中国生态农业学报(中英文)

生态网络分析研究进展及其在农业生态系统氮循环中的应用前景

李晓波, KAZANCICaner, 张婧, 范如芹, 马倩倩, 杜建军 — 2022-03-07

李晓波, KAZANCICaner, 张婧, 范如芹, 马倩倩, 杜建军农业生态系统氮循环直接关系到粮食安全和生态环境保护, 受到国内外的广泛关注。生态系统氮循环包括氮在生态系统各个组分间迁移和转化的全部过程, 具有整体性和复杂性。然而, 现有研究大多集中在氮循环的单一或局部过程, 难以从全局水平上研究农业生态系统氮循环的变化规律。作为一种系统分析工具, 生态网络分析通过构建可以模拟复杂系统中物质或者能量流动结构的生态网络分室模型, 进而可以从全局的视角分析生态系统的内在、整体属性及其变化规律。因此, 利用生态网络分析从整体上审视农业生态系统氮素循环规律具有良好的应用及发展前景。鉴于此, 该文介绍了生态网络分析方法的基本原理、作者在生态网络分析方法研究中取得的新进展, 包括基于自主提出的网络粒子追踪法(network particle tracking, 简称NPT)将生态网络分析的应用范围由稳态系统扩展至动态系统和新提出两个性能更优的系统评价指标。此外, 分析了生态网络分析方法主要优势、实现步骤及应用案例, 指出了阻碍生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中应用的主要问题以及应对策略, 展望了生态网络分析在农业生态系统氮循环研究中的可能应用。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 325-332.

生物炭对土壤微生物代谢活动的影响

谭春玲, 刘洋, 黄雪刚, 张峻源, 罗文浩 — 2022-03-07

谭春玲, 刘洋, 黄雪刚, 张峻源, 罗文浩近年来, 生物炭在农业及环境领域的应用受到广泛关注, 不仅能够增强土壤肥力, 还能固定与降解土壤污染物, 从而降低污染物对土壤生态系统的毒性效应。土壤微生物的生长代谢活动是驱动土壤元素循环和有机污染物降解的主要动力, 也是反映土壤健康状况的重要指标。生物炭的上述正面作用可能是通过促进微生物生长代谢活动来实现的。而目前对各类生物炭影响下微生物代谢活动存在的差异认识仍不全面, 不利于生物炭的可持续发展应用。因此, 考察生物炭的施用对土壤微生物的影响显得十分必要。本文总结了生物炭对土壤微生物丰度、多样性、群落结构及活性变化的影响机制: 生物炭的多孔结构可为微生物提供栖息地, 其灰分可为微生物提供养分; 高温生物炭可提高酸性土壤pH, 这为大部分微生物提供适宜的生存环境; 同时, 生物炭的活性官能团可介导微生物的电子传递促进微生物的代谢活动。但生物炭含有的多环芳烃(PAHs)、挥发性有机物(VOCs)、环境持久性自由基(EPFRs)和重金属等对微生物生长代谢活动具有抑制作用。因此, 本文结合生物炭的原料来源、热解温度等重要因素, 深入探究了生物炭对土壤微生物的正面与负面作用; 以及生物炭与微生物作用对土壤的肥力提升、污染修复和控制病原微生物的影响, 及其所涉及的相关机制。最后, 本文就如何高效应用生物炭提出建议, 并对生物炭与微生物的未来研究方向提出了展望。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 333-342.

Crop allelopathy types: Current research status and prospects in China

LIN Zhimin, MUHAMMAD Umar Khan, FANG Changxun, LIN Wenxiong — 2022-03-07

LIN Zhimin, MUHAMMAD Umar Khan, FANG Changxun, LIN Wenxiong In this review, we present details of recent advances in research on different types and action modes of crop allelopathy in China. In particular, we focus not only on direct and indirect allelopathy but also on intra- and interspecific interactions, with the aim of informing international peers of the ongoing developments in this field. The term crop allelopathy was first defined in 1984, and since that time, substantial progress has been made in this area, during which the concept of crop allelopathy has been broadened to encompass plant-soil-microbial interactions, including amensalism, autotoxicity, and facilitation in cropping systems. Recent studies have revealed that donor plants are able to trigger the expression of defense-related genes, resulting in the release of specific metabolites (allelochemicals) into the environment. In particular, allelopathic crops have been found to secrete these chemicals into the soil environment via root exudation in response to stresses induced by target plants (such as weeds), which in turn results in allelopathic amensalism and allelopathic commensalisms in cropping systems. The amensalistic and commensalistic components of crop allelopathy can be further divided into intra- and interspecific interactions based on mode of action. Interspecific interactions involve the inhibitory or facilitative effects of donors on recipient plants, depending on the types, concentrations, and bio-activity of allelochemicals; whereas intraspecific interactions include auto-promotive and auto-toxic effects, which can be either positive or negative. The current consensus indicates that both positive and negative allelopathic interactions are mediated via changes in rhizosphere soil microbial composition and structure in response to root allelopathic secretions. In this regard, however, there is often an imbalance in the composition of soil microbial communities, which is largely attributable to an increase in pathogen populations and reduction in those of beneficial bacteria as a consequence of consecutive monoculture cropping. Such imbalances inevitably lead to three undesirable outcomes in continuous cropping systems, namely, soil nutrient sequestration, soil acidification, and the outbreak of soil-borne diseases, thereby resulting in reduced crop yields and quality. Conversely, in the case of positive allelopathic interactions, continuous cropping can contribute to promoting increases in microbial diversity mainly as a consequence of increments in the populations of beneficial bacteria and corresponding reductions in pathogenic microorganisms, thereby enhancing soil micro-habitats, and thus increasing crop yield and quality. Given these responses, a key priority for future research is more in-depth studies of the structure and function of rhizosphere microbial communities, and appropriate modification of rhizosphere habitats, with the aim of producing high-yielding good quality crops for sustainable agricultural development. 中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 343-355.

基于单作物系数法的华北平原典型农业生态系统蒸散规律研究

杨天一, 王军, 张红梅, 李镕基, 张玉翠, 沈彦俊 — 2022-03-07

杨天一, 王军, 张红梅, 李镕基, 张玉翠, 沈彦俊作物系数法可以简单、准确地反映作物不同生育期内实际蒸散量变化规律及特点, 但针对华北平原地区不同类型农业生态系统, 尤其是梨园种植区生育期内作物系数的变化及蒸散规律研究并不充分。本研究针对华北平原典型的冬小麦-夏玉米农田生态系统、棉田生态系统和梨园生态系统, 基于FAO56手册推荐的单作物系数法计算和验证了2016—2017年各农业生态系统初始生长期至生育末期的实际蒸散量, 分析了不同生育阶段蒸散变化规律。不同作物初始生长期、快速发育期、生育中期和生育末期作物系数, 冬小麦分别为0.60、0.88、1.07和0.72, 夏玉米分别为0.46、0.76、1.01和0.80, 棉花分别为0.34、0.71、1.07和0.78, 梨树分别为0.81、0.91、1.02和0.96。冬小麦-夏玉米、棉田和梨园的单作物系数法计算的实际蒸散量分别为694.3 mm、472.2 mm和825.7 mm。3类作物生育期内实际蒸散量计算值比实测值分别低1.0%、低4.9%和高8.1%, 变化趋势一致, 相关系数为0.80~0.91 (P<0.01)。粮、棉和果树生态系统是华北平原农业生态系统的典型代表, 本研究不仅明确了各类作物尤其是研究比较缺乏的梨树的不同生育期内的作物系数, 同时利用涡度相关实测结果进行了同时空尺度的验证, 明确了单作物系数法在华北平原不同农业生态系统的适用性, 为制定合理灌溉计划、实现作物耗水精准管理提供科学依据。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 356-366.

华东沿海稻麦轮作区生态系统能量闭合度和CO₂通量特征研究

徐敏, 徐敬争, 刘文菁, 徐萌, 徐经纬, 高苹, 罗晓春 — 2022-03-07

徐敏, 徐敬争, 刘文菁, 徐萌, 徐经纬, 高苹, 罗晓春为科学评估华东沿海水稻-小麦轮作(简称“稻麦轮作”)农田生态系统能量通量变化特征和固碳能力, 基于2019—2020年涡度相关系统观测的稻麦轮作全生育期通量数据, 经质量控制, 研究分析了太阳净辐射(R_n)、潜热通量(LE)、显热通量(H)、土壤热通量(G)、CO₂通量(F_C)多时间尺度变化特征和稻麦轮作系统固碳量及其环境影响因子。结果表明: 有效能量和湍流通量能量平衡比率为0.80, 能量闭合度较高, 说明通量观测数据可靠。月均LE和R_n年内变化总体均呈“倒U型”, 两者变化基本同步, 峰值主要在5—8月, 谷值主要在1—2月、11—12月。H和G的波动幅度明显小于LE和R_n。日内逐小时F_C呈“U型”单峰二次曲线, 总体为白天吸收CO₂、夜间排放CO₂, CO₂日吸收峰值主要出现在10:00—12:30; 逐日F_C和逐月F_C在年内总体呈“W型”变化特征, 全年碳排放时段主要集中在1月、6月、11—12月, 其余均为碳吸收, 吸收峰值分别在冬小麦拔节孕穗期(3—4月)和水稻拔节孕穗期(8月)。2019年和2020年的2—5月冬小麦生长期的固碳量分别为387.4 g(C)∙m⁻²和382.2 g(C)∙m⁻², 7—10月水稻生长期的固碳量分别为678.2 g(C)∙m⁻²和599.7 g(C)∙m⁻²; 白天, 若气温升高, 冬小麦和水稻的CO₂吸收能力会随之增强, 但当饱和水汽压差高于1.7 kPa时, 会降低这种吸收趋势, 夜间主要是受气温影响。由此可见, 沿海稻麦轮作农田生态系统碳吸收能力有着明显的日变化和季节变化, 全年尺度上是碳汇, 且为强固碳区。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 367-379.

提高东北春玉米产量和资源利用效率降低碳足迹的优化综合管理措施

刘志铭, 司雨, 姚凡云, 郑培峰, 兰天娇, 吕艳杰, 王永军 — 2022-03-07

刘志铭, 司雨, 姚凡云, 郑培峰, 兰天娇, 吕艳杰, 王永军东北是我国最大的玉米产区, 但生产中长期以高产为目标的管理方式, 导致其生产系统成为巨大的温室气体排放源, 在保证产量的基础上采取有效措施提高资源利用效率并降低环境代价已成为产业发展的迫切需求。本研究选择东北平原中部半湿润区和半干旱区, 采用宽窄行(宽行90 cm, 窄行40 cm)和高密度(90 000株∙hm⁻²)种植, 在玉米15叶期喷施化控剂, 氮肥减施(半湿润区和半干旱区分别减少28.0%和9.1%)的综合管理模式(IM), 其中半干旱区增加了膜下滴灌处理。从玉米产量、温光利用效率、经济效益和碳足迹等方面, 比较分析了东北不同生态类型区IM和农户模式(FM: 65 cm等行距, 种植密度60 000株·hm⁻², 不化控)的差异。结果表明, 与FM相比, 半湿润区和半干旱区IM玉米产量分别提高24.2%和25.6%, 主要表现为种植密度增加50%使得收获穗数增加52.8%, 而穗粒数和千粒重仅分别降低8.5%和11.0%; 半湿润区积温生产效率提高21.1%, 光能利用效率提高21.0%, 半干旱区积温生产效率和光能利用效率分别提高20.7%和22.0%; 而且半湿润区和半干旱区IM年净收益分别较FM增加32.9%和24.4%。同时, 半湿润区IM碳排放总量为2860.1 kg(CO₂-eq)·hm⁻², 较FM降低18.7%; 而半干旱区IM的碳排放总量为 2729.6 kg(CO₂-eq)·hm⁻², 较FM增加8.9%。半湿润区和半干旱区IM单位玉米产量的碳足迹分别为0.20 kg(CO₂-eq)·kg⁻¹和0.22 kg(CO₂-eq)·kg⁻¹, 分别较FM降低39.4%和15.4%。综上, 在东北春玉米区采取综合管理措施, 能够实现玉米产量、温光资源利用效率和经济效益协同提升, 且显著降低其碳足迹, 其中半湿润区效果尤为明显, 而半干旱区碳排放虽有所增加, 但其增幅低于产量增幅, 最终显著降低碳足迹。所以, 该综合管理模式可在东北玉米生产中推荐应用。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 380-388.

遁耕分层施肥对夏玉米产量形成的调控效应

徐萍, 杨宪杰, 邓学斌, 杨震, 孙彦玲, 张正斌 — 2022-03-07

徐萍, 杨宪杰, 邓学斌, 杨震, 孙彦玲, 张正斌针对黄淮海平原夏玉米硬茬播种导致耕层变浅和光温水肥资源利用效率下降的问题, 本试验设置遁耕分层施肥后播种(简称“遁耕”)和硬茬种肥同播(简称“硬茬”)两个处理, 测定比较了土壤容重、含水率和养分含量, 并在玉米大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、灌浆后期和成熟期对玉米生长发育性状、干物质积累性状、产量构成性状进行了调查和差异比较; 最后比较分析了玉米水分利用效率和偏氮肥生产力。结果表明, 遁耕处理与硬茬处理相比, 可明显地降低土壤容重, 增加土壤含水率和20~40 cm土层氮磷钾养分含量。遁耕处理的玉米株高和单株叶面积在大喇叭口期到吐丝期明显高于硬茬处理, 叶干重从大喇叭口期到抽雄期、穗干重从吐丝期到灌浆后期都显著高于硬茬处理; 穗粗、行粒数、百粒重、穗轴重、单株粒重、单株秸秆重和产量也显著高于硬茬播种。与硬茬处理相比, 遁耕处理显著提高了水分利用效率和偏氮肥生产力, 并增产19.53%。因此, 遁耕分层施肥一体化技术明显优化了土壤容重和水分及养分分布, 调控了玉米生长发育节奏和产量构成要素, 增加了玉米干物质积累, 提高穗粒数和粒重, 从而实现增产。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 389-398.

高温对冬小麦旗叶光合机构的伤害机制

杨程, 李向东, 杜思梦, 张德奇, 时艳华, 王汉芳, 邵运辉, 方保停, 程红建, 位芳 — 2022-03-07

杨程, 李向东, 杜思梦, 张德奇, 时艳华, 王汉芳, 邵运辉, 方保停, 程红建, 位芳高温胁迫下小麦光合能力下降是影响小麦灌浆和导致产量下降的主要因素。探明高温对小麦旗叶光合机构的伤害机制有助于小麦高温抗性资源的合理利用。本研究选取35个河南省不同年代的主栽小麦品种, 在离体条件下采用快速叶绿素荧光、820 nm光反射、延迟荧光同步测定的方法, 对不同温度(22 ℃, 30 ℃, 38 ℃)处理下所有小麦品种光合电子传递活性相关参数进行了测定和分析。首先根据最大光化学效率(F_V/F_M)对高温的敏感程度将35个小麦品种分为高温不敏感(G1)和高温敏感(G2)两种类型, 然后对所测参数分别平均, 结果显示高温胁迫下两种类型小麦品种光系统Ⅱ (PSⅡ)的光能捕获效率、吸收的光能推动电子传递到初级醌受体(Q_A)下游和光系统Ⅰ (PSⅠ)末端的效率、质体醌(PQ)库的再还原能力高温下均显著下降, 但G2小麦品种下降幅度更大; 两种类型小麦品种PSⅠ活性均不受影响, 但G2小麦品种PSⅠ供体侧电子传递活性下降幅度大于G1小麦品种。通过3种研究方法的相互补充和印证, 最终表明PSⅡ反应中心活性、PSⅡ光能的捕获和Q_A向下游传递电子的能力的差异是导致两种类型小麦品种光合电子传递活性差异的主要原因, PSⅡ供体侧和PSⅠ活性对小麦光系统Ⅱ高温抗性没有直接影响。该研究对未来冬小麦抗高温品种选育和栽培管理技术的创新提供了参考。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 399-408.

遮阴对伴矿景天Cd、Pb、Zn累积特征的影响

陈思, 阎凯, 何永美, 湛方栋, 祖艳群, 李元, 陈建军, 李博 — 2022-03-07

陈思, 阎凯, 何永美, 湛方栋, 祖艳群, 李元, 陈建军, 李博为促进伴矿景天(Sedum plumbizincicola)在云南高原土壤污染地区修复实践中的应用, 本文在云南怒江兰坪铅锌矿区矿渣地开展种植伴矿景天的大田试验, 设置遮阴处理(光照强度降低25%), 以自然光照为对照, 测定植株生物量、亚细胞组分和化学形态镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)含量及全量, 研究遮阴处理对伴矿景天Cd、Pb、Zn累积特征的影响。结果表明: 1)遮阴处理导致伴矿景天茎、叶中Cd、Pb、Zn含量和累积量均显著降低(P<0.05或P<0.01), 含量降幅范围为15.2%~52.1%, 累积量降幅范围为17.6%~67.4%; 且遮阴条件下伴矿景天Cd、Zn的富集系数和转移系数显著小于未遮阴条件下生长的伴矿景天(P<0.05)。2)遮阴条件下, 伴矿景天植株叶细胞壁Cd含量显著降低(P<0.05), Pb含量显著增加(P<0.05); 且伴矿景天茎、叶中细胞器和可溶部分Zn含量均显著降低(P<0.05), 降幅范围为11.8%~57.3%。3)伴矿景天茎、叶中Zn以醋酸提取态(F_HAc)和盐酸提取态(F_HCl)为主, Cd、Pb以氯化钠提取态(F_NaCl)为主; 且遮阴处理导致伴矿景天叶片中F_HAc-Cd含量极显著增加(P<0.01), 去离子水提取态(F_W) Cd含量显著降低(P<0.05或P<0.01); 茎、叶中乙醇提取态(F_E) Zn和F_HAc-Zn、F_HCl-Zn含量均极显著降低(P<0.01)。综上所述, 遮阴导致伴矿景天的液泡区隔化和细胞壁固持作用降低, 且其体内难溶的磷酸盐类惰性态重金属含量减少, 最终降低伴矿景天对Cd、Zn的富集和转运能力。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 409-418.

Determination of volatile oil and non-volatile organic compounds contents and ultrastructure changes in the petals of Dendrobium huoshanense upon Zn application

ZHU Wangsheng, DAI Jun, CHEN Naidong, WANG Jiahong — 2022-03-07

ZHU Wangsheng, DAI Jun, CHEN Naidong, WANG Jiahong The petals of Dendrobium huoshanense have great potential as functional food because of their pleasant fragrance and health values. To obtain high-quality raw materials for functional food production, more attention is being directed toward improving the food quality traits of D. huoshanense petals under field cultivation conditions. In this study, we investigated the effects of Zn application on the volatile oil and non-volatile organic compounds contents in the petals of D. huoshanense. Furthermore, the mechanism was also studied from the perspective of petal ultrastructural changes. Volatile oil constituents were investigated using gas chromatography-mass spectrometry. The contents of non-volatile organic compounds, including soluble sugar, free amino acids, and phenolic compounds, were investigated using chemical analysis methods. Ultrastructural changes were observed via transmission electron microscopy. The results showed that Zn application increased the yield of volatile oils (primarily terpenes and their derivatives) and non-volatile organic compounds from the petals of D. huoshanense. Different levels of Zn treatments changed the production of the above-mentioned volatiles and non-volatile compounds to varying degrees. The maximum rate of increase in the content of volatile oil, soluble sugars, free amino acids, and phenolic compounds was 28.57%, 33.53%, 28.89%, and 58.41%, respectively. Ultrastructural changes at the cellular level showed that Zn application promoted vacuole fusion and increased the production of mitochondria, starch grains, and lipid droplets. In conclusion, Zn application improves the production of volatile oils and non-volatile organic compounds. Ultrastructural analysis has provided new anatomical insights into the production of volatile oils and non-volatile organic compounds. 中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 419-430.

有机肥替代化肥对紫色土坡耕地氮素流失的影响

胡冬妮, 董志新, 朱波 — 2022-03-07

胡冬妮, 董志新, 朱波为明确紫色土有机肥替代化肥的农学与环境效应, 减少紫色土氮素面源污染, 进一步为紫色土化肥“零增长”策略提供科学依据, 利用紫色土坡地养分管理长期试验平台, 结合自由排水采集器(Free-drain Lysimeter)定位观测, 研究紫色土坡耕地小麦-玉米轮作期间(2012—2013年)不同施肥方式下的土壤无机氮动态、作物产量、氮素流失路径与总量。等氮下设置5个施肥处理: 单施化学氮肥(N)、常规化肥(NPK)、猪厩肥(猪厩肥替代100%的化肥氮, OM)、猪厩肥与氮磷钾配施(猪厩肥替代30%的化肥氮, OMNPK)、秸秆还田与氮磷钾配施(秸秆替代15%的化肥氮, CRNPK), 以不施肥(NF)为对照。结果表明, 紫色土坡耕地壤中流流量占总径流量的54.5%~84.6%, 随壤中流淋失的氮占氮流失总量的90.6%, 以壤中流为介导的氮淋失是紫色土坡耕地氮素流失的首要途径, 且氮淋失量高达12.53~76.72 kg(N)·hm⁻², 远高于我国其他地区农田氮淋失量, 紫色土地区是氮淋失的热点区域。与常规施肥(NPK)相比, 有机肥替代化肥显著降低紫色土氮素流失量, 其中猪厩肥(OM)、猪厩肥与氮磷钾配施(OMNPK)、秸秆还田与氮磷钾配施(CRNPK)总氮素流失量分别减少32.1% (P<0.05)、27.5% (P<0.05)与21.2% (P<0.05), 其关键机制在于有机肥替代化肥对氮淋失的减控作用, 通过壤中流淋失的氮素分别减少32.0% (P<0.05)、26.7% (P<0.05)与18.0% (P<0.05); 此外, 氮流失系数分别降低44.8%、38.5%及24.3%, 玉米-小麦轮作系统年产量分别增加23.0%、17.8%及4.1%。因此, 长期有机肥替代化肥能在减量施用化肥的基础上保证作物产量, 同时显著降低紫色土坡耕地氮流失风险, 是当前紫色土坡耕地可推荐的减氮增效技术。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 431-440.

高自然价值农田识别及空间分布格局研究—以云南省为例—以云南省为例

方一舒, 艾东, 羊玉婷, 孙玮健, 戴瑶 — 2022-03-07

方一舒, 艾东, 羊玉婷, 孙玮健, 戴瑶中国耕地保护面临巨大挑战, 耕地数量质量管控是保护的基本前提; 同时为促进中国农业可持续发展, 需要增强农业生态系统韧性, 因此在自然价值视角下, 探索高自然价值农田识别与空间分布具有重要意义。本文借鉴国内外学者对农田保护的研究, 引出“高自然价值农田”的概念, 探索“高自然价值农田”对中国农田生态系统建设的作用。并以云南省为实例, 采用ArcGIS和InVEST模型进行定量分析，作为探索中国西南地区高自然价值农田的识别方法。利用2009年、2012年、2015年和2018年4期土地利用现状数据, 计算各年份的农田生境质量, 研究各年份高自然价值农田空间分布格局变化情况。主要得到以下结论: 1)依据现有文献, 总结高自然价值农田主要分为以下3种类型: ①半自然植被比例较高的农田; ②以低强度农业为主的农田或小规模半自然的农田镶嵌体; ③维持稀有物种生存的农田。2)依据评价结果, 从时间格局来看, 高自然价值农田所占比例年度变化不大, 平均为10.86%, 以毗邻林地、水域的破碎化的小图斑为主。3)从空间格局来看, 云南省农田自然价值等级整体处于较低等级, 高自然价值农田所占比例较低, 分布于滇西北和滇东北部分地区, 斑块相对比较细碎, 零散分布于集中连片的农田周边; 而较低自然价值的农田所占比例最大, 广泛分布于云南省范围内, 其生产价值较高。最后从自然资源、农田生态系统生物多样性保护和农业文化遗产保护的视角进行分析, 提出分区分级进行农田保护与退耕还林政策, 实现“共治共建, 同管同护”的保护理念。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 441-450.

融合半变异函数的空间随机森林插值方法

王铭鑫, 范超, 高秉博, 任周鹏, 李发东 — 2022-03-07

王铭鑫, 范超, 高秉博, 任周鹏, 李发东土壤环境变量具有较强空间异质性, 为空间插值精度的提升带来了困难, 仅基于空间相关性和空间异质性的空间插值方法难以获得较高的插值精度。机器学习方法能够融合多维辅助变量的信息, 提高土壤属性的插值精度, 但是不能有效融合空间位置关系信息进一步改善插值精度。本文基于随机森林空间预测框架, 将空间半变异函数与随机森林算法融合, 提出了融合半变异函数的空间随机森林插值方法。应用所提出的方法对湖南省湘潭县土壤重金属数据进行空间插值, 并与随机森林方法、基于距离的随机森林空间预测方法、普通克里金方法和回归克里金方法进行对比, 检验了所提出方法的插值精度。结果表明, 融合半变异函数的空间随机森林插值方法相较于传统克里金方法精度提升10%以上, 相较于新型机器学习空间插值方法精度提升5%以上, 同时基于半变异函数的空间随机森林插值方法的插值制图结果具有更加合理的空间分布和丰富的细节信息。因此, 融合半变异函数的空间随机森林插值方法能够有效结合辅助变量信息与空间位置关系信息, 有效提高土壤环境变量插值精度。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 451-457.

节水灌溉对粮食作物种植的影响—基于农业劳动力资源的调节效应—基于农业劳动力资源的调节效应

奚云霄, 刘静, 常明 — 2022-03-07

奚云霄, 刘静, 常明保证粮食播种面积的稳定是确保粮食安全的首要任务。近年来, 中国农业节水灌溉的快速发展有效节约了水资源, 并提高了土地综合生产能力, 为国家的粮食安全提供了有力保障。但节水灌溉措施对粮食播种面积产生何种影响, 相关研究尚未达成共识。因此, 本文运用双向固定效应模型和调节效应模型, 通过2006—2019年的省级面板数据, 以农业劳动力资源为调节变量, 实证分析了节水灌溉措施对粮食作物播种面积的影响及机制。研究发现: 1)在研究年份内, 节水灌溉措施能够显著促进粮食播种面积的增加, 并且农业劳动力越少, 这种促进效应越为显著, 即农业劳动力资源发挥着负向调节作用。2)通过划分作物类型发现, 以上影响作用主要体现在小麦和玉米两种旱地作物, 其对于水稻的影响作用不显著。3)区分节水灌溉措施类型发现, 具有节约劳动力效果的现代节水灌溉措施能够提升小麦和玉米的播种面积, 且其中农业劳动力资源依旧具有负向调节效应; 而不具备明显节约劳动力效果的传统节水灌溉措施仅能促进小麦播种面积的增加。基于以上结论, 本文认为在现阶段中国农业劳动力已大量非农转移的背景下, 可通过因地制宜建设不同类型的节水灌溉措施, 以促进粮食作物的播种面积, 为乡村振兴和社会主义现代化的实现筑牢国家粮食安全的“压舱石”。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 458-469.

农业绿色发展视角下美国有机农业的成功经验与政策启示

马健, 虞昊, 罗小娟 — 2022-03-07

马健, 虞昊, 罗小娟发展有机农业有利于恢复生态平衡, 是提升农产品质量安全、实现我国农业绿色发展以及全面推进乡村振兴战略的重要方式之一。美国自20世纪40年代开始发展有机农业, 如今已在生产销售、贸易互动、认证管理、补贴与科研等各方面取得了一定的成效。其主要经验包括一方面坚持以农业法案的完善为核心, 构筑农业可持续发展的法理基础; 通过财政补贴的方式实施有机农业援助项目, 降低有机转换成本, 鼓励农户从事有机农业。另一方面, 不断创新有机技术理论, 提高有机科研水平; 积极推动有机标准国际认证认可, 打造全球第一的市场规模, 提升有机农业国际化水平。尽管如此, 美国有机农业在国家农业布局中仍属小众化产业, 有机农地面积和农场数量占全国的比例较低, 在各州的分布也不均衡, 西部、中西部和东北部有机农业发展明显优于南部。同时, 有机农产品进出口贸易结构也存在一定的失衡。本文认为出现以上问题的主要原因是美国有机农业经营成本较高、有机农产品竞争优势不强以及技术支持与财政投入力度有限等。基于此, 对我国有机农业的高质量发展提出以下建议: 培育新型有机农业经营主体, 拓宽有机产品营销渠道; 树立顶层设计理念, 构建精准的政策支持体系; 推进有机农业立法, 加强科研投入与技术创新; 健全有机认证制度, 积极推进国际认证认可。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 470-483.

农户保护重要农业文化遗产主观意愿评价—以广东佛山基塘农业系统为例—以广东佛山基塘农业系统为例

苏炎芳, 王思远, 黎尔纳, 廖森泰 — 2022-03-07

苏炎芳, 王思远, 黎尔纳, 廖森泰农户是重要农业文化遗产保护多方参与机制中的重要组成部分, 考察和评价农户保护重要农业文化遗产的主观意愿, 对指导重要农业文化遗产的保护和可持续发展具有深远意义。基于情境互动下农户参与遗产保护的分析框架, 本文以中国重要农业文化遗产——广东佛山基塘农业系统为例, 采用Q方法进行研究设计, 通过与调查对象进行深度访谈后邀请调查对象自愿对遗产保护Q陈述进行排序。结果显示: 1) PQ Method 2.35软件提取了F1、F2、F3和F4共4个具有代表性因子, 其特征根分别是10.334、4.028、2.741和1.891, 经因子旋转4个因子均被接受解释。根据各因子得分将农户保护意愿划分为潜在保护意愿导向型、回避保护意愿导向型、原生保护意愿导向型和开发保护意愿导向型共4种类型。2)受访对象保护遗产意愿与其年龄、学历和是否务农的关系较为密切。其中老年小农户主要持低保护意愿, 而大规模养殖农户主要是潜在保护意愿群体。3)不同保护意愿的农户在认知、态度和行为3个方面存在明显差异。持原生保护意愿和开发保护意愿的农户对遗产保护认知较高, 不同的是两者注重的保护方式不同。持回避保护意愿的农户不关注遗产保护, 强调政府作用, 其中弱认知和生计困境是导致其低保护意愿的主要原因。基于此, 为了提高遗产地农户保护遗产意愿, 发挥农户参与保护基塘农业系统的主体作用, 建议提高整体农户对重要农业文化遗产的认识、强化遗产地农户生计保障措施、激发潜在保护意愿农户的保护潜能和提升农户参与遗产保护的能力。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(3): 484-494.