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中国农业碳排放效率测度、空间溢出与影响因素
吴昊玥, 黄瀚蛟, 何宇, 陈文宽
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耕作与秸秆还田方式对碳氮在土壤团聚体中分布的影响
张玉铭, 胡春胜, 陈素英, 王玉英, 李晓欣, 董文旭, 刘秀萍, 裴林, 张惠
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政策激励、生态认知与农户有机肥施用行为——基于有调节的中介效应模型
桑贤策, 罗小锋, 黄炎忠, 唐林
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基于InVEST和CA-Markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究
杨洁, 谢保鹏, 张德罡
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秸秆还田与施肥方式对稻麦轮作土壤细菌和真菌群落结构与多样性的影响
张翰林, 白娜玲, 郑宪清, 李双喜, 张娟琴, 张海韵, 周胜, 孙会峰, 吕卫光
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doi: 10.12357/cjea.20230081
摘要:
土地利用变化导致区域碳排放显著变化, 估算由土地利用变化导致的碳排量变化可以为区域“双碳”目标的实现提供重要实践参考。为摸清大西安地区1990—2020年土地利用类型时空演变规律及其碳排放效应, 基于排放因子法和PLUS (patch-generating land use simulation)模型, 从行政单元和栅格两种尺度, 探索研究区土地利用和碳排放的时空演变关系并模拟其未来分布模式。研究结果表明: 1) 1990—2020年, 耕地面积持续减少, 年均减少21.86 km2; 林地、草地和水域面积波动减少, 年均减少面积分别为0.28 km2、1.69 km2和0.08 km2; 建设用地面积持续扩张, 年均扩张面积23.88 km2; 未利用地面积波动增加, 增加面积为1.14 km2。2) 1990—2020年, 大西安地区碳排放量由280.00 t(C)∙a−1增长至2342.27 t(C)∙a−1, 年均增长68.74 t(C); 空间分布总体呈“南高北低”的格局。3) 1990—2020年, 大西安地区碳排放强度最大值由7461.94 t(C)∙km−2∙a−1增加至45 400.90 t(C)∙km−2∙a−1, 增长了5.08倍。空间上, 该地区碳排放强度始终呈现出“北高南低”的分布模式。4) 2025年和2030年, 大西安地区依旧是以耕地和林地为主要土地利用类型, 其面积之和分别占研究区总面积的63.53%和62.45%; 2020—2030年, 该区域内耕地、林地、水域和未利用地面积持续减少, 而草地和建设用地面积增加, 碳排放总量增加2.96×103万 t(C)∙a−1, 碳排放强度呈现出“东高西低”的分布格局。过去30年, 大西安地区的碳排放量和碳排放强度都在迅速增加。
土地利用变化导致区域碳排放显著变化, 估算由土地利用变化导致的碳排量变化可以为区域“双碳”目标的实现提供重要实践参考。为摸清大西安地区1990—2020年土地利用类型时空演变规律及其碳排放效应, 基于排放因子法和PLUS (patch-generating land use simulation)模型, 从行政单元和栅格两种尺度, 探索研究区土地利用和碳排放的时空演变关系并模拟其未来分布模式。研究结果表明: 1) 1990—2020年, 耕地面积持续减少, 年均减少21.86 km2; 林地、草地和水域面积波动减少, 年均减少面积分别为0.28 km2、1.69 km2和0.08 km2; 建设用地面积持续扩张, 年均扩张面积23.88 km2; 未利用地面积波动增加, 增加面积为1.14 km2。2) 1990—2020年, 大西安地区碳排放量由280.00 t(C)∙a−1增长至2342.27 t(C)∙a−1, 年均增长68.74 t(C); 空间分布总体呈“南高北低”的格局。3) 1990—2020年, 大西安地区碳排放强度最大值由7461.94 t(C)∙km−2∙a−1增加至45 400.90 t(C)∙km−2∙a−1, 增长了5.08倍。空间上, 该地区碳排放强度始终呈现出“北高南低”的分布模式。4) 2025年和2030年, 大西安地区依旧是以耕地和林地为主要土地利用类型, 其面积之和分别占研究区总面积的63.53%和62.45%; 2020—2030年, 该区域内耕地、林地、水域和未利用地面积持续减少, 而草地和建设用地面积增加, 碳排放总量增加2.96×103万 t(C)∙a−1, 碳排放强度呈现出“东高西低”的分布格局。过去30年, 大西安地区的碳排放量和碳排放强度都在迅速增加。
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doi: 10.12357/cjea.20230238
摘要:
养殖场排放氨气及温室气体(NH3、N2O、CH4)末端处理技术近年来获得了国内外学者的广泛关注与持续研究, 但不同畜种粪污管理各环节气体排放规律和阻控优先序尚不清楚, 不同处理技术的处理效果、处理成本和适用场景尚不明确, 缺乏多气体协同处理的技术体系。因此, 本研究通过系统梳理已发表的文献, 采用数据挖掘(data mining)的方法分析了猪、鸡、牛、羊4种畜种不同粪污管理环节(圈舍环节、固体粪污贮藏环节、液体粪污贮藏环节和固体粪污堆肥环节)气体排放和优先序特征, 总结了与气体排放相匹配的减排技术特点, 梳理了针对NH3、N2O、CH4减排的各种技术原理与减排效果, 探讨了粪污管理过程各环节气体阻控的优先序及潜在技术途径, 可以为养殖场外排尾气处理不同类型技术组合和设计提供支撑, 以实现养殖场氨气及温室气体减排的目标。指出现有NH3、N2O、CH4末端处理技术的不足, 展望了NH3、N2O、CH4末端协同处理技术的研究方向, 旨在为养殖场外排尾气未来技术研发提供依据。
养殖场排放氨气及温室气体(NH3、N2O、CH4)末端处理技术近年来获得了国内外学者的广泛关注与持续研究, 但不同畜种粪污管理各环节气体排放规律和阻控优先序尚不清楚, 不同处理技术的处理效果、处理成本和适用场景尚不明确, 缺乏多气体协同处理的技术体系。因此, 本研究通过系统梳理已发表的文献, 采用数据挖掘(data mining)的方法分析了猪、鸡、牛、羊4种畜种不同粪污管理环节(圈舍环节、固体粪污贮藏环节、液体粪污贮藏环节和固体粪污堆肥环节)气体排放和优先序特征, 总结了与气体排放相匹配的减排技术特点, 梳理了针对NH3、N2O、CH4减排的各种技术原理与减排效果, 探讨了粪污管理过程各环节气体阻控的优先序及潜在技术途径, 可以为养殖场外排尾气处理不同类型技术组合和设计提供支撑, 以实现养殖场氨气及温室气体减排的目标。指出现有NH3、N2O、CH4末端处理技术的不足, 展望了NH3、N2O、CH4末端协同处理技术的研究方向, 旨在为养殖场外排尾气未来技术研发提供依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230245
摘要:
面对农业资源利用效率低、农业技术研发周期长、不确定性大等现实困境, 开放式创新成为破解上述难题的重要途径。为揭示开放式创新对农业绿色发展的作用机理, 本研究首先从生态保育、资源节约、环境友好和经济效益4方面构建农业绿色发展指标体系, 并对各地区农业绿色发展水平进行评价与分析。其次, 通过构建非线性的调节模型, 应用2010—2020年中国31个省份(港澳台除外)的面板数据来验证开放式创新是否更能推动农业绿色发展。结果表明: 1)我国农业绿色发展整体水平偏低, 省域个体差异较大且呈扩大趋势。北京农业绿色发展水平上升率最大, 黑龙江的上升率最小。2)开放式创新与农业绿色发展呈正“U”型的非线性关系, 即开放式创新对农业绿色发展的作用表现为先抑制后促进。目前西藏、青海等11个省还处于抑制阶段, 北京、广东等20个省处于促进阶段。3)环境规制正向调节开放式创新与农业绿色发展间的非线性关系, 即在环境规制较高的水平下, 开放式创新更能推动农业绿色发展。4)开放式创新因开放式创新类型、主导类型的不同而对农业绿色发展产生差异化影响。根据上述研究结果, 本研究提出: 1)开放式创新水平较低的地区应加大力度培育新型农业经营主体, 提高吸收能力; 2)开放式创新水平较高的地区应注重开放式创新平台的建设, 加快开放式创新资源的流动; 3)科学制定环境规制政策, 加大低开放式创新地区环境规制强度。
面对农业资源利用效率低、农业技术研发周期长、不确定性大等现实困境, 开放式创新成为破解上述难题的重要途径。为揭示开放式创新对农业绿色发展的作用机理, 本研究首先从生态保育、资源节约、环境友好和经济效益4方面构建农业绿色发展指标体系, 并对各地区农业绿色发展水平进行评价与分析。其次, 通过构建非线性的调节模型, 应用2010—2020年中国31个省份(港澳台除外)的面板数据来验证开放式创新是否更能推动农业绿色发展。结果表明: 1)我国农业绿色发展整体水平偏低, 省域个体差异较大且呈扩大趋势。北京农业绿色发展水平上升率最大, 黑龙江的上升率最小。2)开放式创新与农业绿色发展呈正“U”型的非线性关系, 即开放式创新对农业绿色发展的作用表现为先抑制后促进。目前西藏、青海等11个省还处于抑制阶段, 北京、广东等20个省处于促进阶段。3)环境规制正向调节开放式创新与农业绿色发展间的非线性关系, 即在环境规制较高的水平下, 开放式创新更能推动农业绿色发展。4)开放式创新因开放式创新类型、主导类型的不同而对农业绿色发展产生差异化影响。根据上述研究结果, 本研究提出: 1)开放式创新水平较低的地区应加大力度培育新型农业经营主体, 提高吸收能力; 2)开放式创新水平较高的地区应注重开放式创新平台的建设, 加快开放式创新资源的流动; 3)科学制定环境规制政策, 加大低开放式创新地区环境规制强度。
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doi: 10.12357/cjea.20230270
摘要:
农田土壤生态系统是抗生素抗性基因(ARGs)的源与汇, 畜禽粪便施用是土壤中ARGs的重要来源。畜禽粪便在蔬菜地土壤中的大量施用, 加剧了蔬菜地土壤ARGs的污染, 对人类健康造成潜在危害。本文采集了河北省不同施肥类型(鲜鸡粪、鲜羊粪、鲜牛粪、商品有机肥以及单施化肥)的蔬菜地表层土壤(0~20 cm)样品, 采用定量PCR技术和高通量测序技术对蔬菜地土壤ARGs和细菌群落结构开展了研究, 旨在探究不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的分布特征及其影响因素。结果表明, 不同施肥类型蔬菜地土壤中均检测到较高丰度的四环素类ARGs (tetA、tetC、tetG、tetL、tetO、tetM、tetW、tetQ)、磺胺类ARGs (sul1、sul2)以及Ⅰ类整合酶基因(intI1), 其中所有施肥处理土壤中磺胺类ARGs总绝对丰度高达9.96×109 copies∙g−1 (干土), 且显著高于四环素类ARGs总丰度1.07×109 copies∙g−1 (干土)。畜禽粪肥和化肥的施用都显著增加了土壤中ARGs丰度, 其中高化肥施加量土壤中ARGs检出丰度最高[6.34×109 copies∙g−1 (干土)], 商品有机肥土壤中ARGs检出丰度最低[3.09×108 copies∙g−1 (干土)]。施畜禽粪肥土壤中细菌群落的Shannon指数和Chao1指数显著高于高化肥施加量土壤, 但与低化肥施加量土壤差异不显著, 说明畜禽粪肥施用显著提高了土壤细菌群落的α多样性。Pearson相关性分析结果表明, 细菌群落结构是影响ARGs分布的重要因素。IntI1基因与sul2、tetG、tetQ以及tetW基因呈显著正相关(P<0.05), 说明intI1基因在ARGs的传播和扩散中也起着重要作用。本研究结果表明高化肥施加量也能显著增加蔬菜地土壤ARGs的丰度, 商品有机肥的施用对土壤ARGs丰度影响最小。本研究为评估不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的污染现状提供了相应的数据参考。
农田土壤生态系统是抗生素抗性基因(ARGs)的源与汇, 畜禽粪便施用是土壤中ARGs的重要来源。畜禽粪便在蔬菜地土壤中的大量施用, 加剧了蔬菜地土壤ARGs的污染, 对人类健康造成潜在危害。本文采集了河北省不同施肥类型(鲜鸡粪、鲜羊粪、鲜牛粪、商品有机肥以及单施化肥)的蔬菜地表层土壤(0~20 cm)样品, 采用定量PCR技术和高通量测序技术对蔬菜地土壤ARGs和细菌群落结构开展了研究, 旨在探究不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的分布特征及其影响因素。结果表明, 不同施肥类型蔬菜地土壤中均检测到较高丰度的四环素类ARGs (tetA、tetC、tetG、tetL、tetO、tetM、tetW、tetQ)、磺胺类ARGs (sul1、sul2)以及Ⅰ类整合酶基因(intI1), 其中所有施肥处理土壤中磺胺类ARGs总绝对丰度高达9.96×109 copies∙g−1 (干土), 且显著高于四环素类ARGs总丰度1.07×109 copies∙g−1 (干土)。畜禽粪肥和化肥的施用都显著增加了土壤中ARGs丰度, 其中高化肥施加量土壤中ARGs检出丰度最高[6.34×109 copies∙g−1 (干土)], 商品有机肥土壤中ARGs检出丰度最低[3.09×108 copies∙g−1 (干土)]。施畜禽粪肥土壤中细菌群落的Shannon指数和Chao1指数显著高于高化肥施加量土壤, 但与低化肥施加量土壤差异不显著, 说明畜禽粪肥施用显著提高了土壤细菌群落的α多样性。Pearson相关性分析结果表明, 细菌群落结构是影响ARGs分布的重要因素。IntI1基因与sul2、tetG、tetQ以及tetW基因呈显著正相关(P<0.05), 说明intI1基因在ARGs的传播和扩散中也起着重要作用。本研究结果表明高化肥施加量也能显著增加蔬菜地土壤ARGs的丰度, 商品有机肥的施用对土壤ARGs丰度影响最小。本研究为评估不同施肥类型蔬菜地土壤中ARGs的污染现状提供了相应的数据参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230028
摘要:
污泥通过碱性热水解工艺(ATH)提取的富含多肽、蛋白质类液体(污泥热碱液)已被证实无毒性且可运用于农业生产中, 并显著促进作物生长。为探究污泥热碱液对小青菜氮素吸收及氮代谢调控机制的影响, 本试验以小青菜为研究对象, 采用盆栽试验, 以不施氮肥为对照, 研究5个污泥热碱液处理土壤中分别施入0 mg·kg−1、20.19 mg·kg−1、40.38 mg·kg−1、60.57 mg·kg−1、80.76 mg·kg−1污泥热碱液, 探讨小青菜植株氮素吸收、氮代谢关键酶活性等的变化。结果表明, 随着施用量的增加, 各指标均呈先升高后下降的趋势, 当施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜收获后氮素累积量、产量和品质等达较高水平, 硝酸盐含量最低。通过对小青菜氮素吸收量及产量进行拟合, 得出121.48~127.59 kg·hm−2为该污泥热碱液对小青菜的最佳施用量。施用量为40.38 mg·kg−1, 小青菜中硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)均保持较高的活性, 在小青菜定苗后第2周、第4周和第6周与其他处理相比, NR活性增加36.12%~64.74%、16.64%~60.07%、7.34%~74.59%, NiR活性增加19.81%~77.69%、2.53%~43.08%和7.08%~74.13%, GDH活性增加9.02%~59.87%、27.29%~75.51%和13.86%~55.18%, GS活性增加3.97%~15.12%、4.97%~55.01%、9.02%~54.79%, GOGAT活性增加23.85%~74.24%、8.78%~77.86%和22.15%~92.72%。冗余分析表明小青菜中GOGAT是决定产量、氮素利用率、氮素吸收率的主要因素, 与产量呈显著正相关。施用适量的污泥热碱液会提高小青菜氮素相关转化酶活性, 促进对氮素吸收及产量的增加。热碱液可作为新型肥料施用, 不仅可以解决污泥资源化问题还可以提高小青菜产量及养分吸收。
污泥通过碱性热水解工艺(ATH)提取的富含多肽、蛋白质类液体(污泥热碱液)已被证实无毒性且可运用于农业生产中, 并显著促进作物生长。为探究污泥热碱液对小青菜氮素吸收及氮代谢调控机制的影响, 本试验以小青菜为研究对象, 采用盆栽试验, 以不施氮肥为对照, 研究5个污泥热碱液处理土壤中分别施入0 mg·kg−1、20.19 mg·kg−1、40.38 mg·kg−1、60.57 mg·kg−1、80.76 mg·kg−1污泥热碱液, 探讨小青菜植株氮素吸收、氮代谢关键酶活性等的变化。结果表明, 随着施用量的增加, 各指标均呈先升高后下降的趋势, 当施用量为40.38 mg·kg−1时, 小青菜收获后氮素累积量、产量和品质等达较高水平, 硝酸盐含量最低。通过对小青菜氮素吸收量及产量进行拟合, 得出121.48~127.59 kg·hm−2为该污泥热碱液对小青菜的最佳施用量。施用量为40.38 mg·kg−1, 小青菜中硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)均保持较高的活性, 在小青菜定苗后第2周、第4周和第6周与其他处理相比, NR活性增加36.12%~64.74%、16.64%~60.07%、7.34%~74.59%, NiR活性增加19.81%~77.69%、2.53%~43.08%和7.08%~74.13%, GDH活性增加9.02%~59.87%、27.29%~75.51%和13.86%~55.18%, GS活性增加3.97%~15.12%、4.97%~55.01%、9.02%~54.79%, GOGAT活性增加23.85%~74.24%、8.78%~77.86%和22.15%~92.72%。冗余分析表明小青菜中GOGAT是决定产量、氮素利用率、氮素吸收率的主要因素, 与产量呈显著正相关。施用适量的污泥热碱液会提高小青菜氮素相关转化酶活性, 促进对氮素吸收及产量的增加。热碱液可作为新型肥料施用, 不仅可以解决污泥资源化问题还可以提高小青菜产量及养分吸收。
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doi: 10.12357/cjea.20230138
摘要:
长江经济带是生态文明建设先行示范带, 其“生产-生活-生态”空间(三生空间)时空格局对长江经济带景观生态安全和人类福祉产生了深刻影响。本文基于1980年、1990年、2010年、2020年土地利用遥感监测数据, 考虑三生空间与土地利用类型的对应关系, 运用景观生态安全评价模型、空间自相关分析等方法分析1980—2020年长江经济带三生空间的景观生态安全时空演变特征, 运用地理探测器从自然条件、社会经济、土地利用等方面探索其变化的影响机制。结果表明: 1) 1980—2020年长江经济带三生空间以生态空间为主, 占三生空间总面积的66%以上, 且以生产空间与生态空间、生产空间与生活空间之间的相互转换为主。2) 1980—2020年长江经济带三生空间景观生态安全水平整体呈上升趋势。其中, 生产空间不安全区面积占比先减少后微增; 生活空间不安全区面积占比呈逐年下降趋势, 中等安全区与较安全区面积占比呈增加趋势; 生态空间较安全区与安全区面积占比呈波动上升趋势。3)长江经济带三生空间景观生态安全空间分异显著。其中生产空间、生活空间安全区主要分布在长江经济带三大城市群, 而生态空间安全区集中于长江中上游山区、赣南与浙南等地区。4)长江经济带三生空间景观生态安全空间格局分布较稳定, 但是内部区域差异比较明显。其中高-高聚集区主要分布在川西、滇西、贵鄂湘赣部分地区以及浙南地区, 而低-低聚集区主要分布于长江经济带三大城市群。5)土地利用对三生空间景观生态安全格局演变影响最为显著, 社会经济与自然条件影响力次之。因此应优化三生空间布局, 以促进三生空间景观生态功能协同发挥, 提升景观生态安全水平, 推进长江经济带生态文明建设与可持续发展。
长江经济带是生态文明建设先行示范带, 其“生产-生活-生态”空间(三生空间)时空格局对长江经济带景观生态安全和人类福祉产生了深刻影响。本文基于1980年、1990年、2010年、2020年土地利用遥感监测数据, 考虑三生空间与土地利用类型的对应关系, 运用景观生态安全评价模型、空间自相关分析等方法分析1980—2020年长江经济带三生空间的景观生态安全时空演变特征, 运用地理探测器从自然条件、社会经济、土地利用等方面探索其变化的影响机制。结果表明: 1) 1980—2020年长江经济带三生空间以生态空间为主, 占三生空间总面积的66%以上, 且以生产空间与生态空间、生产空间与生活空间之间的相互转换为主。2) 1980—2020年长江经济带三生空间景观生态安全水平整体呈上升趋势。其中, 生产空间不安全区面积占比先减少后微增; 生活空间不安全区面积占比呈逐年下降趋势, 中等安全区与较安全区面积占比呈增加趋势; 生态空间较安全区与安全区面积占比呈波动上升趋势。3)长江经济带三生空间景观生态安全空间分异显著。其中生产空间、生活空间安全区主要分布在长江经济带三大城市群, 而生态空间安全区集中于长江中上游山区、赣南与浙南等地区。4)长江经济带三生空间景观生态安全空间格局分布较稳定, 但是内部区域差异比较明显。其中高-高聚集区主要分布在川西、滇西、贵鄂湘赣部分地区以及浙南地区, 而低-低聚集区主要分布于长江经济带三大城市群。5)土地利用对三生空间景观生态安全格局演变影响最为显著, 社会经济与自然条件影响力次之。因此应优化三生空间布局, 以促进三生空间景观生态功能协同发挥, 提升景观生态安全水平, 推进长江经济带生态文明建设与可持续发展。
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doi: 10.12357/cjea.20230080
摘要:
研究契约农业对农户有机农业采纳的影响, 可为有机农业的推广提供决策依据。本文基于湖南省湘西地区保靖县、蓝山县、古丈县、永顺县和花垣县共450户农户的调查数据, 采用倾向得分匹配法构建反事实分析框架, 实证检验了契约农业对农户有机农业采纳的影响及其异质性。结果表明: 1)参与契约农业对于农户有机农业采纳行为具有显著的正向影响, 基于5种不同匹配方法估计得出的平均处理效应表明, 与未参与契约农业的农户相比, 参与契约农业的农户平均处理效应为0.45~0.54; 2)参与契约农业对于风险厌恶、小规模、兼业程度低、有机农业认知度低和来自国家有机产品示范创建区的农户采纳有机农业的促进作用更为显著。政府应加强契约农业的宣传与推广, 提高农户契约农业参与率; 应结合不同农户的禀赋约束、风险态度、有机农业认知等差异, 发展适合不同类别农户的有机生产经营的契约合作模式; 并进一步加大国家有机产品认证示范区的创建力度。
研究契约农业对农户有机农业采纳的影响, 可为有机农业的推广提供决策依据。本文基于湖南省湘西地区保靖县、蓝山县、古丈县、永顺县和花垣县共450户农户的调查数据, 采用倾向得分匹配法构建反事实分析框架, 实证检验了契约农业对农户有机农业采纳的影响及其异质性。结果表明: 1)参与契约农业对于农户有机农业采纳行为具有显著的正向影响, 基于5种不同匹配方法估计得出的平均处理效应表明, 与未参与契约农业的农户相比, 参与契约农业的农户平均处理效应为0.45~0.54; 2)参与契约农业对于风险厌恶、小规模、兼业程度低、有机农业认知度低和来自国家有机产品示范创建区的农户采纳有机农业的促进作用更为显著。政府应加强契约农业的宣传与推广, 提高农户契约农业参与率; 应结合不同农户的禀赋约束、风险态度、有机农业认知等差异, 发展适合不同类别农户的有机生产经营的契约合作模式; 并进一步加大国家有机产品认证示范区的创建力度。
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doi: 10.12357/cjea.20230345
摘要:
为解决作物模型参数率定过程中参数众多和调参效率低的问题, 快速、有效地实现模型参数率定。本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整, 以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照, 利用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法, 对APSIM-wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析, 得到对模型结果较敏感的部分参数, 然后利用粒子群优化算法 对部分敏感参数进行优化。结果表明: 1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数; 2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果为叶面积指数为0时最大比叶面积为26 652 mm2∙g−1, 叶片生长的氮限制因子为0.96, 出苗到拔节积温为382 ℃·d, 消光系数为0.44, 拔节到开花积温为542 ℃·d, 蒸腾效率系数为0.0056; 3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042, 归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.10%, 模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988, 优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法, 避免了优化参数的不确定性, 实现参数自动率定, 提高模型参数的率定效率, 使模型更快本地化应用, 指导农业生产。本研究方法也对APSIM-wheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。
为解决作物模型参数率定过程中参数众多和调参效率低的问题, 快速、有效地实现模型参数率定。本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整, 以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照, 利用扩展傅里叶幅度检验(EFAST)法, 对APSIM-wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析, 得到对模型结果较敏感的部分参数, 然后利用粒子群优化算法 对部分敏感参数进行优化。结果表明: 1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数; 2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果为叶面积指数为0时最大比叶面积为26 652 mm2∙g−1, 叶片生长的氮限制因子为0.96, 出苗到拔节积温为382 ℃·d, 消光系数为0.44, 拔节到开花积温为542 ℃·d, 蒸腾效率系数为0.0056; 3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042, 归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.10%, 模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988, 优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法, 避免了优化参数的不确定性, 实现参数自动率定, 提高模型参数的率定效率, 使模型更快本地化应用, 指导农业生产。本研究方法也对APSIM-wheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。
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doi: 10.12357/cjea.20230294
摘要:
提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径, 耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一, 探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有重要意义。本文基于粮食生产微观主体——农户视角, 从理论上揭示耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响, 并利用常德市416 份农户问卷调查数据, 运用随机前沿分析法构建效率测算模型和影响模型进行实证检验。研究表明: 农户耕地规模化水平和水稻生产生态效率均有待提升, 样本农户中较小规模农户数量最多, 占总样本比重为94.95%, 较小规模农户仍是农业生产的主力; 农户水稻生产生态效率均值为0.830, 还存在0.170的提升空间。耕地经营规模对农户水稻生产生态效率有显著影响, 二者并非简单线性关系而是呈“倒U型”关系, 且拐点所在区间为1.2~1.4 hm2; 农户水稻生产生态效率还受到户主受教育程度、抚养比、农业收入占比的显著正向影响和户主年龄的显著负向影响。因此, 应在尊重较小规模农户将长期存在这一现实的基础上, 进一步推进耕地适度规模经营并培育新型农户, 以促进水稻生产生态效率提高。
提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径, 耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一, 探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有重要意义。本文基于粮食生产微观主体——农户视角, 从理论上揭示耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响, 并利用常德市416 份农户问卷调查数据, 运用随机前沿分析法构建效率测算模型和影响模型进行实证检验。研究表明: 农户耕地规模化水平和水稻生产生态效率均有待提升, 样本农户中较小规模农户数量最多, 占总样本比重为94.95%, 较小规模农户仍是农业生产的主力; 农户水稻生产生态效率均值为0.830, 还存在0.170的提升空间。耕地经营规模对农户水稻生产生态效率有显著影响, 二者并非简单线性关系而是呈“倒U型”关系, 且拐点所在区间为1.2~1.4 hm2; 农户水稻生产生态效率还受到户主受教育程度、抚养比、农业收入占比的显著正向影响和户主年龄的显著负向影响。因此, 应在尊重较小规模农户将长期存在这一现实的基础上, 进一步推进耕地适度规模经营并培育新型农户, 以促进水稻生产生态效率提高。
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doi: 10.12357/cjea.20230021
摘要:
基于2020—2021年中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)模拟的逐日土壤相对湿度和土壤水分自动站观测的逐小时土壤相对湿度资料, 采用多个统计对比指标, 在日和月时间尺度、点和区域空间尺度系统性地评估了CLDAS模拟的土壤相对湿度适用性。结果表明: CLDAS模拟的土壤相对湿度与观测值具有一致的逐日变化规律; 0~10 cm、0~20 cm层次CLDAS模拟值与观测值较为接近, 0~50 cm层次模拟值普遍低于观测值; 各层次上, CLDAS模拟值与观测值的相关系数普遍大于0.6, 均方根误差普遍小于30%。区域尺度上, 0~10 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.78~0.95, 以华南最高; 均方根误差为5.70%~17.26%, 以华东最小; 偏差为−6.63%~15.80%, 以华中偏差绝对值最小。0~20 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.78~0.95, 以东北和内蒙古最高; 均方根误差为4.45%~14.03%, 以华东最小; 偏差为−5.36%~12.56%, 以华东偏差绝对值最小。0~50 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.68~0.97, 以东北最高; 均方根误差为4.00%~15.83%, 以华东最小; 偏差为−9.83%~9.62%, 以东北偏差绝对值最小。区域月尺度CLDAS模拟值和观测值整体的相关性较好, 相关系数在6—10月较高; 均方根误差普遍小于15%, 华东各个层次逐月均方根误差均较小。总体来看, CLDAS模拟的土壤相对湿度空间上在华东、华中和东北精度最高, 时间上在6—10月精度最高。
基于2020—2021年中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)模拟的逐日土壤相对湿度和土壤水分自动站观测的逐小时土壤相对湿度资料, 采用多个统计对比指标, 在日和月时间尺度、点和区域空间尺度系统性地评估了CLDAS模拟的土壤相对湿度适用性。结果表明: CLDAS模拟的土壤相对湿度与观测值具有一致的逐日变化规律; 0~10 cm、0~20 cm层次CLDAS模拟值与观测值较为接近, 0~50 cm层次模拟值普遍低于观测值; 各层次上, CLDAS模拟值与观测值的相关系数普遍大于0.6, 均方根误差普遍小于30%。区域尺度上, 0~10 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.78~0.95, 以华南最高; 均方根误差为5.70%~17.26%, 以华东最小; 偏差为−6.63%~15.80%, 以华中偏差绝对值最小。0~20 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.78~0.95, 以东北和内蒙古最高; 均方根误差为4.45%~14.03%, 以华东最小; 偏差为−5.36%~12.56%, 以华东偏差绝对值最小。0~50 cm层次CLDAS模拟值和观测值相关系数为0.68~0.97, 以东北最高; 均方根误差为4.00%~15.83%, 以华东最小; 偏差为−9.83%~9.62%, 以东北偏差绝对值最小。区域月尺度CLDAS模拟值和观测值整体的相关性较好, 相关系数在6—10月较高; 均方根误差普遍小于15%, 华东各个层次逐月均方根误差均较小。总体来看, CLDAS模拟的土壤相对湿度空间上在华东、华中和东北精度最高, 时间上在6—10月精度最高。
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doi: 10.12357/cjea.20221001
摘要:
“源-汇”景观理论被推荐为耦合景观格局与面源污染过程的有效途径, 合理的“源-汇”景观格局配置有助于减少面源污染物输出, 从而降低面源污染风险。论文分别从“源-汇”景观识别、“源-汇”景观格局分析, 以及“源-汇”景观对面源污染物的影响3个方面, 系统论述了基于面源污染过程的“源-汇”景观格局分析的研究进展。分析认为, 针对基于面源污染过程的“源-汇”景观识别, 目前研究主要停留在传统景观格局的意义上, 需要考虑多要素的空间耦合关系和综合作用, 来更好地判别特定面源污染过程的“源-汇”景观归属及其权重贡献。同时, 针对“源-汇”景观格局分析, 经典的景观空间负荷比指数只适合于环境背景比较相似的流域或地区, 因此需要考虑量化更多的景观因子, 并构建适合跨流域且具有可比性的“源-汇”景观指数, 进而优化“源-汇”景观格局配置, 降低流域景观生态安全风险。最后, “源-汇”景观格局研究所针对的主要面源污染物主要是氮磷等传统面源污染物, 因此需要扩大“源-汇”景观格局对更多新型面源污染物的指示研究, 为更深层次地研究流域景观格局与面源污染过程的耦合关系提供参考。
“源-汇”景观理论被推荐为耦合景观格局与面源污染过程的有效途径, 合理的“源-汇”景观格局配置有助于减少面源污染物输出, 从而降低面源污染风险。论文分别从“源-汇”景观识别、“源-汇”景观格局分析, 以及“源-汇”景观对面源污染物的影响3个方面, 系统论述了基于面源污染过程的“源-汇”景观格局分析的研究进展。分析认为, 针对基于面源污染过程的“源-汇”景观识别, 目前研究主要停留在传统景观格局的意义上, 需要考虑多要素的空间耦合关系和综合作用, 来更好地判别特定面源污染过程的“源-汇”景观归属及其权重贡献。同时, 针对“源-汇”景观格局分析, 经典的景观空间负荷比指数只适合于环境背景比较相似的流域或地区, 因此需要考虑量化更多的景观因子, 并构建适合跨流域且具有可比性的“源-汇”景观指数, 进而优化“源-汇”景观格局配置, 降低流域景观生态安全风险。最后, “源-汇”景观格局研究所针对的主要面源污染物主要是氮磷等传统面源污染物, 因此需要扩大“源-汇”景观格局对更多新型面源污染物的指示研究, 为更深层次地研究流域景观格局与面源污染过程的耦合关系提供参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230414
摘要:
根际是由植物根系和土壤微生物之间相互作用形成的一种特殊环境,根际微生物群落的宏基因组是植物微生物组的重要组成部分。植物与根际微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。在根际环境中, 微生物群落利用复杂的种内和种间信号传导机制招募特定的微生物, 协调并控制混合群落的行为, 从而影响植物的生长发育和健康。根际微生物利用群体感应(QS)自发产生、释放特定的信号分子, 并能感知其浓度变化, 从而调节微生物的群体行为。QS系统的特征是合成和释放特定的信号分子。近年来的研究表明,根际土壤细菌中发现了N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones, AHLs)、二酮哌嗪(DKPs)、扩散信号因子(DSF)、次生代谢物、植物激素类分子等多种QS信号分子。AHLs作为细菌中研究最广泛的QS信号分子, 在植物与根际微生物的相互作用中发挥重要作用。本文综述了AHLs介导的群体感应机制, 并讨论了AHLs在植物与根际微生物相互作用中的调节作用, 包括AHLs对植物的生长发育、逆境耐受性和抗病性等方面的有益影响, 以及AHLs介导的QS系统调控导致的根际致病菌对植物的有害影响, 同时还探讨了基于AHLs的群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响, 以期为植物健康与农业生产提供新的思路和方法, 推动可持续农业的发展。
根际是由植物根系和土壤微生物之间相互作用形成的一种特殊环境,根际微生物群落的宏基因组是植物微生物组的重要组成部分。植物与根际微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。在根际环境中, 微生物群落利用复杂的种内和种间信号传导机制招募特定的微生物, 协调并控制混合群落的行为, 从而影响植物的生长发育和健康。根际微生物利用群体感应(QS)自发产生、释放特定的信号分子, 并能感知其浓度变化, 从而调节微生物的群体行为。QS系统的特征是合成和释放特定的信号分子。近年来的研究表明,根际土壤细菌中发现了N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones, AHLs)、二酮哌嗪(DKPs)、扩散信号因子(DSF)、次生代谢物、植物激素类分子等多种QS信号分子。AHLs作为细菌中研究最广泛的QS信号分子, 在植物与根际微生物的相互作用中发挥重要作用。本文综述了AHLs介导的群体感应机制, 并讨论了AHLs在植物与根际微生物相互作用中的调节作用, 包括AHLs对植物的生长发育、逆境耐受性和抗病性等方面的有益影响, 以及AHLs介导的QS系统调控导致的根际致病菌对植物的有害影响, 同时还探讨了基于AHLs的群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响, 以期为植物健康与农业生产提供新的思路和方法, 推动可持续农业的发展。
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doi: 10.12357/cjea.20230145
摘要:
我国农业生产面临秸秆数量不断增加和土地耕层浅、底层土壤紧实、肥力低下等突出问题。过去对农业用地的管理集中于表层土壤, 直到近年来对深层土壤进行管理逐渐受到了学者的重视, 也出现了各种创新的田间措施。秸秆富集深层还田就是一项新型高效的秸秆管理措施, 在利用秸秆资源来改良土壤结构、培肥深层地力和提高作物产量等方面优势突出。该模式能够打破犁底层避免土壤压实、缓解微生物与作物争夺氮素、减轻秸秆还田对播种和出苗质量的负面影响, 提升农田耕层土壤质量, 实现秸秆资源的高质高效利用。秸秆富集深层还田为集约化农业生产提供了切实可行的秸秆田间处理和土地健康保育手段, 对我国高质量农业发展具有现实意义。本文介绍了秸秆富集深层还田技术, 归纳了秸秆富集深层还田的技术特点、研究进展和应用潜力, 综述了秸秆深层还田对土壤容重、孔隙度、土壤水分、团聚体结构、养分、有机碳、盐分、微生物、酶活性和作物产量的影响及机制, 并在此基础上提出了今后的研究重点, 为进一步深入探究秸秆深层还田技术和耕地保育提供参考依据。
我国农业生产面临秸秆数量不断增加和土地耕层浅、底层土壤紧实、肥力低下等突出问题。过去对农业用地的管理集中于表层土壤, 直到近年来对深层土壤进行管理逐渐受到了学者的重视, 也出现了各种创新的田间措施。秸秆富集深层还田就是一项新型高效的秸秆管理措施, 在利用秸秆资源来改良土壤结构、培肥深层地力和提高作物产量等方面优势突出。该模式能够打破犁底层避免土壤压实、缓解微生物与作物争夺氮素、减轻秸秆还田对播种和出苗质量的负面影响, 提升农田耕层土壤质量, 实现秸秆资源的高质高效利用。秸秆富集深层还田为集约化农业生产提供了切实可行的秸秆田间处理和土地健康保育手段, 对我国高质量农业发展具有现实意义。本文介绍了秸秆富集深层还田技术, 归纳了秸秆富集深层还田的技术特点、研究进展和应用潜力, 综述了秸秆深层还田对土壤容重、孔隙度、土壤水分、团聚体结构、养分、有机碳、盐分、微生物、酶活性和作物产量的影响及机制, 并在此基础上提出了今后的研究重点, 为进一步深入探究秸秆深层还田技术和耕地保育提供参考依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230066
摘要:
为系统了解氧纳米气泡及其在农业领域的应用研究进展与发展趋势, 本文就近15年来氧纳米气泡的研究进展与成果, 总结了氧纳米气泡的研究概况; 对氧纳米气泡的制备方法与性质进行了探讨; 重点综述了氧纳米气泡在农业生产领域与农业环境治理领域的应用。农业生产领域的应用包括促进种子发育与作物生长、提高水产养殖产量与经济效益等, 农业环境治理领域的应用, 包括促进稻田甲烷减排、去除土壤中的重金属等污染物质、治理农业面源污染等。展望了氧纳米气泡技术今后的研究重点与对策建议, 包括深入研究氧纳米气泡的增氧机理及作用机制, 进一步开发农业领域氧纳米气泡的制备技术, 拓展氧纳米气泡技术在农业生产及环境修复中的适用性, 开展氧纳米气泡的规模化应用研究等。研究成果可为氧纳米气泡的基础研究和在农业领域的应用研究提供思路与方法。
为系统了解氧纳米气泡及其在农业领域的应用研究进展与发展趋势, 本文就近15年来氧纳米气泡的研究进展与成果, 总结了氧纳米气泡的研究概况; 对氧纳米气泡的制备方法与性质进行了探讨; 重点综述了氧纳米气泡在农业生产领域与农业环境治理领域的应用。农业生产领域的应用包括促进种子发育与作物生长、提高水产养殖产量与经济效益等, 农业环境治理领域的应用, 包括促进稻田甲烷减排、去除土壤中的重金属等污染物质、治理农业面源污染等。展望了氧纳米气泡技术今后的研究重点与对策建议, 包括深入研究氧纳米气泡的增氧机理及作用机制, 进一步开发农业领域氧纳米气泡的制备技术, 拓展氧纳米气泡技术在农业生产及环境修复中的适用性, 开展氧纳米气泡的规模化应用研究等。研究成果可为氧纳米气泡的基础研究和在农业领域的应用研究提供思路与方法。
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doi: 10.12357/cjea.20230215
摘要:
为探讨小麦后复种油菜对小麦茬残留氮素吸收利用及水氮利用的影响, 以期为麦后土壤残留氮素有效利用和农业面源污染阻控提供理论依据, 通过田间定位试验, 研究了小麦茬施氮量[常规施氮(270 kg∙hm−2)、减施氮肥(202.5 kg∙hm−2)和不施氮(0 kg∙hm−2)]和灌溉定额[常规灌溉(400 mm)、节水20% (320 mm)和节水40% (240 mm)]对复种油菜的产量、氮素吸收量以及0~100 cm土壤含水率和矿质氮动态变化的影响, 并进行了两季作物的氮素平衡分析。结果表明, 小麦茬残留氮素对油菜产量和氮素吸收量有显著影响, 氮肥后效与小麦茬的施氮量呈正比。小麦茬常规施氮270 kg∙hm−2时油菜产量和氮素吸收量最高, 分别为6640 kg∙hm−2和25.7 kg∙hm−2, 较小麦茬减施氮肥与不施氮分别增加11.8%与43.5%和14.8%与58.8%; 小麦茬灌溉定额对油菜产量无显著影响, 但对氮素吸收量有显著影响, 常规施氮处理下常规灌溉处理油菜氮素吸收量较节水处理增加9.6%~10.2%。与油菜播前相比, 油菜收获后施氮处理0~100 cm土层土壤矿质氮降低18.8~96.1 kg·hm−2; 常规施氮处理较减氮和不施氮处理增加了油菜对残留氮素吸收能力。油菜翻压还田并经过冬季的冻融后, 在下一季小麦播前, 0~100 cm土层的土壤矿质氮增加86.1~171.8 kg·hm−2, 增加量与小麦茬的施氮量呈正相关。常规施氮+常规灌溉定额0~100 cm土壤贮水量变化较小, 氮肥后效显著提高了油菜灌溉水利用效率和水分利用效率及降水生产效率, 常规施氮+节水20%处理灌溉水利用效率和降水生产效率最高, 而常规施氮+节水40%处理油菜水分利用效率最高。在本试验条件下, 减氮+节水20%处理的氮肥累积利用率最高, 达89.8%。小麦茬施氮量为270 kg·hm−2, 灌溉定额为320~400 mm显著提高了复种油菜的产量、吸氮量、水分利用效率和灌溉水利用效率及降水生产效率, 并降低了施氮处理土壤矿质氮含量。而油菜翻压还田经过冬季冻融后显著增加了土壤矿质氮含量。
为探讨小麦后复种油菜对小麦茬残留氮素吸收利用及水氮利用的影响, 以期为麦后土壤残留氮素有效利用和农业面源污染阻控提供理论依据, 通过田间定位试验, 研究了小麦茬施氮量[常规施氮(270 kg∙hm−2)、减施氮肥(202.5 kg∙hm−2)和不施氮(0 kg∙hm−2)]和灌溉定额[常规灌溉(400 mm)、节水20% (320 mm)和节水40% (240 mm)]对复种油菜的产量、氮素吸收量以及0~100 cm土壤含水率和矿质氮动态变化的影响, 并进行了两季作物的氮素平衡分析。结果表明, 小麦茬残留氮素对油菜产量和氮素吸收量有显著影响, 氮肥后效与小麦茬的施氮量呈正比。小麦茬常规施氮270 kg∙hm−2时油菜产量和氮素吸收量最高, 分别为6640 kg∙hm−2和25.7 kg∙hm−2, 较小麦茬减施氮肥与不施氮分别增加11.8%与43.5%和14.8%与58.8%; 小麦茬灌溉定额对油菜产量无显著影响, 但对氮素吸收量有显著影响, 常规施氮处理下常规灌溉处理油菜氮素吸收量较节水处理增加9.6%~10.2%。与油菜播前相比, 油菜收获后施氮处理0~100 cm土层土壤矿质氮降低18.8~96.1 kg·hm−2; 常规施氮处理较减氮和不施氮处理增加了油菜对残留氮素吸收能力。油菜翻压还田并经过冬季的冻融后, 在下一季小麦播前, 0~100 cm土层的土壤矿质氮增加86.1~171.8 kg·hm−2, 增加量与小麦茬的施氮量呈正相关。常规施氮+常规灌溉定额0~100 cm土壤贮水量变化较小, 氮肥后效显著提高了油菜灌溉水利用效率和水分利用效率及降水生产效率, 常规施氮+节水20%处理灌溉水利用效率和降水生产效率最高, 而常规施氮+节水40%处理油菜水分利用效率最高。在本试验条件下, 减氮+节水20%处理的氮肥累积利用率最高, 达89.8%。小麦茬施氮量为270 kg·hm−2, 灌溉定额为320~400 mm显著提高了复种油菜的产量、吸氮量、水分利用效率和灌溉水利用效率及降水生产效率, 并降低了施氮处理土壤矿质氮含量。而油菜翻压还田经过冬季冻融后显著增加了土壤矿质氮含量。
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doi: 10.12357/cjea.20230087
摘要:
准确地掌握并监测区域内的作物分布及时空变化信息对科学指导流域内农业生产布局具有重要指导意义。本研究选择中国的粮食主产区——松花江流域为研究区, 基于MODIS数据计算的归一化植被指数(NDVI)、植被增强型指数(EVI)及地表水分指数(LSWI)指标, 结合不同作物生长发育的物候期构建决策树模型, 对2000年和2020年研究区内主要作物——水稻、玉米和大豆种植区进行了提取; 提取结果通过实地考察、Google Earth选点和统计年鉴数据进行了验证。水稻、玉米和大豆提取精度分别为0.9090、0.9026和0.8200, Kappa系数为0.79, 总体精度为0.84。松花江流域种植农作物类型以玉米为主, 水稻、大豆为辅, 流域内形成“北大豆, 南玉米, 河流附近皆水稻”的生产格局, 是我国重要的玉米、水稻和大豆生产基地。2000—2020年流域种植规模处于持续扩张状态, 作物种植结构显著改变, 总种植面积由95 556.26 km2增加到173 070.00 km2, 增幅为81.12%, 其中水稻、玉米和大豆种植面积分别增加24 911.36 km2、54 432.07 km2、20 719.77 km2, 水稻、玉米和大豆种植面积占总种植面积比例分别增加8.56%、16.86%和0.39%。从空间变化来看, 水稻种植面积在松花江流域范围内大部分区域明显增加, 尤其是在河流附近水资源丰富的区域; 玉米种植面积在流域内大部分区域显著增加; 大豆种植面积在流域北部偏东区域增加明显。松花江流域各市形成了具有特色的种植结构, 绝大部分地区由双作物主导型转变为玉米主导型; 2020年流域内新增水稻主导型市, 玉米-水稻主导型市和大豆-水稻主导型市消失, 玉米-水稻主导型市和玉米-大豆主导型市均转变为玉米主导型市, 作物种植类型逐渐趋于集中。本文提取的作物分布结果与松花江流域内实际情况一致, 可为松花江流域的种植结构调整及指导农业生产提供科学支撑。
准确地掌握并监测区域内的作物分布及时空变化信息对科学指导流域内农业生产布局具有重要指导意义。本研究选择中国的粮食主产区——松花江流域为研究区, 基于MODIS数据计算的归一化植被指数(NDVI)、植被增强型指数(EVI)及地表水分指数(LSWI)指标, 结合不同作物生长发育的物候期构建决策树模型, 对2000年和2020年研究区内主要作物——水稻、玉米和大豆种植区进行了提取; 提取结果通过实地考察、Google Earth选点和统计年鉴数据进行了验证。水稻、玉米和大豆提取精度分别为0.9090、0.9026和0.8200, Kappa系数为0.79, 总体精度为0.84。松花江流域种植农作物类型以玉米为主, 水稻、大豆为辅, 流域内形成“北大豆, 南玉米, 河流附近皆水稻”的生产格局, 是我国重要的玉米、水稻和大豆生产基地。2000—2020年流域种植规模处于持续扩张状态, 作物种植结构显著改变, 总种植面积由95 556.26 km2增加到173 070.00 km2, 增幅为81.12%, 其中水稻、玉米和大豆种植面积分别增加24 911.36 km2、54 432.07 km2、20 719.77 km2, 水稻、玉米和大豆种植面积占总种植面积比例分别增加8.56%、16.86%和0.39%。从空间变化来看, 水稻种植面积在松花江流域范围内大部分区域明显增加, 尤其是在河流附近水资源丰富的区域; 玉米种植面积在流域内大部分区域显著增加; 大豆种植面积在流域北部偏东区域增加明显。松花江流域各市形成了具有特色的种植结构, 绝大部分地区由双作物主导型转变为玉米主导型; 2020年流域内新增水稻主导型市, 玉米-水稻主导型市和大豆-水稻主导型市消失, 玉米-水稻主导型市和玉米-大豆主导型市均转变为玉米主导型市, 作物种植类型逐渐趋于集中。本文提取的作物分布结果与松花江流域内实际情况一致, 可为松花江流域的种植结构调整及指导农业生产提供科学支撑。
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doi: 10.12357/cjea.20230176
摘要:
绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能, 利用作物和牧草的间作、套作和轮作等增加植物多样性可以提升土壤动物多样性及其有益功能。地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群, 它的群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区, 利用陷阱法系统调查了玉米、豌豆和苜蓿种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化, 确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明: 1)玉米、豌豆和苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异, 生长季苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大, 非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小; 2)生长季苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米和豌豆田, 非生长季苜蓿和豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田; 3)生长季苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于豌豆和玉米田, 苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于豌豆和玉米田, 玉米田和豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于苜蓿田; 4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在苜蓿田的活动密度显著高于豌豆和玉米田, 平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在苜蓿田的活动密度也显著高于豌豆和玉米田。总之, 干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性, 进而提升农田害虫的生物防治功能。
绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能, 利用作物和牧草的间作、套作和轮作等增加植物多样性可以提升土壤动物多样性及其有益功能。地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群, 它的群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区, 利用陷阱法系统调查了玉米、豌豆和苜蓿种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化, 确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明: 1)玉米、豌豆和苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异, 生长季苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大, 非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小; 2)生长季苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米和豌豆田, 非生长季苜蓿和豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田; 3)生长季苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于豌豆和玉米田, 苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于豌豆和玉米田, 玉米田和豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于苜蓿田; 4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在苜蓿田的活动密度显著高于豌豆和玉米田, 平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在苜蓿田的活动密度也显著高于豌豆和玉米田。总之, 干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性, 进而提升农田害虫的生物防治功能。
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doi: 10.12357/cjea.20230395
摘要:
过去几十年间, 为了满足不断增加的粮食需求, 发展集约化农业已成为导致全球生物多样性性丧失的重要因素, 并由此引起了害虫生物控制等重要生态系统服务的下降, 威胁农业可持续发展。探究更加绿色、生物多样性友好的生产管理方式已经成为农业生态学研究的重要内容。本文通过调查, 分析了稻田边界植被群落结构对节肢动物群落分布的影响, 探讨了有机农业生产和农田边界带管理对农田生物多样性和害虫生物控制服务的影响, 以上可为稻田可持续生产提供科学依据。本研究主要结果如下。1)本研究捕获节肢动物9531头, 分属50个科。其中, 天敌类群有28个科2653头(包括蜘蛛2253头, 分属14个科41个种); 害虫类群有18个科3971头, 优势科为叶蝉科(Cicadellidae, 84.01%)。2)有机稻田天敌的丰富度高于常规稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌的丰富度高于常规稻田和有机稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌的多度高于常规稻田; 3)毗邻花带的有机稻田中, 稻田边界田埂与稻田内部不同距离天敌的多度与丰富度均差异显著, 其中天敌丰富度在距离为5 m时显著高于20 m, 天敌的多度在5 m时显著高于0 m; 4)稻田内部及其边界田埂的天敌丰富度、多度、害虫多度均与稻田边界田埂地表植被覆盖度呈显著正相关; 5)常规稻田中天敌/害虫比最高, 可能是由于广谱杀虫剂杀死了大部分害虫; 而有机稻田中天敌/害虫比居中、不毗邻花带的有机稻田中最低, 可能是由于有机稻田中害虫数量较高。研究表明, 在地块内实行有机管理措施, 同时在边界上构建野花带, 可以有效地维持稻田天敌生物多样性、提高稻田天敌个体数量。但是, 有效控制害虫多样性、提升天敌对害虫的控制, 还需要更多植物和节肢动物相互关系的认识, 通过“正确”植物物种的选择实现害虫生物防治功能提升。
过去几十年间, 为了满足不断增加的粮食需求, 发展集约化农业已成为导致全球生物多样性性丧失的重要因素, 并由此引起了害虫生物控制等重要生态系统服务的下降, 威胁农业可持续发展。探究更加绿色、生物多样性友好的生产管理方式已经成为农业生态学研究的重要内容。本文通过调查, 分析了稻田边界植被群落结构对节肢动物群落分布的影响, 探讨了有机农业生产和农田边界带管理对农田生物多样性和害虫生物控制服务的影响, 以上可为稻田可持续生产提供科学依据。本研究主要结果如下。1)本研究捕获节肢动物9531头, 分属50个科。其中, 天敌类群有28个科2653头(包括蜘蛛2253头, 分属14个科41个种); 害虫类群有18个科3971头, 优势科为叶蝉科(Cicadellidae, 84.01%)。2)有机稻田天敌的丰富度高于常规稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌的丰富度高于常规稻田和有机稻田, 毗邻花带的有机稻田天敌的多度高于常规稻田; 3)毗邻花带的有机稻田中, 稻田边界田埂与稻田内部不同距离天敌的多度与丰富度均差异显著, 其中天敌丰富度在距离为5 m时显著高于20 m, 天敌的多度在5 m时显著高于0 m; 4)稻田内部及其边界田埂的天敌丰富度、多度、害虫多度均与稻田边界田埂地表植被覆盖度呈显著正相关; 5)常规稻田中天敌/害虫比最高, 可能是由于广谱杀虫剂杀死了大部分害虫; 而有机稻田中天敌/害虫比居中、不毗邻花带的有机稻田中最低, 可能是由于有机稻田中害虫数量较高。研究表明, 在地块内实行有机管理措施, 同时在边界上构建野花带, 可以有效地维持稻田天敌生物多样性、提高稻田天敌个体数量。但是, 有效控制害虫多样性、提升天敌对害虫的控制, 还需要更多植物和节肢动物相互关系的认识, 通过“正确”植物物种的选择实现害虫生物防治功能提升。
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doi: 10.12357/cjea.20230429
摘要:
为探究有机和常规管理方式对茶园土壤有机碳的影响, 选择云南省普洱市思茅区常规管理茶园、有机管理茶园和附近自然林地3种典型土地利用类型, 通过测定0~20 cm和20~40 cm土层的土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、非活性有机碳(NLOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量, 计算土壤各组分有机碳的分配比例以及土壤碳库管理指数(CPMI), 研究3种土地利用方式下土壤有机碳各组分含量和质量的变化特征。结果显示: 1)常规管理茶园的SOC含量和储量分别比自然林地低48.67~51.94%和27.24~35.71% (P<0.05), 而有机管理茶园的SOC含量和储量比常规管理茶园分别高52.09~62.86%、15.54~20.26% (P<0.05)。2)常规管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量均低于自然林地(P<0.05), 而有机管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量比常规管理茶园分别高出46.39~57.89%、54.24~66.15%、80.87~121.01%和40.07~46.28% (P<0.05)。3)与自然林地相比, 常规管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC较低, 有机管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC则高于常规管理茶园。4)常规管理茶园具有较高的CPAI和较低的CPMI, 常规管理茶园的CPMI比自然林地低24.53~46.12%, 有机管理茶园的CPMI比常规管理茶园高67.88~100.33%, 其差异均显著(P<0.05)。以上研究结果表明, 与自然林地相比, 常规管理的茶园土壤有机碳含量和土壤碳库质量下降, 有一定程度的土地退化, 而有机管理是提高茶园土壤碳库质量的有效措施。
为探究有机和常规管理方式对茶园土壤有机碳的影响, 选择云南省普洱市思茅区常规管理茶园、有机管理茶园和附近自然林地3种典型土地利用类型, 通过测定0~20 cm和20~40 cm土层的土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、非活性有机碳(NLOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量, 计算土壤各组分有机碳的分配比例以及土壤碳库管理指数(CPMI), 研究3种土地利用方式下土壤有机碳各组分含量和质量的变化特征。结果显示: 1)常规管理茶园的SOC含量和储量分别比自然林地低48.67~51.94%和27.24~35.71% (P<0.05), 而有机管理茶园的SOC含量和储量比常规管理茶园分别高52.09~62.86%、15.54~20.26% (P<0.05)。2)常规管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量均低于自然林地(P<0.05), 而有机管理茶园的EOC、NLOC、POC和MOC含量比常规管理茶园分别高出46.39~57.89%、54.24~66.15%、80.87~121.01%和40.07~46.28% (P<0.05)。3)与自然林地相比, 常规管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC较低, 有机管理茶园的POC/SOC、NLOC/SOC则高于常规管理茶园。4)常规管理茶园具有较高的CPAI和较低的CPMI, 常规管理茶园的CPMI比自然林地低24.53~46.12%, 有机管理茶园的CPMI比常规管理茶园高67.88~100.33%, 其差异均显著(P<0.05)。以上研究结果表明, 与自然林地相比, 常规管理的茶园土壤有机碳含量和土壤碳库质量下降, 有一定程度的土地退化, 而有机管理是提高茶园土壤碳库质量的有效措施。
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doi: 10.12357/cjea.20230301
摘要:
持续推进科学施肥是实现稳粮保供和生态文明建设的有力支撑。为探寻数字乡村建设背景下促进我国农户科学施肥的有效策略, 本文基于湖北省水稻产区1256份农户调查数据, 利用Heckman两阶段模型, 从“采纳行为”和“采纳程度”两个方面探讨了农技推广服务信息化对农户科学施肥技术采纳决策的影响; 并运用逐步回归法对农技推广服务信息化影响农户科学施肥技术采纳决策的作用机理进行剖析。研究发现: 1)农技推广服务信息化对农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度均存在显著的正向影响。2)农技推广服务信息化对农户不同类型科学施肥技术采纳决策的影响存在差异。相较于施用新型肥料, 农技推广服务信息化对农户采纳高效施肥技术的带动效应更大。3)农技推广服务信息化通过提高效益认知促进农户的科学施肥技术采纳行为, 通过降低风险认知促进农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度。据此, 本文提出要不断丰富信息化服务形式与内容、完善协同推广机制、通过个性化服务和精准推广提升农技推广服务效能等政策建议。
持续推进科学施肥是实现稳粮保供和生态文明建设的有力支撑。为探寻数字乡村建设背景下促进我国农户科学施肥的有效策略, 本文基于湖北省水稻产区1256份农户调查数据, 利用Heckman两阶段模型, 从“采纳行为”和“采纳程度”两个方面探讨了农技推广服务信息化对农户科学施肥技术采纳决策的影响; 并运用逐步回归法对农技推广服务信息化影响农户科学施肥技术采纳决策的作用机理进行剖析。研究发现: 1)农技推广服务信息化对农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度均存在显著的正向影响。2)农技推广服务信息化对农户不同类型科学施肥技术采纳决策的影响存在差异。相较于施用新型肥料, 农技推广服务信息化对农户采纳高效施肥技术的带动效应更大。3)农技推广服务信息化通过提高效益认知促进农户的科学施肥技术采纳行为, 通过降低风险认知促进农户的科学施肥技术采纳行为和采纳程度。据此, 本文提出要不断丰富信息化服务形式与内容、完善协同推广机制、通过个性化服务和精准推广提升农技推广服务效能等政策建议。
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doi: 10.12357/cjea.20230171
摘要:
为分析东北地区春玉米需水量与缺水量时空分布特征, 本研究以东北地区为区域界限, 以水资源三级分区结果为基础, 要求每个水资源三级分区至少有一个代表点, 依据东北地区1951—2020年(70 a)分布于东北地区26个站点历年的试验统计资料, 从不同水文年型春玉米的需水量、有效降雨量和缺水量计算入手, 确定东北地区春玉米在不同水文年型下的需水量和缺水量数据, 以建立东北地区春玉米节水灌溉发展所需的基础数据库; 利用GIS技术对作物需水要素进行空间化处理并加以分析。结果表明: 1)各年型间春玉米需水量相差超过22 mm, 各年型的春玉米平均灌溉需求指数分别为0.37 (丰水年)、0.44 (平水年)、0.50 (枯水年)和0.55 (特枯水年); 2)春玉米缺水量由东北向西南呈先增大再减小的趋势, 同一水文年型对应的缺水量西高东低; 春玉米需水量由东北向西南逐渐增大, 同一水文年型对应的需水量西南部较大、东北部较小; 同一地域春玉米需水量和缺水量均随干旱程度的升高(即经验频率增加)而增大。研究区域西部地区(内蒙古东部、黑龙江西南部、辽宁西北部)对灌溉的依赖程度最高, 需要超过300 mm的灌溉水来保障春玉米的生产, 必要时应适当调整种植结构、采用非充分灌溉制度, 优先保证春玉米需水关键期的用水; 辽东地区春玉米的需水量较高, 但降雨充足, 故缺水量和灌溉需求指数均低于平均水平, 可以适度扩大春玉米种植面积, 以最大化利用降雨并实现增产增收。
为分析东北地区春玉米需水量与缺水量时空分布特征, 本研究以东北地区为区域界限, 以水资源三级分区结果为基础, 要求每个水资源三级分区至少有一个代表点, 依据东北地区1951—2020年(70 a)分布于东北地区26个站点历年的试验统计资料, 从不同水文年型春玉米的需水量、有效降雨量和缺水量计算入手, 确定东北地区春玉米在不同水文年型下的需水量和缺水量数据, 以建立东北地区春玉米节水灌溉发展所需的基础数据库; 利用GIS技术对作物需水要素进行空间化处理并加以分析。结果表明: 1)各年型间春玉米需水量相差超过22 mm, 各年型的春玉米平均灌溉需求指数分别为0.37 (丰水年)、0.44 (平水年)、0.50 (枯水年)和0.55 (特枯水年); 2)春玉米缺水量由东北向西南呈先增大再减小的趋势, 同一水文年型对应的缺水量西高东低; 春玉米需水量由东北向西南逐渐增大, 同一水文年型对应的需水量西南部较大、东北部较小; 同一地域春玉米需水量和缺水量均随干旱程度的升高(即经验频率增加)而增大。研究区域西部地区(内蒙古东部、黑龙江西南部、辽宁西北部)对灌溉的依赖程度最高, 需要超过300 mm的灌溉水来保障春玉米的生产, 必要时应适当调整种植结构、采用非充分灌溉制度, 优先保证春玉米需水关键期的用水; 辽东地区春玉米的需水量较高, 但降雨充足, 故缺水量和灌溉需求指数均低于平均水平, 可以适度扩大春玉米种植面积, 以最大化利用降雨并实现增产增收。
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doi: 10.12357/cjea.20230189
摘要:
由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物, 也是青枯病危害严重的作物之一。近年来, 连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧, 严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点, 梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先, 我们对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理, 总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法, 并绘制了其发病机制图解。紧接着, 我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征, 并提出相应的土壤微生态调控对策, 包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后, 我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望, 旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。
由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物, 也是青枯病危害严重的作物之一。近年来, 连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧, 严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点, 梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先, 我们对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理, 总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法, 并绘制了其发病机制图解。紧接着, 我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征, 并提出相应的土壤微生态调控对策, 包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后, 我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望, 旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230102
摘要:
为了适应气候变化, 更高效利用区域农业气候资源, 趋利避害, 助力枸杞产业高质量发展, 本研究选取宁夏枸杞产区10个国家气象观测站1961—2021年气象资料, 评估了枸杞生育期主要气象因子的气候变化趋势, 研判了主要气象灾害的发生趋势及其对枸杞产业的可能影响。结果表明: 宁夏枸杞产区生育期的气温、高温日数均呈上升趋势, 近10年较20世纪60年代, 平均、最高、最低气温分别升高1.51 ℃∙a−1、1.25 ℃∙a−1和2.06 ℃∙a−1, ≥33 ℃高温日数增加12.2 d∙a−1, 且在2001年发生突变, 突变后较之前增加9.2 d∙a−1。相应地, 热量资源也呈显著增加趋势, 近10年较20世纪60年代, 两季枸杞产区夏、秋果期≥10 ℃活动积温分别增加266.1 ℃·d∙a−1和132 ℃·d∙a−1, 且均在20世纪90年代发生突变, 突变后较之前增多10.6%和9.1%; 一季枸杞产区全生育期≥10 ℃活动积温增加319.9 ℃·d∙a−1, 1997年出现突变, 突变后较之前增多11.4%。此外, 宁夏枸杞产区降水量和降水日数的年际间变率较大, 秋果期日照时数总体呈减少趋势。气候变化导致枸杞生育进程普遍提前11~13 d, 全生育期延长。各气象灾害中, 枸杞春季霜冻灾害风险整体增加, 尤其是2010年以来的中度到重度霜冻风险增加明显; 枸杞高温热害显著增加, 2001年发生突变, 突变后较之前平均增加12.2 d∙a−1; 阴雨寡照灾害整体呈增加趋势, 年际变率较大; 冰雹灾害呈减少趋势, 近10年较20世纪60年代平均每年减少了6站次。本研究分析了宁夏枸杞产区生育期间的农业气候资源演变趋势, 合理解释了其变化对枸杞生长发育的利弊, 同时也分析了枸杞主要气象灾害的变化情况, 为宁夏枸杞质量提升提供了科学参考, 建议应充分认识到气候变化导致的枸杞重大气象灾害不断加剧, 需要进一步加强预警和防御能力。
为了适应气候变化, 更高效利用区域农业气候资源, 趋利避害, 助力枸杞产业高质量发展, 本研究选取宁夏枸杞产区10个国家气象观测站1961—2021年气象资料, 评估了枸杞生育期主要气象因子的气候变化趋势, 研判了主要气象灾害的发生趋势及其对枸杞产业的可能影响。结果表明: 宁夏枸杞产区生育期的气温、高温日数均呈上升趋势, 近10年较20世纪60年代, 平均、最高、最低气温分别升高1.51 ℃∙a−1、1.25 ℃∙a−1和2.06 ℃∙a−1, ≥33 ℃高温日数增加12.2 d∙a−1, 且在2001年发生突变, 突变后较之前增加9.2 d∙a−1。相应地, 热量资源也呈显著增加趋势, 近10年较20世纪60年代, 两季枸杞产区夏、秋果期≥10 ℃活动积温分别增加266.1 ℃·d∙a−1和132 ℃·d∙a−1, 且均在20世纪90年代发生突变, 突变后较之前增多10.6%和9.1%; 一季枸杞产区全生育期≥10 ℃活动积温增加319.9 ℃·d∙a−1, 1997年出现突变, 突变后较之前增多11.4%。此外, 宁夏枸杞产区降水量和降水日数的年际间变率较大, 秋果期日照时数总体呈减少趋势。气候变化导致枸杞生育进程普遍提前11~13 d, 全生育期延长。各气象灾害中, 枸杞春季霜冻灾害风险整体增加, 尤其是2010年以来的中度到重度霜冻风险增加明显; 枸杞高温热害显著增加, 2001年发生突变, 突变后较之前平均增加12.2 d∙a−1; 阴雨寡照灾害整体呈增加趋势, 年际变率较大; 冰雹灾害呈减少趋势, 近10年较20世纪60年代平均每年减少了6站次。本研究分析了宁夏枸杞产区生育期间的农业气候资源演变趋势, 合理解释了其变化对枸杞生长发育的利弊, 同时也分析了枸杞主要气象灾害的变化情况, 为宁夏枸杞质量提升提供了科学参考, 建议应充分认识到气候变化导致的枸杞重大气象灾害不断加剧, 需要进一步加强预警和防御能力。
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doi: 10.12357/cjea.20230079
摘要:
为解决现有生态廊道建设成效评估中目标单一、指标体系不全面、缺乏景观生态学原则和缺乏生态修复项目不同尺度评估等问题, 本研究集成生态系统服务指标, 提出基于“格局-质量-服务”生态廊道修复成效综合评估指标体系。针对生态廊道特征, 成效评估主要从景观格局、生物多样性、栖息地、生态系统服务4个维度展开, 并确定项目范围和生态保护修复单元两种尺度的评估重点。通过频度分析法、专家咨询等方法, 以生态系统服务提升为修复目标, 参考已有规范内容, 筛选能够客观地反映项目生态修复效益的具体指标, 最终建立具有明确量化方法和评估标准的综合指标体系。评估指标体系包含景观格局优化、生物多样性保护、栖息地保护与构建和生态系统服务提升4个项目层, 以及15类准则层和41个指标项。以期更好地实现生态廊道的生态效益和推动生态廊道的建设实践, 并为未来国土空间生态修复方案制定、建设实施和后续管理提供科学参考和理论支撑。
为解决现有生态廊道建设成效评估中目标单一、指标体系不全面、缺乏景观生态学原则和缺乏生态修复项目不同尺度评估等问题, 本研究集成生态系统服务指标, 提出基于“格局-质量-服务”生态廊道修复成效综合评估指标体系。针对生态廊道特征, 成效评估主要从景观格局、生物多样性、栖息地、生态系统服务4个维度展开, 并确定项目范围和生态保护修复单元两种尺度的评估重点。通过频度分析法、专家咨询等方法, 以生态系统服务提升为修复目标, 参考已有规范内容, 筛选能够客观地反映项目生态修复效益的具体指标, 最终建立具有明确量化方法和评估标准的综合指标体系。评估指标体系包含景观格局优化、生物多样性保护、栖息地保护与构建和生态系统服务提升4个项目层, 以及15类准则层和41个指标项。以期更好地实现生态廊道的生态效益和推动生态廊道的建设实践, 并为未来国土空间生态修复方案制定、建设实施和后续管理提供科学参考和理论支撑。
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doi: 10.12357/cjea.20230289
摘要:
干旱区新垦绿洲沙地灌溉强度大, 农田覆膜后往往出现春玉米早衰现象。为探讨土壤水分、通气性是否是引发早衰的原因, 在河西走廊绿洲春玉米农田设置不覆膜(NM)和覆膜(PFM)处理, 探求覆膜条件下土壤水分和CO2分压(pCO2)对玉米根系生长、绿叶面积衰减、光合生理以及籽粒产量与品质的影响。相比不覆膜处理, 覆膜区域的土壤pCO2较未覆膜区域高40%以上; 覆膜区域过高的土壤pCO2 (0.93%~1.27%)使玉米花期根系活力下降19.7%, 但非覆膜区根长密度和根系活力分别增加15.8%和9.6%。覆膜提高了春玉米拔节期叶片光合速率(20.0%)和蒸腾速率(8.5%), 但抑制了花后叶片光合速率(−40.0%)和蒸腾速率(−18.0%); 覆膜处理相对绿叶面积衰减启动时间和衰减最大速率时间分别提前1.7 d和7.1 d, 而平均衰减速率和最大衰减速率分别增加6.7%和21.7%。覆膜的上述效应未显著影响玉米籽粒产量, 但使籽粒淀粉含量和蛋白质含量分别降低20.1%和22.1%。以上结果表明, 在干旱区新垦绿洲沙地, 覆膜根区土壤pCO2过高可能是导致玉米花后早衰和籽粒品质下降的重要原因, 后期建议开展适时揭膜、控制灌溉(如亏缺灌溉、分根交替灌溉)或加气灌溉对覆膜新垦绿洲农田土壤通气性的改善研究。
干旱区新垦绿洲沙地灌溉强度大, 农田覆膜后往往出现春玉米早衰现象。为探讨土壤水分、通气性是否是引发早衰的原因, 在河西走廊绿洲春玉米农田设置不覆膜(NM)和覆膜(PFM)处理, 探求覆膜条件下土壤水分和CO2分压(pCO2)对玉米根系生长、绿叶面积衰减、光合生理以及籽粒产量与品质的影响。相比不覆膜处理, 覆膜区域的土壤pCO2较未覆膜区域高40%以上; 覆膜区域过高的土壤pCO2 (0.93%~1.27%)使玉米花期根系活力下降19.7%, 但非覆膜区根长密度和根系活力分别增加15.8%和9.6%。覆膜提高了春玉米拔节期叶片光合速率(20.0%)和蒸腾速率(8.5%), 但抑制了花后叶片光合速率(−40.0%)和蒸腾速率(−18.0%); 覆膜处理相对绿叶面积衰减启动时间和衰减最大速率时间分别提前1.7 d和7.1 d, 而平均衰减速率和最大衰减速率分别增加6.7%和21.7%。覆膜的上述效应未显著影响玉米籽粒产量, 但使籽粒淀粉含量和蛋白质含量分别降低20.1%和22.1%。以上结果表明, 在干旱区新垦绿洲沙地, 覆膜根区土壤pCO2过高可能是导致玉米花后早衰和籽粒品质下降的重要原因, 后期建议开展适时揭膜、控制灌溉(如亏缺灌溉、分根交替灌溉)或加气灌溉对覆膜新垦绿洲农田土壤通气性的改善研究。
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doi: 10.12357/cjea.20230353
摘要:
在“碳达峰、碳中和”的碳排放格局下, 高标准农田建设被视为推动农业绿色低碳高质量发展的重要举措。本研究旨在深入探究高标准农田建设政策对农业碳排放的影响效应与作用机制, 从而为优化政策制定和农业碳减排提供经验依据, 促进低碳农业发展。本文基于2007—2017年中国30个省份的面板数据, 借助高标准农田建设政策和连续DID (Differences-in-Differences)模型, 评估高标准农田建设政策对农业碳排放的影响。结果表明: 考察期间, 全国农业碳排放量呈现出先升后降的倒U型变化趋势, 2015年达到峰值。基准回归结果发现, 高标准农田建设政策显著抑制了农业碳排放。平均来看, 当其他条件不变时, 实施高标准农田建设政策可以显著减少10.1%的农业碳排放量。在替换解释变量和被解释变量以及剔除其他政策影响后, 该结论依旧成立。动态估计结果显示, 高标准农田建设政策的减碳效应具有滞后性, 减碳效应于2013年显现出来并逐渐增强。机制分析发现, 高标准农田建设政策主要通过降低农业化学品投入强度和提高社会化服务来抑制农业碳排放。异质性分析发现, 高标准农田建设政策的减碳效应主要发生在土地流转程度高的省份和非粮食主产区, 而在土地流转程度低的省份和粮食主产区并未发挥相应的减碳效应。因此, 各级政府应差异化、精准化实施高标准农田建设政策, 关注农业化学化和社会化服务在减碳效应中的作用。
在“碳达峰、碳中和”的碳排放格局下, 高标准农田建设被视为推动农业绿色低碳高质量发展的重要举措。本研究旨在深入探究高标准农田建设政策对农业碳排放的影响效应与作用机制, 从而为优化政策制定和农业碳减排提供经验依据, 促进低碳农业发展。本文基于2007—2017年中国30个省份的面板数据, 借助高标准农田建设政策和连续DID (Differences-in-Differences)模型, 评估高标准农田建设政策对农业碳排放的影响。结果表明: 考察期间, 全国农业碳排放量呈现出先升后降的倒U型变化趋势, 2015年达到峰值。基准回归结果发现, 高标准农田建设政策显著抑制了农业碳排放。平均来看, 当其他条件不变时, 实施高标准农田建设政策可以显著减少10.1%的农业碳排放量。在替换解释变量和被解释变量以及剔除其他政策影响后, 该结论依旧成立。动态估计结果显示, 高标准农田建设政策的减碳效应具有滞后性, 减碳效应于2013年显现出来并逐渐增强。机制分析发现, 高标准农田建设政策主要通过降低农业化学品投入强度和提高社会化服务来抑制农业碳排放。异质性分析发现, 高标准农田建设政策的减碳效应主要发生在土地流转程度高的省份和非粮食主产区, 而在土地流转程度低的省份和粮食主产区并未发挥相应的减碳效应。因此, 各级政府应差异化、精准化实施高标准农田建设政策, 关注农业化学化和社会化服务在减碳效应中的作用。
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doi: 10.12357/cjea.20220783
摘要:
为了明确华南区稻田耕地质量空间分布及其提升潜力, 为实现华南区水稻高产稳产提供科学依据, 本研究基于2017年农业农村部耕地质量监测保护中心在华南区开展的耕地质量区域汇总评价数据, 分析华南区稻田耕地质量空间分布情况及其与产能对应关系, 并利用随机森林模型明确影响产能提升的主要限制因子。华南区稻田耕地质量等级呈现“中间高, 四周低”的空间分布规律; 利用半方差函数拟合结果表明, 华南区稻田耕地质量等级呈中度空间相关性(R2=0.95), 以广东(3.82)最高, 海南(5.32)最低。华南区耕地质量评价指标中, 土壤养分指标空间分布差异较大, 土壤全氮和缓效钾含量空间分布呈强烈的空间相关性, 分别呈现“西高东低”和“北高南低”空间分布规律; 土壤有机质、有效磷、速效钾含量呈中度空间分布相关性, 分别呈现由西向东、由东向西、由北向南不断降低的空间分布趋势; 土壤pH整体呈弱酸性(5.40)。土壤物理性状、立地条件、土壤管理情况及土壤健康状况以东部较好, 西部较差。华南区稻田耕地质量等级与单产整体呈显著正相关性(R2=0.9140), 水稻产量随耕地质量等级提升呈先迅速增加后趋于平缓趋势; 华南区稻田耕地质量等级与水稻产量可持续指数呈显著正相关(R2=0.9333)。随机森林模型的重要性分析结果表明, 土壤有效磷含量、灌溉能力和土壤有机质含量是影响华南区水稻产量的最关键因素。情景模拟表明, 若华南区稻田耕地质量等级分别提升0.5、1.0、1.5个等级, 则水稻将增产7.91%、14.94%、21.24%, 相当于节约耕地面积31.77万hm2、56.35万hm2、75.95万hm2。华南区稻田耕地质量和产能仍有较大提升潜力, 通过提升耕地质量来提升产能对保障粮食安全、促进农业绿色生产具有重大意义。
为了明确华南区稻田耕地质量空间分布及其提升潜力, 为实现华南区水稻高产稳产提供科学依据, 本研究基于2017年农业农村部耕地质量监测保护中心在华南区开展的耕地质量区域汇总评价数据, 分析华南区稻田耕地质量空间分布情况及其与产能对应关系, 并利用随机森林模型明确影响产能提升的主要限制因子。华南区稻田耕地质量等级呈现“中间高, 四周低”的空间分布规律; 利用半方差函数拟合结果表明, 华南区稻田耕地质量等级呈中度空间相关性(R2=0.95), 以广东(3.82)最高, 海南(5.32)最低。华南区耕地质量评价指标中, 土壤养分指标空间分布差异较大, 土壤全氮和缓效钾含量空间分布呈强烈的空间相关性, 分别呈现“西高东低”和“北高南低”空间分布规律; 土壤有机质、有效磷、速效钾含量呈中度空间分布相关性, 分别呈现由西向东、由东向西、由北向南不断降低的空间分布趋势; 土壤pH整体呈弱酸性(5.40)。土壤物理性状、立地条件、土壤管理情况及土壤健康状况以东部较好, 西部较差。华南区稻田耕地质量等级与单产整体呈显著正相关性(R2=0.9140), 水稻产量随耕地质量等级提升呈先迅速增加后趋于平缓趋势; 华南区稻田耕地质量等级与水稻产量可持续指数呈显著正相关(R2=0.9333)。随机森林模型的重要性分析结果表明, 土壤有效磷含量、灌溉能力和土壤有机质含量是影响华南区水稻产量的最关键因素。情景模拟表明, 若华南区稻田耕地质量等级分别提升0.5、1.0、1.5个等级, 则水稻将增产7.91%、14.94%、21.24%, 相当于节约耕地面积31.77万hm2、56.35万hm2、75.95万hm2。华南区稻田耕地质量和产能仍有较大提升潜力, 通过提升耕地质量来提升产能对保障粮食安全、促进农业绿色生产具有重大意义。
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doi: 10.12357/cjea.20230117
摘要:
山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源, 影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响, 山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区, 利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法, 估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量, 揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系, 分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件, 将采样点划分为4个子区: 滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明, 滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面, 平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区; 且沿地下水流动方向, 地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L−1)>Ⅱ区(99.22 mg·L−1)>Ⅳ区(37.10 mg·L−1)>Ⅲ区(23.08 mg·L−1)的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中, 而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场, 其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×108 m3, 硝酸盐通量为239.56×105 kg, 且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部, 这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视, 因此, 实现源头综合治理, 降低山区地下水污染物浓度, 对下游平原区面源污染管理, 防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。
山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源, 影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响, 山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区, 利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法, 估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量, 揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系, 分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件, 将采样点划分为4个子区: 滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明, 滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面, 平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区; 且沿地下水流动方向, 地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L−1)>Ⅱ区(99.22 mg·L−1)>Ⅳ区(37.10 mg·L−1)>Ⅲ区(23.08 mg·L−1)的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中, 而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场, 其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×108 m3, 硝酸盐通量为239.56×105 kg, 且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部, 这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视, 因此, 实现源头综合治理, 降低山区地下水污染物浓度, 对下游平原区面源污染管理, 防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。
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doi: 10.12357/cjea.20230129
摘要:
本文探究了单独或联合使用异常毕赤酵母(Pichia anomala)和纤维素酶对甜高粱青贮质量和厌氧消化产甲烷潜力的调控效果, 利用高通量测序解析了厌氧消化过程中微生物菌群的多样性, 结合经济性能分析筛选廉价高效的青贮预处理添加剂。结果表明, 甜高粱青贮过程中, 单独或联合使用2种添加剂的青贮品质均为优良, 其中异常毕赤酵母和纤维素酶联合处理组(PC组)的综合评价值为0.66, 单独添加异常毕赤酵母(Pa组)的评价值次之为0.63; 两种添加剂均能有效保存青贮甜高粱的可溶性碳水化合物、粗蛋白、纤维素和半纤维素等能量组分, 降低酸性洗涤木质素、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等木质纤维组分, 增加乳酸和乙酸含量, 强化青贮发酵进程。尤其, PC组的可溶性碳水化合物保存效果最佳, 木质素去除率高达62.55%; Pa组中蛋白质保存完好, 乳酸和乙酸含量最高分别为50.01 g·kg−1(DM)和18.35 g·kg−1(DM)。青贮预处理能明显提升甜高粱的厌氧发酵产甲烷效能, 与新鲜原料组相比, PC组累计产甲烷量提高30.13%, 为457.70 mL(CH4)·g−1(VS), 消化迟滞期缩短62.96%, 生物降解指数最高达72.39%; Pa组的预处理效果次之, 最大产甲烷速率提升33.57%, 消化迟滞期缩短33.33%, 且消化系统都相对稳定。厌氧消化系统中属水平优势细菌为发酵单胞菌(Fermentimonas)和梭状芽胞杆菌(Clostridium_sensu_stricto_1), 与pH呈负相关, 与化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)呈正相关。优势古菌属为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter), 其中甲烷八叠球菌与COD和TVFA呈负相关, 与pH呈正相关; 甲烷短杆菌与COD和TVFA呈正相关, 与pH呈负相关关系。综合青贮质量、产甲烷性能和经济性分析, 推荐单独使用异常毕赤酵母作为甜高粱青贮预处理的生物强化剂。
本文探究了单独或联合使用异常毕赤酵母(Pichia anomala)和纤维素酶对甜高粱青贮质量和厌氧消化产甲烷潜力的调控效果, 利用高通量测序解析了厌氧消化过程中微生物菌群的多样性, 结合经济性能分析筛选廉价高效的青贮预处理添加剂。结果表明, 甜高粱青贮过程中, 单独或联合使用2种添加剂的青贮品质均为优良, 其中异常毕赤酵母和纤维素酶联合处理组(PC组)的综合评价值为0.66, 单独添加异常毕赤酵母(Pa组)的评价值次之为0.63; 两种添加剂均能有效保存青贮甜高粱的可溶性碳水化合物、粗蛋白、纤维素和半纤维素等能量组分, 降低酸性洗涤木质素、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等木质纤维组分, 增加乳酸和乙酸含量, 强化青贮发酵进程。尤其, PC组的可溶性碳水化合物保存效果最佳, 木质素去除率高达62.55%; Pa组中蛋白质保存完好, 乳酸和乙酸含量最高分别为50.01 g·kg−1(DM)和18.35 g·kg−1(DM)。青贮预处理能明显提升甜高粱的厌氧发酵产甲烷效能, 与新鲜原料组相比, PC组累计产甲烷量提高30.13%, 为457.70 mL(CH4)·g−1(VS), 消化迟滞期缩短62.96%, 生物降解指数最高达72.39%; Pa组的预处理效果次之, 最大产甲烷速率提升33.57%, 消化迟滞期缩短33.33%, 且消化系统都相对稳定。厌氧消化系统中属水平优势细菌为发酵单胞菌(Fermentimonas)和梭状芽胞杆菌(Clostridium_sensu_stricto_1), 与pH呈负相关, 与化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)呈正相关。优势古菌属为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷短杆菌(Methanobrevibacter), 其中甲烷八叠球菌与COD和TVFA呈负相关, 与pH呈正相关; 甲烷短杆菌与COD和TVFA呈正相关, 与pH呈负相关关系。综合青贮质量、产甲烷性能和经济性分析, 推荐单独使用异常毕赤酵母作为甜高粱青贮预处理的生物强化剂。
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doi: 10.12357/cjea.20230323
摘要:
全球气候变暖问题日益严峻, 复杂的气候变化情况导致全球积雪格局发生明显变化。基于此, 本研究于2020年11月—2022年5月采用人工控制积雪深度的方法, 将试验区样地分为3个处理组, 分别为增雪组(TS)、除雪组(TR)和对照组(C), 通过测定土壤环境因子、有效碳氮含量、微生物量、脲酶活性以及蔗糖酶活性, 分析各指标的季节性动态变化过程。长期田间野外试验表明, 除雪处理会导致土壤温湿度显著降低。此外, 除雪处理在冬季早期显著增加了土壤有机氮和无机氮含量, 加雪处理与之相反。但从深雪期开始, 除雪处理在一定程度上造成了土壤有机碳和无机氮的流失, 加速了可溶性有机质的释放。除雪处理使土壤微生物活性在冬季大部分时间里保持在较高水平, 但进入冬季末期后, 除雪处理下的土壤微生物活性明显降低。积雪的减少显著降低了土壤脲酶和蔗糖酶的活性, 积雪的加深与之相反。本研究证明了未来积雪变化将导致土壤有效碳氮及微生物活性的动态变化特征发生转变。研究结果为进一步探究气候变暖背景下中国东北黑土区的陆地生态系统的物质循环过程提供了一定理论基础和科学依据。
全球气候变暖问题日益严峻, 复杂的气候变化情况导致全球积雪格局发生明显变化。基于此, 本研究于2020年11月—2022年5月采用人工控制积雪深度的方法, 将试验区样地分为3个处理组, 分别为增雪组(TS)、除雪组(TR)和对照组(C), 通过测定土壤环境因子、有效碳氮含量、微生物量、脲酶活性以及蔗糖酶活性, 分析各指标的季节性动态变化过程。长期田间野外试验表明, 除雪处理会导致土壤温湿度显著降低。此外, 除雪处理在冬季早期显著增加了土壤有机氮和无机氮含量, 加雪处理与之相反。但从深雪期开始, 除雪处理在一定程度上造成了土壤有机碳和无机氮的流失, 加速了可溶性有机质的释放。除雪处理使土壤微生物活性在冬季大部分时间里保持在较高水平, 但进入冬季末期后, 除雪处理下的土壤微生物活性明显降低。积雪的减少显著降低了土壤脲酶和蔗糖酶的活性, 积雪的加深与之相反。本研究证明了未来积雪变化将导致土壤有效碳氮及微生物活性的动态变化特征发生转变。研究结果为进一步探究气候变暖背景下中国东北黑土区的陆地生态系统的物质循环过程提供了一定理论基础和科学依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230069
摘要:
植物根区微生物在植物养分吸收以及生长发育过程中发挥重要作用。为研究不同小麦品种根区微生物群落结构差异, 本研究选择‘科农9204’、‘科农2011’、‘京411’和‘百农207’4个小麦品种, 于高氮和低氮条件下进行田间试验, 在分蘖期、拔节期和灌浆期采集根区样品。通过16S rRNA基因高通量测序技术比较分析不同小麦品种根际土壤和根内生细菌群落结构和多样性, 同时测定小麦植株的生理参数。结果表明, ‘科农9204’在3个生育期及不同氮素水平下相对其它3个品种均具有较高的地上部氮素吸收量(除分蘖期低氮条件)。小麦根际土壤和根内生细菌群落的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)。相比其他三个品种, ‘科农 9204’ 的根际土壤细菌群落在拔节期低氮水平下富集了根瘤菌目(Rhizobiales)和芽单胞菌属(Gemmatimonas), 在灌浆期高氮水平下富集了弗兰克氏菌目(Frankiales)。相关性分析表明, 根际土壤细菌群落中的节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、红色杆菌属(Rubrobacter)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)与地上部生物量和地上部氮素吸收量呈显著正相关, 马赛菌属(Massilia)、砂单胞菌属(Arenimonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)与地上部全氮含量呈显著正相关。上述结果表明, 小麦可能通过调控根区微生物群落来影响养分吸收, 且这种影响具有品种特异性, 本研究为明确小麦与微生物互作机制、发掘对小麦有益的微生物并应用到农业生产中提供了依据。
植物根区微生物在植物养分吸收以及生长发育过程中发挥重要作用。为研究不同小麦品种根区微生物群落结构差异, 本研究选择‘科农9204’、‘科农2011’、‘京411’和‘百农207’4个小麦品种, 于高氮和低氮条件下进行田间试验, 在分蘖期、拔节期和灌浆期采集根区样品。通过16S rRNA基因高通量测序技术比较分析不同小麦品种根际土壤和根内生细菌群落结构和多样性, 同时测定小麦植株的生理参数。结果表明, ‘科农9204’在3个生育期及不同氮素水平下相对其它3个品种均具有较高的地上部氮素吸收量(除分蘖期低氮条件)。小麦根际土壤和根内生细菌群落的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)。相比其他三个品种, ‘科农 9204’ 的根际土壤细菌群落在拔节期低氮水平下富集了根瘤菌目(Rhizobiales)和芽单胞菌属(Gemmatimonas), 在灌浆期高氮水平下富集了弗兰克氏菌目(Frankiales)。相关性分析表明, 根际土壤细菌群落中的节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、红色杆菌属(Rubrobacter)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)与地上部生物量和地上部氮素吸收量呈显著正相关, 马赛菌属(Massilia)、砂单胞菌属(Arenimonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)与地上部全氮含量呈显著正相关。上述结果表明, 小麦可能通过调控根区微生物群落来影响养分吸收, 且这种影响具有品种特异性, 本研究为明确小麦与微生物互作机制、发掘对小麦有益的微生物并应用到农业生产中提供了依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230172
摘要:
森林降雨再分配过程是水循环的一个重要环节, 对区域产水及水资源的形成过程有重要意义。本研究于2022年7—11月对太行山典型油松林降雨再分配要素进行观测, 阐明油松林降雨再分配的基本规律, 利用修正的Gash模型、Liu模型对林冠截留量进行模拟。结果表明: 研究期间林外降雨量为450.8 mm, 油松林林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.5 mm、338.2 mm、7.1 mm, 分别占总降雨量的23.4%、75.0%、1.6%。基于修正的Gash模型计算得到林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.3 mm、340.7 mm、4.6 mm, 实测值与模拟值的相对误差分别为0.2%、0.8%、34.7%; 修正的Liu模型计算得到林冠截留量为96.0 mm, 实测值与模拟值的相对误差为9.0%; 修正的Gash模型相比于Liu模型模拟结果相对误差更低, 模拟效果更好。修正的Gash模型参数敏感性结果林冠平均蒸发速率>平均降雨强度>林冠持水能力>冠层盖度>树干持水能力>树干径流系数。综上, 太行山典型油松林可截留23.4%的降雨, 这对于评估区域水资源量有重要意义, 且修正的Gash模型在太行山东坡油松有很好的适用性, 可用于预测油松林林冠截留量变化。
森林降雨再分配过程是水循环的一个重要环节, 对区域产水及水资源的形成过程有重要意义。本研究于2022年7—11月对太行山典型油松林降雨再分配要素进行观测, 阐明油松林降雨再分配的基本规律, 利用修正的Gash模型、Liu模型对林冠截留量进行模拟。结果表明: 研究期间林外降雨量为450.8 mm, 油松林林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.5 mm、338.2 mm、7.1 mm, 分别占总降雨量的23.4%、75.0%、1.6%。基于修正的Gash模型计算得到林冠截留量、穿透雨量、树干径流量分别为105.3 mm、340.7 mm、4.6 mm, 实测值与模拟值的相对误差分别为0.2%、0.8%、34.7%; 修正的Liu模型计算得到林冠截留量为96.0 mm, 实测值与模拟值的相对误差为9.0%; 修正的Gash模型相比于Liu模型模拟结果相对误差更低, 模拟效果更好。修正的Gash模型参数敏感性结果林冠平均蒸发速率>平均降雨强度>林冠持水能力>冠层盖度>树干持水能力>树干径流系数。综上, 太行山典型油松林可截留23.4%的降雨, 这对于评估区域水资源量有重要意义, 且修正的Gash模型在太行山东坡油松有很好的适用性, 可用于预测油松林林冠截留量变化。
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doi: 10.12357/cjea.20230017
摘要:
全球气候变暖导致小麦生产中倒春寒灾害频发重发, 根际微生物群落对小麦生长和适逆性至关重要。本研究以抗倒春寒性弱的‘新麦26’(XM)和抗倒春寒性强的‘烟农19’(YN)两小麦品种为试验材料, 采用盆栽试验, 于小麦幼穗分化的药隔期(敏感期)人工模拟倒春寒, 以10 ℃为对照(CK), 设置2 ℃ (T1)和−2 ℃ (T2)两个低温胁迫处理。小麦开花期采集根际土壤, 利用高通量测序研究不同抗性小麦品种在倒春寒下根际土壤真菌群落结构和多样性的变化。结果表明: 与CK相比, 倒春寒胁迫后开花期两品种地上、地下干物质重较对照分别降低1.65%~12.22%、15.05%~35.49%, 且根冠比增加, 且对XM影响程度大于YN。倒春寒胁迫使子囊菌门(Ascomycota)相对丰度显著升高, 而被孢霉目(Mortierellales)被孢霉科(Mortierellaceae)、被孢霉属(Mortierella)相对丰度显著降低; 随胁迫程度增强XM的下降幅度更大, 其中被孢霉属相对丰度T2处理较CK下降54.70%。抗倒春寒性强的品种YN根际土壤中担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)真菌的相对丰度显著高于抗倒春寒性弱的XM。多样性分析结果显示, 倒春寒胁迫对小麦根际土壤真菌群落多样性与丰富度影响显著, 同时显著影响不同生态功能群的占比, XM_T2的菌群更为丰富。综上, 倒春寒胁迫降低了开花期小麦植株地上、地下部生物量的积累, 同时显著改变了小麦根际真菌群落结构和多样性, 影响程度随胁迫程度增强而加深且对XM影响大于YN。本研究从根际微生物角度为丰富小麦倒春寒致灾机理研究提供了新的见解。
全球气候变暖导致小麦生产中倒春寒灾害频发重发, 根际微生物群落对小麦生长和适逆性至关重要。本研究以抗倒春寒性弱的‘新麦26’(XM)和抗倒春寒性强的‘烟农19’(YN)两小麦品种为试验材料, 采用盆栽试验, 于小麦幼穗分化的药隔期(敏感期)人工模拟倒春寒, 以10 ℃为对照(CK), 设置2 ℃ (T1)和−2 ℃ (T2)两个低温胁迫处理。小麦开花期采集根际土壤, 利用高通量测序研究不同抗性小麦品种在倒春寒下根际土壤真菌群落结构和多样性的变化。结果表明: 与CK相比, 倒春寒胁迫后开花期两品种地上、地下干物质重较对照分别降低1.65%~12.22%、15.05%~35.49%, 且根冠比增加, 且对XM影响程度大于YN。倒春寒胁迫使子囊菌门(Ascomycota)相对丰度显著升高, 而被孢霉目(Mortierellales)被孢霉科(Mortierellaceae)、被孢霉属(Mortierella)相对丰度显著降低; 随胁迫程度增强XM的下降幅度更大, 其中被孢霉属相对丰度T2处理较CK下降54.70%。抗倒春寒性强的品种YN根际土壤中担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)真菌的相对丰度显著高于抗倒春寒性弱的XM。多样性分析结果显示, 倒春寒胁迫对小麦根际土壤真菌群落多样性与丰富度影响显著, 同时显著影响不同生态功能群的占比, XM_T2的菌群更为丰富。综上, 倒春寒胁迫降低了开花期小麦植株地上、地下部生物量的积累, 同时显著改变了小麦根际真菌群落结构和多样性, 影响程度随胁迫程度增强而加深且对XM影响大于YN。本研究从根际微生物角度为丰富小麦倒春寒致灾机理研究提供了新的见解。
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doi: 10.12357/cjea.20230234
摘要:
外源有机物添加通过激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化和稳定。目前研究较少考虑不同种类外源有机物添加对同一土壤类型不同SOC含量的土壤激发效应及作用机理。本研究以中国东北典型黑土带上4个不同SOC含量的表层农田黑土为研究对象, 向土壤中添加13C标记的玉米秸秆、葡萄糖和丙氨酸, 研究不同种类外源有机物添加对黑土SOC激发效应的影响及作用机理。研究发现, 与不添加外源有机物处理相比, 外源有机物添加均促进了4个不同SOC含量的农田土壤中SOC的矿化, 并引起土壤正激发效应。添加葡萄糖和丙氨酸处理的4个土壤在培养前30 d累积激发量均显著大于添加秸秆处理; 土壤本底SOC含量越高的土壤, 添加丙氨酸和葡萄糖产生的累积激发量越大, 但相对累积激发量越小。随着培养时间增加, 4个土壤的SOC矿化和激发效应降低并趋于稳定且处理间无显著差异。傅里叶红外光谱发现, 外源有机物添加后4个土壤脂肪族碳官能团的相对峰面积略有增加, 芳香族碳官能团峰面积略有下降, 土壤和外源有机物添加种类对脂肪族和芳香族碳官能团的影响均表现为土样>添加物种类。结构方程模型表明, 外源有机物添加产生的正激发效应主要受土壤细菌和放线菌磷脂脂肪酸的影响, 受土壤SOC含量影响较小。该研究结果表明, 外源有机物添加显著增加了农田黑土中k型微生物生长代谢, 促进了微生物对SOC中难分解组分的降解, 外源有机物与土壤自身有机碳分解的“共代谢”理论是本研究黑土产生正激发效应的主要作用机理。
外源有机物添加通过激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化和稳定。目前研究较少考虑不同种类外源有机物添加对同一土壤类型不同SOC含量的土壤激发效应及作用机理。本研究以中国东北典型黑土带上4个不同SOC含量的表层农田黑土为研究对象, 向土壤中添加13C标记的玉米秸秆、葡萄糖和丙氨酸, 研究不同种类外源有机物添加对黑土SOC激发效应的影响及作用机理。研究发现, 与不添加外源有机物处理相比, 外源有机物添加均促进了4个不同SOC含量的农田土壤中SOC的矿化, 并引起土壤正激发效应。添加葡萄糖和丙氨酸处理的4个土壤在培养前30 d累积激发量均显著大于添加秸秆处理; 土壤本底SOC含量越高的土壤, 添加丙氨酸和葡萄糖产生的累积激发量越大, 但相对累积激发量越小。随着培养时间增加, 4个土壤的SOC矿化和激发效应降低并趋于稳定且处理间无显著差异。傅里叶红外光谱发现, 外源有机物添加后4个土壤脂肪族碳官能团的相对峰面积略有增加, 芳香族碳官能团峰面积略有下降, 土壤和外源有机物添加种类对脂肪族和芳香族碳官能团的影响均表现为土样>添加物种类。结构方程模型表明, 外源有机物添加产生的正激发效应主要受土壤细菌和放线菌磷脂脂肪酸的影响, 受土壤SOC含量影响较小。该研究结果表明, 外源有机物添加显著增加了农田黑土中k型微生物生长代谢, 促进了微生物对SOC中难分解组分的降解, 外源有机物与土壤自身有机碳分解的“共代谢”理论是本研究黑土产生正激发效应的主要作用机理。
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doi: 10.12357/cjea.20230257
摘要:
对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚, 粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系, 预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度, 机器学习技术则为预测这种复杂系统的变化提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据, 基于机器学习模型, 预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种粮食作物在SSP126、SSP245和SSP585情景下的产量变化。在经过GCM和变量的筛选后, 利用梅赫季和贝尔格季中5种作物共10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估, 选择表现良好的3个模型并采用线性回归算法进行堆叠, 然后使用模型进行预测。研究结果表明, 埃塞俄比亚在未来30年间, 梅赫季各个作物的产量变化都以增产少于2 t·hm−2为主, 而在SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的产量减少, 这可能是由于温室效应的减缓降低了CO2的施肥效应。随着社会矛盾加剧和人类活动造成的生态环境恶化, 研究区的农业对改变粮食农业结构和重新分配生产力的需求不断增长, 导致农作物生产力向新的适宜地区转移。在SSP126和SSP585情景下, 研究区域将分别因为干旱情况的和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。
对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚, 粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系, 预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度, 机器学习技术则为预测这种复杂系统的变化提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据, 基于机器学习模型, 预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种粮食作物在SSP126、SSP245和SSP585情景下的产量变化。在经过GCM和变量的筛选后, 利用梅赫季和贝尔格季中5种作物共10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估, 选择表现良好的3个模型并采用线性回归算法进行堆叠, 然后使用模型进行预测。研究结果表明, 埃塞俄比亚在未来30年间, 梅赫季各个作物的产量变化都以增产少于2 t·hm−2为主, 而在SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的产量减少, 这可能是由于温室效应的减缓降低了CO2的施肥效应。随着社会矛盾加剧和人类活动造成的生态环境恶化, 研究区的农业对改变粮食农业结构和重新分配生产力的需求不断增长, 导致农作物生产力向新的适宜地区转移。在SSP126和SSP585情景下, 研究区域将分别因为干旱情况的和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。
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doi: 10.12357/cjea.20230223
摘要:
叶片气体交换过程是作物干物质及产量形成的基础, 在干旱发展过程中作物叶片气体交换对水分胁迫存在阈值响应, 众多相关生理指标也以此为基础用于监测作物受旱状况。然而作物叶片气体交换过程与产量对干旱的响应阈值是否具有同步性, 目前尚不清楚, 这在一定程度上影响了作物生长期与叶片气体交换相关的生理指标监测农业干旱的准确性。本研究通过控制试验确定春小麦叶片气体交换对干旱的响应阈值, 并利用该阈值特征参数化春小麦生长模型, 从而设计水分控制模拟试验, 分析春小麦产量对干旱的阈值响应特征及其与叶片气体交换指标阈值的差异。结果表明: 春小麦气孔导度对土壤有效含水量的响应阈值为0.50, 大于蒸腾速率与净光合速率的响应阈值(0.40)。用净光合速率对土壤有效含水量的响应阈值参数化春小麦生长模型, 能够准确模拟春小麦地上部生物量和产量的变化。春小麦地上部生物量与产量对根系层土壤有效含水量的响应阈值约为0.18, 明显小于叶片气体交换指标对土壤有效含水量的响应阈值。证明了利用作物生育期间叶片气体交换等生理指标表征作物受旱状况, 反映作物最终产量降低程度会存在一定问题。本研究结果可为农业干旱监测、预测及干旱影响评估提供参考依据。
叶片气体交换过程是作物干物质及产量形成的基础, 在干旱发展过程中作物叶片气体交换对水分胁迫存在阈值响应, 众多相关生理指标也以此为基础用于监测作物受旱状况。然而作物叶片气体交换过程与产量对干旱的响应阈值是否具有同步性, 目前尚不清楚, 这在一定程度上影响了作物生长期与叶片气体交换相关的生理指标监测农业干旱的准确性。本研究通过控制试验确定春小麦叶片气体交换对干旱的响应阈值, 并利用该阈值特征参数化春小麦生长模型, 从而设计水分控制模拟试验, 分析春小麦产量对干旱的阈值响应特征及其与叶片气体交换指标阈值的差异。结果表明: 春小麦气孔导度对土壤有效含水量的响应阈值为0.50, 大于蒸腾速率与净光合速率的响应阈值(0.40)。用净光合速率对土壤有效含水量的响应阈值参数化春小麦生长模型, 能够准确模拟春小麦地上部生物量和产量的变化。春小麦地上部生物量与产量对根系层土壤有效含水量的响应阈值约为0.18, 明显小于叶片气体交换指标对土壤有效含水量的响应阈值。证明了利用作物生育期间叶片气体交换等生理指标表征作物受旱状况, 反映作物最终产量降低程度会存在一定问题。本研究结果可为农业干旱监测、预测及干旱影响评估提供参考依据。
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doi: 10.12357/cjea.20230076
摘要:
探讨设施蔬菜栽培条件下长期施用有机肥土壤有效磷含量及磷素淋失风险, 为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK) 5个处理。研究了各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量及其剖面分布特征, 分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明: 在0~50 cm土层, 各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势, 其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05); 与CK相比, 各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均有所增加, 且随有机肥施用量的增加而增加, 且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层, 土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势, 其数值依次为139.6 mg·kg−1、152.4 mg·kg−1、133.5 mg·kg−1、86.1 mg·kg−1和42.3 mg·kg−1; 在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层, 土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低, 其数值依次为185.1 mg·kg−1、120.5 mg·kg−1、92.8 mg·kg−1和56.0 mg·kg−1。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准, 通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P2O5)之间的相关关系, 推求出设施番茄栽培适宜磷素(P2O5)用量为344.9~530.3 kg∙hm−2, 其中施用有机肥供应的磷素(P2O5)用量为119.9~305.3 kg·hm−2。综上, 连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下, 在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm−2、P2O5 225 kg·hm−2和K2O 450 kg·hm−2)的基础上配施低量有机肥(15 000 kg·hm−2), 不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量, 使番茄产量显著增加, 而且也可以有效控制土壤磷素淋失风险。
探讨设施蔬菜栽培条件下长期施用有机肥土壤有效磷含量及磷素淋失风险, 为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK) 5个处理。研究了各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量及其剖面分布特征, 分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明: 在0~50 cm土层, 各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势, 其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05); 与CK相比, 各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量均有所增加, 且随有机肥施用量的增加而增加, 且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl2-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层, 土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势, 其数值依次为139.6 mg·kg−1、152.4 mg·kg−1、133.5 mg·kg−1、86.1 mg·kg−1和42.3 mg·kg−1; 在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层, 土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低, 其数值依次为185.1 mg·kg−1、120.5 mg·kg−1、92.8 mg·kg−1和56.0 mg·kg−1。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准, 通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P2O5)之间的相关关系, 推求出设施番茄栽培适宜磷素(P2O5)用量为344.9~530.3 kg∙hm−2, 其中施用有机肥供应的磷素(P2O5)用量为119.9~305.3 kg·hm−2。综上, 连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下, 在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm−2、P2O5 225 kg·hm−2和K2O 450 kg·hm−2)的基础上配施低量有机肥(15 000 kg·hm−2), 不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量, 使番茄产量显著增加, 而且也可以有效控制土壤磷素淋失风险。
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doi: 10.12357/cjea.20230166
摘要:
农业文化遗产是一种活态遗产, 具有重要的社会价值、经济价值和生态价值, 文化景观特征鲜明, 识别其文化景观基因有着积极的意义。以景观基因理论和地方理论为基础, 以潮州单丛茶文化系统为例, 识别潮州单丛茶文化景观基因, 以农户为调研对象, 探讨茶文化景观基因与农户感知的内在联系, 挖掘不同生计类型农户对茶文化景观基因演变的感知差异。结果表明: 1)农户感知近十年茶园和村庄的生态环境、生活环境、茶种植工具和种植技术以及生活方式发生了显著的变化; 2)高山茶种植区的农户对山地、茶园、村庄的环境变化感知更为强烈, 低山茶种植区的农户对种植技术和知识的变化感知更为强烈; 3)生计策略为单一种茶的农户对“山地、台地面积变化”等指标的感知更强烈; 4)农户的茶叶总收入不同, 对茶文化景观生态基因感知也存在差异。可针对不同类型的农户提出增强其生计韧性的途径, 促进农户生态保护和遗产传承意识的提升, 为农业文化遗产地可持续发展提供思路。
农业文化遗产是一种活态遗产, 具有重要的社会价值、经济价值和生态价值, 文化景观特征鲜明, 识别其文化景观基因有着积极的意义。以景观基因理论和地方理论为基础, 以潮州单丛茶文化系统为例, 识别潮州单丛茶文化景观基因, 以农户为调研对象, 探讨茶文化景观基因与农户感知的内在联系, 挖掘不同生计类型农户对茶文化景观基因演变的感知差异。结果表明: 1)农户感知近十年茶园和村庄的生态环境、生活环境、茶种植工具和种植技术以及生活方式发生了显著的变化; 2)高山茶种植区的农户对山地、茶园、村庄的环境变化感知更为强烈, 低山茶种植区的农户对种植技术和知识的变化感知更为强烈; 3)生计策略为单一种茶的农户对“山地、台地面积变化”等指标的感知更强烈; 4)农户的茶叶总收入不同, 对茶文化景观生态基因感知也存在差异。可针对不同类型的农户提出增强其生计韧性的途径, 促进农户生态保护和遗产传承意识的提升, 为农业文化遗产地可持续发展提供思路。
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doi: 10.12357/cjea.20230179
摘要:
深入了解不同类型土壤传感器的性能表现对于提高区域土壤含水量测定准确性具有重要意义。本研究针对河北平原农田土壤, 选择了4种典型土壤质地(粉黏土、粉壤土、砂壤土、砂土), 通过室内试验, 分别研究了5个不同容重条件(1.40 g∙cm−3、1.45 g∙cm−3、1.50 g∙cm−3、1.55 g∙cm−3、1.60 g∙cm−3)下5种常见的土壤水分传感器(TDR315H、CS655、5TE、Teros12、Hydra Probe Ⅱ)测量含水量的准确度。研究发现: 1)在本试验条件下, 未经标定的TDR315H、CS655、Teros12、Hydra Probe Ⅱ的测量准确度较高, 测量误差基本不超过0.03 cm3∙cm−3, 其中TDR315H的性能表现最好; 2) 5种类型传感器在粗质土壤中的误差大于细质地土壤, 土壤质地对传感器测量准确度的影响远大于土壤容重; 3)土壤含水量对传感器的测定准确度也会产生显著影响, 随着含水量的变化, 测量误差也随之发生变化, 且可能存在使传感器测量准确度发生显著变化的含水量阈值。总体而言, 在未进行标定的前提下, TDR315H有望直接应用于河北平原农田田间土壤含水量监测。本研究可为土壤含水量监测中的传感器选型提供重要参考。
深入了解不同类型土壤传感器的性能表现对于提高区域土壤含水量测定准确性具有重要意义。本研究针对河北平原农田土壤, 选择了4种典型土壤质地(粉黏土、粉壤土、砂壤土、砂土), 通过室内试验, 分别研究了5个不同容重条件(1.40 g∙cm−3、1.45 g∙cm−3、1.50 g∙cm−3、1.55 g∙cm−3、1.60 g∙cm−3)下5种常见的土壤水分传感器(TDR315H、CS655、5TE、Teros12、Hydra Probe Ⅱ)测量含水量的准确度。研究发现: 1)在本试验条件下, 未经标定的TDR315H、CS655、Teros12、Hydra Probe Ⅱ的测量准确度较高, 测量误差基本不超过0.03 cm3∙cm−3, 其中TDR315H的性能表现最好; 2) 5种类型传感器在粗质土壤中的误差大于细质地土壤, 土壤质地对传感器测量准确度的影响远大于土壤容重; 3)土壤含水量对传感器的测定准确度也会产生显著影响, 随着含水量的变化, 测量误差也随之发生变化, 且可能存在使传感器测量准确度发生显著变化的含水量阈值。总体而言, 在未进行标定的前提下, TDR315H有望直接应用于河北平原农田田间土壤含水量监测。本研究可为土壤含水量监测中的传感器选型提供重要参考。
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doi: 10.12357/cjea.20230162
摘要:
由于长期使用地下含氯微咸水进行补灌, 氯盐胁迫已经成为限制宁夏西瓜产量和品质的主要因素之一, 而施用氮肥可在一定程度上缓解盐胁迫引起的生长抑制作用, 因此, 探索氮素对西瓜氯盐胁迫的调控机制, 对氯盐胁迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害调控具有重要意义。本研究以‘金城5号’西瓜品种为供试作物, 采用土培试验, 探索氯盐胁迫[160 mg Cl−1∙kg−1(烘干土)]下不同施氮水平[g∙kg−1(烘干土)] (0、0.10、0.15、0.20、0.25)对西瓜幼苗阴阳离子平衡、有机渗透调节物质、抗氧化酶活性、氧化损及和氮素吸收利用的影响, 以期为揭示氮素对作物氯盐胁迫的调控机理提供理论依据。结果表明, 施用氮肥使西瓜根、茎、叶中的Cl−和Na+均显著减少, 而NO3−和K+均显著增加, 因此, 整株Cl−/NO3−比和Na+/K+比分别比不施氮的降低45.7~68.7%和31.3~54.2%; 叶片中可溶性糖和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均在0.15 g∙kg−1氮水平时达最大值, 分别比对照提高75.5%、44.2%、55.8%和54.9%, 而丙二醛(MDA)含量则比对照降低43.3%; 同时, 施氮0.15 g∙kg−1时, 西瓜的氮累积量增加95.3%, 硝酸还原酶(NR)活性提高78.7%, 氮吸收效率和氮素利用效率分别达26.3%和97.1%, 西瓜鲜重和干物质累积量亦显著提高96.9%和73.9%。对施氮量与西瓜各生长生理指标的聚类分析和相关分析表明, 施氮处理对氯盐胁迫的缓解效果表现为0.15 g∙kg−1>0.20 g∙kg−1>0.10 g∙kg−1>0.25 g∙kg−1, 生物量和干物质累积与氮吸收利用效率及氮累积呈显著正相关, 而氮累积量与抗氧化酶活性、渗透调节物质含量间均具有显著的正相关性, 与Na+/K+比、Cl−/ NO3−比和MDA含量呈负相关。综合各指标与施氮量之间的曲线拟合结果, 氯盐浓度为160 mg Cl−1∙kg−1(干土)时西瓜生长和生理活性适宜施氮量为0.14~0.18 g∙kg−1。可见, 氯盐胁迫下适量施氮可通过调节Na+/K+比和Cl−/NO3−比来维持植株体内离子稳态, 并提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性, 从而降低细胞膜氧化损伤, 增强西瓜植株的生理抗性, 达到对氯盐胁迫的调控作用。
由于长期使用地下含氯微咸水进行补灌, 氯盐胁迫已经成为限制宁夏西瓜产量和品质的主要因素之一, 而施用氮肥可在一定程度上缓解盐胁迫引起的生长抑制作用, 因此, 探索氮素对西瓜氯盐胁迫的调控机制, 对氯盐胁迫下合理施用氮肥和西瓜氯毒害调控具有重要意义。本研究以‘金城5号’西瓜品种为供试作物, 采用土培试验, 探索氯盐胁迫[160 mg Cl−1∙kg−1(烘干土)]下不同施氮水平[g∙kg−1(烘干土)] (0、0.10、0.15、0.20、0.25)对西瓜幼苗阴阳离子平衡、有机渗透调节物质、抗氧化酶活性、氧化损及和氮素吸收利用的影响, 以期为揭示氮素对作物氯盐胁迫的调控机理提供理论依据。结果表明, 施用氮肥使西瓜根、茎、叶中的Cl−和Na+均显著减少, 而NO3−和K+均显著增加, 因此, 整株Cl−/NO3−比和Na+/K+比分别比不施氮的降低45.7~68.7%和31.3~54.2%; 叶片中可溶性糖和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均在0.15 g∙kg−1氮水平时达最大值, 分别比对照提高75.5%、44.2%、55.8%和54.9%, 而丙二醛(MDA)含量则比对照降低43.3%; 同时, 施氮0.15 g∙kg−1时, 西瓜的氮累积量增加95.3%, 硝酸还原酶(NR)活性提高78.7%, 氮吸收效率和氮素利用效率分别达26.3%和97.1%, 西瓜鲜重和干物质累积量亦显著提高96.9%和73.9%。对施氮量与西瓜各生长生理指标的聚类分析和相关分析表明, 施氮处理对氯盐胁迫的缓解效果表现为0.15 g∙kg−1>0.20 g∙kg−1>0.10 g∙kg−1>0.25 g∙kg−1, 生物量和干物质累积与氮吸收利用效率及氮累积呈显著正相关, 而氮累积量与抗氧化酶活性、渗透调节物质含量间均具有显著的正相关性, 与Na+/K+比、Cl−/ NO3−比和MDA含量呈负相关。综合各指标与施氮量之间的曲线拟合结果, 氯盐浓度为160 mg Cl−1∙kg−1(干土)时西瓜生长和生理活性适宜施氮量为0.14~0.18 g∙kg−1。可见, 氯盐胁迫下适量施氮可通过调节Na+/K+比和Cl−/NO3−比来维持植株体内离子稳态, 并提高渗透调节物质含量和抗氧化酶活性, 从而降低细胞膜氧化损伤, 增强西瓜植株的生理抗性, 达到对氯盐胁迫的调控作用。
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doi: 10.12357/cjea.20230368
摘要:
农田土壤是大气N2O的重要排放源。农田土壤N2O排放不仅受农业管理措施影响, 还与作物根系生长密切相关, 根系自身代谢对农田土壤N2O生成与还原产生影响, 进而影响农田N2O排放。根际是根系-土壤-微生物相互作用的重要界面, 是根系影响土壤N2O排放最直接、最强烈的关键场所, 也是农田土壤N2O产生的热点区域, 在农田N2O排放中所占份额不容忽视。因而根系对根际N2O排放的影响机制研究普遍受到重视。本文以国内外相关研究为基础, 综合梳理了有关作物根系生长对农田土壤N2O排放的影响强度以及对根际微域N2O产生与排放的调控机制方面所取得的研究进展, 剖析了作物根系影响根际微域土壤N2O产生与排放研究中存在的难点, 并对未来相关研究工作进行了展望。根系对农田N2O排放的影响过程复杂, 涉及因子颇多。大量研究表明, 施肥量及肥料种类、土壤氮素含量水平与形态、温湿度、光强等因素可通过调控根系生长来影响从土壤中汲取水分和营养以及光合产物向根系的传导与分泌, 改变根际微域通气状况以及微生物赖以生存的碳氮源等营养成分, 进而影响根际微生物的群落结构、数量和活性以及在土壤中的分布, 由此介导根际微生物的硝化、反硝化过程, 影响根际土壤N2O生成、还原与排放。鉴于众多因素的影响, 作物根系生长对土壤N2O的生成与排放的影响具有促进或抑制双重作用, 其作用方向与强弱将影响农田生态系统中N2O的总体排放预算, 因此, 研究作物根系对土壤N2O排放的调控作用及其对全球变暖的反馈机制势在必行, 对减少全球N2O排放预测的不确定性、减缓人类活动对全球变化的影响意义重大。
农田土壤是大气N2O的重要排放源。农田土壤N2O排放不仅受农业管理措施影响, 还与作物根系生长密切相关, 根系自身代谢对农田土壤N2O生成与还原产生影响, 进而影响农田N2O排放。根际是根系-土壤-微生物相互作用的重要界面, 是根系影响土壤N2O排放最直接、最强烈的关键场所, 也是农田土壤N2O产生的热点区域, 在农田N2O排放中所占份额不容忽视。因而根系对根际N2O排放的影响机制研究普遍受到重视。本文以国内外相关研究为基础, 综合梳理了有关作物根系生长对农田土壤N2O排放的影响强度以及对根际微域N2O产生与排放的调控机制方面所取得的研究进展, 剖析了作物根系影响根际微域土壤N2O产生与排放研究中存在的难点, 并对未来相关研究工作进行了展望。根系对农田N2O排放的影响过程复杂, 涉及因子颇多。大量研究表明, 施肥量及肥料种类、土壤氮素含量水平与形态、温湿度、光强等因素可通过调控根系生长来影响从土壤中汲取水分和营养以及光合产物向根系的传导与分泌, 改变根际微域通气状况以及微生物赖以生存的碳氮源等营养成分, 进而影响根际微生物的群落结构、数量和活性以及在土壤中的分布, 由此介导根际微生物的硝化、反硝化过程, 影响根际土壤N2O生成、还原与排放。鉴于众多因素的影响, 作物根系生长对土壤N2O的生成与排放的影响具有促进或抑制双重作用, 其作用方向与强弱将影响农田生态系统中N2O的总体排放预算, 因此, 研究作物根系对土壤N2O排放的调控作用及其对全球变暖的反馈机制势在必行, 对减少全球N2O排放预测的不确定性、减缓人类活动对全球变化的影响意义重大。
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doi: 10.12357/cjea.20220938
摘要:
在保障粮食安全的前提下, 东北黑土区作物和畜牧生产的耦合促进农业绿色发展。本研究选择位于东北黑土区的吉林省农安县为研究边界, 通过实地调研、统计数据和文献, 结合食物链养分流动模型(NUFER: NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use)定量1990—2020年农牧系统氮磷养分流动、利用率和环境损失, 探究气候和社会经济因素对氮磷排放的驱动作用, 并设置平衡施肥(减少化肥施用)和有机替代(提升有机物料替代)两种情景评估该县减排潜力。结果表明, 相对于1990年, 2020年农安县农牧体系氮磷输入量分别下降41%和20%, 其中化肥施用是最大的输入项。作物和农牧系统养分利用率波动增加, 而畜禽系统养分利用率下降并趋于稳定。农牧体系氮磷损失量较1990年分别减少41%和增加29%。农田氨挥发、径流侵蚀和畜禽粪便直排为主要排放途径。通过平衡施肥和有机替代, 土壤氮磷积累处于较低水平时, 至2030年农安县化学氮肥有70%~80%的减施潜力, 化学磷肥有80%~85%的减施潜力, 且环境排放降低67%, 作物和农牧系统养分利用率均增长50%以上。综上, 农安县农牧体系化肥施用量大, 有机物料浪费严重使养分利用率处于较低水平, 环境排放强度高。未来可通过增加秸秆和粪便还田量提升化肥减施潜力。东北黑土区应继续深化化肥零增长政策, 推行有机废弃物资源化利用, 实现农牧系统协同优化发展。
在保障粮食安全的前提下, 东北黑土区作物和畜牧生产的耦合促进农业绿色发展。本研究选择位于东北黑土区的吉林省农安县为研究边界, 通过实地调研、统计数据和文献, 结合食物链养分流动模型(NUFER: NUtrient flows in Food chains, Environment and Resources use)定量1990—2020年农牧系统氮磷养分流动、利用率和环境损失, 探究气候和社会经济因素对氮磷排放的驱动作用, 并设置平衡施肥(减少化肥施用)和有机替代(提升有机物料替代)两种情景评估该县减排潜力。结果表明, 相对于1990年, 2020年农安县农牧体系氮磷输入量分别下降41%和20%, 其中化肥施用是最大的输入项。作物和农牧系统养分利用率波动增加, 而畜禽系统养分利用率下降并趋于稳定。农牧体系氮磷损失量较1990年分别减少41%和增加29%。农田氨挥发、径流侵蚀和畜禽粪便直排为主要排放途径。通过平衡施肥和有机替代, 土壤氮磷积累处于较低水平时, 至2030年农安县化学氮肥有70%~80%的减施潜力, 化学磷肥有80%~85%的减施潜力, 且环境排放降低67%, 作物和农牧系统养分利用率均增长50%以上。综上, 农安县农牧体系化肥施用量大, 有机物料浪费严重使养分利用率处于较低水平, 环境排放强度高。未来可通过增加秸秆和粪便还田量提升化肥减施潜力。东北黑土区应继续深化化肥零增长政策, 推行有机废弃物资源化利用, 实现农牧系统协同优化发展。
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doi: 10.12357/cjea.20210116
摘要:
三叶青作为“新浙八味”之一，具有抗肿瘤、抗病毒和退热等临床效果，主要活性成分为黄酮类化合物。三叶青生长在林间荫蔽环境，其活性成分合成、生长发育、生理变化等均会受到林下短波光调控。本文为明晰短波光对三叶青品质及生理变化的调控规律，选择了蓝光和紫光两种短波单色光作为处理光源，以白光作为对照，处理7 d、15 d、30 d、45 d和60 d，测定三叶青块根和叶片中总黄酮含量、黄酮代谢合成酶活性、叶片生理生化指标（抗逆酶活性和丙二醛、初生代谢可溶物、光合色素含量），以期探讨三叶青黄酮合成过程和生理生化变化对短波光条件的时空响应及规律。结果表明，短波单色光处理可使三叶青处于轻度胁迫状态,蓝光处理后三叶青中总黄酮含量最高（叶片137.75 mg/g ，块根149.00 mg/g ）；紫光处理使叶片和块根中的PAL酶活性（96.50 U/g FW、109.47 U/g FW）和叶片中CHI酶活性（65.17 U/g FW）达到最高，蓝光处理使块根中的CHS酶活性（46.76 U/g FW）达到最高。此外，光合色素和抗逆能力和可溶性物质对短波光的响应度有差异，与白光相比，蓝光和紫光均可促进渗透调节物质的积累。本研究的结果可为光调控三叶青品质提供理论基础和实践指导。
三叶青作为“新浙八味”之一，具有抗肿瘤、抗病毒和退热等临床效果，主要活性成分为黄酮类化合物。三叶青生长在林间荫蔽环境，其活性成分合成、生长发育、生理变化等均会受到林下短波光调控。本文为明晰短波光对三叶青品质及生理变化的调控规律，选择了蓝光和紫光两种短波单色光作为处理光源，以白光作为对照，处理7 d、15 d、30 d、45 d和60 d，测定三叶青块根和叶片中总黄酮含量、黄酮代谢合成酶活性、叶片生理生化指标（抗逆酶活性和丙二醛、初生代谢可溶物、光合色素含量），以期探讨三叶青黄酮合成过程和生理生化变化对短波光条件的时空响应及规律。结果表明，短波单色光处理可使三叶青处于轻度胁迫状态,蓝光处理后三叶青中总黄酮含量最高（叶片137.75 mg/g ，块根149.00 mg/g ）；紫光处理使叶片和块根中的PAL酶活性（96.50 U/g FW、109.47 U/g FW）和叶片中CHI酶活性（65.17 U/g FW）达到最高，蓝光处理使块根中的CHS酶活性（46.76 U/g FW）达到最高。此外，光合色素和抗逆能力和可溶性物质对短波光的响应度有差异，与白光相比，蓝光和紫光均可促进渗透调节物质的积累。本研究的结果可为光调控三叶青品质提供理论基础和实践指导。
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2023, 31(9): 1355-1367.
doi: 10.12357/cjea.20230197
摘要:
作物系数(作物实际蒸散量与参考作物蒸散量之比, Kc)作为农田需耗水确定的关键参数, 对农业精准灌溉和节水具有重要的参考价值。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—2018年充分灌溉条件下夏玉米作物系数变化规律及影响因素, 利用2019—2021年夏玉米不同灌水处理下的试验数据, 确定不同供水条件下夏玉米作物系数的计算方法。结果表明, 1980—2018年参考作物蒸散量(ETo)基本保持稳定, 但存在年际波动。充分供水条件下夏玉米实际蒸散量(ETc)在2005年之前保持年际间稳定, 近年来年际间波动幅度较大。作物实际蒸散量与参考作物蒸散量之比的作物系数多年平均值为0.91, 年际变异系数为12.36%。作物系数受作物产量和大气条件影响, 产量的增加伴随着夏玉米实际蒸散量的增加, 参考作物蒸散量主要受平均风速和日照时数的影响。分析表明作物系数由参考作物蒸散量和实际蒸散量共同决定, 且受夏玉米实际蒸散量的影响较大。灌水量的差异是造成相同年份不同处理间差异的主要因素。利用缺水处理下土壤水分状况和不同土层相对根长密度计算土壤水分胁迫系数, 结果表明使用缺水灌溉处理的土壤有效水分含量对夏玉米作物系数进行校正, 所得值与实际值最为接近, 可根据计划控制的土壤水分状况调整作物系数, 确定不同控水条件下的农田实际耗水量。
作物系数(作物实际蒸散量与参考作物蒸散量之比, Kc)作为农田需耗水确定的关键参数, 对农业精准灌溉和节水具有重要的参考价值。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—2018年充分灌溉条件下夏玉米作物系数变化规律及影响因素, 利用2019—2021年夏玉米不同灌水处理下的试验数据, 确定不同供水条件下夏玉米作物系数的计算方法。结果表明, 1980—2018年参考作物蒸散量(ETo)基本保持稳定, 但存在年际波动。充分供水条件下夏玉米实际蒸散量(ETc)在2005年之前保持年际间稳定, 近年来年际间波动幅度较大。作物实际蒸散量与参考作物蒸散量之比的作物系数多年平均值为0.91, 年际变异系数为12.36%。作物系数受作物产量和大气条件影响, 产量的增加伴随着夏玉米实际蒸散量的增加, 参考作物蒸散量主要受平均风速和日照时数的影响。分析表明作物系数由参考作物蒸散量和实际蒸散量共同决定, 且受夏玉米实际蒸散量的影响较大。灌水量的差异是造成相同年份不同处理间差异的主要因素。利用缺水处理下土壤水分状况和不同土层相对根长密度计算土壤水分胁迫系数, 结果表明使用缺水灌溉处理的土壤有效水分含量对夏玉米作物系数进行校正, 所得值与实际值最为接近, 可根据计划控制的土壤水分状况调整作物系数, 确定不同控水条件下的农田实际耗水量。
2023, 31(9): 1368-1378.
doi: 10.12357/cjea.20220929
摘要:
玉米||花生具有明显间作产量优势, 但间作后期种间竞争是限制其进一步高产的瓶颈, 探明大穗型玉米对玉米||花生种间竞争的协调效应和间作优势的影响, 对其高产、高效生产意义重大。本试验于2020年和2021年在河南科技大学农场开展, 以中穗型玉米品种‘郑单958’与花生品种‘科大黑花001’间作(MZD||P)为对照, 研究了大穗型玉米品种‘MC4520’与花生间作(MMC||P)对作物干物质积累与分配、叶面积指数、种间竞争力指数、光合特性、产量和间作产量优势的影响。结果表明: 与MZD||P相比, MMC||P收获期玉米、花生单株干物质重分别显著提高7.55%~9.68%和16.07%~26.77% (P<0.05), 玉米籽粒和花生荚果干物质积累量分别显著提高9.74%~10.84%和34.56%~38.33% (P<0.05); 促进了干物质向玉米籽粒和花生荚果的分配, 尤其是花生荚果中的分配比例显著提高9.12%~15.93% (P<0.05)。与MZD||P相比, MMC||P中花生叶面积指数提高5.78%~29.58%, 花生相对玉米的种间竞争力指数显著提高24.44%~65.12% (P<0.05), MMC||P中玉米、花生净光合速率分别显著提高8.18%~15.74%和3.15%~18.05% (P<0.05), 且玉米和花生的气孔导度和蒸腾速率均提高, 花生的胞间CO2浓度降低。与MZD||P相比, MMC||P中花生产量显著提高26.39%~51.61% (P<0.05), 间作优势和土地当量比显著提高22.21%~24.08%和13.26%~15.27% (P<0.05)。综上, 在玉米||花生体系中, 选用大穗型玉米与花生间作, 能够有效协调间作后期种间竞争, 增强花生的种间竞争能力, 提高花生产量, 从而提高间作体系产量和土地当量比, 进一步增加间作优势。
玉米||花生具有明显间作产量优势, 但间作后期种间竞争是限制其进一步高产的瓶颈, 探明大穗型玉米对玉米||花生种间竞争的协调效应和间作优势的影响, 对其高产、高效生产意义重大。本试验于2020年和2021年在河南科技大学农场开展, 以中穗型玉米品种‘郑单958’与花生品种‘科大黑花001’间作(MZD||P)为对照, 研究了大穗型玉米品种‘MC4520’与花生间作(MMC||P)对作物干物质积累与分配、叶面积指数、种间竞争力指数、光合特性、产量和间作产量优势的影响。结果表明: 与MZD||P相比, MMC||P收获期玉米、花生单株干物质重分别显著提高7.55%~9.68%和16.07%~26.77% (P<0.05), 玉米籽粒和花生荚果干物质积累量分别显著提高9.74%~10.84%和34.56%~38.33% (P<0.05); 促进了干物质向玉米籽粒和花生荚果的分配, 尤其是花生荚果中的分配比例显著提高9.12%~15.93% (P<0.05)。与MZD||P相比, MMC||P中花生叶面积指数提高5.78%~29.58%, 花生相对玉米的种间竞争力指数显著提高24.44%~65.12% (P<0.05), MMC||P中玉米、花生净光合速率分别显著提高8.18%~15.74%和3.15%~18.05% (P<0.05), 且玉米和花生的气孔导度和蒸腾速率均提高, 花生的胞间CO2浓度降低。与MZD||P相比, MMC||P中花生产量显著提高26.39%~51.61% (P<0.05), 间作优势和土地当量比显著提高22.21%~24.08%和13.26%~15.27% (P<0.05)。综上, 在玉米||花生体系中, 选用大穗型玉米与花生间作, 能够有效协调间作后期种间竞争, 增强花生的种间竞争能力, 提高花生产量, 从而提高间作体系产量和土地当量比, 进一步增加间作优势。
2023, 31(9): 1379-1391.
doi: 10.12357/cjea.20230002
摘要:
水分和氮素是影响棉花生长发育和产量的主要因子, 为探究水分和氮素对棉花形态、生理特性以及产量的调控效应, 本研究以‘农大棉36号’为材料, 设置干旱胁迫(W1, 相对含水量为45%±5%)和正常供水(W2, 相对含水量为70%±5%)两个水分条件以及不施氮肥(N0)、低氮[N1, 69 mg(N)∙kg−1]、常规施氮[N2, 138 mg(N)∙kg−1] 3个氮素水平, 分析不同水分和氮肥条件下棉花地上部和根系形态、光合性状、抗氧化酶活性、氮代谢酶活性以及产量的变化。结果表明, 与W2处理相比, W1处理显著抑制了棉花生长, 降低了棉花株高、茎粗、叶面积以及总根长、总根表面积、平均根直径(P<0.05), 显著增加了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 降低了相对叶绿素含量(SPAD)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合能力, 从而造成棉花产量下降(P<0.05); 与N2处理相比, N0和N1处理上述指标均显著降低。干旱胁迫下, 常规施氮处理比不施氮肥和低氮处理促进棉花地上和地下生长, 显著提高主茎叶SPAD、净光合速率和Fv/Fm (P<0.05), 增强抗氧化酶(SOD、POD、CAT)和氮代谢酶(GS和NR)活性(P<0.05), 减轻干旱胁迫对棉花生长造成的抑制, 提高棉花产量。在低氮条件下, 正常供水比干旱胁迫处理亦促进棉花的生长, 增强光合作用和氮代谢酶活性, 减缓了低氮胁迫对其产生的不利影响, 提高产量(P<0.05)。因此, 可通过增施氮肥提高干旱胁迫下的棉花产量, 亦可通过适当增加灌水量提高低氮胁迫下的棉花产量, 本研究为明确氮素胁迫和水分胁迫下合理的水肥管理提供了理论依据。
水分和氮素是影响棉花生长发育和产量的主要因子, 为探究水分和氮素对棉花形态、生理特性以及产量的调控效应, 本研究以‘农大棉36号’为材料, 设置干旱胁迫(W1, 相对含水量为45%±5%)和正常供水(W2, 相对含水量为70%±5%)两个水分条件以及不施氮肥(N0)、低氮[N1, 69 mg(N)∙kg−1]、常规施氮[N2, 138 mg(N)∙kg−1] 3个氮素水平, 分析不同水分和氮肥条件下棉花地上部和根系形态、光合性状、抗氧化酶活性、氮代谢酶活性以及产量的变化。结果表明, 与W2处理相比, W1处理显著抑制了棉花生长, 降低了棉花株高、茎粗、叶面积以及总根长、总根表面积、平均根直径(P<0.05), 显著增加了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性, 降低了相对叶绿素含量(SPAD)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合能力, 从而造成棉花产量下降(P<0.05); 与N2处理相比, N0和N1处理上述指标均显著降低。干旱胁迫下, 常规施氮处理比不施氮肥和低氮处理促进棉花地上和地下生长, 显著提高主茎叶SPAD、净光合速率和Fv/Fm (P<0.05), 增强抗氧化酶(SOD、POD、CAT)和氮代谢酶(GS和NR)活性(P<0.05), 减轻干旱胁迫对棉花生长造成的抑制, 提高棉花产量。在低氮条件下, 正常供水比干旱胁迫处理亦促进棉花的生长, 增强光合作用和氮代谢酶活性, 减缓了低氮胁迫对其产生的不利影响, 提高产量(P<0.05)。因此, 可通过增施氮肥提高干旱胁迫下的棉花产量, 亦可通过适当增加灌水量提高低氮胁迫下的棉花产量, 本研究为明确氮素胁迫和水分胁迫下合理的水肥管理提供了理论依据。
2023, 31(9): 1392-1402.
doi: 10.12357/cjea.20220935
摘要:
为探明西辽河平原灌区不同滴灌模式对春玉米不同粒位籽粒淀粉含量及淀粉合成相关酶活性的影响, 本文以‘农华101’为供试玉米品种, 设膜下滴灌和浅埋滴灌两种滴灌模式, 研究了玉米果穗不同粒位籽粒淀粉积累特征及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、结合态淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)活性变化。结果表明: 2019—2020年浅埋滴灌产量较膜下滴灌玉米产量分别高5.0%和4.7%, 千粒重分别高7.4%和6.9%; 其中浅埋滴灌穗中部百粒重分别提高7.7%和4.1%, 穗上部分别提高10.8%和9.8%。春玉米不同部位籽粒淀粉含量、积累量及淀粉合成相关酶活性均为果穗下部>中部>上部; 两种滴灌模式下淀粉含量与积累量前期差异较小, 生育后期浅埋滴灌果穗中上部淀粉含量与积累量更具优势; AGPase、GBSS和 SSS的活性在灌浆后期表现为浅埋滴灌高于膜下滴灌。浅埋滴灌果穗中上部籽粒淀粉积累达到最大速率的时间较膜下滴灌延后, 淀粉活跃积累期较长, 尤其上部粒位, 达到最大积累速率时间延后5.38 d, 平均积累速率高0.2836 mg·g−1·d−1, 最终淀粉积累量高16.6%。通径和相关分析表明, 达到最大速率的时间、平均积累速率和最大积累速率对淀粉最终积累量影响系数较大, 淀粉合成相关酶活性与淀粉积累速率显著正相关。表明浅埋滴灌下果穗中上部灌浆后期籽粒的淀粉相关酶活性强、淀粉活跃积累期长, 积累达到最大速率的时间延后, 平均积累速率高, 是浅埋滴灌较膜下滴灌粒重增加和产量提高的原因之一。
为探明西辽河平原灌区不同滴灌模式对春玉米不同粒位籽粒淀粉含量及淀粉合成相关酶活性的影响, 本文以‘农华101’为供试玉米品种, 设膜下滴灌和浅埋滴灌两种滴灌模式, 研究了玉米果穗不同粒位籽粒淀粉积累特征及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、结合态淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)活性变化。结果表明: 2019—2020年浅埋滴灌产量较膜下滴灌玉米产量分别高5.0%和4.7%, 千粒重分别高7.4%和6.9%; 其中浅埋滴灌穗中部百粒重分别提高7.7%和4.1%, 穗上部分别提高10.8%和9.8%。春玉米不同部位籽粒淀粉含量、积累量及淀粉合成相关酶活性均为果穗下部>中部>上部; 两种滴灌模式下淀粉含量与积累量前期差异较小, 生育后期浅埋滴灌果穗中上部淀粉含量与积累量更具优势; AGPase、GBSS和 SSS的活性在灌浆后期表现为浅埋滴灌高于膜下滴灌。浅埋滴灌果穗中上部籽粒淀粉积累达到最大速率的时间较膜下滴灌延后, 淀粉活跃积累期较长, 尤其上部粒位, 达到最大积累速率时间延后5.38 d, 平均积累速率高0.2836 mg·g−1·d−1, 最终淀粉积累量高16.6%。通径和相关分析表明, 达到最大速率的时间、平均积累速率和最大积累速率对淀粉最终积累量影响系数较大, 淀粉合成相关酶活性与淀粉积累速率显著正相关。表明浅埋滴灌下果穗中上部灌浆后期籽粒的淀粉相关酶活性强、淀粉活跃积累期长, 积累达到最大速率的时间延后, 平均积累速率高, 是浅埋滴灌较膜下滴灌粒重增加和产量提高的原因之一。
2023, 31(9): 1403-1415.
doi: 10.12357/cjea.20230122
摘要:
为探究长期不同季秸秆全量还田对淮北平原砂姜黑土区夏玉米花期根系分泌物的影响, 采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)对秸秆不还田(CK)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)和玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)的玉米根系分泌物进行非靶向代谢组学分析。结果表明, T1与T2处理的玉米根长、根表面积、根干物质重、根系活力较CK分别显著提高9.8%、21.2%、20.9%、16.4%与12.4%、23.9%、29.2%、21.3%。相较于CK, T1、T2与T3处理分别筛选出60、38与39种差异代谢物; 差异代谢物包含9大类, 秸秆还田主要影响根系分泌物中的碳水化合物类与氨基酸类; T1、T2、T3分别富集到45、56和39条显著差异代谢通路, 秸秆还田主要影响碳水化合物代谢途径与氨基酸类代谢途径。与CK相比, T2处理下根系分泌物中甘油、蜜二糖上调使半乳糖代谢途径上调; L-酪氨酸、L-谷氨酰胺等氨基酸的上调, 使丙氨酸, 天冬氨酸和谷氨酸代谢、酪氨酸代谢等通路显著上调; 5-氨基水杨酸、丁二酸、氨乙基磷酸等有机酸上调。可见, 小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田通过增加玉米根系分泌物中糖类、氨基酸类、有机酸类的相对含量, 促进玉米根系生长, 增加地上部与地下部干物质积累, 协调地上部与地下部关系, 使根冠协同生长。本研究为淮北平原砂姜黑土区秸秆资源的高效利用和夏玉米高产高质高效发展提供了理论依据。
为探究长期不同季秸秆全量还田对淮北平原砂姜黑土区夏玉米花期根系分泌物的影响, 采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)对秸秆不还田(CK)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)和玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)的玉米根系分泌物进行非靶向代谢组学分析。结果表明, T1与T2处理的玉米根长、根表面积、根干物质重、根系活力较CK分别显著提高9.8%、21.2%、20.9%、16.4%与12.4%、23.9%、29.2%、21.3%。相较于CK, T1、T2与T3处理分别筛选出60、38与39种差异代谢物; 差异代谢物包含9大类, 秸秆还田主要影响根系分泌物中的碳水化合物类与氨基酸类; T1、T2、T3分别富集到45、56和39条显著差异代谢通路, 秸秆还田主要影响碳水化合物代谢途径与氨基酸类代谢途径。与CK相比, T2处理下根系分泌物中甘油、蜜二糖上调使半乳糖代谢途径上调; L-酪氨酸、L-谷氨酰胺等氨基酸的上调, 使丙氨酸, 天冬氨酸和谷氨酸代谢、酪氨酸代谢等通路显著上调; 5-氨基水杨酸、丁二酸、氨乙基磷酸等有机酸上调。可见, 小麦季秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米季秸秆全量粉碎翻埋还田通过增加玉米根系分泌物中糖类、氨基酸类、有机酸类的相对含量, 促进玉米根系生长, 增加地上部与地下部干物质积累, 协调地上部与地下部关系, 使根冠协同生长。本研究为淮北平原砂姜黑土区秸秆资源的高效利用和夏玉米高产高质高效发展提供了理论依据。
2023, 31(9): 1416-1427.
doi: 10.12357/cjea.20220841
摘要:
科学评价区域内大豆生产的生态效率, 有利于促进区域内大豆产业的可持续发展。本研究以华北平原大豆生产典型县——石家庄市藁城区50个农户为例, 基于生命周期评价法(LCA)和超效率(SBM)模型, 对其进行了生命周期评价和生态效率分析。结果显示, 大豆生产4个主导的潜在环境影响类别依次为全球变暖潜力(global warming potential, GWP)、陆地生态毒性潜力(terrestrial eco-toxicity potential, TETP)、酸化潜力(acidification potential, AP)及富营养化潜力(eutrophication potential, EP)。其中, 种植规模方面, 大规模农户的GWP、TETP及EP影响潜力最大; 生态效率值为大规模>中规模>小规模; 其6个投入指标当中, 杀虫剂的冗余率极差最大(5.89%)。灌溉模式方面, 滴灌的GWP和AP影响潜力最大, 沟灌的TETP和EP影响潜力最大; 生态效率为滴灌>喷灌>无灌溉>沟灌; 6个投入指标中, 灌溉用水的冗余率极差最大(8.40%)。种植区域方面, 藁城北部地区的GWP、AP和EP影响潜力均大于藁城南部地区; 生态效率值为南部地区>北部地区; 6个投入指标中, 化肥的冗余率极差最大(2.79%)。综上所述, 藁城区大豆生产应向大规模化发展, 并积极推广滴灌技术, 控制化肥和杀虫剂使用量, 以保证大豆产量的同时, 提高大豆生产的生态效率。研究结果可为藁城区大豆生产的生态评价提供参考依据, 有助于其大豆产业的可持续发展。
科学评价区域内大豆生产的生态效率, 有利于促进区域内大豆产业的可持续发展。本研究以华北平原大豆生产典型县——石家庄市藁城区50个农户为例, 基于生命周期评价法(LCA)和超效率(SBM)模型, 对其进行了生命周期评价和生态效率分析。结果显示, 大豆生产4个主导的潜在环境影响类别依次为全球变暖潜力(global warming potential, GWP)、陆地生态毒性潜力(terrestrial eco-toxicity potential, TETP)、酸化潜力(acidification potential, AP)及富营养化潜力(eutrophication potential, EP)。其中, 种植规模方面, 大规模农户的GWP、TETP及EP影响潜力最大; 生态效率值为大规模>中规模>小规模; 其6个投入指标当中, 杀虫剂的冗余率极差最大(5.89%)。灌溉模式方面, 滴灌的GWP和AP影响潜力最大, 沟灌的TETP和EP影响潜力最大; 生态效率为滴灌>喷灌>无灌溉>沟灌; 6个投入指标中, 灌溉用水的冗余率极差最大(8.40%)。种植区域方面, 藁城北部地区的GWP、AP和EP影响潜力均大于藁城南部地区; 生态效率值为南部地区>北部地区; 6个投入指标中, 化肥的冗余率极差最大(2.79%)。综上所述, 藁城区大豆生产应向大规模化发展, 并积极推广滴灌技术, 控制化肥和杀虫剂使用量, 以保证大豆产量的同时, 提高大豆生产的生态效率。研究结果可为藁城区大豆生产的生态评价提供参考依据, 有助于其大豆产业的可持续发展。
2023, 31(9): 1428-1438.
doi: 10.12357/cjea.20230241
摘要:
红壤中铁氧化物是影响有机碳固持的主要因素之一。探究红壤旱地和水田土壤有机碳与不同形态铁氧化物的关系, 有助于理解土壤有机碳的稳定机制, 为农田合理管理提供科学依据。本文依托我国南方红壤旱地和水田长期施肥定位试验(均超35年), 分别采集长期不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾配施(NPK)和NPK与有机肥配施(NPKM)等4种施肥处理的土壤样品, 采用沙维诺夫干筛法获得土壤大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(<0.25 mm), 测定土壤团聚体有机碳含量及络合态、游离态和无定形等形态铁氧化物的含量。水田土壤大、小和微团聚体的平均有机碳含量分别为8.21 g∙kg−1、7.65 g∙kg−1和2.08 g∙kg−1, 而旱地分别为2.93 g∙kg−1、6.68 g∙kg−1和1.33 g·kg−1; 水田土壤大、小和微团聚体中的平均可溶性有机碳含量分别为70.72 mg∙kg−1、79.83 mg∙kg−1和30.29 mg·kg−1, 而旱地分别为7.27 mg∙kg−1、21.49 mg∙kg−1和5.88 mg·kg−1。无论是旱地还是水田, 土壤小团聚体和微团聚体无定形铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系, 土壤各粒级团聚体无定形铁氧化物含量与可溶性有机碳含量均呈显著正相关关系。水田土壤各粒级游离态铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系, 尤以微团聚体贡献率较高。水田条件下, 土壤微团聚体中的游离态铁氧化物含量与可溶性有机碳含量呈显著正相关关系。随着土壤团聚体粒级的增加, 铁氧化物含量表现为先增加后降低的趋势。无定形铁氧化物对旱地和水田土壤有机碳均具有固持作用, 游离态铁氧化物仅对水田土壤有机碳具有固持作用。
红壤中铁氧化物是影响有机碳固持的主要因素之一。探究红壤旱地和水田土壤有机碳与不同形态铁氧化物的关系, 有助于理解土壤有机碳的稳定机制, 为农田合理管理提供科学依据。本文依托我国南方红壤旱地和水田长期施肥定位试验(均超35年), 分别采集长期不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾配施(NPK)和NPK与有机肥配施(NPKM)等4种施肥处理的土壤样品, 采用沙维诺夫干筛法获得土壤大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(<0.25 mm), 测定土壤团聚体有机碳含量及络合态、游离态和无定形等形态铁氧化物的含量。水田土壤大、小和微团聚体的平均有机碳含量分别为8.21 g∙kg−1、7.65 g∙kg−1和2.08 g∙kg−1, 而旱地分别为2.93 g∙kg−1、6.68 g∙kg−1和1.33 g·kg−1; 水田土壤大、小和微团聚体中的平均可溶性有机碳含量分别为70.72 mg∙kg−1、79.83 mg∙kg−1和30.29 mg·kg−1, 而旱地分别为7.27 mg∙kg−1、21.49 mg∙kg−1和5.88 mg·kg−1。无论是旱地还是水田, 土壤小团聚体和微团聚体无定形铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系, 土壤各粒级团聚体无定形铁氧化物含量与可溶性有机碳含量均呈显著正相关关系。水田土壤各粒级游离态铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系, 尤以微团聚体贡献率较高。水田条件下, 土壤微团聚体中的游离态铁氧化物含量与可溶性有机碳含量呈显著正相关关系。随着土壤团聚体粒级的增加, 铁氧化物含量表现为先增加后降低的趋势。无定形铁氧化物对旱地和水田土壤有机碳均具有固持作用, 游离态铁氧化物仅对水田土壤有机碳具有固持作用。
2023, 31(9): 1439-1448.
doi: 10.12357/cjea.20230041
摘要:
华北地区是我国冬小麦和夏玉米主产区, 过去40多年间, 随着大水漫灌和过量施肥等现象发生, 该地区农田氮淋失呈现加重趋势, 已经对地下水水质产生了严重影响。为探明华北地区面源污染的成因, 进而提出相应阻控措施, 本研究收集了1980—2021年国内外发表的华北地区夏玉米氮淋失研究文献, 选取环境条件和农田管理措施作为自变量, 基于线性模型、指数模型、多项式模型和多元回归模型等对氮淋失量进行模拟预测。结果表明, 氮淋失与水分和肥料氮之间存在较大关联性, 与土壤全氮、有机质含量和黏粒含量呈正相关关系, 与秸秆还田、土层深度、土壤pH、砂粒含量呈现负相关关系。在单变量预测模型中, 氮淋失量与施氮量呈指数关系, 说明在华北地区夏玉米生产中应特别注重优化肥料用量。本研究所获得的多元逐步回归模型(Y总氮淋失量=−23.07+1.14X有机质含量+0.34X黏粒含量−0.13X砂粒含量+0.06X总施氮量+0.18X水分渗漏量, 拟合优度R2=0.414)优于指数模型、线性模型和多项式模型, 具有较好的定量预测效果。考虑到水分渗漏测定过程复杂及方程的可应用性低, 可以采用水分投入量替换水分渗漏量, 但预测精度会受到影响。改善土壤物理条件(如质地)、秸秆还田和优化氮肥和灌溉, 是今后华北地区夏玉米生产中降低氮淋失的关键措施。
华北地区是我国冬小麦和夏玉米主产区, 过去40多年间, 随着大水漫灌和过量施肥等现象发生, 该地区农田氮淋失呈现加重趋势, 已经对地下水水质产生了严重影响。为探明华北地区面源污染的成因, 进而提出相应阻控措施, 本研究收集了1980—2021年国内外发表的华北地区夏玉米氮淋失研究文献, 选取环境条件和农田管理措施作为自变量, 基于线性模型、指数模型、多项式模型和多元回归模型等对氮淋失量进行模拟预测。结果表明, 氮淋失与水分和肥料氮之间存在较大关联性, 与土壤全氮、有机质含量和黏粒含量呈正相关关系, 与秸秆还田、土层深度、土壤pH、砂粒含量呈现负相关关系。在单变量预测模型中, 氮淋失量与施氮量呈指数关系, 说明在华北地区夏玉米生产中应特别注重优化肥料用量。本研究所获得的多元逐步回归模型(Y总氮淋失量=−23.07+1.14X有机质含量+0.34X黏粒含量−0.13X砂粒含量+0.06X总施氮量+0.18X水分渗漏量, 拟合优度R2=0.414)优于指数模型、线性模型和多项式模型, 具有较好的定量预测效果。考虑到水分渗漏测定过程复杂及方程的可应用性低, 可以采用水分投入量替换水分渗漏量, 但预测精度会受到影响。改善土壤物理条件(如质地)、秸秆还田和优化氮肥和灌溉, 是今后华北地区夏玉米生产中降低氮淋失的关键措施。
2023, 31(9): 1449-1459.
doi: 10.12357/cjea.20230026
摘要:
为准确评估施用生物炭对土壤养分有效性及交换性盐基离子的影响, 通过收集2000—2020年发表的文献, 获得不施生物炭(空白无添加)和单施生物炭648组匹配数据、不施生物炭和生物炭配施化肥430组匹配数据。采用数据整合分析(Meta-analysis)方法, 分析了不同方式施用生物炭对土壤氮磷含量(总氮、NH4+-N、NO3–-N、Olsen-P)、交换性盐基离子(K+、Ca2+、Na+和Mg2+)及阳离子交换量(CEC)的影响。结果显示: 施用生物炭(单施或与化肥配施)土壤氮磷含量增加14.0%~128.1%、盐基离子含量增加22.5%~270.2%。对不同方式施用生物炭的效果比较可知, 生物炭与化肥配施对土壤养分的提升效果更加显著, 单施生物炭对土壤盐基离子提升效果更高。进一步分析显示, 当生物炭原料pH≥8时, 单施生物炭显著增加土壤Olsen-P含量达10.3%~58.5%; 制备温度>500 ℃时, 单施生物炭对土壤盐基离子含量的增加幅度为33.9%~384.7%; 生物炭施用量<10 t∙hm−2时, 生物炭与化肥配施对土壤Olsen-P含量增加幅度(374.1%)高于单施生物炭(2.1%); 在pH<6.5土壤施用生物炭提高土壤氮磷及交换性钙含量, 其中单施生物炭土壤Olsen-P含量和CEC的增幅分别达45.0%和17.9%。因此, 施用生物炭能有效改善土壤养分有效性和离子交换性能, 降低环境风险。实际应用中需要根据不同目的选择生物炭单施或配施化肥, 同时综合生物炭特性、施用量和土壤属性条件, 有效利用生物炭提升土壤肥力是未来农业高质量发展的重点方向。
为准确评估施用生物炭对土壤养分有效性及交换性盐基离子的影响, 通过收集2000—2020年发表的文献, 获得不施生物炭(空白无添加)和单施生物炭648组匹配数据、不施生物炭和生物炭配施化肥430组匹配数据。采用数据整合分析(Meta-analysis)方法, 分析了不同方式施用生物炭对土壤氮磷含量(总氮、NH4+-N、NO3–-N、Olsen-P)、交换性盐基离子(K+、Ca2+、Na+和Mg2+)及阳离子交换量(CEC)的影响。结果显示: 施用生物炭(单施或与化肥配施)土壤氮磷含量增加14.0%~128.1%、盐基离子含量增加22.5%~270.2%。对不同方式施用生物炭的效果比较可知, 生物炭与化肥配施对土壤养分的提升效果更加显著, 单施生物炭对土壤盐基离子提升效果更高。进一步分析显示, 当生物炭原料pH≥8时, 单施生物炭显著增加土壤Olsen-P含量达10.3%~58.5%; 制备温度>500 ℃时, 单施生物炭对土壤盐基离子含量的增加幅度为33.9%~384.7%; 生物炭施用量<10 t∙hm−2时, 生物炭与化肥配施对土壤Olsen-P含量增加幅度(374.1%)高于单施生物炭(2.1%); 在pH<6.5土壤施用生物炭提高土壤氮磷及交换性钙含量, 其中单施生物炭土壤Olsen-P含量和CEC的增幅分别达45.0%和17.9%。因此, 施用生物炭能有效改善土壤养分有效性和离子交换性能, 降低环境风险。实际应用中需要根据不同目的选择生物炭单施或配施化肥, 同时综合生物炭特性、施用量和土壤属性条件, 有效利用生物炭提升土壤肥力是未来农业高质量发展的重点方向。
2023, 31(9): 1460-1470.
doi: 10.12357/cjea.20230125
摘要:
河北省是我国的重要粮食生产基地, 资源性缺水与长期高强度的农业生产, 导致河北平原水资源危机进一步加剧。面对水资源安全与粮食安全的矛盾, 河北省政府自2014年起实施地下水压采政策, 在农业生产上开展季节性休耕、实施旱作雨养、推广节水农业等措施。为探明地下水压采政策下河北平原冬小麦种植面积与耗水特征的变化, 本研究利用MODIS NDVI数据提取了河北平原2009—2019年冬小麦种植空间分布, 结合TSEB(基于双源能量平衡模型)蒸散产品以及农业生产统计数据, 对压采政策实施前后进行了比较研究, 并调研了相关变化的驱动因素。结果表明: 河北平原的冬小麦种植面积在2009—2019年持续增长了18.37万hm2, 压采政策实施后表现为东部增加西部减少的特征, 总体上增加10.4万hm2。通过实地调研发现, 农业生产经营者追求种植效益以及城市化导致冬小麦面积减少, 政府保障粮食安全的鼓励种粮政策以及冬小麦种植全程机械化程度的提高则促使其种植面积增加。与地下水压采政策实施前相比, 压采后冬小麦的蒸散量与总耗水量分别增加32.58 mm和10.9亿m3。季节性休耕期间, 休耕地不抽取地下水灌溉, 相比于麦田, 休耕地能够减少73 mm的蒸散耗水。2009—2019年冬小麦平均水分利用效率为1.67 kg∙m−3。地下水压采政策实施后, 2/3地区的冬小麦水分利用效率在逐年提升。农田的破碎化、流转土地经营权不稳定以及农户节水动力和压力不足导致冬小麦节水灌溉普及率不高。面对水粮矛盾, 河北平原仍需加强农业节水, 真正降低蒸散耗水, 才能使其得到缓解。
河北省是我国的重要粮食生产基地, 资源性缺水与长期高强度的农业生产, 导致河北平原水资源危机进一步加剧。面对水资源安全与粮食安全的矛盾, 河北省政府自2014年起实施地下水压采政策, 在农业生产上开展季节性休耕、实施旱作雨养、推广节水农业等措施。为探明地下水压采政策下河北平原冬小麦种植面积与耗水特征的变化, 本研究利用MODIS NDVI数据提取了河北平原2009—2019年冬小麦种植空间分布, 结合TSEB(基于双源能量平衡模型)蒸散产品以及农业生产统计数据, 对压采政策实施前后进行了比较研究, 并调研了相关变化的驱动因素。结果表明: 河北平原的冬小麦种植面积在2009—2019年持续增长了18.37万hm2, 压采政策实施后表现为东部增加西部减少的特征, 总体上增加10.4万hm2。通过实地调研发现, 农业生产经营者追求种植效益以及城市化导致冬小麦面积减少, 政府保障粮食安全的鼓励种粮政策以及冬小麦种植全程机械化程度的提高则促使其种植面积增加。与地下水压采政策实施前相比, 压采后冬小麦的蒸散量与总耗水量分别增加32.58 mm和10.9亿m3。季节性休耕期间, 休耕地不抽取地下水灌溉, 相比于麦田, 休耕地能够减少73 mm的蒸散耗水。2009—2019年冬小麦平均水分利用效率为1.67 kg∙m−3。地下水压采政策实施后, 2/3地区的冬小麦水分利用效率在逐年提升。农田的破碎化、流转土地经营权不稳定以及农户节水动力和压力不足导致冬小麦节水灌溉普及率不高。面对水粮矛盾, 河北平原仍需加强农业节水, 真正降低蒸散耗水, 才能使其得到缓解。
2023, 31(9): 1471-1481.
doi: 10.12357/cjea.20220980
摘要:
植被林冠层降雨再分配是森林生态系统重要的水文过程, 其研究对进一步探索太行山植被林冠层的水文效应, 揭示森林生态系统水源涵养功能具有重要意义。选取位于中国科学院太行山山地生态试验站自然荆条灌丛以及人工刺槐林、白皮松林、黄连木林、樱桃林、杜仲林、白蜡林、竹林为研究对象, 于2022年7—9月对8种林分的降雨再分配进行监测。结果表明: 1) 2022年雨季次降雨量波动性较大, 降雨时间分布不均主要集中在7月、8月。2)总穿透雨量占总降雨量的比例均超过60%; 总树干径流量占总降雨量的比例最大的为杜仲林(13.94%), 其次为竹林(6.78%), 其余树种总树干径流量所占比例均低于5%; 总冠层截留量占总降雨量的比例, 白蜡林最大(32.97%), 白皮松林最小(7.53%), 整体上表现为穿透雨量>冠层截留量>树干径流量。3)穿透雨量、树干径流量与林外降雨量呈一元线性函数关系, 冠层截留量与林外降雨量呈幂函数关系, 穿透雨率和树干径流率与林外降雨量呈对数函数关系(单调增函数); 冠层截留率与林外降雨量呈对数函数关系(单调减函数)。降雨再分配特征受降雨量及叶片吸水能力影响较大。因此, 合理选择林分类型, 调整不同林分比例可减少冠层截留量, 提高降水利用效率。
植被林冠层降雨再分配是森林生态系统重要的水文过程, 其研究对进一步探索太行山植被林冠层的水文效应, 揭示森林生态系统水源涵养功能具有重要意义。选取位于中国科学院太行山山地生态试验站自然荆条灌丛以及人工刺槐林、白皮松林、黄连木林、樱桃林、杜仲林、白蜡林、竹林为研究对象, 于2022年7—9月对8种林分的降雨再分配进行监测。结果表明: 1) 2022年雨季次降雨量波动性较大, 降雨时间分布不均主要集中在7月、8月。2)总穿透雨量占总降雨量的比例均超过60%; 总树干径流量占总降雨量的比例最大的为杜仲林(13.94%), 其次为竹林(6.78%), 其余树种总树干径流量所占比例均低于5%; 总冠层截留量占总降雨量的比例, 白蜡林最大(32.97%), 白皮松林最小(7.53%), 整体上表现为穿透雨量>冠层截留量>树干径流量。3)穿透雨量、树干径流量与林外降雨量呈一元线性函数关系, 冠层截留量与林外降雨量呈幂函数关系, 穿透雨率和树干径流率与林外降雨量呈对数函数关系(单调增函数); 冠层截留率与林外降雨量呈对数函数关系(单调减函数)。降雨再分配特征受降雨量及叶片吸水能力影响较大。因此, 合理选择林分类型, 调整不同林分比例可减少冠层截留量, 提高降水利用效率。
2023, 31(9): 1482-1495.
doi: 10.12357/cjea.20220975
摘要:
提升农业绿色全要素生产率是推进农业高质量发展的重要路径。本文基于现有研究成果, 在理论探讨基础上, 基于2011—2020年中国30个省级行政区的面板数据, 综合多种实证方法, 就农地流转对农业绿色全要素生产率的影响进行系统分析。结果表明: 1)农地流转对农业绿色全要素生产率产生显著正向影响, 农地流转面积扩大会促进农业绿色全要素生产率提高; 2)农地流转对农业绿色全要素生产率的正向影响具有地区异质性, 这一效应在北方地区显著, 在南方地区不显著; 3)农地流转对农业绿色全要素生产率的影响存在门槛效应, 农地流转面积超过门槛值后对农业绿色全要素生产率的正向影响有所下降; 4)农地流转对农业绿色全要素生产率存在正向空间影响效应, 其空间溢出效应显著。建议推进农地流转过程中考虑农地流转环境效应, 采取有效措施推进农地流转以提升农业绿色全要素生产率, 因地制宜设计农地流转策略, 并重视农地流转过程中环境问题处置工作的省际间协调。
提升农业绿色全要素生产率是推进农业高质量发展的重要路径。本文基于现有研究成果, 在理论探讨基础上, 基于2011—2020年中国30个省级行政区的面板数据, 综合多种实证方法, 就农地流转对农业绿色全要素生产率的影响进行系统分析。结果表明: 1)农地流转对农业绿色全要素生产率产生显著正向影响, 农地流转面积扩大会促进农业绿色全要素生产率提高; 2)农地流转对农业绿色全要素生产率的正向影响具有地区异质性, 这一效应在北方地区显著, 在南方地区不显著; 3)农地流转对农业绿色全要素生产率的影响存在门槛效应, 农地流转面积超过门槛值后对农业绿色全要素生产率的正向影响有所下降; 4)农地流转对农业绿色全要素生产率存在正向空间影响效应, 其空间溢出效应显著。建议推进农地流转过程中考虑农地流转环境效应, 采取有效措施推进农地流转以提升农业绿色全要素生产率, 因地制宜设计农地流转策略, 并重视农地流转过程中环境问题处置工作的省际间协调。
2023, 31(9): 1496-1510.
doi: 10.12357/cjea.20230010
摘要:
探究生态系统服务供需匹配特征与生态恢复力属性的耦合关系, 科学划分国土空间生态修复分区, 对生态安全与区域可持续发展具有重要意义。本研究以京津冀区县为研究单元, 基于多源数据, 运用食物产量模型、InVEST模型、CSLE模型等方法测算食物供给、产水、碳固持、土壤保持、休闲游憩等5项生态系统服务的供需量, 构建生态恢复力评价指标体系测算县(区)生态恢复力; 基于“生态系统服务供需+生态恢复力”划定生态修复分区, 并根据分区内部自然和社会经济现状及发展特征提出相应优化策略。结果表明: 1)京津冀生态系统服务供给高值区主要分布在承德市北部、秦皇岛市和唐山市区县, 中部县(区)有零星分布; 需求高值区主要集中在发展较好的京津冀中部及东南部城市, 而北部山区及高原生态系统服务需求较低; 研究区供需关系表现为空间负相关。2)各区县生态恢复力区域性差异明显, 高值区主要聚集在京津冀的东北部。3)研究区生态系统服务综合供需无高度盈余区域, 赤字区域占总面积的42.26%, 主要原因为城市与工业的发展导致系统功能衰退, 生态服务需求难以得到满足。4)结合生态系统服务供需匹配特征和生态恢复力空间分布格局, 将研究区划分为高供给-高需求-高恢复力区(13.68%)、低供给-高需求-低恢复力区(0.51%)、低供给-高需求-高恢复力区(10.54%)、低供给-低需求-低恢复力区(12.07%)、低供给-低需求-高恢复力区(20.22%)、高供给-低需求-高恢复力区(42.98%) 6类, 同时针对不同分区提出差异化的生态修复策略, 为生态修复工程的系统布局提供指引, 为国土空间综合整理方案的科学编制提供方法参考。
探究生态系统服务供需匹配特征与生态恢复力属性的耦合关系, 科学划分国土空间生态修复分区, 对生态安全与区域可持续发展具有重要意义。本研究以京津冀区县为研究单元, 基于多源数据, 运用食物产量模型、InVEST模型、CSLE模型等方法测算食物供给、产水、碳固持、土壤保持、休闲游憩等5项生态系统服务的供需量, 构建生态恢复力评价指标体系测算县(区)生态恢复力; 基于“生态系统服务供需+生态恢复力”划定生态修复分区, 并根据分区内部自然和社会经济现状及发展特征提出相应优化策略。结果表明: 1)京津冀生态系统服务供给高值区主要分布在承德市北部、秦皇岛市和唐山市区县, 中部县(区)有零星分布; 需求高值区主要集中在发展较好的京津冀中部及东南部城市, 而北部山区及高原生态系统服务需求较低; 研究区供需关系表现为空间负相关。2)各区县生态恢复力区域性差异明显, 高值区主要聚集在京津冀的东北部。3)研究区生态系统服务综合供需无高度盈余区域, 赤字区域占总面积的42.26%, 主要原因为城市与工业的发展导致系统功能衰退, 生态服务需求难以得到满足。4)结合生态系统服务供需匹配特征和生态恢复力空间分布格局, 将研究区划分为高供给-高需求-高恢复力区(13.68%)、低供给-高需求-低恢复力区(0.51%)、低供给-高需求-高恢复力区(10.54%)、低供给-低需求-低恢复力区(12.07%)、低供给-低需求-高恢复力区(20.22%)、高供给-低需求-高恢复力区(42.98%) 6类, 同时针对不同分区提出差异化的生态修复策略, 为生态修复工程的系统布局提供指引, 为国土空间综合整理方案的科学编制提供方法参考。
2023, 31(9): 1511-1524.
doi: 10.12357/cjea.20230115
摘要:
吉林省不仅是我国粮食主产区之一, 也是东北地区重要的生态屏障和功能区, 科学掌握其生态环境脆弱性的空间分布和时空变化特征, 对合理利用土地资源及实现区域环境保护起着重要作用。本研究参考SRP (Sensitivity–Resilience–Pressure)模型, 从地形、气候、植被覆盖、景观格局及人类活动5个方面选取13个评价指标, 综合运用AHP-PCA (analytic hierarchy process-principal component analysis)熵权模型及空间自相关方法, 分析2000—2020年不同时期吉林省生态环境脆弱性的时空格局, 并探讨其空间关联关系。结果表明: 1)研究区生态环境以轻度以下脆弱为主, 且整体呈现明显的地域差异, 由东向西脆弱度逐渐增加, 重度脆弱区主要出现在吉林省西部平原, 潜在脆弱区主要出现在吉林省东部山区。2)将脆弱性指数分为5个等级, 各等级间面积比例差异明显, 以2020年为例，表现为轻度>中度>微度>潜在>重度, 且轻度及以下脆弱区面积占比均达到67.9%以上, 这表明吉林省整体处于中等脆弱水平。3)时间变化上, 2000年至2020年间, 吉林省生态环境脆弱性呈逐年向好的趋势, 重度、微度脆弱性区域面积占比与2000年相比分别下降2.78%和9.20%, 轻度和中度脆弱性区域面积占比同研究初期相比分别增加7.45%和5.24%, 潜在脆弱性区域面积占比与2000年基本持平。4) 2000年研究区生态环境脆弱性指数的Moran I值为0.2335, 表明其在空间上呈集聚现象, 高聚集区主要分布在吉林省西部地区; 至2020年, Moran I值增加至0.3841, 空间集聚更为显著。根据脆弱性等级的分区及其影响因素, 对不同脆弱性等级区域给出了不同生态保护建议: 潜在脆弱和微度脆弱区继续实行现有生态环境保护政策; 轻度脆弱和中度脆弱区要坚持以黑土地资源保护为前提进行合理的农用地资源开发; 重度脆弱性区要加大生态环境保护投入, 特别要有针对性地实施盐碱地治理等策略。
吉林省不仅是我国粮食主产区之一, 也是东北地区重要的生态屏障和功能区, 科学掌握其生态环境脆弱性的空间分布和时空变化特征, 对合理利用土地资源及实现区域环境保护起着重要作用。本研究参考SRP (Sensitivity–Resilience–Pressure)模型, 从地形、气候、植被覆盖、景观格局及人类活动5个方面选取13个评价指标, 综合运用AHP-PCA (analytic hierarchy process-principal component analysis)熵权模型及空间自相关方法, 分析2000—2020年不同时期吉林省生态环境脆弱性的时空格局, 并探讨其空间关联关系。结果表明: 1)研究区生态环境以轻度以下脆弱为主, 且整体呈现明显的地域差异, 由东向西脆弱度逐渐增加, 重度脆弱区主要出现在吉林省西部平原, 潜在脆弱区主要出现在吉林省东部山区。2)将脆弱性指数分为5个等级, 各等级间面积比例差异明显, 以2020年为例，表现为轻度>中度>微度>潜在>重度, 且轻度及以下脆弱区面积占比均达到67.9%以上, 这表明吉林省整体处于中等脆弱水平。3)时间变化上, 2000年至2020年间, 吉林省生态环境脆弱性呈逐年向好的趋势, 重度、微度脆弱性区域面积占比与2000年相比分别下降2.78%和9.20%, 轻度和中度脆弱性区域面积占比同研究初期相比分别增加7.45%和5.24%, 潜在脆弱性区域面积占比与2000年基本持平。4) 2000年研究区生态环境脆弱性指数的Moran I值为0.2335, 表明其在空间上呈集聚现象, 高聚集区主要分布在吉林省西部地区; 至2020年, Moran I值增加至0.3841, 空间集聚更为显著。根据脆弱性等级的分区及其影响因素, 对不同脆弱性等级区域给出了不同生态保护建议: 潜在脆弱和微度脆弱区继续实行现有生态环境保护政策; 轻度脆弱和中度脆弱区要坚持以黑土地资源保护为前提进行合理的农用地资源开发; 重度脆弱性区要加大生态环境保护投入, 特别要有针对性地实施盐碱地治理等策略。
