中国生态农业学报

我国乡土景观研究的发展历程、学科领域及其评述

岳邦瑞, 郎小龙, 张婷婷, 左臣

岳邦瑞, 郎小龙, 张婷婷, 左臣论文对不同学科在乡土景观领域的学术成果进行了综述性研究, 探索低资源建设高效性人工生态系统的途径, 具体方法为: 围绕农业农田景观及乡村聚落景观两大对象梳理了研究发展历程, 横向比较了美学、社会学、文化地理学、景观生态学、建筑学及风景园林学科关于乡土景观研究对象、目的、方法及内容的差异, 总结出既往研究的两大特征, 即纵向观察得出的外部因素对乡土景观研究热点变迁的主导性影响, 横向观察得出的多学科交叉互动对乡土景观研究的推动作用。从以上两大特征可以看出, 在乡土景观的形成过程中, 人的主体性体现为高效利用地域资源方面的经验与智慧, 这些经验和智慧深刻地反映在生活、生产和生态环境等物质空间中, 体现在不同尺度的乡村聚落景观系统、农田景观系统和整体人文生态系统中, 呈现出不同的物质空间形态和组合特征, 具有典型性和模式化特点, 值得认真继承与发扬。利用低资源建设高效性的人工生态系统即为乡土景观研究的本质问题。从而界定出如下结论: 乡土景观的概念为能够充分适应特定地域自然与人文环境、在特殊人地关系长期作用下形成的乡村复合生态系统。最终, 提出加强深层本质问题与基础理论的深化研究, 推进学科领域的多元探索与范式收敛的研究展望。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1563-1570.

土壤氮异质性与种间地上竞争对玉米和马铃薯生长的影响

吴开贤, 安瞳昕, 范志伟, 周锋, 薛国峰, 吴伯志

吴开贤, 安瞳昕, 范志伟, 周锋, 薛国峰, 吴伯志由于不均匀施肥、有机质分解和群体结构复杂化等因素, 氮在间作农田土壤中的分布具有异质性。因此, 间作作物的生长同时受到种间竞争和异质性氮的影响。然而, 人们对作物种间关系(特别是地上竞争)与异质性氮在影响作物生长中有何关系还知之较少。本研究以玉米与马铃薯间作模式为试验对象, 在盆栽条件下采用控释性氮肥构建异质性, 利用根管分隔去除地下竞争后, 通过目标植物法设计地上竞争处理, 探讨作物的觅养精确度、生物量生产、功能性状、竞争能力和总相对生产力对氮分布和地上竞争的响应。结果表明: 异质氮处理的总相对生产力高于均质氮处理, 这可能是因为与无竞争相比, 地上竞争提高两作物的觅养精确度。但在地上竞争下异质氮抑制马铃薯的生长, 玉米生长得以提高, 而在无竞争下异质氮处理提高两作物的生长; 这些生长变化在功能性状上得到进一步体现, 包括根冠比、根叶比、叶重比和根重比; 从竞争能力来看, 相对于均质氮处理, 异质氮处理促进玉米但降低马铃薯的竞争能力, 故马铃薯在均质氮条件下有竞争优势, 而玉米则在异质性氮条件下具有竞争优势。总之, 地上竞争改变作物对异质性氮的觅养行为, 而异质性氮提高作物生长, 改变玉米和马铃薯的相对竞争能力, 因此地上竞争和氮异质性在调控作物生长过程中存在相互影响, 这一发现可增加对间作体系中氮利用特征的认识, 也有助于理解农田间作系统中作物生长变化的复杂性。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1571-1578.

紫色水稻土轻组有机质的季节动态研究

黄小娟, 郝庆菊, 吴艳

黄小娟, 郝庆菊, 吴艳以位于重庆市北碚区西南大学试验农场(30°26′N, 106°26′E)的紫色水稻土为研究对象, 利用重液(NaI, 密度1.8 g·cm^-3)对土壤中轻组组分进行提取, 对土壤中轻组有机质在整个油菜生长季的季节变化情况进行分析与讨论。结果表明: 表层(0~30 cm)土壤轻组物质(LF)的含量为2.95%~5.51%, 平均值为4.38%; 土壤轻组有机碳含量(LFOC)和轻组氮含量(LFN)的变化范围分别为1.44~3.72 g·kg^-1和0.08~0.17 g·kg^-1, 其平均值分别为2.79 g·kg^-1和0.14 g·kg^-1。LFOC具有明显的季节变化(P<0.05), 其含量在油菜生长中期最高, 其次是生长后期, 而在生长初期最低; LFN的季节变化趋势与LFOC一致, 但季节差异性不显著(P>0.05)。轻组有机碳分配比例(LFOC/SOC)的变化范围为9.21%~24.47%, 具有明显的季节变化(P<0.05), 其变化趋势与LFOC的季节变化一致; 而轻组氮的分配比例(LFN/TN)变化范围为4.55%~12.58%, 无明显的季节变化。轻组C/N比值季节变化范围为18.52~25.04, 平均值为20.66, 全土C/N比值的变化范围为9.04~14.36, 平均值为11.66, 说明轻组有机质的生物可利用性较土壤总有机质高。相关分析表明, 轻组有机碳、氮含量分别与根系生物量、根系碳含量、根系氮含量呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)正相关; 回归分析表明, 土壤轻组有机碳、氮含量变化的40%~60%可由根系生物量、根系碳氮含量决定, 说明根系是调控紫色水稻土轻组有机碳、氮季节变化的主要生态因子。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1579-1585.

施氮和增雨对内蒙古半干旱地区草原土壤微生物群落碳源利用潜力的影响

毕捷, 张乃莉, 梁宇, 蔡禄, 马克平

毕捷, 张乃莉, 梁宇, 蔡禄, 马克平已有许多研究证明, 中国北方草地生态系统的植物群落结构和组成对气候变化和氮沉降较为敏感, 但是关于草原土壤微生物群落响应多重环境因子变化方面的研究较薄弱。水和氮是陆地生态系统生产力的两大限制性因子。本研究在内蒙古多伦半干旱草原地区进行增雨和施氮的野外控制试验, 以模拟未来该地区的降水变化和氮沉降, 使用微生物群落水平生理图谱法, 监测样地土壤理化指标和土壤微生物群落碳源利用潜力的变化。3年的跟踪监测结果显示: 增雨显著提高了半干旱草原地区土壤含水量和有机质含量; 施氮和增雨同时施氮则显著提高了土壤可溶性氮含量, 降低了土壤pH; 施氮和增雨都没有单独引起土壤微生物群落碳源利用潜力的显著变化, 而在同时增雨和施氮试验处理下, 微生物群落碳源利用潜力得到提高, 说明在水和氮都充足的条件下, 土壤微生物碳源利用潜力才会显著提高。以上研究结果预示着在未来降雨增加和氮沉降的全球变化背景下, 中国北方半干旱草地生态系统的碳循环速率可能会加快。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1586-1593.

施氮模式对夏玉米产量和籽粒灌浆的影响

王云奇, 陶洪斌, 王璞, 郭步庆, 鲁来清, 张丽, 尤桂芸

王云奇, 陶洪斌, 王璞, 郭步庆, 鲁来清, 张丽, 尤桂芸为进一步明确夏玉米在基肥和拔节期施肥的基础上增施吐丝肥的增产机理, 于2011年在中国农业大学吴桥试验站布置了田间试验。共设置4种施氮模式: 即模式Ⅰ, 施氮量90 kg·hm^-2(播前90 kg·hm^-2); 模式Ⅱ, 施氮量190 kg·hm^-2(播前150 kg·hm^-2+拔节40 kg·hm^-2); 模式Ⅲ, 施氮量250 kg·hm^-2(播前90 kg·hm^-2+拔节160 kg·hm^-2); 模式Ⅳ, 施氮量300 kg·hm^-2(播前50 kg·hm^-2+拔节150 kg·hm^-2+吐丝100 kg·hm^-2)。本研究对比分析了不同施氮模式对夏玉米产量和籽粒灌浆的影响。结果表明, 在施基肥和拔节肥的基础上, 再追施吐丝肥, 与不施吐丝肥的模式相比, 其吐丝后11~20 d、21~30 d、31~40 d内, 每天增加的枯叶数分别减少0.01~0.02片、0.01~0.05片、0.02~0.04片; 吐丝后穗位叶SPAD值的峰值有所提高, 灌浆中后期SPAD值下降延缓; 模式Ⅳ与模式Ⅲ相比灌浆速率峰值提高8.5%, 籽粒体积得到显著提高。夏玉米吐丝后籽粒的吸氮量显著提高(模式Ⅳ籽粒吸氮峰值分别是模式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的1.65倍、1.45倍、1.31倍), 氮收获指数增加2.5~13.3个百分点, 穗粒数增加。与穗粒数相比, 吐丝期增施氮肥(模式Ⅳ)对千粒重的促进更显著, 可改善夏玉米产量因子和部分穗部性状, 与模式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相比, 分别增产200 kg·hm^-2、300 kg·hm^-2、400 kg·hm^-2。夏玉米增施吐丝肥可以延缓吐丝后光合面积下降, 从而为籽粒灌浆提供较多的源, 最终提高粒重和产量。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1594-1598.

稻-油轮作农田油菜生长季土壤呼吸作用及其影响因素分析

徐志波, 江长胜, 郝庆菊, 刘志祥

徐志波, 江长胜, 郝庆菊, 刘志祥本文以西南地区稻油轮作农田为研究对象, 于2009年11月-2010年4月油菜生长期间采用静态暗箱法进行了土壤呼吸速率的观测, 通过选择植株生长处、株间及行间3个样点研究土壤呼吸速率的时间变化及空间异质性, 综合分析了土壤温度、土壤湿度、根系生物量、土壤有机碳以及C/N对土壤呼吸作用的影响。结果表明, 油菜季土壤呼吸速率的日变化为单峰型, 最大值出现在下午15:00。土壤呼吸速率的季节变化显著, 呈现为先降低后升高的变化趋势, 最低值出现在2010年1月。在植株尺度上, 土壤呼吸作用存在明显的空间异质性, 较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近油菜植株的地方, 表现为: 植株生长处(336.71 mg·m^-2·h^-1)>株间(248.48 mg·m^-2·h^-1)>行间(141.77 mg·m^-2·h^-1)。土壤呼吸作用中根呼吸作用所占比例的季节变化呈单峰型, 表现为生长初期小于生长中期和后期。在整个油菜生长季, 根呼吸对土壤呼吸的贡献为25.78%~72.61%, 平均为51.03%。土壤呼吸速率受多个环境因子的影响, 与地表温度呈显著指数关系, 与根系生物量呈显著线性关系, 与土壤微生物生物量碳、易氧化有机碳及颗粒有机碳存在显著或极显著正相关。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1599-1605.

水稻生育后期剑叶氮代谢相关酶活性及动力学变化

宁书菊, 陈晓飞, 张国英, 魏道智

宁书菊, 陈晓飞, 张国英, 魏道智以超级杂交稻“两优培九”为试验材料, “汕优63”和“9311”为对照, 研究了水稻开花后剑叶叶片中有关氮代谢相关酶类[硝酸还原酶(NR)、谷氨酰氨合成酶(GS)、谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)、谷氨酰氨脱氢酶(GDH)、蛋白水解酶(proteinase)]活性及部分酶动力学变化, 同期测定了可溶性蛋白和游离氨基酸含量变化及穗部农艺性状, 旨在了解超级杂交稻品种与其常规亲本及对照品种在生育后期与氮代谢相关酶活性及动力学变化的内在规律性, 为杂交稻生育后期的氮代谢调控提供科学依据。结果表明, 花后1周为3个品种剑叶叶片中有关氮代谢酶活性的高值持续期, 接着进入速降期。不同品种间NR、GS、GPT和GDH活性及活性高值期具有显著性差异。花后1周“两优培九”具有较高的GS和GDH活性; 花后7~14 d“汕优63”的NR和GS活性显著高于“9311”和“两优培九”, 灌浆后期其GS、GDH活性和活性高峰, 也均高于和迟于其他2个品种; “9311”在开花和灌浆初期具有较高的转氨酶活性和催化活性, 其氮代谢的启动早于其他2个品种。生育后期GDH和GOT的活性变化说明氧化脱氨可能是水稻体内的主要脱氨方式。生育后期NR和GS活性与其催化活性呈非线性关系, GPT在花后14 d催化活力表现最低, 在灌浆后期3种酶仍具有较高的催化活力。叶片可溶性蛋白及ATPase变化说明, 酶蛋白量是制约水稻生育后期有关氮代谢的酶活性和影响后期氮素代谢的重要因素之一, 叶片的能量状态是影响生理活性发挥的重要限制因子。从主要酶活性变化、籽粒灌浆速率和穗部性状看, 生育后期种间杂交种(“汕优63”)比亚种间杂交种(“两优培九”)具有较高的叶生理活性和较强的籽粒灌浆优势。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1606-1613.

植烟土壤提取物质对烟株生长及根际土壤细菌多样性的影响

陈冬梅, 吴文祥, 王海斌, 黄锦文, 陈兰兰, 尤垂淮, 吴林坤, 张重义, 林文雄

陈冬梅, 吴文祥, 王海斌, 黄锦文, 陈兰兰, 尤垂淮, 吴林坤, 张重义, 林文雄对盆栽烟草外源添加不同浓度植烟土壤提取物质(T1: 40 μg·mL^-1; T2: 120 μg·mL^-1; CK: 蒸馏水对照), 探讨植烟土壤提取物质对烟草生长及土壤细菌多样性的影响。结果表明, 植烟土壤提取物处理使烟株生长受抑制, 且随处理浓度的增加受抑制程度显著提高, 具体表现为烟株变矮, 叶面积变小, 光合作用能力降低, 且烟草的保护酶系统受到破坏, 丙二醛含量随处理浓度加大而增加, T2处理的丙二醛含量是对照的3.44倍。对外源添加物质处理后烟草根际土壤微生物T-RFs分析发现, 在对照检测到17个门24个纲, T1处理有14个门21个纲, T2有10个门17个纲; 丰富度指数的变化也和门纲的变化一致, 随着处理浓度的增加而显著降低。可见外源添加物质处理后, 根际土壤细菌群落减少, 多样性水平下降。对各处理的根际土壤微生物T-RFs变化与烟株生长变化进行相关性分析表明, 在外源添加物质处理的土壤中存在较多的负相关T-RFs片段, 且这些片段中较多为病原菌; 而正相关的T-RFs片段主要存在于对照土壤中, 其中有较多与土壤营养元素循环相关的微生物。本研究结果显示, 在外源添加植烟土壤提取物质处理下, 烟草的生长受抑制, 烟草根际土壤的微生态受到破坏, 且随浓度的提升而加重。因此, 连作土壤中自毒物质的富集是造成烟草连作障碍的主要原因。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1614-1620.

温度、湿度和覆土对小菜蛾羽化的影响

周福才, 胡其靖, 江解增, 顾爱祥, 任佳, 杨爱民, 邵久之

周福才, 胡其靖, 江解增, 顾爱祥, 任佳, 杨爱民, 邵久之小菜蛾是蔬菜的重要害虫, 其非化学控制技术对蔬菜的安全生产非常重要。为了解农业措施对小菜蛾的控制作用, 在室内进行了低温、高温、淹水、土壤湿度、覆土等条件下小菜蛾蛹的羽化情况研究, 探讨温度、湿度和覆土等逆境环境对小菜蛾蛹的影响。结果表明, 在26~30 ℃的温度范围内, 小菜蛾蛹的羽化率达73%以上, 但34 ℃时羽化率下降到46.67%。小菜蛾蛹经4 ℃的低温处理后转入常温条件下, 蛹的羽化率显著下降, 且低温处理时间越长, 羽化率越低; 但随着转入常温时间的延长, 羽化率可逐渐恢复。土壤含水量对小菜蛾蛹的羽化有显著影响, 土壤含水量为10%和20%时, 羽化率分别为正常含水量(8%)的12.5%和6.2%, 含水量超过30%时, 6 d以内蛹不能羽化。淹水对小菜蛾蛹的羽化也有显著影响, 淹水12 h后移入到正常盆土表面时, 与不淹水对照相比蛹的羽化率下降25.0%; 淹水24 h后羽化率下降50.0%, 并且羽化时间推迟; 而淹水超过36 h时, 小菜蛾蛹不能羽化。覆土对小菜蛾蛹也有明显影响, 覆土1 cm厚小菜蛾蛹的羽化推迟2 d, 覆土1.5 cm以上小菜蛾蛹不能顺利羽化。研究结果显示, 适时灌水或水旱轮作、田间土壤耕翻对蔬菜地小菜蛾蛹有较好的控制效果。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1621-1625.

紫外线(UV-B)辐射对不同色型豌豆蚜生物学特性的影响

杜军利, 武德功, 张廷伟, 钱秀娟, 刘长仲

杜军利, 武德功, 张廷伟, 钱秀娟, 刘长仲为了明确紫外线(UV-B)辐射对红色型和绿色型豌豆蚜生物学特性的影响, 本研究将2种不同色型豌豆蚜的初生若蚜经过40 W UV-B波段紫外线每日照射30 min, 在3种温度梯度(16 ℃、20 ℃、24 ℃)和2种苜蓿品种“甘农3号”和“甘农5号”条件下, 在人工气候箱中单头饲养, 测定各个处理豌豆蚜的发育历期、体质量差和相对日均体质量增长率等生物学参数。结果显示: 在“甘农3号”上, 16 ℃时, 在UV-B辐射对2种色型豌豆蚜的发育历期、体质量差和日均体质量增长率均无显著影响(P>0.05); 在20 ℃时, UV-B辐射下红色型豌豆蚜的发育历期显著延长(P<0.05), 相对日均体质量增长率也显著减少(P<0.05), 体质量差无显著变化(P>0.05); 而在24 ℃时, UV-B辐射下绿色型豌豆蚜的发育历期显著延长(P<0.05), 体质量差和相对日均体质量增长率也显著减少(P<0.05)。在“甘农5号”上, 在16 ℃时, UV-B辐射下红色型豌豆蚜的发育历期显著延长(P<0.05), 体质量差和相对日均体质量增长率也显著减少(P<0.05); 在20 ℃和24 ℃时, UV-B辐射绿色型豌豆蚜的发育历期显著延长(P<0.05), 体质量差和相对日均体质量增长率也显著减少(P<0.05)。由此可知, UV-B辐射对豌豆蚜的影响与温度和苜蓿品种均密切相关。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1626-1630.

温度和初始接种量对南方根结线虫侵染力的影响

张锋, 李英梅, 洪波, 张淑莲, 陈志杰

张锋, 李英梅, 洪波, 张淑莲, 陈志杰在棚室盆栽条件下, 研究了南方根结线虫在不同温度、不同蔬菜寄主及不同初始接种密度下的症状表现。结果表明, 5—9月, 气温在22.17~27.61 ℃之间, 南方根结线虫在黄瓜上最短 3 d出现明显症状; 1—4月和10—12月, 气温在15.38~18.67 ℃之间, 15 d出现明显症状, 显症时间延迟, 发病程度受到抑制。15种感病蔬菜寄主中, 以西瓜、甜瓜、苦瓜、黄瓜、南瓜、西葫芦和小青菜症状表现时间比较短, 10 d以内表现症状; 番茄、豇豆、茄子和甘蓝症状表现时间比较长, 15 d出现症状; 而韭菜和葱30 d仍未出现明显症状。南方根结线虫对6种蔬菜(黄瓜、番茄、茄子、小青菜、辣椒、韭菜)的侵染能力存在显著差异, 黄瓜和番茄的根结百分率、根际二龄幼虫数、雌成虫数和卵块数显著高于茄子、小青菜、辣椒和韭菜。随着二龄幼虫接种密度的增加, 番茄感病症状表现时间缩短, 相应的病情指数也在增加, 在接种量为80头·100g^-1(土)时, 4 d出现明显症状。接种量为160头·100g^-1(土)时超过其饱和数量, 发病率和病情指数增加不明显。? 中国生态农业学报. 2012 20(12): 1631-1635.

海藻酸钠固定化细菌对毒死蜱的降解特性

段海明

段海明毒死蜱的生产和使用日趋广泛, 由其造成的环境污染和危害不容忽视。微生物是影响有机磷农药在环境中降解的最主要因素, 也被认为是降解有机磷农药最可靠而高效的途径。固定化技术是提高微生物降解农药效率的有效方法之一。本研究以海藻酸钠为载体, 采用注射器滴定法将蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)HY-1用海藻酸钠溶胶包埋, 研究了反应时间、固定化菌接入量、pH和毒死蜱初始浓度对毒死蜱降解的影响以及固定化菌的重复使用效果。结果表明: 海藻酸钠固定化菌能够高效降解基础培养基中的毒死蜱, 制备固定化小球海藻酸钠溶胶的最适浓度为2.5%(w/v), 小球的平均粒径为3 mm。在培养时间为60 h时, 固定化菌对100 mg·L^-1毒死蜱的降解率达到最大。固定化小球接入量为160 g·L^-1时, 对100 mg·L^-1毒死蜱的降解率最高。固定化菌对毒死蜱的降解有着较宽泛的pH适应范围, 碱性环境更有利于其对毒死蜱的有效降解。当毒死蜱初始浓度为80 mg·L^-1和100 mg·L^-1时, 固定化菌对毒死蜱的降解率较高, 达90%左右。固定化菌可重复利用降解毒死蜱, 当利用4次后, 固定化小球虽已发生崩解, 但对100 mg·L^-1毒死蜱的降解率仍高达47%。因此, 海藻酸钠固定化蜡状芽孢杆菌对水体中毒死蜱的降解率较高, 环境适应性较强, 固定化菌可在毒死蜱污染的净化去毒方面发挥重要作用。? 中国生态农业学报. 2012 20(12): 1636-1642.

低洼田湿地“植-鱼”种养结合模式对莲藕、菱生长发育及品质的影响

姚祥坦, 沈亚强, 张红梅, 王润屹, 徐素琴, 程旺大

姚祥坦, 沈亚强, 张红梅, 王润屹, 徐素琴, 程旺大本研究通过对“藕鱼”、“菱鱼”共生种养结合模式下莲藕、南湖菱生长发育、品质及食品安全性的比较, 研究了不同种养结合模式下水生蔬菜的生长发育、品质等的差异。结果表明: 低洼田湿地农业“藕鱼”共生种养结合模式莲藕的生长发育、产品商品性较单种藕对照有所提高, “莲藕-鲫鱼、黄颡”、“莲藕-黄颡、泥鳅”和“莲藕-乌鳢” 3种种养模式较单种对照莲藕叶片长增加1.2%~38.2%, 叶片宽增加8.6%~30.9%, 叶柄长增加10.1%~33.2%; 莲藕的产品商品性较单种对照明显提高, 全藕重较单种对照增加19.0%~77.8%, 最大藕节重增加22.0%~77.5%; 营养品质中, 3种模式种养结合后莲藕产品淀粉含量较单种藕对照增加23.3%~34.0%, “莲藕-鲫鱼、黄颡”和“莲藕-黄颡、泥鳅”两种模式中粗蛋白含量分别较单种对照提高5.4%和47.3%, 氨基酸总量分别较对照提高11.3%和48.7%, 但“莲藕乌鳢”模式中, 莲藕产品的粗蛋白含量和氨基酸总量均较单种对照略有降低。“菱鳖”种养结合模式中, 虽然南湖菱的营养品质较鱼塘单种菱对照略有下降, 但南湖菱的生长发育性状和商品性均有提高, “菱乌鳢”种养结合对南湖菱生长发育虽有一定抑制作用, 但产品商品性、营养品质较对照也均有所提升。“植鱼”共生种养结合, 对莲藕和南湖菱的食品安全性指标包括农药残留以及有毒重金属含量等均无明显影响。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1643-1649.

棉花地上部形态模拟模型的建立

陈超, 潘学标, 张立祯, 庞艳梅, 刘琰琰

陈超, 潘学标, 张立祯, 庞艳梅, 刘琰琰为构建基于生理生态过程的棉花虚拟生长模型, 本研究以棉花模型COTGROW为基础, 利用棉花品种"美棉33B"的3年田间密度试验数据, 分析了棉株器官生物量形态的关系, 改进了COTGROW模型中的发育和形态发生模块, 建立了基于生理生态过程的棉花地上部分形态模拟模型, 并利用独立试验数据对模型进行检验。结果表明: 模型对棉花地上部各器官形态特征的模拟值和测定值的吻合度较好, 棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的相关系数分别为0.99、0.99、0.99、0.92、0.95、0.93、0.75、0.71、0.81、0.62、0.98和0.98, 均方根误差分别为3.85 cm、0.64、0.52、0.66、1.00 cm、0.15 cm、1.58 cm、2.39 cm、2.54 cm、0.05 cm、0.13 cm和0.10 cm。本研究建立的棉花地上部形态模拟模型能较准确地模拟棉花地上部分的生长状况, 这将为棉花生长虚拟模型的开发奠定基础。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1650-1656.

基于MODIS NDVI数据的复种指数监测--以环渤海地区为例

梁守真, 马万栋, 施平, 陈劲松

梁守真, 马万栋, 施平, 陈劲松复种指数反映了耕地的实际利用强度, 提高农田复种指数是区域粮食增产的重要途径之一, 因此, 监测和分析复种指数在时间和空间上的变化对粮食安全评估、农业发展规划科学决策有重要意义。NDVI的时间序列蕴涵着植被生长的年循环节律, 耕地NDVI时间序列曲线的峰值个数和耕地的种植收割次数相对应, 因此耕地的复种指数可通过分析NDVI时间序列曲线来获取。本研究以环渤海地区2000-2009年MODIS NDVI时间序列数据为数据源, 采用邻域比较法提取耕地NDVI年时间序列曲线的峰值频数, 进而计算环渤海地区2000-2009年的复种指数, 并对复种指数的时空变化及变化原因进行初步分析。结果显示, 在环渤海地区, 一年两熟的耕种模式主要分布在长城以南, 长城以北基本上为一年1熟; 环渤海地区各省份中, 山东省具有最高的复种指数, 辽宁省的复种指数最低; 平原地区的复种指数远高于其他地形条件下的复种指数; 区域复种指数存在明显的年际变化, 主要是受耕地收益和农作物轮作的影响; 混合像元的存在会影响复种指数提取结果。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1657-1663.

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

于淑会, 刘金铜, 李志祥, 刘慧涛, 谭莉梅

于淑会, 刘金铜, 李志祥, 刘慧涛, 谭莉梅暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律, 从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性, 达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上, 对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1664-1672.

河北省近滨海区暗管排水排盐技术适宜性及潜在效果研究

谭莉梅, 刘金铜, 刘慧涛, 刘宏娟, 于淑会

谭莉梅, 刘金铜, 刘慧涛, 刘宏娟, 于淑会本文在分析河北省近滨海区暗管排水排盐技术适宜条件的基础上, 依据其在该区域实施的约束条件, 运用GIS、RS等信息技术和相关数据, 估算了暗管排水排盐技术适宜的应用面积; 据此结果, 结合实施区盐碱荒地与耕地资源现状, 确定了暗管排水排盐技术实施后区域耕地面积潜在增量; 根据暗管排水排盐技术实施后原有耕地、毛沟平整新增耕地和荒地转化耕地的耕地增产试验数据, 按夏玉米冬小麦、谷子冬小麦和单季棉花3种种植制度分类估算了河北省近滨海区暗管排水排盐技术实施后的耕地增产潜力。结果显示: 河北省近滨海区暗管排水排盐技术实施的适宜面积为3.90×105 hm²; 暗管排水排盐技术实施后, 由毛沟平整和荒地转化而来的耕地面积潜在增量为5.14×104 hm²和1.76×104 hm², 两者之和占原有耕地面积3.21×105 hm²的21.5%; 暗管排水排盐技术实施后, 如按当地目前夏玉米冬小麦、谷子冬小麦和单季棉花3种种植制度的播种面积比例推算, 全部耕地的增产潜力分别为4.82×10⁸ kg、1.29×10⁸ kg和3.67×10⁸ kg。暗管排水排盐技术的实施可使生态系统服务功能得到提升, 本文以河北省海兴县为例计算得出其生态系统服务功能潜在提升值为3.90×10⁹ 元·a^-1, 单位面积的生态系统服务功能潜在增加值为4.06×10⁴元·hm ^-2·a^-1。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1673-1679.

基于暗管埋设的农田生态工程对运东滨海盐碱地的改良原理与实践

韩立朴, 马凤娇, 于淑会, 刘金铜

韩立朴, 马凤娇, 于淑会, 刘金铜我国具有丰富的盐碱地资源, 滨海盐碱地是其重要组成。运东滨海平原盐碱地具有地下水埋深浅, 土壤盐分重, 土壤水盐季节性变化强烈等特点。基于上述特点, 该区域农作物限制因子为盐分胁迫、干旱和涝渍害。针对限制因子总结了各种农田生态工程手段的实施及原理。通过对当地常见作物3种胁迫的敏感时期分析, 结合农田生态工程原理, 在河北省南大港管理区的荒地进行了农田生态工程改良盐碱地实践研究。结果显示, 棉花、玉米的产量可分别达到2.23~3.98 t·hm^-2和4.6~6.7 t·hm^-2, 接近当地耕地的平均水平。小麦玉米一年两熟粮食总产量可达9.6~10.8 t·hm^-2, 小麦谷子一年两熟粮食总产量达到9.1~11.9 t·hm^-2。农田生态工程显著地增加了作物的种植适宜性, 使多种轮作制度成为可能。但是单项的生态工程技术都有一定的局限性, 如咸水结冰灌溉会增加土壤盐分, 暗管工程会降低土壤养分含量和有效性, 因此农田生态工程应系统化和体系化。多种技术手段互补, 最终实现调整盐碱地土壤水分、盐分季节性分配, 使作物避开盐分、水分胁迫敏感期, 使作物生长与土壤水盐季节变化耦合, 完成作物生命周期并形成产量, 最后在周年内达到土壤积盐与排盐平衡。暗管工程必将取代明沟作为盐碱地区排水的基础, 也是各项生态工程的基础。而农田生态工程技术的多样化、系统化和体系化是未来改良盐碱地的发展趋势。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1680-1686.

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

刘浩杰, 刘宏娟, 谭莉梅, 刘金铜

刘浩杰, 刘宏娟, 谭莉梅, 刘金铜农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m, 间距30 m), 2011年6-9月的地下水埋深进行了模拟, 并对不同控制性排水方案(无强制排水, 地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明: DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好, 效率系数为0.67, 相对误差系数为6.15%, 反映出模型良好的模拟性能; 农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生, 即使发生强降水, 也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下, 而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm; 对不同排水方案模拟效果的比较表明, 试验区在夏季控制性排水中, 将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上, DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此, 在未来的研究中, 近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化, 从而为农田排水系统的设计提供理论依据, 为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1687-1692.

河北滨海盐碱区暗管埋设下土壤水盐变化响应研究

刘慧涛, 谭莉梅, 于淑会, 徐丽, 刘金铜

刘慧涛, 谭莉梅, 于淑会, 徐丽, 刘金铜为探索暗管排水排盐技术在河北滨海盐碱地治理的适用性, 考虑排水方式、暗管埋设关键参数(深度与间距)因素水平下, 在河北省南大港农场布置并开展5个处理的田间试验, 分别为1个明沟排水处理(对照, CK)和4个暗管排水处理(T1、T2、T3、T4, 埋深/间距分别为1.0 m/20 m、1.2 m/30 m、1.4 m/40 m、1.6 m/50 m); 对照处理设CK1、CK2两个重复。通过周年试验与观测, 分析了暗管埋设条件下潜水埋深控制、耕层土壤含盐量变化、暗管最优埋设参数、盐分离子组分变化等。结果表明: (1)暗管排水排盐技术能够有效地控制地下水位, 具有增强降水淋洗盐分和降低地下水位抑制返盐的能力, 适合潜水埋深较浅的河北滨海盐碱区应用; (2)与明沟排水对照处理比较, 在降水相对集中的雨季, 暗管排水有更好地缓解涝渍灾害作用, 减少70%的涝渍危害; (3)暗管排水可以显著降低土壤耕层(0~20 cm)含盐量, 平均降低1.1‰, 棉花种植与出苗盐分耐受关键期可平均降低土壤含盐量1.8‰; (4)从地下水埋深的平均下降速率、平均回升速率、暗管铺设经济成本综合考虑, T2处理(即1.2 m埋深, 30 m间距)为河北滨海盐碱区最优铺设方案; (5)各盐分离子随土壤水运动迁移速率存在差异, 其中以Cl 迁移速率最快, Ca2+次之。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1693-1699.

暗管改碱技术试验区不同生境盐生植物资源及其群落特征

王文惠, 刘慧涛, 马凤娇, 韩立朴, 刘鹏, 徐丽, 谭莉梅, 于淑会, 刘金铜

王文惠, 刘慧涛, 马凤娇, 韩立朴, 刘鹏, 徐丽, 谭莉梅, 于淑会, 刘金铜盐生植物群落的空间格局因受土壤盐碱化的影响而呈现一定的地域性差异, 其群落特征及分布对土壤盐碱化程度具有良好的指示作用。研究盐碱地区盐生植物群落特征及其分布规律, 对补充和完善土壤盐碱化程度的检测和评估方法及当地盐碱地的改良和生态环境治理均具有一定的指导意义。本文以河北沧州黄骅市暗管改碱技术试验区为例, 采用五点取样法分别对地下埋设暗管的荒地、夏季休耕地和未埋设暗管的荒地、夏季休耕地4种生境的植被进行调查, 并采用聚类分析方法和Shannon-Wiener指数、Pielou 均匀度指数、Simpson指数等分析4种生境下盐生植物资源及其群落特征。结果表明, 被调查的20个样方内共有植物8科17属19种, 均为草本植物, 划分为5种植物群落类型。地下埋设暗管后, 抗盐能力相对较低的假盐生植物和非盐生植物逐渐替代真盐生植物, 成为荒地和夏季休耕地植物群落的优势种。并且地下埋设暗管的荒地和夏季休耕地物种多样性指数和均匀度指数均高于未埋设暗管的荒地和夏季休耕地。由此可见, 暗管改碱技术的实施能在一定程度上降低土壤盐渍化程度, 有利于保护和提高植物物种多样性, 对盐碱地生态环境质量的改善具有重要意义, 建议对其进行进一步研究及推广应用。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1700-1705.

运东近滨海地区燕麦秸秆盐分积累与改良盐碱地潜力分析

韩立朴, 马凤娇, 刘金铜, 于淑会, 刘慧涛, 谭莉梅

韩立朴, 马凤娇, 刘金铜, 于淑会, 刘慧涛, 谭莉梅为探明燕麦在运东滨海盐碱地区秸秆盐分积累特点以及改良盐碱地的潜力, 选用"坝莜1号"、"白燕2号"和"花早2号"燕麦, 采用单因素随机区组试验, 以品种和土壤含盐量作为因素, 进行了2组田间试验, 测得燕麦的生物量、秸秆离子浓度和积累量及秸秆与土壤离子浓度比值。研究结果显示, "坝莜1号"燕麦开花灌浆至成熟期整株生物量从2.9 t·hm^-2增加至3.8 t·hm^-2, 延迟20 d收获则减少至2.5 t·hm^-2。"白燕2号"在低土壤盐分浓度(1.0 g·kg^-1左右)下的生物量(3.1 t·hm^-2)显著大于中浓度(2.0 g·kg^-1左右, 1.7 t·hm^-2)和高浓度(3.0 g·kg^-1左右, 0.4 t·hm^-2)下的生物量。中等土壤盐分浓度下"坝莜1号"的生物量(3.8 t·hm^-2)显著高于"白燕2号"(3.1 t·hm^-2)和"花早2号"(2.2 t·hm^-2)。"坝莜1号"秸秆中Na⁺、K⁺浓度从开花到成熟均显著增加, 而Mg²⁺、Ca²⁺和Cl 则显著降低。延迟20 d收获, 除Ca²⁺外, 其他离子浓度均显著降低。随着土壤盐分的升高, "白燕2号"秸秆Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Cl 浓度显著升高, 而K+显著下降。3个品种的Na+、K+和Mg²⁺之间存在显著差异, 而Cl 和Ca²⁺浓度无显著差异。燕麦秸秆中Cl 浓度最高, K+和Na⁺基本相当, 均高于Mg²⁺和Ca²⁺。"坝莜1号"秸秆中Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cl 积累量成熟期最高, 延迟收获20 d后积累量均显著降低。"白燕2号"秸秆Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl 积累量随土壤盐分升高显著下降。除Ca²⁺外, Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cl 积累量品种之间差异显著。"坝莜1号"秸秆与土壤离子浓度比值中, Na⁺+K⁺最大(46~63), 其次是Cl (30~46)、Mg²⁺(24~30)和Ca²⁺(3~15); 延迟收获后Na⁺+K⁺和Cl 秸秆与土壤浓度比值显著下降, Mg²⁺比值无显著变化, Ca²⁺比值显著升高。随着土壤盐分升高"白燕2号"秸秆与土壤Na⁺+K⁺和Cl 浓度比值显著下降, Ca²⁺无显著变化。秸秆与土壤离子浓度比值在品种之间存在显著差异。燕麦理论上具有改良盐碱地的潜力, 但收获时间和土壤盐分均会显著地影响燕麦生物量、离子浓度和积累量, 从而影响燕麦改良盐碱地的效果。中国生态农业学报. 2012 20(12): 1706-1712.