中国生态农业学报(中英文)

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2023年第31卷第4期

栏目

农业生态系统及其调控
作物栽培与生理生态
农业资源与环境
农业生态经济与生态农业

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农业生态系统及其调控

驯化对谷子-根际微生物互作机制影响的进展与展望

崔文秀, 宰小玉, 赵美丞, 郑春燕, 宋春旭, 朱峰

2023, 31(4): 495-504. doi: 10.12357/cjea.20220398

摘要(493) HTML (198) PDF(109)

摘要:
根际微生物可赋予植物新的抗逆性, 其群落结构及生态功能的变化也体现了作物对环境变化的适应能力。驯化影响作物的遗传多样性、生理性状及其代谢产物, 进而会对根际微生物群落组成与功能产生作用。目前, 对于作物驯化的研究多关注植物遗传多样性与植物表型和生理特性之间的相互关联及影响机制, 微生物在作物驯化过程中的作用及其与植物互作机制的探索还处于起步阶段。为此, 本文首先对驯化过程在禾本科作物根际微生物群落构建中的作用进行了回顾, 针对起源于中国的重要旱作C4模式作物谷子, 系统总结了谷子的驯化过程及其对谷子生长、生理性状和根际微生物的影响, 以及驯化对谷子根际微生物间互作和谷子与微生物互作的作用机制, 以期为恢复农田生态系统中的作物-微生物有益关系提供科学依据。

燕麦与不同作物间作对土壤线虫群落结构及作物产量的影响

王亚南, 乔月静, 范雅琦, 霍瑞轩, 郭来春, 杨珍平

2023, 31(4): 505-515. doi: 10.12357/cjea.20220512

摘要(419) HTML (206) PDF(89)

摘要:
间作是土地可持续利用的重要种植模式。土壤线虫作为土壤健康的指示生物, 可揭示地下生态系统的食物网功能。为探究燕麦不同间作模式对产量和土壤线虫群落的影响, 本试验分别设置燕麦单作、燕麦||大豆、燕麦||赤小豆、燕麦||马铃薯和燕麦||甘薯5个处理, 分析燕麦不同间作模式对作物产量以及土壤线虫的数量、多样性和群落结构的影响, 以筛选出较优的燕麦间作模式。结果表明: 相比单作, 间作模式在土地利用率和作物总产量方面有一定的优势, 其中燕麦||马铃薯间作模式最佳, 土地当量比(1.36)最高, 其次为燕麦||大豆间作模式, 土地当量比为1.29。4种燕麦间作模式均显著(P<0.05)降低了植物寄生线虫的相对丰度, 提高了食微线虫相对丰度, 优化了土壤线虫群落结构。燕麦||大豆间作模式下食微线虫比例最高(88.42%), 植物寄生线虫比例最低(6.31%), 且在多项生态指数中(瓦斯乐斯卡指数、线虫通路指数、多样性指数和均匀度指数)显著高于燕麦单作(P<0.05)。而燕麦||赤小豆间作模式下富集指数最高, 植食性线虫成熟度指数最低, 土壤线虫群落受干扰程度最低。速效钾与线虫通路指数呈极显著正相关(r=0.722^**), 速效钾含量的提升可以使土壤有机质分解主要依靠细菌分解途径。综上, 间作种植模式可以优化土壤线虫群落结构, 改善土壤生态环境, 提高产量; 燕麦||大豆是该试验条件下最佳的间作模式。

小麦红花间作系统根际微生物群落结构及功能分析

王香生, 连延浩, 郭辉, 任永哲, 辛泽毓, 林同保, 王志强

2023, 31(4): 516-529. doi: 10.12357/cjea.20220354

摘要(438) HTML (269) PDF(85)

摘要:
研究小麦红花间作系统作物根际土壤微生物群落结构及功能变化, 对后期构建合理的小麦红花间作种植模式和地区适宜性评价具有重要意义。本研究在田间设置小麦红花间作(2∶1)模式, 以小麦单作、红花单作为对照, 基于Illumina Miseq高通量测序平台研究了小麦红花根际土壤细菌和真菌群落结构特征和功能变化, 在成熟期, 分别测定小麦红花产量。结果表明: 小麦红花间作土地当量比为1.01, 间作优势并不明显; 小麦、红花根际微生物多样性指数分析结果表明, 间作提高了小麦根际细菌多样性和真菌的丰富度, 但显著降低了小麦根际细菌的丰富度和真菌多样性; 间作显著提高了红花根际细菌的多样性, 但降低了红花根际真菌的多样性及细菌和真菌的丰富度。主坐标分析(PCoA)和群落均衡性分析结果表明, 间作显著改变了红花根际微生物群落结构。小麦红花根际优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门和拟杆菌门, 在单作小麦、间作小麦、单作红花和间作红花中平均相对丰度总占比分别为65.94%、70.57%、71.39%和70.07%, 优势真菌为子囊菌门、担子菌门, 平均相对丰度总占比分别为75.99%、68.17%、93.23%和69.88%。间作显著提高了红花根际酸杆菌门、Rokubacteria以及真菌的被孢霉门的相对丰度, 对小麦各菌门并未造成显著影响。功能预测结果表明, 间作显著提高了红花根际好氧氨氧化、硝化作用、发酵、硝酸盐还原等养分循环过程, 结合相关性分析结果发现细菌MND1属与这些过程显著正相关, 且其相对丰度在红花根际表现为间作显著高于单作。此外, 间作显著提高了红花根际丛枝菌根功能基因的相对丰度, 降低了植物病原菌类功能基因的相对丰度; 在属水平, 间作显著提高了红花根际被孢霉属、Wickerhamomyces等有益菌属的相对丰度, 显著降低了镰刀菌属、链格孢属致病真菌属的相对丰度。共现网络分析结果表明, 间作可一定程度上提高小麦根际微生物网络的复杂性, 降低红花根际微生物网络的复杂性; 此外, 镰刀菌属位于红花根际微生物网络的中心, 间作可通过影响红花根际微生物间的相互作用明显降低镰刀菌属的数量。综上, 小麦红花间作体系中, 处于竞争劣势的红花可通过改善根际微生物群落组成, 提高根际养分循环过程, 进而缓解在养分等资源竞争上的不利地位; 此外, 间作可显著降低红花根际致病类病原菌的相对丰度, 对减少红花病害的发生及土壤中致病菌总量均具有重要意义。

白菜健康株与根肿病患病株的土壤微生物群落和功能差异

张智浩, 邓毅书, 聂强, 解国玲, 吴流通, 邸雪嫣, 石浩, 付克剑, 张继来, 林春, 张乃明, 苏友波

2023, 31(4): 530-542. doi: 10.12357/cjea.20220498

摘要(411) HTML (177) PDF(68)

摘要:
根肿病严重制约着十字花科蔬菜产业的发展, 而土壤微生物多样性与组成的变化不仅与十字花科作物根肿病密切相关, 且对土壤健康、农业生产系统的可持续发展和人体健康至关重要。因此, 了解十字花科根肿病发生与土壤微生物群落结构的关系十分必要。采用Illumina MiSeq高通量测序技术对白菜健康株和患根肿病病株的根围土壤的细菌16S rDNA和真菌ITS序列进行测序, 将结果质控后与相关数据库进行比对; 测定了根围土壤理化性质, 分析了样本间的微生物群落结构与组成差异, 探讨土壤理化、土壤微生物群落和根肿病间的关系; 并对样本细菌和真菌功能进行了预测。结果表明: 1)健康白菜植株根围土壤细菌群落均匀度及多样性程度均高于患根肿病植株, 患根肿病白菜植株根围土壤真菌群落丰富度、均匀性和多样性程度均高于健康白菜植株根围土壤。2)放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)是所测土壤样本中的主要优势细菌门, 芽孢杆菌属(Bacillus)、Gaiella、Defluviicoccus、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)和类诺卡氏属(Nocardioides)是所测土壤样本中的主要优势细菌属; 根围土壤优势真菌类群为子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和壶菌门(Olpidiomycota), 主要的真菌属为赤霉属(Gibberella)、被孢霉属(Mortierella)、梭孢壳属(Thielavia)和Basipetospora。3)新陈代谢、环境信息处理、细胞过程和有机系统是健康株与患病株根围土壤细菌群落具有显著差异的4类细菌功能; 患根肿病植株根围土壤真菌群落中赤霉属、梭孢壳属、丝壳属(Kernia)和镰刀菌属(Fusarium)的功能丰度均大于健康株。4)主坐标分析结果表明健康植株与患根肿病植株根围土壤细菌和真菌群落结构差异明显, 冗余分析结果显示, pH、全氮、碱解氮、速效钾和阳离子交换量是根围土壤微生物群落变化的主要影响因素。白菜健康株与根肿病患病株根围土壤中真菌群落的差异比细菌群落大。本文为研究十字花科作物微生物区系提供了新的依据, 并为研究有益合成菌群抑制病原菌从而控制根肿病的方法提供了可能性, 同时也为缓解土壤退化和重建健康土壤提供了途径。

作物栽培与生理生态

不同稻虾种养模式土壤溶解性有机质光谱特征

梁以豪, 倪才英, 刘星星, 黎衍亮, 刘方平, 徐涛

2023, 31(4): 543-557. doi: 10.12357/cjea.20220602

摘要(388) HTML (135) PDF(58)

摘要:
稻虾种养的农业活动显著改变了田间生物化学因子, 土壤溶解性有机质(DOM)是其中之一。本研究利用紫外-可见吸收光和三维荧光光谱技术, 耦合平行因子分析, 对有环沟式稻虾轮作和共作、无环沟式稻虾共作和传统稻作4种稻虾种养模式土壤DOM的特征进行了研究。结果显示, 不同稻虾种养模式土壤DOM紫外吸光度和比吸收系数均低于传统稻作, 光谱斜率比(S_R)均值为0.9~2.0; 254 nm和365 nm处紫外吸光度的比值(E2/E3)在无环沟稻虾共作模式中最小, 水稻单作中E2/E3值相对于稻虾种养模式大; 300 nm和400 nm处紫外吸光度的比值(E3/E4)在稻虾种养模式均<3.5, 水稻单作>3.5。4种模式的荧光指数>1.9, 腐殖化指数<4, 自生源指数为0.6~0.7。不同模式均解析出2个类蛋白质组分(类络氨酸、类蛋白物质)和2个类腐殖质组分(腐殖酸、类腐殖质), 与生物源密切相关的类络氨酸组分占比较高且与其他组分均呈负相关, 其余组分相互呈正相关。上述结果中, 紫外-可见吸收光谱参数表明稻虾种养降低了土壤DOM的腐殖化程度、芳香性和物质组成, 稻虾种养土壤腐殖质类DOM腐殖酸为主, 水稻单作以富里酸为主; 4种模式的土壤DOM既有内源也有外源, 其中无环沟稻虾共作模式土壤DOM分子量最大, 且有一定外源性特征, 说明土壤保肥能力较好, 在4种模式中综合效益最佳; 三维荧光光谱分析表明不同模式下土壤DOM的物质组成无明显差异, 研究认为这与农田管理措施的间接影响等有关, 占比较高的络氨酸组分来源不同于其他组分, 可能与微生物对DOM或其他物质的分解转化有关, 而腐殖酸、类蛋白物质和类腐殖质组分很可能有高度的同源性; 不同种养模式之间的淹水差异通过影响溶解性有机碳(DOC)和DOM的释放, 从而影响种养模式之间DOM光谱特征。

玉米大豆间作对红壤磷库的活化作用及其磷肥响应

苏丽珍, 赵红敏, 侯贤锋, 陈源, 肖靖秀, 郑毅, 汤利

2023, 31(4): 558-566. doi: 10.12357/cjea.20220345

摘要(1529) HTML (158) PDF(75)

摘要:
红壤固磷能力强, 但合理间作可促进磷吸收, 减少磷固定。本研究基于连续4年的田间定位试验, 分别设置玉米大豆间作(MI)和玉米单作(MM) 2种种植模式, 不施磷肥(P0)、施P₂O₅ 60 kg∙hm⁻² (P60)、施P₂O₅ 90 kg∙hm⁻² (P90)及施P₂O₅ 120 kg∙hm⁻² (P120) 4个施磷水平, 采用改良的Hedley磷分级法, 研究了玉米大豆间作对玉米根际土壤磷组分的影响及其磷梯度响应; 通过随机森林模型, 探究了不同磷组分对土壤磷活化系数(PAC)的贡献。玉米大豆间作提高了红壤施磷处理的总磷含量和磷有效性。与玉米单作相比, P0水平下间作玉米根际土壤速效磷含量显著提高70.4% (P<0.01)。玉米大豆间作显著促进了红壤磷的活化和向活性磷库的转化。在P0和P90水平下, 间作土壤PAC较单作分别显著提高87.4% (P<0.05)和34.6% (P<0.01)。间作使红壤活性磷库占总磷比例平均提高15.1%。其中无机活性磷组分中Resin-P在P120水平下含量较单作显著提高53.7% (P<0.05), 有机活性磷库中碳酸氢钠浸提有机磷(NaHCO₃-Po)含量在P0、P120水平下分别显著提高117.0%、25.6% (P<0.05)。间作使红壤稳定性磷库占总磷比例降低1.1%, 差异不显著。在P90水平下, 稳定性磷库中稀盐酸浸提无机磷(Conc. HCl-Pi)含量较单作显著降低40.2% (P<0.01)。随机森林模型显示土壤无机磷是PAC的主要决定因素, 其中去除水溶性无机磷(Resin-Pi)的预测值时, 土壤PAC的均方差增加14.7%。玉米大豆间作显著提高了玉米根际土壤有效磷含量及土壤PAC, 提高了玉米根际土壤活性磷库、中稳性磷库的比例, 同时降低了稳定性磷库的比例, 玉米大豆间作对磷库的活化在中低施磷水平下作用显著, 在高施磷水平下活化作用不明显, 而其中土壤无机磷组分对PAC影响较大。说明玉米大豆间作促进了红壤磷的活化和向活性磷库的转化, 特别是在中低施磷条件下, 而在高施磷(P120)条件下间作红壤磷的活化作用不明显。

芥菜生物熏蒸对烟草疫霉菌的抑制作用

孙迪, 贺依琳, 沈丹宇, 窦道龙, 田月娥

2023, 31(4): 567-576. doi: 10.12357/cjea.20220519

摘要(317) HTML (232) PDF(51)

摘要:
为了探究安全和环境友好的烟草黑胫病的绿色防控方式, 本研究用‘地隆1号’芥菜采用培养皿培养方法进行生物熏蒸, 研究了其对烟草疫霉菌(Phytophthora nicotianae)的抑制作用。采用菌丝生长速率法测定了其对烟草疫霉菌(A2 交配型)Pp025菌丝生长的抑制情况, 对烟草疫霉菌孢子囊形成及游动孢子释放、孢子萌发及芽管伸长和卵孢子形成的影响, 通过电导率和丙二醛含量变化测定了其对烟草疫霉菌细胞膜透性的影响; 采用离体叶片法测定了芥菜熏蒸处理后烟草疫霉菌致病力的变化。结果显示: 利用‘地隆1号’芥菜进行生物熏蒸可显著抑制烟草疫霉菌的菌丝生长, 其半最大效应浓度(EC₅₀)值为0.362 g, 75%最大效应浓度(EC₇₅)值为0.499 g, 最小抑菌量(MIC)为0.5 g, 抑制效果与‘地隆1号’芥菜鲜物质的量呈剂量效应。0.3 g芥菜鲜物质即可显著抑制孢子囊的形成及游动孢子的释放, 0.5 g芥菜鲜物质熏蒸处理对Pp025孢子囊形成和游动孢子释放的抑制率分别达72.8%和86.6%; 当芥菜鲜物质的量增加为0.7 g时, 可完全抑制Pp025孢子囊的形成; 0.3 g和0.4 g鲜物质即可分别完全抑制游动孢子萌发及芽管伸长。‘地隆1号’芥菜鲜物质熏蒸处理可减少Pp025卵孢子的形成, 且减少幅度与芥菜鲜物质的量呈剂量效应, 0.7 g鲜物质熏蒸处理可完全抑制卵孢子的形成。同时, 熏蒸处理后增大了菌丝体细胞膜透性并导致膜脂质过氧化, 经熏蒸处理150 min后, Pp025的电导率为对照组的2.2倍, 丙二醛含量是对照的8.0倍; 熏蒸处理减弱了病菌的致病力, 与对照相比, 病斑减小面积达88.9%。本研究结果表明: ‘地隆1号’芥菜鲜物质熏蒸处理对烟草疫霉菌具有很好的抑制和杀灭作用, 且熏蒸效果与‘地隆1号’芥菜鲜物质的量呈剂量效应。研究结果对生产上利用‘地隆1号’芥菜防控烟草黑胫病提供了理论依据。

农业资源与环境

蚯蚓粘液-秸秆炭共同作用对生活污泥堆肥中重金属的影响

郇辉辉, 储昭霞, 王兴明, 范廷玉, 董众兵, 甄泉, 张佳妹, 代碧波

2023, 31(4): 577-586. doi: 10.12357/cjea.20220253

摘要(422) HTML (138) PDF(67)

摘要:
生活污泥中富含的重金属限制其资源化利用, 为钝化重金属活性, 降低污泥毒害效果和提高其利用价值, 以40 mL蚯蚓粘液和2%、4%、6%、8%秸秆炭为添加剂对2 kg污泥进行堆肥, 研究粘液、粘液协同秸秆炭添加对污泥堆肥后重金属变化的影响。结果显示, 与对照组污泥堆肥相比, 粘液堆肥污泥后pH升高1.42%, 总氮、总磷含量降低7.87%、14.18% (P<0.05); 而粘液协同秸秆炭堆肥污泥后, 污泥逐渐呈碱性, 电导率提升5.71%~9.58% (P<0.05), 有机质含量升高7.71%~24.60% (P<0.05), 丰富了堆体中可溶性离子和有机物含量, 但总氮、总钾含量分别降低19.10%~30.95%、7.87%~14.31%。在添加粘液对污泥堆肥后, 重金属总量均表现出下降趋势, Ni、Zn、Pb的较活泼形态向难以降解的残渣态转化, 使残渣态所占比例较CK处理分别升高61.81%、120.19%、72.51%; 当添加粘液和秸秆炭对污泥堆肥后, 重金属总量继续表现出下降趋势, 碳酸盐结合态Ni和Pb、铁锰结合态Pb、可交换态Zn逐步向稳定的残渣态转化, 而有机结合态Cu却向可交换态和残渣态转化, 钝化了堆肥污泥中Ni、Zn、Pb, 活化了Cu。最后根据分析得出结论, 粘液协同秸秆炭改变污泥中pH来影响重金属Ni、Zn、Pb、Cu有效态, 粘液+8%秸秆炭处理对污泥重金属的影响较为理想。

基于NPP VIIRS数据和SEBS模型的河南省冬小麦蒸散量估算与时空特征

李颖, 陈怀亮, 梁辰, 苏伟, 贺添

2023, 31(4): 587-597. doi: 10.12357/cjea.20220422

摘要(341) HTML (174) PDF(60)

摘要:
农田蒸散量 (evapotranspiration, ET)是农田水热交换过程的关键变量, 准确估算农田ET对了解农田土壤水分变化动态, 监测预测作物旱情, 指导科学灌溉等具有重要作用。将Suomi NPP (National Polar-orbiting Partnership)卫星的新型遥感数据源可见光红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite, VIIRS)数据用于ET反演, 基于地表能量平衡理论, 将NPP VIIRS反演的地表温度、地表反照率等参数和优化计算的VIIRS NDVI (normalized difference vegetation index)数据, 与SRTM DEM数据和气象观测数据输入地表能量平衡系统(surface energy balance system, SEBS)模型, 估算了2016—2018年河南省冬小麦关键生育时期——返青期至灌浆期的农田ET (VIIRS ET)。分别对比了VIIRS ET与彭曼公式(Penman-Monteith, P-M)计算的P-M ET、大型土壤蒸渗仪实测Real ET和MODIS (moderate-resolution imaging spectroradiometer)数据估算ET (MODIS ET)的结果, 并进行了ET时空变化特征分析。结果表明, VIIRS ET与Real ET的RMSE为0.203 mm∙d⁻¹, 且VIIRS ET与P-M ET和MODIS ET均具有较高的一致性。该方法可为利用NPP VIIRS数据和SEBS模型估算ET提供方法、技术上的支持。研究区冬小麦关键生育时期ET的时间特征表现为自返青期后逐日上升, 抽穗期达到最大值, 灌浆期开始下降的趋势, 与冬小麦生长发育规律具有较好的一致性。综合空间特征来看, 在关键生育时期河南省冬小麦ET均呈现中部和东南部较高, 向西北部和西南部逐渐降低的趋势, 与灌溉条件具有较强的对应性。河南省冬小麦ET时空特征可为河南省农业水资源管理、分配和高效利用等提供重要依据。

Drivers of evapotranspiration increase in the Baiyangdian Catchment

Christine Mushimiyimana, LIU Linlin, YANG Yonghui, LI Huilong, WANG Linna, SHENG Zhuping, Auguste Cesar Itangishaka

2023, 31(4): 598-607. doi: 10.12357/cjea.20220121

摘要(312) HTML (146) PDF(134)

摘要:
The Baiyangdian Catchment is facing a growing shortage of water resources. Identifying the sensitive drivers of evapotranspiration (ET) changes from land and crop management will be critical to understanding the reasons for mountainous runoff reduction and depletion of groundwater resources in the plain. It will also be important for making Xiong’an become a Future Example City for green and sustainable development. In this study, remotely sensed ET data from PML V2 products with a spatial resolution of 500 m was used to analyze the trend of ET at the pixel level and to understand its influence on vegetation such as GPP (Gross Primary Production) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) under different land-use types for 2002‒2018. Results showed that there was a significant increase in ET in mountain regions and a slight increase in plain regions of the catchment. The spatial pattern of mean annual ET was very much relevant to the changing trend of GPP and NDVI. For the whole catchment, the average increases of ET, GPP, and NDVI were respectively 2.4 mm∙a⁻¹, 9.8 g∙cm⁻²∙a⁻¹, and 0.0021 at an annual rate. In the mountainous region, changes in annual precipitation and vegetation recovery together caused a total increase of ET by 56.5 mm over the period and negatively affected the runoff. In the plain region, there were 3 factors influencing the change of ET. While intensification of urbanization and reduction in the cultivation of wheat, the water consumptive crop, had both resulted in the decrease of ET and water consumption, ET or water consumption in most irrigated fields increased. Since the beneficial effects from urbanization and crop adjustment were not enough to offset the increase of ET in irrigated fields, an overall ET increase of 6.4 mm over the period was found. In conclusion, both in the mountainous and plain regions, ET increased. And therefore, more efforts are needed to control the ET increase in natural vegetation and cropland for a green and sustainable catchment.

1961—2020年中国小麦生长季干湿时空变化分析

马雪晴, 和骅芸, 赵金媛, 方彤, 张建珍, 潘学标, 潘志华, 王靖, 胡琦

2023, 31(4): 608-618. doi: 10.12357/cjea.20220371

摘要(430) HTML (193) PDF(62)

摘要:
基于1961—2020年全国524个气象台站逐日数据, 以有效降水量、作物需水量和水分盈缺量(有效降水量与作物需水量的差值)为干湿指标, 从年际和年代际尺度(P1: 1961—1990年; P2: 1991—2020年)分析了全国小麦主产区(春麦区: 东北、蒙北、西北、北疆; 冬麦区: 北部、华北、西南、长江中下游、华南、新疆)生长季内气候干湿状况时空分布和演变趋势, 并利用SPEI指数评估了小麦种植区的干旱风险。结果表明: 1) 1961—2020年华南、长江中下游、西南冬麦区小麦生长季降水量大于作物需水量, 其他麦区生长季内水分亏缺, 新疆冬麦区(443 mm)和北疆春麦区(495 mm)为缺水量高值区。2)近60年全国小麦生长季干旱频率为35.2%~59.6%, 四大春麦区、长江中下游冬麦区干旱发生频率较高, 均大于50.0%。3) 1961—2020年全国小麦生长季有效降水量波动增加, 作物需水量呈先降后升趋势, 华北、北部冬麦区表现为气候暖干化, 其他麦区均呈气候暖湿化趋势。小麦种植区暖湿化的气候机制存在地域间差异, 春麦区(东北、蒙北、北疆)和新疆冬麦区为有效降水量增加且作物需水量减少; 而长江中下游冬麦区生长季内有效降水量和作物需水量均为增加趋势, 但降水量增加幅度大于作物需水量。本文在全国尺度上探究了全国小麦生长季干湿状况时空变化, 对农业正确应对气候变化具有重要参考意义。

农业生态经济与生态农业

基于地理探测器的四川省茶产业时空格局变化及驱动因素研究

曹杰, 林正雨, 陈春燕, 刘远利, 高文波, 邵周玲

2023, 31(4): 619-631. doi: 10.12357/cjea.20220278

摘要(472) HTML (311) PDF(71)

摘要:
茶产业时空格局形成和演变是自然因素和人类活动共同作用的结果, 理解茶产业时空格局变化过程, 揭示不同自然-社会-经济驱动因子对茶产业时空格局演变的作用机制, 对区域茶叶种植结构调整具有重要意义。本文基于1980—2019年四川省县区尺度茶叶生产统计年鉴数据, 运用产业集中度、探索性空间数据分析和产业重心模型分析了四川省茶产业时空格局演化过程, 对研究区内海拔、土壤酸碱度、年降水量、年活动积温、生长季日平均气温、越冬期日极端最低气温、生长季日极端最高气温等自然因素, 土地利用强度、乡村劳动力、化肥、农药、灌溉等生产要素以及人均可支配收入、科技、政策等社会经济要素进行离散分层并确定最优尺度单元, 基于地理探测器探讨了各驱动因子对四川省茶产业分布的解释力以及交互作用。结果表明: 从时间上看, 四川省茶产业规模总体呈上升趋势, 区位基尼系数均大于0.5, 空间特征呈现出高度集聚, 且集聚程度随时间波动上升。从空间上看, 全局莫兰指数均大于0, 县域尺度上表现出明显的空间集聚, 且相邻县域之间相互影响, 热点区主要分布在川南地区和成都平原区南部, 茶产业重心整体上向西迁移。忽视可变面域问题会影响地理探测器建模结果, 因此对连续型因子离散化和空间单元尺度优化, 得到最优参数。单个因子对茶产业空间影响程度排前3的是土地利用强度(0.91)、乡村劳动力(0.87)和化肥(0.86); 影响因子相互作用主要表现为非线性增强和双因子增强, 生产与社会经济因子平均交互作用最大(0.8870), 四川省茶产业表现出生产要素驱动为主的空间格局。基于此, 本研究认为四川省茶产业应: 1)关注生长季缺水、突发性强降水以及低温冻害对茶树的影响; 2)加强“宜机采”茶园建设, 树立绿色茶园绿色发展理念; 3)提升良种普及率以及推广新技术, 保障用地、劳动力、化肥、农药等生产要素的稳定投入。

农业社会化服务对化肥减量的影响—基于全国31个省区面板数据的双重检验

高恩凯, 朱建军, 郑军

2023, 31(4): 632-642. doi: 10.12357/cjea.20220637

摘要(541) HTML (449) PDF(57)

摘要:
实现化肥减量是我国农业走向高质量发展的重要举措, 也是实现农业绿色发展的关键所在。基于专业分工理论, 利用2011—2020年统计年鉴数据, 采用中介调节模型和工具变量模型实证分析了农业社会化服务对化肥减量的作用机制。研究发现, 农业社会化服务对化肥使用总量和单位面积使用量具有显著负向影响, 即农业社会化服务产值每增加1%, 化肥使用总量和单位面积化肥使用量分别能降低0.055%和0.443%。中介和调节分析发现, 农业社会化服务通过资源配置和科技进步两条路径实现化肥减量, 分工深化和政府主导分别对该路径存在0.039的促进作用和−0.017的抑制作用。进一步研究发现, 农业社会化服务可以显著降低服务规模小、农业发展程度高和东部地区省份的化肥使用量, 而对中西部地区省份化肥减量未能发挥作用。其中, 监管体系的缺失和分工深化的不足是目前我国农业社会化服务面临的主要问题, 也是阻碍化肥减量实现的重要因素。

农业机械对化肥施用影响的路径及效果研究

万凌霄, 杨果

2023, 31(4): 643-653. doi: 10.12357/cjea.20220686

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摘要:
实现农业绿色生产有赖于小农户生产方式的转变。相比以往研究多聚焦于人工施肥, 本研究关注农户使用机械后, 通过机械搭配使用化肥对化肥施用量以及施肥均匀度的影响。利用2017年中国农村家庭追踪调查(CRHPS)数据, 通过最小二乘估计法(OLS)以及处理效应模型探讨农业机械化对小麦化肥使用影响, 并关注到不同机械使用来源化肥施用差异。研究结果表明: 整体而言, 使用机械并不会降低小麦化肥使用量, 但能够缩小农户间施肥差异。分环节来看, 只有机播环节能够降低化肥施用量以及施肥不均等, 这主要是因为小麦在机播环节施肥占比较高。区分农户农业机械使用来源差异后, 发现相比农户自购机械, 购买机械服务每公顷能够减少150.45 kg化肥施用量并提升施肥均匀度。其中, 购买机播服务同自购机械播种相比, 每公顷能降低213.45 kg施肥量并提升0.32个单位施肥均匀度。此外, 农户采用机播可使每公顷化肥投入下降283.95元, 购买机械服务则可使每公顷化肥投入平均下降394.50元, 购买机播服务能降低352.80元。这说明, 农业机械化能够实现化肥减量并降低农户间施肥不均等, 且主要通过服务外包实现。本文结论有助于扩展理解农业机械化与现代农业之间的关系, 从而为我国农业绿色转型以及可持续发展提供有力支撑。

中国有机农业发展的多元组态路径—基于模糊集定性比较分析

卢瑜, 向平安

2023, 31(4): 654-664. doi: 10.12357/cjea.20220265

摘要(415) HTML (132) PDF(132)

摘要:
洞悉有机农业发展的多元驱动路径对于促进我国农业绿色可持续发展至关重要。本文基于组态理论, 以中国省域有机农业发展为案例, 综合运用必要条件分析和模糊集定性比较分析方法, 通过探讨市场环境、资源禀赋、组织条件和政策制度的多重因素对区域有机农业发展的联动效应, 揭示有机农业发展的多元驱动路径。研究表明: 市场环境、资源禀赋、组织条件和政策制度等方面的多重因素并发联动形成了有机农业发展的多元条件组态; 存在4条驱动有机农业发展的差异化路径: 政策主导组织助力型、市场和组织双轮驱动型、认证和组织叠加带动型以及认证带动资源优势型。3种导致非高有机农业发展的条件组态均指向有机认证和产业化组织促进有机农业发展的显著效应。因此, 研究认为积极推动有机产品认证、发展产业化组织、加大政府正向激励是促进有机农业发展的主要政策建议, 此外各地应根据自身特点和资源禀赋选择有机农业发展的差异化路径。