中国生态农业学报

基于生态系统服务和PSO-SOFM神经网络的中亚水土热资源匹配分区

闫雪, 黄法融, 李倩, 周宏飞, 李兰海 — 2021-02-01

闫雪, 黄法融, 李倩, 周宏飞, 李兰海水土热资源匹配度分区研究对于区域农业规划具有重要意义。中亚地区长期以来缺乏合理的水土热资源管理，已引发了一系列资源环境问题，严重威胁该地区农业生产。目前的研究也较少关注中亚水土热资源匹配分区模式。本研究利用遥感数据，通过量化4种主要生态系统服务（植被固碳、土壤保持、水源供给与涵养及生物多样性保护）的时空分布特征，结合PSO-SOFM（particle swarm optimization，PSO；self-organizing feature map，SOFM）神经网络模型实现中亚水土热资源匹配度分区，并利用Spearman秩相关分析探索不同匹配度分区与生态环境因子的关系，应用偏相关分析确定气温和降水量对中亚地区生态系统服务的影响。结果表明，中亚生态系统服务总体呈东南高、西北低的空间格局，沿山地-绿洲-荒漠方向递减。在2000-2015年间，各类生态系统服务均有不同程度变化，其中植被固碳和土壤保持呈显著下降的面积占整个中亚的84.81%和84.82%；水源供给与涵养以及生物多样性保护服务呈显著下降的面积较少，占比分别为69.48%和19.8%，且这两种生态系统服务在个别地区有增加趋势。PSO-SOFM神经网络模型在中亚水土热资源匹配度分区中表现良好，根据生态系统服务值空间模式，中亚水土热资源匹配度可被划为5大类21个子类分区。在空间尺度，各类匹配度分区之间生态系统服务值有显著差异，降水是影响生态系统服务和匹配度高低的重要限制因子，而气温和土壤因素影响较弱；在时间尺度，降水和各生态系统服务值间呈显著正相关关系的范围更广，而气温对生态系统服务值有显著影响的区域主要集中在哈萨克斯坦北部草地-半荒漠生态敏感区、中亚荒漠生态脆弱区、中亚中部半荒漠生态敏感区以及巴特赫兹-卡拉比尔半荒漠生态敏感区等地。而在其他区域，气温和降水量并非决定生态系统服务值高低的主要因素，生态系统服务值的变化可能与土地开发利用模式有关。结合不同匹配度分区的生态地理条件，本研究可为中亚地区水土资源开发利用、农牧业发展以及生态环境保护提供有用信息。中国生态农业学报. 2021 29(2): 241-255.

中亚农业水资源脆弱性及其变化特征分析

于水, 黄法融, 李兰海 — 2021-02-01

于水, 黄法融, 李兰海农业用水是链接自然环境和社会经济发展的重要环节，研究农业水资源脆弱性的时空变化对揭示水资源的可持续开发利用、保障水资源安全、应对洪旱灾害具有重要意义。为研究中亚地区农业水资源脆弱性变化特征，本文以中亚五国为研究区，基于气象、土地覆盖、地形和社会经济数据，依据脆弱性概念框架，从暴露度、敏感度和适应度3个方面选取18个指标，建立了农业水资源脆弱性评价指标体系，采用等权重法和主成分分析法确定指标权重，对1992－2017年中亚农业水资源脆弱性进行了评价及特征分析。结果表明：1）中亚农业水资源脆弱性空间分布表现为“南高北低”的特征，5国中土库曼斯坦农业水资源脆弱性最强，其次为乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦，而哈萨克斯坦农业水资源脆弱性最弱；研究时段内农业水资源脆弱性空间分布格局变化较小。2）中亚农业水资源脆弱性随时间变化表现为“前期升高，中期降低，后期稳定”的态势，整个研究期内研究区农业水资源脆弱性变化类型以相对稳定为主。不同地区农业水资源脆弱性随时间的变化存在差异，吉尔吉斯斯坦西部和土库曼斯坦的农业水资源脆弱性升高，乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦以及咸海地区水资源脆弱性降低，其他地区相对稳定。3）不同地区农业水资源脆弱性对各指标的敏感性不同，北部农业水资源脆弱性动态变化对农田灌溉定额和灌溉指数以负敏感为主，对其他指标以正敏感为主，而南部对各指标的敏感性正负均有；相关性分析表明，森林覆盖率、农业用水比例、农田灌溉定额、水分胁迫指数、灌溉指数和农业水分生产率是导致中亚农业水资源脆弱性空间差异的重要因素。4）为降低农业水资源脆弱性，中亚地区需发展集约型农业，调整作物种植结构，推广耐旱品种农作物，进行节水灌溉。研究结果可为中亚农业水资源规划管理、农业生产布局调整以及农业可持续发展提供参考依据。中国生态农业学报. 2021 29(2): 256-268.

1992-2017年中亚五国农作物水足迹变化特征

马驰, 杨中文, 宋进喜, 郝彩莲, 夏瑞, 贾蕊宁, 陈焰, 张晓娇 — 2021-02-01

马驰, 杨中文, 宋进喜, 郝彩莲, 夏瑞, 贾蕊宁, 陈焰, 张晓娇本研究以中亚五国为研究区域，以农作物水足迹为评估手段，分析了1992-2017年间中亚五国农作物水足迹的时空变化特征，以揭示中亚五国农作物水足迹结构，厘清引起中亚五国水足迹变化的主要农作物的贡献。结果表明：1）中亚五国农作物水足迹时间变化特征明显，1992-2017年中亚五国农作物绿水足迹（-9.7×10⁹ m³）和蓝水足迹（-5.6×10⁹ m³）均趋于减少。中亚五国农作物水足迹空间分布差异显著，哈萨克斯坦农作物绿色水足迹最高（平均4.96×10¹⁰ m³），且远高于其他4国（平均3.6×10⁹ m³），而蓝水足迹以乌兹别克斯坦最高（平均1.53×10¹⁰ m³）。农作物绿水足迹和蓝水足迹增长率最大的国家分别是土库曼斯坦（87.6%）和吉尔吉斯斯坦（32.3%）；绿、蓝水足迹减少率最大的国家分别是哈萨克斯坦（-20.7%）和乌兹别克斯坦（-24.2%）。2）中亚地区农作物绿水足迹主要以粮食作物为主，蓝水足迹以粮食作物和油料纤维作物为主；而粮食作物水足迹结构中，主要以小麦、水稻和玉米为主，油料纤维作物水足迹结构中，主要以棉花为主。3）哈萨克斯坦作为绿水足迹减少最多的国家，大麦（51.6%）和小麦（28.2%）的贡献最大；乌兹别克斯坦作为蓝水足迹减少最多的国家，棉花（61.9%）贡献最大。通过开展中亚地区的农作物水足迹研究，发现中亚农作物水足迹整体呈下降趋势，厘清了中亚地区引起水足迹下降的主要农作物种类，相关成果可以为中亚地区的农作物优化种植和水资源节约提供支撑。中国生态农业学报. 2021 29(2): 269-279.

中亚五国棉花和冬小麦需水量的变化及预测

田静, 苏晨芳 — 2021-02-01

田静, 苏晨芳农业灌溉用水是中亚地区最主要的水资源利用方式，灌溉用水量的变化直接影响中亚地区水资源消耗量，进而影响水资源管理和配置。作物需水量是衡量农业灌溉用水量的直接指标，为此本文以中亚主要作物棉花和冬小麦为研究对象，分析了2006-2015年中亚地区灌溉农业用地，以及棉花和冬小麦的需水量变化，并利用CA_Markov方法预测了2030年灌溉农地的变化，进而分析了未来中亚地区农业需水量的状况。研究表明，2006-2015年，中亚地区灌溉农田面积总体增加492 km²，其中哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和土库曼斯坦均有所增加，但塔吉克斯坦和乌兹别克斯坦有所减少。2006-2015年，棉花需水量只在土库曼斯坦和哈萨克斯坦东部地区显著增加（2.5~4.3 mm·a^-1），在吉尔吉斯斯坦显著减少，并且是唯一呈现总体减少趋势的国家。冬小麦需水量在土库曼斯坦明显增加（10.0 mm·a^-1）。至2015年，土库曼斯坦的棉花总灌溉水量增幅最大（3.44%），其他4个国家变化较小。中亚五国冬小麦的总灌溉水量均呈上升趋势；2030年，土库曼斯坦是唯一灌溉农业用地增加的国家，棉花和冬小麦的总灌溉水量均明显增加，棉花灌溉水量增加约28 km³，冬小麦增加约17 km³。中国生态农业学报. 2021 29(2): 280-289.

中亚棉花生产需水量与虚拟水贸易变化趋势

辛萍, 韩淑敏, 杨永辉, 周新尧, 周宏飞 — 2021-02-01

辛萍, 韩淑敏, 杨永辉, 周新尧, 周宏飞棉花是中亚重要的出口农产品之一，在水资源日趋严峻形势下，评价棉花生产需水和虚拟水贸易对区域水资源管理具有重要意义。本研究基于中亚175个站点长期气象数据，利用ArcGIS空间插值和作物系数法，结合棉花空间分布情况，首先估算了中亚五国的棉花需水量和单产需水量；基于单产需水量和国际粮农组织（FAO）的棉花产量和贸易数据，分析了1992年以来棉花的生产需水量、虚拟水贸易变化趋势及影响因素；最后评价了虚拟水贸易对中亚水资源的影响。研究结果表明：1）中亚棉花需水量为761.0~1033.9 mm，单产需水量为2834.4~5732.1 m³·t^-1，其中产棉大国乌兹别克斯坦为4263.8 m³·t^-1。2）1992-2017年，中亚地区棉花收获面积减少和产量偏低，导致总产量下降，生产需水量从初期的不足300亿m³下降到目前的不足200亿m³；棉花消费量增加导致出口量降低，净出口虚拟水量从初期的200亿m³左右下降到目前50亿m³；年均棉花生产需水量、净出口虚拟水量和净出口占生产需水量的比值分别为237.2亿m³、147.4亿m³和62.1%。3）1992-2017年，乌兹别克斯坦和土库曼斯坦通过棉花出口分别输出其可更新水资源总量的18.4%和12.7%，加剧了咸海流域水资源短缺。因此减少农田输水损失，提高棉花水分利用效率，是提升中亚棉花总产、减少棉花生产耗水、提升棉花出口贸易、减少虚拟水外输的有效措施。中国生态农业学报. 2021 29(2): 290-298.

咸海中下游流域水质空间分布特征及其与土地覆被的关系

张永勇, 谭香, 李发东, 阮宏威, 于静洁, 高扬, 翟晓燕 — 2021-02-01

张永勇, 谭香, 李发东, 阮宏威, 于静洁, 高扬, 翟晓燕中亚咸海流域的资源和环境问题一直是全球关注的热点。为揭示咸海流域水环境变化及其成因，本文利用2019年中下游流域21个采样点水质数据，通过主成分、聚类和秩次等多元统计分析方法相结合，分析了水体的基础理化属性、氮磷营养元素、其他元素和离子等20种指标的空间分布特征，辨识了该流域主要水质类型、空间分布及成因，探索了不同空间尺度土地覆被类型对水质类型的影响。结果表明：1）电导率、总溶解性固体物质和离子浓度越往河流下游数值越高，其中在咸海最大；不同形态磷元素浓度在阿姆河中游较高，硝态氮浓度在锡尔河较高；碳元素浓度也在阿姆河，特别是阿姆河下游三角洲地区较高。2）所有采样点水体根据水质指标相似性聚类可划分为3种综合性水质类型。第1类型为水质指标浓度均偏低的水体，分布在锡尔河中游和咸海；第2类型为氮磷营养元素浓度偏高的水体，分布在阿姆河中下游；第3类为碳元素和离子浓度均偏高的水体，分布在咸海。第1和2类型水体的元素浓度主要受荒漠地区岩石风化过程控制，阴阳离子来源于硅酸盐岩和蒸发岩的风化；第3类型水体主要受气候干燥导致的蒸发-结晶过程控制，阴阳离子除来源于硅酸盐岩和蒸发岩的风化外，还受碳酸盐岩风化影响。3）当各采样点缓冲区半径从0.5 km增加到10 km时，对第1类型水质浓度变化影响显著的土地覆被类型逐渐从荒地变为水域、灌木、草地和农田与植被混合，其中水域的影响最大；第2类型水质浓度变化与土地覆被类型无显著性关系；对第3类型水质浓度变化影响显著的土地覆被类型从水域变为水域、农田与植被混合等，其中水域的影响最大。因此，咸海流域水质浓度变化与当地干旱缺水和蒸发剧烈等气象条件以及土地覆被类型有密切关系。为改善咸海中下游流域水环境状况，在增加中下游河道流量和咸海的补给，减弱下游和咸海蒸发-结晶作用的同时，还需加大河岸带的植被修复和退耕还林还草，特别是在阿姆河和锡尔河中下游农业区、咸海等地区。中国生态农业学报. 2021 29(2): 299-311.

1990-2019年中亚五国干旱状况时空变化特征及大气涛动驱动分析

2021-02-01

彭宇, 李发东, 徐宁, KulmatovRashid, 高克昌, 王国勤, 张永勇, 乔云峰, 李艳红, 杨涵, 郝帅, 李琦, KhasanovSayidjakhon 咸海的迅速萎缩导致中亚五国的干旱问题引起了科学界的特别关注。为厘清中亚五国近30年来水分条件状况，探究影响其变化的气候驱动要素，本文使用帕默尔干旱指数（PDSI）对1990-2019年中亚五国干旱时空变化特征进行评估，并结合交叉小波变换揭示了大气涛动对其干旱状况的驱动影响。结果表明：中亚五国的干旱指数呈现周期性交替变化，年际变化率增大；夏秋旱、冬春湿的季节性干旱特征减弱，不同时间段的PDSI变异程度加剧，并表现出2018年后进入新一轮干期的可能。干旱程度总体呈现自西南向东北逐渐减轻、自东南山区向中西部平原逐步加重的格局；1990-2019年干旱重心由西南内陆腹地向哈萨克斯坦中西部地区转移，帕米尔和西天山山脉干旱程度呈波动上升态势。青藏高原指数（TPI）对PDSI变化表现出明显的驱动作用，在1990-2019年整个时间序列上均有较高的周期性强度，拥有1~3年（1995-2000年）、4~5年（2010-2015年）和8~10年（2015-2019年）3个明显年际尺度的震荡周期。总之，1990-2019年中亚五国整体干旱状况趋好，干旱变异程度加剧，干旱空间分异明显，TPI在年际尺度上是驱动PDSI变化的大气涛动要素。中国生态农业学报. 2021 29(2): 312-324.

1992-2015年中亚五国LUCC特征及耕地驱动力研究

韩海青, 王旭红, 牛林芝, 梁秀娟, 蒋晓辉, 谭竹婷 — 2021-02-01

韩海青, 王旭红, 牛林芝, 梁秀娟, 蒋晓辉, 谭竹婷中亚五国地处亚欧大陆的中心地带，是“一带一路”全球发展战略中重要的沿线节点之一。借助GIS空间统计分析方法，以欧洲太空局气候变化项目全球土地覆盖数据为基础，利用土地利用程度、动态度和转移矩阵对中亚五国1992-2015年土地利用/覆盖变化（LUCC）特征进行分析，并运用地理探测器对耕地驱动力进行深入研究。结果表明：1）1992-2015年，中亚五国的土地利用格局总体上表现为耕地和城镇用地持续增加，林地、草地和水域呈减少的趋势。耕地的增加主要来自林地（7.88万km²）和草地（5.27万km²）的转入，城镇用地的增加主要来自耕地（0.50万km²）的转入，耕地是仅次于城镇用地增速较快、变化最为显著的土地利用类型；城镇用地在各国均呈现增加的趋势，耕地除乌兹别克斯坦之外，在其他4国均呈现增加的趋势。2）1992-2015年中亚五国土地利用程度总体呈缓慢上升趋势（土地利用程度综合指数从1992年的193.34增加到2015年的197.41），即土地利用处于发展阶段；土地利用程度为耕地> 林地> 草地> 未利用地> 水域> 城镇用地。3）地理探测器对耕地变化驱动因素的分析结果表明，自然因素中年平均降水量对耕地变化的作用较为显著，但在短时间内社会和农业因素发挥决定性的作用；因子探测表明人口总数（0.882）和农村人口（0.881）对耕地扩张的影响力最大，其次为粮食单产（0.746）；交互探测表明各因子交互作用均为互相增强，其中，农村人口与粮食单产的叠加作用对耕地扩张的解释力度最大（0.972），影响耕地扩张的主要因素可归纳为人口增长和粮食单产提高。本研究可为中亚五国土地利用格局演变、区域土地利用规划和土地资源可持续利用提供决策支持。中国生态农业学报. 2021 29(2): 325-339.

系统论、信息论和控制论与我国农业生态学的发展

骆世明 — 2021-02-01

骆世明我国构建农业生态学的学科体系中，不仅把生态系统生态学作为其学科基础，而且把系统论、信息论和控制论同样作为其重要的学科基础。因此，在我国的农业生态学的学科体系中不仅像国外的农业生态学学科体系那样重视包括物种、种群、群落、生态系统和景观层次的农业生态系统的能流物流结构和相互关系；而且还十分重视系统的信息流和资金流，包括自然信息流，以及人们主动收集、传输和利用的人工信息流，劳动所体现的价值流，及其以货币形式反映出来的资金流。我国的农业生态学不仅像国际上农业生态学体系那样很重视包括生产者、消费者和分解者在内的农业生态系统的能流和物流转换结构，而且十分重视农业生态系统的调节与控制机制，包括自然调控机制和人为调控机制，其中人为调控机制又包括了如农业经营者在种植业与养殖业中各种操作所代表的人为直接调控，也包括如市场需求、政府政策、国家法律、社会习俗、教育宣传、信息传播等能够影响农业经营者行为的人为间接调控。在系统论、信息论和控制论基础上构建的农业生态学体系有利于更好地深入剖析我国优秀的传统农业实践，启迪农业生态学相关的基础研究和应用研究，开拓信息时代农业生态转型的创新途径。中国生态农业学报. 2021 29(2): 340-344.

植物排放N₂O研究进展

胡慧娴, 袁丹, 曾佳瑞, 姚金志, 何小冬, 秦树平, 胡春胜, 周顺桂 — 2021-02-01

胡慧娴, 袁丹, 曾佳瑞, 姚金志, 何小冬, 秦树平, 胡春胜, 周顺桂氧化亚氮（N₂O）是主要的温室气体之一，对大气环境质量与全球气候变化具有重要的影响。N₂O排放不仅增加温室效应，同时也会导致陆地生态系统氮损失与平流层臭氧消耗。长期以来土壤被认为是陆地生态系统N₂O的主要排放源，但近年来越来越多的证据表明，植物可能是陆地生态系统N₂O排放的另一重要来源。近年来有关植物排放N₂O的报道逐年增多，但对植物排放N₂O的途径及其调控机制方面还缺乏文献综述。本文首先在总结长期以来人们普遍认为的N₂O源与汇的基础上，提出陆地植物可能是另一个尚未被广泛认可的重要的N₂O的排放源。植物排放N₂O可能有两种潜在途径：1）植物作为土壤中通过微生物产生的N₂O的运输通道，2）植物通过自身代谢或内生菌的作用产生N₂O并排放到大气中。然后分析了关键因素（养分、光照、温度和植物器官及生长阶段）对植物排放N₂O的影响机制。最后指出未来需进一步探明植物体内产生N₂O的具体途径及其对全球N₂O排放的贡献，重点是探明植物自身的生理生化过程以及与其伴生、共生的微生物在N₂O产生中的作用。中国生态农业学报. 2021 29(2): 345-354.

气候变化对安徽省两熟制粮食作物物候期及周年气候资源分配与利用的影响

阮新民, 陈曦, 岳伟, 占新春, 从夕汉, 杜弘杨, 施伏芝, 罗志祥 — 2021-02-01

阮新民, 陈曦, 岳伟, 占新春, 从夕汉, 杜弘杨, 施伏芝, 罗志祥为了进一步明确江淮区域气候变化对两熟制粮食作物物候期及周年光温水资源分配与利用的影响，以安徽省12个农业气象观察站1992-2013年气象数据、作物生长发育期数据与产量数据为基础，采用线性趋势、相关分析、回归分析等方法，分析不同区域不同熟制作物物侯期变化趋势，以及气候变化对积温、辐射和降水资源分配与利用的影响。结果表明，1992-2013年沿淮淮北冬小麦-大豆种植模式，冬小麦播种期提前趋势显著（P < 0.05），平均每10 a提前3.03 d，成熟期变化不显著，全生育期平均每10 a增加3.54 d；大豆播种期和开花期则显著推迟（P < 0.05），平均每10 a推迟3.06 d和0.86 d，全生育期平均每10 a减少3.65 d。江淮冬小麦-一季稻模式，水稻播种期、抽穗期和成熟期均显著提前（P < 0.05），平均每10 a分别提前5.12 d、3.87 d和2.92 d，全生育增加2.2 d；小麦有同样的变化趋势，全生育期表现为每10 a缩短0.8 d。沿江江南双季早稻物候期变化不明显，全生育期每10 a缩短0.6 d；晚稻平均每10 a播种期推迟1.14 d，抽穗期与成熟期分别提前0.71 d和6.85 d，成熟期提前趋势显著（P < 0.01），全生育期每10 a缩短5.17 d。沿淮淮北冬小麦与江淮一季稻以及沿江早稻和晚稻生长季积温呈增加趋势，大豆与江淮冬小麦积温减少。沿淮淮北与江淮冬小麦及沿江早稻和晚稻生长季辐射呈增加趋势，大豆与一季稻则表现为减少。不同种植模式第1季作物冬小麦和早稻的降水均有减少趋势，而第2季作物大豆、一季稻和晚稻则呈增加趋势。冬小麦-一季稻种植模式周年光温水生产效率最高。线性回归分析表明，积温和辐射与沿淮淮北冬小麦和沿江双季稻的产量均呈显著线性正相关（P < 0.05），光温是提高其产量的主要限制因子。江淮一季稻积温过高和降水过多也限制产量提升。气候变化改变了两熟制粮食作物物侯期，进一步影响了光温水气候资源的分配与利用效率。通过改良品种、改变播栽时间、提高抗逆性等适应措施，可以在一定程度上抵消气候变化对作物生长的不利影响。中国生态农业学报. 2021 29(2): 355-365.

江苏省星级乡村旅游区的空间分布特征及影响因素研究

宋居宇, 姜卫兵, 何兰 — 2021-02-01

宋居宇, 姜卫兵, 何兰通过对江苏省星级乡村旅游区空间分布格局及影响因素的研究，为江苏省乡村旅游发展提供合理参考意见。选取江苏省726处三星级及以上乡村旅游区作为研究样本，利用最邻近指数、地理集中指数、核密度分析、缓冲区分析、不平衡指数等ArcGIS空间分析技术和SPSS相关性分析技术，以旅游资源类别为分类依据，研究分析江苏星级乡村旅游区的具体类型、空间分布格局及影响因素。结果显示：1）江苏省星级乡村旅游区可划分为农园型、村庄型、农园+村庄复合型3大类；2）五星级乡村旅游区在空间上呈均匀型分布，其他星级和各类型乡村旅游区在空间上呈集聚型分布，集中化程度较高，主要分布在苏南苏中地区；3）江苏省星级乡村旅游区在空间分布上呈轻度不均衡，在苏南苏中地区形成高密度聚集区、次高密度聚集区，苏北主要为低密度聚集区；4）各星级乡村旅游区主要分布在城市近郊20~40 km区域范围内。结论得出：经济水平、旅游资源、旅游政策导向以及交通条件等是影响江苏省各星级乡村旅游区空间分布的重要因素。对此，结合江苏省乡村旅游区发展问题提出讨论：1）促进区域协调发展，尤其苏中苏北地区；2）强化整合集聚发展，打造乡村旅游集聚区；3）重点推进升级发展，促进低星级向高星级乡村旅游区升级建设。中国生态农业学报. 2021 29(2): 366-378.

垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响

梁玉刚, 陈奕沙, 陈璐, 马微微, 孟祥杰, 黄璜, 余政军 — 2021-02-01

梁玉刚, 陈奕沙, 陈璐, 马微微, 孟祥杰, 黄璜, 余政军为了探究水稻垄作栽培和稻-鱼-鸡共生模式的结合对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响，本文通过设计常规水稻垄作栽培（CK）、水稻垄作养鱼（RF）、水稻垄作养鸡（RC）和水稻垄作养鸡养鱼（RFC）的田间对比试验，研究垄作稻-鱼-鸡共生模式下水稻茎秆倒伏、穗部性状和实际产量的变化。结果表明：2年中4个处理的水稻株高、株鲜重、重心高度和节间长的均值整体无显著性差异。与CK处理相比，RFC和RC处理水稻茎秆节间外径、节间壁厚、穗长和穗鲜重虽呈增加趋势，但均值整体也无显著性差异；水稻产量也保持稳定。RF处理水稻茎秆节间外径、壁厚、穗长和穗鲜重均呈降低趋势，且2019年穗鲜重达显著降低（P < 0.05）；水稻产量2年平均降低为29.98%（P < 0.05），其余均值整体无显著性差异。2年中RFC和RC较CK处理水稻节间茎秆抗折力平均增加19.69%和8.10%，且2年中RFC的第4和第5节间茎秆抗折力显著增加（P < 0.05）；而RF处理茎秆抗弯截面模量和抗折力整体均呈降低趋势，但均值整体变化不显著。RFC和RC较CK处理水稻茎秆节间最大应力均值降低为17.85%和15.08%，倒伏指数均值降低为4.35%和4.26%，但未达显著水平；RF处理茎秆节间倒伏指数平均增加11.47%，且2018年第3和2019年第2~5节间均达显著性差异（P < 0.05）。综上所述，垄作稻-鱼-鸡共生和垄作稻-鸡共生模式能够提高水稻穗长和穗鲜重，稳定水稻产量，增加水稻茎秆节间外径和壁厚，提高茎秆抗折力和抗弯截面模量，降低茎秆最大应力和倒伏指数，从而具有一定的壮秆效应和抗倒伏能力。中国生态农业学报. 2021 29(2): 379-388.

地膜玉米免耕轮作小麦的减水减氮效应

郭瑶, 陈桂平, 殷文, 赵财, 于爱忠, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 柴强 — 2021-02-01

郭瑶, 陈桂平, 殷文, 赵财, 于爱忠, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 柴强针对长期连作作物生产力低下等突出问题，研究前茬地膜覆盖作物免耕留膜，轮作后茬作物的生产效应，对于优化栽培模式，建立甘肃河西绿洲灌区作物生产的节本增效技术具有重要意义。2016-2017年，通过田间定位试验，研究了前茬地膜覆盖玉米茬口两种耕作方式（免耕留膜，NT；传统耕作，CT）、两种灌水水平（传统灌水，2400 m³·hm^-2，I2；传统灌水减量20%，1920 m³·hm^-2，I1）和3个施氮水平（传统施氮，225 kg·hm^-2，N3；传统施氮减量20%，180 kg·hm^-2，N2；传统施氮减量40%，135 kg·hm^-2，N1）对轮作小麦产量、光能与灌溉水利用及经济效益的影响，以期为优化试区小麦的栽培技术提供理论依据。研究结果表明，前茬玉米免耕留膜较传统耕作小麦全生育期总叶日积提高21.6%~26.1%（P < 0.05），特别是小麦灌浆至成熟期提高41.3%~45.2%（P < 0.05），具有延缓衰老的作用。小麦灌浆至成熟期，免耕留膜集成减量20%水氮供应（NTI1N2）处理比传统耕作和水氮供应（CTI2N3）提高叶日积34.8%~50.7%。免耕留膜较传统耕作提高籽粒产量、光能利用率和灌溉水利用效率分别为10.1%~10.4%、5.6%~12.3%和10.1%~10.3%（P < 0.05）；NTI1N2较CTI2N3处理小麦增产15.2%~22.0%、光能利用率提高8.1%~18.5%、灌溉水利用效率提高44.0%~52.5%（P < 0.05）。免耕留膜结合减量水氮供应可降低生产成本，提高纯收益和产投比，NTI1N2较CTI2N3处理纯收益和产投比分别提高22.9%~23.9%和34.8%~35.1%，单方水效益提高53.6%~68.9%（P < 0.05）。因此，前茬地膜覆盖玉米免耕留膜配套减量20%灌水（1920 m³·hm^-2）与施氮（180 kg·hm^-2）可作为甘肃河西绿洲灌区发展节本增效小麦生产的关键技术。中国生态农业学报. 2021 29(2): 389-399.

柴达木盆地灌区枸杞根系水分吸收来源研究

周艳清, 高晓东, 王嘉昕, 赵西宁 — 2021-02-01

周艳清, 高晓东, 王嘉昕, 赵西宁探讨柴达木盆地灌区作物水分利用特征，可为灌溉系统设计和水资源高效利用提供理论依据。以柴达木盆地怀头他拉灌区主要作物枸杞为对象，将枸杞潜在水源划分为浅层（0~20 cm）、中层（20~60 cm）和深层（60~100 cm）土壤水，利用稳定氧同位素示踪技术以及MixSIAR模型定量研究不同田间管理模式下[平作裸地（CK）、平作覆膜（MF）和垄作覆膜（MR）]枸杞根系水分吸收特征。结果表明：萌芽展叶期浅层土壤水分环境相对较好，CK和MF处理枸杞主要吸收浅层土壤水分，利用比例分别为45.9%和37.7%，MR处理对浅层、中层和深层土壤水源的利用比例相当；开花坐果期各层土壤水分都有所提高，相比于CK，MF处理浅层土壤水分利用比例增加13.5%，MR处理浅层土壤水分利用比例减少11.1%；果熟期枸杞蒸腾耗水量增加，相比于CK，MF和MR处理对浅层土壤水分的利用比例分别增加11.7%和24.0%；落叶期浅层土壤含水量较低，3个处理都主要吸收深层土壤水分。浅层土壤水源的利用比例与该层土壤水分呈正相关，枸杞对浅层土壤水分变化较敏感。3种管理模式下枸杞根系水分吸收来源差异明显。覆膜和垄作措施均提高了土壤含水量。相比于CK，MF和MR处理枸杞都增加了对浅层水源的利用。MR处理下土壤水分状况较好且枸杞根系水分吸收利用模式更加灵活，对柴达木盆地灌区是一种较优的田间水分管理模式。中国生态农业学报. 2021 29(2): 400-409.

基于遥感的广西甘蔗种植面积提取及长势监测

谢鑫昌, 杨云川, 田忆, 廖丽萍, 莫崇勋, 韦钧培, 周津羽 — 2021-02-01

谢鑫昌, 杨云川, 田忆, 廖丽萍, 莫崇勋, 韦钧培, 周津羽广西是我国最大的甘蔗种植和蔗糖产业基地，但长期受自然灾害影响甘蔗单产产量不高，及时获取其多年种植面积与长势的时空动态信息，可为区域甘蔗种植优化、灾害风险管理及蔗糖产业结构调整等提供重要科学支撑。首先，基于LANDSAT8 OLI遥感影像的6-5-2优化波段组合，引入NDVI、DEM等辅助识别特征变量，采用随机森林分类法进行多时相连续解译，并借助Google Earth高清遥感影像比对修正，获得了高精度的2014-2018年广西甘蔗种植面积分布；其次，基于MODIS-NDVI数据，构建长势差值监测模型，实现了近5年广西甘蔗茎伸期长势动态监测。结果表明：1）本文解译方法效果良好，广西甘蔗种植面积的总体分类精度高于92%，Kappa系数均大于0.8，面积相对误差5年均值为-10.7%。2）2014-2018年，广西甘蔗种植面积呈“前期急减，后期缓增”的变化趋势；主要种植区以崇左、南宁及来宾市为主，全区种植面积呈局部成片集聚、总体破碎分散的分布格局，并与研究区地形地貌、土壤类型、河流水系分布等下垫面环境要素密切相关。3）NDVI差值模型能清晰反映广西甘蔗茎伸期长势的年际和年内的时空变化特征，各年度内的甘蔗长势在好、正常、差等状态间交替转变频繁。上述成果可为揭示广西甘蔗对区域气候变化、旱涝交替及下垫面水土墒情动态的响应机制，开展区域甘蔗种植结构优化及其资源利用效率评估等奠定科学基础。中国生态农业学报. 2021 29(2): 410-422.