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2022年 第30卷  第7期

“太行山区生态系统可持续管理”专栏
太行山区生态系统服务冷热点区域识别及其权衡/协同关系分析
高会, 付同刚, 梁红柱, 刘金铜
2022, 30(7): 1045-1053. doi: 10.12357/cjea.20220041
摘要(81) HTML(13) PDF(43)
摘要:
生态系统服务冷热点区域特征的研究对生态系统服务的保护与优化提升有重要意义, 山地提供的生态系统服务具有不可替代性。因此, 本文以太行山区的生态系统服务为研究对象, 基于Getis-Ord Gi*统计指数方法, 识别太行山区1990年、2000年、2010年和2015年的生态系统服务冷热点区域, 分析冷热点区域供给、调节、支持和文化生态系统服务两两之间的权衡/协同关系。研究结果表明: 1)时间尺度上: 太行山区3 km×3 km栅格尺度上生态系统服务总价值在0~18 506万元间划分出5个等级区间, 4个研究年度各等级区间的面积和空间分布格局基本保持不变。2)冷热点空间分布上: 以2015年为例, 太行山区生态系统服务热点区域遍布于整个太行山区, 其中以亚高山区面积占比最大; 冷点区域主要分布在太行山区东西部的山地平原过渡带的低山丘陵区, 冷点区域在亚高山区没有分布。3)土地利用的生态系统类型上: 森林、水域和湿地中不存在冷点区域, 水域、森林和湿地热点区域面积比例较大。4)权衡/协同关系上: 太行山区生态系统服务冷热点区域中, 供给、调节、支持和文化生态系统服务两两之间只有协同关系。研究结果以期从空间、土地利用以及生态系统服务类型方面为太行山区生态系统服务保护和提升决策提供理论支撑。
太行山区中段旱季土壤含水量的影响因素
付同刚, 高玥, 刘丽丽, 高会, 齐菲, 王丰, 刘金铜
2022, 30(7): 1054-1063. doi: 10.12357/cjea.20210793
摘要(77) HTML(27) PDF(17)
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85 km的两条样线(长度分别为140 km和164 km), 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, 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。
基于RUSLE模型的太行山区土壤侵蚀时空分异特征及影响因子研究
王丰, 刘金铜, 付同刚, 高会, 齐菲
2022, 30(7): 1064-1076. doi: 10.12357/cjea.20220043
摘要(36) HTML(6) PDF(14)
摘要:
土壤侵蚀特征及区域分异规律的研究对生态环境保护具有重要的意义, 为探明太行山区土壤侵蚀特征, 本论文应用归一化植被指数(NDVI)、数字高程模型(DEM)和土地利用等数据, 结合GIS和RS技术, 根据修正的通用土壤流失方程(RUSLE)模型, 计算了太行山区2000年、2005年、2010年和2015年4期的土壤侵蚀模数, 在此基础上分析了土壤侵蚀的时空变化特征, 并探究了土壤侵蚀模数与坡度、土地利用类型和NDVI的关系。结果表明: 1) 2000—2015年4期平均土壤侵蚀模数分别为4434.14 t∙km−2∙a−1、2984.65 t∙km−2∙a−1、1761.93 t∙km−2∙a−1和1833.81 t∙km−2∙a−1, 呈现明显的减小趋势, 16年间土壤侵蚀模数减少58.64%。2)太行山区土壤侵蚀强度降低1级的面积始终比增加1级的大, 至少74.77%的地区未表现出等级上的变化, 2005—2010年是侵蚀强度降低变化率最高的时间段。3)中低山区集中了2015年侵蚀总量(2.5×108 t)的86.54%, 此区域的侵蚀模数与海拔无明显的相关性, 而在亚高山区两者才呈现明显的正相关关系。4)土壤侵蚀总体上随坡度增加而增大, 坡度阈值为40º左右; 草地是太行山区土壤侵蚀模数最高的土地利用类别, 平均达3605.73 t∙km−2∙a−1; 土壤侵蚀模数随年平均NDVI的增加呈显著降低趋势, NDVI达0.66后侵蚀降低速度放缓。土壤侵蚀是生态环境质量评价的重要指标, 本研究可为太行山区水土流失治理和生态工程措施制定提供一定的科学依据。
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
2022, 30(7): 1077-1090. doi: 10.12357/cjea.20210858
摘要(278) HTML(43) PDF(18)
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1915年1月至2020年12月的国内外期刊论文, 分析了山地植被垂直格局的研究历程、现状、进展和趋势。结果表明:国内外研究的文献、作者、国家和机构数量均呈增长趋势, 全球范围的研究主要涵盖了美国、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。基于CiteSpace进行文献关键词共现聚类,分析了国内外山地植被垂直分布的热点领域, 并对理论与假说、研究方法和主要研究领域等进行了述评。山地植被垂直格局历经了从单因子描述、多因子分析到机理和假说的求证, 代表性理论包括:时间学说、空间异质性学说、竞争共存理论、中性理论及生态位理论等; 从传统研究方法、数量分类与环境解释、遥感影像信息技术、模型及数字信息技术等进行了研究方法概述; 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。总之, 在全球气候变化背景下, 山地植被及生态系统响应敏感且变化剧烈, 山地植被对气候变化的响应、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受到更广泛的重视; 多尺度、多学科融合是本领域研究的发展趋势。
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
2022, 30(7): 1091-1100. doi: 10.12357/cjea.20210863
摘要(59) HTML(45) PDF(13)
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净初级生产力(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和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, 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。
“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
2022, 30(7): 1101-1112. doi: 10.12357/cjea.20220055
摘要(71) HTML(32) PDF(9)
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, 具体表现为人为作用下, 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对生态系统总服务提高的贡献率为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。
太行山东部县域“三生”用地转型与景观生态风险分析—以河北省平山县为例
于淑会, 康园园, 邓伟, 王功明, 王洪宽, 邢宇华
2022, 30(7): 1113-1122. doi: 10.12357/cjea.20220365
摘要(30) HTML(17) PDF(14)
摘要:
太行山是京津冀地区的天然生态屏障, 评估太行山区生态风险对于保障其生态功能的发挥及保障京津冀生产、生活与生态(三生)用水安全具有极其重要的生态战略意义。本文以河北省平山县为研究对象, 建立太行山区县域“三生”空间利用分类系统, 在ERDAS IMAGINE 9.2、ArcGIS 10.2和Fragstats 3.4软件支持下, 探讨平山县“三生”用地转型特征, 采用景观生态风险评价方法分析平山县“三生”用地生态风险, 并对“三生”用地转型对生态风险的贡献率进行了测算。结果表明: 1) 1990—2018年, 平山县生态用地大幅减少, 生产用地与生活用地增幅显著。增加的生产与生活用地主要来自生态用地, 转型区域主要分布在道路沿线与水域周边。2)生态空间的风险加剧区位于县中西部高海拔区, 未来应科学划定生态保护红线及加强深山区生态保护; 生产空间的风险加剧区位于县北部及东部的低山丘陵区, 未来应更关注耕地保护及其高效利用; 生活空间风险加剧区主要位于县南部, 未来应调整国土资源利用方式、科学规划旅游资源布局。3)平山县乡镇单元“三生”用地转型对生态风险的贡献差异性较大(0~29.97%), 对生态风险贡献最大的用地转型为“生态用地转为生产用地”。研究结果可为促进平山县“三生”用地协调发展提供参考, 为探索太行山区绿色发展与国土空间结构优化提供借鉴。
1990—2020年太行山区土地利用景观格局时空变化
魏静, 刘丽丽, 王红云, 张延夕, 王彩玲, 刘金铜, 付同刚, 高会, 梁红柱, 刘元辰
2022, 30(7): 1123-1133. doi: 10.12357/cjea.20210870
摘要(60) HTML(9) PDF(16)
摘要:
太行山区为华北平原和环渤海经济区的生态安全屏障, 对其景观格局的研究对经济社会可持续发展和生态环境保护具有重要指导意义。本文基于1990年、2000年、2010年和2020年4期Landsat 30 m TM遥感数据资料, 研究太行山区不同土地利用景观类型的时空变化, 并结合重心模型, 对比分析30年来太行山区土地利用景观格局的变化趋势。结果表明: 1)太行山区1990—2020年土地利用类型以耕地、草地和林地为主, 其他土地利用类型作为斑块镶嵌其中。2) 30年间, 耕地面积总体呈减少趋势, 主要转为建设用地; 林地和草地面积呈逐步减少趋势, 二者主要转化为耕地; 水域面积总体呈减少的趋势, 2010—2020年在大沙河实施的河流生态修复工程, 使大量未利用土地转为水域, 减缓了水域面积减少的幅度; 建设用地面积呈逐年增加趋势, 主要由耕地转入; 未利用土地面积呈先增加后减少的趋势, 主要表现为与水域的转化。3) 30年间, 未利用土地重心迁移距离最大, 主要受降水量的影响, 向东北偏移了93.74 km; 耕地的重心偏移方向以北为主, 呈现西-东-西摆动, 表明太行山低山丘陵区的耕地开垦强度西部高于东部, 主要体现在山西省的运城和晋中; 林地、草地的重心偏移方向以西南为主, 偏移距离较小; 水域1990—2010年重心向西南偏移, 主要受自然因素影响, 2010—2020年重心猛然向东偏移, 因大沙河综合治理工程引起东部水域面积的增加; 建设用地的重心偏移方向以东北为主, 主要受北京的昌平、房山和延庆等城市发展影响。基于上述研究成果进一步阐述了30年间太行山区景观格局动态变化的驱动机制。
作物栽培与生理生态
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, 吴超, 徐开未, 陈大刚, 朱豪, 刘圆圆, 陈远学
2022, 30(7): 1134-1142. doi: 10.12357/cjea.20210755
摘要(94) HTML(52) PDF(47)
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, 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, 而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, 吐丝后有效积温增多有利于籽粒灌浆。在当地气候条件下, 4月6日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。
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
2022, 30(7): 1143-1154. doi: 10.12357/cjea.20210622
摘要(78) HTML(45) PDF(20)
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、蔗糖磷酸合成酶(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。
农业资源与环境
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
2022, 30(7): 1155-1163. doi: 10.12357/cjea.20210636
摘要(108) HTML(61) PDF(38)
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||大豆间作和玉米单作2种种植模式在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, 土壤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, 间作显著提高了土壤速效磷含量, 且种植模式对土壤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年土壤有效磷(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
2022, 30(7): 1164-1173. doi: 10.12357/cjea.20210604
摘要(87) HTML(59) PDF(25)
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有显著影响(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。
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
2022, 30(7): 1174-1185. doi: 10.12357/cjea.20210629
摘要(87) HTML(42) PDF(20)
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。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 为1∶1、过氧化尿素用量为90 kg∙hm−2、持续淹水组合处理, 该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。
盐镉互作下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
2022, 30(7): 1186-1193. doi: 10.12357/cjea.20210778
摘要(103) HTML(42) PDF(15)
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研究不足。本研究采用水培试验, 比较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)生长及对重金属Cd吸收的影响, 分析盐对镉吸收的调节作用。试验设置两个盐水平(0 g∙L−1、10 g∙L−1 NaCl)和两个Cd水平(0 mg∙L−1、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, 对根部的抑制更明显。10 g∙L−1 NaCl盐处理均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。Cd处理下施加NaCl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, 对Cd抑制盐地碱蓬根系生长的缓解作用为极显著。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。盐处理显著促进两种植物地上部对Na+的吸收, 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, 且Cd处理进一步促进了两种植物地上部对Na+的吸收; 盐处理降低K+的吸收和K+/Na+, 碱蓬地上部K+的吸收和K+/Na+均大于盐地碱蓬。盐、Cd处理下两种植物间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对其生长的抑制作用, 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(K+)和有机渗透调节物质(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
2022, 30(7): 1194-1202. doi: 10.12357/cjea.20210578
摘要(113) HTML(62) PDF(19)
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。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34.40%~85.85%, 入渗率增大6.71%~87.30%; 添加生物炭对盐渍土水分入渗特性的影响程度大于咸水矿化度。2)生物炭的添加使水分入渗后0~10 cm土壤的含水量增加1.29%~9.23%。3)水分入渗后, 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。此结果可为生物炭合理施用以及滨海地区咸水资源利用提供必要的理论依据。
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
2022, 30(7): 1203-1214. doi: 10.12357/cjea.20210707
摘要(58) HTML(41) PDF(9)
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 density of the fourth-class road density represented a lower degree of the size characteristics of CLF in the urban fringe, and a higher density of the third-class road 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.