中国生态农业学报

粮食安全应成为中国农业现代化发展的终极目标

张正斌, 徐萍, 段子渊

张正斌, 徐萍, 段子渊中国是人口大国和农业大国, 农业现代化是国家现代化目标之一, 粮食安全应成为中国农业现代化发展的终极目标。从我国现代化发展过程来看, 不同历史阶段的粮食安全问题决定了农业现代化在国家发展战略的重要性排序。20世纪50年代, 人口较少, 粮食保障不是很大的问题, 农业现代化在四个现代化中排第二位; 到了60年代, 随着三年自然灾害对粮食安全的严重影响, 农业现代化成为四个现代化的首位。21世纪初期, 粮食完全自给还略有盈余, 农业现代化在党的十七大报告提出的五化目标中没有得到体现; 但到2012年, 随着人口快速增加, 我国粮食进口量明显增加, 党的十八大报告又把农业现代化放到了四个现代化中的第四位；随着我国粮食进口的持续增加, 2014年粮食安全被提升至国家一号战略。我国人口基数大, 农业现代化基础薄弱, 随着中国人口、资源环境和粮食安全矛盾的日益突出, 保障中国粮食安全是一个永恒的课题。因此, 中国农业现代化是一个长期的任务, 当前和未来中国农业现代化的重要任务应该是继续加大农业机械化、高水效农业现代化和生物技术型农业现代化的发展, 以保障中国现代农业的可持续发展, 实现中国粮食安全的终极目标。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1215-1219.

分室磷添加下菌根对滇池流域红壤间作玉米生长及磷素利用的影响

付先恒, 年夫照, 谷林静, 夏运生, 张丽, 徐刚, 刘大会

付先恒, 年夫照, 谷林静, 夏运生, 张丽, 徐刚, 刘大会随着全球范围内磷矿资源短缺问题的日益严重, 间作或菌根技术强化作物对土壤磷(P)的利用及增产增收的效应受到越来越多的关注。通过三室隔网盆栽模拟试验研究了分室磷处理[不添加磷(P0)、添加有机磷(OP50)、添加无机磷(IOP50)]和根室不接种(NM)、根室接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae (GM)对与大豆间作的玉米的生长及磷素利用的影响。研究结果表明: 所有复合处理中, 以间作GMIOP50组合处理下的玉米根系最短和地上部生物量最高; OP50处理下, 间作玉米的菌根侵染率显著高于单作处理。间作条件下, 无论分室磷添加与否, 接种GM处理的玉米地上部生物量明显高于NM处理; 接种GM处理的玉米根系生物量和株高均显著高于NM处理, 且根系生物量以间作GMOP50组合处理下最高。接种GM条件下, P0、IOP50、OP50处理下的间作植株生物量较单作处理分别提高45.98%、111.33%、33.56%。单作条件下, 无论分室磷添加与否, 接种GM处理的玉米地上部磷含量均显著高于NM处理; 无论何种种植模式及分室磷添加与否, 接种GM处理的植物根系磷含量均显著高于NM处理。无论磷添加与否, 间作GM组合条件下的玉米地上部磷吸收量均显著较高, 其中IOP50处理下的地上部磷吸收量显著高于OP50处理。间作GM组合条件下, IOP50处理玉米根系的磷吸收效率均显著高于OP50处理。可见, 接种GM、分室磷添加和间作各自在一定程度上促进了玉米的生长。综合菌根侵染、生物量及磷含量与吸收量、磷吸收效率等指标, 所有复合处理中以间作GMIOP50组合对玉米地上部的促生作用最好, 玉米磷素吸收最多, 可望有效强化滇池流域红壤坡耕地磷素的利用。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1220-1227.

不同稳定性有机物料对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响

赵占辉, 张丛志, 蔡太义, 刘昌华, 张佳宝

赵占辉, 张丛志, 蔡太义, 刘昌华, 张佳宝针对黄淮海平原广泛分布的砂姜黑土结构性差、有机质含量偏低的特征, 通过中国科学院封丘农田生态系统国家试验站2年砂姜黑土不同外源有机物料施用处理盆栽试验[共设8个处理, 分别为空白(CK)、施秸秆(S)、施有机肥(M)、施1/2秸秆+1/2有机肥(SM)、施生物炭(C)、施1/2生物炭+1/2秸秆(CS)、施1/2生物炭+1/2有机肥(CM)和施1/3生物炭+1/3有机肥+1/3秸秆(CSM)], 研究了等C、N输入下不同稳定性有机物料(生物炭、秸秆、有机肥)对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响。结果表明, 与CK处理相比, 施用外源有机物料能显著降低土壤容重19.60%~32.23%, 增加饱和含水量7.91%~28.99%、田间持水量10.47%~30.76%, 提高耕层土壤总孔隙度10.36%~28.21%, 提升全量有机质11.00%~37.00%; 并对活性有机质组分(低活性有机质、中活性有机质、高活性有机质)产生显著影响, 其中高活性有机质增加幅度高达39.22%~83.83%。从有机物料的配比效果来看, CSM处理土壤容重最低, 为1.28 gcm^-1, C、S处理土壤容重分别为1.30 gcm^-1、1.36 gcm^-1。CSM处理土壤总孔隙度最大, 为58.53%; S、CS、SM处理次之, 分别为55.62%、56.90%、54.38%; C、M处理最小, 分别为53.18%、50.38%。CS、CM、CSM处理土壤总有机质含量较高, 分别为30.76 gkg^-1、32.99 gkg^-1、31.45 gkg^-1; C、S处理相对较低, 分别为25.36 gkg^-1、26.16 gkg^-1。CS、SM、CSM处理玉米产量最高, 分别为463.67 g盆^-1、376.31 g盆^-1、471.77 g盆^-1, 且差异性显著。可见不同稳定性有机物料施入能够改善土壤理化性质, 提高玉米产量, 生物炭配合秸秆、有机肥还田处理改良土壤及增产效果最佳。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1228-1235.

水氮管理及品种对冬小麦光能利用率的影响

崔晓朋, 张喜英, 孙宏勇, 刘秀位, 邵立威, 郭家选

崔晓朋, 张喜英, 孙宏勇, 刘秀位, 邵立威, 郭家选提高光能利用率(RUE)是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程, 进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率, 于2012—2013年, 在中国科学院栾城农业生态系统试验站, 进行了3个冬小麦品种(‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’)在3个氮水平[135 kg(N)·hm^-2, 180 kg(N)·hm^-2, 225 kg(N)·hm^-2]和3个灌溉水平(70 mm, 140 mm, 210 mm)下的大田试验, 对关键生育期光合有效辐射截获、生物量和叶面积等参数进行了测定和分析。结果表明: 不同冬小麦品种的光能利用率存在显著差异(P<0.05), ‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’的光能利用率分别为2.10 gMJ^-1、2.05 gMJ^-1和1.93 gMJ^-1。不同水氮处理对冬小麦光能利用率有一定的影响, 其值为1.80~2.20 gMJ^-1; 水氮因素对冬小麦光能利用率的影响不同, 随着施氮水平的增加, 光能利用率增加, 适度的水分亏缺会产生较高的光能利用率。光能利用率增加与生物量形成呈正相关, 但当生物量增加到一定程度后冬小麦产量并不随生物量的增加而增加, 这与干物质量转移率随着生物量增加而降低有关。结果还显示: 从拔节期到灌浆期冬小麦的光能利用率与气温存在明显的曲线关系, 其在水氮条件下表现不一致。综合上述分析结果, 需要适宜水氮供应才能获得适度干物质积累, 提高光能利用率和有效干物质运转, 最终提升冬小麦产量。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1236-1243.

磷对水培生菜生长及矿质元素动态吸收的影响

苏苑君, 胡笑涛, 王文娥, 王瑞, 张栋, 乔源

苏苑君, 胡笑涛, 王文娥, 王瑞, 张栋, 乔源磷是植物所需大量元素之一, 对植物的生长有重要影响。传统的土培条件下磷肥难以移动, 导致施磷量和植物可利用磷量差别较大; 而水培条件下磷肥均匀存在于营养液中, 不仅有利于植物吸收利用, 也为定量精确地研究磷对植物的影响提供了便利。为探明磷素对生菜生长、品质以及矿质元素吸收的影响, 试验设置5个磷水平(NaH₂PO₄), 分别为0.2 mmol·L^-1、0.4 mmol·L^-1、0.6 mmol·L^-1、0.8 mmol·L^-1、1.0 mmol·L^-1, 对不同磷水平下生菜生长、产量、品质及营养液矿质元素动态吸收量进行分析。结果表明当磷水平为0.4 mmol·L^-1时生菜的综合品质最好; 当磷水平为0.6 mmol·L^-1时, 生菜产量最大, 且全生育期对氮、磷、钾、钙、镁的吸收总量达到最大, 为691.26 mg·株^-1, 对氮、磷、钾、钙、镁的吸收比例为1∶0.20∶1.34∶0.80∶0.24。不同磷素水平下, 生菜对氮吸收量差异不大; 随磷素水平的提高, 生菜对磷的吸收量不断增大, 即对磷有奢侈吸收的趋势; 对氮和磷的吸收主要集中在定植后的第20~30 d, 此阶段平均吸收量分别占全生育期总吸收量的79.86%和59.25%; 对钾的吸收量随时间呈不断地加大趋势, 在收获前10 d达到最大值, 此阶段平均吸收量占全生育期总吸收量的47.68%; 对钙、镁的吸收在整个生育期变化不明显, 定植后10~30 d对钙的吸收量较大; 收获前30 d对镁的吸收量较大。全生育期内, 生菜对钾的吸收比例最大, 其次是氮、钙; 高磷条件下磷的吸收比例大于镁, 低磷条件下对镁的需求比例高于磷; 生菜对磷的利用效率随磷水平的增加不断减小, 较低磷素水平有利于提高矿质元素的利用效率。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1244-1252.

‘小偃60’在不同水氮条件下的用水特性

陈骎骎, 张明明, 董宝娣, 刘孟雨, 郑鑫, 赵欢

陈骎骎, 张明明, 董宝娣, 刘孟雨, 郑鑫, 赵欢以过筛土壤为培养基础, 以圆形桶为容器, 设置了3个水分梯度(W0、W1、W2, 分别为田间持水量的50%、65%、80%)、4个氮素梯度(N0、N1、N2、N3, 施氮量分别为每桶0 g·kg^-1、0.10 g·kg^-1、0.20 g·kg^-1、0.29 g·kg^-1), 探究冬小麦新品系‘小偃60’干物质积累与分配、水分利用效率、光合参数的变化规律, 为其推广及高产高效栽培提供依据。结果表明, 水、氮均对冬小麦生物量及产量、叶片叶绿素含量、叶水势、叶片净光合速率等有显著影响, 且水对籽粒产量的主效应大于氮肥。水分和氮肥适宜处理(W2N2)比水分和氮肥轻度亏缺处理(W1N1)增产66.03%, W1N1比水分和氮肥严重亏缺(W0N0)增产153.30%。在相同水分处理下, 冬小麦叶绿素SPAD值随着施氮量的升高而升高, 而在相同施氮量条件下, 水分严重亏缺处理(W0)和水分适宜处理(W2)的冬小麦叶绿素SPAD值均低于水分轻度亏缺处理(W1)。水分对叶片水势为正效应, 表现为随着土壤含水量的增加显著升高到不明显升高趋势。光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、瞬时水分利用效率(WUE_i)均随着施氮量的增加而升高, P_n、T_r随土壤水分提高而上升, WUE_i却随土壤水分提高而下降。在低氮(N1)或者不施氮肥(N0)条件下, 产量水分利用效率(WUE_y)随水分的增加表现先升高而后变化不明显的变化趋势; 在适宜氮肥(N2)和高氮(N3)条件下, WUE_y随着水分的增加而升高。通过对试验结果的分析得出如下结论: ①合理的水氮管理使‘小偃60’的籽粒产量及水分利用效率(WUE)维持在较高水平, 过多水肥均引起产量及WUE下降; ②不同水氮下籽粒产量、水分利用效率均与叶片净光合速率显著正相关; ③‘小偃60’在河北环渤海地区更适合在低水中肥条件下种植。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1253-1259.

极端高温对冬小麦冠层碳同化的影响

姜雨萌, 赵风华, 刘金秋, 任传友

姜雨萌, 赵风华, 刘金秋, 任传友以涡度相关通量观测系统对山东禹城冬小麦农田碳通量进行11年(2003—2013年)连续观测, 定义该11年内灌浆期日最高气温(T_{a_max})的第95百分位数(30.58 ℃)为极端高温(EH)阈值。选择2004年和2012年中两个典型EH日和非极端高温(non-EH)日, 对比分析EH对净生态系统生产力(NEP, 白天)的影响特征与机理。结果表明: 2004年EH日T_{a_max}比non-EH日高3.10 ℃, 白天NEP总量低3.25 mg(CO₂)m^-2s^-1, 降低比率19.77%; 2012年EH日T_{a_max}比non-EH日高3.17 ℃, 白天NEP总量低6.04 mg(CO₂)m^-2s^-1, 降低比率19.17%。两年中, EH日与non-EH日的光合有效辐射(PAR)与NEP均呈显著二次曲线关系, 但在PAR>1 000 μmolm2s1时段(该时段NEP总量占白天NEP总量的52.31%以上)则没有显著相关关系。随着PAR的增强, EH日和non-EH日的NEP差距有扩大趋势; 在PAR>1 000 μmolm-2s^-1时段, 两者差异显著。无论全天还是仅PAR>1 000 μmolm-2s^-1时段, 空气相对湿度(RH)与NEP均没有显著相关关系。在4个观测日中, 0~20 cm土壤含水量(SWC)均为田间持水量的80%左右, 在冬小麦灌浆期适宜的土壤含水量范围内, 对冠层碳同化无抑制作用。从全天看, EH日和non-EH日的气温(T_a)与NEP相关性均不显著, 但在PAR>1 000 μmolm-2s^-1时段, Ta与NEP则有显著负相关关系, Ta上升1 ℃, NEP降低7.28%~9.53%(2004年)和6.94%~10.42%(2012年)。因此华北平原冬小麦灌浆期极端高温(30.58 ℃)对冠层碳同化有显著抑制作用, 在EH日, Ta对NEP抑制的贡献率为59%~83%, Ta升高1 ℃, 白天NEP总量降低6.05%~6.37%。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1260-1267.

不同调制方法对烟草烟碱转化及TSNA的影响

李宗平, 覃光炯, 陈茂胜, 张俊杰, 彭灏, 吴哲宽, 杨丽萍

李宗平, 覃光炯, 陈茂胜, 张俊杰, 彭灏, 吴哲宽, 杨丽萍为进一步明确调制方式对不同品种(系)烟草烟碱转化和特有亚硝胺(TSNA)的影响, 采用裂区试验设计, 以白肋烟[B37LC(低烟碱转化)品系、B37HC(高烟碱转化)品系]、马里兰烟[Md609LC(低烟碱转化)品系、Md609HC(高烟碱转化)品系]、烤烟(‘云烟87’、‘K326’)和晒烟(‘深色公会晒黄烟’、‘浅色公会晒黄烟’)等4种烟草类型的8份材料为主处理, 烤制、晾制和晒制3种调制方法为副处理, 进行了生物碱和4种TSNA含量检测与研究。结果表明: 品种(系)是影响生物碱含量、烟碱转化率和4种TSNA含量的主要因素, N?亚硝基降烟碱(NNN)是4种烟草类型的主要TNSA, 所占比例在54.35%~97.36%。不同烟草类型中以白肋烟、马里兰的HC品系与LC品系间差异最大, 其中LC品系的NNN含量比HC品系下降90.93%和91.54%。3种调制方法中, 烟碱含量为烤制>晒制>晾制, 降烟碱及烟碱转化率则为晾制>晒制>烤制; 除N-亚硝基假木贼碱(NAB)含量烤制显著高于晾制外, NNN、4-(N-甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N-亚硝基新烟碱(NAT)及TSNA总量均为晾制>晒制>烤制, 差异达显著或极显著水平; 调制方法对白肋烟、马里兰烟的HC品系影响最大, 对LC品系影响最小。综合认为: 在烟叶特别是白肋烟、马里兰烟生产上积极推广烟碱转化率低的品种, 同时努力改善调制条件、改进调制工艺是降低烟叶TSNA含量、提高烟叶安全性的关键措施。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1268-1276.

河北38°N生态样带土壤有机碳特征

张楠楠, 张万军, 曹建生, 刘秀萍

张楠楠, 张万军, 曹建生, 刘秀萍为阐明河北38°N生态样带土壤有机碳的空间分布特征, 2011年9—10月, 根据河北38°N带低山丘陵地区、山前平原地区和滨海低平原地区不同土地利用方式选取代表性样点, 分层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~100 cm)采集土壤样品, 测定土壤有机碳含量。结果表明, 河北38°N生态样带, 低山丘陵地区土壤有机碳密度显著高于山前平原地区和滨海低平原地区, 0~40 cm土层土壤有机碳密度分别为9.03 kgm^-2、4.26 kgm^-2和3.51 kgm^-2。低山丘陵地区与山前平原地区和滨海低平原地区土壤有机碳差异的部分原因是低山丘陵区灌丛土壤有机碳含量较高, 明显提升了该地区的土壤有机碳水平。另外, 低山丘陵地区林地和农田0~40 cm土层土壤有机碳含量也高于山前平原地区和滨海低平原地区; 林地0~40 cm土层土壤有机碳含量在低山丘陵地区、山前平原地区和滨海低平原地区分别为19.45 gkg^-1、7.89 gkg^-1和7.55 gkg^-1, 农田土壤有机碳含量在3个地区分别为7.70 gkg^-1、7.09 gkg^-1和6.00 gkg^-1。在整个生态样带上, 土壤有机碳含量基本随土壤深度增加而不断减少, 但各个地区不同土地利用方式减少的程度不同。低山丘陵地区0~40 cm土层内土壤有机碳含量变幅最大, 其次为山前平原地区, 滨海低平原地区变幅最小。低山丘陵地区灌丛土壤有机碳含量变化幅度最大, 其次为林地, 农田最小; 山前平原地区土壤有机碳含量变化幅度农田略大于林地; 滨海低平原地区土壤有机碳含量变化幅度林地最大, 其次是荒地, 农田最小。鉴于上述情况, 从固碳和经济的双重角度考虑, 提出以下建议: 低山丘陵区大力发展林业产品和旅游业; 山前平原区集中粮食生产, 保证国家粮食安全; 滨海地平原区加大土壤盐渍化改良, 推广棉花种植。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1277-1284.

基于全排列多边形图示指标法的土壤肥力质量评价

张建勇, 肖武, 王铮, 台晓丽, 王鹏飞, 蒋舒, 王婷婷

张建勇, 肖武, 王铮, 台晓丽, 王鹏飞, 蒋舒, 王婷婷土壤对于植物生长和土地生产力极其重要, 了解和掌握土壤肥力质量有助于认识土壤环境状况, 并有效和合理地利用土地。当前, 土壤肥力质量评价有许多种方法。本研究将全排列多边形图示指标方法引入土壤肥力质量评价, 并以吉林省黑土为例, 从土壤养分、结构和环境3方面建立评价指标体系和分级标准, 将具有代表性的13个野外定点采样的测试数据进行评价, 同时与可拓评价法、改进的人工神经网络法的评价结果进行对比分析, 验证了本方法的可行性。结果表明: 研究区内选取的13个样点, 肥力质量均为Ⅲ类级别, 肥力质量中等; 针对不同样点所存在的限制因素, 可提出土壤改良与改善的对策, G3、G7和G8样点的土壤需要增施磷肥, G4、G10和G14样点的土壤应注意耕作制度和改良土壤结构。与其他评价方法比较发现, 全排列多边形图示指标法用于土壤肥力质量评价是可行的, 评价结果一致性高, 仅在3个或1个样点的评价结果不一致。全排列多边形图示指标法简便易懂, 方便编程实现参评因子量化处理, 避免主观随意性。此方法是土壤肥力质量评价的新方法, 可为其他地区或土壤类型的土壤肥力质量评价提供一定的参考价值。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1285-1292.

种植方式对玉米不同生长期土壤微生物群落功能多样性的影响

王文鹏, 毛如志, 陈建斌, 朱书生, 汤东生, 朱有勇, 何霞红

王文鹏, 毛如志, 陈建斌, 朱书生, 汤东生, 朱有勇, 何霞红为探讨玉米不同种植方式下土壤微生物群落功能多样性的差异, 进行田间定点试验, 采用Biolog方法分别研究了4行轮作、4行连作、8行轮作和8行连作的种植方式对玉米种植前、拔节期、抽穗期和收获期土壤微生物功能多样性的影响。结果表明: 4种种植方式的土壤微生物均在种植前代谢活性最弱、功能多样性最低, 在玉米抽穗期土壤微生物代谢活性最强, 功能多样性最高。在种植玉米前, 轮作的土壤微生物代谢活性和功能多样性高于连作, 8行轮作和4行轮作土壤微生物的物种多样性指数分别比相应的连作高22.93%和11.42%; 4行轮作的土壤微生物物种多样性指数比8行轮作低3.17%, 而4行连作比8行连作高6.83%。在玉米拔节期、抽穗期及收获期连作土壤微生物功能多样性略高于轮作, 且有4行连作大于8行连作的趋势, 但差异均未达显著水平。种植前, 4种种植模式的土壤微生物对6大类碳源的利用程度整体上都较低, 降解碳水化合物类、羧酸类和聚合物类碳源的微生物是种植方式影响的主要土壤微生物类群; 随着玉米的生长, 土壤微生物对6大类碳源的利用都逐渐增强, 玉米拔节期、抽穗期和收获期之间土壤微生物特征碳源没有较大差异, 4种种植方式的土壤微生物对聚合物类碳源利用程度差异都不显著。PLS-EDA分析结果表明种植方式对土壤微生物产生较大影响, 种植前8行轮作和4行连作的土壤微生物碳源利用模式具有相似性; 种植玉米后4种种植方式的土壤微生物对碳源的利用模式存在较大差异, 其中4行连作的土壤微生物在玉米拔节期和收获期对碳源的利用模式与其他3种种植方式差异最大。试验说明作物长期连作栽培会影响土壤微生物群落功能, 降低土壤微生物物种多样性, 引起土壤微生物群落结构与功能的失调。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1293-1301.

施肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响

王伏伟, 王晓波, 李金才, 叶爱华, 王妍, 车威, 朱林

王伏伟, 王晓波, 李金才, 叶爱华, 王妍, 车威, 朱林利用Illumina平台Miseq高通量测序技术对小麦分蘖期砂姜黑土耕层土壤细菌进行高通量测序, 结合相关生物信息学分析, 探讨了不施化肥秸秆不还田(CK)、施化肥秸秆不还田(F)以及不施化肥秸秆还田(W)3种处理土壤细菌群落组成、多样性和结构的变化。结果显示, 测序共获得14 873个OTUs, 计173 323条读数, 平均读长439 bp。砂姜黑土细菌优势门(相对丰度>10%)为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes); 优势纲(相对丰度>10%)为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、鞘脂杆菌纲 (Sphingobacteriia)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria); 优势属(相对丰度>1%)共47个, 3个处理中均有分布的优势属21个, F处理的细菌优势属的种类最多, 为39个。相对丰度最大的门、纲和属分别是变形菌门(38.7%~43.1%)、α-变形菌纲(14.5%~18.1%)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas) (4.6%~7.7%)。F处理细菌丰富度指数(Chao1指数和ACE指数)显著低于CK及W处理, W处理和CK处理土壤细菌丰富度指数无显著差异, 与CK处理相比, F处理ACE指数降低22.8%。W处理土壤细菌Shannon多样性指数显著大于CK及F处理, W处理Shannon指数较CK处理提高4.1%, 而F处理土壤细菌Shannon指数与CK处理无显著差异。F处理Simpson指数显著高于CK及W处理; F处理Simpson指数较CK处理提高38.1%, 而W处理细菌Simpson指数最小, 显著低于CK处理, 较CK降低23.8%。分层聚类图显示在属的水平上, W处理和CK处理土壤细菌群落结构相似性较高, F处理与CK处理及W处理细菌群落结构差异较大。施化肥对土壤细菌优势类群组成、相对丰度及群落结构的影响大于秸秆还田, 施化肥显著降低了土壤细菌丰富度, 秸秆还田显著提高了土壤细菌的多样性。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1302-1311.

磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响

唐宏亮, 郭秋换, 张春潮, 段霄霄

唐宏亮, 郭秋换, 张春潮, 段霄霄磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量, 调节土壤微生物的群落结构和多样性, 但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验, 设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)kg^-1和高磷200 mg(P)kg^-1], 以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象, 采用Biolog微平板法, 分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化, 揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明: 随着培养时间的延长, 土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势, 直至碳源消耗殆尽; 高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development, AWCD), 提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用, 但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用; 在培养前72 h内, 高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数, 但培养72 h后, 磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明, 提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用, 高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之, 糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源, 短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用, 在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1312-1319.

基于CERES-Wheat模型的沧州地区冬小麦需水量分析

周丽丽, 梁效贵, 高震, 廖树华, 周顺利

周丽丽, 梁效贵, 高震, 廖树华, 周顺利作物生长模拟模型的应用为农田水资源分析和水分管理措施的优化提供了新的方法手段。本研究以CERES-Wheat模型为基础, 通过情景分析的方法, 分析了华北平原沧州地区冬小麦1981—2014年产量、大田蒸散量(ET)、作物蒸腾(EP)、土壤蒸发(ES)、水分生产率(WP)的年际变化特征, 并建立了ET与WP定量化关系模型, 利用该模型计算出了WP达到最大值的经济蒸散量为435 mm; 利用ET多年平均值与多年平均降雨量差值计算出了T0(不灌溉)、T1(拔节期灌水75 mm)、T2(拔节期、扬花期各灌水75 mm)、T3(起身期、孕穗期和扬花期各灌水75 mm)4个水分处理不同产量目标下冬小麦多年平均的需水量分别为189 mm、264 mm、298 mm和319 mm, 对应的平均产量分别为4 144 kghm^-2、7 293 kghm^-2、7 301 kghm^-2和8 245 kghm^-2; 采取地膜覆盖等栽培管理措施扣除土壤蒸发, T0、T1、T2、T3水分处理可分别节水80 mm、71 mm、71 mm和70 mm。在此情况下, 利用EP多年平均值与多年平均降雨量之间的差值计算出不同水分处理下冬小麦多年平均的需水量分别为109 mm(T0)、193 mm(T1)、227 mm(T2)和249 mm(T3)。以上研究结果可为沧州地区冬小麦水分定量化管理措施的制定提供参考。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1320-1328.

近50年气候变化对青藏高原青稞气候生产潜力的影响

赵雪雁, 王伟军, 万文玉, 李花

赵雪雁, 王伟军, 万文玉, 李花基于青藏高原及周边106个气象站近50年的平均气温、降水量及日照时数等气象观测数据, 分析了青藏高原区1965年以来的气候变化趋势以及青稞生长季及关键生长期的气候变化趋势, 并采用线性倾向估计方法、Thornthwaite Memorial模型、ArcGIS和SPSS技术分析了青藏高原青稞的气候生产潜力及其时空变化特征, 探讨了青藏高原近50年气候变化对青稞发育过程和产量的影响机理及各气象要素对青稞气候生产潜力的影响。结果发现: 1)近50年来, 青藏高原区气温和降水均呈上升趋势(0.53 ℃10a1、7.8 mm10a^-1), 且气温上升较显著, 降水增加较缓, 而日照时数呈波动下降趋势(16.9 h10a1); 2)青藏高原青稞生长季气温、降水均呈上升趋势(0.4 ℃10a^-1、7.2 mm10a^-1), 但日照时数呈下降趋势(15 h10a^-1), 其中高原北部地区增温幅度较大, 而中部地区降水增加显著, 高原东北部日照时数下降较为明显; 3)青藏高原青稞气候生产潜力总体呈上升趋势(136.7 kghm^-210a^-1), 其中高原中部增加较显著, 高原东南部边缘、青海柴达木北部、西藏西北部呈下降趋势; 4)降水、气温均与青稞气候生产潜力呈显著正相关, 但日照时数与其呈负相关, 其中, 降水是影响青稞生长季和关键生长期气候生产潜力最为关键的因素, 气温影响次之。基于此, 就如何利用青藏高原青稞气候生产潜力的变化特点, 为提高该区青稞的实际产量提出了一系列建议措施。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1329-1338.

HIMS模型蒸散发模块的改进及在海河流域的应用

刘丽芳, 刘昌明, 王中根, 白鹏

刘丽芳, 刘昌明, 王中根, 白鹏利用流域分布式水文模型精确模拟计算和分析流域内不同植被类型实际蒸散发量及其时空分布特征, 是当前流域蒸散发研究的一个前沿与难点问题。本文基于点尺度蒸散发观测试验与机理研究, 对HIMS(Hydro-Informatic Modelling System)日过程模型蒸散发模块进行改进, 考虑流域内植被空间分布和生长变化特性及灌溉措施的影响, 利用分类汇总和分段单值作物系数法计算流域实际蒸散发, 并在海河流域进行验证分析。研究结果表明: 流域实际蒸散发模拟值与水量平衡法计算值相差3.4%, 与原HIMS模型相比, 蒸散发模拟精度提高9.2%; 改进的模型对原有模型的模拟内容有所扩展, 能够模拟林地蒸散发、草地蒸散发、冬小麦夏玉米农田总蒸散发、作物有效蒸腾和土壤无效蒸发。改进后的HIMS模型能够快速模拟分析流域内不同植被类型实际蒸散发量及其时空分布特性, 可为海河流域蒸散发管理提供技术支撑。中国生态农业学报. 2015 23(10): 1339-1347.