中国生态农业学报

土壤环境中微塑料的研究进展

张佳佳, 陈延华, 王学霞, 倪小会, 刘东生, 李丽霞, 邹国元 — 2021-06-01

张佳佳, 陈延华, 王学霞, 倪小会, 刘东生, 李丽霞, 邹国元微塑料是一类广泛存在于环境中的塑料颗粒，近年来，微塑料对环境的污染引起了国内外学者的广泛关注。关于微塑料对水环境造成的负面影响有较多报道，但微塑料在陆地环境特别是土壤中的存在和影响的系统性研究鲜有报道。本文从土壤微塑料的来源和分布、分析方法、对生态系统的影响、生态环境效应及管控措施等方面进行了系统综述，并针对今后土壤微塑料的研究提出了相关对策。主要包括以下几个方面：1）土壤微塑料的主要来源包括农用塑料薄膜残留、污泥的土地利用、有机肥施用、地表径流、污水灌溉和大气沉降；2）总结了土壤中微塑料的分离、提取、鉴定及分析方法的优缺点，但目前仍没有标准化的检测和定量技术；3）微塑料会影响土壤的结构和理化性质，对植物和动物的生长造成威胁，并改变微生物群落的多样性；4）微塑料表面可附着污染物，对环境造成物理和化学污染，可释放内源性有毒物质，并导致复合污染效应；5）微塑料污染的防控措施主要包括3个方面：研发生物降解塑料产品、从源头控制微塑料的输入以及加强世界各国合作。提出今后微塑料的研究应建立统一的定量分析标准方法，发展更准确的可追溯分析技术，加强对土壤中微塑料污染的科学研究。本研究不仅有助于了解微塑料在土壤中的环境行为，为进一步探索土壤微塑料提供思路，而且可为土壤中微塑料的生态风险评估及污染防治提供理论依据和参考。中国生态农业学报. 2021 29(6): 937-952.

分析技术在土壤微塑料研究中的应用现状

刘东生, 邹国元, 陈延华, 梁丽娜, 李丽霞 — 2021-06-01

刘东生, 邹国元, 陈延华, 梁丽娜, 李丽霞微塑料污染已成为环境领域研究的热点问题。受采样、前处理和分析技术的限制，现有研究中检测到的微塑料尺寸普遍较大。定量分析技术不够成熟，文献数据之间的可比性较差。复杂组分和表面附着物导致土壤微塑料的分析检测存在更大的挑战。为更好地掌握研究现状与发展趋势，本文从光谱分析、热分析、显微分析等角度分类，对土壤微塑料研究中的分析技术进行了解析、对比和总结。光谱分析对微塑料进行定性和数量统计，常见的有傅里叶变换红外光谱法和拉曼光谱法。热分析用于组分鉴定和质量分析，具体分为裂解气质联用和热重波谱联用。显微分析则对形貌和尺寸进行表征，包括光学显微镜和电子显微镜两种。提出微塑料分析技术越来越丰富，但是针对土壤微塑料的分析是一项复杂的工作。分析技术的标准化是评价和治理微塑料污染的关键；现有的土壤微塑料检测方法各有利弊。组合或联用技术的使用有望更高效、精准地实现对土壤微塑料定性定量分析；应从需要解决的科学问题出发，根据研究目的合理选择分析技术；部分分析技术在土壤微塑料的实际测定有待于进一步的探索与验证。中国生态农业学报. 2021 29(6): 953-960.

微塑料对典型污染物吸附解吸的研究进展

徐笠, 李海霞, 韩丽花, 邹国元, 陈延华, 刘东生, 薛颖昊, 陆安祥 — 2021-06-01

徐笠, 李海霞, 韩丽花, 邹国元, 陈延华, 刘东生, 薛颖昊, 陆安祥近些年来，环境中的微塑料污染引起了全世界的广泛关注。微塑料具有比表面积大、吸附力强等特点，其易与环境中的典型污染物（如有机污染物和重金属）相互作用，改变这些污染物的环境行为。明确微塑料对有机污染物和重金属的吸附解吸作用过程和机制，对于明确有机污染物和重金属的环境行为及毒性效应的相应变化具有重要的意义。本文系统综述了微塑料对有机污染物和重金属吸附解吸作用的研究进展，着重从微塑料性质（类型、形貌特征、表面官能团、极性、吸附位点、结晶度、老化程度）、污染物性质（表面官能团、疏水性、极性、浓度、形态等）以及环境因素（温度、pH、盐度、离子强度、表面活性剂、微生物膜）3个方面，系统分析了微塑料对典型污染物吸附解吸的作用过程和机理。微塑料对有机污染物和重金属的吸附解吸主要受表面吸附、孔隙填充、络合作用以及疏水作用等的影响。微塑料对污染物的吸附动力学绝大部分符合动力学（准）二级模型，部分符合一级动力学；吸附等温线基本符合Frendlich模型、Langmuir模型和Henry模型，部分符合线性模型和复合模型。未来应加强微塑料对一些新型污染物吸附解吸方面的研究工作，进一步明确微塑料与典型污染物之间相互作用的过程和机理，并建立相关的数据库和模型。希望为后续的微塑料吸附解吸典型污染物的相关研究提供借鉴与参考，也为科学地认识微塑料的环境行为提供依据。中国生态农业学报. 2021 29(6): 961-969.

聚乙烯微塑料对玉米根际土壤微生物群落结构的影响

丁峰, 赖金龙, 季晓晖, 罗学刚 — 2021-06-01

丁峰, 赖金龙, 季晓晖, 罗学刚为了研究聚乙烯类微塑料对玉米根际土壤微生物群落结构的影响，以玉米为试材，以平均分子量为2000、5000、10万的聚乙烯粉末模拟土壤中的微塑料污染，设置5个处理：不添加聚乙烯（CK）、添加分子量为2000（T1）、5000（T2）、10万以上（T3）的聚乙烯且种植玉米、未添加聚乙烯未种植玉米（CK0），分析玉米抽穗期各部位矿质元素代谢和根际土壤微生物群落结构差异。结果显示，矿质元素含量在玉米各部位存在差异，Fe、Cu主要集中在玉米根部，Ca、Mn、Mg在叶中分布最多，K主要集中在茎中；添加不同分子量聚乙烯微塑料后，不同部位的矿质元素较CK增加，且T1处理下增加最多。微生物多样性分析显示，不同分子量聚乙烯微塑料对玉米根际微生物群落组成影响不同。T1处理下除变形杆菌纲、伯克氏菌科细菌丰度增加外，其他细菌丰度较CK均减少；T3处理下，细菌和真菌的丰度较CK都有较大幅度的增加。总体来看，添加聚乙烯后，玉米不同部位矿质元素含量较CK显著增加，2000分子量聚乙烯能够显著降低土壤中细菌和真菌的丰度，10万以上分子量聚乙烯使得土壤中细菌和真菌丰度增加，各处理中与环境污染物降解相关的微生物增多。中国生态农业学报. 2021 29(6): 970-978.

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

黄珊, 樊廷录, 刘萌娟, 陈荣桓, 梁楚涛, 程万莉, 陈延华, 薛萐, 杨晓梅 — 2021-06-01

黄珊, 樊廷录, 刘萌娟, 陈荣桓, 梁楚涛, 程万莉, 陈延华, 薛萐, 杨晓梅农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量，促进了当地农业发展及社会经济效益。然而，由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长，使得残留在土壤中的农膜日益增多，严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多，但对于其种类（可降解或不可降解）及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象，对比普通聚乙烯（PE）和生物降解（BP）两种农膜（残片大小为0.5~2 cm），研究不同农膜残留累积量（土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%）下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO₂响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量，探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明：PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%，而初荚期升高51.38%，说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升，但在初荚期被抑制。在初荚期，BP残留使光补偿点降低54.82%，且光饱合点升高58.12%，从而提高了叶片强光适应能力，增大了叶片光能利用范围。同时，PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%，从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加，最大光合力分别降低36.49%和23.56%，表明大豆叶片CO₂利用能力减弱；CO₂补偿点分别降低67.96%和38.91%，从而提高了叶片低浓度CO₂的利用能力，并降低光呼吸速率，从而减少了干物质的消耗。此外，不同农膜及残留量处理下，仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中，地下生物量随农膜残留量的增加显著降低，其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO₂响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明，收获期PE处理下，地上生物量与光补偿点呈显著负相关，而光呼吸速率、CO₂补偿点、初始羧化效率与生物量（地上+地下）的积累有较强相关性。因此，PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力，BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用，也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。中国生态农业学报. 2021 29(6): 979-990.

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

陈露, 章熙锋, 王艳强, 高美荣, 唐家良 — 2021-06-01

陈露, 章熙锋, 王艳强, 高美荣, 唐家良蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测，获取2014—2018年碳水通量数据，分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明：紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势，最大值均在14：00前后出现；一年中8月日蒸散发最高，1月最低；夏季日变化幅度最大，春季次之，冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子，其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9：00—17：00期间基本呈先下降后回升的变化规律，冬季水分利用效率为全年最高；叶面积指数、CO₂通量为影响水分利用效率的主要因子，其次为温度，相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明，紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感，同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究，从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。中国生态农业学报. 2021 29(6): 991-1007.

新疆玛纳斯河流域绿洲耕地扩张差异与驱动力研究

廖娜, 王月健, 徐海量, 樊自立, 张正勇, 姚俊强, 张青青, 黄燕 — 2021-06-01

廖娜, 王月健, 徐海量, 樊自立, 张正勇, 姚俊强, 张青青, 黄燕新疆现代绿洲是两种不同经营模式（兵团农场耕作和地方家庭承包）下团镇绿洲耕地长期扩张的真实写照。本文以玛纳斯河流域石河子垦区144团与玛纳斯县兰州湾镇为例，首先基于1958—2018年的6期影像数据，采用土地利用动态变化度，分析了团镇耕地的扩张过程；进而采用多元逐步回归等方法，分析了兵团与地方绿洲扩张的驱动力；最后从全流域绿洲扩张的角度出发，结合绿洲扩张模型，测算了绿洲耕地的适宜规模。结果表明：144团与兰州湾镇的耕地面积均大幅增加，扩张的耕地主是由草地、林地转化而来；兵团耕地扩张的核心驱动因子为节水灌溉面积、水资源径流量、农牧业平均收入；地方则为人均GDP、农牧业平均收入、农业生产总值。流域的耕地面积远超适宜规模，生态安全隐患已经凸显。建议流域的各级政府遵循“山水林田湖草生命共同体”的理念和建设要求，统筹推进流域的综合开发；加快构建现代土地资源管理制度体系，科学划定生态红线，严格限定绿洲的扩张规模，促进兵团与地方的土地利用结构优化；坚持最严格水资源管理制度，“以水定地”，实现水资源高效利用，防控沙漠化对绿洲的威胁；推行土壤退化治理与土地整治相结合，提高土地利用效率和潜力，从而实现绿洲耕地的数量、质量、生态三位一体保护。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1008-1017.

基于InVEST和CA-Markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究

杨洁, 谢保鹏, 张德罡 — 2021-06-01

杨洁, 谢保鹏, 张德罡区域土地利用/覆被变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因，预测未来土地利用/覆盖变化及其对碳储量的影响对区域陆地生态系统的认识具有重要意义。本研究基于黄河流域2005—2018年土地利用/覆被变化规律，运用CA-Markov模型分别预测了生态保护情景（EVC）和自然变化情景（NVC）下的土地利用/覆被空间格局，采用修正后的碳密度，运用InVEST模型评估黄河流域2005—2030年6期碳储量。结果表明：2005—2018年黄河流域林地、水域和建设用地面积持续增加，耕地、草地和未利用土地面积减少，13 a间全流域碳储量减少28.734×10⁶t。与自然变化情景相比，在生态保护情景下2030年草地和耕地相比2018年减少幅度较小，建设用地规模扩大得到了限制，产生了生态效应。2030年，自然变化情景和生态保护情景下的碳储量较2018年分别减少258.863×10⁶t和30.813×10⁶t，生态保护情景下土地利用覆被格局固碳能力高于自然变化情景，该研究可为黄河流域土地利用结构调整和土地利用管理决策提供科学依据。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1018-1029.

河北坝上地区绿水时空变化及其驱动因素研究

石嘉丽, 张晓龙, 李红军, 沈彦军 — 2021-06-01

石嘉丽, 张晓龙, 李红军, 沈彦军河北坝上半干旱农牧交错带是首都西北重要的生态屏障。绿水在维持坝上半干旱生态系统稳定、保障京津冀地区生态环境安全中发挥着重要作用，但绿水资源的时空分布及其驱动因素还缺乏定量理解。本文基于GLASS蒸散产品，定量分析了2001—2015年河北坝上（康保县、沽源县、尚义县、张北县）县域尺度的绿水时空变化特征，通过线性变化系数、相关系数、贡献率方法评估了绿水变化对气温、降水、净辐射（R_n）、总第一性生产力（GPP）以及土地利用的响应规律，以期为坝上地区“首都水源涵养功能区和生态环境支撑区”建设、水资源高效利用提供科学依据。研究结果表明：1）2001—2015年坝上4县的绿水量总体呈下降趋势，多年平均绿水量为371.11 mm；绿水量季节变化明显，表现为夏季>春季>秋季>冬季。2）绿水量由西北至东南递增，其中沽源县绿水量最大，康保县绿水量最小；研究期间21.2%的区域绿水量呈增加趋势，78.8%的区域呈减少趋势。3）绿水与降水、GPP呈正相关关系，与气温和净辐射呈负相关关系，各影响因子对绿水变化的贡献率排序为GPP >气温>降水> R_n，GPP的贡献率高达51%。4）研究区内各土地利用类型绿水量表现为林地>草地>耕地>建设用地。绿水量变化趋势受土地利用变化影响显著，土地利用更直接地影响绿水的空间分布。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1030-1041.

机器学习用于耕地土壤有机碳空间预测对比研究——以亚热带复杂地貌区为例

任必武, 陈瀚阅, 张黎明, 聂祥琴, 邢世和, 范协裕 — 2021-06-01

任必武, 陈瀚阅, 张黎明, 聂祥琴, 邢世和, 范协裕耕地土壤有机碳（SOC）是土壤质量的重要指标，也是生态系统健康的重要表征。当前机器学习（Machine Learning，ML）用于SOC数字制图日益热门，但不同算法在高空间分辨率SOC数字制图中的对比研究尚有欠缺。本研究以福建省东北部复杂地形地貌区为例，采用10 m空间分辨率Sentinel-2影像数据，选取地形、气候、遥感植被变量为驱动因子，重点分析当前常用的机器学习算法——支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、随机森林（Random Forest，RF）在SOC预测中的差异，并与传统普通克里格模型（Ordinary Kriging，OK）进行比较。结果表明：基于地形、遥感植被因子和气候因子构建的RF模型表现最佳（RMSE=2.004，r=0.897），其精度优于OK模型（RMSE=4.571，r=0.623），而SVM模型预测精度相对最低（RMSE=5.190，r=0.431）；3种模型预测SOC空间分布趋势总体相似，表现为西高东低、北高南低，其中RF模型呈现的空间分异信息更加精细；最优模型反演得到耕地土壤有机碳平均含量为15.33 g·kg^-1；RF模型和SVM模型变量重要性程度表明：高程和降水是影响复杂地貌区SOC空间分布的重要变量，而遥感植被因子重要性程度低于高程。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1042-1050.

有机无机配施体系中有机肥腐熟程度对化肥氮利用率的影响机制

张勇, 徐智, 王宇蕴, 邓亚琴, 刘美菊, 尹元萍, 郑魁, 娄义晟, 赵兵 — 2021-06-01

张勇, 徐智, 王宇蕴, 邓亚琴, 刘美菊, 尹元萍, 郑魁, 娄义晟, 赵兵为探究有机肥腐熟度对配施化肥氮利用率的作用机制，利用¹⁵N标记技术进行意大利生菜盆栽试验，从堆肥过程中选取不同腐熟度的有机肥[按照种子发芽指数（GI值）为50%、80%和100%进行堆肥的腐熟度区分]，研究施¹⁵NPK化肥（对照，CK）、¹⁵NPK+GI 50%有机肥（GI50）、¹⁵NPK+GI 80%有机肥（GI80）、¹⁵NPK+GI 100%有机肥（GI100）4个处理对意大利生菜化肥氮的转化、吸收和利用的影响。结果表明，与CK处理相比，添加有机肥处理意大利生菜生物量、¹⁵N吸收量与¹⁵N利用率分别显著提高30.5%~56.1%、40.0%~91.0%和15.5%~41.8%（P < 0.05），GI80处理较GI50处理生物量、¹⁵N吸收量与利用率分别显著提高17.1%、31.8%和35.4%（P < 0.05），GI100处理较GI50处理生物量、¹⁵N吸收量与利用率分别显著提高19.6%、15.8%和22.8%（P < 0.05）。试验期间，添加有机肥处理较CK处理土壤¹⁵NH₄⁺-N显著提高44.9%~74.2%（P < 0.05），¹⁵NO₃^--N显著降低8.4%~38.1%（P < 0.05），净硝化率显著降低10.8%~24.6%（P < 0.05）；GI80处理较GI50处理土壤¹⁵NH₄⁺-N提高7.9%~11.5%，¹⁵NO₃^--N显著降低18.5%~50.4%（P < 0.05），净硝化率显著降低15.0%~28.2%（P < 0.05）；GI100处理较GI50处理土壤¹⁵NH₄⁺-N显著提高11.5%~26.9%（P < 0.05），¹⁵NO₃^--N显著降低15.8%~22.7%（P < 0.05），净硝化率显著降低12.5%~23.9%（P < 0.05）。土壤微生物量氮（MB¹⁵N）缓慢上升，添加有机肥处理较CK处理显著提高67.3%~94.1%（P < 0.05），GI80处理较GI50处理提高6.0%~23.8%，GI100处理较GI50处理显著提高6.9%~25.5%（P < 0.05）。各处理MB¹⁵N占MBN的54.9%~71.6%（P < 0.05）。相关分析结果表明，MB¹⁵N、¹⁵NH₄⁺-N与¹⁵N吸收量、¹⁵N利用率呈现极显著正相关关系，且RDA分析结果说明MB¹⁵N是影响化肥¹⁵N吸收利用的关键驱动因子。因此，有机无机配施体系中适当增加有机肥的腐熟度（GI≥80%）能够明显增强土壤微生物的固氮能力，提高土壤氮素水平，减缓土壤铵态氮向硝态氮的转化速度，降低土壤净硝化速率，从而提高化肥氮的利用效率。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1051-1060.

提升土壤肥力可实现玉米机械粒收增产减损

于晓芳, 雷娟玮, 高聚林, 马达灵, 王志刚, 胡树平, 孙继颖, 青格尔, 屈佳伟, 王富贵 — 2021-06-01

于晓芳, 雷娟玮, 高聚林, 马达灵, 王志刚, 胡树平, 孙继颖, 青格尔, 屈佳伟, 王富贵针对我国玉米生产中机械粒收存在产量损失率、破碎率高的问题，本试验以农户浅旋的土壤肥力为对照，设置深耕、免耕和秸秆原位还田措施等创造的不同土壤肥力水平，以‘先玉696’和‘西蒙6号’为试验材料，在高低两种种植密度下测定玉米机收质量、穗位整齐度、倒伏率、籽粒脱水速率和籽粒含水率，以及产量和产量构成等指标，揭示土壤肥力提升后对玉米机械粒收增产减损的影响机制。研究结果表明：1）提升土壤肥力可降低玉米机械粒收的产量损失率，在高密度下作用更加明显，每提升1个肥力单位，产量损失率下降12.55~15.70个百分点。2）提升土壤肥力可以使穗位整齐度提高5.35~9.69、玉米倒伏率降低5.44~9.75个百分点、籽粒平均脱水速率提高0.048~0.090%·d^-1，有效缓解增密带来的负面影响，是产量损失率降低的主要原因。3）提高土壤肥力可明显增加玉米的有效穗数、穗粒数和千粒重，从而使玉米籽粒产量提高1878.5~2544.4 kg·hm^-2；增密后高肥力水平土壤具有增产效果。因此，内蒙古地区通过耕作措施与秸秆还田提升土壤肥力可实现玉米机械粒收增产减损。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1061-1075.

地下滴灌技术节水潜力及机理研究进展

要家威, 齐永青, 李怀辉, 沈彦俊 — 2021-06-01

要家威, 齐永青, 李怀辉, 沈彦俊地下滴灌是一种用水效率极高的节水灌溉技术，具有少量多次、节水增产的特点，能有效减少土壤蒸发和深层渗漏，提高灌溉水利用效率，同时其自动化程度高，可降低劳动力和运行管理成本，已成为国内外水资源匮乏地区的重要灌溉技术之一。本文通过回顾地下滴灌技术的发展研究历程，概述了早期发展存在的问题以及现今研究的热点。系统对比了多种灌溉方式对作物产量、灌溉量与蒸散量的影响，指出地下滴灌技术具有极高的节水增产减蒸潜力；通过总结室内控制试验与已建立的数学模型，阐明了地下滴灌点源条件下多因素影响的土壤水分及养分运动过程，揭示了其节水增产的内在机理。进一步指出地下滴灌系统的多种关键技术参数，讨论了地下滴灌灌水设备、灌水均匀度、灌溉定额、灌水频率、滴灌带埋深与间距对作物产量与水分利用效率的影响。最后提出现阶段地下滴灌技术的应用难点和需进一步研究的问题。本文旨在阐述地下滴灌技术在水资源节约方面中的潜力及产生机理，为推动地下滴灌技术广泛应用提供科学依据。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1076-1084.

基于HYDRUS模型的华北平原小麦种植区水盐运移模拟

李琦, 李发东, 张秋英, 乔云峰, 杜锟, 朱农, 杨广, 李俊峰, 何新林 — 2021-06-01

李琦, 李发东, 张秋英, 乔云峰, 杜锟, 朱农, 杨广, 李俊峰, 何新林土壤中水分和盐分是影响作物生长的两个关键因素，揭示水盐运移机制对阐明作物利用土壤水过程具有重要意义。本研究以华北平原典型农田——中国科学院禹城综合试验站为试验地，基于试验站内冬小麦种植地的长期土壤水分观测数据及室内土柱试验，应用HYDRUS-1D模型分别阐明土壤水分及盐分变化规律及分布特征，探究影响水盐运移的驱动因素，并评价HYDRUS-1D模型对研究区水盐运移模拟的适用性。水分运移模拟结果表明：浅层土壤水分运移模拟因受外界因素的剧烈影响而较深层土壤产生更大的误差，10 cm、20 cm、30 cm、40 cm和60 cm处水分运移模拟结果的均方根误差分别为0.0348 cm³·cm^-3、0.0179 cm³·cm^-3、0.0179 cm³·cm^-3、0.0122 cm³·cm^-3和0.0053 cm³·cm^-3；水分运移模拟的纳什效率系数平均值为0.826，变异系数为0.0560，表明模拟结果与实测土壤水分变化过程一致性较好。土柱试验结果显示：灌水8 L，入渗12 h、24 h、40 h、45 h和48 h后，各时刻土壤盐分含量在垂向上整体呈现先增大后减少的分布规律，均方根误差分别为0.181 g·kg^-1、0.131 g·kg^-1、0.120 g·kg^-1、0.034 g·kg^-1和0.027 g·kg^-1，平均误差的平均值为0.174 g·kg^-1。受蒸发、耕作、根系等影响，理化性质变异性较大导致浅层土壤盐分运移模拟值与实测值偏差增大，纳什效率系数的变异系数达9.71。灌水8 L、16 L、24 L，入渗48 h后分别在土壤23 cm、26 cm、29 cm处出现盐分含量峰值，表明增加灌水量可加强盐分淋洗效果。此研究可为深入探究华北平原冬小麦土壤水盐运移规律、优化农田水资源管理、提高水资源利用效率提供一定理论基础。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1085-1094.

我国水稻秸秆磷分布及其还田对土壤磷输入的贡献

柴如山, 黄晶, 罗来超, 田达, 张亮亮, 叶新新, 章力干, 郜红建 — 2021-06-01

柴如山, 黄晶, 罗来超, 田达, 张亮亮, 叶新新, 章力干, 郜红建我国水稻秸秆资源丰富，水稻秸秆还田是向土壤输入磷素的重要途径之一。对我国各省区不同季别水稻秸秆还田的土壤磷输入贡献进行测算，可有针对性地为水稻秸秆还田条件下土壤磷素优化管理及平衡调控提供科学参考和指导。本研究基于《中国农村统计年鉴》中水稻生产统计资料和文献调研参数，对2013—2018年我国主要稻区不同季别水稻秸秆磷养分资源时空分布特征以及单位播种面积水稻秸秆还田的土壤磷素输入量进行分析。结果表明，2018年我国主要稻区早稻、双季晚稻和中晚稻秸秆产量分别为2327万t、2783万t和13 527万t，长江中游和长江下游稻区的水稻秸秆资源量居于全国前列，分别占33.6%和21.8%。2013—2018年我国水稻秸秆磷（P₂O₅）养分产量呈缓慢增长的趋势，从2013年的59.7万t增加到2018年的62.8万t。2018年水稻秸秆磷养分资源主要分布在黑龙江（15.0%）、湖南（12.5%）、江苏（10.0%）、湖北（9.9%）和江西（9.6%）等省份。2013—2018年我国主要稻区早稻、双季晚稻及中晚稻秸秆还田的年均土壤磷养分输入量分别为13.9~15.1 kg（P₂O₅）·hm^-2、16.0~20.9 kg（P₂O₅）·hm^-2和19.3~29.3 kg（P₂O₅）·hm^-2。从全国范围来看，早稻、双季晚稻和中晚稻秸秆还田下的土壤磷养分输入量平均分别为14.4 kg（P₂O₅）·hm^-2、18.2 kg（P₂O₅）·hm^-2和24.4 kg（P₂O₅）·hm^-2。基于上述测算结果，建议我国主要稻区各省份在水稻特别是中晚稻秸秆还田条件下，基于秸秆磷素携入量适当调整磷肥投入量，以实现土壤磷养分收支平衡，控制农田磷养分盈余及流失风险。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1095-1104.

基于ESTARFM NDVI的察汗淖尔流域灌溉耕地提取方法研究

陈晓璐, 王彦芳, 张红梅, 刘峰贵, 沈彦俊 — 2021-06-01

陈晓璐, 王彦芳, 张红梅, 刘峰贵, 沈彦俊运用遥感精准识别技术提取灌溉耕地可以为区域内农业耗水管理提供关键数据支持，但受限于遥感数据的时空分辨率，对于光谱特性相似容易混淆的灌溉耕地作物识别有一定难度。为此，本研究通过增强型自适应反射率时空融合模型（Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model，ESTARFM）对MODIS和Landsat数据进行融合，得到察汗淖尔流域时间分辨率为8 d、空间分辨率为30 m的NDVI数据，并与同期真实Landsat NDVI进行对比验证，相关系数为0.94。利用HANTS滤波建立ESTARFN NDVI时间序列数据，选取灌溉耕地样本通过支持向量机进行灌溉耕地空间分布的提取，以弥补数据源、特征提取等限制因素对复杂灌溉耕地提取的空缺。结果表明：流域内灌溉耕地总面积为1958.24 km²，商都、兴和、尚义、康保和化德5县耕地总面积占流域耕地总面积的94%，灌溉耕地分别为616.67 km²、337.36 km²、409.85 km²、290.93 km²和239.38 km²，主要种植葵花、甜菜、马铃薯等生长季从4月初到9月底的长生育期作物和生长季从5月初到8月初的蔬菜；张北、察哈尔右翼前旗、后旗和镶黄旗耕地占流域耕地总面积为6%，4县灌溉耕地面积共64.05 km²。最后，通过真实样本进行验证，总分类精度为93.18%，Kappa系数为0.91。结果表明，用该数据融合模型获得的NDVI时间序列能反映作物真实变化情况，并且使用支持向量机提取察汗淖尔流域灌溉耕地效果较好。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1105-1116.

近40年来陕西省耕层土壤pH的时空变化特征

王洪, 曹婧, 毋俊华, 陈怡平 — 2021-06-01

王洪, 曹婧, 毋俊华, 陈怡平以陕西省耕层土壤为研究对象，利用1980s第2次土壤普查数据和2017年的705个样点分析数据，基于地统计学和ArcGIS分析耕层土壤pH时空变化特征，并采用相关分析和方差分析方法探讨其影响因素，对于陕西农业可持续发展及生态环境保护具有极其重要的意义。结果表明，陕北、关中及陕南地区耕层土壤pH均值依次为8.25、7.91、6.25，分别为弱碱性、弱碱性和弱酸性；各行政区耕层土壤pH排列顺序为延安>榆林>铜川>咸阳>渭南>西安>宝鸡>商洛>安康>汉中。时间上，与1980s相比，陕北和关中耕层土壤呈碱化趋势，陕南耕层土壤呈酸化趋势；各行政区除榆林、安康、汉中和商洛耕层土壤呈酸化趋势，其余各市耕层土壤均呈碱化趋势。空间上，陕北和陕南耕层土壤pH拟合的最优半方差函数模型为线性模型，关中耕层土壤pH拟合的最优半方差函数模型为高斯模型，均表现出较强的空间相关性。陕北耕层土壤pH空间分布呈零星斑状特征，关中和陕南耕层土壤pH空间分布呈东部高于西部特征。坡向、海拔与陕西省耕层土壤pH显著相关，坡度越小，海拔越高，pH越大，不同类型的土壤pH存在差异。建议陕北和关中地区防治土壤盐碱化问题，陕南地区防治土壤酸化问题，以促进农业可持续发展和保障区域粮食安全。中国生态农业学报. 2021 29(6): 1117-1126.