 构建出适用于稻渔系统的固碳减排技术体系。
稻田土壤固碳关键过程的生物地球化学机制及其碳中和对策
祝贞科, 肖谋良, 魏亮, 王双, 丁济娜, 陈剑平, 葛体达
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210748
摘要(212) HTML(86) PDF(112)
摘要:
稻田生态系统具有碳源和碳汇双重功能, 调控稻田土壤固碳减排, 对于保障我国粮食安全以及实现“碳中和”目标具有重要意义。近年来, 国内外学者在稻田土壤有机碳周转过程与机制方面开展了大量研究, 本文从土壤有机碳的来源、转化、稳定与技术调控等方面, 总结和分析稻田土壤固碳过程和机制, 并提出应对“碳中和”的策略。稻田土壤有机碳主要来源于水稻秸秆、根系、根际沉积碳、微生物同化碳以及有机肥等。外源有机碳输入土壤后, 其分解矿化过程首先受控于有机碳溶出过程, 而微生物矿化溶出的有机碳过程与土壤水分条件、养分含量及其计量比、微生物活性等因素密切相关。除了矿化释放的有机碳, 其余部分主要是通过微生物的同化代谢, 形成活体微生物及其残留物, 最终以团聚体保护、矿物结合态保护、微生物残体保护等形式固持于土壤中。我国水稻土具有显著的固碳效应, 近40年来的实测数据表明, 在水肥管理和秸秆还田等多举措实施下, 我国亚热带水稻土耕作层有机碳含量增加了约60%。采用增碳减排措施, 优化稻作系统耕作方式和田间管理模式, 建立碳减排生态补偿机制, 推动稻作系统纳入“碳交易”市场, 对实现“碳中和”起到了积极作用。所以, 在今后的研究中, 需要深入阐明稻田固碳功能形成机制, 提升核算与预测稻田碳中和能力, 加快稻田碳中和技术研发, 为提前实现“碳中和”战略目标提供科技支撑。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210752
摘要(8) HTML(2) PDF(5)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210891
摘要(53) HTML(9) PDF(9)
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。
华北平原小麦新型耕作施肥播种方式增产增效研究
徐萍, 杨宪杰, 冯佐龙, 孙彦玲, 杨震, 张西群, 邓学斌, 史家益, 张正斌
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210851
摘要(87) HTML(24) PDF(5)
摘要:
华北平原是我国夏玉米-冬小麦主产区, 但长期大面积免耕播种玉米和旋耕播种小麦, 导致耕层普遍变浅, 增产增效幅度下降, 同时华北平原又是地下水严重超采区和现代节水农业发展重点区。为了打破犁底层、提高水分和养分等资源利用效率, 减少耕种作业次数、降低生产成本并增产增效, 本研究采用裂区试验设计, 主区为前茬设置免耕玉米播种和遁耕分层施肥玉米播种2个处理, 免耕玉米播种主区里设置人工施肥-旋耕-小麦条播(T1)、人工施肥-旋耕深松-小麦条播(T2) 2个副区; 遁耕分层施肥玉米播种处理主区后茬为人工施肥-旋耕-小麦条播(T3)、旋耕深松分层施肥小麦宽幅匀播(T4) 2个副区处理, 在分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟期, 对小麦生长发育、干物质积累和产量构成性状进行了调查和差异比较; 最后对小麦水分利用效率和偏氮肥生产力、玉米-小麦周年总产及产出/投入比进行了分析。结果表明, T4处理模式明显能够降低0~40 cm耕层土壤容重, 增加深层土壤含水率, 同时优化了耕层养分分布, 增加了小麦株高、分蘖、地上部干物质重量、0~40 cm耕层的根干重, 进而提高了单位面积穗数和穗粒数, 实现节水高产; 籽粒产量表现为T4 (8333.75 kg∙hm−2)>T3 (8222.63 kg∙hm−2)>T2 (7778.17 kg∙hm−2)>T1 (7000.35 kg∙hm−2); T4、T3、T2处理分别比T1处理显著增产19.05%、17.46%和11.1%; 提高了水分利用效率和偏氮肥生产力; T4处理累计全年粮食总产达19 469.7 kg∙hm−2, 超过了吨粮田(15 000 kg∙hm−2), 产出/投入比达3.76, 是华北平原玉米-小麦周年节水绿色提质增产增效的耕作模式。本文揭示了不同耕作施肥播种条件下, 小麦产量形成的生长发育特征和增产要素及玉米-小麦周年增产增效特征。建议加快在华北平原示范推广“小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播技术”。
随机森林模型在径流变化归因分析中的适用性研究
王艺璇, 刘夏, 沈彦军
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210652
摘要(53) HTML(28) PDF(11)
摘要:
气候变化和人类活动是影响流域径流变化的两大因素, 定量识别二者对流域径流的影响对水资源合理开发和流域综合治理具有重要意义。随机森林模型作为一种易于使用的机器学习方法, 被越来越多地应用于水文学领域, 然而随机森林模型在径流变化归因分析中是否具有适用性值得探讨。本文以永定河上游的洋河流域为例, 基于随机森林模型对流域径流进行了模拟, 采用径流影响评价模型定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率; 并利用基于物理机制的SWAT模型对研究结果进行了对比验证。研究结果表明: 1)在对不同子流域径流模拟效果方面, SWAT分布式水文模型对东洋河(柴沟堡东站)、南洋河(柴沟堡南站)、洋河(响水堡站)流域突变前的径流量模拟结果较为可信, 3个流域率定期和验证期的R2均在0.65以上, 纳什系数(NSE)也大部分在0.65以上; 随机森林模型对3个流域模拟径流的NSE和R2多在0.80以上, 均高于SWAT模型的NSE和R2, 随机森林模型模拟表现优于SWAT模型; 2)对比验证发现, 基于随机森林模型和SWAT模型的流域径流变化归因分析结果较为相近, 人类活动是导致永定河上游流域径流变化的主要原因, 对径流减少的贡献率为84.3%~97.6%。总体上, 随机森林模型在永定河上游流域径流变化归因研究中具有一定的适用性, 为流域径流变化贡献率的定量识别提供了一种新的方法和思路。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220018
摘要(12) PDF(4)
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。
秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排效应
冯新新, 左涛, 孙宁, 谢杰, 高春雨, 毕于运, 王亚静
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210679
摘要(104) HTML(19) PDF(33)
摘要:
探究我国秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排量计算方法, 定量估算典型工程温室气体减排量, 可为我国秸秆成型燃料集中供暖工程减排量估算提供理论依据与方法支撑。参考IPCC(政府间气候变化专门委员会)《国家温室气体清单指南》、UNFCCC(《联合国气候变化框架公约》)方法学、CDM (清洁发展机制)方法学, 以秸秆自然腐解为基准线, 建立了秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排量计量方法。该计量方法包括项目边界、基准线排放、项目排放等方面。结果表明, 2019—2020年一个供暖季甘肃省临洮县5个秸秆成型燃料集中供暖示范工程基准线排放量为1610.08 t CO2, 项目排放量为104.67 t CO2, 净减排量为1505.41 t CO2, 约相当于减少了529.45 t标准煤的CO2排放量。临洮县秸秆成型燃料集中供暖工程每消耗1 t玉米秸秆原料, 可减少1.17 t CO2排放。本研究系统构建了基于秸秆自然腐解基准线的秸秆成型燃料集中供暖温室气体减排量计量方法, 完善了秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排估算方法学体系, 证明了秸秆成型燃料集中供暖工程具有明显的减排效果。
不同轮耕模式对豫北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响
朱长伟, 陈琛, 牛润芝, 李洋, 姜桂英, 杨锦, 申凤敏, 刘芳, 刘世亮
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210741
摘要(60) HTML(20) PDF(46)
摘要:
为探究不同轮耕模式对豫北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响, 本研究在豫北潮土区, 于2016—2020年小麦季以3年为一个轮耕周期, 设置5个处理: 连续旋耕(RT-RT-RT)、深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、深耕-旋耕-浅旋耕(DT-RT-SRT)、深耕-浅旋耕-浅旋耕(DT-SRT-SRT)、深耕-浅旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。测定并分析了2019年和2020年0~50 cm土层土壤容重、总有机碳(SOC)、易氧化有机碳(LOC)、稳态有机碳(NLOC)含量及有机碳储量和碳库管理指数。结果表明, 各轮耕处理均能降低0~40 cm土层的土壤容重。在0~20 cm土层, DT-SRT-SRT处理的SOC、LOC和NLOC含量最高, 分别为11.54 g∙kg−1、3.31 g∙kg−1和8.30 g∙kg−1; 而相较于RT-RT-RT处理, DT-SRT-RT处理显著增加10~40 cm土层SOC、LOC和NLOC含量; 且各轮耕处理降低了LOC/SOC, 但提高了NLOC/SOC, 尤其是20~40 cm土层, 最高增长7.5%。试验期内, 各轮耕处理均能提高0~40 cm土层土壤有机碳储量, 2019年0~30 cm土层, DT-SRT-SRT处理有机碳储量最高, 为36.64 Mg∙hm−2; 但在2019和2020年, 0~40 cm土层, DT-SRT-RT处理的有机碳储量均为最高, 与RT-RT-RT处理相比分别提高12.8%和9.7%。随耕作年限的不同土壤碳库管理指数(CPMI)呈现出一定的差异, 2019年, DT-SRT-RT处理显著降低了0~40 cm土层中的活度指数, CPMI相对较低, 最高降幅为4.3%。而2020年, DT-SRT-RT处理显著提高了0~40 cm土层的碳库指数和CPMI, CPMI最高为108.5。综合以上分析, 深耕-条旋耕-旋耕处理显著降低了土壤容重, 提高SOC、LOC和NLOC, 增加0~40 cm土层有机碳储量, 具有明显的固碳效应。
长江中下游水稻生产固碳减排关键影响因素及技术体系
刘天奇, 胡权义, 汤计超, 李成芳, 江洋, 刘娟, 曹凑贵
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210733
摘要(104) HTML(30) PDF(54)
摘要:
水稻生产是中国农业温室气体的主要排放源之一, 针对“碳达峰”和“碳中和”的战略目标, 探究影响水稻生产固碳减排的关键因素, 构建水稻生产固碳减排技术体系具有重要意义。 本文针对长江中下游水稻主产区, 开展包括免耕、氮肥深施、间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施管理等低碳管理措施在内的定位试验, 分析水稻生产固碳减排的关键影响因素。在长期监测稻田温室气体排放的基础上, 使用13C核磁共振技术分析有机碳官能团分子结构, 明确稻作管理措施增汇减排机理。进一步从碳足迹角度评估不同稻作管理技术下稻田生产间接碳排放。同时使用13C秸秆示踪技术, 明确秸秆外源碳在稻作循环中的转化比例。研究结果显示, 通过调控秸秆和氮肥配比, 可以促进秸秆碳向小分子官能团的转化, 并促进土壤团聚体吸附外源颗粒有机碳, 相比常规秸秆管理模式提高土壤碳库闭蓄态颗粒有机碳储量32.3%。间歇性节水灌溉技术可以通过提高甲烷氧化菌丰度, 减少稻田甲烷排放19.9%~21.1%。免耕等低能耗稻田管理技术可以减少燃油和人力等投入, 综合降低稻田生产间接碳排放10.5%~16.7%。相对于常规稻田秸秆还田模式, 间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施等管理技术可以提高秸秆外源碳循环固定率57.3%~59.9%。土壤团聚体结构发育、碳排放功能微生物、土壤氮素底物浓度、水稻生产碳足迹和作物碳固定量是影响水稻生产碳中和的关键因素。从“增汇” “减排” “降耗” “循环”角度, 构建水稻生产固碳减排技术体系可以促进水稻生产碳固持28.9%~67.6%。
不同土地经营模式的稻鱼共生系统环境影响评价
崔文超, 焦雯珺, 闵庆文
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210736
摘要(70) HTML(19) PDF(35)
摘要:
农业碳排放是全球碳排放的重要组成部分, 研究农业碳排放对当下我国探索农业绿色转型发展具有重要意义, 而针对碳排放的环境影响评价则可为促进农业绿色转型发展提供重要参考。本研究以青田稻鱼共生系统为研究对象, 利用基于生命周期评价的碳足迹模型开展不同土地经营模式下的稻鱼共生系统环境影响评价。研究发现: 1)以发展梯田旅游为重点的经营模式虽然碳足迹仅为5779.1 kg(CO2-eq)∙hm−2, 在碳减排方面最具优势, 但其单位产值碳足迹却高达0.17 kg(CO2-eq)∙¥−1, 较低的经济效益并不利于长久的可持续发展; 2)以扩大田鱼养殖为重点的经营模式经济效益显著, 单位产值碳足迹仅为0.05 kg(CO2-eq)∙¥−1, 但较高的农资投入使得其碳足迹高达7928.6 kg(CO2-eq)∙hm−2, 面临着环境风险的增加, 必须找到经济产出与环境风险的平衡点; 3)在政府的政策与资金支持下, 以维持传统生产为重点的经营模式较好地践行了遗产保护理念, 稻鱼共生系统的碳足迹为6266.7 kg(CO2-eq)∙hm−2, 单位产值碳足迹为0.12 kg(CO2-eq)∙¥−1, 但从长远来看, 还需通过提升产品经济价值、促进农旅融合发展实现经济和环境效益的双赢。研究结果揭示了不同土地经营模式下稻鱼共生系统在经济和环境效益上的显著差异, 并为不同土地经营模式下稻鱼共生系统的绿色可持续发展提供了政策建议。
华北平原小麦-玉米轮作系统碳中和潜力及固碳措施
王玉英, 胡春胜, 董文旭, 张玉铭, 李晓欣, 刘秀萍
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210747
摘要(108) HTML(35) PDF(66)
摘要:
农业碳中和是将工业生产的二氧化碳(CO2)用于农业生产的有效手段。针对国家提出的CO2排放于2030年前达到峰值(碳达峰), 2060年前实现碳中和目标, 我们利用“静态箱-涡度相关-生物量监测法”明确了华北平原农业非能源碳平衡; 同时结合农户抽样调查和农事活动碳排放系数明确了农业能源碳排放, 进而计算出该区域农田的碳中和潜力。结果表明: 小麦-玉米轮作农田净截存的有机碳量小麦季和玉米季分别为604 g(C)∙m−2和540 g(C)∙m−2。考虑农田生态系统的呼吸损耗, 该区域小麦季和玉米季非能源碳净碳固存量分别为−359 g(C)∙m−2和−143 g(C)∙m−2。通过对农地投入中能源碳排放的研究发现, 冬小麦季农药、化肥、农用机械消耗柴油及农地灌溉的碳排放分别为3.74 g(C)∙m−2、90.70 g(C)∙m−2、5.68 g(C)∙m−2和2.05 g(C)∙m−2, 玉米季分别为2.89 g(C)∙m−2、53.70 g(C)∙m−2、10.20 g(C)∙m−2和2.05 g(C)∙m−2。综合非能源(包括籽粒固碳)和能源碳观测, 华北平原冬小麦季和夏玉米季均为碳汇, 其强度分别为−257 g(C)∙m−2和−74 g(C)∙m−2。以华北平原典型集约高产粮区——河北栾城为例, 其每年冬小麦和夏玉米农田的碳中和潜力分别为3.8×1010 g(C)和9.4×109 g(C)。此外加强耕地管理, 推广农业低碳化和发展富碳农业均可作为该区域有效的固碳措施。总之, 本研究明确了华北平原小麦-玉米轮作农田的碳汇强度, 估算了该农田系统在河北栾城的碳中和潜力, 并提出了有效的固碳措施。
北方典型农业生态系统的固碳减排路径及模式
蔡育蓉, 王立刚
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210789
摘要(94) HTML(43) PDF(69)
摘要:
北方农业生态系统在保障我国粮食安全和生态安全方面具有举足轻重的地位, 尤其在氧化亚氮(N2O)减排和土壤固碳方面具有巨大的潜力, 但在“碳达峰”与“碳中和”实施过程中, 在保障粮食安全的基础上, 农田土壤固碳和非二氧化碳减排的路径如何选择?不同区域典型农业生态系统固碳减排模式是什么?固碳减排实施过程需要注意哪些问题?这些问题尚缺乏系统研究。因此, 本文在系统分析北方不同区域农业生产特点的基础上, 提出北方农业生态系统温室气体减排遵循“稳能减排”、固碳遵循“减速双增”的路径, 并指出不同区域固碳减排重点内容; 归纳提出低碳循环、扩容增碳、碳优化养殖、节氮保碳等4种模式的技术构成、固碳减排效应及其适应区域; 进而探究了北方农业生产助力“碳达峰”与“碳中和”过程需要关注“固碳与减排协同、固碳减排效率、技术模式大规模实施”等问题, 为我国北方低碳绿色农业发展提供思路和支撑。
华北平原蒸散发变化及对植被生产力的响应
王林娜, 韩淑敏, 李会龙, 杨永辉
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210922
摘要(8) PDF(3)
摘要:
华北平原是我国粮食主产区, 水资源短缺是限制区域粮食生产和社会经济发展的重要因素。研究蒸散发动态变化、分析演变发展的驱动因素, 对于探明区域水资源演变、优化水资源管理具有重要参考价值。本文基于500 m空间分布率的PML_V2遥感蒸散产品, 选择华北平原和蒸散量变化存在差异的3类农业类型区分别是:以石家庄、保定为代表的山前平原区,以衡水为代表的中部低平原区,以德州为代表的黄河灌区(共4个典型区), 对像元尺度蒸散发变化、变化的显著性和影响因素开展研究。结果表明: 1)2001—2019年, 华北平原年均蒸散量为588.1 mm, 年际变化呈低-高-低的震荡波动态势; 小麦季蒸散量受压采、休耕政策影响, 呈不显著下降趋势; 玉米季蒸散量上升趋势显著。2)基于Theil-Sen Median斜率和Mann-Kendall方法的显著性检验结果表明, 蒸散量显著增加的区域主要位于中部低平原和黄灌区; 不同土地利用类型下蒸散量变化有显著差异,农业用地内有85.5%的地区蒸散量变化呈上升趋势,其中有42.3%达到显著上升, 主要分布在黄河灌区一带, 城市化发展导致城市外围区蒸散量显著减少, 但在北京、天津等大城市内部蒸散量有增加趋势。3)蒸散量与GPP、NDVI相关性分析表明, 蒸散量与GPP的相关性较高, 更能反映粮食主产区植被生产力对蒸散发的影响, 尤其在黄河灌区和中部低平原区均达到显著相关水平。
华北平原农田关键带分类研究
马婉君
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220042
摘要(10) PDF(3)
摘要:
地球关键带是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈相互作用并发生物质迁移转化的区域,也是决定人类社会生存和发展的关键区域。我国学者根据土地利用的差异对地球关键带开展了分类,其中农田关键带是人类活动影响最为强烈的一类。但已有研究更多考虑的是地表要素,包含包气带和含水层方面的要素较少,对关键带地下部分的属性关注不够。华北平原作为我国重要粮食高产区,地下水超采严重,农业生产引起的环境污染风险日益引发关注。开展农田关键带分类研究可以为该区域地下水水量/水质演化及保护提供基础科学支撑。本研究综合考虑华北平原的第四纪沉积物特征、浅层地下水埋深、地下水矿化度以及农业土地利用类型等要素,在遵循综合性原则和主导因素原则的基础上,制定了华北平原农田关键带三级分类方案。通过使用叠置法对分类要素进行叠加和合并,提出了华北平原农田关键带的分类方案。该方案将华北平原分为38个农田关键带类型,对于系统认识农业活动及其对关键带过程影响具有重要意义。
县域尺度下河北省农业碳排放时空演变与影响因素研究
周一凡, 李彬, 张润清
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210624
摘要(89) HTML(25) PDF(44)
摘要:
县域是农业碳排放基本单元, 研究县域农业碳排放的时空演变与驱动因素对制定区域差异化农业减排政策有重要意义。本文测算了2009—2019年河北省168个县农业碳排放量, 基于探索性空间统计与空间计量方法, 研究了县域农业碳排放的时空演变与影响因素并讨论了空间溢出的边界。研究表明: 河北省农业碳排放整体呈下降趋势, 农业碳排放中土地管理、畜禽肠道发酵和粪便管理的碳排放分别占33.00%、42.57%和24.33%, 县域尺度农业碳排放呈现高度空间集聚的特点。农业碳排放的热点分布与农业产业结构有密切关系, 土地管理引发的农业碳排放热点在冀东南的深州、武强、饶阳等县, 冀北丰宁、围场、滦平和隆化县为畜牧业排放热点。县域农业碳排放有显著的空间溢出效应, 邻近地区农业碳排放对本地区碳排放有正向作用。农业经济发展是农业碳排放增加的主要驱动力, 农业产业结构、机械化程度、化肥施用强度、农村能源消费和农民收入是驱动农业碳排放增长的重要因素。城镇化率对农业碳排放有反向影响。农业碳排放受空间外溢与边界效应双重影响, 碳排放空间溢出范围大概在6~8个邻近县。本研究为建立区域农业碳减排机制提供了政策依据和定量研究工具。
山东省农业碳排放特征、影响因素及达峰分析
刘杨, 刘鸿斌
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210582
摘要(102) HTML(20) PDF(45)
摘要:
利用IPCC经典碳排放计算理论, 基于农资投入、农田利用及畜禽养殖3类主要碳源, 测算了山东省2000—2020年农业碳排放量, 采用LMDI模型开展影响因素分析, 并运用灰色预测模型GM(1, 1)预测2021—2045年碳排放量。结果表明: 2020年山东省农业碳排放量为1.58×107 t, 农业碳排放强度为0.205 t∙(104 ¥)−1。2000—2020年山东省农业碳排放总量呈先上升后波动下降趋势, 农业碳排放强度逐年降低。农业碳排放源类贡献率由高到低依次为农资投入、畜禽养殖和农田土壤利用。2000—2020年16地市农业碳排放量及排放强度均呈现一定的区域差异, 且有扩大趋势, 菏泽农业碳排放量和平均碳排放强度均居首位。农业生产效率、农业产业结构、地区产业结构、劳动力因素对碳减排起到一定作用, 地区经济发展水平和城镇化率因素为农业碳排放量增加的主要因素。预测结果表明, 山东省农业碳排放量在2030年前已达到峰值, 济南、青岛等9市农业碳排放量在2030年前已达峰, 枣庄、东营等7市在2030年前未达峰, 并针对山东省农业碳排放特征及影响因素提出减排建议。
中国农业碳排放效率空间关联网络结构及驱动因素研究
尚杰, 吉雪强, 石锐, 朱美荣
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210607
摘要(178) HTML(43) PDF(53)
摘要:
农业碳排放效率研究对于农业碳达峰、碳中和目标的实现具有重要意义, 现有研究缺乏基于关系数据和网络视角进行的农业碳排放效率研究, 制约了区域农业协同减排活动的开展。本研究基于关系数据和网络视角, 以2010—2019年中国大陆31个省(市、自治区)农业碳排放效率为研究对象, 以非期望产出的SBM模型测度其农业碳排放效率, 利用修改的引力模型构建农业碳排放效率空间关联网络引力矩阵, 应用社会网络分析法就空间关联网络的结构特征进行分析, 最后通过QAP模型就其驱动因素进行探索。研究表明: 1)在研究期间, 中国31省(市、自治区)农业碳排放效率提升较快, 由0.400增长至0.756, 增长88.8%, 但仍有一定改进空间, 且各省(市、自治区)间存在较大差距; 此外, 其空间效应在全国范围呈现空间关联网络特征。2)在研究期间内, 中国31省(市、自治区)农业碳排放效率空间关联网络的网络关联性增强, 网络内部森严的等级关系逐渐松散, 网络结构的稳定性得到较大提升; 且该空间关联网络形成了多个网络中心, 对空间关联网络的形成发挥了重要作用, 并对各省(市、自治区)农业碳排放效率产生影响和控制; 东部沿海地区是该空间关联网络空间溢出的主要目的地。3)交通运输水平差异和第一产业产值差异有利于推动空间关联网络的形成; 相似的居民人均收入和信息化水平以及相近的空间距离能够促进空间关联网络形成。为此, 中国农业碳排放效率具有空间关联网络特征, 相关政策措施应当考虑其空间关联网络结构及动因。
中国农业食物系统能源碳排放趋势分析
张向阳, 张玉梅, 冯晓龙, 樊胜根, 陈志钢
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210784
摘要(125) HTML(40) PDF(53)
摘要:
尽管农业直接消耗能源带来的碳排放量有限, 但农业的生产和消费方式发生很大变化, 农业产业链不断延长, 整个农业食物系统的能源消耗及其产生的碳排放不断增加, 不容忽视。为了科学核算农业食物系统的能源消耗带来的碳排放量, 本文基于1997—2018年投入产出表和分行业能源消耗量数据, 利用投入产出法核算了农业食物系统转型过程中能源活动的碳排放量的变化趋势和构成。该方法的优点是不仅核算了农业食物系统直接消耗能源所产生的碳排放, 而且估算了整个产业链由于使用中间投入品而带来的间接能源消耗产生的排放量, 使得核算更加全面。研究发现: 2018年, 农业食物系统的直接和间接消耗能源产生的碳排放高达6.7亿t, 远高于农业直接能源消耗产生的碳排放量(1.0亿t)。1997—2018年, 农业食物系统的能源消耗带来的碳排放量呈增长趋势, 与1997年的5.3亿t相比, 2018年增长26.4%, 但其年均增长速率(1.1%)低于非农业食物系统6.3%, 因此, 农业食物系统能源活动碳排放量占中国能源活动碳排放总量的比重显著下降, 从16.3%下降到6.4%。食品加工业是农业食物系统能源活动中最主要排放来源, 2018年占农业食物系统能源活动碳排放量的62.7%。由于能源利用效率的提高, 农业能源活动的碳排放量虽呈下降趋势, 但仍是农业食物系统能源活动中第二大排放来源; 与农业相关的批发零售、运输仓储和餐饮等行业碳排放量及比重不断增加。因此, 应从产业链各环节减排、加快食品加工业低碳低耗发展、促进农业绿色发展、优化能源结构等方面助力实现减排。
双碳战略目标下农业绿色低碳发展的基本路径与制度构建
王学婷, 张俊飚
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210772
摘要(88) HTML(53) PDF(59)
摘要:
实现“碳达峰” “碳中和”是我国未来一段时期内的重大战略目标(“双碳”战略)。农业既是重要的温室气体排放源, 又是巨大的碳汇系统。如何实现农业绿色低碳发展, 是推进“双碳”战略目标实现必须关注的重要领域。实现碳达峰, 农业减排固碳既是重要手段, 又大有潜力。为此, 本文首先梳理了农业绿色低碳发展现状, 当前我国农业碳排放总量趋于平稳达峰状态, 化肥和农场能源等现代农业投入要素使用产生的碳排放占比增加, 同时我国农业生态系统运转呈现出强大的碳汇功能。其次剖析了农业绿色低碳发展存在的主要问题, 包括农业投入品过量和化石能源过度消耗、农业资源利用率低、农业绿色低碳发展技术储备不足和配套制度体系不健全等。然后着重阐述了实现农业绿色低碳发展的基本路径和措施, 如加强农业资源节约利用, 提高资源利用效率; 加大农业面源污染综合治理, 实现肥药减量增效、农业废弃物资源化利用和农业白色污染有效治理; 培育并做大做强农业绿色低碳产业, 实现农产品从生产、加工到流通的全产业链绿色化; 加大科技创新, 构建农业绿色低碳发展科技支撑体系。最后从财税制度、金融制度、土地与经营制度、生态产品价值实现机制、约束激励机制等层面构建推进农业绿色低碳发展的制度体系。本研究可为进一步制定农业绿色低碳发展政策措施和开展相关研究提供科学依据。
基于控制论的农业低碳发展方略
骆世明
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210583
摘要(185) HTML(60) PDF(78)
摘要:
农业的对象是具备控制论系统特征的农业生态系统。农业低碳发展属于生态农业发展范畴。生态农业低碳发展的人为直接调控方法分别来源于传统和民间的农业实践探索、跨学科的现代农业科学研究以及生态友好的高新技术。为了达到低碳目标, 不同来源的方法只要有利于系统在整体上顺应和强化自然调控过程就可以根据其在具体系统内的兼容性、协同性和有效性进行选择, 并进一步优化组合。这有利于形成多样化的生态农业低碳模式与技术体系。政府自上而下的推进和民间自下而上的行动属于农业生态系统的人为间接调控过程, 需要配合形成社会合力, 有效推进生态农业低碳发展, 助力我国碳中和目标的实现。
中国冬小麦主产区气候变化及其对小麦产量影响研究
王妍, 张晓龙, 石嘉丽, 沈彦军
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210702
摘要(13) HTML(7) PDF(5)
摘要:
气候变化对农业生产具有重要影响, 明确影响作物产量的关键生育期和限制性气象因子对保障粮食安全具有重要意义。本文基于气象站点和农业站点的观测数据及产量数据, 采用趋势分析法和线性回归法分析了1960—2019年我国冬小麦主产区气象因子的时空分布特征, 解析了产量与气象因子间的回归关系, 确定了典型低产年影响产量的关键生育期和限制性气象因子。结果表明: 1) 1960—2019年, 冬小麦主产区内平均温度、有效降水和冷积温(日最低气温低于0 ℃的积温)的分布大致呈南高北低, 而日照时数、气温日较差和热积温(日最高气温高于30 ℃的积温)为北高南低; 平均气温和冷积温呈显著上升趋势, 日照时数和气温日较差显著下降, 有效降水和热积温的变化趋势无明显特征。2) 2000—2019年, 各省(市)冬小麦年均单产为3426~5910 kg∙hm−2, 且均显著上升(P<0.05); 气象因子对产量贡献率的排序为气温日较差>日照时数>有效降水>冷积温>平均气温>热积温。3)典型低产年, 抽穗至成熟期是气候因子影响产量的关键时期, 限制性气象因子为有效降水、日照时数和气温日较差。综上, 中国冬小麦主产区气候因子的分布和变化特征存在空间异质性, 应因地制宜地开展小麦育种和农业管理, 同时重点关注抽穗至成熟期限制性气象因子的影响。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210698
摘要(12) HTML(7) PDF(2)
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。
蔬菜咸水灌溉研究进展
陈佩, 王金涛, 董心亮, 田柳, 张雪佳, 刘小京, 孙宏勇
当前状态:
摘要(15) HTML(6) PDF(6)
摘要:
我国淡水资源严重短缺且分布不均, 开发利用储量丰富的咸水资源对于保障水安全战略具有重要的意义。我国蔬菜种植面积和产量居世界首位, 蔬菜既是产量较高也是耗水量较大的经济作物。如何安全利用咸水资源, 拓宽蔬菜灌溉用水供应来源, 保证蔬菜生产是淡水短缺地区面临的主要问题, 也是当今咸水利用方面的研究重点和难点。因此, 本文从咸水资源利用潜力、咸水灌溉应用状况、咸水灌溉对蔬菜生长、产量和品质等方面对咸水灌溉在蔬菜种植中的高效利用机理、技术及未来发展趋势进行了综述, 以期为农业高质量绿色发展提供水资源保障。结果表明: 利用2.4~11.83 dS∙m−1的咸水灌溉降低了蔬菜产量6.21%~63.05%, 但是提高了蔬菜品质6.25%~74.07%, 采用适宜的咸水灌溉调控技术, 优化灌溉策略可提高咸水灌溉的利用效率, 在未来农业可持续发展中发挥重要作用。
我国稻田甲烷排放的时空特征与减排途径
唐志伟, 张俊, 邓艾兴, 张卫建
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210887
摘要(118) HTML(28) PDF(56)
摘要:
水稻是我国第一大口粮作物, 甲烷(CH4)是全球第二大温室气体, 稻田CH4减排意义重大。本文基于国家统计数据和文献收集, 计算分析了我国2001—2018年水稻播种面积和单位产量CH4排放的时空特征, 并进一步总结了稻田CH4排放的关键过程及其主要影响因子。研究结果表明, 2001—2018年我国水稻总播种面积和稻田CH4总排放量呈先降低后升高再降低的趋势, 单位水稻产量CH4排放则呈整体下降趋势。稻田CH4排放包括土壤CH4产生、氧化与传输3个过程, 主要受水稻品种、土壤特性、气候条件、农艺措施等因素影响。受水稻播种面积影响, 我国稻田CH4排放量呈东南高西北低的特征, 单位产量CH4排放量呈南高北低的特征。基于上述分析, 本文提出选用低排放水稻品种、应用减排稻作技术、施用CH4减排产品等水稻栽培减排途径。同时, 针对我国稻田CH4排放的区域特征, 提出在选用高产低排放品种基础上, 南方平原稻作区重点应用好氧耕作与控水增氧等减排技术, 南方丘陵稻作区重点应用生物炭和石灰等减排产品, 北方稻作区重点应用好氧耕作和硫酸铵替代部分尿素等减排技术。最后, 本文还提出了促进稻田CH4减排的科技创新与政策创设建议, 以期为实现水稻丰产与稻田CH4减排的协同提供理论参考。
轮耕对豫北潮土速效养分及可溶性有机碳结构特性的影响
朱宣霖, 朱长伟, 陈琛, 李洋, 牛润芝, 姜桂英, 杨锦, 申凤敏, 刘芳, 刘世亮
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210743
摘要(57) HTML(14) PDF(31)
摘要:
本研究以豫北潮土为研究对象, 采用大田小区试验研究不同轮耕模式对不同深度土壤速效养分与可溶性有机碳结构特性的影响, 以筛选适合豫北潮土的轮耕模式。本研究于小麦季实施5种不同的耕作模式, 3年为一个周期: 1)连续旋耕(RT-RT-RT); 2)深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT); 3)深耕-旋耕-条旋耕(DT-RT-SRT); 4)深耕-条旋耕-条旋耕(DT-SRT-SRT); 5)深耕-条旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。测定并分析土壤碱解氮、速效磷、速效钾、可溶性有机碳含量及其腐殖化程度、有机质分子量与聚合度、疏水组分比例、芳香化程度与分子量。结果显示, 各处理间的差异主要表现在0~40 cm土层。相较于RT-RT-RT, 轮耕处理对各项指标均有显著影响, 其中以DT-SRT-RT处理对各指标的影响最为突出, 具体表现为DT-SRT-RT处理显著增加了0~40 cm土层碱解氮、速效磷、速效钾含量(P<0.05), 最高增加17.8%、17.2%和19.6%。在0~40 cm土层中, DT-SRT-RT处理较RT-RT-RT最高增加了20.2%土壤可溶性有机碳含量(P<0.05)、53.1%腐殖化程度和27.4%疏水组分比例(P<0.05)。DT-RT-SRT处理较RT-RT-RT处理显著增加20~30 cm土层芳香化程度与分子量(P<0.05), 最高增加21.0%, 10~30 cm土层有机质分子量与聚合度显著降低36.7% (P<0.05)。土层深度与轮耕处理的单因素以及二者之间的交互效应均显著影响土壤速效养分和可溶性有机碳及其结构特性(P<0.05)。所有处理各指标间的相关性随土层深度的增加而减弱。综上所述, 相较于连续旋耕(RT-RT-RT), 深耕-条旋耕-旋耕模式(DT-SRT-RT)提高了土壤速效养分和可溶性有机碳含量, 增加可溶性有机碳的结构复杂性, 推荐为豫北潮土区适宜的轮耕模式。
基于保护性农业的土壤固碳过程研究进展
徐英德
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210889
摘要(421) HTML(42) PDF(159)
摘要:
土壤有机碳(SOC)的固定是缓解全球气候变化和维持农田生态系统生产力的重要驱动力, 阐明SOC的累积与稳定机制及其驱动因素有助于合理调控土壤碳汇潜力。此外, 在全球生态环境退化和巨大粮食安全压力的挑战下, 寻求可持续的农田管理方式成为迫切需要解决的任务。保护性农业对土壤固碳有着重要影响, 且有助于实现粮食生产与生态效益的双赢。但鉴于土壤系统和功能的复杂性, 尚未形成保护性农业措施调控下土壤碳库形成的系统理论。以此为背景, 本文介绍并讨论了SOC不同的固定途径及其稳定机理, 探讨了传统农作措施下SOC的损失情况, 概述了保护性农业的内涵与主要组成, 综述了保护性农业措施对SOC固定的影响, 并深入剖析了保护性农业措施调控下的土壤固碳机理。在现有研究基础上, 应通过现代有机碳分组、分离技术和生物标识物技术, 明确保护性农业介导下SOC固定的微生物—团聚体—矿物协同作用机制, 并关注深层土壤固碳过程; 此外, 建立保护性农业长效研究体系有助于明确保护性农业措施调控下的土壤固碳潜力与实质; 最终, 应构建基于农田实践的SOC管理框架, 帮助土地管理者和农户制定科学合理的可持续土地利用战略。
中国农业碳减排政策、研究现状及展望
林斌, 徐孟, 汪笑溪
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210843
摘要(268) HTML(26) PDF(101)
摘要:
中国正处在农业绿色转型与高质量发展的关键期, 减少农业温室气体排放对促进农业可持续发展及实现2060年碳中和有重要作用。本文在系统回顾近年来中国农业碳减排的相关政策与研究进展的基础上, 梳理了中国农业碳减排的治理结构。中国已初步形成农业碳中和的政策体系, 涵盖了农业减排固碳的主要方面, 但政策目标仍有待明确和细化, 且需进一步推动技术创新和提升资源利用效率。当前研究围绕低碳农业开展了大量实证和模型分析, 研究内容从农业碳排放测算逐步转向农业碳减排措施设计与效果评估、农业碳减排措施的实施与落实等方面。然而, 相关研究仍需进一步完善农业碳排放的核算, 并在考虑农业发展受到多目标制约的前提条件下综合评估农业碳减排措施的环境及社会经济影响。在农业碳减排的治理结构方面, 形成了以政府、市场和社会组织为治理主体与农户作为实施主体的农业碳减排治理框架, 但仍需加强中观和微观层面政策措施的制定, 并综合考虑治理主体和实施主体的协作互动, 通过直接和间接手段激发农户碳减排的积极性。本研究可为进一步制定农业碳减排政策措施和开展相关研究提供科学依据。
太行山东坡中段植物多样性垂直分布格局及其驱动因素
梁红柱, 刘丽丽, 高会, 付同刚, 朱建佳, 苏杨, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210863
摘要(11) HTML(20) PDF(3)
摘要:
太行山东西坡因地形等因素差异呈现不同的生物多样性, 本文聚焦于太行山东坡中段, 研究了植物多样性在海拔梯度上的分布格局及其主要影响因素。根据样方调查数据, 研究了维管植物α多样性和β多样性的垂直分布格局, 由此描述了植物群落的垂直梯度演替特征; 应用植被净初级生产力(MODIS NPP)数据产品, 分析了垂直梯度植物丰富度与NPP和环境因子之间的关系; 运用数量分类学方法, 研究了主导群落优势物种垂直分布的环境因素。结果表明: 太行山东坡中段维管植物群落α多样性垂直分布出现两次峰值, 基本符合“中间高度膨胀”理论; 植物多样性垂直分布与太行山区产水量和NPP垂直格局相一致; β多样性相似性指数在物种丰富度峰值区达到最低, 说明此区段群落间差异性大, 群落间演替速率增大, 致使群落物种多样性增加; 植被NPP与物种丰富度呈现一致的垂直分布格局, 二者显著正相关; RDA、CCA排序分析表明, 影响优势物种垂直分布的主要环境因素是海拔、温度和降水, 与坡度、坡面等地形因子相关性不显著; 综合研究结果, 认为太行山东坡中段维管植物垂直分布格局, 是群落垂直演替进程、环境因素和人为干扰协同作用的结果。
山地植被垂直分布变化格局研究进展与述评*
梁红柱, 刘丽丽, 付同刚, 高会, 李敏, 刘金铜
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210858
摘要(8) PDF(4)
摘要:
山地植被垂直变化和分布历来是山地生态学研究的重点内容。本文从文献计量统计和文献分析两个方面,对山地植被的垂直分布格局研究进展进行了述评。文献统计分析主要基于CNKI和Web of Science数据库平台,检索了该研究领域截止到2020年12月的国内外期刊论文,分别从期刊来源、文献数量、国家和机构、研究尺度、研究目的及研究方法等视角分析了研究现状、进展和趋势。结果表明,国内期刊论文呈明显增长趋势,主要集中于24家科研机构,其论文发表量占55.6%;国外研究的文献、作者、国家和机构数量均呈增长趋势,主要研究国家或地区涵盖了美国、德国、中国、西班牙和法国等85个国家,共计34.7%的文献集中在25个主要期刊。对山地植被垂直分布的研究方法和研究内容进行了述评,综述了该领域的理论与假说,从传统研究方法、数量分类与环境解释、遥感影像信息技术、数字信息技术与模型等研究方法进行了概述;并对热点研究领域进行了分析和述评,主要包括:山地植被垂直分布与驱动因素、山地植被生产力垂直变化、植物群落的谱系结构、基于生态位理论的植被分布预测等。当前研究热点偏重于山地植被垂直带谱对气候变化的响应、植被垂直带谱的数字信息化、水土耦合下的山地生态循环与生态系统服务等领域。
太行山区中段旱季土壤含水量影响因素研究
付同刚, 高玥, 刘金铜, 高会, 齐菲, 王丰
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210793
摘要(9) PDF(2)
摘要:
太行山脉为我国第二、第三阶梯的重要分界线, 海拔自西向东迅速降低, 在这种自然条件复杂的地理空间过渡带内, 土壤含水量(SWC)空间格局特征及其影响因素亦复杂而不明确, 限制了对山区土壤水文过程的认知。本研究通过在太行山区中段设置间距约85km的两条样线(长度分别为140km和164km), 在旱季采集土壤样品, 测定SWC、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、有机碳含量、机械组成等理化性质, 详细调查样点的地形条件(坡度、坡向、海拔等)和植被条件(植被类型、枯落物情况等), 利用经典统计和地统计的方法, 并结合结构方程模型, 分析了表层(0~10 cm)和次表层(10~20 cm)SWC在海拔梯度上的变异特征, 探讨了其主要影响因素。结果表明, 太行山区中段两条样线均表现为表层SWC显著小于次表层, 两条样线之间没有显著差异。地统计分析表明, 表层和次表层SWC分别适用线性模型和指数模型模拟, 这说明表层SWC影响因素更加复杂, 随机因素占主导地位, 次表层呈现出块基效应, 随机因素和结构因素共同起作用。两条样线次表层SWC块基比分别为48.01%和31.62%, 说明次表层SWC属中等程度的空间相关性。影响SWC的主要环境因子为海拔和降水量, 坡度、坡向及植被类型没有达到显著水平; 土壤性质中, 表层SWC主要受容重的影响, 次表层主要受毛管孔隙度和黏粒含量的影响。结构方程模型显示, 土壤性质是影响旱季SWC的直接因素, 环境因子是间接因素。环境因子对旱季SWC的影响超过80%是通过土壤性质产生的间接影响。以上结果有助于深入了解太行山区SWC特征, 为水-土过程的深入研究提供科学依据。
养殖废水中磷鸟粪石结晶法回收潜力及影响因子研究
Erick K. Mutai, 王选, 马林
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210764
摘要(50) PDF(17)
摘要:
磷作为生命所必须的营养物质因其不可再生性和资源消耗和浪费导致的环境水体富营养化而引起人们的广泛关注。大量研究通过鸟粪石结晶技术从无机合成废水和真实废水中进行磷素回收,降低水体富营养化风险,并形成磷酸镁铵肥料。然而,鸟粪石结晶过程只涉及无机磷,而真实废水中有机磷含量高达总磷的30-40%,导致鸟粪石结晶技术在实际应用过程中磷素回收率变异极大。目前,鸟粪石结晶法在真实废水与无机合成废水中磷回收率差距的量化分析缺乏,导致差异产生的机制和影响因子不明。本研究针从103篇文献中收集了1186项观测数据,定量分析了在真实废水与无机合成废水中鸟粪石结晶磷回收率,解析了磷回收差距的潜在影响因子。结果表明,结晶法对无机合成废水中总磷的去除率(83.6%)高于真实废水(76.94%)。在真实废水中,鸟粪石结晶对pH和钙等外来离子更敏感,导致其总磷去除率变异较大,在20.4%和99.9%之间。镁和钙离子是影响鸟粪石结晶的重要因子,当Mg:P比在1和2之间时,镁离子对鸟粪石的结晶有积极的影响,而钙离子的存在对鸟粪石的形成有抑制作用。磷结晶沉淀作为一种非生物过程,有机磷的矿化成为了总磷回收的限制因素。 因此,曝气在有机磷矿化过程中起着重要作用,额外提供6 L/min的曝气流量有利于提高总磷和无机磷的回收率。提高镁磷比并不是提高磷回收率的关键因素,但对鸟粪石的组成和纯度具有显著影响。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220100
摘要(17) PDF(3)
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;新型密闭反应器堆肥技术粪便处理成本(116.9元/吨)高于传统条垛式堆肥处理成本(87.4元/吨);然而,以条垛式堆肥为对照,密闭反应器堆肥及洗气塔的氨减排成本分别为22.0和16.5元/减少1kg氨气,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。
未来气候变化情景下阜平流域径流变化分析
ROMAINE INGABIRE, 曹博, 曹建生, 张晓龙, 刘夏, 沈彦军
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210725
摘要(10) PDF(4)
摘要:
径流变化对于水资源管理有重要意义,然而,仍缺乏对阜平流域在未来气候变化下径流变化的研究。本文基于实测数据及四个区域气候模式(RCMs)的集合数据,使用MIKE11-NAM模型模拟了阜平流域当前(2008-2017年)及在SSP1-2.6、SSP2-4.5 和 SSP5-8.5 三种情景下的未来(2025-2054年)径流变化。结果表明,MIKE11-NAM模型在日径流模拟中表现良好,R2和NSE在校准期分别为0.82和0.81,在验证期分别为0.87和0.87。在偏差校正后,观测数据和RCM数据间的相关性提高。与基准期(1985-2014年)相比,预计降水量和气温在所有情景下都会增加。在SSP5-8.5和SSP2-4.5情景下,年气温和降水量将分别增加2. 45℃和124mm。预计夏季降水量增加幅度较大,而所有季节的气温将上升。在SSP2-4.5情景下,预计年径流量将增加;而在SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下,预计年径流量将减少。季节尺度上,在所有情景下,未来春季和夏季径流将减少。整体而言,未来径流变化将更明显。本文的研究结果对于该地区的水资源综合管理和规划具有重要意义。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20220012
摘要(25) HTML(9) PDF(4)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210735
摘要(28) HTML(4) PDF(8)
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相比于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%, 分别为10.28 kg(N)∙hm−2和10.38 kg(N)∙hm−2。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是促进设施菜地N2O减排有效的方法。
Effect analysis of road structure on multidimensional fragmentation of cultivated land: A case study in the international metropolis of Shanghai City
LI Shiyao, CAI Yinying
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210707
摘要(19) HTML(8) PDF(5)
摘要:
Cultivated land fragmentation (CLF) is an important factor restricting agricultural scale production and modernization development. Recent studies have revealed that CLF is a multidimensional problem. A systematic study of the spatial distribution and driving factors of multidimensional cultivated land fragmentation (MCLF) has practical meaning for preserving high−quality farmland in suburbs and restraining urban land expansion. Taking the suburbs of the international metropolis of Shanghai City as an example, this article used canonical correlation analysis to calculate the effects of road structure on the MCLF in urban fringe, rural fringe and rural areas. The results showed that there was spatial heterogeneity in the degree of MCLF in the Shanghai suburbs in 2015. The size and distribution characteristics of CLF mainly occurred near the center of the main city, while the shape characteristics of CLF mainly occurred on the southeast coast. In addition, there was no positive correlation between road density and the degree of MCLF. Without the highest road density, the rural fringe had the highest level of distribution characteristics of CLF. Furthermore, the MCLF was affected by the road structure in heterogeneous zones. The higher road density in the fourth class represented a lower degree of the size characteristics of CLF in the urban fringe, and a higher road density in the third class represented a higher degree of the distribution characteristics of CLF in the rural fringe. In rural areas, the area with a lower density of higher roads and a higher density of lower roads showed a lower CLF in terms of size characteristics and a higher CLF in terms of shape characteristics, while the area with a higher density of higher roads and a lower density of lower roads showed a higher CLF in terms of distribution characteristics. These discoveries enlightened us that to relieve the stress of cultivated land protection and achieve the goal of sustainable land use, we need to be explicit about the main challenges of regional cultivated land protection and consider the potential risks of road construction to the MCLF in the process of road planning and design.
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210854
摘要(22) HTML(7) PDF(1)
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, 镉富集系数分别降低35.14%、47.79% (P<0.05), 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% (P<0.05), 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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210906
摘要(22) HTML(12) PDF(2)
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、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明显高于其它播期; 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; 适当推迟玉米播种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月中旬以前播种; 玉米在3月下旬、4月上旬播种时, 应注重预防灌浆期以前的抗旱管理; 4月中旬到5月中旬播种时, 应注重预防抽雄前的抗旱管理, 同时预防灌浆—成熟阶段的高温风险。
我国农田氨挥发研究进展与减排对策
刘伯顺, 黄立华, 黄金鑫, 黄广志, 蒋小曈
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210820
摘要(83) HTML(14) PDF(40)
摘要:
氨挥发是我国农田氮肥损失的主要途径, 不仅降低了氮肥利用效率, 还会造成雾霾、大气干湿沉降和温室效应等生态环境问题。本文简要分析了近10年(2011—2020年)我国农田氨挥发研究现状, 总体上呈迅速发展态势且国际化趋势显著, 但研究的影响力有待提升; 由于我国幅员辽阔, 农田氨挥发呈现较大的时空变异特点, 与作物种类、施肥、气候、土壤以及作物生长期等密切相关, 氨挥发的调控必须因地制宜对氮肥进行科学管理; 农田氨挥发测定方法历经200多年的发展, 由最初的间接估算逐渐发展为化学测量和光谱分析, 测量的精确性和范围都得到了大幅提升。本文也概括总结了我国在农田氨挥发减排上的主要措施以及存在的问题, 提出未来应加强农田氨挥发的微生物学机理和时空变异性研究, 做好测定方法的对比研究及空天地一体化技术的应用, 加强耕作机械化与智能化, 逐步完善减排评价体系等减排对策,旨在为我国未来氨挥发研究和制定合理的减排政策提供参考。
盐镉互作对盐地碱蓬和碱蓬生长及镉吸收的比较研究
吴玉洁, 封晓辉, 张睿, 李静, 刘小京
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210778
摘要(49) HTML(14) PDF(7)
摘要:
利用盐生植物修复盐碱地重金属污染是一种经济有效且安全性高的生物修复方法, 但对于盐和重金属互作对不同盐生植物生长和重金属元素吸收的比较研究不足。本研究采用水培试验方法, 研究比较了盐和镉互作对典型聚盐盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa)和碱蓬(Suaeda glauca)生长和重金属Cd吸收的影响, 并分析了盐对镉吸收的调节作用。试验设置两个盐(S)水平(0、10 g∙L−1 NaCl)和两个镉(Cd)水平(0、5 mg∙L−1 Cd), 共4个处理。研究结果表明, Cd处理显著抑制两种植物的生长, 降低了叶片肉质化程度和根冠比, 且对盐地碱蓬的抑制作用大于碱蓬, 尤其对根部的抑制更明显。盐处理促进两种植物地上部的生长, 且对盐地碱蓬地上部生长的促进作用显著大于碱蓬, 但显著抑制碱蓬根系的生长。镉处理下施加盐显著缓解Cd对两种植物的抑制作用, 且对盐地碱蓬的缓解作用大于碱蓬, 特别是对Cd抑制盐地碱蓬根系生长的缓解作用极为显著。盐地碱蓬和碱蓬地上部Cd含量差异不显著, 盐处理显著降低两种植物地上部Cd含量。盐地碱蓬地上部Na+含量和Na+/Cd高于碱蓬, 但K+含量、K+/Na+和K+/Cd显著低于碱蓬, 盐处理显著促进两种植物地上部Na+的吸收, 且Cd处理进一步促进了地上部Na+的吸收; 盐处理降低K+的吸收以及K+/Na+, 并且碱蓬地上部K+的吸收以及K+/Na+均大于盐地碱蓬。两种植物间以及盐、Cd处理下, 地上部脯氨酸含量差异不明显, 但盐、Cd及其互作有增加地上部脯氨酸含量的趋势。在无胁迫和单一Cd处理下, 盐地碱蓬地上部可溶性糖含量显著高于盐地碱蓬;盐处理显著降低了盐地碱蓬地上部可溶性糖含量, Cd处理显著增加了碱蓬地上部可溶性糖的含量。上述结果表明, 盐地碱蓬和碱蓬的生长对盐、Cd及其互作的响应不同, 盐分可以缓解Cd对生长的抑制作用, 特别是Cd对盐地碱蓬根系生长的抑制作用, 盐地碱蓬更趋向于积累无机渗透调节物质如Na+、而碱蓬更趋向于积累无机渗透调节物质如K+和有机渗透调节物质如可溶性糖来抵御盐镉胁迫。
柽柳生物炭对滨海盐渍土咸水入渗特征的影响研究
刘淙琮, 董心亮, 郭凯, 程东娟, 孙宏勇
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210578
摘要(27) HTML(11) PDF(4)
摘要:
由于生物炭具有较高的孔隙度和有机碳含量,故在盐渍化土壤改良方面潜力巨大。然而, 利用盐生植物(柽柳)制备的生物炭改良盐渍化土壤以探究其对盐渍化土壤咸水入渗特征影响的研究尚少。于是本研究采用室内土柱模拟入渗的方法, 研究柽柳生物炭添加量(质量分数为0、1.1%和3.3%)和不同矿化度咸水(0 g∙L−1、5 g∙L−1和10 g∙L−1)对盐渍土水分入渗特性及水盐分布规律的影响。研究表明: 1)随生物炭添加量以及咸水矿化度的增加, 湿润锋运移时间缩短了34.40%~85.85%, 入渗率增大了6.71%~87.30%, 同时添加生物炭对盐渍土水分入渗特性的影响程度要大于咸水矿化度; 2)生物炭的添加使得水分入渗后深度0~10 cm土壤的含水量增加1.29%~9.23%; 3)水分入渗后, 深度0~40 cm土壤含盐量与初始土壤含盐量相比显著降低, 且盐渍土中的含盐量随入渗咸水矿化度的增大有上升趋势, 但不显著。含盐量在深度50~60 cm处达最高, 且随生物炭含量以及咸水矿化度的升高而显著增加, 与淡水入渗后未添加生物炭的对照组相比增加5.21%~35.11%。综上, 不同矿化度咸水入渗条件下, 柽柳生物炭的添加可以加速盐渍化土壤的盐分淋洗, 并随生物炭添加量的增加其淋洗效果明显增强(本研究中生物炭添加量为3.3%时的效果最优), 此结果为生物炭的合理施用以及滨海地区的咸水资源利用提供了必要的理论依据。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210905
摘要(38) HTML(26)
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。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210809
摘要(21) 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, 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但未种植番茄处理C和添加CdS但未种植番茄处理S显著提高62.1%和51.0% (P<0.05); 而低积累型‘普罗旺斯’在CdCO3处理下比对照增加了39.8% (P<0.05), 但在CdS处理下活化效果不明显, 并且‘合作8’对难溶态Cd的活化效果显著高于‘普罗旺斯’。在植株Cd吸收方面, CdS处理下‘合作8’地上部与根部Cd含量显著高于‘普罗旺斯’(P<0.05), 分别提高38.9%和72.2%; CdCO3处理下‘合作8’地上部和根部Cd含量分别比‘普罗旺斯’提高68.0%和77.1% (P<0.05)。与未添加难溶性Cd处理相比, CdS处理对‘普罗旺斯’株高、根长和生物量分别提高了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了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活化的促进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, 导致高积累型品种对有效态Cd的吸收积累量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。
外源14-羟基芸苔素甾醇对冬小麦小花成粒及生理特性的影响
刘北城, 段剑钊, 戎亚思, 张艳艳, 贺利, 王永华, 郭天财, 冯伟
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210622
摘要(24) HTML(15) PDF(4)
摘要:
为探索14-羟基芸苔素甾醇(14-HBR)对小麦穗花发育成粒的影响, 以多穗型品种‘豫麦49-198’(V1)和大穗型品种‘周麦16’(V2)为材料, 在小麦拔节后20 d叶面喷施0.05 μmol∙L−1的14-HBR, 通过观察穗花发育进程, 测定旗叶碳氮代谢酶和不同器官碳氮含量及产量构成因素, 分析外源14-HBR对穗花发育的调控效应及促粒增产的生理机制。结果表明, 外源14-HBR可以有效增加小麦可孕小花数量, 提高可孕小花和小穗结实率, 对大穗型品种V2促进效果更明显。喷施14-HBR可以提高小麦旗叶Rubisco酶、蔗糖磷酸化酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)以及谷氨酰胺合成酶(GS)和硝酸还原酶(NR)的活性, 且总体上对品种V2的促进效应更高。外源14-HBR可以提高穗和非穗器官的可溶性糖和氮含量及干物质积累量, 促进可溶性糖向穗部转运, 提高穗器官C/N比, 为穗花发育提供充足的碳营养, 且总体对品种V2的促进效果更好。考察V1和V2两品种产量及其构成因素发现, 喷施14-HBR对两品种穗数和千粒重影响较小, 而对穗粒数和产量促进效果显著, 其中产量增幅分别为9.31%和12.03%, 穗粒数增幅分别为9.85%和11.40%。喷施14-HBR主要通过提高小麦碳同化能力, 增强氮素吸收与积累, 促进碳营养物质向穗部转运和分配, 从而为穗花发育提供良好的物质基础以减少可孕小花的退化和败育, 进而提高小花结实数和结实率, 且对大穗型品种的影响更明显。
离心微滤对猪场废水固液分离效果研究
胡旭朝, 董红敏, 尹福斌, 陈永杏
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210576
摘要(32) HTML(16) PDF(6)
摘要:
固液分离是畜禽废水处理的关键工艺, 不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用, 还可减少废水中污染物浓度及降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题, 以离心微滤机为研究对象, 通过系统监测, 科学评价猪场废水总固体浓度(1%、2%、3%、4%和5%)和离心微滤机筛网孔径(15 µm、25 µm和50 µm)对去除率的影响。结果表明, 随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小, 水质指标的去除率有增加趋势。筛网孔径的增大离心微滤机单位时间内的处理量也随之增加, 50 µm时处理量为14~19 m3∙h−1, 15 µm与25 µm的处理量为2~7 m3∙h−1。综合考虑, 总固体浓度为5%和筛网孔径为50 µm为最佳处理组, 水质指标中总固体浓度、化学需氧量和总磷的去除率分别为57%、29%和44%。该离心微滤机与其它固液分离设备相比,具有分离效果好和能耗低的优点, 因此在处理猪场废水时具有较好的应用前景。
京津冀地区农业生产与水资源利用: 历史与适水转型
齐永青, 罗建美, 高雅, 闵雷雷, 韩琳娜, 沈彦俊
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210726
摘要(29) HTML(10) PDF(9)
摘要:
京津冀地区是资源型缺水地区, 也是我国的主要农业区之一。本文对京津冀地区农业生产和灌溉水资源利用的历史阶段特征和适水转型进行了分析, 对京津冀地区农业适水转型路线提出建议。1970年代末以来, 井灌为主的灌溉体系基本覆盖平原农区, 小麦玉米占优的作物结构形成, 蔬果产能快速扩大。粮食产量从2136.2万t增加至3944.8万t, 蔬菜产量从1093.7万t增加为5508.4万t, 水果产量从144.0万t增加为1505.2万t。灌溉占地下水消耗的70%, 是京津冀平原区地下水超采的主要原因。近40年来, 京津冀三地农业的差异化发展强化了河北省在京津冀农业生产中的重要性和基础性功能, 也加重了河北平原农业生产和资源节水压力。现有田间试验和作物模型研究结果表明, 通过优化轮作模式, 降低复种指数, 将小麦-玉米一年两熟灌溉高产模式调整为两年三熟或者三年四熟, 减少高耗水的小麦, 适度增加杂粮、薯类或将夏玉米改为春玉米等措施, 可在较小产量损失下, 达到农业耗水与水资源条件的平衡。现有研究明确了通过压缩高耗水作物构建适水种植结构的总体方向, 但对于不同适水轮作模式在中长期时间尺度上的产粮能力与耗水强度的交互关系仍不明晰, 实用高效的适水田间管理与生产技术支撑体系也需不断完善。在政策层面, 需健全京津冀地区农业综合规划与产业发展体系, 统筹长期目标和短期措施, 在保障区域粮食安全和农产品生产稳定的前提下, 有序地推进京津冀地区农业生产的适水转型。
荒漠绿洲区不同绿肥还田方式下玉米农田土壤团聚体微结构特征
吕汉强, 胡发龙, 于爱忠, 苏向向, 王玉珑, 殷文, 柴强
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210467
摘要(43) HTML(20) PDF(11)
摘要:
传统土壤团聚体评价方法不能描述团聚体微观结构特征, 且对<0.25 mm粒径团聚体细化分析不足。利用现代显微技术准确定量农艺措施对土壤团聚体结构特征的影响对于采取科学的土壤管理方法具有重要意义。本试验开始于2016年, 为长期定位试验。在河西走廊石羊河流域荒漠绿洲区, 通过田间试验, 探究麦后复种绿肥不同还田方式[全量翻压(TG)、地表覆盖免耕(NTG)、地上部收获后根茬翻压(T)、地上部收获后根茬免耕(NT)]和不复种绿肥翻耕休闲(CT)对轮作玉米农田土壤团聚体微结构特征的影响。在2019-2020年, 利用扫描电镜(SEM)获得玉米抽雄吐丝期农田0~30 cm土壤超微观图像, 定性揭示其表观特征, 并运用Nano Measurer图像处理软件定量分析土壤颗粒粒径特征和团聚体特征。研究表明: 在CT中, 玉米农田土壤颗粒粒径主要集中在0.25 mm以下, 其中23.9%~27.4%为粒径在0.05~0.25 mm表面光滑、形状较为规则的土壤砂粒, 其余为粉粒和黏粒(美国制), 团聚体数量占颗粒总数的9.1%~9.6%。与CT相比, 绿肥根茬还田(NT、T)的玉米农田土壤颗粒为大量粒径在0.05~0.1 mm之间的极细砂粒, NT和T处理的团聚体数量分别提高10.1%~23.3%、14.4%~17.3%。绿肥全量还田(TG、NTG)可促进玉米农田以单粒为基础的砂粒粒径减小, 由小粒径单粒构成大量表面粗糙多孔、凹凸不平, 附着有大量粉粒和黏粒的团聚体, 团聚体粒径主要集中在0.1~0.25 mm, 与CT相比, 团聚体数量分别提高25.8%~50.9%、34.1%~43.4%, 其中NTG具有形成粒径>0.25 mm大团聚体的构造性能和潜力。由此说明, 在荒漠绿洲区, 麦后复种绿肥全量还田条件下, 全量翻压或地表覆盖免耕还田后茬玉米农田具有良好的土壤团聚体结构特征。
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
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210669
摘要(35) HTML(14) PDF(3)
摘要:
为解决滨海重盐碱地春旱、返盐以及缺氮(N)、贫磷(P)的突出问题, 利用当地丰富的地下咸水资源和柽柳固碳(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(Cmic)和微生物量(Nmic)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P (Olsen-P)含量下降19.4%~32.1%, 0~30 cm Cmic与Nmic含量显著下降。灌溉咸水条件下施用氮磷(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N、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、Cmic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, 灌溉咸水促进柽柳吸收P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。
农业涝渍灾害评估中不同气象产量分离方法的比较研究
蒙华月, 王兆林, 姚佩, 钱龙, 陈诚, 罗云英, 鞠学良
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210770
摘要(38) HTML(18) PDF(11)
摘要:
农业旱涝灾害评估中常采用不同方法计算作物气象产量, 但其中鲜见关于不同方法的比较研究。长江中下游棉区因涝减产现象严重, 因此本文以该地区6省为研究区, 利用标准化降水蒸散指数量化棉花生长期的涝渍强度, 选用7种常见气象产量分离方法(线性拟合、二次多项式拟合、三次多项式拟合、HP滤波法、3年滑动平均法、5年滑动平均法及五点二次平滑法)计算棉花气象产量, 并通过涝渍强度与气象产量的相关分析结果评估不同方法的表现。此外, 还结合历史受涝面积对不同方法的涝渍灾害刻画能力进行对比。结果表明: 不同方法计算的棉花气象产量具有相似的长期趋势, 但在短期波动上存在较大差异。就气象产量和涝渍程度的相关性而言, HP滤波法、线性拟合和二次多项式效果更好; 而就气象产量结果与历史受涝面积的相符程度而言, HP滤波最优, 其次是二次和三次多项式。此外, 基于7种方法的相关分析结果均判定湖北省和安徽省是棉花因涝减产最严重的省份, 但对于其余省份的判定结果会存在差异。湖北省和安徽省虽然因涝减产严重, 但两省棉花涝渍的发生倾向低于其余省份。因此, 在农业涝渍评估工作中推荐使用HP滤波法, 而长江中下游棉区的涝渍防治工作应重点关注湖北省和安徽省。
麦秆还田下水氮耦合对水稻根际环境及根系形态的影响
张宇杰, 马鹏, 王志强, 杨志远, 孙永健, 马均
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210552
摘要(24) HTML(18) PDF(8)
摘要:
通过大田试验, 研究不同水分管理、秸秆还田和氮素处理与水稻根系形态建成的关系, 为成都平原秸秆还田下适宜水稻生长的水氮耦合模式的建立提供理论和实践依据。以杂交稻‘F优498’为材料, 设置不同水分处理方式[干湿交替灌溉(W1)、淹水灌溉(W2)]、氮肥运筹[总氮150 kg(N)∙hm−2, 基肥∶蘖肥∶穗肥分别为3∶3∶4 (N1)、7∶3∶0 (N2)、不施氮(N0)]和秸秆还田[秸秆全量翻埋还田(S1)、秸秆不还田(S0)], 研究在秸秆还田下不同水氮耦合对麦茬杂交籼稻根际环境及根系发育的影响。结果表明, 干湿交替灌溉(W1)促进了拔节期前的秸秆腐解, 提高了拔节期后的根际土壤有机酸总量(1.38%~8.49%)和成熟期前的根际土壤微生物量碳含量(0.25%~12.93%), 提高了整个生育期根系活力(1.77%~149.91%)和除移栽后10 d与成熟期的群体根系形态指标(群体根长18.53%~75.83%、群体根数10.57%~101.33%、群体根体积2.49%~88.24%、群体根表面积8.91%~68.08%); 淹水灌溉(W2)提高了拔节期的有机酸总量(3.46%)和成熟期的微生物碳含量(2.69%~6.23%), 并促进了拔节期后的秸秆腐解和单茎根系发育(单茎根长12.03%~27.21%、单茎根数9.05%~51.44%)。秸秆还田(S1)会抑制根系形态发育并降低根系活力(2.47%~45.83%), 但能显著提高根际土壤有机酸总量(8.02%~22.74%)和微生物量碳、氮含量(1.58%~31.22%), 且在W1处理下提升效果更显著。施用氮肥能促进秸秆腐解, 并进一步增加根际土壤有机酸总量与微生物量碳、氮含量, 促进根系发育并提高根系活力。优化施氮模式(N1)可以促进单茎根系发育(单茎根长8.27%~38.09%、单茎根数2.96%~36.66%)与生育中后期的根系活力(2.26%~156.35%), 传统施氮模式(N2)则提高了群体根系指标(群体根体积12.68%~44.32%、群体根表面积4.91%~55.82%)和生育前期的根系活力(22.01%~29.31%)。干湿交替灌溉耦合优化施氮模式促进了各时期秸秆腐解, 显著加快了根系的生长发育, 并提高了根际土壤有机酸总量、微生物量碳、氮含量和根系活力, 延缓了根系衰老。综合来看, 在秸秆还田条件下, 干湿交替灌溉耦合优化施氮模式为最适水氮耦合模式。
稻鱼共生系统农田边界的植物和丛枝菌根真菌调查—以首批全球重要农业文化遗产稻鱼共生系统核心保护地浙江青田龙现为例
周静怡, 赵璐峰, 唐建军, 裘子悦, 娄李懿, 陈超巍, 吴静, 林佳辰, 郭梁, 胡亮亮, 陈欣
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210524
摘要(42) HTML(28) PDF(10)
摘要:
集约农业生物多样性低,依赖化肥农药提高生产力和维持系统稳定。因而全球重要农业文化遗产系统(Globally Important Agricultural Heritage Systems, GIAHS)对生物多样性的保育受到关注, 研究和阐明GIAHS的生物多样状态和规律有助于世界对GIAHS的理解。研究已表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统保持高的水稻品种多样性和田鱼遗传多样性, 但在保育野生植物资源及其相关生物方面的作用仍不清楚。本文研究了GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界栖息的植物及与之共生丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落, 通过对坡底、坡中和坡顶取样, 评估农田边界植物多样性, 并通过高通量测序测定农田边界土壤AMF群落的多样性和组成。结果表明, 青田稻鱼共生系统的农田边界分布有53科109种维管植物, α多样性指数(Shannon-Wiener指数)为0.74~0.84范围, β多样性指数(Whittaker指数)为0.67~0.77。农田边界植物AMF侵染率为6.67%~44.44%, 根际土壤AMF分属9科14属62种, 优势科为球囊霉科(Glomeraceae), 球囊霉属(Glomus)为优势属, 农田边界的土壤碳、氮、磷、钾含量较高。相关分析表明, AMF群落多样性与植物多样性呈正相关, 与土壤碳、氮、磷、钾含量也呈正相关, 其中与土壤速效磷的相关性最显著。这些研究结果表明, GIAHS-青田稻鱼共生系统农的田边界保育有较高植物多样性及与之相共生的AMF群落, 研究结果有助于加深人们对GIAHS在生物多样性保育方面的理解。
不同播期玉米籽粒灌浆特性及其与气象因子的关系
彭丹丹, 陈大刚, 朱豪, 刘圆圆, 白世豪, 吴超, 徐开未, 陈远学
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210755
摘要(30) HTML(19) PDF(14)
摘要:
为探讨吐丝后玉米百粒重和籽粒灌浆参数与气象因子之间的关系, 以期为成都平原区玉米适期播种及高产高效栽培提供参考依据。本研究以广适玉米品种‘仲玉3号’为供试材料, 设置6个播期处理(3月27日、4月6日、4月16日、4月26日、5月6日、5月16日), 研究不同播期条件下籽粒干物质积累及灌浆特性。结果表明: 随播期推迟, 玉米生育时期缩短, 籽粒产量和百粒重显著降低; 产量下降主要由粒重引起, 而引起粒重降低的原因主要与灌浆速率和灌浆速率达最大值的粒重有关, 同时, 灌浆速率和灌浆速率达最大值的粒重受吐丝后有效积温、日平均温度和降雨量的显著影响。在试验范围内, 籽粒灌浆速率、灌浆速率达最大值的粒重和最终百粒重随日平均温度的升高而增高, 随有效积温的增加呈增大的趋势, 延迟播种, 因玉米灌浆期大量降雨引起灌浆速率降低, 粒重减小; 积温是影响籽粒灌浆和百粒重的主要气象因子, 适时早播玉米生育时期相对延长, 吐丝后有效积温增加有利于籽粒灌浆, 在当地气候条件下, 4月6日左右播种吐丝后有效积温达863.36 ℃时, 灌浆性能较好, 可获得较高的粒重和产量。生产上应根据不同种植制度选择适宜的播种日期, 春播应尽量安排在3月底至4月初播种, 对于需要晚播的区域, 应考虑与前茬作物的关系, 争取在5月上旬完成播种, 避免后期气象因子异常对籽粒灌浆造成不利的影响。
玉米与大豆间作土壤生物学活性对磷有效性影响的定量解析
王瑞雪, 苏丽珍, 张连娅, 王思睿, 王景, 肖靖秀, 郑毅, 汤利
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210636
摘要(30) HTML(24) PDF(16)
摘要:
间作可提高红壤磷有效性, 但缺乏田间试验条件下土壤生物学活性与磷有效性之间关系的定量解析。通过4年的田间定位试验, 研究2017年和2020年玉米/大豆间作、玉米单作2种种植模式和4个施磷水平[P0: 0 kg(P2O5)∙hm−2; P60: 60 kg (P2O5)∙hm−2; P90: 90 kg (P2O5)∙hm−2; P120: 120 kg (P2O5)∙hm−2]下, 磷有效性及其与主要土壤因素的关系, 通过回归分析、冗余分析与结构方程模型分析, 定量解析间作提高红壤磷有效性的机制。结果表明: 玉米干物质量土地当量比(LER)和磷吸收土地当量比(LERp)均大于1, 2020年LER随施磷水平的增加而降低, 但LERp不受磷水平影响。与单作相比, 间作显著提高了速效磷含量, 且种植模式对速效磷含量的影响由2017年的显著水平变化为2020年的极显著水平。回归分析表明, 单作条件下, 相比2017年, 2020年有效磷(速效磷和微生物量磷)与作物磷吸收的线性关系斜率有所降低, 而间作条件下的该斜率有所提高。冗余分析表明, 土壤速效磷和微生物量碳的增加对促进玉米磷吸收的解释量分别由单作中的37.6%和10.0%变化为间作中的33.3%和13.8%。通过结构方程模型分析发现, 碱性磷酸酶活性的提高能够直接提高土壤速效磷含量, 而酸性磷酸酶则通过提高微生物量磷含量进而提高土壤速效磷水平。因此, 在低磷水平条件下, 间作能够通过提高玉米根际土壤微生物量与磷酸酶活性而增强红壤磷有效性, 从而具有维持玉米干物质量及磷吸收量的能力。
马铃薯间作对土壤微生物代谢功能多样性的促进效应及其氮素调控作用
王顶, 李欢, 伊文博, 陈林康, 赵平, 龙光强
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210604
摘要(33) HTML(28) PDF(12)
摘要:
间作是高效利用时间和空间资源的作物种植模式, 是最典型的农业多样性种植模式之一。然而, 地上作物多样性如何影响地下微生物多样性及其氮调控作用尚不清楚。因此, 本研究采用Biolog-Eco微平板法, 在多年田间小区定位试验的第7年, 分析4个氮水平(N0: 0 kg∙hm−2; N1: 62.5 kg∙hm−2; N2: 125 kg∙hm−2; N3: 187.5 kg∙hm−2)下, 马铃薯单作和玉米||马铃薯间作土壤中微生物的功能多样性。结果表明, 与N0相比, 施氮(N1, N2和N3)提高了微生物群落的AWCD值、Simpson指数和Shannon指数, 其中N1处理最高。与相同施氮量的马铃薯单作相比, 玉米马铃薯间作土壤微生物的AWCD值、Simpson指数和Shannon指数更高, 但仅在N0时存在显著差异(P<0.05)。另外, 施氮显著影响了6类碳源的代谢活性(P<0.05)。在马铃薯单作种植土壤中, 施氮提高了微生物对除碳水化合物外所有碳源的代谢能力; 玉米马铃薯间作土壤中, 施氮提高了微生物对聚合物、酚类和胺类化合物(惰性碳源)的代谢能力, 但降低了对碳水化合物、羧酸和氨基酸(活性碳源)的代谢能力。Mantel分析表明, 土壤温度、含水量、土壤有机碳、铵态氮含量和马铃薯生物量是影响微生物碳源代谢活性和功能多样性的主要影响因子, 但铵态氮仅在玉米马铃薯间作土壤中造成显著影响(P<0.05)。网络分析表明, 马铃薯单作(0.930)土壤微生物碳源代谢活性的平均聚类系数略高于间作(0.907), 表明马铃薯与玉米间作削弱了土壤微生物群落代谢过程的稳定性。结果表明地上作物多样性种植提高了地下微生物的代谢功能多样性, 且这种互作关系受施氮的显著调控。
养殖业抗生素-重金属复合污染治理研究进展
漆世英, 余少乐, 吴娟, 成水平
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210641
摘要(30) HTML(39) PDF(4)
摘要:
我国养殖业快速发展, 抗生素因其能够预防和治疗动物疾病的功能被大量使用, 在环境中残留对生态环境安全和人类健康造成威胁。重金属作为饲料添加剂也会造成污染。本文介绍了现阶段养殖业中抗生素和重金属的使用情况以及养殖品种和生态环境的污染现状, 并梳理了现有的抗生素处理技术以及重金属-抗生素复合污染治理研究进展。抗生素和重金属共存的情况导致了养殖业产生的废水和底泥中会存在持久性抗生素-重金属复合污染, 并在一定程度上影响抗性基因的传播。针对抗生素的去除仍是以高级氧化处理为主, 生物处理和生态处理为辅。生物处理主要利用微生物对抗生素的降解以及活性炭的吸附能力, 生态处理通过人工湿地中植物及其他耦合工艺达到污染物去除的目的。高级氧化处理工艺在短时间内能够达到高效去除的效果, 而实际应用必须达到去除效果和成本费用的均衡。因而今后的研究应着重关注以下方面: 1)养殖业复合污染废水的生态治理技术, 如人工湿地等; 2)复合污染底泥植物修复技术, 优化植物的选择及种植方式; 3)生物处理技术和生态治理技术的工程应用。
饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质的影响
肖泽恒, 甘甜, 秦钟, 章家恩, 石兆基, 张春霞
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210660
摘要(32) HTML(23) PDF(1)
摘要:
福寿螺是一种具有重大危险性的外来入侵生物, 威胁水稻和水生作物生产, 带来了巨大的经济和生态损失。饥饿胁迫是生物经常面临的环境压力之一, 在饥饿条件下, 生物会减缓生长发育, 并消耗储能物质来为机体提供能量以维持生命活动。为探讨福寿螺对饥饿胁迫的生理生态学响应, 以稻田福寿螺为研究对象, 研究了10 d、20 d和30 d的饥饿胁迫对福寿螺生长、抗氧化系统及生化物质的影响。结果表明, 随着饥饿时间的延长, 福寿螺自由水含量持续上升, 从20 d开始显著高于对照(P<0.05), 30 d时处理组福寿螺自由水平均值为84.19%, 显著高于对照组的81.60% (P<0.05); 饥饿胁迫使福寿螺生长发育受到抑制, 壳高和壳口长从20 d开始显著低于对照(P<0.05)并持续至试验结束。体质量、壳宽和壳口宽在前20 d并未与对照组产生显著差异, 随着饥饿时间延长至30 d, 各生长指标均显著低于对照(P<0.05); 面对饥饿胁迫, 福寿螺抗氧化能力提高, 总超氧化物歧化酶活性从20 d开始显著高于对照并持续至试验结束(P<0.05)。过氧化氢酶活性及丙二醛含量在前20 d未与对照形成显著差异, 但随饥饿时间延长至30 d而显著高于对照(P<0.05), 饥饿胁迫对福寿螺过氧化物酶活性和还原型谷胱甘肽含量无显著影响; 甘油含量呈“先增后降”的趋势, 在10 d时显著高于对照(P<0.05), 随后迅速降低, 在20 d和30 d时显著低于对照组(P<0.05)。脂肪在3个观测时段内均低于对照(P<0.05), 糖原在20 d时开始低于对照并持续至试验结束(P<0.05)。总蛋白只有在30 d时显著低于对照(P<0.05), 其他观测时段并未与对照形成显著差异。总之, 福寿螺可通过减缓生长、提高抗氧化能力、消耗内源性生化物质等一系列生理机制来缓解短期饥饿胁迫带来的影响, 限制食物来源可在一定程度上抑制福寿螺的暴发与危害。
蕉园间作红薯对土壤微生物功能多样性的影响
李燕培, 林佳琦, 肖世祥, 冯斗, 邓英毅, 禤维言
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210665
摘要(64) HTML(24) PDF(8)
摘要:
为探究香蕉与红薯间作模式下土壤微生物群落功能多样性的变化特征, 以及土壤微生物对土壤养分转化和碳源利用特征, 本研究以‘桂蕉1号’为材料, 采用Biolog方法和主成分分析对香蕉单作与香蕉和红薯间作2种种植方式下的土壤微生物功能多样性的变化进行了比较分析。结果表明, 在营养生长期至抽蕾结实期, 蕉园间作红薯具有极显著提高土壤微生物代谢活性的作用(P<0.01), 与单作相比, 间作土壤微生物群落的吸光值平均颜色变化率(AWCD)提高0.77~14.36倍, 土壤微生物群落多样性、优势度、丰富度分别提高0.09~1.01倍、0.02~0.31倍、0.52~5.04倍, 但间作和单作蕉园土壤微生物群落均匀度差异不显著。此外, 蕉园间作红薯增加了土壤微生物利用碳源种类和代谢活性, 间作土壤微生物对碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、多聚类、酚酸类和胺类的代谢活性比单作提高了13.81倍、9.22倍、5.38倍、9.93倍、6.08倍和3.46倍; 蕉园间作红薯和香蕉单作土壤微生物对不同碳源的利用效率有较大的差异, 间作土壤微生物以碳水化合物类和氨基酸类为主要代谢碳源, 利用率为20.29%~25.25%和18.58%~20.31%, 单作则以多聚类化合物和酚酸类为主要代谢碳源, 利用率为0.60%~52.71%和13.94%~26.56%; 间作土壤微生物群落利用的碳源化合物数量比单作增加9~28种, 且间作和单作的差异达到极显著(P<0.01)或显著水平(P<0.05), 间作的土壤微生物主要利用的碳源为D-甘露醇、N-乙酰-D-葡萄糖胺等, 单作主要利用吐温80、L-精氨酸等。主成分分析表明, 碳水化合物类、氨基酸类是促使蕉园间作红薯土壤微生物多样性发生改变的主要碳源。在蕉园间作红薯具有提高根际土壤微生物群落多样性和增加土壤微生物群落碳源利用种类与活性的作用, 起到明显改善根际微生物群落功能多样性的效应。
黄土高原干旱区长期种植紫花苜蓿和一年生作物对土壤真菌群落的影响
孙鹏洲, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 蔡立群, 刘家鹤, 王晓菲
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210348
摘要(42) HTML(37) PDF(7)
摘要:
为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响, 本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验, 采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(LFC)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤样品, 基于真菌ITS区高通量测序技术, 分析比较长期种植苜蓿和一年生作物对土壤真菌多样性和群落特征的影响, 并采用FUNGuild平台分析预测不同处理土壤真菌的生态功能。结果表明, 本研究共检测到真菌7门25纲 77目169科347属, 其中以子囊菌门(Ascomycota, 69.17%~88.22%)为最优势菌门, 且远远大于次优势菌门——接合菌门(Zygomycota, 6.72%~19.88%)和担子菌门(Basidiomycota, 1.64%~9.01%); 属水平下各处理优势菌群存在差异, 其中LC处理优势属为Phaeomycocentrospora, LF、LP和LMi的优势属均为赤霉菌属(Gibberella), LFC处理优势属为被孢霉属(Mortierella)。冗余分析(RDA)发现, 土壤有效磷(P=0.002)是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。真菌FUNGuild功能预测结果表明, 本试验黄绵土主要以病理营养型真菌(Pathotroph)为主(25.44%~39.27%), 速效磷(P=0.002)和硝态氮(P=0.02)是影响土壤真菌营养类型变化的主要环境因子, 与长期种植苜蓿相比种植一年生大田作物显著增加了土壤腐生-共生营养型、病原体-腐生-共生营养型和病理-腐生-共生营养型等过渡型真菌类群相对丰度, 说明合理的种植制度有利于改善农田土壤真菌群落结构, 促进区域土壤生态系统的稳定。
酸性土壤条件下铁膜调控技术对水稻根表铁膜和籽粒硒累积的影响
杨旭健, 田宇豪, 沈宏
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210629
摘要(25) HTML(27) PDF(12)
摘要:
铁膜是水稻根系表面形成的铁(氢)氧化物胶膜。它不仅增强根系对水生环境的适应, 而且显著影响植株养分吸收。但如何通过调控根表铁膜形成, 提高水稻籽粒硒含量还有待进一步探索。本研究在弱酸性(pH 6.1)土壤盆栽条件下对水稻植株进行不同水平的磷铁比、过氧化尿素及干湿交替处理, 研究了上述3种铁膜调控技术对水稻根表铁膜形成及籽粒硒累积的影响。结果表明: 与常规施肥处理相比, 磷铁比1∶5处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量均有显著提高。不同用量过氧化尿素处理条件下, 90 kg∙hm−2过氧化尿素处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量明显高于不施用过氧化尿素处理。另外, 持续淹水处理的根表铁膜含量和籽粒硒含量显著高于对照和干湿交替处理。相关分析表明, 磷铁比和过氧化尿素处理试验条件下, 非结晶态和结晶态铁膜含量与籽粒硒含量都显著线性相关。正交试验当中, 根表铁膜形成量最高且籽粒硒含量增加最显著的铁膜调控技术是磷铁比1∶1、过氧化尿素90 kg∙hm−2、持续淹水组合处理, 该处理条件下籽粒硒含量为0.116 μg∙g−1, 是对照的2.01倍。方差分析表明, 3种调控技术对根表铁膜含量和水稻籽粒硒含量影响程度顺序为过氧化尿素处理>干湿交替处理>磷铁比处理。综上所述, 铁膜调控技术能促进水稻根表铁膜形成及硒在根系累积, 从而增加水稻籽粒硒累积, 该研究结果对富硒水稻生产具有科学意义。
控释肥残膜积累对土壤微生物群落组成的影响
王学霞, 曹兵, 邹国元, 张佳佳, 王甲辰, 刘东生, 陈延华
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210226
摘要(55) HTML(34) PDF(12)
摘要:
为探究控释肥残膜累积对土壤微生物群落的影响, 采用Illumina MiSeq高通量测序技术, 分析了不同控释肥残膜(聚氨酯)累积量梯度下土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异。试验设不加聚氨酯残膜膜壳(CK)、添加聚氨酯残膜140 kg·hm−2 (CR1)、280 kg·hm−2 (CR2)、560 kg·hm−2 (CR3)和1400 kg·hm−2 (CR4) 5个处理。结果表明: 与CK相比, 聚氨酯残膜施入土壤120 d后, CR4处理下土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤含水量(SM)和玉米地下生物量(BGB)及CR3处理土壤NO3-N含量显著增加(P<0.05), 而土壤pH、速效钾(AK)、总氮(TN)、速效磷(AP)、NH4+-N含量无显著差异。聚氨酯残膜处理提高了细菌和真菌OTU(Operational taxonomic unit)数量、细菌群落多样性(Shannon)和丰富度(Ace、Chao)指数, CR4处理与CK间差异显著(P<0.05), 不同聚氨酯残膜处理下的土壤真菌群落多样性和丰富度无显著差异, 但改变了基于门、属水平上的群落组成。随土壤聚氨酯残膜添加量的增加, 变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和伯克氏菌属(Burkholderia)相对丰度增加, 而酸杆菌门(Acidobacteria)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度减少, CR4处理与CK相比差异显著(P<0.05)。与CK相比, 聚氨酯残膜处理提高了子囊菌门(Ascomycota)相对丰度, CR3处理其相对丰度显著增加(P<0.05); 与CK相比, 聚氨酯残膜处理分别降低了球囊菌门(Glomeromycota), 增加了被孢霉属(Mortierella)相对丰度, CR4处理与CK相比差异达到显著(P<0.05)。Mantel检验结果显示, 土壤DOC、AP、SM和玉米BGB是影响细菌群落结构的关键因素, 而土壤DOC、TN和SM是影响真菌群落结构的关键因子。相关分析表明, 土壤变形菌门相对丰度与SM、BGB和DOC间呈显著正相关(P<0.05); 硝化螺旋菌门与SM、DOC、NO3-N和BGB间呈显著正相关(P<0.05); 拟杆菌门与DOC和AP间呈显著正相关(P<0.05); 放线菌门与DOC、AP间呈显著正相关(P<0.05), 与TN负相关(P<0.05); 酸杆菌门与SM、DOC与AGB间呈显著负相关(P<0.05)。担子菌门相对丰度与SM、DOC、TN和NH4-N间呈显著正相关(P<0.05); 子囊菌门与SM、DOC间呈显著正相关(P<0.05); Cercozoa门与SM、TN间呈显著正相关(P<0.05); 球囊菌门相对丰度与SM、AGB和BGB间呈显著负相关(P<0.05)。由此, 短期内聚氨酯残膜添加通过改变土壤DOC、含水量、玉米根生物量等因子提高了细菌群落多样性, 影响土壤细菌和真菌群落组成。
多源土壤水分产品在河北平原的适用性评价
石嘉丽, 张晓龙, 闵雷雷, 张婧, 王妍, 沈彦军
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210697
摘要(46) HTML(25) PDF(9)
摘要:
河北平原地处华北平原中部, 是我国重要的粮食产区, 是世界上冬小麦、夏玉米最高产的地区之一。土壤水分作为作物生长的直接水源和基础条件, 对灌溉决策、干旱预报均有重要意义。虽然多源土壤水分产品已获得了长足发展, 但其在河北平原的适用性还缺乏全面定量的评价。本文利用河北平原望都、霸州、威县、栾城4个站点2018年1月至2019年10月的表层10 cm土壤水分实测数据, 通过相关系数、偏差、均方根误差、无偏均方根误差4个指标, 对比分析了SMOS、SMAP、FY3B、ERA-Land、GLDAS、GLEAM等6种土壤水分产品在河北平原典型农田的具体表现。整体而言, 除夏季FY3B存在高估外, 多源土壤水分产品对河北平原不同站点实际土壤含水量有不同程度的低估, 研究时段内各土壤水分产品平均相关系数排序为GLEAM>FY3B>ERA-Land>GLDAS>SMAP>SMOS, 平均ubRMSE排序为GLEAM<GLDAS<SMAP<ERA-Land<SMOS<FY3B, 具体表现为: 1)同化多源数据的GLEAM、GLDAS、ERA-Land数据精度较好, 平均相关系数较大而平均ubRMSE较低。在含水量水平高的夏季, 模拟数据更接近实测值。2) FY3B数据缺失较多波动范围较大且ubRMSE较大, 但与实测数据相关性较好, 平均相关系数为0.43 m3·m−3, 夏季普遍高估土壤含水量, 数据精度较差, 其他季节则低估。3) SMAP整体数据精度高于SMOS, 夏季相关性较高但ubRMSE较大, 秋季则与之相反, 当实测土壤水介于0.30~0.40 m3∙m−3之间时表现较好。4) SMOS因射频干扰等原因在各站点表现最差, 各站点平均相关系数仅为0.20 m3·m−3, 偏差均大于0.10 m3∙m−3
谷子耐盐性研究进展及展望
刘雯雯, 乔匀周, 杨红, 李永鹏, 乔文君, 董宝娣, 刘孟雨
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210424
摘要(87) HTML(50) PDF(18)
摘要:
随着农业种植业结构调整, 谷子作为一种抗旱耐瘠薄作物在干旱盐碱地区越来越受到重视。系统深入梳理谷子的耐盐性及盐胁迫下的生理生态响应特性, 对增加盐碱地区谷子产量、提高农民收入具有重要指导意义。本文从谷子的耐盐性筛选指标及评价、盐胁迫下植株生长发育变化规律和生理生态响应、以及谷子耐盐基因发掘等3个方面, 综述了其国内外研究进展。目前谷子耐盐鉴选指标单一, 主要依赖于谷子萌发期的发芽率, 而其他生理生态指标未被充分考虑; 因谷子品种和土壤盐分的不同, 谷子植株地上地下农艺性状、光合特征、清除活性氧相关酶类以及激素响应特征而存在差异, 建立综合鉴选指标存在困难; 谷子耐盐基因的表达与作用发挥与环境条件高盐、干旱(PEG)和脱落酸(ABA)等相关, 通过特定蛋白来增强抗氧化系统、保护细胞不受损伤以及提高抗渗透胁迫能力等提高谷子的耐盐性。在此基础上, 本文提出了建立谷子耐盐综合鉴选量化标准和平台、深入开展谷子耐盐调控机理研究、进一步研发谷子耐盐栽培技术体系是未来重要的研究方向。
覆盖措施对土壤碳氮及夏玉米产量和水氮利用的影响
王真, 孙军, 杜娅丹, 孙丹, 甘海成, 牛文全
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210574
摘要(51) HTML(18) PDF(10)
摘要:
垄作覆膜和秸秆覆盖有利于提高作物产量和降雨利用效率, 但覆盖对土壤碳、氮变化的影响仍不清楚。本文设置2年田间试验, 共3种处理: 垄作覆膜(RFM)、平作覆盖秸秆(SM)和平作不覆盖(NM), 研究覆盖措施对土壤碳、氮及夏玉米产量和水、氮利用效率的影响。结果表明: 与NM相比, RFM显著提高5 cm土壤温度0.5~1.0 ℃, 显著提高10 cm土壤温度0.2~0.7 ℃ (P<0.05), 加速了土壤有机碳分解, 显著减少土壤有机碳含量4.2%, 显著增强土壤呼吸速率33.2% (P<0.05); 而SM显著降低5 cm土壤温度0.2~1.5 ℃, 降低10 cm土壤温度0.5~1.0 ℃ (P<0.05), 显著增加了土壤有机碳含量21.3%, 显著降低土壤呼吸速率44.0% (P<0.05)。RFM垄沟的土壤硝态氮含量大幅度降低(P<0.05); SM增加了0~80 cm土层土壤硝态氮含量(P<0.05), 减少了深层土壤硝态氮含量; SM和RFM最高分别增加土壤含水率23.8%和15.2% (P<0.05)、玉米氮素吸收37.6%和11.3% (P<0.05)。SM和RFM的地上部干物质积累、氮素收获指数以及作物耗水量提高, 最终显著提高夏玉米产量16.8%和9.2% (P<0.05)、水分利用效率13.0%和9.1% (P<0.05)。覆盖秸秆通过增加土壤水分、有机碳含量和氮的有效性, 提高了夏玉米产量和水、氮吸收利用效率, 是适合半干旱黄土高原雨养农业的有效覆盖方法。
氮肥减量配施有机肥对豫中地区冬小麦-夏玉米轮作生产力和土壤性质的影响
叶盛嘉, 郑晨萌, 张影, 刘星
当前状态:  doi: 10.12357/cjea.20210658
摘要(73) HTML(19) PDF(50)
摘要:
为了探索豫中地区冬小麦-夏玉米轮作的减氮潜力, 构建适宜的作物养分管理体系, 通过连续3年的田间定位试验, 研究了化学氮肥减量配施有机肥对轮作系统生产力和土壤性质的影响。田间试验设置10个处理, 包括完全不施肥(CK)、农户常规施氮量(100%CNF)、农户常规施氮量递减20% (80%CNF、60%CNF和40%CNF)、单施有机肥(OF)、农户常规施氮量配施有机肥(100%CNF+OF)及氮肥减量配施有机肥(80%CNF+OF、60%CNF+OF和40%CNF+OF)。分析处理间小麦、玉米籽粒产量和地上部生物量以及土壤理化性质、酶活性和细菌群落差异。不配施有机肥条件下, 小麦和玉米籽粒产量和地上部生物量均以80%CNF处理最高。与100%CNF相比, 80%CNF处理小麦籽粒产量和地上部生物量分别增加9.67%~10.55%和30.53%~35.76%, 玉米籽粒产量和地上部生物量分别增加28.06%~51.42%和29.62%~41.27%, 表明农户常规施肥存在明显的氮肥过量投入, 减少20%的化学氮肥用量能够显著改善轮作系统生产力。有机肥施用进一步扩大氮肥减量空间, 表现为60%CNF+OF和40%CNF+OF处理小麦籽粒产量与80%CNF处理无统计学差异, 60%CNF+OF处理玉米籽粒产量与80%CNF处理无统计学差异。减氮及其配施有机肥并不影响土壤有机质、易氧化有机碳和全氮含量以及pH, 但大幅降低硝态氮含量, 对铵态氮、速效磷和速效钾含量的影响因处理不同而异。较100%CNF相比, 减氮配施有机肥增加土壤脲酶和芳基硫酸酯酶活性, 但降低了β-葡萄糖苷酶活性, 对蔗糖酶、碱性磷酸酶和脱氢酶活性无显著影响。减氮配施有机肥处理能够改善土壤细菌群落α多样性, 60%CNF+OF和40%CNF+OF处理辛普森指数和均匀度指数较100%CNF均显著增加。减氮配施有机肥处理也显著影响土壤细菌群落β多样性, 且氮肥减量相较有机肥施用效果更为突出。在门水平, 变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是细菌群落优势成员, 减氮配施有机肥处理较100%CNF显著降低放线菌门平均相对丰度为10.92%~14.39%; 在属水平, 减氮配施有机肥处理显著增加unclassified Gp6和Sphingomonas平均相对丰度, 但降低了NocardioidesKribbellaLechevalieriaPromicromonosporaMassiliaGlycomycesDongia平均相对丰度。冗余分析表明, 速效钾和硝态氮含量是影响细菌群落结构最重要的2个土壤理化因子。共发生网络分析也证实, 化学氮肥减施增强了细菌群落成员的互作强度, 提高了细菌互作网络的复杂性和连通性。本试验条件下, 小麦和玉米季农户常规施氮量分别减少60%和40%并各配施3000 kg∙hm−2有机肥能够维持相对较高的轮作生产力, 这不仅能够实现最大减氮潜力, 同时还能改善土壤微生物多样性和群落结构, 但这一结果尚需针对不同作物品种、有机肥种类和地块再验证。此外, 化学氮肥减量配施有机肥对豫中地区冬小麦-夏玉米轮作系统的长期产量和土壤效应仍需进一步评估。
太行山前平原40年冬小麦作物系数变化及影响因素研究
李昊天, 李璐, 闫宗正, 高聪帅, 韩琳娜, 张喜英
当前状态:  doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210342
摘要(1175) HTML(38) PDF(33)
摘要:
作物系数是计算作物需水量的基本参数, 准确确定作物系数在优化灌溉管理方面有重要作用。作物系数随作物生长及环境条件发生变化, 研究作物系数如何受生产条件和气象条件变化的影响, 可为准确确定作物系数提供依据。本研究基于中国科学院栾城农业生态系统试验站1980—2020年40余年间冬小麦在充分灌溉条件下的实际蒸散量, 研究冬小麦作物系数的变化规律; 并利用最近3年的试验数据, 明确现代生产水平下影响冬小麦作物系数的主导因素。结果表明, 1980—2020年间冬小麦在充分供水条件下的实际蒸散量及参考作物蒸散量多年平均值分别为434.7 mm和550.8 mm, 参考作物蒸散量年际相对稳定, 冬小麦实际蒸散量增加17.6%。作物系数多年平均值为0.80, 其中1980—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年平均分别为0.76、0.80、0.81和0.84; 40年间冬小麦产量增加42.4%, 作物系数增加11.6%, 作物产量提升是作物系数升高的主要原因。本研究表明在现状生产条件下, 叶面积指数、生物量是影响作物系数的重要因素, 在叶面积指数较高的情况下作物系数主要受饱和水汽压差及环境温度的影响, 2017—2020年冬小麦3个生育期作物系数分别是0.79、0.86和0.79; 生育期蒸散量均值为442.3 mm, 主要生育期3年平均作物系数分别为播种—越冬前0.70、越冬期间0.42、返青—拔节期0.76、拔节—抽穗期1.18、抽穗—灌浆期1.39、成熟期0.96。本研究结果显示作物系数并不是稳定不变的, 而是受作物生产力和大气蒸散力的影响。因此, 在利用作物系数和参考作物蒸散量评价作物需水量时, 需要综合考虑上述因素。
小麦抗白粉病基因Pm2的研究进展
靳玉丽, 谷田田, 柳洪, 安调过
当前状态:  doi: 10.13930/j.cnki.cjea.210279
摘要(154) HTML(43) PDF(14)
摘要:
小麦是我国重要的粮食作物之一, 其高产、稳产对保障我国粮食安全至关重要。由布氏白粉病菌(Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt)引起的白粉病是威胁小麦安全生产的主要病害之一。当前, 小麦白粉病主要通过喷洒化学药剂和改善栽培措施进行防治, 与之相比, 发掘并利用小麦抗白粉病优异基因, 培育抗病品种是控制白粉病流行更为经济、环保和有效的措施。位于小麦5D染色体短臂上的抗白粉病基因Pm2编码一个CC-NBS-LRR蛋白, 其抗性表现优异, 载体材料综合农艺性状优良, 是小麦抗白粉病育种中应用最广泛的基因之一。本文从Pm2基因位点的发现与分子标记定位、等位基因的发掘与利用、基因克隆、功能标记的开发、单倍型分析、无毒基因的研究以及在育种上的应用等方面系统总结了Pm2相关的最新研究进展, 提出了: 1) Pm2不同等位基因抗谱存在差异可能是由遗传背景的不同和其他调控因子以及白粉菌高度杂合所致; 2) 在抗病育种中应当合理布局利用抗白粉病基因Pm2, 从而延长其使用寿命; 3) 深入发掘并利用新的抗病基因及优异等位变异, 加强种质创新, 是保证小麦持久抗性的根本手段。本文为小麦抗白粉病基因Pm2抗病机制的进一步解析和育种应用提供了理论依据。
农业生态系统及其调控
生态网络分析研究进展及其在农业生态系统氮循环中的应用前景
李晓波, KAZANCICaner, 张婧, 范如芹, 马倩倩, 杜建军
2022, 30(3): 325-332.   doi: 10.12357/cjea.20210767
摘要(420) HTML(81) PDF(95)
摘要:
农业生态系统氮循环直接关系到粮食安全和生态环境保护, 受到国内外的广泛关注。生态系统氮循环包括氮在生态系统各个组分间迁移和转化的全部过程, 具有整体性和复杂性。然而, 现有研究大多集中在氮循环的单一或局部过程, 难以从全局水平上研究农业生态系统氮循环的变化规律。作为一种系统分析工具, 生态网络分析通过构建可以模拟复杂系统中物质或者能量流动结构的生态网络分室模型, 进而可以从全局的视角分析生态系统的内在、整体属性及其变化规律。因此, 利用生态网络分析从整体上审视农业生态系统氮素循环规律具有良好的应用及发展前景。鉴于此, 该文介绍了生态网络分析方法的基本原理、作者在生态网络分析方法研究中取得的新进展, 包括基于自主提出的网络粒子追踪法(network particle tracking, 简称NPT)将生态网络分析的应用范围由稳态系统扩展至动态系统和新提出两个性能更优的系统评价指标。此外, 分析了生态网络分析方法主要优势、实现步骤及应用案例, 指出了阻碍生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中应用的主要问题以及应对策略, 展望了生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中的可能应用。
生物炭对土壤微生物代谢活动的影响
谭春玲, 刘洋, 黄雪刚, 张峻源, 罗文浩
2022, 30(3): 333-342.   doi: 10.12357/cjea.20210542
摘要(210) HTML(55) PDF(77)
摘要:
近年来, 生物炭在农业及环境领域的应用受到广泛关注, 不仅能够增强土壤肥力, 还能固定与降解土壤污染物, 从而降低污染物对土壤生态系统的毒性效应。土壤微生物的生长代谢活动是驱动土壤元素循环和有机污染物降解的主要动力, 也是反映土壤健康状况的重要指标。生物炭的上述正面作用可能是通过促进微生物生长代谢活动来实现的。而目前对各类生物炭影响下微生物代谢活动存在的差异认识仍不全面, 不利于生物炭的可持续发展应用。因此, 考察生物炭的施用对土壤微生物的影响显得十分必要。本文总结了生物炭对土壤微生物丰度、多样性、群落结构及活性变化的影响机制: 生物炭的多孔结构可为微生物提供栖息地, 其灰分可为微生物提供养分; 高温生物炭可提高酸性土壤pH, 这为大部分微生物提供适宜的生存环境; 同时, 生物炭的活性官能团可介导微生物的电子传递促进微生物的代谢活动。但生物炭含有的多环芳烃(PAHs)、挥发性有机物(VOCs)、环境持久性自由基(EPFRs)和重金属等对微生物生长代谢活动具有抑制作用。因此, 本文结合生物炭的原料来源、热解温度等重要因素, 深入探究了生物炭对土壤微生物的正面与负面作用; 以及生物炭与微生物作用对土壤的肥力提升、污染修复和控制病原微生物的影响, 及其所涉及的相关机制。最后, 本文就如何高效应用生物炭提出建议, 并对生物炭与微生物的未来研究方向提出了展望。
Crop allelopathy types: Current research status and prospects in China
LIN Zhimin, MUHAMMAD Umar Khan, FANG Changxun, LIN Wenxiong
2022, 30(3): 343-355.   doi: 10.12357/cjea.20210418
摘要(141) HTML(34) PDF(43)
摘要:
In this review, we present details of recent advances in research on different types and action modes of crop allelopathy in China. In particular, we focus not only on direct and indirect allelopathy but also on intra- and interspecific interactions, with the aim of informing international peers of the ongoing developments in this field. The term crop allelopathy was first defined in 1984, and since that time, substantial progress has been made in this area, during which the concept of crop allelopathy has been broadened to encompass plant-soil-microbial interactions, including amensalism, autotoxicity, and facilitation in cropping systems. Recent studies have revealed that donor plants are able to trigger the expression of defense-related genes, resulting in the release of specific metabolites (allelochemicals) into the environment. In particular, allelopathic crops have been found to secrete these chemicals into the soil environment via root exudation in response to stresses induced by target plants (such as weeds), which in turn results in allelopathic amensalism and allelopathic commensalisms in cropping systems. The amensalistic and commensalistic components of crop allelopathy can be further divided into intra- and interspecific interactions based on mode of action. Interspecific interactions involve the inhibitory or facilitative effects of donors on recipient plants, depending on the types, concentrations, and bio-activity of allelochemicals; whereas intraspecific interactions include auto-promotive and auto-toxic effects, which can be either positive or negative. The current consensus indicates that both positive and negative allelopathic interactions are mediated via changes in rhizosphere soil microbial composition and structure in response to root allelopathic secretions. In this regard, however, there is often an imbalance in the composition of soil microbial communities, which is largely attributable to an increase in pathogen populations and reduction in those of beneficial bacteria as a consequence of consecutive monoculture cropping. Such imbalances inevitably lead to three undesirable outcomes in continuous cropping systems, namely, soil nutrient sequestration, soil acidification, and the outbreak of soil-borne diseases, thereby resulting in reduced crop yields and quality. Conversely, in the case of positive allelopathic interactions, continuous cropping can contribute to promoting increases in microbial diversity mainly as a consequence of increments in the populations of beneficial bacteria and corresponding reductions in pathogenic microorganisms, thereby enhancing soil micro-habitats, and thus increasing crop yield and quality. Given these responses, a key priority for future research is more in-depth studies of the structure and function of rhizosphere microbial communities, and appropriate modification of rhizosphere habitats, with the aim of producing high-yielding good quality crops for sustainable agricultural development.
基于单作物系数法的华北平原典型农业生态系统蒸散规律研究
杨天一, 王军, 张红梅, 李镕基, 张玉翠, 沈彦俊
2022, 30(3): 356-366.   doi: 10.12357/cjea.20210336
摘要(196) HTML(39) PDF(36)
摘要:
作物系数法可以简单、准确地反映作物不同生育期内实际蒸散量变化规律及特点, 但针对华北平原地区不同类型农业生态系统, 尤其是梨园种植区生育期内作物系数的变化及蒸散规律研究并不充分。本研究针对华北平原典型的冬小麦-夏玉米农田生态系统、棉田生态系统和梨园生态系统, 基于FAO56手册推荐的单作物系数法计算和验证了2016—2017年各农业生态系统初始生长期至生育末期的实际蒸散量, 分析了不同生育阶段蒸散变化规律。不同作物初始生长期、快速发育期、生育中期和生育末期作物系数, 冬小麦分别为0.60、0.88、1.07和0.72, 夏玉米分别为0.46、0.76、1.01和0.80, 棉花分别为0.34、0.71、1.07和0.78, 梨树分别为0.81、0.91、1.02和0.96。冬小麦-夏玉米、棉田和梨园的单作物系数法计算的实际蒸散量分别为694.3 mm、472.2 mm和825.7 mm。3类作物生育期内实际蒸散量计算值比实测值分别低1.0%、低4.9%和高8.1%, 变化趋势一致, 相关系数为0.80~0.91 (P<0.01)。粮、棉和果树生态系统是华北平原农业生态系统的典型代表, 本研究不仅明确了各类作物尤其是研究比较缺乏的梨树的不同生育期内的作物系数, 同时利用涡度相关实测结果进行了同时空尺度的验证, 明确了单作物系数法在华北平原不同农业生态系统的适用性, 为制定合理灌溉计划、实现作物耗水精准管理提供科学依据。
华东沿海稻麦轮作区生态系统能量闭合度和CO2通量特征研究
徐敏, 徐敬争, 刘文菁, 徐萌, 徐经纬, 高苹, 罗晓春
2022, 30(3): 367-379.   doi: 10.12357/cjea.20210731
摘要(88) HTML(41) PDF(24)
摘要:
为科学评估华东沿海水稻-小麦轮作(简称“稻麦轮作”)农田生态系统能量通量变化特征和固碳能力, 基于2019—2020年涡度相关系统观测的稻麦轮作全生育期通量数据, 经质量控制, 研究分析了太阳净辐射(Rn)、潜热通量(LE)、显热通量(H)、土壤热通量(G)、CO2通量(FC)多时间尺度变化特征和稻麦轮作系统固碳量及其环境影响因子。结果表明: 有效能量和湍流通量能量平衡比率为0.80, 能量闭合度较高, 说明通量观测数据可靠。月均LE和Rn年内变化总体均呈“倒U型”, 两者变化基本同步, 峰值主要在5—8月, 谷值主要在1—2月、11—12月。HG的波动幅度明显小于LE和Rn。日内逐小时FC呈“U型”单峰二次曲线, 总体为白天吸收CO2、夜间排放CO2, CO2日吸收峰值主要出现在10:00—12:30; 逐日FC和逐月FC在年内总体呈“W型”变化特征, 全年碳排放时段主要集中在1月、6月、11—12月, 其余均为碳吸收, 吸收峰值分别在冬小麦拔节孕穗期(3—4月)和水稻拔节孕穗期(8月)。2019年和2020年的2—5月冬小麦生长期的固碳量分别为387.4 g(C)∙m−2和382.2 g(C)∙m−2, 7—10月水稻生长期的固碳量分别为678.2 g(C)∙m−2和599.7 g(C)∙m−2; 白天, 若气温升高, 冬小麦和水稻的CO2吸收能力会随之增强, 但当饱和水汽压差高于1.7 kPa时, 会降低这种吸收趋势, 夜间主要是受气温影响。由此可见, 沿海稻麦轮作农田生态系统碳吸收能力有着明显的日变化和季节变化, 全年尺度上是碳汇, 且为强固碳区。
作物栽培与生理生态
提高东北春玉米产量和资源利用效率降低碳足迹的优化综合管理措施
刘志铭, 司雨, 姚凡云, 郑培峰, 兰天娇, 吕艳杰, 王永军
2022, 30(3): 380-388.   doi: 10.12357/cjea.20210405
摘要(97) HTML(30) PDF(39)
摘要:
东北是我国最大的玉米产区, 但生产中长期以高产为目标的管理方式, 导致其生产系统成为巨大的温室气体排放源, 在保证产量的基础上采取有效措施提高资源利用效率并降低环境代价已成为产业发展的迫切需求。本研究选择东北平原中部半湿润区和半干旱区, 采用宽窄行(宽行90 cm, 窄行40 cm)和高密度(90 000株∙hm−2)种植, 在玉米15叶期喷施化控剂, 氮肥减施(半湿润区和半干旱区分别减少28.0%和9.1%)的综合管理模式(IM), 其中半干旱区增加了膜下滴灌处理。从玉米产量、温光利用效率、经济效益和碳足迹等方面, 比较分析了东北不同生态类型区IM和农户模式(FM: 65 cm等行距, 种植密度60 000株·hm−2, 不化控)的差异。结果表明, 与FM相比, 半湿润区和半干旱区IM玉米产量分别提高24.2%和25.6%, 主要表现为种植密度增加50%使得收获穗数增加52.8%, 而穗粒数和千粒重仅分别降低8.5%和11.0%; 半湿润区积温生产效率提高21.1%, 光能利用效率提高21.0%, 半干旱区积温生产效率和光能利用效率分别提高20.7%和22.0%; 而且半湿润区和半干旱区IM年净收益分别较FM增加32.9%和24.4%。同时, 半湿润区IM碳排放总量为2860.1 kg(CO2-eq)·hm−2, 较FM降低18.7%; 而半干旱区IM的碳排放总量为 2729.6 kg(CO2-eq)·hm−2, 较FM增加8.9%。半湿润区和半干旱区IM单位玉米产量的碳足迹分别为0.20 kg(CO2-eq)·kg−1和0.22 kg(CO2-eq)·kg−1, 分别较FM降低39.4%和15.4%。综上, 在东北春玉米区采取综合管理措施, 能够实现玉米产量、温光资源利用效率和经济效益协同提升, 且显著降低其碳足迹, 其中半湿润区效果尤为明显, 而半干旱区碳排放虽有所增加, 但其增幅低于产量增幅, 最终显著降低碳足迹。所以, 该综合管理模式可在东北玉米生产中推荐应用。
遁耕分层施肥对夏玉米产量形成的调控效应
徐萍, 杨宪杰, 邓学斌, 杨震, 孙彦玲, 张正斌
2022, 30(3): 389-398.   doi: 10.12357/cjea.20210128
摘要(185) HTML(55) PDF(28)
摘要:
针对黄淮海平原夏玉米硬茬播种导致耕层变浅和光温水肥资源利用效率下降的问题, 本试验设置遁耕分层施肥后播种(简称“遁耕”)和硬茬种肥同播(简称“硬茬”)两个处理, 测定比较了土壤容重、含水率和养分含量, 并在玉米大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、灌浆后期和成熟期对玉米生长发育性状、干物质积累性状、产量构成性状进行了调查和差异比较; 最后比较分析了玉米水分利用效率和偏氮肥生产力。结果表明, 遁耕处理与硬茬处理相比, 可明显地降低土壤容重, 增加土壤含水率和20~40 cm土层氮磷钾养分含量。遁耕处理的玉米株高和单株叶面积在大喇叭口期到吐丝期明显高于硬茬处理, 叶干重从大喇叭口期到抽雄期、穗干重从吐丝期到灌浆后期都显著高于硬茬处理; 穗粗、行粒数、百粒重、穗轴重、单株粒重、单株秸秆重和产量也显著高于硬茬播种。与硬茬处理相比, 遁耕处理显著提高了水分利用效率和偏氮肥生产力, 并增产19.53%。因此, 遁耕分层施肥一体化技术明显优化了土壤容重和水分及养分分布, 调控了玉米生长发育节奏和产量构成要素, 增加了玉米干物质积累, 提高穗粒数和粒重, 从而实现增产。
高温对冬小麦旗叶光合机构的伤害机制
杨程, 李向东, 杜思梦, 张德奇, 时艳华, 王汉芳, 邵运辉, 方保停, 程红建, 位芳
2022, 30(3): 399-408.   doi: 10.12357/cjea.20210469
摘要(89) HTML(46) PDF(32)
摘要:
高温胁迫下小麦光合能力下降是影响小麦灌浆和导致产量下降的主要因素。探明高温对小麦旗叶光合机构的伤害机制有助于小麦高温抗性资源的合理利用。本研究选取35个河南省不同年代的主栽小麦品种, 在离体条件下采用快速叶绿素荧光、820 nm光反射、延迟荧光同步测定的方法, 对不同温度(22 ℃, 30 ℃, 38 ℃)处理下所有小麦品种光合电子传递活性相关参数进行了测定和分析。首先根据最大光化学效率(FV/FM)对高温的敏感程度将35个小麦品种分为高温不敏感(G1)和高温敏感(G2)两种类型, 然后对所测参数分别平均, 结果显示高温胁迫下两种类型小麦品种光系统Ⅱ (PSⅡ)的光能捕获效率、吸收的光能推动电子传递到初级醌受体(QA)下游和光系统Ⅰ (PSⅠ)末端的效率、质体醌(PQ)库的再还原能力高温下均显著下降, 但G2小麦品种下降幅度更大; 两种类型小麦品种PSⅠ活性均不受影响, 但G2小麦品种PSⅠ供体侧电子传递活性下降幅度大于G1小麦品种。通过3种研究方法的相互补充和印证, 最终表明PSⅡ反应中心活性、PSⅡ光能的捕获和QA向下游传递电子的能力的差异是导致两种类型小麦品种光合电子传递活性差异的主要原因, PSⅡ供体侧和PSⅠ活性对小麦光系统Ⅱ高温抗性没有直接影响。该研究对未来冬小麦抗高温品种选育和栽培管理技术的创新提供了参考。
遮阴对伴矿景天Cd、Pb、Zn累积特征的影响
陈思, 阎凯, 何永美, 湛方栋, 祖艳群, 李元, 陈建军, 李博
2022, 30(3): 409-418.   doi: 10.12357/cjea.20210579
摘要(93) HTML(34) PDF(12)
摘要:
为促进伴矿景天(Sedum plumbizincicola)在云南高原土壤污染地区修复实践中的应用, 本文在云南怒江兰坪铅锌矿区矿渣地开展种植伴矿景天的大田试验, 设置遮阴处理(光照强度降低25%), 以自然光照为对照, 测定植株生物量、亚细胞组分和化学形态镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)含量及全量, 研究遮阴处理对伴矿景天Cd、Pb、Zn累积特征的影响。结果表明: 1)遮阴处理导致伴矿景天茎、叶中Cd、Pb、Zn含量和累积量均显著降低(P<0.05或P<0.01), 含量降幅范围为15.2%~52.1%, 累积量降幅范围为17.6%~67.4%; 且遮阴条件下伴矿景天Cd、Zn的富集系数和转移系数显著小于未遮阴条件下生长的伴矿景天(P<0.05)。2)遮阴条件下, 伴矿景天植株叶细胞壁Cd含量显著降低(P<0.05), Pb含量显著增加(P<0.05); 且伴矿景天茎、叶中细胞器和可溶部分Zn含量均显著降低(P<0.05), 降幅范围为11.8%~57.3%。3)伴矿景天茎、叶中Zn以醋酸提取态(FHAc)和盐酸提取态(FHCl)为主, Cd、Pb以氯化钠提取态(FNaCl)为主; 且遮阴处理导致伴矿景天叶片中FHAc-Cd含量极显著增加(P<0.01), 去离子水提取态(FW) Cd含量显著降低(P<0.05或P<0.01); 茎、叶中乙醇提取态(FE) Zn和FHAc-Zn、FHCl-Zn含量均极显著降低(P<0.01)。综上所述, 遮阴导致伴矿景天的液泡区隔化和细胞壁固持作用降低, 且其体内难溶的磷酸盐类惰性态重金属含量减少, 最终降低伴矿景天对Cd、Zn的富集和转运能力。
Determination of volatile oil and non-volatile organic compounds contents and ultrastructure changes in the petals of Dendrobium huoshanense upon Zn application
ZHU Wangsheng, DAI Jun, CHEN Naidong, WANG Jiahong
2022, 30(3): 419-430.   doi: 10.12357/cjea.20210486
摘要(138) HTML(40) PDF(29)
摘要:
The petals of Dendrobium huoshanense have great potential as functional food because of their pleasant fragrance and health values. To obtain high-quality raw materials for functional food production, more attention is being directed toward improving the food quality traits of D. huoshanense petals under field cultivation conditions. In this study, we investigated the effects of Zn application on the volatile oil and non-volatile organic compounds contents in the petals of D. huoshanense. Furthermore, the mechanism was also studied from the perspective of petal ultrastructural changes. Volatile oil constituents were investigated using gas chromatography-mass spectrometry. The contents of non-volatile organic compounds, including soluble sugar, free amino acids, and phenolic compounds, were investigated using chemical analysis methods. Ultrastructural changes were observed via transmission electron microscopy. The results showed that Zn application increased the yield of volatile oils (primarily terpenes and their derivatives) and non-volatile organic compounds from the petals of D. huoshanense. Different levels of Zn treatments changed the production of the above-mentioned volatiles and non-volatile compounds to varying degrees. The maximum rate of increase in the content of volatile oil, soluble sugars, free amino acids, and phenolic compounds was 28.57%, 33.53%, 28.89%, and 58.41%, respectively. Ultrastructural changes at the cellular level showed that Zn application promoted vacuole fusion and increased the production of mitochondria, starch grains, and lipid droplets. In conclusion, Zn application improves the production of volatile oils and non-volatile organic compounds. Ultrastructural analysis has provided new anatomical insights into the production of volatile oils and non-volatile organic compounds.
农业资源与环境
有机肥替代化肥对紫色土坡耕地氮素流失的影响
胡冬妮, 董志新, 朱波
2022, 30(3): 431-440.   doi: 10.12357/cjea.20210592
摘要(110) HTML(37) PDF(28)
摘要:
为明确紫色土有机肥替代化肥的农学与环境效应, 减少紫色土氮素面源污染, 进一步为紫色土化肥“零增长”策略提供科学依据, 利用紫色土坡地养分管理长期试验平台, 结合自由排水采集器(Free-drain Lysimeter)定位观测, 研究紫色土坡耕地小麦-玉米轮作期间(2012—2013年)不同施肥方式下的土壤无机氮动态、作物产量、氮素流失路径与总量。等氮下设置5个施肥处理: 单施化学氮肥(N)、常规化肥(NPK)、猪厩肥(猪厩肥替代100%的化肥氮, OM)、猪厩肥与氮磷钾配施(猪厩肥替代30%的化肥氮, OMNPK)、秸秆还田与氮磷钾配施(秸秆替代15%的化肥氮, CRNPK), 以不施肥(NF)为对照。结果表明, 紫色土坡耕地壤中流流量占总径流量的54.5%~84.6%, 随壤中流淋失的氮占氮流失总量的90.6%, 以壤中流为介导的氮淋失是紫色土坡耕地氮素流失的首要途径, 且氮淋失量高达12.53~76.72 kg(N)·hm−2, 远高于我国其他地区农田氮淋失量, 紫色土地区是氮淋失的热点区域。与常规施肥(NPK)相比, 有机肥替代化肥显著降低紫色土氮素流失量, 其中猪厩肥(OM)、猪厩肥与氮磷钾配施(OMNPK)、秸秆还田与氮磷钾配施(CRNPK)总氮素流失量分别减少32.1% (P<0.05)、27.5% (P<0.05)与21.2% (P<0.05), 其关键机制在于有机肥替代化肥对氮淋失的减控作用, 通过壤中流淋失的氮素分别减少32.0% (P<0.05)、26.7% (P<0.05)与18.0% (P<0.05); 此外, 氮流失系数分别降低44.8%、38.5%及24.3%, 玉米-小麦轮作系统年产量分别增加23.0%、17.8%及4.1%。因此, 长期有机肥替代化肥能在减量施用化肥的基础上保证作物产量, 同时显著降低紫色土坡耕地氮流失风险, 是当前紫色土坡耕地可推荐的减氮增效技术。
高自然价值农田识别及空间分布格局研究—以云南省为例
方一舒, 艾东, 羊玉婷, 孙玮健, 戴瑶
2022, 30(3): 441-450.   doi: 10.12357/cjea.20210501
摘要(83) HTML(41) PDF(24)
摘要:
中国耕地保护面临巨大挑战, 耕地数量质量管控是保护的基本前提; 同时为促进中国农业可持续发展, 需要增强农业生态系统韧性, 因此在自然价值视角下, 探索高自然价值农田识别与空间分布具有重要意义。本文借鉴国内外学者对农田保护的研究, 引出“高自然价值农田”的概念, 探索“高自然价值农田”对中国农田生态系统建设的作用。并以云南省为实例, 采用ArcGIS和InVEST模型进行定量分析,作为探索中国西南地区高自然价值农田的识别方法。利用2009年、2012年、2015年和2018年4期土地利用现状数据, 计算各年份的农田生境质量, 研究各年份高自然价值农田空间分布格局变化情况。主要得到以下结论: 1)依据现有文献, 总结高自然价值农田主要分为以下3种类型: ①半自然植被比例较高的农田; ②以低强度农业为主的农田或小规模半自然的农田镶嵌体; ③维持稀有物种生存的农田。2)依据评价结果, 从时间格局来看, 高自然价值农田所占比例年度变化不大, 平均为10.86%, 以毗邻林地、水域的破碎化的小图斑为主。3)从空间格局来看, 云南省农田自然价值等级整体处于较低等级, 高自然价值农田所占比例较低, 分布于滇西北和滇东北部分地区, 斑块相对比较细碎, 零散分布于集中连片的农田周边; 而较低自然价值的农田所占比例最大, 广泛分布于云南省范围内, 其生产价值较高。最后从自然资源、农田生态系统生物多样性保护和农业文化遗产保护的视角进行分析, 提出分区分级进行农田保护与退耕还林政策, 实现“共治共建, 同管同护”的保护理念。
融合半变异函数的空间随机森林插值方法
王铭鑫, 范超, 高秉博, 任周鹏, 李发东
2022, 30(3): 451-457.   doi: 10.12357/cjea.20210628
摘要(98) HTML(72) PDF(27)
摘要:
土壤环境变量具有较强空间异质性, 为空间插值精度的提升带来了困难, 仅基于空间相关性和空间异质性的空间插值方法难以获得较高的插值精度。机器学习方法能够融合多维辅助变量的信息, 提高土壤属性的插值精度, 但是不能有效融合空间位置关系信息进一步改善插值精度。本文基于随机森林空间预测框架, 将空间半变异函数与随机森林算法融合, 提出了融合半变异函数的空间随机森林插值方法。应用所提出的方法对湖南省湘潭县土壤重金属数据进行空间插值, 并与随机森林方法、基于距离的随机森林空间预测方法、普通克里金方法和回归克里金方法进行对比, 检验了所提出方法的插值精度。结果表明, 融合半变异函数的空间随机森林插值方法相较于传统克里金方法精度提升10%以上, 相较于新型机器学习空间插值方法精度提升5%以上, 同时基于半变异函数的空间随机森林插值方法的插值制图结果具有更加合理的空间分布和丰富的细节信息。因此, 融合半变异函数的空间随机森林插值方法能够有效结合辅助变量信息与空间位置关系信息, 有效提高土壤环境变量插值精度。
农业生态经济与生态农业
节水灌溉对粮食作物种植的影响—基于农业劳动力资源的调节效应
奚云霄, 刘静, 常明
2022, 30(3): 458-469.   doi: 10.12357/cjea.20210693
摘要(138) HTML(48) PDF(22)
摘要:
保证粮食播种面积的稳定是确保粮食安全的首要任务。近年来, 中国农业节水灌溉的快速发展有效节约了水资源, 并提高了土地综合生产能力, 为国家的粮食安全提供了有力保障。但节水灌溉措施对粮食播种面积产生何种影响, 相关研究尚未达成共识。因此, 本文运用双向固定效应模型和调节效应模型, 通过2006—2019年的省级面板数据, 以农业劳动力资源为调节变量, 实证分析了节水灌溉措施对粮食作物播种面积的影响及机制。研究发现: 1)在研究年份内, 节水灌溉措施能够显著促进粮食播种面积的增加, 并且农业劳动力越少, 这种促进效应越为显著, 即农业劳动力资源发挥着负向调节作用。2)通过划分作物类型发现, 以上影响作用主要体现在小麦和玉米两种旱地作物, 其对于水稻的影响作用不显著。3)区分节水灌溉措施类型发现, 具有节约劳动力效果的现代节水灌溉措施能够提升小麦和玉米的播种面积, 且其中农业劳动力资源依旧具有负向调节效应; 而不具备明显节约劳动力效果的传统节水灌溉措施仅能促进小麦播种面积的增加。基于以上结论, 本文认为在现阶段中国农业劳动力已大量非农转移的背景下, 可通过因地制宜建设不同类型的节水灌溉措施, 以促进粮食作物的播种面积, 为乡村振兴和社会主义现代化的实现筑牢国家粮食安全的“压舱石”。
农业绿色发展视角下美国有机农业的成功经验与政策启示
马健, 虞昊, 罗小娟
2022, 30(3): 470-483.   doi: 10.12357/cjea.20210509
摘要(130) HTML(63) PDF(47)
摘要:
发展有机农业有利于恢复生态平衡, 是提升农产品质量安全、实现我国农业绿色发展以及全面推进乡村振兴战略的重要方式之一。美国自20世纪40年代开始发展有机农业, 如今已在生产销售、贸易互动、认证管理、补贴与科研等各方面取得了一定的成效。其主要经验包括一方面坚持以农业法案的完善为核心, 构筑农业可持续发展的法理基础; 通过财政补贴的方式实施有机农业援助项目, 降低有机转换成本, 鼓励农户从事有机农业。另一方面, 不断创新有机技术理论, 提高有机科研水平; 积极推动有机标准国际认证认可, 打造全球第一的市场规模, 提升有机农业国际化水平。尽管如此, 美国有机农业在国家农业布局中仍属小众化产业, 有机农地面积和农场数量占全国的比例较低, 在各州的分布也不均衡, 西部、中西部和东北部有机农业发展明显优于南部。同时, 有机农产品进出口贸易结构也存在一定的失衡。本文认为出现以上问题的主要原因是美国有机农业经营成本较高、有机农产品竞争优势不强以及技术支持与财政投入力度有限等。基于此, 对我国有机农业的高质量发展提出以下建议: 培育新型有机农业经营主体, 拓宽有机产品营销渠道; 树立顶层设计理念, 构建精准的政策支持体系; 推进有机农业立法, 加强科研投入与技术创新; 健全有机认证制度, 积极推进国际认证认可。
农户保护重要农业文化遗产主观意愿评价—以广东佛山基塘农业系统为例
苏炎芳, 王思远, 黎尔纳, 廖森泰
2022, 30(3): 484-494.   doi: 10.12357/cjea.20210472
摘要(98) HTML(33) PDF(10)
摘要:
农户是重要农业文化遗产保护多方参与机制中的重要组成部分, 考察和评价农户保护重要农业文化遗产的主观意愿, 对指导重要农业文化遗产的保护和可持续发展具有深远意义。基于情境互动下农户参与遗产保护的分析框架, 本文以中国重要农业文化遗产——广东佛山基塘农业系统为例, 采用Q方法进行研究设计, 通过与调查对象进行深度访谈后邀请调查对象自愿对遗产保护Q陈述进行排序。结果显示: 1) PQ Method 2.35软件提取了F1、F2、F3和F4共4个具有代表性因子, 其特征根分别是10.334、4.028、2.741和1.891, 经因子旋转4个因子均被接受解释。根据各因子得分将农户保护意愿划分为潜在保护意愿导向型、回避保护意愿导向型、原生保护意愿导向型和开发保护意愿导向型共4种类型。2)受访对象保护遗产意愿与其年龄、学历和是否务农的关系较为密切。其中老年小农户主要持低保护意愿, 而大规模养殖农户主要是潜在保护意愿群体。3)不同保护意愿的农户在认知、态度和行为3个方面存在明显差异。持原生保护意愿和开发保护意愿的农户对遗产保护认知较高, 不同的是两者注重的保护方式不同。持回避保护意愿的农户不关注遗产保护, 强调政府作用, 其中弱认知和生计困境是导致其低保护意愿的主要原因。基于此, 为了提高遗产地农户保护遗产意愿, 发挥农户参与保护基塘农业系统的主体作用, 建议提高整体农户对重要农业文化遗产的认识、强化遗产地农户生计保障措施、激发潜在保护意愿农户的保护潜能和提升农户参与遗产保护的能力。

主       编:刘昌明

主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所 中国生态经济学学会

承办单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所中国生态经济学学会

ISSN 2096-6237
CN 13-1432/S
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