中国生态农业学报(中英文)

根系分泌物在作物多样性体系中对种间地下部互作的介导作用

尹晓童, 杨浩, 于瑞鹏, 李隆 — 2022-08-01

尹晓童, 杨浩, 于瑞鹏, 李隆根系分泌物介导植物种间的地下部相互作用在生物多样性-生态系统功能关系中发挥着重要作用。本文综述了在作物多样性种植体系中, 根系分泌物介导的种间相互作用及其机制。具体包括: 作物的根系分泌物能够活化土壤难溶性养分, 有利于自身和相邻植物的养分吸收; 粮食作物与超累积植物间作, 根系分泌物中有机酸含量改变, 促进超富集作物对重金属的吸收, 降低粮食作物对重金属的吸收; 作物多样性通过改变根系分泌物的种类和组成, 调控微生物群落结构, 减少病原菌; 信号物质介导的物种间相互识别作用, 引起相邻植物一系列的表型可塑性和生理响应, 比如化感物质会抑制相邻植物, 抑制杂草的萌芽和生长。与此同时, 新方法的引入和学科间的交叉, 为未来根系分泌物在作物多样性体系中的研究和应用提供了新的手段、角度和方向。这些进展有助于通过利用不同物种根分泌物和信号物质, 实现种间促进作用来提高资源利用率, 降低病虫和杂草发生危害, 减少化肥农药的投入, 为构建可持续的农业生态系统提供理论依据。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1215-1227.

草地生态系统承载力概念、方法及关键问题

鄢玲艳, 孔令桥, 张路, 欧阳志云, 胡金明 — 2022-08-01

鄢玲艳, 孔令桥, 张路, 欧阳志云, 胡金明草地是中国面积最大的陆地生态系统, 具有重要的生态功能, 是牧民赖以生存和发展的物质基础。同时草地生态系统脆弱敏感, 退化严重, 对生态安全和经济发展造成威胁。草地生态系统承载力的研究对实现草畜平衡和草地可持续利用、维护我国生态脆弱区生态安全具有重要意义。本文对草地生态系统承载力相关概念及发展进行了梳理, 提出了草地生态系统承载力评估概念框架。在总结现有草地生态系统承载力评估方法基础上, 重点分析了目前草地生态系统承载力研究方法以及量化模型的不足, 提出了未来需要进一步加强研究的领域和方向。在草地生态系统承载力评估方法上, 当前主要采用载畜量进行量化, 现有方法大多根据牧草生产力及农副产品价格、牧草产量、草地净初级生产力或植被指数估算, 现存问题主要有: 1)产草量受多因素影响, 不同研究区间差异较大, 数据难以准确获取或估算; 2)忽略了野生动物、病虫害导致的牧草损失量; 3)实际载畜量折算未考虑牲畜体重、年龄大小; 4)缺乏较完备的多因素整合模型与预测预警模型。未来应在以下方面深入研究: 1)构建完善的草地生态系统承载力研究基础理论体系; 2)完善草地生态系统承载力评价指标体系, 优化评价模型; 3)加强参数的动态监测和标准化; 4)建立草地生态系统承载力研究预测预警机制, 科学确定草地生态系统承载阈值。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1228-1237.

生草对果园生态系统服务功能的影响: 全球数据整合分析研究

呼盼, 高晓东, 赵西宁, 于流洋, 何娜娜 — 2022-08-01

呼盼, 高晓东, 赵西宁, 于流洋, 何娜娜定量分析生草对果园生态系统服务功能的影响可为果园土壤管理与生草技术推广应用提供科学依据。本研究搜集了1996—2020年公开发表的相关文献118篇, 从中获得了1387组数据。利用整合分析(meta-analysis)定量研究了果园生草对供给(果实产量和品质)、调节(土壤水分、温度和有机碳)、支持(土壤全氮)等生态系统服务功能的影响, 并从海拔、气候、生草种类和果园类型4个方面阐述生草对果园生态系统服务影响的异质性。结果表明, 与清耕果园相比, 果园生草复合系统显著提高了果实产量与可溶性固形物含量等供给服务功能, 土壤有机碳含量与土壤含水量等调节服务功能, 及土壤全氮含量等支持服务功能, 5项指标的平均增长率分别为20.7%、5.1%、24.7%、8.1%和15.6%。生草对果实可滴定酸含量和土壤温度的影响为负效应, 较清耕果园分别平均降低10.8%和10.6%, 但这种负效应实际上提高了鲜食水果的品质和避免高温对果树的伤害, 因此有利于果园生态系统服务功能提升。果园类型、生草种类、气候、海拔等均对果园生草的生态系统服务效应产生了重要影响, 其中果园类型、气候、海拔对供给服务的影响最为显著。综述研究发现, 果园生草显著提升了果园的供给、调控和支持服务功能, 可为我国清耕果园发展生草管理模式提供重要的科学依据, 对我国果园的提质增效和可持续发展具有重要借鉴意义。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1238-1248.

高丹草“土-草-畜”界面的氮素运移规律

李源, 赵海明, 游永亮, 武瑞鑫, 刘贵波, 杨志敏, 祖晓伟 — 2022-08-01

李源, 赵海明, 游永亮, 武瑞鑫, 刘贵波, 杨志敏, 祖晓伟探讨施入氮在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 为合理施肥提供理论依据。试验采用¹⁵N同位素标记法, 设置0 kg∙hm⁻² (CK)、90 kg∙hm⁻² (N90)、180 kg∙hm⁻² (N180)、270 kg∙hm⁻² (N270)、360 kg∙hm⁻² (N360)等¹⁵N施肥处理, 分析了不同施肥处理下高丹草主要农艺性状的变化以及“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤残留率、损失率、茎叶分配率, “草-畜”界面肉羊、奶牛对施入氮的消化率、利用率、残留率的变化。结果表明, N180处理下的总干草产量显著高于CK和N90处理(P<0.05), 与N270和N360处理无显著差异; “土-草”界面, N180处理下施入氮的植物利用率、土壤残留率最高, 损失率最低, 与N360处理差异显著(P<0.05), 与其他处理无显著差异; “草-畜”界面, N180处理下肉羊对施入氮的利用率显著高于N360处理(P<0.05), 与其他处理无显著差异, N180处理下奶牛对施入氮的利用率最高, 但与其他处理间无显著差异。施入氮在高丹草“土-草”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草吸收23.95%, 损失50.83%; 高丹草茎、叶部位对施入氮的分配规律表现为: 叶(54.35%)>茎(45.65%)。¹⁵N标记高丹草被反刍动物消化后, 综合得出, 施入氮在高丹草“土-草-畜(肉羊)”界面施入氮的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 损失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的运移规律为: 土壤残留25.22%, 高丹草残留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 损失50.83%。研究结果揭示了氮素在高丹草“土-草-畜”界面的运移规律, 可为高丹草合理施肥及草畜转化研究提供理论依据。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1249-1257.

集约农田管理措施对桓台县域土壤有机碳储量的影响

胡正江, 康晓晗, 薛旭杰, 廖艳, 吴文良, 孟凡乔 — 2022-08-01

胡正江, 康晓晗, 薛旭杰, 廖艳, 吴文良, 孟凡乔优化农田管理措施, 在增加土壤肥力、确保粮食高产稳产的同时, 也可以提升农田土壤有机碳(SOC)储量。本研究以华北第一吨粮县山东桓台县的集约化农田为对象, 分析化肥、有机肥和秸秆还田等农田管理措施对全县土壤有机碳库的影响。研究分别在点位和区域尺度对生物地球化学模型DNDC进行了校验; 进而设置未来5种农田管理情景, 以2011年为基准年, 对未来30 a桓台县农田耕层土壤(0~20 cm)的SOC变化进行了模拟预测。预测结果显示, 在保持2011年农田管理措施不变情景下[ 化肥氮500 kg(N)∙hm⁻²、秸秆还田比例90%], 10 a、20 a和30 a后SOC含量分别增加28.1%、39.2%和44.9%, 说明在当前气候条件下, 以桓台县为代表的华北农田秸秆还田对增加土壤有机质仍有较大空间; 另一方面, 秸秆还田下土壤有机质不是线性增加, 即呈现出土壤有机质的饱和趋势。在5种农田管理情景中, 年均400 kg(N)∙hm⁻²的氮肥施用量、90%的秸秆还田比例和40 kg(N)∙hm⁻²的有机肥施用量情景, 能够最大程度地提高农田耕层SOC含量, 30 a后可达16.2 g∙kg⁻¹。研究结果可为评价华北平原农田土壤有机碳库的变化提供科学依据, 并为农田管理措施优化及相应政策的制定提供参考。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1258-1268.

基于DNDC模型的设施菜地N₂O减排潜力评估

柯华东, 孔陈琛, 雷豪杰, 丁武汉, 李虎 — 2022-08-01

柯华东, 孔陈琛, 雷豪杰, 丁武汉, 李虎设施菜地因水肥投入高而导致大量N₂O排放已成为当前研究热点。N₂O作为主要温室气体之一, 探寻N₂O减排潜力不仅可为设施菜地碳减排方案的制定提供一定参考, 还可为实现我国“双碳”目标提供科学依据。本研究以京郊典型设施黄瓜-番茄系统为研究对象, 通过田间试验与DNDC模型相结合的方法, 基于田间观测数据对模型进行校验, 然后以农民常规种植模式为基线情景, 改变田间管理措施(灌溉方式、施氮量、有机肥替代化肥等)和调控土壤理化性质[土壤有机碳(SOC)、pH等]为替代情景, 运用DNDC模型通过1250次模拟得到单一情景和多组合情景下N₂O排放量, 并评估其减排潜力。结果表明, DNDC模型能够较好地模拟设施菜地土壤温湿度、蔬菜产量和N₂O排放量。基线情景下N₂O排放总量为12.18 kg(N)∙hm⁻²。单因子情景分析表明, 设施菜地N₂O减排潜力变幅为12.23%~17.58%。敏感性指数显示N₂O排放对土壤pH调控和化肥减施的响应比对其余单因子较为敏感, 其中相比于基线情景, 1.2倍土壤pH情景和减施30%化肥情景N₂O排放量分别降低15.60%和14.86%。多组合因子情景表明, 与基线情景相比, 同时采用滴灌、减少30%的化肥施氮量和减施30%有机肥组合情景, 可降低31.69%的N₂O排放。而相同组合在低SOC及高pH的土壤情景中N₂O减排潜力可进一步降低, 达到55.58% [6.77 kg(N)∙hm⁻²]。可见, DNDC模型可较好地模拟田间环境, 克服田间试验中有限的处理设置和较高的监测成本等局限性, 从而为设施菜地N₂O排放定量评估和减排评价提供了一个较好的解决方案。DNDC对设施菜地N₂O排放的单因子情景和组合情景的模拟结果表明, 结合土壤理化性质调控和水肥管理措施优化具有较大的N₂O减排潜力。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1269-1282.

密闭反应器堆肥技术氨减排潜力研究

刘娟, 曹玉博, 焦阳湄, 王选, 马林 — 2022-08-01

刘娟, 曹玉博, 焦阳湄, 王选, 马林堆肥是将粪尿肥料化处理循环利用于土壤的重要技术, 但堆肥过程中约有50%的氮素以氨气形态挥发, 不仅降低了堆肥产品的养分价值, 更诱发了雾霾天气发生, 严重污染大气环境。因此, 减少堆肥过程的氨排放对于提高有机肥品质、降低堆肥过程产生的环境影响具有重要意义。针对实际生产中不同堆肥技术氨排放量不明, 氨减排潜力及经济效益缺乏的问题, 本研究通过生产规模试验, 定量分析了条垛式堆肥和密闭反应器堆肥过程中的氨排放量、氨回收效率及其影响因素, 并对不同堆肥技术进行了经济效益分析。结果表明, 与条垛式堆肥相比, 密闭反应器堆肥可减少氨挥发61.1% (P<0.01), 结合氨气洗涤回收技术(洗气塔)可实现82.3% (P<0.01)的氨减排; 氨气回收效率随吸收时间显著降低, 吸收液温度和铵根离子浓度是影响氨回收效率的关键因素。密闭反应器堆肥技术粪便处理成本(116.9元∙t^–1)高于传统条垛式堆肥处理成本(87.4元∙t^–1); 然而, 以条垛式堆肥为对照, 密闭反应器堆肥及反应器结合洗气塔技术每减少1 kg氨气的成本为22.0元和16.5元, 低于欧盟氨减排成本。综上所述, 密闭反应器堆肥可显著降低堆肥过程中的氨挥发, 与洗气塔结合使用可将堆肥过程中排放的大部分氨气进行回收, 是一种高效、可行且具有较大氨减排潜力的堆肥技术。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1283-1292.

稻虾种养对水稻产量和粮食安全的影响

倪明理, 邓凯, 张文宇, 尚永青, 魏凤, 袁鹏丽, 李准, 樊丹, 曹凑贵, 汪金平 — 2022-08-01

倪明理, 邓凯, 张文宇, 尚永青, 魏凤, 袁鹏丽, 李准, 樊丹, 曹凑贵, 汪金平稻虾种养模式是指将小龙虾的养殖与水稻种植相结合的一种复合种养模式, 该模式因其较高的经济效益, 近些年在全国发展迅速。在稻虾种养模式大面积推广的背景下, 有关稻虾种养模式对粮食产量安全的问题受到关注。本文通过多年定位试验、不同生态区农户调查和湖北省近10年统计年鉴资料, 对稻虾种养稻田的粮食安全问题进行分析。结果表明: 1)稻虾种养提高了农民的种稻积极性, 扩大了水稻种植面积, 增加了水稻总产量。稻虾种养面积与水稻种植面积呈显著正相关, 稻虾主产区湖北省潜江市、荆州市和湖北省的水稻种植面积与10年前相比分别提高77.77%、16.23%和12.20%, 水稻总产量分别提高68.12%、16.61%和20.49%。同时近10年湖北省夏收粮食(小麦等)产量维持稳定。2)湖北稻虾产区养殖沟占比(G)平均值为13.42%, G在一定程度上会影响水稻产量。在不考虑G情况下, 与传统稻田单作相比, 稻虾种养水稻产量提高17.63%。当G≤10%时, 稻虾种养水稻产量略低于传统单作, 差异不显著, 但是10%<G<20%和G≥20%条件下, 水稻产量显著降低, 分别降低18.19%和34.81%。3)稻虾种养发展区存在优劣势差异。水稻、小龙虾产量的表现在江汉平原、鄂东沿江平原优于鄂中北丘陵。因此按照G≤10%的标准规范稻虾模式田间工程建设, 坚持因地制宜地发展稻虾模式, 可在维持稻虾收益的同时保持水稻粮食安全, 是确保我国稻虾产业持续健康发展的重要保证。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1293-1300.

我国西北内陆棉花品种生态区划分与试验环境评价

乔银桃, 孙世贤, 赵素琴, 杨晓妮, 许乃银 — 2022-08-01

乔银桃, 孙世贤, 赵素琴, 杨晓妮, 许乃银在农作物多环境品种试验中基因型与环境互作(GE)现象是普遍存在的, 品种生态区划分和试验环境评价与选择是提高品种选择效率的有效方法。西北内陆棉区是我国目前最重要的主产棉区, 探索该棉区棉花品种生态区划分和品种试验环境科学评价与选择, 有利于试验环境资源的合理利用和棉花品种试验效率的提升。本研究基于2011—2020年西北内陆棉区国家棉花品种区域试验产量数据, 采用LG双标图和GGE双标图方法探索了试验环境间的相关性模式, 并对各试验环境的代表性、鉴别力和理想指数进行了综合评价。结果表明: 1) LG双标图揭示了西北内陆早熟棉区除乌苏外的沙湾、五家渠、奎屯、石河子、敦煌、博乐和精河等试点均属于同一品种生态区; 南疆早中熟棉区除麦盖提外的巴州、阿拉尔、莎车、库车、拜城、库尔勒和图木舒克等试点属于同一品种生态区。2)各试验环境的鉴别力差异不显著, 而早熟棉区的乌苏试点和早中熟棉区的麦盖提点的代表性及理想指数显著差于其余试点, 其他试点间的差异不显著。3)早熟棉区各试验环境依据理想指数的综合优劣排序为沙湾>精河>五家渠>敦煌>博乐>石河子>奎屯>乌苏, 早中熟棉区各试验环境的理想指数综合优劣排序为巴州>图木舒克>阿拉尔>库尔勒>莎车>拜城>库车>麦盖提。可见, 乌苏和麦盖提点在品种试验方案优化中应当考虑更换, 以提高试验的总体效率。本研究充分展示了LG双标图和GGE双标图在区域试验环境评价中的应用效果, 为西北内陆棉区棉花品种试验方案优化提供了理论依据, 也可为其他作物和其他目标区域的类似研究提供参考。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1301-1308.

洞庭湖区稻田主要种植模式物质生产及光温资源利用效率的比较

赵杨, 高杜娟, 李超, 陈友德, 崔婷, 童中权, 罗先富 — 2022-08-01

赵杨, 高杜娟, 李超, 陈友德, 崔婷, 童中权, 罗先富合理的种植模式可实现作物生长需求和自然资源供给的匹配。比较研究洞庭湖区稻田主要种植模式, 可明确该区域优势种植模式, 为优化湖区资源配置和建立丰产高效种植模式提供理论依据。2016—2018年, 选取4种湖区稻田主要种植模式为研究对象, 分析不同模式的干物质生产效率和干物质产能、光温资源利用效率以及经济效益。4种模式中, 冬闲-中稻一熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能、有效积温和光能分配率最低, 分别为18 330 kg∙hm⁻²和27.00 MJ∙m⁻²、70.0%和49.2%, 表明湖区冬闲-中稻一熟制模式光温资源利用不充分。而油菜-早稻-晚稻三熟制模式周年平均干物质生产效率和干物质产能最高, 分别为31 525 kg∙hm⁻²和48.22 MJ∙m⁻², 但周年平均生育期为364.5 d, 2016—2017年周年有效积温和光能分配率分别达到102.5%和102.6%, 表明部分年份油菜-早稻-晚稻三熟制光温资源欠缺, 难以满足3季作物需求, 且三熟制经济效益最低, 两周年平均为8738元∙hm⁻²。冬闲-早稻-晚稻两熟制模式生长季集中于4月上旬至10月中下旬, 冬季温光资源浪费, 且周年经济效益平均为9009元∙hm⁻², 仅为冬闲-中稻模式的75.3%, 油菜-中稻模式的62.3%。油菜-中稻两熟制模式全年时间平均利用率88.9%, 周年平均有效积温和光能分配率为86.6%和87.7%, 光温资源充足且利用率高, 周年经济效益最高, 为14 468元∙hm⁻², 明显高于其他3种模式。油菜-中稻两熟制模式与其他3种模式综合比较, 可充分利用全年光温资源, 干物质生产效率和产能较高, 也是经济效益最高的种植模式, 适宜在洞庭湖区发展。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1309-1317.

川中丘陵区不同播期玉米生育期气候资源及干旱特征分析—以中江为例—以中江为例

蓝天琼, 李思锦, 兰汉军, 邓长春, 杜霞, 陈谋浩, 崔世磊, 袁继超, 孔凡磊 — 2022-08-01

蓝天琼, 李思锦, 兰汉军, 邓长春, 杜霞, 陈谋浩, 崔世磊, 袁继超, 孔凡磊川中丘陵区是西南玉米主产区之一, 季节性干旱是该区最主要的农业气象灾害, 研究不同播种时期玉米不同生育阶段气候资源及干旱特征对该区玉米避旱减灾有重大意义。本文以川中丘陵地区的中江为例, 利用1981—2020年四川省中江县气象站地面气象观测资料, 从3月下旬至6月上旬设置8个播期, 分析不同播期玉米生育期主要农业气候资源变化规律, 同时基于作物水分亏缺指数(CWDI)研究不同播期玉米各生育阶段干旱特征, 为川中丘陵区玉米适宜播期选择和生育期内阶段性干旱防御提供科学依据。结果表明: 1)近40年各播期玉米生育期气候资源变化均呈日照时数下降、温度升高、降雨量下降的趋势; 随播期推迟, 日均温、生长度日、高温度日均先升后降, 日照时数随播期推迟呈下降趋势, 而降雨量则随播期推迟呈增加趋势。适当推迟播期, 有利于提高玉米对日照、热量和降水资源的综合利用。2)随播期推迟, 玉米播种—拔节、拔节—抽雄阶段CWDI呈明显降低趋势, 3月下旬播种玉米抽雄—灌浆阶段CWDI明显高于其他播期; 推迟播期可降低玉米生育期水分亏缺的危险。3)不同播期玉米最易受旱生育阶段存在差异, 3月下旬、5月下旬、6月上旬播种玉米在播种—拔节阶段干旱频率最高, 4月上旬—5月中旬播种玉米在拔节—抽雄阶段干旱频率最高。4)各播期玉米各生育阶段干旱强度以轻旱、中旱为主, 重旱次之, 特旱最低; 推迟播期玉米干旱强度由中旱降为轻旱为主, 可降低玉米干旱发生频率, 特别是重旱和特旱发生频率。研究区玉米宜在5月中旬前播种; 玉米在3月下旬、4月上旬播种时, 应注重灌浆期以前的抗旱管理; 4月中旬到5月中旬播种时, 应注重抽雄前的抗旱管理, 同时预防灌浆—成熟阶段的高温风险。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1318-1327.

低纬度高原宇宙线快中子土壤水分监测方法适宜性研究

王中金, 吴苏, 吴东丽, 张振强, 赵杰, 李鹏, 陈海波 — 2022-08-01

王中金, 吴苏, 吴东丽, 张振强, 赵杰, 李鹏, 陈海波宇宙线快中子土壤水分监测方法具有监测范围大、不受土壤盐碱程度影响、实时无损原位测量的特点, 对旱涝预警、节水灌溉、生态环境保护及土壤生产力提升等具有重要意义。为明确宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原的适宜性, 本研究在中国南部开展了大范围烘干称重法测量, 验证宇宙线快中子法准确性, 以频域反射法做连续监测对比, 分析土壤水分相关性, 并结合雨量站观测数据, 研究其对土壤水分连续变化的响应能力。试验结果表明, 宇宙线快中子法与多点烘干称重法的线性拟合优度、均方根误差及绝对误差分别为0.898、0.013 cm³∙cm^–3和0.027 cm³∙cm^–3, 说明宇宙线快中子法在低纬度高原能够准确测量区域土壤含水量。在较长时间序列上, 宇宙线快中子法与频域反射法10 cm的土壤水分变化趋势完全一致, 线性拟合优度为0.839; 在对降水响应的灵敏性上, 降水量2 mm以上的降水过程, 两种方法均有明显响应, 降水量2 mm以下的降水过程, 宇宙线快中子法要略优于频域反射法。在本试验中, 宇宙线快中子土壤水分监测方法在低纬度高原区是适宜的, 对土壤水分空间变异性不敏感, 对百米级范围的平均土壤含水量的测量准确可信, 测量性能满足当前土壤含水量观测要求, 且能够提供实时土壤水分信息, 有效提高中尺度土壤水分监测效率与精度, 为相关土壤水分监测研究与应用提供参考, 对低纬度高原土地资源开发利用、环境保护、粮食自给等具有重要意义。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1328-1335.

土壤氧化铁的特征波长选择和高光谱反演

赵海龙, 甘淑, 王俊杰, 胡琳 — 2022-08-01

赵海龙, 甘淑, 王俊杰, 胡琳传统的氧化铁特征波长选取方法单一, 多仅利用相关系数法(CC), 建模输入变量较多导致预测精度不高。为提高模型预测精度, 在云南禄丰恐龙谷南缘山地采集135个5~20 cm表层土壤样品, 室内测定样品的光谱反射率和氧化铁含量。对土壤光谱曲线进行Savizky-Golay平滑后作为原始光谱曲线(OR), 对原始光谱曲线进行一阶微分(FD)和倒数的对数(RL)变换; 通过与氧化铁含量的相关性分析, 利用迭代保留信息变量(IRIV)、竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影法(SPA)算法提取特征波长, 把提取的特征波长作为自变量, 氧化铁含量作为因变量, 分别用随机森林回归(RF)和偏最小二乘回归(PLSR)进行反演模型的构建。结果表明, 相关性分析结合IRIV、CARS和SPA算法提取特征波长的方法可以有效降低建模波长数; 通过结合不同的光谱变换方法和建模方法, 发现RL-CC-CARS-PLSR模型的效果最好, 其建模集R²为0.833, RMSE为4.361 g·kg⁻¹, 验证集R²为0.826, RMSE为5.600 g·kg⁻¹, RPIQ达3.618, 模型具有很好的稳定性和预测能力。该研究为利用高光谱反演土壤氧化铁含量提供了参考。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1336-1345.

The potential and the impact factors for phosphorus recovery from wastewater via struvite precipitation

Erick K. MUTAI, WANG Xuan, MA Lin — 2022-08-01

Erick K. MUTAI, WANG Xuan, MA Lin Phosphorous (P) is an essential nutrient for living organisms, and there is a concern regarding the challenges of both supply uncertainty and the linked aquatic eutrophication. Phosphorus recovery through struvite precipitation technology has attracted much attention in research as it prevents eutrophication and forms a slow-release fertilizer that serves as an alternative source of P in both synthetic wastewater (SW) and real waste (RW). However, only inorganic soluble P is involved in the reaction. Therefore, the ratio of organic P, which is up to 30%–40% of total P in real wastewater systems, leads to a variation of P recovery rates in practice. There is a lack of knowledge on the underlying differences and the factors causing the disparity in the P recovery, and few studies have attempted to quantify the gap in the P recovery rates of SW and RW. Data mining was conducted using 103 studies with 1186 observations to quantify the P recovery rate in SW and RW, establish the underlying factors affecting the P recovery, and derive solutions. Results showed that P recovery rate in SW (83.6%) was higher than that in RW (76.9%). A large variation in the P recovery rate (20.4% to 99.9%) in RW was detected since it was more sensitive to pH and foreign ions, such as calcium. Magnesium and calcium were found to impact struvite crystallization; magnesium had a positive impact at a specific Mg∶P ratio between 1 and 2, with SW being more sensitive, while calcium inhibited struvite formation. P precipitation is an abiotic process, and organic P concentration plays a crucial role in the total P recovery rate. Aeration played an important role in the mineralization of organic P. Therefore, supplying aeration at a flow rate of 6 L∙min⁻¹ was beneficial for both total and inorganic P recovery. Increasing the Mg∶P ratio was not a crucial factor for P recovery in practice, but it significantly impacts the components of the precipitate. 中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1346-1354.

两种积累型番茄对不同难溶态Cd活化与吸收的差异

张玉坤, 高夕彤, 王小敏, 段亚军, 吕诗, 王雪, 路倩影, 冯圣东, 杨志新 — 2022-08-01

张玉坤, 高夕彤, 王小敏, 段亚军, 吕诗, 王雪, 路倩影, 冯圣东, 杨志新本研究以两种Cd积累型番茄品种(高积累型‘合作8’, 低积累型‘普罗旺斯’)幼苗为研究对象, 通过水培试验, 研究其对两种难溶态Cd (CdS和CdCO₃)的活化效果及吸收差异特征, 并分析两种难溶态Cd对植株的生长效应, 为Cd轻度污染土壤中番茄品种的合理选择提供依据。结果表明: 在活化效果方面, ‘合作8’对难溶态Cd的活化效果显著高于‘普罗旺斯’。CdCO₃和CdS处理下高积累型品种‘合作8’使溶液中有效态Cd浓度分别比添加CdCO₃和CdS但未种植番茄的处理显著提高62.1%和51.0% (P<0.05); 而低积累型‘普罗旺斯’在CdCO₃处理下溶液中有效态Cd浓度比对照增加39.4% (P<0.05), 但在CdS处理下有效Cd浓度变化不明显。在植株Cd吸收方面, CdS和CdCO₃处理下‘合作8’地上部与根部Cd含量均显著(P<0.05)高于‘普罗旺斯’, 地上部分别提高80.2%和105.2%, 根部分别提高111.7%和153.8%。与未添加难溶性Cd处理相比, CdS处理下‘普罗旺斯’株高、根长和生物量分别提高15.0%、10.1%和15.5% (P<0.05), 而‘合作8’株高、根长和生物量分别降低5.0%、9.8%和11.3% (P<0.05); 同时, 2种难溶性Cd处理下‘合作8’的株高、根长和生物量均显著低于‘普罗旺斯’(P<0.05)。综上, 高积累型番茄品种对两种难溶态Cd活化的效果显著高于低积累型番茄品种, 显著提高了Cd的生物有效性, 高积累型品种对难溶态CdS和CdCO₃的吸收也显著高于低积累型品种, 使高积累型番茄植株生长受到了显著抑制。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1355-1361.

假单胞菌TCd-1对不同镉耐性水稻品种镉吸收及根际土壤酶活性与镉形态的影响

柳玲林, 汪敦飞, 黄明田, 肖清铁, 游武, 钱鑫, 郑新宇, 林瑞余 — 2022-08-01

柳玲林, 汪敦飞, 黄明田, 肖清铁, 游武, 钱鑫, 郑新宇, 林瑞余为探究假单胞菌TCd-1降低水稻镉吸收的根际生态机制, 以高镉耐性水稻品种‘特优671’和低镉耐性水稻品种‘百香139’为材料, 通过盆栽土培试验, 研究了接种TCd-1菌株对10 mg∙kg⁻¹镉处理水稻镉吸收、根际土壤镉形态及酶活性的影响。结果表明: 接种菌株后高、低镉耐性水稻品种各部位的镉含量显著降低(P<0.05), 镉富集系数分别降低35.14%和47.79%, 转移系数无显著变化; 根际土壤可交换态镉含量分别显著降低15.89%和23.81% (P<0.05) , 铁锰氧化结合态镉含量显著提高39.58%和28.81% (P<0.05), 有机态镉含量显著提高36.11%和25.00% (P<0.05); 低镉耐性水稻品种根际土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性依次提高26.74%、12.07%、62.50%、81.17%和5.13%, 多酚氧化酶活性降低12.40%, 高镉耐性水稻的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶活性依次降低7.19%、9.39%、25.53%、16.20%和11.44%, 过氧化氢酶活性提高5.13%。可见, 假单胞菌TCd-1主要通过降低根际土壤镉的生物有效性、恢复土壤酶活性, 进而提高水稻耐镉能力并抑制水稻对镉的吸收与积累, 对高、低不同镉耐性水稻品种, 接种TCd-1菌株后其镉富集特性、根际土壤酶活性及不同镉形态含量占比均表现出显著差异。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1362-1371.

直灌咸水与施氮磷对重盐碱柽柳地的改良效应

杨莉琳, 杨友山, 李铃蔓, 邱发根, 朱向梅 — 2022-08-01

杨莉琳, 杨友山, 李铃蔓, 邱发根, 朱向梅为解决滨海重盐碱地春旱、返盐以及缺N、贫P的突出问题, 利用当地丰富的地下咸水资源和柽柳固C、排盐的特性, 在华北低平原区滨海重盐碱区人工柽柳地开展了为期4年的咸水[不灌水和灌溉地下咸水(含盐量8.02~9.34 g·L⁻¹, W)]与NP [不施肥(CK、WCK), 单施氮(N、WN)和施氮磷(NP、WNP)]的2因素定位试验, 研究不同处理对土壤盐分、养分和微生物量碳和微生物量氮的影响, 以达到生物改良盐碱地、提升绿色生态景观的目标。研究结果显示, 柽柳地首次灌溉咸水, 0~30 cm土壤盐分平均下降32.7%; 但连续3年灌溉咸水柽柳地0~30 cm土层盐分平均上升11.2%~18.3%; 0~90 cm土壤有效磷(Olsen-P)含量下降19.4%~32.1%, 0~30 cm 微生物量碳与微生物量氮含量显著下降。灌溉咸水条件下施用NP (WNP)比对照(WCK)的0~30 cm土层的含盐量下降36.1%, 土壤0~30 cm全氮、含水量和30~60 cm的Olsen-P含量均显著下降; 而0~30 cm土层有机质、微生物量碳和有效钾含量显著提升。P是滨海重盐碱地关键限制性营养元素, 灌溉咸水促进了柽柳对P吸收, 进一步加剧土壤P消耗; 灌溉咸水并施NP (WNP)可缓解滨海重盐碱柽柳地营养元素匮乏的限制, 激活土壤微生物活性, 有效降低因连续直灌咸水引发的土壤次生盐渍化的风险。研究结果为重盐碱地人工柽柳咸水灌溉及养分管理提供依据。中国生态农业学报(中英文). 2022 30(8): 1372-1380.