中国生态农业学报(中英文)

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2020年第28卷第2期

栏目

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

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农业生态系统及其调控

基于LCA的不同间作体系产量优势及温室效应研究

耿川雄, 任家兵, 马心灵, 龙光强, 鲁耀, 汤利

2020, 28(2): 159-167. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190704

摘要(743) HTML (47) PDF(368)

摘要:
为了探究间作体系对农田生态系统温室效应和产量优势的影响，本文选用小麦/蚕豆和玉米/马铃薯间作种植体系，通过为期2年的田间小区试验，采用生命周期评价法（LCA），以小麦/蚕豆间作和小麦单作、玉米/马铃薯间作和玉米单作为研究对象，以生产1 000 kg作物为评价的功能单元，建立农资系统和农作系统生命周期资源消耗以及温室气体排放清单，研究了不同种植体系的作物产量、全球增温潜势和能源消耗等指标的差异。结果表明：与单作小麦相比，间作小麦两年的产量分别增加18.04%和39.94%；与单作玉米相比，间作玉米的产量分别增加2.65%和23.16%；小麦/蚕豆间作系统两年平均增幅高于玉米/马铃薯间作系统。小麦/蚕豆间作的土地当量比两年均大于1，玉米/马铃薯间作的土地当量比仅有1年大于1。与单作小麦相比，两年间作小麦的全球变暖潜值分别降低15.28%和28.53%，能源消耗分别减少15.29%和28.53%；与单作玉米相比，间作玉米的全球变暖潜值分别降低2.61%和19.05%，能源消耗分别减少2.61%和18.83%。小麦/蚕豆间作的间作产量优势优于玉米/马铃薯，但玉米/马铃薯间作的增温潜势低于小麦/蚕豆间作。合理间作具有显著增产效应，同时可以降低温室效应以及能源消耗，以更低环境代价获得作物高产高效。

云南省小粒咖啡种植生态适宜性区划

张明达, 王睿芳, 李艺, 胡雪琼, 李蒙, 张茂松, 段长春

2020, 28(2): 168-178. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190509

摘要(1289) HTML (172) PDF(351)

摘要:
小粒咖啡产业是云南省发展高原特色农业和精准扶贫的重点内容，开展生态适宜性研究有助于优化布局和扩大规模。基于ArcGIS建立了云南省气候、土壤理化、地形地貌因子精细化空间分布模型，利用层次分析法确定3个层次、11个生态适宜性指标权重，在重点区域进行小粒咖啡种植区生态适宜性分析及区划研究。结果表明：1）气候因子是小粒咖啡种植生态适宜性的关键性因子，地形地貌因子影响其次，土壤理化性质因子的影响最小；最冷月平均气温、2—3月降水量和海拔3项因子对小粒咖啡生态适宜性影响较大，各地在开展种植规划时要重点关注。2）小粒咖啡最适宜、适宜种植区主要分布在云南西南部和东南部，分别占国土面积的18.8%和15.0%，次适宜区占国土面积的21.0%。3）普洱市小粒咖啡适宜性最好，在中部和南部可开展大规模种植；临沧、德宏和保山等地应结合横断山脉的影响，在适宜性高的区域加强规划；西双版纳、文山、红河适宜性条件好，需加强规划和提高投入，充分发挥生态资源优势潜力；大理、怒江以及河谷热区也可以开展小粒咖啡种植，但需注意防范低温和干旱等灾害的影响。4）经采样点调查验证，生态适宜性分析及区划结果准确。云南省仍有较大范围的小粒咖啡种植适宜区，加强适宜种植区的规划布局有助于提高产量和品质，进而提升云南省小粒咖啡产业的国际竞争力。研究方法可以推广至其他高原特色农业品种，为优化选址规划和科学生态布局提供科学依据。

近60年东北地区春玉米旱涝趋势演变研究

任宗悦, 刘晓静, 刘家福, 陈鹏

2020, 28(2): 179-190. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190684

摘要(741) HTML (51) PDF(344)

摘要:
区域作物旱涝趋势的演变是区域应对气候变化、制定防灾减灾决策的理论依据，是保证我国粮食安全的基础。本文以东北地区为研究区，依据春玉米的生长特征将其划分为14个分区，利用研究区1958-2017年78个站点的逐日气象数据，计算春玉米生育期内的累积水分盈亏指数（CWSDI'），并将其划分为8个旱涝等级，结合M-K趋势检验和突变检验法及GIS空间分析技术，揭示了东北地区春玉米生长期旱涝趋势的时空演变规律。结果表明：在春玉米生育期内，播种-抽穗期的3个生育阶段，CWSDI'值大体呈上升趋势，抽穗-成熟期CWSDI'值呈下降趋势，其中乳熟-成熟阶段的下降趋势最重，但无明显区域性。研究区内春玉米干旱的发生频率远高于洪涝的发生频率，干旱自20世纪90年代逐渐加重，洪涝情况无明显变化趋势；拔节-抽穗阶段和乳熟-成熟阶段分别是旱涝灾害最轻和最重的阶段，春玉米各生育阶段各旱涝等级的发生频率大体上是特旱>轻旱>其余旱涝等级；吉林省西部和辽宁省西部的中旱及重旱频率高于其他地区，特旱主要集中在研究区西部，轻涝集中在黑龙江省中、南部，吉林省东部和辽宁省东部，研究区内几乎不发生中、重涝。应在春玉米的生育初期和后期注意旱涝灾害的预防，研究区西部的旱情较重应重点防范，做到适时有效灌溉。研究结果可为区域预测农业旱涝灾害、优化水资源配置提供决策依据。

基于游程理论的农业干旱指数在辽宁省春玉米旱灾损失评估中的应用

谭方颖, 何亮, 吕厚荃, 宋迎波, 程路, 侯英雨

2020, 28(2): 191-199. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190675

摘要(631) HTML (51) PDF(333)

摘要:
为准确识别农业干旱事件，评估干旱对农作物产量的影响，本文以辽宁省为例，基于52个气象站1961—2015年逐日气象数据，计算了春玉米全生育期水分亏缺距平指数，利用游程理论构建了一种新的春玉米全生育期干旱指数，再结合历年产量损失率构建了区、县级尺度的干旱产量损失评估模型，并对不同干旱风险下春玉米产量损失进行了评估，以明确辽宁省春玉米干旱重点防范区域。研究结果表明，辽宁省春玉米干旱指数呈由西向东递减的经向分布特征，辽西地区更易发生严重的干旱事件，且春玉米产量稳定性也最差。春玉米主产区内，80%以上的区、县春玉米产量损失率与干旱指数呈显著线性正相关，辽中部分区县和辽东大部两者相关性不显著。相同干旱指数下，辽西产量损失率最大，并以朝阳地区为最；辽南和辽北次之；辽东湾和中部部分平原地区总体较小；非水分限制区辽东的凤城市和东港市，降水偏少反而更有利于春玉米产量提高。辽宁省春玉米干旱重点防范区域主要分布在辽西的朝阳地区，以及千山山脉以西和以北的辽北、辽南地区，提高和稳定春玉米产量需增加耐旱品种种植、发展节水灌溉、提高水分利用效率；降水充沛或灌溉条件较好、产量稳定性较高的辽东大部和辽中部分区县，可通过提高种植和管理水平、加强其他气象灾害防御等增加春玉米产量。

作物栽培与生理生态

气候×基因型×水分管理对河北平原冬小麦产量和WUE的影响

孙蕊, 董心亮, 赵长龙, 苏寒, 王金涛, 刘小京, 孙宏勇

2020, 28(2): 200-210. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190671

摘要(603) HTML (38) PDF(322)

摘要:
冬小麦是华北平原的主要作物，其生长受气候等环境因子和品种、管理措施等因素的共同影响。为了研究气候×基因型×水分管理互作对河北平原冬小麦产量及水分利用效率（WUE）的影响，以‘科农2009’‘藁优2018’和‘师栾02-1’3个该区域主栽冬小麦品种为材料，于2018—2019年沿北纬38°带，选择河北平原冬小麦主产区的4个典型试验站点（衡水、南皮、栾城、南大港）进行了不同水分管理（雨养、灌溉）的大田试验。结果表明：在灌溉条件下，衡水、南皮、栾城和南大港的小麦产量分别为6 316.7kg·hm^-2、5 204.1 kg·hm^-2、4 356.5 kg·hm^-2和2 597.7 kg·hm^-2，WUE分别为1.62 kg·m^-3、1.72 kg·m^-3、1.36 kg·m^-3和1.08 kg·m^-3；在雨养条件下，南皮、栾城、衡水和南大港的小麦产量分别为2 644.4 kg·hm^-2、2 602.8 kg·hm^-2、2 422.3 kg·hm^-2影响1 784.3 kg·hm^-2，WUE分别为1.13 kg·m^-3、1.10 kg·m^-3、1.18 kg·m^-3和1.01 kg·m^-3。统计分析表明，穗数是影响产量的最主要因素，气候×水分管理互作对产量和WUE均有极显著影响（P < 0.01），气候×基因型×水分管理互作对WUE有显著影响（P < 0.05）；水分是影响产量和WUE的最重要因素。综合产量、耗水和WUE分析，在降水量偏少的年份，南皮在4个试验站点中冬小麦耗水量较少、WUE最高、产量较高。分蘖能力强的小麦品种是适宜该区域种植的潜力品种类型。

不同抗旱性小麦品种耗水量及产量形成的差异

任婕, 孙敏, 任爱霞, 林文, 薛建福, 仝锦, 王文翔, 高志强

2020, 28(2): 211-220. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190515

摘要(750) HTML (108) PDF(341)

摘要:
为明确年际间不同抗旱性旱地小麦品种的产量差异，筛选适于黄土高原东缘种植的旱地小麦品种，于2012—2017年在山西省运城市闻喜县试验基地进行田间试验。选取10个小麦品种，将降水年型与小麦品种抗旱性进行分类（降水年型：欠水年、平水年；小麦品种：强抗旱性、弱抗旱性），比较分、干物质积累量、产量及产量构成要素的差异，分析产量及干物质积累量与耗水量的关系，明确不同品种小麦的节水增产效果。结果表明，强抗旱性品种包括‘晋麦92’‘运旱20410’‘运旱22-33’‘运旱618’‘运旱719’和‘长6697’，弱抗旱性品种包括‘洛旱6号’‘洛旱9号’‘洛旱11号’和‘洛旱13号’。欠水年，强抗旱性品种的平均耗水量高于弱抗旱性品种，当耗水量增加1 mm时，强抗旱性品种产量提高29.6 kg·hm^-2，且影响其产量的主要因素是穗数和穗粒数，营养器官干物质积累量提高50.8 kg·hm^-2，从而水分利用效率较高，尤其‘晋麦92’和‘运旱20410’。此外，强抗旱性品种较弱抗旱性品种单位粮食生产的节水量提高13.61%，消耗1 mm土壤水分增产量提高15.74%，具有较好的节水增产效果。平水年，6个强抗旱性品种耗水量普遍较高，其中‘运旱20410’和‘晋麦92’的水分利用效率较高，产量也较高。因此，本研究条件下，欠水年和平水年表现均较好的品种是‘晋麦92’和‘运旱20410’。

安徽省作物养分供需分析及化肥减施潜力研究

耿维, 袁嫚嫚, 邬刚, 王家宝, 孙义祥

2020, 28(2): 221-235. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190537

摘要(589) HTML (64) PDF(277)

摘要:
有机-无机相结合的农田养分管理模式是现阶段中国发展绿色农业的必由之路，因而开展有机、无机养分和作物养分需求的比较研究对促进养分资源的合理分配和施用具有重要的参考价值。本文采用文献调查和统计分析的方法，评估了安徽省16市2010—2016年主要有机肥（包括秸秆、粪便、绿肥和饼肥）的养分资源，明晰了安徽省农业生产中有机、无机养分投入现状，并根据农业种植结构开展了有机、无机养分和作物养分需求的差异和关系研究，最后探索了安徽省的化肥减施潜力。结果表明：安徽省2010—2016年平均有机肥养分资源为287.70万t，N、P₂O₅和K₂O分别为104.49万t、39.60万t和143.61万t，可基本满足作物的养分需求；但有机肥的当季利用率低，N、P₂O₅和K₂O的当季利用率分别为21.44%、19.91%和52.61%，有机肥N、P₂O₅和K₂O实际还田量仅占作物养分需求的20.74%、25.38%和63.61%，占农田养分总投入的比重分别为11.87%、10.27%和51.35%。全省N、P₂O₅、K₂O养分实际投入量（包括有机肥和化肥）是作物养分需求的1.75倍、2.47倍和1.24倍，有7个市的N和13个市的P₂O₅养分施用量超过作物需求的2倍，存在较高的环境污染风险。通过控制农业总养分输入，安徽省的化肥减施潜力为35.12%，N、P₂O和K₂O的减施潜力分别为21.28%、23.97%和78.61%。提高有机肥的当季利用率和发展冬季绿肥资源可进一步促进化肥减施。本研究可为安徽省化肥零增长和农牧业的绿色可持续发展提供数据参考。

间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响

朱锦惠, 郭增鹏, 董坤, 董艳

2020, 28(2): 236-244. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190473

摘要(553) HTML (45) PDF(229)

摘要:
通过探讨间作和施氮对小麦植株氮钾养分吸收、分配及条锈病发生的影响，明确氮钾养分吸收和分配与小麦条锈病发生的关系，以期为合理施肥实现控病增产提供理论依据。在云南安宁和峨山两地布置田间小区试验，研究3种施氮水平（0 kg·hm^-2、90 kg·hm^-2和180 kg·hm^-2）和2种种植模式（小麦单作、小麦||蚕豆间作）对小麦植株氮钾含量与分配以及小麦条锈病发病率及病情指数的影响。结果表明，施氮增加了小麦产量，且间作增产效应显著；与单作相比，间作小麦平均显著增产31.9%（安宁）和18.0%（峨山）；小麦||蚕豆间作产量优势明显，土地当量比为1.20~1.37（安宁）和1.16~1.27（峨山），但间作增产优势随施氮量增加而降低。施氮在提高产量的同时也加重了小麦条锈病危害，随施氮量增加，单、间作小麦条锈病的发病率和病情指数均呈增加趋势。间作有较好的控病效果，与单作相比，间作小麦发病率、病情指数分别显著降低9.6%~22.0%、23.7%~33.7%（安宁）和29.5%~36.5%、29.3%~39.6%（峨山）。施氮增加了小麦植株氮含量，且主要累积在叶片，叶片氮含量占氮吸收总量的41.3%~47.4%（安宁）和35.9%~44.1%（峨山）；但间作显著降低小麦植株氮含量，并显著提高钾含量，因而显著降低了叶片氮/钾比。相关性分析表明，小麦条锈病发病率和病情指数与植株氮含量、叶片氮/钾比呈显著正相关，与钾含量呈极显著负相关。施氮增加了小麦植株氮含量，提高了叶片氮/钾比，进而加剧小麦条锈病发生；而间作则通过增加钾含量，降低小麦植株氮含量及叶片氮/钾比，平衡小麦植株内氮钾养分而增强小麦对条锈病的抗性。

土著AMF与氮形态对辣椒||菜豆间作系统植株氮利用及其影响因素研究

刘圆圆, 赵乾旭, 邓曦, 王豹, 张乃明, 宗庆富, 夏运生

2020, 28(2): 245-254. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190575

摘要(645) HTML (43) PDF(302)

摘要:
近年来设施辣椒连作障碍日益突出，其中氮肥的大量不合理施用和高残留是限制辣椒高产、优质栽培的主要因素之一。研究土著丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）与间作体系强化蔬菜对不同形态氮（N）的利用并结合土壤菌丝密度、N形态及酶活性的反馈作用，可为设施土壤N素的高效利用和降低土壤N残留提供依据。本研究采用盆栽试验，设置辣椒||菜豆间作和各自单作种植模式，不同AMF处理[不接种（NM）、接种土著AMF]和不同形态N处理[不施N（N0）、无机氮（碳酸氢铵120 mg·kg^-1，ION）和有机氮（谷氨酰胺120 mg·kg^-1，ON）]，探讨了设施条件下接种土著AMF、施用不同形态N与间作对辣椒、菜豆根围土壤菌根建成、酶活性及N利用的影响。结果表明，与NM相比，接种土著AMF使设施辣椒、菜豆植株生物量及N吸收量显著增加（除菜豆单作-ON处理），显著降低土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N含量。无论施用何种形态N，均显著增加辣椒、菜豆植株生物量（除菜豆单作-AMF处理）及N吸收量，表现为ON>ION。与单作-ON-AMF处理相比，间作-ON-AMF处理下的辣椒N吸收量显著增加39.9%、菜豆N吸收量显著增加93.0%。对N利用影响因子的分析结果表明，间作协同接种土著AMF较大程度上增加了土壤有机质含量及蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶活性。相关性分析显示，辣椒、菜豆植株N吸收量与AMF侵染率呈极显著正相关关系，而土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量则与AMF侵染率呈现一定的负相关关系。此外，土壤蛋白酶、脲酶和硝酸还原酶活性与辣椒、菜豆植株N吸收量呈正相关关系。可见，所有复合处理中，以间作体系接种土著AMF与施用适量有机氮的组合明显促进了设施辣椒、菜豆生长和N素利用。

大气CO₂浓度升高与氮肥互作对玉米光合特性及产量的影响

牛晓光, 杨荣全, 李明, 段碧华, 刁田田, 马芬, 郭李萍

2020, 28(2): 255-264. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190677

摘要(739) HTML (118) PDF(291)

摘要:
为阐明大气CO₂浓度升高和氮肥交互作用对C₄作物玉米光合生理和产量的影响，本研究利用自由大气CO₂富集（FACE）平台，以玉米品种‘郑单958’为试验材料，在不同施氮量[常氮180 kg（N）·hm^-2、低氮72 kg（N）·hm^-2]下比较大气CO₂浓度[（400±15）μmol·mol^-1]和高CO₂浓度[（550±15）μmol·mol^-1]对玉米生长的影响。结果表明：1）大气CO₂浓度升高使玉米苗期叶片叶绿素浓度显著（P=0.025）增加9.5%，抽雄期净光合速率显著（P=0.009）增加9.0%；低氮和常氮下，高CO₂浓度使玉米各主要生育期胞间CO₂浓度分别显著增加34.8%~48.5%和40.0%~49.4%，气孔导度在大口期和抽雄期分别显著下降21.6%（P=0.015）和22.1%（P=0.010），玉米叶片水分利用效率在大口期、抽雄期和灌浆期分别显著增加12.9%（P=0.002）、9.8%（P=0.019）和18.8%（P=0.001）；高CO₂浓度使玉米非光化学淬灭呈降低趋势、PSII有效光化学量子产量有增加趋势；相同氮水平下，高CO₂浓度对玉米产量没有显著影响。2）高CO₂浓度和合理施氮交互作用对玉米功能叶叶绿素含量、净光合速率、PSⅡ有效光化学量子产量增加有一定的促进作用，如在大口期和抽雄期，常氮+高CO₂浓度处理叶绿素含量比低氮+大气CO₂浓度处理增加17.3%和10.7%，高CO₂浓度和合理施氮量交互作用有增加玉米产量的潜力，合理增加施氮量促进了CO₂肥效的发挥。在未来大气CO₂浓度升高条件下合理施氮对C₄作物玉米生长发育有促进作用。

水分胁迫对日光温室葡萄叶片生理变化及果实发育的影响

牛最荣, 赵霞, 张芮, 王旺田, 温文

2020, 28(2): 265-271. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190734

摘要(628) HTML (60) PDF(301)

摘要:
为探究鲜食日光温室葡萄高效节水生产的水分管理方式，选取日光温室6 a生葡萄‘红地球’为试验材料，以充分灌溉为对照[CK，土壤含水率为75%~100%的田间持水率（θ_f）]，分别在萌芽期、新梢生长期、开花坐果期、果实膨大期、着色成熟期设置土壤含水率为55%θ_f（其他4个生育期为75%~100%θ_f）的5个水分胁迫处理，调查叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性及膜质过氧化物丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量、果实纵横径、果实硬度、单粒重量和产量，研究日光温室葡萄叶片生理和果实产量对水分胁迫的响应机制。结果表明，在果实膨大期、着色成熟期施加水分胁迫均会显著降低葡萄叶片SOD活性和Pro含量，导致MDA含量大量积累，对叶片产生不利影响。在萌芽期、新梢生长期、开花坐果期进行水分胁迫对葡萄叶片SOD活性、Pro含量影响不大，但对叶片MDA含量的影响具有滞后效应。果实膨大期水分胁迫葡萄产量仅为14 830 kg·hm^–2，较CK和萌芽期、新梢生长期水分胁迫显著减产20%以上。因此，水分胁迫显著降低果实膨大期SOD活性及渗透调节物质含量，增加膜质过氧化物含量，并导致产量降低，该时期不宜进行亏水处理；生长前期的水分胁迫对葡萄叶片的生理和果实的影响不显著。

生物炭覆盖垄沟集雨种植对集雨垄径流、土壤水热和红豆草产量的影响

张登奎, 王琦, 周旭姣, 王小赟, 赵晓乐, 赵武成, 雷俊

2020, 28(2): 272-285. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190707

摘要(597) HTML (41) PDF(274)

摘要:
为探索半干旱黄土高原区垄沟集雨种植的可持续性，寻求垄沟集雨种植红豆草的适宜生物炭覆盖类型和最佳垄宽，采用随机区组大田试验，以传统平作为对照，研究不同集雨垄覆盖材料[土壤结皮（土垄）、玉米秸秆炭土壤结皮（玉米秸秆垄）和牛粪炭土壤结皮（牛粪炭垄）]和不同垄宽（30 cm、45 cm和60 cm，沟宽均为60 cm）对径流系数、土壤水热、红豆草干草产量和水分利用效率的影响。结果表明：土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的平均径流系数分别为29.7%、26.2%和25.1%。垄沟集雨种植增加根系层土壤含水量和垄上表层土壤温度，缓和沟中表层土壤温度极值，尤其生物炭覆盖垄沟集雨种植。与传统平作相比，土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的土壤含水量分别增加25.1mm、24.7 mm和19.4 mm，垄上表层土壤温度分别增加1.4℃、2.0℃和2.0℃。同一覆盖材料下，集雨垄径流系数、土壤贮水量和表层土壤温度均随垄宽增加而增加。与传统平作相比，土垄显著降低实际干草产量，玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄显著增加实际干草产量，垄宽30 cm、45 cm和60 cm土垄的干草产量分别减少6.5%、12.1%和13.8%，玉米秸秆炭垄的干草产量分别增加19.7%、24.4%和22.5%，牛粪炭垄的干草产量分别增加8.0%、8.9%和6.8%。玉米秸秆炭和牛粪炭覆盖种植显著提高水分利用效率。与传统平作相比，玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的水分利用效率分别提高6.8~9.7 kg·hm^-2·mm^-1和4.4~4.8kg·hm^-2·mm^-1。玉米秸秆炭垄的实际干草产量和水分利用效率显著高于牛粪炭垄；同一覆盖材料下，不同垄宽对实际干草产量和水分利用效率的影响不显著。线性回归分析表明，当玉米秸秆炭垄宽49 cm（沟宽为60 cm）与牛粪炭垄宽为41 cm（沟宽为60 cm）时，红豆草的实际干草产量均达到最大值。因此，在半干旱地区，生物炭覆盖垄沟集雨种植红豆草具有较好的增产效益，尤其秸秆生物炭覆盖种植。

滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响

梁博惠, 牛文全, 郭丽丽, 王愉乐, 王京伟

2020, 28(2): 286-295. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190543

摘要(601) HTML (100) PDF(235)

摘要:
为探索灌水均匀系数与灌水量对温室番茄产量和土壤水分变化的影响，确定合理的滴灌灌水均匀系数，本研究设置65%、75%和85% 3个灌水均匀度水平，190 mm、220 mm和250 mm 3个灌水量水平，测量番茄生育期内土壤含水率及番茄产量，计算土壤含水率均匀系数和番茄灌溉水利用效率。结果表明，当灌水均匀系数为65%~85%时，土壤水分均匀系数均值（82.57%~93.76%）接近或高于设置的滴灌灌水均匀系数的最大值（85%）。滴灌灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数影响权重最大，灌水量、灌水均匀系数、土壤初始含水率均值3个影响因素与土壤含水率均匀系数均值之间呈线性关系（P < 0.05），决定系数为0.918。当土壤初始含水率占田间持水量比重60%，灌水量低于15 mm时，灌水均匀系数与灌水量二者的交互作用与土壤含水率均匀系数为显著线性关系（P < 0.05），其他情况下均无显著性关系。灌水量对产量为显著影响（P < 0.05），灌水均匀系数及二者的交互作用对番茄产量无显著影响，考虑产量及灌溉水分利用效率，灌水量220 mm、灌水均匀系数75%组合为最优组合。因此在西北地区，综合考虑经济性和系统的可靠性，建议下调现行滴灌灌水均匀系数标准。

农业资源与环境

基于BP神经网络的不同人为干扰强度下盐渍土SO₄^2-定量分析

田安红, 付承彪, 熊黑钢, 赵俊三

2020, 28(2): 296-304. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190700

摘要(529) HTML (53) PDF(203)

摘要:
SO₄^2-是盐渍土阴离子中的主要离子，但目前针对不同人为干扰区域土壤中SO₄^2-反演研究却鲜有报道。土壤高光谱与土壤某元素间的关系表现为非线性，传统线性偏最小二乘模型（PLSR）对土壤元素的反演精度有限。本文以新疆昌吉回族自治州境内不同人为干扰区域的盐渍化土壤为研究对象，以土壤的野外高光谱和SO₄^2-含量为数据源，对原始（R）和对数（LogR）变换后的高光谱分别进行0阶、一阶和二阶微分预处理，选择通过0.05显著性水平的波段为敏感波段，将敏感波段对应的高光谱反射率作为非线性BP神经网络模型的输入变量，并设定BP的隐藏节点为300，学习速率为0.01，最大迭代次数为1 000，训练函数为trainscg。从SO₄^2-的真实值与预测值的散点图、拟合效果图和BP训练过程3个方面，定量分析无人为干扰（A区）和有人为干扰（B区）土壤SO₄^2-含量，并与PLSR对比预测精度。仿真显示，A区二阶微分后的BP预测精度优于一阶微分，而B区一阶微分后的BP预测精度优于二阶微分。且不论在A区还是B区，LogR光谱变换的反演精度均优于R。最佳BP模型的相对预测性能（RPD）、决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）和迭代次数，在A区分别为3.309、0.906、0.253和8次，在B区分别为2.234、0.844、0.786和45次，表明BP对A区SO₄^2-的预测能力非常强（RPD>2.5），对B区SO₄^2-的预测能力较强（RPD为2.0~2.5）。而在A区和B区两种光谱变换的一阶和二阶微分中，PLSR的RPD值均在1.4与1.8之间，其预测性能一般；在B区的0阶微分中，PLSR的RPD值均小于1.0，其不能对SO₄^2-进行预测。因此，BP模型能对不同人为干扰区域的SO₄^2-进行有效的定量分析。

基于CMORPH CRT产品的太行山区降水时空格局

俞琳飞, 李会龙, 杨永辉, 史尚忠

2020, 28(2): 305-316. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190746

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摘要:
为有效利用太行山区降水资源，实现科学的水资源管理和生态建设，本研究利用1998—2017年CMORPH CRT卫星降水产品数据探究山区降水的时空格局和变化趋势，并通过18个地面雨量站的数据验证山区多年来降水趋势变化。结果表明：在年尺度上，1998—2017年太行山区年均降水量和各季节降水量无明显变化趋势，太行山区南坡和东坡降水量高于北坡和西坡；在月尺度上，7月是全年降水的主要贡献时段，占全年总降水量的7.2%~32.4%，其次是8月和6月。太行山区南部和西北部降水呈现下降趋势，年均降水量减少2~6 mm；山区西部和北部降水呈现增长趋势，年均增加量大于8 mm；7月是山区降水趋势差异最大的月份，趋势变化范围在-8.6~8 mm·a^-1。根据地面实测数据验证降水变化趋势，在年尺度上，两者数据计算得到的降水趋势呈现极显著相关（P < 0.01）；在季节尺度上，冬季（干季）和夏季（湿季）降水趋势变化与地面实测数据的降水趋势具有极显著相关性（R=0.902，P < 0.001；R=0.550，P=0.018），但在春季和秋季相关性不显著。根据1998—2017年降水趋势的空间分布栅格图，提取每一栅格的像元值，再将提取所得的降水趋势（PT）划分为6个区间（PT≤-5 mm·a^-1、-5 mm·a^-1 < PT≤0 mm·a^-1、0 mm·a^-1 < PT≤5 mm·a^-1、5 mm·a^-1 < PT≤10 mm·a^-1、10 mm·a^-1 < PT≤15 mm·a^-1和PT>15 mm·a^-1），在不同的趋势区间探索20年来的降水趋势变化特征，研究发现在降水趋势>5 mm·a^-1的区间，降水量从1998年到2017年呈现显著增加的趋势。基于高分辨率卫星数据阐明太行山区降水时空格局和变化趋势，能够为该区域水资源合理利用和生态恢复提供建议和支持。