中国生态农业学报

耕地生态安全评价研究展望

吴大放, 刘艳艳, 刘毅华, 姚漪颖, 梁达维

吴大放, 刘艳艳, 刘毅华, 姚漪颖, 梁达维本文采用文献资料法和对比法从耕地生态安全研究阶段、概念、特征、驱动因素、评价尺度、评价方法与技术、评价指标体系、模拟预测、保护措施等方面对国内外耕地生态安全评价的主要研究成果进行系统的总结、对比和分析。研究表明: 耕地生态安全研究经历了区域生态安全格局构建的初始研究阶段、生态环境评价研究的发展研究阶段、耕地生态安全评价研究的崭新阶段, 并逐渐成为研究的难点与热点; 耕地生态安全概念初步建立, 耕地生态安全评价刚刚起步, 中尺度综合研究与科学合理的评价指标体系相对缺乏, 现有研究多侧重于现状分析, 缺乏动态变化和模拟研究, 难以从整体上把握区域耕地生态安全时空演变规律与机理。因此, 今后开展耕地生态安全评价与模拟研究十分迫切, 对于完善耕地资源安全研究具有重要的理论意义, 可为控制未来耕地规模减少以及保护耕地生态环境, 编制土地利用总体规划提供科学依据。中国生态农业学报. 2015 23(3): 257-267.

稻-鱼系统的发展与未来思考

胡亮亮, 唐建军, 张剑, 任伟征, 郭梁, MatthiasHalwart, 李可心, 朱泽闻, 钱银龙, 吴敏芳, 陈欣

胡亮亮, 唐建军, 张剑, 任伟征, 郭梁, MatthiasHalwart, 李可心, 朱泽闻, 钱银龙, 吴敏芳, 陈欣耕地和淡水是保证全球食物可持续供应所必不可少的资源, 如何有效利用有限的水土资源、在保障食物供给的同时降低农业生产过程对资源环境的负面影响, 是当今世界农业面临的重大挑战。稻-鱼系统(本文的"鱼"是水产生物的统称)是通过有效利用水土资源同时产出稻谷和水产品的重要农业方式, 对保障区域食物供给和保护当地资源和环境有重要作用。近几十年来全球稻-鱼系统迅速发展，至目前全球六大洲的稻作区共28个国家都有了稻-鱼系统的分布；在中国稻-鱼系统也正由原来传统、规模小、养殖单一的模式逐渐发展为规模化、专业化、机械化和养殖多样化的模式。大量研究表明，稻-鱼系统可实现水稻产量稳定和获得水产品，稻-鱼系统同时具有化肥农药减量和农业面源污染降低等效应; 稻-鱼系统也有助于解决水产单一养殖而产生的面源污染。虽然全球1.63亿hm²稻田面积90%以上具有发展稻-鱼系统的潜力, 但目前稻-鱼系统的比例仍很低, 我国稻-鱼系统面积也仅占稻田面积的4.48%。因此，保障稳产高效可持续的稻-鱼系统发展，需要对不同稻作区发展稻-鱼系统的生态经济可行性和适应性进行评估，同时必须建立新的技术体系(田间设施、种养结合技术、农业机械等)，并适当扩大规模和创建品牌以增加农民收益。中国生态农业学报. 2015 23(3): 268-275.

不同耕作措施下旱作农田土壤团聚体中有机碳和全氮分布特征

武均, 蔡立群, 齐鹏, 张仁陟, YeboahStephen, 岳丹, 高小龙

武均, 蔡立群, 齐鹏, 张仁陟, YeboahStephen, 岳丹, 高小龙以连续进行12年的保护性耕作长期定位试验为研究对象, 探索了传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕不覆盖(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种耕作措施对陇中黄土高原旱作农田豌豆小麦双序列轮作系统的土壤团聚体中有机碳和全氮分布特征的影响。结果表明: 各处理均以≥0.25 mm团聚体为优势团聚体, 且≥0.25 mm团聚体含量随土层深度增加而增加, 而其他粒径团聚体含量随土层深度的变化并无明显规律。较之T处理, TS、NT、NTS处理均可提升≥0.25 mm团聚体含量和平均重量直径, NTS处理提升效果最明显。TS、NT、NTS 处理土壤有机碳和全氮含量均高于T处理, 其中TS、NTS处理显著高于T处理, NTS处理高于TS处理; 各处理土壤有机碳和全氮含量均随土层增加而减小。较之T处理, NT、TS、NTS处理可不同程度提高各粒径团聚体中有机碳和全氮含量, NTS处理的含量最高; 各粒径团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小; 同时, 团聚体中有机碳和全氮含量随粒径减小而增加。2~5 mm和0.25~2 mm和≥5 mm团聚体含量与相应粒径团聚体有机碳含量呈极显著正相关、极显著正相关和极显著负相关; 0.25~2 mm和≥5 mm团聚体含量与相应级别团聚体全氮含量分别呈极显著正相关和显著负相关。T处理不同粒径团聚体有机碳和全氮贡献率按其大小排序均为(<0.25 mm)>(≥5 mm)>(0.25~2 mm)>(2~5 mm), 其他3种耕作措施各粒径团聚体有机碳和全氮贡献率在各土层中的排序各有不同, 并无明显规律。中国生态农业学报. 2015 23(3): 276-284.

深松一体化播种对夏玉米农田土壤水热特征及微生物动态的影响

尹宝重, 甄文超, 马燕会

尹宝重, 甄文超, 马燕会为明确深松一体化播种下海河低平原区夏玉米农田土壤水热特性和微生物动态变化, 于2012-2013年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站, 以玉米品种'郑单958'为试验材料, 设置夏玉米深松一体化播种和免耕播种两个处理, 从玉米出苗开始, 根据生育进程定期测定农田土壤水热特性和微生物状况。结果表明, 深松一体化播种处理可提高土壤温度, 并扩大温度日较差, 玉米全生育期深松一体化播种处理比免耕播种处理土壤温度平均提高1.5%。免耕播种处理有利于表层土壤水分储蓄, 而深松一体化播种处理有利于深层土壤水分储蓄。其中, 在0~20 cm土层, 免耕播种处理比深松一体化播种处理土壤含水量高17.5%; 在40~100 cm土层, 深松一体化播种处理比免耕播种处理含水量则提高9.2%。在0~40 cm土层中, 深松一体化播种处理土壤中真菌数量、细菌数量、土壤微生物量碳和土壤有机碳含量2年平均分别增加26.8%、17.5%、23.5%和57.8%, 均显著高于免耕播种处理; 放线菌减少18.62%, 显著低于免耕播种处理。整体来看, 深松一体化播种可促进玉米农田真菌数量、细菌数量、土壤微生物量碳和土壤有机碳含量的增加, 扩大土壤温度日较差, 提高了土壤对水分的储蓄能力。这对改善海河低平原区夏玉米农田生产力, 促进农田可持续利用, 提高作物产量具有积极意义。中国生态农业学报. 2015 23(3): 285-293.

不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响

张翰林, 吕卫光, 郑宪清, 李双喜, 王金庆, 张娟琴, 何七勇, 袁大伟, 顾晓君

张翰林, 吕卫光, 郑宪清, 李双喜, 王金庆, 张娟琴, 何七勇, 袁大伟, 顾晓君为揭示稻麦轮作系统不同秸秆还田年限下温室气体排放特征及减排调控机制, 本研究采用大田小区试验, 考察了稻麦轮作不同秸秆还田年限[空白对照(CK)、常规处理秸秆不还田(NT)、1年秸秆还田(SR1)和5年秸秆还田(SR5)]对CH₄、CO₂和N₂O 3种温室气体排放规律的影响, 同时测定了土壤固碳量, 估算了秸秆焚烧产生的温室气体排放量, 综合计算了4种处理对全球变暖的贡献。试验结果表明, SR1和SR5均显著提升CH₄和CO₂的排放通量, 分别高出NT、CK处理73.52%、309.49%和13.29%、13.06%; 同时显著降低N₂O排放通量, 较NT降低29.68%和42.55%; 但SR1和SR5之间温室气体排放通量差异不显著; 与NT相比, SR1和SR5可以显著提高土壤固碳量517.9%和709.03%, SR5土壤固碳量高出SR1达30.93%; NT秸秆焚烧产生的全球气温变暖贡献为9 698.49 kg(CO₂-eqv)·hm^-2, 比CK高126.98%。综合分析温室气体排放、土壤固碳以及秸秆焚烧3个因素, SR1全球升温贡献最低, 显著低于NT 4.72%。短期全量秸秆还田有助于降低总体温室气体排放, 长期进行秸秆还田后降低幅度会逐步减小。中国生态农业学报. 2015 23(3): 302-308.

不同生育时期渍水对冬小麦旗叶叶绿素荧光及籽粒灌浆特性的影响

吴晓丽, 汤永禄, 李朝苏, 吴春, 黄钢

吴晓丽, 汤永禄, 李朝苏, 吴春, 黄钢渍害是南方稻茬小麦高产障碍因子之一。2011-2013年以小麦品种'川麦104'和'内麦836'为材料, 设置对照(CK)和不同时期渍水处理(分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期, 渍水时间均为35 d), 测定花后旗叶叶绿素含量(SPAD值)、叶绿素荧光参数和籽粒灌浆参数, 以明确不同生育期渍水对小麦光合特性及籽粒灌浆的影响。结果表明, 随时间推移, 花后0~25 d, 两品种的SPAD值和叶绿素荧光参数(F_v/F_m、F_v/F₀、ΦPSⅡ、qP和NPQ)变化不大; 到花后35 d, SPAD值、F_v/F_m、F_v/F₀和ΦPSⅡ急剧下降, NPQ明显上升。渍水处理对花后15 d和25 d的SPAD值和多数叶绿素荧光参数无显著影响; 花后35 d, 分蘖期渍水和灌浆期渍水的SPAD、F_v/F_m、F_v/F₀、ΦPSⅡ和qP显著高于对照, NPQ则显著低于对照。分蘖期渍水和灌浆期渍水对粒重及籽粒灌浆进程影响较小, 拔节期渍水和孕穗期渍水显著提高了灌浆速率、缩短了灌浆持续时间, 粒重较低。粒重与SPAD值呈显著正相关, 粒重和SPAD值均与灌浆速率无相关性, 但与灌浆持续时间(有效灌浆期和活跃灌浆期)、尤其灌浆中后期(快增期和缓增期)呈显著正相关。'川麦104'在灌浆期均表现出较高SPAD值、F_v/F_m、F_v/F₀、ΦPSⅡ和qP。结果表明, 分蘖期渍水和灌浆期渍水对旗叶花后光合能力及灌浆进程影响较小, 在四川稻茬小麦栽培管理中, 应重视拔节期和孕穗期渍害的排除, 以保证花后较高的光合能力及较长籽粒灌浆时间, 从而保证较高粒重。中国生态农业学报. 2015 23(3): 309-318.

连作对加工番茄植株生理活性和物质生产的影响

康亚龙, 刘彦荣, 刘建国, 李梦格, 郝梦超, 蒋桂英

康亚龙, 刘彦荣, 刘建国, 李梦格, 郝梦超, 蒋桂英加工番茄是新疆"红色产业"的基础, 但随着区域化布局和产业化的发展, 连作障碍突出, 严重制约着当地加工番茄种植业的可持续发展。因此, 本研究于2013年在石河子大学农学院试验站进行田间试验, 以当地主栽的加工番茄品种'里格尔87-5'为试验材料, 以3年休闲土壤为正茬对照, 选取相邻的连作3年、5年和7年加工番茄种植地块, 研究连作对加工番茄植株保护酶活性和物质生产的影响, 试图从植株的生理生态特性入手探明加工番茄连作障碍的原因。结果表明: 加工番茄连作3年后, 在其整个生育进程中均表现出连作障碍效应且随连作年限的延长呈显著增强现象。同一生育时期, 随着连作年限的增加, POD活性先增大后减小, CAT和SOD活性及根系活力不断降低, 同时MDA含量显著增加, 且连作对根系中保护酶活性的影响大于叶片。在试验的年限范围内, 连作条件下加工番茄的物质生产力降低, 其中连作7年土壤栽培与对照相比差异最显著, 其开花前贮藏物质的转运量、转移率和贡献率分别比对照降低57.3%、21%和35.6%; 连作条件下加工番茄物质生产力的降低最终导致其产量下降, 连作3年、5年和7年的产量分别比对照降低9.4%、15.6%和33.9%; 连作条件下加工番茄根冠比对其产量有直接影响, 二者呈一元二次显著相关(R²=0.973 5)。说明加工番茄长期连作种植条件下, 植株体内保护酶系统受到破坏, 组织器官老化, 最终导致植株生产库源关系的失调是造成产量下降的主要原因之一。可见, 大田生产应合理轮作, 避免多年连作, 同时调控花果期适宜群体叶面积, 建立合理的根冠比, 从而减轻连作障碍效应, 保证加工番茄获得高产高质。中国生态农业学报. 2015 23(3): 319-328.

亚致死浓度毒死蜱和异丙威对禾谷缢管蚜试验种群的影响

段辛乐, 乔宪凤, 陈茂华

段辛乐, 乔宪凤, 陈茂华禾谷缢管蚜[Rhopalosiphum padi (Linnaeus)]是重要的小麦害虫, 毒死蜱和异丙威作为有效防治禾谷缢管蚜的杀虫剂, 可以在致死浓度下直接杀死禾谷缢管蚜, 其亚致死浓度也可能会引起禾谷缢管蚜生理和行为的改变。为明确亚致死浓度的毒死蜱和异丙威对禾谷缢管蚜试验种群的影响, 本研究采用浸叶法分别测定了毒死蜱和异丙威对禾谷缢管蚜成蚜的毒力; 并以含0.1%吐温-80的蒸馏水为对照, 利用生命表技术分别研究了毒死蜱亚致死浓度(C-LC₂₀和C-LC₃₀)和异丙威亚致死浓度(I-LC₂₀和I-LC₃₀)对禾谷缢管蚜F₀代和F₁代种群生长发育和繁殖的影响。结果表明, C-LC₂₀、C-LC₃₀、I-LC₂₀和I-LC₃₀处理后, 禾谷缢管蚜F₀代成蚜寿命分别缩短14.03%、36.04%、12.01%和26.86%, 产蚜量分别下降20.55%、42.27%、17.13%和26.00%, 均显著低于对照种群; 与对照相比, C-LC₂₀、C-LC₃₀、I-LC₂₀和I-LC₃₀处理后, 禾谷缢管蚜F₁代种群的若虫期分别延长1.51 d、1.92 d、0.9 d和1.19 d, 成蚜寿命分别缩短21.62%、33.68%、15.51%和23.14%, 产蚜量分别降低21.81%、37.4%、14.51%和29.29%, 且F₁代种群的内禀增长率r_m、净生殖率R₀、周限增长率λ以及总生殖率GRR都比对照降低, 而F₁代种群加倍时间Dt和平均世代周期T均延长。本研究结果显示, 亚致死浓度的毒死蜱和异丙威能够降低禾谷缢管蚜种群的发育和繁殖速率, 对禾谷缢管蚜种群具有明显的抑制作用。中国生态农业学报. 2015 23(3): 329-336.

小麦和土壤中环丙唑醇残留消解动态及膳食摄入评估

吴绪金, 马婧玮, 张军锋, 汪红, 施烈焰, 周娟, 李通

吴绪金, 马婧玮, 张军锋, 汪红, 施烈焰, 周娟, 李通为评价环丙唑醇在小麦生产上应用的安全性, 通过建立乙腈提取、氮磷检测器检测方法对小麦籽粒、植株和土壤样品中环丙唑醇的残留量进行检测, 研究了小麦籽粒、植株和土壤中环丙唑醇的残留及其消解动态, 并对小麦中的残留量进行风险评估。结果表明, 环丙唑醇在小麦籽粒、植株及土壤空白样品中的添加回收率为79.2%~95.6%, 相对标准偏差为1.9%~10.0%, 最小检出量为8.2×10^-12g, 在小麦籽粒、植株及土壤中的最低检测浓度均为0.05 mg·kg^-1, 乙腈提取、氮磷检测器检测方法重现性好, 准确度、精密度高, 可满足环丙唑醇在小麦上的残留分析要求。2010年和2011年, 河南省、黑龙江省和江苏省3地环丙唑醇在小麦植株和土壤中的消解半衰期分别为3.0~5.5 d、18.1~34.5 d; 不同施药次数、施药量及采样间隔, 环丙唑醇在小麦籽粒中的最终残留量均≤0.415 mg·kg^-1。采收间隔期为14 d和21 d时, 不同施药次数、施药剂量和采收间隔期, 环丙唑醇在小麦植株、小麦籽粒和土壤中的残留量差异均不显著; 采收间隔期为7 d, 有效成分108 g hm^-2施药2次与有效成分162 g hm^-2施药3次时小麦植株、小麦籽粒和土壤中的残留量之间均存在显著性差异。普通人群环丙唑醇的国家估算每日摄入量为0.000 109 9 mg, 占日允许摄入量的0.5%左右, 按本试验方式进行施药, 通常不会对一般人群健康产生不可接受的风险。中国生态农业学报. 2015 23(3): 337-344.

多尺度EGLSN的构建及耕地地力模拟研究

张迁迁, 毕如田, 张吴平, 梁艳

张迁迁, 毕如田, 张吴平, 梁艳准确获得区域耕地地力是配方施肥的基础。本文依据景观生态学"过程、尺度与等级"原理, 通过探索山西省耕地地力影响因素的等级与作用过程的控制范围, 提出生态气候、地貌景观、利用措施、土壤条件、养分管理5个从大到小的不同尺度, 构建了多尺度EGLSN(eco-climate, geomorphologic landscape, land use&measure, soil condition, nutrient management)耕地地力模拟模型。根据山西省117个县(市、区)的土壤调查GPS采样点数据进行统计获得模型相关参数, 应用多尺度EGLSN模型针对山西省北部的忻府区、中部的榆次区和南部的襄汾县3个典型区域, 选择了积温、地形、地貌、平整措施等指标计算作物产量, 进行耕地地力模拟。模拟结果误差检验表明, 榆次区地貌景观尺度、利用措施尺度、土壤条件尺度、养分管理尺度模拟单产与土壤调查GPS点数据单产的标准根均方误差(NRMSE)依次为32%、27%、15%、4%, 襄汾县4个尺度单产的NRMSE依次为35%、28%、13%、7%, 忻府区4个尺度单产的NRMSE分别是31%、26%、14%、3%。忻府区、榆次区和襄汾县3个典型区域总产量相对生态气候尺度基准偏差的检验结果中, 地貌景观尺度模拟精度分别为83%、80%和82%, 利用措施尺度模拟精度为93%、90%和91%, 土壤条件模拟精度分别是95%、95%和91%, 养分管理尺度模拟精度依次达到96%、95%和93%。这一模拟方法适用于多尺度耕地地力模拟研究, 可为大尺度耕地地力模拟及配方施肥提供借鉴。中国生态农业学报. 2015 23(3): 345-353.

中国农业温室气体排放量测算及影响因素研究

尚杰, 杨果, 于法稳

尚杰, 杨果, 于法稳农业生产过程所产生的温室气体在全球生产活动温室气体排放总量中占有很大比例, 因此对农业温室气体的排放量进行测算并分析其影响因素, 对实现农业节能减排有重要意义。本文基于1993―2011年中国农业生产的相关统计数据, 借鉴前人关于农业生产中各种温室气体排放源排放系数的研究成果, 测算了中国农业生产过程中的CH₄、N₂O和CO₂排放量, 并分析了影响因素。结果表明, CH₄排放量基本平稳波动不大, N₂O排放量从1993年的93.21万t波动增加到2011年的120.51万t, 农业生产资料CO₂排放量由15 626.98万t增加到31 258.10万t。种植业CO₂排放主要分为土壤排放和生产资料排放, 土壤CO₂排放与大气温度、土壤温度、地表温度和土壤水分有关, 生产资料CO₂排放主要是由化肥和农药造成的; 种植业CH₄、N₂O排放原因较为复杂, 还有待进一步研究; 动物肠道发酵CH₄、N₂O排放的影响因素主要取决于动物种类、饲料特性、饲养方式和粪便管理方式等。中国生态农业学报. 2015 23(3): 354-364.

三峡库区农村宅基地复垦耕地地力评价*--以重庆市涪陵区为例

乔亮, 王丹, 高明, 华颖, 莫建兵, 王新菊, 李如峰

乔亮, 王丹, 高明, 华颖, 莫建兵, 王新菊, 李如峰农村宅基地复垦后补充的耕地应兼顾数量和质量, 对其进行耕地地力评价可以为全面掌握复垦后耕地地力情况, 为复垦耕地的后续培肥、利用及管理提供依据。本文以三峡库区的涪陵区为研究对象, 随机采集665个宅基地复垦片块的土壤样品, 选取16项参评指标, 运用层次分析法、模糊数学法并结合GIS地统计学空间分析功能, 综合评价了宅基地复垦后的耕地地力水平及空间分布。结果表明: 耕地地力平均等级为3.03等, 处于中等水平; 3等地最多, 占总样本数的52.18%; 其次为4等地和2等地, 1等地和5等地分布最少。从空间分布来看, 由于区域内存在地形地势、自然条件、土壤类型的差异, 样点乡镇内部各等级耕地均有分布; 沿江、坪上、后山区的平均耕地等别为2.82等、3.15等和3.19等, 耕地地力基本沿地形地势、海拔高度的增高呈沿江、坪上、后山区域依次递减的趋势。在提升耕地地力上沿江区应着重改善耕地的灌排和路沟条件; 坪上区应注重调整土壤的pH和提高有效磷含量; 后山区需增加耕层厚度, 提高宅基地拆除物的利用, 减少土壤中砾石含量。中国生态农业学报. 2015 23(3): 365-372.

基于价值系数动态调整的青龙县生态系统服务价值变化研究

李晓赛, 朱永明, 赵丽, 田京京, 李静

李晓赛, 朱永明, 赵丽, 田京京, 李静生态系统服务价值是随着自然和经济条件的变化而不断变化的。本文首先对谢高地等提出的生态系统服务价值当量因子表进行区域修正, 然后从生物生产力和社会支付两方面选取指标对以上结果进行功能性和经济性调整, 构建了生态系统服务价值的动态评估模型, 计算了2003-2012年河北省青龙县单位面积单项生态系统服务价值系数动态变化情况, 最后评估了近10年各生态系统服务价值, 并揭示了小尺度的县域土地生态系统动态变化规律。研究结果表明: 2003-2012年间, 青龙县各土地利用类型中, 单位面积生态系统单项服务价值系数呈波动上升的变化趋势, 10年间生态系统服务总价值提高44.43亿元, 平均年增幅为3.78%。空间上, 通过区域修正增加了园地和建设用地的当量因子值, 得到了青龙县单位面积生态系统服务价值系数表; 时间上, 通过功能性调整得到林地和园地调整系数分别为1.032和0.903, 通过经济性调整得到支付能力和支付意愿综合作用结果在时间跨度上呈现波动上升趋势。研究结果与以往的静态评估模型相比, 更具有适宜性, 特别是对受经济政策影响极其敏感的小尺度县域来讲, 更加能够揭示其生态系统服务价值的动态变化机制和效应。中国生态农业学报. 2015 23(3): 373-381.