中国生态农业学报

山西省农牧生产体系磷流动空间变异特征

张建杰, 郭彩霞, 张一弓, 张强

张建杰, 郭彩霞, 张一弓, 张强为揭示山西省农牧生产体系磷流动空间分布特征, 进一步为养分资源综合管理提供科学建议, 本研究使用食物链养分流动模型(NUFER)与ArcGIS相结合, 以2011年山西省11个地市农牧生产体系为研究对象, 计算了农牧生产体系中的磷流动、损失及账户平衡, 并对各个生产体系的磷利用效率(PUE)、有机废弃物中磷的循环利用效率、磷的损失途径等重要指标进行了综合评价, 描述了2011年山西省各地市农牧生产体系与区域尺度的磷流动变化特征。研究结果表明, 山西省各地市农牧体系磷的投入和损失差异较大, 农田生产体系投入范围在22.5~83.0 kg.hm^-2, 而整个农牧生产体系损失区间在2.7~8.8 kg.hm^-2; 磷的投入和损失均总体呈现东南部高、西北部低的空间分布格局; 各地市农田磷素均有盈余但程度不均, 为9.4~48.4kg.hm^-2。农田生产系统的磷素利用效率(PUEc)高于全国平均水平; 农牧生产体系的磷利用效率(PUEc+a)较低, 全省平均水平仅为30.3%, 主要是由于农牧分离较为严重; 有机废弃物的循环利用效率较低(60%)。省域东南部存在潜在环境风险, 晋城、晋中等地市有大量的粪尿磷未得到回收利用, 可作为周边农业主产区的农田养分资源。因此通过提高农牧生产体系的养分管理水平和区域间养分资源协同管理, 能够大幅提高磷的利用效率, 同时有效降低环境风险, 实现山西农业可持续发展。中国生态农业学报. 2016 24(5): 553-562.

影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素及其对供氮量的响应

熊淑萍, 丁世杰, 王小纯, 马新明, 吴懿鑫, 杜盼, 于旭昊

熊淑萍, 丁世杰, 王小纯, 马新明, 吴懿鑫, 杜盼, 于旭昊砂姜黑土是我国典型的中低产田土壤类型, 研究其在土壤微生物驱动下的氮素转化过程及其机制, 可为定向调控土壤氮素转化过程, 提高氮素利用效率并减少其负面效应提供科学依据。试验设置0 kg·hm^-2、120 kg·hm^-2、225 kg·hm^-2和330 kg·hm^-2 4个供氮量, 分别于冬小麦越冬期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期测定小麦根际土壤氮转化相关微生物作用(氨化作用、硝化作用和反硝化作用)强度和土壤氮素转化相关酶(脲酶、蛋白酶)活性, 土壤净氮素矿化速率、土壤硝态氮和铵态氮含量的变化, 研究影响砂姜黑土麦田土壤氮素转化的生物学因素及其对不同供氮量的响应。结果表明, 土壤氮素转化微生物及酶活跃时期为拔节到灌浆期, 灌浆期之后土壤氨化作用强度、硝化作用强度、脲酶及蛋白酶活性降低; 土壤净氮素矿化速率与土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性的活跃期较为一致, 在开花前后达到最高。除脲酶活性随供氮量增加持续上升外, 土壤氮素转化微生物作用强度及蛋白酶活性均随供氮量的增加, 在225 kg·hm^-2处理下达到最高, 进一步增加供氮量至330 kg·hm^-2, 微生物作用强度及酶活性均表现出不同程度的下降。可见, 砂姜黑土土壤氮素转化的活跃期与小麦需氮高峰期基本一致, 有利于冬小麦的生长。但由于砂姜黑土中土壤硝化作用强度较低, 土壤硝化能力有限, 从而降低了氮素可利用性, 且增加了土壤氨挥发损失的潜在风险。在一定范围内增加供氮量, 有利于土壤氮素的转化, 但供氮过多(330 kg·hm^-2)则不利于砂姜黑土供氮能力的提高。中国生态农业学报. 2016 24(5): 563-571.

不同施氮水平对返青期水分胁迫下冬油菜补偿效应的影响

谷晓博, 李援农, 杜娅丹, 吴国军, 周昌明, 任全茂, 杨丹

谷晓博, 李援农, 杜娅丹, 吴国军, 周昌明, 任全茂, 杨丹为确定甘蓝型冬油菜在返青期水分胁迫条件下的适宜施氮量及其对水分胁迫的补偿效应, 本文采用桶栽试验方法, 在返青期设置每桶施纯氮0 g(N₀)、0.2 g(N₁)、0.4 g(N₂)、0.6 g(N₃)和0.8 g(N₄)5个施氮水平(折合为0 kg.hm^-2、30 kg.hm^-2、60 kg.hm^-2、90 kg.hm^-2、120 kg.hm^-2)及水分亏缺(D, 土壤含水率为50%~55%田间持水率)和充分供水(W, 土壤含水率为70%~80%田间持水率), 研究施氮量对返青期水分胁迫后复水冬油菜生长指标、叶绿素含量、光合速率、籽粒产量和水分利用效率的补偿效应, 并对不同处理下各指标利用主成分分析进行评价。结果表明, 在相同水分条件下, 地上部干物质量、叶绿素含量、光合速率、籽粒产量和水分利用效率均随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势, 并在N₃达到最大。返青期干旱胁迫后复水, 各施氮处理冬油菜的地上部干物质量、叶绿素含量、光合速率、产量及产量构成均表现出一定程度的补偿效应, 补偿效果随施氮量的增加先增加后降低, 在N₃施氮量下补偿效果最好。在N₃施氮水平下, D处理冬油菜的各生长指标、叶绿素含量和籽粒产量均与W处理无显著差异, 表现为等效补偿效果; 而D处理冬油菜初花期的光合速率显著大于W处理, 表现为超补偿效果。N₃D处理的产量比N3W处理降低2.2%, 水分利用效率提高3.8%。氮肥偏生产力和油菜籽粒的含油率均随施氮量的增加而降低; 油菜籽粒的蛋白质含量随施氮量的增加而增加。与N₀相比, 2种水分处理下N3的平均氮肥偏生产力降低6.2%, 籽粒含油率降低13.0%, 但产量提高87.6%, 水分利用效率提高32.9%, 籽粒的蛋白质含量提高24.6%。对各指标进行主成分分析发现, N₃D处理的主成分分析综合得分最高。由此可见, N₃D处理对促进冬油菜生长, 提高产量和水分利用效率, 保证品质的综合效果最好。中国生态农业学报. 2016 24(5): 572-581.

水分和磷对苗期玉米根系形态和磷吸收的耦合效应

唐宏亮, 马领然, 张春潮, 段霄霄

唐宏亮, 马领然, 张春潮, 段霄霄水分亏缺和土壤缺磷已经成为玉米(Zea mays L.)生产的主要限制性因素, 但水分和磷如何调节玉米根系形态和磷吸收尚不完全清楚。本研究采用盆栽土培试验, 设置4个水分梯度[田间持水量的35%(W1)、55%(W2)、75%(W3)和100%(W4)]和2个磷处理[高磷: 205 mg(P).kg^-1; 低磷: 11 mg(P).kg^-1], 探究水分和磷对苗期玉米根系生长和磷吸收的耦合效应。结果表明: (1)不管土壤磷供应如何, 玉米苗干重、根干重、总根长和根表面积随水分供应强度的增加呈现先增加后降低的趋势, 土壤有效磷含量也表现出相似的变化趋势, 根质量比和平均根直径随水分供应强度的增加呈现下降的趋势, 植株磷含量和磷累积量随水分供应强度的增加呈现稳定增加的趋势; (2)水分亏缺(W1)和过量供应(W4)均不利于玉米根系生长和干物质累积, 水分亏缺(W1)抑制玉米对土壤磷素的获取, 水分过量供应(W4)引起土壤磷素的奢侈吸收(W4), 轻度的水分胁迫(W2)能够促进玉米根系的生长和干物质累积, 减少对土壤磷的奢侈吸收, 充足的水分供应(W3)能够促进玉米根系的生长、干物质累积和土壤磷素的吸收; (3)磷供应显著增加了玉米苗干重、根干重(W4除外)、总根长、根表面积、植株磷含量(W4除外)和磷累积量, 但降低了玉米的根质量比。(4)两因素方差分析结果表明, 水分对苗干重、根干重、根质量比、总根长、根表面积、平均根直径、植株磷含量、植株磷累积量和土壤有效磷含量的相对贡献分别为45.94%、36.71%、67.95%、59.63%、58.34%、81.86%、24.75%、35.66%和3.00%, 磷对这些参数的相对贡献分别为34.78%、21.19%、14.84%、9.22%、9.21%、1.56%、35.54%、49.75%和94.40%, 可见水分是控制玉米根系形态和干物质累积的关键因子, 磷是控制玉米地上磷吸收和土壤有效磷含量的关键因子。总体来说, 低磷条件下玉米根系对土壤磷的获取偏向于以根形态为主导的适应策略, 高磷条件下玉米根系对土壤磷的获取偏向于以根生理吸收为主导的适应策略。水分和磷之间较好的耦合能够促进玉米根系生长、干物质累积, 减少对土壤磷素的奢侈吸收。中国生态农业学报. 2016 24(5): 582-589.

沟覆盖材料对垄沟集雨种植土壤温度、作物产量和水分利用效率的影响

胡广荣, 王琦, 宋兴阳, 李富春, 张登奎, 张恩和, 刘青林, 王鹤龄

胡广荣, 王琦, 宋兴阳, 李富春, 张登奎, 张恩和, 刘青林, 王鹤龄为寻求半干旱地区垄沟集雨环保的沟覆盖材料, 改善土壤水分和温度状况, 提高降雨资源利用效率, 采用完全随机设计大田试验, 以玉米和高粱作为供试作物, 以沟无覆盖作为对照, 研究垄沟集雨不同沟覆盖方式(无覆盖、液体地膜覆盖、秸秆覆盖和生物可降解地膜覆盖)对土壤温度、土壤水分、作物产量、水分利用效率等的影响。结果表明, 与沟无覆盖相比, 液体地膜和生物可降解地膜覆盖种植玉米的沟中作物全生育期表层(0~25 cm)土壤温度分别提高0.2 ℃和1.0 ℃, 种植高粱的沟中表层土壤温度分别提高0.2 ℃和1.1 ℃, 秸秆覆盖种植玉米和高粱的沟中表层土壤温度分别降低1.1 ℃和1.3 ℃; 液体地膜覆盖、秸秆覆盖和生物可降解地膜覆盖0~140 cm土壤贮水量种植玉米分别提高0.4 mm、21.5 mm和8.6 mm, 种植高粱分别提高2.3 mm、21.0 mm和10.9 mm。液体地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖玉米青贮产量分别提高增加0.4%和10.4%, 玉米籽粒产量分别增加1.6%和11.3%, 玉米地上生物量分别增加0.7%和7.3%; 高粱青贮产量分别增加0.2%和10.9%, 高粱籽粒产量分别增加1.1%和11.8%, 高粱地上生物量分别增加1.6%和9.4%; 秸秆覆盖的玉米青贮产量、玉米籽粒产量、玉米地上生物量、高粱青贮产量、高粱籽粒产量和高粱地上生物量分别减少2.9%、2.2%、1.9%、0.7%、1.4%和1.0%。液体地膜覆盖、秸秆覆盖和生物可降解地膜覆盖种植玉米的水分利用效率分别提高0.9 kg.hm^-2.mm^-1、0.5 kg.hm^-2.mm^-1和4.9 kg.hm^-2.mm^-1, 种植高粱分别提高0.3 kg.hm^-2.mm^-1、0.4 kg.hm^-2.mm^-1和2.7kg.hm^-2.mm^-1。综合分析表明, 生物可降解地膜适宜作为半干旱黄土高原区垄沟集雨沟覆盖材料。中国生态农业学报. 2016 24(5): 590-599.

水稻种植模式对水稻籽粒离子组的影响

沙之敏, 袁婧, 赵峥, 岳玉波, 姚健, 曹林奎

沙之敏, 袁婧, 赵峥, 岳玉波, 姚健, 曹林奎亚细胞、细胞、器官乃至有机体内所有矿质元素的组合称为离子组。离子组是植物化学元素的指纹, 能够定量、精准地反映环境因子驱动下植物体产生的无机化学响应。为探求不同种植模式对水稻籽粒离子组的影响, 采用大田试验, 研究比较了长期常规种植、绿色蛙稻和有机蛙稻3种水稻种植模式水稻籽粒中矿质元素含量的差异和元素间的相关关系, 并探讨了土壤中可利用态元素向水稻籽粒中的转移效率。21种元素含量通过高通量元素分析电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定, 并利用主成分分析和方差分析等统计方法分别对数据进行综合差异分析和各元素处理间差异分析。结果表明, 各元素在水稻籽粒中的浓度顺序为: K>P>Mg> Ca>Mn>Zn>Fe>Cu>Rb>Na>Ba>Mo>B>Ni>Sr>As>Cr>Cd>Se>Co>Cs。主成分分析结果表明, 不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响, 第1主成分占总变量的32.7%, 区分了有机和绿色种植模式; 第2主成分占总变量的27.1%, 将常规种植模式和另外两种模式区分开。不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响。与常规种植相比, 绿色蛙稻模式下籽粒第1主族元素K、Na、Cs、Rb含量显著增加21%、31%、59%、72%, Mn、Cd的含量显著增加23%、441%, B和Cr的含量显著降低63%和51%; 有机模式下水稻籽粒中Co、Ni和Cd含量分别增加60%、286%和488%, 而Ca、B、Mo、Sr和Cr的含量显著降低38%、60%、20%、27%和96%, 而同主族元素间的竞争并未发现。因此, 从水稻必需元素吸收角度出发, 绿色蛙稻种植模式优于有机和常规种植模式; 但绿色和有机蛙稻种植模式对一些非必需元素的吸收也为水稻食品安全带来隐患。因此, 科学的养分管理和合理种植结构的调整对保证水稻食品的安全有非常重要的意义和价值。中国生态农业学报. 2016 24(5): 600-607.

套作大豆形态、光合特征对玉米荫蔽及光照恢复的响应

范元芳, 杨峰, 何知舟, 王锐, 刘沁林, 袁小琴, 雍太文, 武晓玲, 杨文钰

范元芳, 杨峰, 何知舟, 王锐, 刘沁林, 袁小琴, 雍太文, 武晓玲, 杨文钰为探寻大豆在荫蔽胁迫及光照恢复后的形态建成和光合生理的响应策略, 选用‘简阳九月黄’、‘江浦黑豆’和‘永胜黑豆’ 3个大豆材料, 以单作和玉米大豆带状套作种植模式为研究对象, 分析套作荫蔽及光照恢复后大豆形态特征、光合速率、叶片解剖结构、光合色素含量等参数的响应特征。结果表明: 套作种植下, 大豆在第5片复叶展开(V5)期明显受玉米荫蔽胁迫, 与单作大豆相比, 株高显著增加, 茎粗和地上部分生物量显著降低; 其茎、叶和柄生物量分别是地上部生物量的58%、37%和6%, 而单作下分别为36%、50%和14%, 套作荫蔽下大豆的地上部分生物量分配中心由叶片改变为茎秆。同时, 叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、叶绿素a含量、叶绿素a/b及净光合速率下降, 但叶绿素b含量和栅栏组织厚度/海绵组织厚度比值增加。玉米收获解除荫蔽胁迫后, 在大豆鼓粒期(R6), 株高、茎粗、叶面积和地上部分生物量积累与单作的差异缩小, 茎、叶和柄生物量为地上部生物量的41%、49%和10%; 叶片、栅栏组织和海绵组织厚度比V5期(玉豆共生期)分别增加117%、99%和81%; 光合色素与单作相比差异不显著, 但净光合速率显著低于单作。玉米大豆带状套作下的3个大豆材料的单株产量差异较大, ‘简阳九月黄’、‘江浦黑豆’和‘永胜黑豆’的单株产量分别较单作下降33%、64%和40%。因此, 大豆能够通过形态、光合生理特征的可塑性来适应光环境, 但品种间存在差异。中国生态农业学报. 2016 24(5): 608-617.

甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能多样性的影响

郑亚强, 张立敏, 杨进成, 杨坚, 高锐, 陈亮新, 董雪梅, 孙继红, 肖关丽, 李正跃, 陈斌

郑亚强, 张立敏, 杨进成, 杨坚, 高锐, 陈亮新, 董雪梅, 孙继红, 肖关丽, 李正跃, 陈斌为探讨甘蔗间作玉米种植对甘蔗根际土壤微生物群落功能多样性的影响, 在云南元江和陇川甘蔗种植区设置甘蔗间作玉米和单作甘蔗田间小区试验, 采用Biolog技术研究了甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能的影响。结果表明: 陇川试验点甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数、Shannon均匀度指数和McIntosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高7.08%、11.25%、63.16%、1.31%和2.26%; 元江试验点, 甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数、Shannon均匀度指数和McIntosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高10.58%、48.40%、43.42%、0.20%和1.65%。由此表明甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际土壤微生物的多样性。甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际微生物对碳源的利用率, 且元江甘蔗根际土壤微生物对碳源的利用效率低于陇川。与单作甘蔗相比, 元江试验点间作甘蔗根际碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、胺类、羧酸类和酚酸类利用率分别提高141.71%、50.53%、62.38%、92.82%、43.21%?和6.30%, 陇川试验点分别提高42.90%、51.50%、33.30%、42.64%、16.72%和24.47%。其中, 两个试验区间作田甘蔗根际土壤微生物对碳源D-纤维二糖、D,L-a-甘油、D-半乳糖-γ-内酯、L-丝氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸和2-羟苯甲酸的利用率比单作显著提高100%以上。通过主成分分析, 发现甘蔗与玉米间作改变了甘蔗根际微生物的群落组成及其代谢功能, 且碳水化合物类、羧酸类和氨基酸这3类碳源是区分甘蔗单作和间作处理间差异的敏感碳源。陇川试验点, 对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括2种多聚化合物、6种碳水化合物、2种羧酸类化合物、4种氨基酸和1种酚酸; 元江试验点, 对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括1种多聚化合物、5种碳水化合物、3种羧酸类化合物、4种氨基酸和2种胺类化合物。综上所述, 宿根甘蔗间作玉米提高了甘蔗根际微生物群落的多样性, 增加了根际微生物的活性, 改变了微生物群落的代谢功能。研究结果可为作物间作对土壤微生物多样性分析及增产机理研究提供新的思路和理论基础。中国生态农业学报. 2016 24(5): 618-627.

EM保水剂施用对烤烟的影响及其施用制度的优选研究

侯毛毛, 邵孝侯, 陈竞楠, 翟亚明, 赵廷超, 王刚

侯毛毛, 邵孝侯, 陈竞楠, 翟亚明, 赵廷超, 王刚烤烟是我国重要的叶用经济作物, 我国是烟草种植面积和烟叶总产量最高的国家, 烤烟生产对我国西南诸省(如云、贵、川)国民经济和财政收入水平的提高有重要作用。但烟区出现的阶段性干旱经常影响烤烟的产量及其正常的成熟。因此, 加强烤烟节水抗旱技术研究, 合理调控烟田水分供应, 是确保干旱地区烟叶优质适产的关键。本文分别以MP3005KM保水剂、秸秆、EM活性钙和EM复壮液为主要材料制作EM保水剂, 研究了不同EM保水剂处理对烤烟生长、产量和品质的影响, 并引入熵权系数评价模型, 建立评价指标体系, 优选综合效益最优的EM保水剂施用制度。结果表明: 不同EM保水剂处理均增加了烤烟单株叶面积, 秸秆为主要材料的EM保水剂(T₁和T₂)对烤烟生长中后期叶面积的增长促进作用更明显; 表征烤烟叶面积指数(LAI)动态变化的作物生长模型显示, T₂(40 g.株^-1 EM活性钙+300 g.株^-1秸秆)和T6(40 g.株^-1 EM活性钙+6 g.株^-1 MP3005KM)处理烤烟LAI具备较大的增长空间; EM保水剂明显提高了烤烟旺长期和成熟期的净光合速率(P_n), 同时降低了蒸腾速率(T_r), 调节了烤烟叶片的光合作用。主成分分析显示, 与不施保水剂相比, EM保水剂的施用显著提高了烤烟的“综合品质”, 秸秆为主要材料的EM保水剂的“提质”效益最优, T₁和T₂烤烟品质综合主成分值分别达3.25和2.76。综合考虑“高产”、“优质”、“节水”和“节肥”等因素, 本研究推荐40 g.株^-1 EM活性钙结合4 500 kg.hm^-2秸秆段作为EM保水剂的施用制度, 在该制度下, 烤烟产量、灌溉水利用效率和氮肥偏生产力分别为2 433.5 kg.hm^-2、0.608 kg.hm^-3和27.04 kg.hm^-1。中国生态农业学报. 2016 24(5): 628-636.

土壤盐胁迫降低后甜高粱的补偿生长和盐离子分布特征

李春宏, 郭文琦, 张培通, 殷剑美, 韩晓勇, 王立

李春宏, 郭文琦, 张培通, 殷剑美, 韩晓勇, 王立逆境补偿效应在作物中普遍存在, 对作物生长发育与产量产生重要的影响。为阐明土壤盐度降低后甜高粱的补偿生长效应, 本研究采用盆栽方法, 将甜高粱拔节期的土壤含盐量设置3个梯度: 5 gkg^-1(高盐处理)、由5 gkg1降低到2 gkg^-1(盐度降低处理)、2 gkg^-1(低盐对照), 测定2个甜高粱品种地上部器官(茎秆、叶片、叶鞘)干物质生长速率与积累, 以及盐离子(Na⁺、Cl^-、K⁺)在不同器官的含量。结果表明: 高盐处理甜高粱地上部干物质增长速率一直显著低于对照; 土壤盐度降低后, 各器官干物质生长速率明显升高, 并超过对照, 产生了超补偿效应。成熟期高盐处理株高与地上部干物质大幅下降; 土壤盐度降低后‘辽甜1号’的株高与地上部干物质较低盐对照分别下降7.69%和33.21%, 而‘中科甜3号’的株高和地上部干物质重与对照没有差异。高盐处理后各器官干物质中Na⁺和Cl^-含量较对照大幅度提高, K⁺含量增加幅度较小。土壤盐分降低后的35 d, 甜高粱Na⁺和Cl^-在各器官中含量虽仍高于对照, 但比高盐处理已大幅下降; 茎秆与叶鞘K⁺的含量较对照有小幅提高, 而叶片K⁺含量与对照无显著差异。本研究表明: 甜高粱盐胁迫降低后离子毒害减轻、生长速率加快直至超过对照, 耐盐甜高粱品种补偿效应尤为明显, 成熟期干物质产量可与对照相当。本研究结果可为盐碱地甜高粱栽培提供理论依据。中国生态农业学报. 2016 24(5): 637-642.

河北低平原冬小麦长期咸水灌溉矿化度阈值研究

李佳, 曹彩云, 郑春莲, 党红凯, 郭丽, 马俊永

李佳, 曹彩云, 郑春莲, 党红凯, 郭丽, 马俊永在研究咸水灌溉对土壤和作物的影响过程中, 对土壤盐分监测相对困难, 而监测灌溉水的盐分更简单易行, 但作物不同时期灌溉咸水的矿化度阈值较难确定。本文以2007—2015年在河北省衡水旱农节水试验站进行的长期咸水灌溉试验数据(灌溉水设置1 g.L^-1、2 g.L^-1、4 g.L^-1、6 g.L^-1和8 g.L^-1共5个矿化度; 冬小麦生长期间灌溉3次水)为基础, 以矿化度为1 g.L^-1灌溉水为淡水对照, 调查不同处理小麦的相对出苗率、相对籽粒产量及土壤盐分等作物生长、产量和环境变化指标, 并采用FAO分段函数方法, 分析了‘石家庄8号’冬小麦多年咸水灌溉的矿化度阈值及其影响因素。结果表明, 采用4 g.L^-1和6 g.L^-1咸水灌溉, 多年平均小麦出苗率相当于淡水的93.8%(P>0.05)和70.4%(P<0.05), 多年平均产量相当于淡水灌溉的86.0%(P<0.05)和65.3%(P<0.05), 用小于4 g?L1的咸水灌溉, 籽粒产量(产量变化小于15%)和出苗率不是影响咸水灌溉矿化度阈值的限制因素。经计算冬小麦多年咸水灌溉矿化度阈值为2.14~3.95 g.L^-1, 平均值为3.19 g.L^-1, 变异系数为21.1%。综合考虑产量和土壤盐分累积风险确定河北低平原冬小麦长期灌溉咸水矿化度阈值为2.47 g.L^-1。矿化度阈值与播前1 m土壤盐分有一定负相关关系(相关系数0.587), 与淡水灌溉产量呈一定正相关关系(相关系数0.516)。土壤盐分累积风险分析结果表明, 按照灌溉咸水矿化度与土壤平均盐分拟合的指数方程预测, 采用2.47 g.L^-1咸水连续9年灌溉, 0~20 cm耕层土壤未达到盐渍化水平(平均土壤盐分预测值0.98 g.kg^-1), 而1 m土体出现轻度盐渍化(平均盐分含量预测值1.17 g.kg^-1), 土壤盐分稍有累积, 但未对冬小麦产量造成明显影响。由此来看, 以2.47 g.L^-1咸水长期灌溉造成土壤严重盐渍化的风险较小。中国生态农业学报. 2016 24(5): 643-651.

毒死蜱对棉花根际土细菌群落多样性和结构的影响

程娟, 万婷婷, 赵慧慧, 王伟

程娟, 万婷婷, 赵慧慧, 王伟通过室内盆栽试验模拟自然环境条件, 采用高效液相色谱(HPLC)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术, 研究了土壤使用推荐剂量(5 mg·kg^-1)及推荐剂量的2倍、3倍和4倍(10 mg·kg^-1、15 mg·kg^-1、20 mg·kg^-1)毒死蜱对棉花根际土壤细菌群落多样性和结构的影响, 以不施用毒死蜱的土壤为对照。结果表明, 5 mg·kg^-1、10 mg·kg^-1、15 mg·kg^-1和20 mg·kg^-1毒死蜱在土壤中的半衰期分别为10.04 d、11.36 d、11.55 d和12.16 d, 60 d时基本完全降解。毒死蜱处理60 d后, 棉花生物量显著降低; 毒死蜱浓度越高, 棉花生物量越低。无毒死蜱条件下不同取样时间根际细菌多样性无显著差异, 毒死蜱处理组前30 d细菌多样性均显著降低, 60 d时毒死蜱处理组细菌多样性恢复到正常水平。研究发现毒死蜱浓度越高对细菌多样性抑制作用越显著, 恢复越缓慢。主成分分析结果发现, 第10 d、30 d和60 d毒死蜱处理组与对照组细菌群落结构差异显著, 其中60 d时20 mg·kg^-1毒死蜱处理组差异最显著, 即使土壤中毒死蜱完全降解, 根际细菌群落结构仍不会恢复到正常水平。60 d时, 被毒死蜱抑制的细菌有硝化刺菌属(Nitrospina sp.)和Cellulophaga sp.等, 被激活的有芽孢杆菌属(Bacillus sp.)和链霉菌属(Streptomyces sp.)等。可见, 毒死蜱的引入, 重新构建了土壤细菌群落结构, 显著影响棉花生长, 对棉花根际土壤微生态环境冲击较大, 应对其生态安全性予以重视。中国生态农业学报. 2016 24(5): 652-659.

西南山地不同林下经济模式对植物多样性的影响

曾清苹, 何丙辉, 秦华军, 李源, 吴耀鹏, 田艳琴

曾清苹, 何丙辉, 秦华军, 李源, 吴耀鹏, 田艳琴以西南山地桉树林下养禽(T1)、桉树林下养食用菌(T2)、麻竹林下养禽(T3)、麻竹林下养食用菌(T4)、马尾松林下养畜(T5)、黄葛树林下种草(T6) 6种典型林下经济模式为研究对象, 采用相邻样地比较法对各模式下植物群落的物种重要值(P)、丰富度指数(S)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J_w)、Alatalo优势度指数(E_a)、相似性指数Jaccard(C_j)和Sorenson(C_s)以及多样性阈值(D_v)进行调查分析, 探讨不同林下经济模式对植物多样性的影响。结果表明: T6模式下植物种类最丰富, 为11种; 而T3和T4模式下植物种类最少, 仅有2种。各经济模式均无灌木层, 草本层为群落优势层。空心莲子草是T1和T2模式的优势种, 重要值分别为67.16%和71.00%; 桑树是T3和T4的优势种, 重要值高达74. 91%和72.82%; T5和T6优势种分别是竹叶草(54.10%)和牛鞭草(59.51%)。在不同林下经济模式中, 植物丰富度指数(S)依次为T6>T1>T5=T2>T3=T4, 多样性指数H′呈T6>T1>T5>T2>T4>T3, 均匀度Jw呈T5>T6>T2>T1>T4>T3, 优势度指数E_a呈T5>T4>T3> T2>T1>T6。林下经济模式与相应的纯林对照物种组成相似性指数, 以T3和T4最高, C_j和C_s均为1.0; 其次是T6, C_j和C_s分别为0.44和0.62; T1最小, C_j和C_s分别为0.15和0.27。植物多样性阈值评价结果显示, T6模式植物多样性阈值最高, 属于多样性较好类型; 而T3和T4模式多样性阈值最低, 属于一般类型。林下种养殖改变了植物群落的物种组成, 且不同种养殖方式影响结果不同, 其中以林草模式影响最小, 为林地干扰下植物群落最丰富的模式。中国生态农业学报. 2016 24(5): 660-667.

捡拾牦牛粪对高寒草甸植物功能群特征与生产力的影响

刘丽丽, 李希来

刘丽丽, 李希来青藏高原高寒草甸广大牧区由于交通不便、能源短缺和生活习俗等原因, 牛粪依然是当地牧民的主要生活能源来源, 长期、大量地捡拾牛粪改变了粪斑的数量和面积, 使养分在天然草地上无法回到草地生态系统进行再循环, 因而对草地植物群落结构和生物量产生一定影响, 从而增加了生态风险。为探讨捡拾牛粪对草地的生态影响, 本文以青海省河南县高寒草甸生态系统为研究对象, 通过对适度放牧草地上牦牛粪开展为期3年的不捡拾、一半捡拾和全部捡拾3个处理的试验研究, 探讨捡拾牛粪对高寒草甸生态系统植物经济功能群落特征和生产力的影响。结果表明: 牛粪不捡拾处理的草地生产力显著低于半捡拾和全捡拾处理, 植物多样性显著低于半捡拾处理, 禾草类优良牧草生物量显著高于半捡拾和全捡拾处理, 莎草类优良牧草生物量显著高于全捡拾处理; 牛粪半捡拾处理比不捡拾处理草地植被丰富度显著提高31.9%, 植物多样性显著增加, 群落生产力显著提高9.7%(42.6 g.m^-2), 优良牧草和可食牧草生物量变化不显著; 牛粪完全捡拾比不捡拾处理也显著增加草地植被的丰富度, 增幅为10.7%, 植物多样性显著增加, 群落生产力显著提高4.1%(17.96 g.m^-2), 但同时毒杂草显著增多, 优良牧草和可食性牧草显著减少, 牧草适口性变差。捡拾(半捡和全捡)牛粪会使禾草类和莎草类优质牧草生物量显著减少, 莎草类在完全捡拾牛粪区生物量极显著减少70%以上; 豆科植物生物量显著增加, 在完全捡拾牛粪区生物量极显著增加, 可达5倍以上; 占总生物量74%~79%的杂类草和毒草的生物量也显著增加, 且以半捡拾区增量最多。适度的牛粪捡拾可增加植被的丰富度和多样性, 也提高了植被的生物量, 并可保证牧草的营养品质和适口性。本项研究结果可以为高寒草甸牧区牛粪的适度捡拾和草地生态系统可持续管理提供科学依据。中国生态农业学报. 2016 24(5): 668-673.

应用修订的Shuttleworth-Wallace模型对半干旱区覆膜玉米蒸散的研究

董军, 岳宁, 党慧慧, 王刚, 魏国孝

董军, 岳宁, 党慧慧, 王刚, 魏国孝蒸散发(ET)包括植物蒸腾(T)和土壤蒸发(E), 在维持全球能量平衡和气候调节中起关键作用。量化蒸散发及其组分在准确预报气候对生态系统碳水通量和能量的响应中至关重要。基于兰州大学半干旱区农业生态系统试验站2014年玉米生长季涡度相关仪的观测结果, 利用修订后的Shuttleworth-Wallace模型(S-W模型)对覆膜玉米田的蒸散发进行模拟, 利用实测值对模拟结果进行验证, 对蒸散发及其组分的影响因素和敏感性进行分析。结果表明: S-W模型对覆膜玉米农田蒸散发的模拟结果在日蒸散量大于2 mm.d^-1的晴天和时晴时云天气较好, 阴雨天气模拟结果较差, 且模型模拟结果较涡度相关的实测值偏高。E/ET在一天内的变化为单峰曲线, 在生长季尺度上, 在玉米快速生长期呈下降趋势, 在之后的时间基本保持不变。覆膜玉米农田的E/ET在日时间尺度的变化主要受气孔导度影响, 在生长季尺度主要受叶面积指数和土壤含水量的共同影响。敏感性分析表明, 蒸散发及其组分对作物冠层高度与参考高度间的空气动力阻力(r_a^a)和冠层内边界层阻力(r_a^c)均较敏感, 对作物冠层阻力(r_a^c)敏感性适中, 对地面与冠层间的空气动力阻力(r_s^s)和下垫面裸土表面阻力(r_s^s)不敏感, 在应用S-W模型模拟覆膜玉米农田蒸散量时, 要特别注意阻力参数r_a^a、r_a^c和r_a^c的合理确定。中国生态农业学报. 2016 24(5): 674-683.

焉耆盆地气候变化和人类活动对生态系统服务价值的影响研究

哈丽旦·司地克, 玉素甫江·如素力, 麦麦提吐尔逊·艾则孜
哈丽旦·司地克, 玉素甫江·如素力, 麦麦提吐尔逊·艾则孜环境变化下的生态服务功能研究, 对生态环境与社会经济持续发展具有重要的科学意义和应用价值。本文以新疆焉耆盆地作为研究对象, 基于Landsat遥感影像数据、DEM数据和气象要素数据, 运用非参数气候变化突变点检验(MK, Mann-Kendall-Sneyers test)、趋势分析方法(Mann-Kendall, MK), 通过计算生态服务价值(ESV)和土地利用/覆盖变化(LUCC)动态度, 对新疆焉耆盆地近40 a (1973—2014年)生态服务功能的变化及其驱动因素进行了分析。结果显示: 1)生态系统服务价值和功能的变化是气候变化和人类活动共同作用的结果; 2)山区冰川面积的缩小是山区生态服务价值减少的主要原因; 3)平原区的生态系统服务价值以2004年为转折点呈现先减少后增加的趋势, 整个研究区的生态服务价值分别为1973年85.86×10⁸元、1977年94.46×10⁸元、1994年84.15×10⁸元、2004年89.40×10⁸元和2014年96.47×10⁸元, 这与降水量和蒸发量变化趋势吻合。人类活动如长期开垦、扩大绿洲面积和有益的气候变化支撑(降水量增加、蒸发量减少)是平原区生态服务价值增加的主要原因。在山区, 生态服务价值随着降水量、蒸发量的变化而变化, 在绿洲区生态服务价值的变化是人类开荒耕地、还林、还耕, 以及人工栽培芦苇等活动和气候变暖共同作用的结果。中国生态农业学报. 2016 24(5): 684-694.