中国生态农业学报

长春地区食物链磷素养分流动历史变化特征分析

张晓萌, 王寅, 焉莉, 冯国忠, 高强 — 2017-08-01

张晓萌, 王寅, 焉莉, 冯国忠, 高强磷是重要的生命元素，其循环与转化在食物链中起着至关重要的作用。研究通过整理统计资料和文献数据，利用NUFER模型（Nutrient flows in Food chain，Environment and Resources use，NUFER），分析长春地区1993—2013年食物链磷素流动趋势特征，揭示其存在的问题并提出策略，为该地区食物链磷素的优化管理提供依据。结果表明，1993年长春地区食物链磷素总输入量为32.6 Gg，至2013年增长至113.9 Gg。食品生产方面，动物性食品磷素养分生产量由1993年的0.7 Gg提高到2013年的2.7 Gg，而植物性食品则由1993年的16.1 Gg降低至2013年的15.7 Gg。食品消费方面，动物性食品磷素消耗量由1993年的0.5 Gg提高到2013年的1.1 Gg，植物性食品则由1993年的5.0 Gg降低至2013年的4.4 Gg。20年间，长春地区食物链以废物形式累积的磷素量上升了15个百分点，通过径流、淋洗及侵蚀方式损失掉的磷素增加了17.6 Gg。至2013年，食物链中磷素的损失率达到20.2%。食物链各环节的磷素利用效率均呈下降趋势，其中作物生产和畜禽生产系统磷素利用效率分别由94.2%和4.1%降至49.3%和3.8%。整个食物链的磷素利用效率降低了20.3个百分点。同时，磷素的循环再利用效率也在逐渐降低。20年间，长春地区食物链磷素流动呈现出“投入量大、累积量多、损失量高、利用效率和循环再利用率低”的形式。因此，该地区的食物链中应控制磷素养分的投入，注意畜禽系统中废弃物的磷素循环利用，减少磷素损失从而提高磷素的利用效率。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1099-1105.

两种轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

丁瑞霞, 王维钰, 张青 — 2017-08-01

丁瑞霞, 王维钰, 张青通过分析不同作物轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响，为深入探究关中地区农田生态系统碳循环提供理论依据。试验设置于陕西省杨凌地区，在2012年10月至2014年9月期间以冬小麦-夏玉米轮作模式和冬小麦-夏大豆轮作模式作为研究对象，分别设置秸秆还田（SM）和秸秆不还田（NS）两个处理，测定分析不同处理下土壤呼吸、土壤温度及土壤含水量的变化趋势和差异，并估算土壤呼吸的温度敏感性（Q₁₀）。结果表明：土壤呼吸存在明显的季节变化，在作物生育期大部分时间内，SM处理的土壤呼吸速率均显著高于NS处理（P < 0.05），且SM处理的作物生育期土壤呼吸平均速率及土壤呼吸累计排放量也极显著高于NS处理（P < 0.01）；不同作物生育期土壤呼吸平均速率依次为夏玉米 > 夏大豆 > 冬小麦，土壤呼吸总量表现为冬小麦 > 夏玉米 > 夏大豆、冬小麦-夏玉米轮作 > 冬小麦-夏大豆轮作。冬小麦-夏玉米轮作与冬小麦-大豆轮作的土壤温度间存在差异；其中，在冬小麦生育前期，冬小麦-夏玉米轮作的土壤温度显著高于冬小麦-大豆轮作；第2季夏玉米生育期内5 cm深度的土壤温度显著低于同季的夏大豆；相比NS处理，SM处理能提高冬季土壤的温度，并降低春季和夏季的土壤温度；在高温少雨的时期内，SM处理能够提高0~30 cm土壤的平均含水量，不同的前茬作物引起两种轮作模式中冬小麦耕作层土壤含水量间明显的差异，夏玉米耕作层土壤含水量显著高于夏大豆。相关分析表明，土壤呼吸与5 cm和10 cm土壤温度均存在极显著的正相关性，且与5 cm土壤温度的相关性更好；但土壤呼吸与0~30 cm的土壤平均含水量无显著相关性。5 cm和10 cm土壤温度变化能够分别解释土壤呼吸变化的64.6%~67.3%和51.5%~59.6%。整个研究周期内，温度敏感性（Q₁₀）为1.70~2.01，冬小麦-夏玉米轮作的温度敏感性显著高于冬小麦-大豆轮作，且同一轮作模式下SM处理的温度敏感性显著低于NS处理。因此，秸秆还田能够提高农田的土壤呼吸作用，降低土壤呼吸的温度敏感性，同时能够调节土壤的水热状况。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1106-1118.

长期不同施肥方式对华北地区温室和农田土壤团聚体形成特征的影响

刘哲, 孙增慧, 吕贻忠 — 2017-08-01

刘哲, 孙增慧, 吕贻忠土壤的团聚状况是土壤重要的物理性质之一，团聚体数量是衡量和评价土壤肥力的重要指标。施用有机肥是提高土壤有机碳（SOC）含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本文以华北地区曲周长期定位试验站的温室土壤和农田土壤为研究对象，运用湿筛法，对比研究施用化肥（NP）、有机肥加少量化肥（NPM）、单施有机肥（OM）3种施肥方式对温室和农田两种利用方式土壤水稳性团聚体含量、分布和稳定性的影响，以提示施肥措施对不同土地利用方式土壤水稳性团聚体特征的影响。结果表明：在温室土壤和农田土壤中，OM处理较NP和NPM处理显著降低了土壤容重，增加了土壤有机质含量（P < 0.05），且在0~10 cm土层中效果最为明显。其中在温室土壤0~10 cm土层，单施有机肥处理（OM1）的土壤容重为1.17 g·cm^-3，分别较施用化肥（NP1）和有机肥加少量化肥（NPM1）处理降低12.0%和8.6%，OM1的土壤有机质含量为54.81 g·kg^-1，较NP1和NPM1增加104.8%和35.7%；在农田土壤0~10 cm土层，单施有机肥处理（OM2）的土壤容重为1.19 g·cm^-3，较施用化肥（NP2）、有机肥加少量化肥（NPM2）分别降低8.5%和7.0%，OM2的土壤有机质为22.67 g·kg^-1，较NP2、NPM2分别增加23.1%和15.0%。温室土壤和农田土壤中，0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm层土壤团聚体的平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）均为OM > NPM > NP；OM处理下水稳性团聚体的分形维数（D）值最低，NP处理下最大。OM处理显著降低0~20 cm土层内水稳性团聚体的D值，表层0~10 cm土层效果最为明显，土壤结构明显得到改善；相比农田土壤，温室土壤稳定性指标变化最为明显，团聚体结构改善效果最好。土壤有机质含量与 > 0.25 mm水稳性团聚体含量间呈极显著正相关关系（P < 0.001），说明土壤有机质含量越高， > 0.25 mm水稳性团聚体的含量就越高，土壤团聚体水稳性越强，土壤结构越稳定。因此有机施肥方式能在补充土壤有机碳库和有效养分含量的同时，显著增加土壤中大团聚体的含量及其水稳性，是提高华北平原农田土壤、尤其是温室土壤结构稳定性和实现土壤可持续发展的有效措施。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1119-1128.

基于生态学意义可视指标的乡村景观情景可视化评价

张晓彤, 刘文平, 肖禾, 张茜, 宇振荣 — 2017-08-01

张晓彤, 刘文平, 肖禾, 张茜, 宇振荣获得情景的关键就是辨识和归纳未来变化的方式、途径和关键要素，进而有的放矢地进行情景模拟。目前，一些研究开始通过增减某些关键景观要素来进行乡村景观情景可视化模拟，但还较少将基于生态学意义的可视景观指标运用到模拟的条件之中。本研究将基于生态学意义的可视景观指标应用到乡村景观情景可视化评价的情景设计之中。通过复杂性、自然性、开阔性、一致性和记忆表象5个可视景观指标的专家预期和基于GIS环境的客观分析，确定出不同情景的设计标准，并根据此标准生成原始现状景观、生态保护景观、集约生产景观和旅游休闲景观4个设计情景。通过当地居民、周边利益相关者以及在校学生对4个情景中的乡村景观进行评价，探讨了不同利益相关者对景观情景偏好的选择差异及影响因素。结果表明：参与者对集约生产景观情景普遍不感兴趣；越靠近当地的利益相关者对旅游休闲景观情景的偏好越强、对生态保护景观情景的偏好越弱；人们通过情景得到的感性认识和他们经过理性思考后的选择往往有差异，对景观主观判断上的差异很大程度来自于他们的个人生活背景。基于生态学意义的可视景观指标而构建的情景可视化对反映乡村景观变化、增强相关者决策与设计参与具有重要作用。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1129-1138.

减量施氮与间作模式对甜玉米AMF侵染和大豆结瘤及作物氮磷吸收的影响

周贤玉, 唐艺玲, 王志国, 王建武 — 2017-08-01

周贤玉, 唐艺玲, 王志国, 王建武通过4季（2014年秋季，2015年春、秋，2016年春季）大田定位试验，对比研究了两种施氮水平[300 kg·hm^-2（N1：减量施氮）和360 kg·hm^-2（N2：常规施氮）]和4种种植模式[甜玉米||菜用大豆2：3（S2B3）、2：4（S2B4）间作、甜玉米单作（SS）和菜用大豆单作（SB）]对华南地区甜玉米和大豆产量、甜玉米AMF侵染率、大豆根瘤菌等的影响。结果表明，减量施氮间作处理的甜玉米产量显著高于单作。2016年春季S2B3-N1处理大豆的根瘤数显著高于S2B3-N2处理；4季减量施氮和间作处理对大豆根瘤干重均没有显著影响。2015年春秋两季两种施氮水平间作处理的甜玉米生物量和氮含量均显著高于相应的单作处理；且减量施氮间作模式甜玉米AMF侵染率显著高于常规施氮处理。2015年秋季减量施氮间作模式处理甜玉米的磷含量显著高于单作处理。减量施氮与间作菜用大豆显著提高了甜玉米氮和磷含量、AMF侵染率、生物量及产量，是华南地区甜玉米资源高效利用的可持续生产模式。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1139-1146.

供磷水平对平邑甜茶幼苗NO₃^-吸收、利用特性的影响

彭玲, 朱占玲, 陈倩, 季萌萌, 陈汝, 葛顺峰, 姜远茂 — 2017-08-01

彭玲, 朱占玲, 陈倩, 季萌萌, 陈汝, 葛顺峰, 姜远茂运用¹⁵N示踪及非损伤微测技术，研究了不同供磷水平（0 mmol·L^-1、1.0 mmol·L^-1、2.0 mmol·L^-1、3.0 mmol·L^-1、4.0 mmol·L^-1、6.0 mmol·L^-1、8.0 mmol·L^-1、12.0 mmol·L^-1和16.0 mmol·L^-1 H₂PO₄^-）对平邑甜茶幼苗NO₃^--N吸收及利用特性的影响，为提高果园氮肥利用效率提供理论依据。结果表明，在低磷水平（0~1.0 mmol·L^-1）时，平邑甜茶根系长度、根系总表面积较小，且根尖数较少。随着供磷水平的增加，在2.0~4.0 mmol·L^-1磷浓度处理时，平邑甜茶幼苗生物量、根系长度、根系总表面积及根尖数显著高于其他处理。而在6.0~16.0 mmol·L^-1时，过量供磷抑制了根系的生长，使平邑甜茶幼苗根系长度、表面积均大幅降低，根尖数量骤降。非损伤扫描离子选择电极测试表明，当生长介质磷浓度在3.0~6.0 mmol·L^-1时，平邑甜茶对NO₃^-有吸收作用，并在3.0 mmol·L^-1磷浓度时其吸收速率最高。而在0~2 mmol·L^-1及8.0~16.0 mmol·L^-1磷浓度处理下，平邑甜茶对NO₃^-有外排作用。随供磷水平的增加，各器官从肥料中吸收分配到的¹⁵N量对该器官全氮量的贡献率（Ndff）及植株氮素利用率呈现先升高后降低的趋势，4.0 mmol·L^-1磷浓度时植株氮素利用率最大，为42.24%，超过4.0 mmol·L^-1植株氮素利用率显著降低。适当充足的供磷刺激了幼苗根系生长，从而促进平邑甜茶对氮素的获取，过量的NO₃^-抑制了平邑甜茶根系的生长，同时叶片硝酸还原酶的活性受到抑制，因此其氮素吸收和利用效率较低。因此，磷浓度在3.0~4.0 mmol·L^-1时最有利于平邑甜茶幼苗的生长及氮素的吸收利用。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1147-1153.

生物质炭与氮肥配施对春小麦产量及其C︰N︰P的影响

南学军, 蔡立群, 武均, 刘小宁, 高志强, StephenYeboah, 张仁陟 — 2017-08-01

南学军, 蔡立群, 武均, 刘小宁, 高志强, StephenYeboah, 张仁陟碳（C）、氮（N）、磷（P）生态计量化学为研究作物-土壤生态系统物质循环及其能量流动提供了崭新视角，研究生物质炭配施不同用量氮肥下小麦C、N、P计量特征，可为探明区域养分限制性以及进行合理施肥等提供理论依据。本文通过田间定位试验，测定施50 kg（N）·hm^-2氮肥、100 kg（N）·hm^-2氮肥、施生物质炭、生物质炭与50 kg（N）·hm^-2氮肥配施、生物质炭与100 kg（N）·hm^-2氮肥配施等处理下小麦产量、CNP含量及其生态化学计量等指标。结果表明：相比空白对照（不施氮肥和生物质炭）处理，其他不同处理均显著提高了小麦秸秆和籽粒产量，除了单施生物质炭处理，其他处理均不同程度提高了小麦地上部各器官N含量，生物质炭配施不同用量氮肥显著提高了茎秆和籽粒C和P含量。计量比结果表明，相比对照处理，生物质炭和50 kg（N）·hm^-2氮肥配施显著降低了叶片C：N和C：P，生物质炭和100 kg（N）·hm^-2氮肥配施处理则显著降低了茎秆C：N、C：P、N：P以及籽粒C：N、C：P。研究区小麦叶片N：P大多为18~23，因此小麦可能受到P元素的限制。生物质炭配施氮肥显著提高了作物产量，增加了小麦CNP养分含量，降低了植物C：N、C：P、N：P。总体而言，生物质炭配施100 kg（N）·hm^-2氮肥施肥措施的综合表现最优。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1154-1162.

低铁胁迫对玉米苗期根系生长和铁素吸收利用的影响

龙文靖, 辜涛, 万年鑫, 彭白钰, 孔凡磊, 袁继超 — 2017-08-01

龙文靖, 辜涛, 万年鑫, 彭白钰, 孔凡磊, 袁继超为了揭示不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的差异，为玉米耐低铁能力的遗传改良提供依据，以耐低铁玉米品种‘正红2号’和不耐低铁玉米品种‘川单418’为材料，采用重度[10 μmol（Fe³⁺）·L^-1]、中度[30 μmol（Fe³⁺）·L^-1]和轻度[50 μmol（Fe³⁺）·L^-1]3种低铁胁迫及对照[100 μmol（Fe³⁺）·L^-1]的铁营养液处理3叶1心玉米幼苗，分析低铁胁迫对不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的影响。结果表明，随着营养液铁浓度降低，两个玉米品种幼苗的根长、根体积、根系活力、干物质、铁含量、铁积累量、相对吸铁能力均显著降低，但根系麦根酸分泌量增多，铁素向地上部转移分配能力增强，铁素的生理效率提高，这是玉米适应低铁胁迫的重要生理机制之一。玉米幼苗的铁素积累量与根长、根体积、根干重、根系活力等根系性状均呈极显著或显著正相关。耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下根长、根体积、根干重、根系活力均较不耐低铁玉米品种高，是其铁素吸收积累量高的重要原因。根系麦根酸分泌量与铁素茎叶分配率呈正相关，铁素茎叶分配率与铁素生理效率呈极显著正相关，增加根系麦根酸的分泌量可在一定程度上提高玉米铁素的茎叶分配率，从而提高铁素生理效率；耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下麦根酸分泌量增幅高于不耐低铁玉米品种，是其铁素生理效率高的主要原因。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1163-1172.

土壤生物消毒对土壤改良、青枯菌抑菌及番茄生长的影响

伍朝荣, 黄飞, 高阳, 毛一航, 蔡昆争 — 2017-08-01

伍朝荣, 黄飞, 高阳, 毛一航, 蔡昆争针对目前作物集约化和单一化种植所造成的土壤连作障碍以及退化问题，通过土壤培养试验和田间试验研究了土壤生物消毒（土壤中添加2%的米糠、麦麸、茶籽麸后覆盖塑料薄膜，以不添加物料不覆盖为对照）对土壤特性、防控青枯病、番茄生长及产量和品质的影响，以期为土壤生物消毒法的理论研究和实践应用提供参考。结果表明，与对照相比，不同土壤生物消毒处理均能显著提高土壤温度、pH和电导率，降低土壤Eh，显著减少土壤中97.27%~99.14%青枯菌数量；同时显著增加土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量，而对全磷和全钾影响不显著。不同土壤生物消毒处理能显著降低青枯病发病率29.41%~42.65%。此外，土壤生物消毒显著提高番茄叶片F_v/F_m，对光合参数净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度影响不显著；显著增加番茄株高（16.90%~29.15%）和产量（41.41%~56.25%）；果实糖酸比、可溶性糖含量也有所增加。以添加麦麸的生物消毒在提高pH、防控青枯病及提高产量的效果最佳。综合来看，作为一种非化学土壤消毒方法，土壤生物消毒在改良土壤、防控土传病害青枯病和促进番茄生长方面表现出较好的优势，值得推广应用。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1173-1180.

耐弱光基因型马铃薯在遮阴条件下的光合和荧光特性分析

李彩斌, 郭华春 — 2017-08-01

李彩斌, 郭华春为探寻遮阴对马铃薯光合和荧光特性及吸收光能分配的影响，本研究采用大田试验，以马铃薯不耐弱光品种‘丽薯6号’和耐弱光品种‘中薯20’为材料，出苗后用遮光率70%的黑色遮阳网进行遮阴处理（T），以自然光照为对照（CK），测定了遮阴30 d后马铃薯叶片的光合作用、光响应曲线、CO₂响应曲线、光诱导曲线和叶绿素荧光参数的变化。结果表明：1）遮阴后净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、最大净光合速率（P_max）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）较CK显著下降；‘中薯20’的P_n、P_max、LSP较高，LCP和暗呼吸速率（R_d）较低。2）不同基因型CO₂响应参数无显著差异，但‘中薯20’的最大羧化速率（V_cmax）和最大电子传递速率（J_max）较高，CO₂补偿点（CCP）较低。3）高光诱导过程中，‘中薯20’反应较快，光合能力较强。4）初始荧光（F_o）、最大荧光（F_m）、最大光化学量子效率（F_v/F_m）较CK显著增加，PSⅡ实际光化学量子效率（ΔF/F_m'）、表观电子传递速率（ETR）和光化学猝灭系数（qP）较CK显著下降，非光化学猝灭系数（NPQ）呈增加趋势。5）非光化学热耗散（Ф_NPQ）和荧光耗散途径（Ф_f，d）比例显著增加，光化学猝灭耗散途径（Ф_PS_Ⅱ）比例显著减少，主要以增加热耗散为主。遮阴后，耐弱光基因型‘中薯20’的NPQ和Ф_NPQ均高于不耐弱光的‘丽薯6号’，说明‘中薯20’的光合机构保护能力更强。综合分析表明，遮阴后耐弱光基因型马铃薯具有较高的净光合速率、较低的光补偿点、较低的CO₂补偿点、较快的光诱导反应速度和较高的非光化学热耗散能力。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1181-1189.

干旱胁迫及复水对耐旱枸杞水力学特性的影响

胥生荣, 张恩和, 马瑞丽, 王琦, 刘青林, 武睿 — 2017-08-01

胥生荣, 张恩和, 马瑞丽, 王琦, 刘青林, 武睿耐旱枸杞是西北干旱地区重要的经济作物，为进一步明确枸杞水分运输特性，提高农业生产潜力，在甘肃省古浪县农业示范基地（37.09°N，102.79°E）以2年生‘宁杞1号’、‘宁杞5号’和‘蒙杞1号’3个枸杞品种苗木为试验材料，设计3个处理[N：正常水分；M：中度干旱；S：重度干旱]，研究干旱胁迫对光合速率、气孔导度、冠层和根系导水率的影响，以及干旱胁迫后复水对枝条导水率的影响。结果表明：随着干旱程度增加，枸杞冠层、枝条和根系导水率均下降，‘宁杞5号’在干旱胁迫后植株导水率的减小和根系导水阻力在整个植株中所占比例的增大最显著；通过拟合木质部脆弱性曲线发现，‘宁杞1号’导水率损失50%时木质部水势显著高于‘宁杞5号’和‘蒙杞1号’。枸杞叶片净光合速率和气孔导度与植株叶片导水速率具有显著相关性。干旱胁迫复水后植物生长主要取决于根系恢复吸水的能力，干旱胁迫复水4 d后苗木导水率呈现不同程度的恢复，‘蒙杞1号’导水率恢复速度最快，并出现显著补偿效应，恢复速度最慢的为‘宁杞5号’。综合分析表明，枸杞耐旱特性与导水能力有关，根系导水对干旱胁迫的敏感性可以反映植株持续抗旱能力，干旱胁迫复水后根系导水率恢复能力和补偿效应对植株在逆境条件下土壤水分利用具有显著影响，调控根系导水率对于提高土壤水分利用率具有重要意义。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1190-1197.

Bt基因导入对侵染丛枝菌根真菌的玉米生长生理及磷转运基因表达的影响

钟旺, 曾慧兰, 王建武 — 2017-08-01

钟旺, 曾慧兰, 王建武为了分析Bt玉米与常规玉米对接种丛枝菌根真菌响应的异同，本文在接种摩西球囊霉（Funneliformis mosseae）和不接种的条件下，对比分析了两个Bt玉米品种‘5422Bt1’（Bt11）和‘5422CBCL’（Mon810）以及同源常规玉米品种‘5422’根系中丛枝菌根真菌侵染率、磷转运基因的表达量、生长和养分利用状况。结果表明：生长50 d和80 d时，Bt玉米‘5422Bt1’和‘5422CBCL’根系丛枝菌根真菌侵染率显著高于常规玉米‘5422’，分别比‘5422’高13.54%、11.24%和9.83%、6.70%；50 d取样时，接菌和不接菌处理玉米‘5422Bt1’、‘5422CBCL’和‘5422’根系内的磷转运基因表达量均没有显著差异；接菌和不接菌处理下玉米‘5422Bt1’的干重显著高于‘5422CBCL’相应的处理，而与‘5422’没有显著差异；80 d取样时，不接菌处理玉米‘5422Bt1’的根长、根表面积和根体积显著高于‘5422’和‘5422CBCL’不接菌处理。Bt基因的导入主要影响了两个Bt玉米品种（‘5422Bt1’和‘5422CBCL’）苗期（50 d）和成熟期（80 d）的氮素吸收利用，与常规玉米品种‘5422’相比，合成Bt蛋白消耗了部分氮素和磷；3个玉米品种对接种AMF的响应不同，接菌处理提高了‘5422Bt1’和‘5422CBCL’苗期（50 d）和成熟期（80 d）的氮素吸收利用。在磷养分条件满足玉米生长需要的条件下，接种丛枝菌根真菌对Bt玉米磷转运基因表达量和磷的吸收利用没有显著影响。Bt基因的导入以及接种F.mosseae对Bt玉米生长和养分利用的影响与不同转化事件形成的品种特性相关。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1198-1205.

北方地区叶面积指数变化对蒸散和产水量的影响

柳艺博, 胡正华, 李琪, 张雪松, 张琪 — 2017-08-01

柳艺博, 胡正华, 李琪, 张雪松, 张琪越来越多的证据表明伴随植树造林/再造林等工程实施，我国北方地区叶面积指数（LAI）近年来变化明显。但有关植树造林等引起的LAI变化对水循环的影响仍存在争议。本研究利用卫星遥感LAI数据和生态过程模型（BEPS）评价了2000—2014年北方地区LAI变化对蒸散和产水量的影响。首先评价了北方地区LAI的变化趋势；在此基础上采用“去趋势”法去除LAI变化趋势而仅保留其年际变化；而后分别基于原始和去趋势后LAI序列驱动BEPS模拟北方地区蒸散；最后基于两种情景比较分析LAI变化对蒸散和产水量的影响。结果表明，北方地区LAI发生显著变化的地区占北方地区面积的20.2%，其中LAI显著升高和显著降低地区面积分别占18.8%和5.5%。在像元尺度上，LAI升高会促进蒸散并降低产水量，LAI降低则相反。在区域尺度上，LAI升高分别对蒸散和产水量产生了显著的正负效应；LAI变化对水循环影响取决于研究区覆盖范围和研究区内LAI升高和降低的比例。考虑到LAI升高对产水量可能产生的负效应和北方地区的缺水危机，未来植树造林活动或许应该考虑更多集中于南方地区。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1206-1215.

棉花生长初期灌溉信息遥感提取与校正

刘焕军, 孟令华, 邱政超, 张新乐, 殷继先, 徐梦园, 于微, 谢雅慧 — 2017-08-01

刘焕军, 孟令华, 邱政超, 张新乐, 殷继先, 徐梦园, 于微, 谢雅慧为提高生长初期低覆盖度作物长势的遥感监测精度，需要消除灌溉引起的土壤水分背景变化对归一化差值植被指数（NDVI）的影响。为了实现棉花生长初期灌溉信息提取与校正，提高棉花作物长势监测与产量预判精度，本文以美国加利福尼亚州San Joaquin Valley的2个棉花地块为研究区，选取棉花生长初期灌溉过程中的遥感影像，构建两种灌溉信息提取方法（分阶段阈值法和灌溉线提取法），确定最优灌溉像元提取方法；比较分析灌溉与未灌溉情况下棉花的NDVI与归一化差值水分指数（NDWI）以及土壤调节植被指数的关系，提取含有灌溉信息的像元，并对NDVI进行校正，消除灌溉对NDVI的影响。研究结果表明：在棉花生长初期，灌溉与未灌溉像元NDVI变化率达12%，差异较显著；灌溉与否的棉花NDVI与NDWI间均存在极显著的线性关系，决定系数在0.80以上；利用灌溉线方法提取灌溉信息与分阶段阈值相比精度更高，精度达88%以上；校正后线性回归模型精度达0.95，灌溉校正效果明显，灌溉与未灌溉像元的NDVI差异减小至2%。本研究通过对含有灌溉信息像元NDVI值的校正，去除灌溉对NDVI造成的影响，反映了真实的植被信息，可实现对作物生长初期长势的准确遥感监测，为遥感定量监测提供便利。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1216-1223.

基于波段深度分析和BP神经网络的水稻色素含量高光谱估算

郑雯, 明金, 杨孟克, 周四维, 汪善勤 — 2017-08-01

郑雯, 明金, 杨孟克, 周四维, 汪善勤该文以水稻田间氮肥水平试验为基础，采用单变量的线性和非线性回归方法，建立基于植被指数的水稻色素含量高光谱估算模型。各植被指数对色素含量的估计能力分析结果显示，植被指数在色素含量较大时存在饱和问题，为此尝试将波段深度分析（BDA）与BP神经网络结合，以提高利用高光谱技术对水稻叶片色素含量的估算精度。基于连续统去除处理的水稻冠层高光谱数据（400~750 nm），选取波段深度（BD）、波段深度比（BDR）、归一化波段深度（NBDI）和归一化面积波段指数（BNA）4种波段指数，在此基础上进行主成分分析（PCA）实现降维，然后采用反向传播（BP）神经网络方法对水稻叶片色素含量进行高光谱反演，探讨BDA与BP神经网络结合解决植被指数饱和问题的可能性和有效性。结果表明，波段深度分析突出了光谱吸收特征差异，挖掘了更多的潜在信息，使得光谱曲线的差异性得到增强。BD与BP结合的估算模型对水稻叶片中的类胡萝卜素含量估算精度最高（R²=0.61，RMSEP=0.128 mg·g^-1），BNA与BP结合的估算模型对水稻叶片中的叶绿素含量估算精度最高（R²=0.73，RMSEP=0.343 mg·g^-1）。对比分析BDA与BP结合的模型和植被指数最佳回归模型的精度，发现波段深度分析建立的BP神经网络模型能较好地解决饱和问题，提高水稻叶片色素含量的估算精度。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1224-1235.

府河-白洋淀硝酸盐来源判定及迁移转化规律

梁慧雅, 翟德勤, 孔晓乐, 袁瑞强, 王仕琴 — 2017-08-01

梁慧雅, 翟德勤, 孔晓乐, 袁瑞强, 王仕琴近年来白洋淀流域内经济高速发展、人口增加，生活污水排放量增大，严重威胁府河和白洋淀水质，其中硝酸盐浓度过高引发的水体富营养化是河流系统面临的重要难题。以白洋淀和唯一一条常年有水的入淀河流——府河为研究对象，结合水化学、水中氢氧同位素（d²H、d¹⁸O）和硝酸盐氮同位素（d¹⁵N）的方法，分析2008—2016年水化学特征和水化学类型变化，明确府河-白洋淀淀区硝酸盐污染来源以及沿程迁移转化规律，为其水质富营养化管理提供参考。研究结果表明：府河2008年硝酸盐d¹⁵N值 > 10‰，2014年硝酸盐d¹⁵N值的变化范围是2.07‰~18.49‰，府河硝酸盐主要来自于保定市和沿府河村落的生活污水；但2009年硝酸盐d¹⁵N值的变化范围是-3.7‰~4‰，府河硝酸盐主要来源于工业废水。白洋淀淀区2008年和2014年硝酸盐d¹⁵N值的变化范围分别是5.8‰~11.7‰和3.31‰~12.53‰，2009年d¹⁵N值的变化范围是-3.8‰~0.7‰，说明府河的生活污水和工业废水是白洋淀淀区硝酸盐的主要来源。2008—2014年Cl^-和SO₄^2-浓度比例逐渐减小，工业废水和生活污水的排入受到控制；2009年因工业废水的排放NO₃^-浓度超过50 mg·L^-1，2014年和2016年NO₃^-浓度未超标；控制硝酸盐浓度变化的主要因素是降水稀释、外源输入及反硝化脱氮作用，当溶解氧（DO）小于2 mg·L^-1时，硝酸盐的减少主要受反硝化作用影响。中国生态农业学报. 2017 25(8): 1236-1244.