中国生态农业学报(中英文)

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2022年第30卷第9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
农业生态经济与生态农业

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农业生态系统及其调控

不同农田边界类型的耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征分析

边振兴, 王楚翘, 刘尧, 孙治权, 王双, 刘爽, 朱肃, 于淼

2022, 30(9): 1381-1392. doi: 10.12357/cjea.20210917

摘要(318) HTML (153) PDF(70)

摘要:
地表节肢动物群落多样性以及功能群特征是维持农田生态系统多样性和稳定性的关键, 但目前农田边界类型如何影响耕地内地表节肢动物功能群生态网络特征尚不太清晰。本文在辽宁省昌图县采用陷阱法调查了5种农田边界类型(田间路、沟渠、林地、生产路、草地)相邻耕地内部的地表节肢动物功能群(天敌类、植食类、中性类)。采用方差分析、群落排序和生态网络的方法, 分析不同农田边界类型的耕地内部地表节肢动物群落和生态网络差异。结果表明: 1)由边界至耕地内部, 地表节肢动物物种多样性均呈现递减趋势。其中, 与田间路相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内15 m处, 与林地、生产路和草地相邻的耕地边界物种多样性指数显著高于耕地内30 m处。2)边界为林地和草地的耕地内部天敌类群和植食类群多样性较高。同时, 植物多样性较高的边界(林地和草地), 其耕地内部地表节肢动物群落结构更复杂。3)地表节肢动物群落的生态网络呈现正相关, 林地和草地的耕地内部具有更稳定的网络结构, 整个网络系统对抗外界变化的能力较强。草地、沟渠和林地的耕地内部网络连接性较强, 在受外界持续扰动时, 仍能保持其原有的特性。生产路和田间路的耕地内部生态网络存在不稳定性。总体而言, 农田边界植被群落结构越复杂, 边界生境条件越稳定, 相邻耕地内部地表节肢动物天敌和植食类群之间的生态网络结构越复杂, 越有利于维持较高的天敌多样性, 进而提高生物控害功能。因此, 加强农田边界的植被群落结构, 如营造合适的植被群落结构以及构建适宜的边界宽度等, 能够提高地表节肢动物群落之间的生态网络关系, 对害虫防治以及维持生态系统稳定具有重要影响。

农田生态系统有机物料腐解过程及土壤培肥机制研究

雷琬莹, 李娜, 滕培基, 郁瑾超, 龙静泓

2022, 30(9): 1393-1408. doi: 10.12357/cjea.20210878

摘要(841) HTML (200) PDF(156)

摘要:
农田生态系统是受人为活动干扰最多的陆地生态系统, 土壤有机质丰富和养分均衡是保证农作物生长需要、土壤生物和谐共生和系统生产力维持稳定的基本要素。农作物秸秆、畜禽粪便是农田生态系统的主要外源有机物料, 也是农田土壤有机质的重要来源。有机物料还田可有效增加土壤有机质积累、培肥土壤、促进作物稳产增产。有机物料还田后经过一系列复杂的物理、化学和生物学腐解过程, 最终转化为土壤有机质。这一复杂的腐解过程受有机物料自身性质、土壤类型及其背景属性、气候因子和农田管理措施等多重作用综合调控, 因此备受科学界关注。本文综述了农田生态系统有机物料的腐解过程及其主要影响因素、还田后腐解产物对土壤养分库及土壤质量影响方面的主要研究进展, 进一步总结了有机物料还田转化为土壤有机质的作用机制。从表征有机物料腐解结构变化的手段和指标着手, 解析有机物料腐解过程中有机物料和土壤的化学结构组成的变化特征, 揭示影响有机物料腐解的主要因素(有机物料的质量、组分和化学结构, 以及环境因素), 综合分析有机物料还田对土壤碳库、活性有机碳、腐殖质组成以及养分库的影响, 从土壤物理、化学和生物学性状以及作物产量角度综合评价有机物料还田培肥土壤的效果, 深入解析有机物料腐解转化为土壤有机质的物理学、化学及生物学调控过程及机制。最后对未来开展农田生态系统有机物料还田腐解过程及作用机制的深入研究进行展望, 以期为农田生态系统有机物料高效还田培肥土壤、优化农田管理措施提供理论依据和数据支持。

作物栽培与生理生态

花生||芝麻对花生铁营养吸收利用的影响

孙增光, 汪江涛, 聂良鹏, 武岩岩, 刘娟, 焦念元

2022, 30(9): 1409-1416. doi: 10.12357/cjea.20220056

摘要(323) HTML (103) PDF(59)

摘要:
为探究花生||芝麻改善花生铁营养的机理, 本试验以花生‘科大黑花001’和芝麻‘豫芝8号’为试验材料, 单作花生(SP)为对照, 研究了花生||芝麻行比4∶2 (P||S 4:2)和6∶3 (P||S 6:3) 2种间作模式对花生叶片SPAD值、根际土壤pH、各器官活性铁和全铁含量及单株铁积累与分配的影响, 并分析了2种间作模式的间作产量优势。结果表明: 与SP相比, P||S 4:2、P||S 6:3花生叶片SPAD值分别提高13.60%~30.10%和22.15%~33.31% (P<0.05), 根际土壤pH在开花下针期、结荚期和荚果膨大期均显著降低(P<0.05)。与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生茎、叶的活性铁含量分别提高31.80%~72.78%和24.41%~72.49% (P<0.05), 全铁含量分别提高16.80%~22.86%和15.91%~27.88% (P<0.05); 单株铁积累量在开花下针期、荚果膨大期和收获期分别提高7.91%~22.42%和5.77%~15.58%, 尤其在收获期, 差异达显著水平(P<0.05)。收获期, 与SP相比, P||S 4:2和P||S 6:3的花生果仁全铁含量分别显著提高21.97%和17.42% (P<0.05)。花生||芝麻的间作产量优势表现为P||S 6:3>P||S 4:2。综上可知, 花生||芝麻能显著提高花生各器官的活性铁含量, 促进其对铁元素的吸收利用, 提高果仁铁含量及积累量, 这与间作能显著降低花生根际pH密切相关。改善花生果仁铁营养最佳模式是P||S 4:2, 而间作产量优势最高模式为P||S 6:3。

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

2022, 30(9): 1417-1424. doi: 10.12357/cjea.20220018

摘要(211) HTML (77) PDF(46)

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’(XH)、‘牡丰5号’(MF)、‘绥农14号’ (SN)和‘东生1号’ (DS)为试验材料, 采用开顶式气室(OTC)模拟21世纪中叶大气CO₂浓度(550 mol∙L⁻¹)升高条件(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>XH。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XH、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L-精氨酸和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。

加气滴灌和可降解膜覆盖对玉米生长发育及水分利用的影响

吴梅, 张金珠, 王振华, 朱艳, 宋利兵, 宗睿, 韩悦

2022, 30(9): 1425-1438. doi: 10.12357/cjea.20220027

摘要(252) HTML (103) PDF(38)

摘要:
为揭示加气滴灌对降解地膜覆盖下玉米产量降低的补偿机制, 设置3种地膜覆盖(诱导期60 d和100 d氧化生物双降解地膜、普通塑料地膜)和2种灌水方式(加气滴灌和不加气滴灌)进行完全组合试验, 分析不同处理对玉米生长、光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 诱导期60 d和100 d可降解地膜分别在覆膜50 d和70 d后呈现初始裂纹。与普通塑料地膜相比, 可降解地膜覆盖玉米产量和水分利用效率较普通塑料地膜分别显著降低14.81%~27.42%和16.70%~34.46% (P<0.05)。加气滴灌提高了玉米株高、茎粗、叶面积指数, 减少了玉米耗水量; 与不加气处理对比, 加气滴灌下玉米净光合速率显著增加10.40% (P<0.05), 蒸腾速率显著增加12.86% (P<0.05), 气孔导度显著提高25.99% (P<0.05), 干物质积累量显著增加7.57% (P<0.05), 加气滴灌还可使降解地膜和普通塑料地膜覆盖下玉米产量和水分利用效率平均提高6.44%~14.41%和9.09%~17.90% (P<0.05), 可减少由于降解地膜过早降解而造成的产量及水分利用效率的下降。研究认为诱导期为100 d氧化生物双降解膜地膜覆盖下进行加气滴灌可代替新疆绿洲区传统塑料地膜覆盖下滴灌玉米栽培措施。本研究可为新疆膜下滴灌缓解残膜污染, 提高玉米产量及水分利用效率提供理论依据。

刈割和施氮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

2022, 30(9): 1439-1450. doi: 10.12357/cjea.20220021

摘要(251) HTML (117) PDF(35)

摘要:
为探究放牧与施肥对河西走廊豆科禾本科(简称“豆禾”)混播草地生产性能与群落结构稳定性的调控机制, 并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 ‘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20 cm (S₁)、30 cm (S₂)和40 cm (S₃) 3个刈前高度, 2 cm (E₁)、5 cm (E₂)、8 cm (E₃)和11 cm (E₄) 4个刈割强度, 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) 4个施氮量, 分析了不同处理下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(草地生物量为15 173.41 kg∙hm⁻², 粗蛋白含量为13.92%, 相对饲用价值为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。

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

2022, 30(9): 1451-1463. doi: 10.12357/cjea.20210849

摘要(210) HTML (91) PDF(41)

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, 以两个胡麻品种‘陇亚11号’(V1)、‘定亚23号’(V2)为主区因素; 钾肥为副区因素, 设0 kg(K₂O)∙hm⁻² (K0)、52.5 kg(K₂O)∙hm⁻² (K1)、105 kg(K₂O)∙hm⁻² (K2) 3个水平; 硅肥为副副区因素, 设0 kg(SiO₂)∙hm⁻² (Si0)、90 kg(SiO₂)∙hm⁻² (Si1)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应, 但钾硅肥互作效应显著提升了现蕾前的木质素含量及整个生育期的PAL、4CL和CAD的活性, 且K1Si1处理的提升效果最佳。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的抗折力和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水平下变化趋势相反, 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。

坡耕地山原红壤大豆根系构型及根土复合体力学特性

张立芸, 段青松, 李永梅

2022, 30(9): 1464-1476. doi: 10.12357/cjea.20220003

摘要(198) HTML (107) PDF(29)

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。

玉米发育期模式在我国主要产区的适用性比较研究

康晓凤, 邬定荣, 田琪, 谭姣姣, 马玉平, 于强

2022, 30(9): 1477-1489. doi: 10.12357/cjea.20220186

摘要(240) HTML (83) PDF(54)

摘要:
发育模式是预测作物发育对气候变化响应的主要工具。模式在变暖环境下的适用性对作物产量评估有重要影响。本研究比较了机器学习算法(多层感知器神经网络, MLP)以及3个机理发育模式[MAIS (maize simulation)、Beta和耦合响应与适应机制的模式(RAM)]在变暖环境下的适用性。选择东北春玉米和华北夏玉米具有20年以上物候观测的站点, 使用发育期资料及同期的逐日气象数据, 按生长季均温异常度, 将观测年份划分为冷、暖年。冷年数据用于率定模式参数, 暖年数据用于验证变暖环境下模式的表现。根据冷暖年表现的差异评价模式在变暖情景下的适用性。评价指标包括归一化均方根误差(NRMSE)、平均偏差(MBE)和模拟误差随发育阶段均温的趋势。结果表明: 在冷年校正时, MLP的模拟精度明显高于机理发育模式, 机理发育模式中RAM表现最优, 其次是Beta和MAIS。MAIS和Beta模拟值略早于观测值, 而RAM和MLP普遍迟于观测值。机理发育模式的误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例明显低于MLP, 3个机理发育模式中, Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是RAM和MAIS。在变暖情景下进行验证, Beta模拟精度表现最好, 其次是MLP和RAM, MAIS表现较差。3个机理发育模式模拟值早于观测值, 而MLP迟于观测值。除MLP以外的模式模拟误差随发育阶段均温有显著趋势的站点比例较冷年均增大。4个模式中Beta有显著趋势的站点比例最小, 其次是MLP、MAIS和RAM。整体来看, 没有一个模式在校正和验证阶段均全面占优, MLP虽然冷年校正时最优, 但暖年表现较差, 而机理发育模式虽然冷年校正时不是最优, 但暖年验证时表现较好。本研究认为, 不同模式有不同的适用场景, 关注准确反演历史气候变化对发育期影响时, 建议采用MLP, 而关注准确预测未来气候变化对发育期影响时, 应以机理发育模式为主。

农业资源与环境

灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响

石雄高, 李晓明, 党建友, 张慧芋, 张定一, 裴雪霞

2022, 30(9): 1490-1500. doi: 10.12357/cjea.20220073

摘要(276) HTML (100) PDF(69)

摘要:
为探明不同灌溉方式对石灰性褐土团聚体分布特征、稳定性及养分含量的影响, 于2016—2021年在山西农业大学小麦研究所韩村试验基地开展大田定位试验。设连续微喷灌(SI)、连续滴灌(DI)、连续漫灌(FI)和第1、2、5年漫灌与第3、4年微喷灌轮换(RI) 4个处理。定位5年后, 测定土壤>0.25 mm团聚体重量百分含量(DR_0.25、WR_0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、破坏率(PAD)、分形维数(D)等土壤团聚体粒径分布、稳定性指标, 以及土壤水稳性团聚体有机碳、有效磷、速效钾含量等养分指标, 并对水稳性团聚体分布特征、稳定性及养分含量进行了相关分析。结果表明: 1)机械稳定性团聚体在0~10 cm土层SI、DI和RI处理均以0.5~1 mm为优势粒径(FI为<0.25 mm), 在10~20 cm土层DI、FI和RI处理均以>5 mm为优势粒径(SI为0.5~1 mm), 在20~50 cm土层各灌溉处理的优势粒径则均为>5 mm; 水稳性团聚体在0~50 cm土层4种灌溉处理均以<0.25 mm为优势粒径, 但FI处理的重量百分比最高。2) SI和DI处理在0~50 cm土层有效提高了WR_0.25、降低了D, 且MWD、GMD总体上高于FI和RI处理, 并在30~50 cm土层显著降低了PAD, 而FI、RI处理的这些稳定性指标受土层深度影响较大。3)与其他2个处理相比, SI、DI处理在0~50 cm土层提高了土壤水稳性大团聚体(>0.25 mm)有机碳、有效磷、速效钾含量, 尤其在提高0~30 cm土层有效磷含量和30~50 cm土层速效钾含量上效果更为显著。4)相关性分析表明, 土层、WR_0.25、MWD、GMD、PAD、D、水稳性大团聚体养分含量(有机碳、有效磷、速效钾)之间的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。综上所述, 微喷灌、滴灌水肥一体化更有利于改善土壤结构和性状, 促进土壤大团聚体形成, 提高水稳性团聚体稳定水平及养分含量, 应值得推广应用。

长江中游不同复种轮作模式的资源利用率及综合效益比较

杨滨娟, 李新梅, 胡启良, 刘宁, 黄国勤

2022, 30(9): 1501-1510. doi: 10.12357/cjea.20220026

摘要(188) HTML (62) PDF(36)

摘要:
为优化并推广双季稻田绿色高效的复种轮作休耕模式, 通过连续两年(2018年和2019年)的田间试验, 在长江中游地区江西省鹰潭市余江区农业科学研究所试验田, 研究了不同复种轮作模式[A (CK): 紫云英-双季稻→紫云英-双季稻; B: 紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆; C: 紫云英-早稻-玉米||甘薯→紫云英-春大豆-秋大豆; D: 油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯; E: 休耕→休耕]的资源利用率及综合效益。结果表明: 连续两年处理D的年有效积温利用率、降水表观生物利用率均高于CK处理。3种复种轮作模式(处理B、C、D)年有效积温利用率高出CK处理8.60%~39.78%。两年间, 处理D的经济效益评价指数、社会效益评价指数均表现最好, 分别为0.94、0.97和0.96、1.00; 生态效益评价指数则表现为处理B (2018年)和处理C (2019年)较好, 分别为0.77和0.73。不同轮作休耕模式的两年综合效益为处理D˃处理B˃处理C˃处理A˃处理E。因此, 在长江中游双季稻区“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”轮作模式的资源利用率及综合效益表现较好, 能更好地促进作物生长, 可以大范围地推广应用。

应用CNMM-DNDC模拟小流域土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷迁移

李思琪, 李勇, 张伟, 郑循华, 胡鹏程, 范继辉, 汪涛, 朱波

2022, 30(9): 1511-1521. doi: 10.12357/cjea.20210781

摘要(190) HTML (103) PDF(36)

摘要:
水力侵蚀是我国分布最广、危害最严重的水土流失类型, 由此导致的土壤和生源要素流失会引起土壤质量下降、河流湖泊富营养化等生态环境问题。水文生物地球化学模型水力侵蚀过程的优化, 对定量评估水力侵蚀强度并识别其空间分布特征具有重要意义。因此, 本研究以土壤水力侵蚀物理模型ROSE为基础, 在分布式流域水碳氮耦合模型CNMM-DNDC中拓展了土壤水力侵蚀流失和颗粒态碳氮磷元素富集模块。以川中丘陵区盐亭截流紫色土农林复合小流域(简称“截流小流域”)为例, 开展了地块尺度验证和小流域尺度的土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷流失的高时空分辨率模拟应用。结果表明: 增加了土壤水力侵蚀和颗粒态碳氮磷富集模块的CNMM-DNDC模型, 能够较好地模拟截流小流域玉米-小麦轮作径流小区产沙量和颗粒态氮流失量的季节动态特征, 模型验证阶段模拟值和观测值均表现出显著线性拟合关系(R²分别为0.83和0.85), 改进的CNMM-DNDC模型能够用于模拟评估流域水土流失和颗粒态碳氮磷流失强度空间分布。截流小流域由地表径流引起的土壤水力侵蚀、颗粒态碳氮磷流失强度与土地利用和地形特征密切相关, 其中坡耕地和居民区土壤水力侵蚀最严重, 同时也是截流小流域颗粒态碳氮磷流失的主要来源。模型的模拟结果显示, 2004—2006年截流小流域栅格尺度土壤侵蚀模数均值分别为400 t∙km⁻²∙a⁻¹、701 t∙km⁻²∙a⁻¹和1550 t∙km⁻²∙a⁻¹, 属于轻度水力侵蚀区域。2004—2006年截流小流域由水力侵蚀引起的颗粒态碳年总流失量的平均值分别为63.9 kg(C)∙hm⁻²∙a⁻¹、107.2 kg(C)∙hm⁻²∙a⁻¹和200.2 kg(C)∙hm⁻²∙a⁻¹, 同期颗粒态氮年总流失量的平均值分别为6.3 kg(N)∙hm⁻²∙a⁻¹、10.5 kg(N)∙hm⁻²∙a⁻¹和19.5 kg(N)∙hm⁻²∙a⁻¹, 颗粒态磷年总流失量平均值分别为0.9 kg(P)∙hm⁻²∙a⁻¹、1.5 kg(P)∙hm⁻²∙a⁻¹和2.8 kg(P)∙hm⁻²∙a⁻¹。本研究拓展了CNMM-DNDC模型对土壤水力侵蚀产沙和随之的颗粒态碳氮磷迁移的模拟功能, 为水土流失和面源污染的研究和防控提供先进的模型工具。

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

2022, 30(9): 1522-1530. doi: 10.12357/cjea.20210903

摘要(196) HTML (93) PDF(27)

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的作用, 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的木质素和纤维素含量显著降低78.57%和52.63% (P<0.05), 与T3相比, T2木质素和纤维素含量显著降低57.14%和40.00% (P<0.05); T2腐殖质含量分别比T1和T3显著提高67.84%和52.33% (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%, 显著高于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。

基于空间效应视角的农业经济增长与种植业面源污染排放的实证分析

李新, 尚杰

2022, 30(9): 1531-1544. doi: 10.12357/cjea.20210840

摘要(245) HTML (144) PDF(48)

摘要:
农业资源环境是保障农业生产发展、实现农业经济增长的基本资源和条件。从空间效应视角探析农业经济增长与种植业面源污染物排放量的关系, 可为推进种植业面源污染防治政策实施提供理论支撑。本文采用等标污染负荷法测度2000—2019年全国31个省、直辖市、自治区(不包含香港、澳门、台湾)种植业面源污染物氨氮、化学需氧量、总氮、总磷的排放情况, 运用空间杜宾模型剖析农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平、风险感知、财政支持、受灾情况及产业结构对种植业面源污染物排放的空间效应, 并对影响因素的空间效应进行分解。结果表明: 1)全国31个省、直辖市、自治区的种植业面源污染排放存在显著正向全局空间自相关性, 2019年空间格局特征主要表现为“高-高”聚集和“低-低”聚集, 聚集区域主要表现在农业大省和经济发达地区。2)种植业面源污染排放具有显著负向空间溢出效应, 空间滞后系数为−0.11, 农业经济增长对本地区及邻接地区有相斥方向的显著性影响效应。3) SDM时间固定效应模型效应分解结果表明, 8个影响因素中农业经济增长、消费能力、技术进步、农业现代化水平和风险感知的直接效应和间接效应均具有显著性。农业经济增长具有缓解本地区种植业面源污染的作用, 估计系数为−0.175, 但对邻接地区种植业面源污染排放具有加重作用, 估计系数为0.397。据此, 提高对农业经济增长、技术进步和财政支持等显著性影响因素的导向作用的重视, 地方政府可积极发挥自身优势, 联动邻接地区发挥空间交互作用, 开展农业新型技术培训, 建立有效的种植业面源污染防治监督管理体制, 实现农业经济增长与种植业面源污染防治平衡发展。

农业生态经济与生态农业

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

2022, 30(9): 1545-1554. doi: 10.12357/cjea.20210872

摘要(313) HTML (114) PDF(85)

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, 且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, 推进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。