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食品残渣扩繁降解菌对园林废弃物堆肥碳转化的影响
张陆, 王宏戈, 王惟帅, 王 选, 李 静, 李琳, 郭伟婷, 刘 双, 王 红, 陆云丽, 马林
, doi: 10.12357/cjea.20220744
摘要:
高木质纤维素含量制约了园林废弃物的堆肥化应用,添加外源菌剂是加快木质纤维素降解的有效手段,为降低菌剂生产成本并提高接种效率,本研究利用食品残渣(苹果渣、豆渣)代替常规碳氮源(葡萄糖、蛋白胨)进行木质纤维素降解菌的扩繁,扩繁产品活菌数高达3.7×1010cfu/ml,相较工业培养基增加了46.2%;并探讨了不同接种量(0、2%、4%、8%,干重计)对园林废弃物堆肥过程碳素转化的影响。结果表明,接种处理显著增加了木质纤维素的降解(P<0.05),2%、4%、8%接种处理(2%、4%、8%IM)的总木质纤维素降解率较CK分别提高了6.3、9.2、23.0%,其中8%IM处理加速了碳素的完全矿化,导致腐殖质前体物(多酚、还原糖)被完全降解生成了CO2,抑制了腐殖化的进行,而4%IM处理在加快木质纤维素降解的同时促进了腐殖酸(HA)的合成,其最终HA含量达到91.3g/kg,较CK、2%IM、8%IM处理分别提高了24.9、10.7、35.8%。因此,以食品残渣为培养基质可完全实现木质纤维素降解菌的生长扩繁,同时,4%接种量更有利于园林废弃物堆肥腐殖化的进行和碳素的保存,本研究为多源废弃物高效协同处理提供理论依据。 高木质纤维素含量制约了园林废弃物的堆肥化应用,添加外源菌剂是加快木质纤维素降解的有效手段,为降低菌剂生产成本并提高接种效率,本研究利用食品残渣(苹果渣、豆渣)代替常规碳氮源(葡萄糖、蛋白胨)进行木质纤维素降解菌的扩繁,扩繁产品活菌数高达3.7×1010cfu/ml,相较工业培养基增加了46.2%;并探讨了不同接种量(0、2%、4%、8%,干重计)对园林废弃物堆肥过程碳素转化的影响。结果表明,接种处理显著增加了木质纤维素的降解(P<0.05),2%、4%、8%接种处理(2%、4%、8%IM)的总木质纤维素降解率较CK分别提高了6.3、9.2、23.0%,其中8%IM处理加速了碳素的完全矿化,导致腐殖质前体物(多酚、还原糖)被完全降解生成了CO2,抑制了腐殖化的进行,而4%IM处理在加快木质纤维素降解的同时促进了腐殖酸(HA)的合成,其最终HA含量达到91.3g/kg,较CK、2%IM、8%IM处理分别提高了24.9、10.7、35.8%。因此,以食品残渣为培养基质可完全实现木质纤维素降解菌的生长扩繁,同时,4%接种量更有利于园林废弃物堆肥腐殖化的进行和碳素的保存,本研究为多源废弃物高效协同处理提供理论依据。
新型酸化方式对农业废弃物堆肥氮转化的影响研究
张陆, 王宏戈, 王惟帅, 王 选, 郭伟婷, 刘 双, 王 红, 马林
, doi: 10.12357/cjea.20220746
摘要:
酸化是减少堆肥过程中氮素损失的有效手段,而传统无机酸酸化具有成本高、二次污染等缺点,探究新型酸化工艺对减少堆肥过程中的养分流失和环境污染具有重要意义。本研究以食品残渣(果渣、豆渣)为基质,通过乳酸菌厌氧发酵制备了一种富含乳酸(70mmol?L-1)和乳酸菌(106cfu?mL-1)的酸性调理剂,并以此设计了两种新型酸化堆肥方式:1)直接添加一定量的(30%)自制酸性调理剂(MA);2)添加少量酸性调理剂(3%)并进行厌氧3天预处理,使乳酸菌生产乳酸实现堆肥物料的自酸化(LA)。然而目前两种新型酸化方式堆肥过程中氮素转化与损失的影响还尚不清楚。因此,本研究利用农业废弃物(猪粪、小麦秸秆)开展酸化堆肥试验,并以添加硫酸处理(SA)和不加酸处理(CK)作为对照,通过分析堆肥过程中理化性质和氮素形态等变化发现,3种酸化方式的堆肥产品均达到腐熟标准(发芽指数>80),其中MA处理的腐熟程度最优(发芽指数=117.8%);MA、SA、LA处理的TN损失较CK分别降低了14.0%、25.6%、22.2%,其中NH3挥发量较CK分别减少了26.0%、36.5%、54.9%,酸化处理提高了NH4+含量,促进了硝化过程,又间接的增强了反硝化过程,MA、LA处理减少了23.1%、69.4%的N2O排放,而SA处理抑制了N2O的还原,增加了18.3%的N2O的排放;同时MA、SA、LA处理总环境代价相较于CK分别降低了34.5%、11.0%、55.9%,且MA、LA每减少1kg活性N排放分别需要18.4、0.9元,远低于SA处理(91.26元);综上所述,MA、LA处理可成为降低堆肥过程中氮损失的可行方法,本研究为堆肥酸化保氮技术提供了理论依据。 酸化是减少堆肥过程中氮素损失的有效手段,而传统无机酸酸化具有成本高、二次污染等缺点,探究新型酸化工艺对减少堆肥过程中的养分流失和环境污染具有重要意义。本研究以食品残渣(果渣、豆渣)为基质,通过乳酸菌厌氧发酵制备了一种富含乳酸(70mmol?L-1)和乳酸菌(106cfu?mL-1)的酸性调理剂,并以此设计了两种新型酸化堆肥方式:1)直接添加一定量的(30%)自制酸性调理剂(MA);2)添加少量酸性调理剂(3%)并进行厌氧3天预处理,使乳酸菌生产乳酸实现堆肥物料的自酸化(LA)。然而目前两种新型酸化方式堆肥过程中氮素转化与损失的影响还尚不清楚。因此,本研究利用农业废弃物(猪粪、小麦秸秆)开展酸化堆肥试验,并以添加硫酸处理(SA)和不加酸处理(CK)作为对照,通过分析堆肥过程中理化性质和氮素形态等变化发现,3种酸化方式的堆肥产品均达到腐熟标准(发芽指数>80),其中MA处理的腐熟程度最优(发芽指数=117.8%);MA、SA、LA处理的TN损失较CK分别降低了14.0%、25.6%、22.2%,其中NH3挥发量较CK分别减少了26.0%、36.5%、54.9%,酸化处理提高了NH4+含量,促进了硝化过程,又间接的增强了反硝化过程,MA、LA处理减少了23.1%、69.4%的N2O排放,而SA处理抑制了N2O的还原,增加了18.3%的N2O的排放;同时MA、SA、LA处理总环境代价相较于CK分别降低了34.5%、11.0%、55.9%,且MA、LA每减少1kg活性N排放分别需要18.4、0.9元,远低于SA处理(91.26元);综上所述,MA、LA处理可成为降低堆肥过程中氮损失的可行方法,本研究为堆肥酸化保氮技术提供了理论依据。
大气CO2浓度和气温升高对玉米灌浆期碳氮代谢的影响
王娇, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 史鑫蕊, 杨净, 郝兴宇
, doi: 10.12357/cjea.20220395
摘要(15) HTML(2) PDF(3)
摘要:
为探讨C4作物玉米对CO2浓度升高、温度升高及其交互作用的响应, 本研究以玉米品种‘先玉335’为材料, 利用人工控制气室设置CK (CO2浓度为400 μmol∙mol−1, 环境温度)、EC (CO2浓度为600 μmol∙mol−1, 环境温度)、ET (CO2浓度为400 μmol∙mol−1, 气温为环境温度+2 ℃)、ECT (CO2浓度为600 μmol∙mol−1, 气温为环境温度+2 ℃) 4个处理, 测定玉米灌浆期叶片光合生理、糖代谢、氮代谢相关指标, 并在成熟后测定玉米生物量。结果表明: 1) CO2浓度升高条件下, 玉米叶片叶绿素含量、蔗糖含量、净光合速率及蔗糖合成酶、丙酮酸激酶和α-酮戊二酸脱氢酶活性显著升高(P<0.05), 但谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量和穗重显著升高35.8%和170.2% (P<0.05)。2)气温升高条件下, 叶片净光合速率、蔗糖合成酶和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量、叶重、茎重和穗重显著降低37.0%、28.7%、32.3%和62.2% (P<0.05)。3) CO2浓度和气温均升高条件下, 叶片净光合速率和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但叶绿素含量、α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 叶重显著降低23.4% (P<0.05)。总之, CO2浓度升高可通过促进玉米叶片光合速率, 增加糖代谢相关酶活性和光合代谢产物等缓解温度升高对玉米生物量的负效应; CO2浓度升高、气温升高以及二者互作下玉米氮代谢受到抑制, 玉米叶片受到氮素胁迫, 或对玉米品质产生不利影响。 为探讨C4作物玉米对CO2浓度升高、温度升高及其交互作用的响应, 本研究以玉米品种‘先玉335’为材料, 利用人工控制气室设置CK (CO2浓度为400 μmol∙mol−1, 环境温度)、EC (CO2浓度为600 μmol∙mol−1, 环境温度)、ET (CO2浓度为400 μmol∙mol−1, 气温为环境温度+2 ℃)、ECT (CO2浓度为600 μmol∙mol−1, 气温为环境温度+2 ℃) 4个处理, 测定玉米灌浆期叶片光合生理、糖代谢、氮代谢相关指标, 并在成熟后测定玉米生物量。结果表明: 1) CO2浓度升高条件下, 玉米叶片叶绿素含量、蔗糖含量、净光合速率及蔗糖合成酶、丙酮酸激酶和α-酮戊二酸脱氢酶活性显著升高(P<0.05), 但谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量和穗重显著升高35.8%和170.2% (P<0.05)。2)气温升高条件下, 叶片净光合速率、蔗糖合成酶和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量、叶重、茎重和穗重显著降低37.0%、28.7%、32.3%和62.2% (P<0.05)。3) CO2浓度和气温均升高条件下, 叶片净光合速率和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但叶绿素含量、α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 叶重显著降低23.4% (P<0.05)。总之, CO2浓度升高可通过促进玉米叶片光合速率, 增加糖代谢相关酶活性和光合代谢产物等缓解温度升高对玉米生物量的负效应; CO2浓度升高、气温升高以及二者互作下玉米氮代谢受到抑制, 玉米叶片受到氮素胁迫, 或对玉米品质产生不利影响。
不同盐碱胁迫对棉花营养元素吸收转运以及代谢的影响
鲁晓宇, 郭家鑫, 陶一凡, 叶扬, 桂诚浩, 郭慧娟, 闵伟
, doi: 10.12357/cjea.20220581
摘要(17) HTML(2) PDF(4)
摘要:
新疆盐碱地类型多, 且积盐严重, 因此, 探讨不同盐碱胁迫对棉花养分吸收转运和代谢的影响, 揭示棉花对不同盐碱胁迫的耐受机制, 可为新疆不同盐碱地类型棉花栽培提供一定的理论基础。本研究设置对照(CK)、氯化钠(NaCl)盐胁迫(CS)、硫酸钠(Na2SO4)盐胁迫(SS)和碱(NaHCO3+Na2CO3)胁迫(AS) 4个处理, 通过离子组和代谢组学的方法, 探究不同盐碱胁迫对棉花根和叶中营养元素含量以及代谢的影响。盐碱胁迫显著抑制棉花生长, 与CK相比, CS、SS和AS处理的总生物量分别显著(P<0.05)降低51.7%、47.8%和52.3%, CS处理叶片N含量显著增加, P、K、Ca、Mg和S含量显著降低, 茎中N、P、K、Ca、Mg和S含量均显著降低, 根中N、Ca和Mg含量显著降低, P含量显著增加; SS处理叶中P、Ca和Mg含量显著降低, S含量显著增加, 茎中P、Ca和Mg含量显著降低, S含量显著增加, 根中P和Ca含量显著降低, Mg和S含量显著增加; AS处理叶中P、K、Ca、Mg和S含量显著降低, 茎中N、P、Ca、Mg和S含量显著降低, 根中N、P和S含量显著降低, Mg含量显著增加。CS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出7条差异代谢通路, SS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出16和29条差异代谢通路, AS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出8和18条差异代谢通路。氯化钠胁迫抑制棉花P、Ca、Mg和S的转运能力, 但是对代谢的影响相对较小; 硫酸钠胁迫下棉花体内积累的S促进了氨基酸类代谢; 碱胁迫抑制了P、K、Ca、Mg和S的转运能力, 根部有机酸代谢增强且有机酸显著积累, 叶片中亚油酸显著积累。 新疆盐碱地类型多, 且积盐严重, 因此, 探讨不同盐碱胁迫对棉花养分吸收转运和代谢的影响, 揭示棉花对不同盐碱胁迫的耐受机制, 可为新疆不同盐碱地类型棉花栽培提供一定的理论基础。本研究设置对照(CK)、氯化钠(NaCl)盐胁迫(CS)、硫酸钠(Na2SO4)盐胁迫(SS)和碱(NaHCO3+Na2CO3)胁迫(AS) 4个处理, 通过离子组和代谢组学的方法, 探究不同盐碱胁迫对棉花根和叶中营养元素含量以及代谢的影响。盐碱胁迫显著抑制棉花生长, 与CK相比, CS、SS和AS处理的总生物量分别显著(P<0.05)降低51.7%、47.8%和52.3%, CS处理叶片N含量显著增加, P、K、Ca、Mg和S含量显著降低, 茎中N、P、K、Ca、Mg和S含量均显著降低, 根中N、Ca和Mg含量显著降低, P含量显著增加; SS处理叶中P、Ca和Mg含量显著降低, S含量显著增加, 茎中P、Ca和Mg含量显著降低, S含量显著增加, 根中P和Ca含量显著降低, Mg和S含量显著增加; AS处理叶中P、K、Ca、Mg和S含量显著降低, 茎中N、P、Ca、Mg和S含量显著降低, 根中N、P和S含量显著降低, Mg含量显著增加。CS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出7条差异代谢通路, SS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出16和29条差异代谢通路, AS处理下棉花叶片和根系中分别筛选出8和18条差异代谢通路。氯化钠胁迫抑制棉花P、Ca、Mg和S的转运能力, 但是对代谢的影响相对较小; 硫酸钠胁迫下棉花体内积累的S促进了氨基酸类代谢; 碱胁迫抑制了P、K、Ca、Mg和S的转运能力, 根部有机酸代谢增强且有机酸显著积累, 叶片中亚油酸显著积累。
施石膏对水稻产量和甲烷排放影响的荟萃分析
孟轶, 廖萍, 魏海燕, 高辉, 戴其根, 张洪程
, doi: 10.12357/cjea.20220428
摘要(12) HTML(3) PDF(4)
摘要:
石膏是一种常见的稻田土壤改良剂, 而施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放影响的荟萃分析尚未报道。本研究拟采用Meta分析方法, 探究施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放的影响。以不施石膏为对照, 施石膏为处理, 在全球尺度上筛选出了74篇文献, 建立了包含382对水稻产量、39对甲烷(CH4)排放、10对氧化亚氮(N2O)排放、10对综合温室效应(GWP)和10对温室气体排放强度(GHGI)观测值的数据库。针对不同的石膏施用措施(类型和施用量)、基础土壤性状(pH值、有机碳含量和质地)以及稻田管理方式(氮肥施用量、灌溉制度、水稻品种类型和试验类型), 探究施石膏对水稻产量和稻田CH4排放的影响。从总效应来看, 与不施石膏相比, 施石膏显著增加了水稻产量(+58%), 降低了稻田CH4排放(−47%)、GWP(−22%)和GHGI(−31%), 而对N2O排放影响不显著。脱硫石膏对水稻增产和稻田CH4减排的效应显著高于普通石膏和磷石膏。当施用量<2 t·hm−2时, 石膏对水稻产量影响不显著; 当施用量≥2 t·hm−2时, 石膏对水稻的增产效应随石膏施用量的增加而增加。随着土壤pH增加, 施石膏对水稻产量的增幅显著增加。石膏施用量和土壤pH对水稻产量存在显著的互作效应。在土壤pH<8.5条件下, 施石膏对水稻产量影响不显著; 在土壤pH≥8.5条件下, 水稻产量随着石膏施用量的增加而增加。稻田CH4减排效应随石膏施用量的增加而显著增加。综上, 施石膏显著提高了水稻产量, 同时降低了稻田温室气体排放, 本研究结果可为评估施石膏对全球水稻丰产和缓解气候变暖提供数据支撑。 石膏是一种常见的稻田土壤改良剂, 而施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放影响的荟萃分析尚未报道。本研究拟采用Meta分析方法, 探究施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放的影响。以不施石膏为对照, 施石膏为处理, 在全球尺度上筛选出了74篇文献, 建立了包含382对水稻产量、39对甲烷(CH4)排放、10对氧化亚氮(N2O)排放、10对综合温室效应(GWP)和10对温室气体排放强度(GHGI)观测值的数据库。针对不同的石膏施用措施(类型和施用量)、基础土壤性状(pH值、有机碳含量和质地)以及稻田管理方式(氮肥施用量、灌溉制度、水稻品种类型和试验类型), 探究施石膏对水稻产量和稻田CH4排放的影响。从总效应来看, 与不施石膏相比, 施石膏显著增加了水稻产量(+58%), 降低了稻田CH4排放(−47%)、GWP(−22%)和GHGI(−31%), 而对N2O排放影响不显著。脱硫石膏对水稻增产和稻田CH4减排的效应显著高于普通石膏和磷石膏。当施用量<2 t·hm−2时, 石膏对水稻产量影响不显著; 当施用量≥2 t·hm−2时, 石膏对水稻的增产效应随石膏施用量的增加而增加。随着土壤pH增加, 施石膏对水稻产量的增幅显著增加。石膏施用量和土壤pH对水稻产量存在显著的互作效应。在土壤pH<8.5条件下, 施石膏对水稻产量影响不显著; 在土壤pH≥8.5条件下, 水稻产量随着石膏施用量的增加而增加。稻田CH4减排效应随石膏施用量的增加而显著增加。综上, 施石膏显著提高了水稻产量, 同时降低了稻田温室气体排放, 本研究结果可为评估施石膏对全球水稻丰产和缓解气候变暖提供数据支撑。
不同有机物质投入对黄泥田团聚体有机碳固持及其组分分配的影响
王飞, 李清华, 何春梅, 游燕玲, 黄毅斌
, doi: 10.12357/cjea.20220307
摘要:
土壤团聚体是有机碳固持的重要载体。研究长期不同有机物质投入对南方黄泥田团聚体有机碳固持及其组分分配的影响,为合理培肥及土壤碳库管理提供依据。采集第36年黄泥田定位试验耕层土壤样品,包括不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)与化肥+全量稻秸还田(NPKS)4个处理,分析各粒级团聚体有机碳固持及其组分变化。黄泥田耕层土壤以大团聚体(>2 mm)和中间团聚体(0.25~2 mm)组成为主。NPKM与NPKS处理的大团聚体对原土总有机碳固持贡献率较CK分别提高25.0与19.3个百分点(P<0.05),二者也均显著高于NPK处理(P<0.05)。同时与CK相比,施肥处理的大团聚体内轻组有机碳(LF-C)含量增幅20.7%~32.3%,粗颗粒有机碳(CF-C)含量增幅29.3%~100.1%,细颗粒有机碳(FF-C)含量增幅4.6%~12.9%,矿物结合态有机碳(mSOC)含量增幅10.2%~27.3%,其中轻组类LF-C组分含量以NPKS处理提升最为明显,重组类CF-C、FF-C与mSOC组分含量以NPKM处理提升最为明显,且施肥处理的LF-C组分对大团聚体总有机碳分配贡献率较CK增加5.3~8.3个百分点,以NPKS处理增加最为明显(P<0.05)。中间团聚体内,不同施肥下各有机碳组分对该粒级有机碳的分配贡献与大团聚体表现基本一致。水稻产量与大团聚体有机碳含量以及该团聚体内的LF-C含量均呈极显著正相关(P<0.01),大团聚体有机碳含量及该团聚体内的LF-C含量与有机碳投入量也均呈极显著正相关(P<0.01)。综上,配施牛粪有利于提高黄泥田大团聚体对原土总有机碳的固持贡献,而秸秆还田有利于提高大、中团聚体内活性碳组分对相应粒级总有机碳的分配贡献。大团聚体有机碳含量及该粒级内的轻组有机碳含量与生产力关系密切,是南方黄泥田生产力的关键指示。 土壤团聚体是有机碳固持的重要载体。研究长期不同有机物质投入对南方黄泥田团聚体有机碳固持及其组分分配的影响,为合理培肥及土壤碳库管理提供依据。采集第36年黄泥田定位试验耕层土壤样品,包括不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)与化肥+全量稻秸还田(NPKS)4个处理,分析各粒级团聚体有机碳固持及其组分变化。黄泥田耕层土壤以大团聚体(>2 mm)和中间团聚体(0.25~2 mm)组成为主。NPKM与NPKS处理的大团聚体对原土总有机碳固持贡献率较CK分别提高25.0与19.3个百分点(P<0.05),二者也均显著高于NPK处理(P<0.05)。同时与CK相比,施肥处理的大团聚体内轻组有机碳(LF-C)含量增幅20.7%~32.3%,粗颗粒有机碳(CF-C)含量增幅29.3%~100.1%,细颗粒有机碳(FF-C)含量增幅4.6%~12.9%,矿物结合态有机碳(mSOC)含量增幅10.2%~27.3%,其中轻组类LF-C组分含量以NPKS处理提升最为明显,重组类CF-C、FF-C与mSOC组分含量以NPKM处理提升最为明显,且施肥处理的LF-C组分对大团聚体总有机碳分配贡献率较CK增加5.3~8.3个百分点,以NPKS处理增加最为明显(P<0.05)。中间团聚体内,不同施肥下各有机碳组分对该粒级有机碳的分配贡献与大团聚体表现基本一致。水稻产量与大团聚体有机碳含量以及该团聚体内的LF-C含量均呈极显著正相关(P<0.01),大团聚体有机碳含量及该团聚体内的LF-C含量与有机碳投入量也均呈极显著正相关(P<0.01)。综上,配施牛粪有利于提高黄泥田大团聚体对原土总有机碳的固持贡献,而秸秆还田有利于提高大、中团聚体内活性碳组分对相应粒级总有机碳的分配贡献。大团聚体有机碳含量及该粒级内的轻组有机碳含量与生产力关系密切,是南方黄泥田生产力的关键指示。
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
曹杰, 林正雨, 陈春燕, 刘远利, 高文波, 邵周玲
, doi: 10.12357/cjea.20220278
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。可变面域问题会影响地理探测器建模结果, 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三的是, 土地利用强度(0.91)、乡村劳动力(0.87)、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, 本研究认为应重视以下三方面: (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概念。(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。 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。可变面域问题会影响地理探测器建模结果, 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三的是, 土地利用强度(0.91)、乡村劳动力(0.87)、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, 本研究认为应重视以下三方面: (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概念。(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。
黄土高原不同种植年限苜蓿土壤固氮微生物群落结构和丰度特征*
王晓菲, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 孙鹏洲, 海龙, 李林芝
, doi: 10.12357/cjea.20220505
摘要:
生物固氮是紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤氮素的重要来源, 固氮微生物数量及其群落结构变化对土壤氮素供应和肥力维持起着重要作用。本研究采用Illumina MiSeq测序和荧光定量PCR技术, 探究了黄绵土区玉米农田和不同种植年限(2019年、2012年、2003年)紫花苜蓿地土壤nifH固氮基因丰度、nifH固氮微生物群落结构和多样性, 通过共现网络分析丰富和稀有固氮微生物的生态地位, 耦合土壤理化性质明确影响固氮微生物群落结构的主导因子。结果表明, 黄绵土固氮微生物nifH基因丰度为2.97×106~5.93×106 copies?g?1(干土), 且表现为苜蓿地显著高于玉米农田。土壤样品经测序共获得有效序列176 367条, 主要分布在5门、8纲、11目、15科、17属。门水平上, 变形菌门和蓝藻门为主要优势类群; 属水平以斯克尔曼氏菌属和固氮弧菌属为优势属。与玉米农田相比, 多年持续种植紫花苜蓿显著提高了斯克尔曼氏菌属的相对丰度, 但其随种植年限延长呈降低趋势。长期种植紫花苜蓿促生了固氮菌属、伯克氏菌属、弗兰克氏菌属、中慢生根瘤菌属、地杆菌属和慢生根瘤菌属等生理类群, 同时也使得梭状杆菌属、红假单胞菌属和三离藻属消亡。RDA分析发现, 固氮微生物不同种群对环境因子的响应并不一致, 具有各自的生态位, 但土壤全磷是影响土壤固氮微生物群落结构的主导环境因子, 其次是有机碳和硝态氮。分子生态网络分析表明固氮菌生态网络中丰富类群占据生态系统核心地位, 且物种间均为协同合作关系, 群落结构相对稳定, 对环境变化具有较强的适应能力。综上, 黄土高原半干旱区种植紫花苜蓿显著提高了土壤nifH基因丰度, 改变了固氮微生物nifH群落结构, 该结果可为黄绵土固氮微生物多样性研究和紫花苜蓿适宜种植年限的确定提供基础数据和理论依据。 生物固氮是紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤氮素的重要来源, 固氮微生物数量及其群落结构变化对土壤氮素供应和肥力维持起着重要作用。本研究采用Illumina MiSeq测序和荧光定量PCR技术, 探究了黄绵土区玉米农田和不同种植年限(2019年、2012年、2003年)紫花苜蓿地土壤nifH固氮基因丰度、nifH固氮微生物群落结构和多样性, 通过共现网络分析丰富和稀有固氮微生物的生态地位, 耦合土壤理化性质明确影响固氮微生物群落结构的主导因子。结果表明, 黄绵土固氮微生物nifH基因丰度为2.97×106~5.93×106 copies?g?1(干土), 且表现为苜蓿地显著高于玉米农田。土壤样品经测序共获得有效序列176 367条, 主要分布在5门、8纲、11目、15科、17属。门水平上, 变形菌门和蓝藻门为主要优势类群; 属水平以斯克尔曼氏菌属和固氮弧菌属为优势属。与玉米农田相比, 多年持续种植紫花苜蓿显著提高了斯克尔曼氏菌属的相对丰度, 但其随种植年限延长呈降低趋势。长期种植紫花苜蓿促生了固氮菌属、伯克氏菌属、弗兰克氏菌属、中慢生根瘤菌属、地杆菌属和慢生根瘤菌属等生理类群, 同时也使得梭状杆菌属、红假单胞菌属和三离藻属消亡。RDA分析发现, 固氮微生物不同种群对环境因子的响应并不一致, 具有各自的生态位, 但土壤全磷是影响土壤固氮微生物群落结构的主导环境因子, 其次是有机碳和硝态氮。分子生态网络分析表明固氮菌生态网络中丰富类群占据生态系统核心地位, 且物种间均为协同合作关系, 群落结构相对稳定, 对环境变化具有较强的适应能力。综上, 黄土高原半干旱区种植紫花苜蓿显著提高了土壤nifH基因丰度, 改变了固氮微生物nifH群落结构, 该结果可为黄绵土固氮微生物多样性研究和紫花苜蓿适宜种植年限的确定提供基础数据和理论依据。
不同降水年型对滴灌玉米土壤硝态氮分布、淋失量及氮素吸收利用的影响
翟勇全, 马琨, 贾彪, 魏雪, 运彬媛, 马健祯, 张昊, 姬丽, 李稼润
, doi: 10.12357/cjea.20220517
摘要:
为寻找满足宁夏地区滴灌条件下不同降水年型间科学施肥模式,缓解不合理施氮导致的资源浪费、黄河水质下降和地下水污染等问题,促进宁夏灌区农业生产绿色可持续发展。本研究在宁夏平吉堡农场开展3a氮梯度试验,分析不同降水年型下不同施氮处理土壤硝态氮残留和淋溶量以及对滴灌玉米氮素吸收利用和产量的影响。结果表明:土壤硝态氮含量峰值与降水量密切相关,丰水年(2018年)硝态氮残留量峰值在40-60 cm土层处,枯水年(2019年和2020年)在20-40 cm土层处;不同降水年型份间土壤硝态氮残留量和淋失量均随施氮量的增加而增加,且降水量显著影响硝态氮淋失量;丰水年由降水因素导致的硝态氮淋失量占总淋失量的50.62%,枯水年占总淋失量的34.82%。回归分析结果表明,不同降水年型间玉米产量随施氮量呈先上升后下降的趋势,均在270 kg?hm-2(N3)处理下达最高产量,且施氮量N3下的产量和吸氮量与360 kg?hm-2(N4)无差异性;丰水年氮肥利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力较N4相比分别提升11.38%、6.16 kg?kg-1、13.85 kg?kg-1,枯水年分别提升12.10%、5.06 kg?kg-1、15.00 kg?kg-1。综合考量不同降水年型间0-100 cm土层硝态氮分布特征和硝态氮淋失量及施氮处理下的产量、氮素吸收利用,推荐宁夏引黄灌区滴灌玉米不同降水年型下施氮量在270 kg?hm-2时较适宜,丰水年施氮最大阈值为275.59 kg hm-2,枯水年施氮最大阈值为320.20 kg?hm-2。 为寻找满足宁夏地区滴灌条件下不同降水年型间科学施肥模式,缓解不合理施氮导致的资源浪费、黄河水质下降和地下水污染等问题,促进宁夏灌区农业生产绿色可持续发展。本研究在宁夏平吉堡农场开展3a氮梯度试验,分析不同降水年型下不同施氮处理土壤硝态氮残留和淋溶量以及对滴灌玉米氮素吸收利用和产量的影响。结果表明:土壤硝态氮含量峰值与降水量密切相关,丰水年(2018年)硝态氮残留量峰值在40-60 cm土层处,枯水年(2019年和2020年)在20-40 cm土层处;不同降水年型份间土壤硝态氮残留量和淋失量均随施氮量的增加而增加,且降水量显著影响硝态氮淋失量;丰水年由降水因素导致的硝态氮淋失量占总淋失量的50.62%,枯水年占总淋失量的34.82%。回归分析结果表明,不同降水年型间玉米产量随施氮量呈先上升后下降的趋势,均在270 kg?hm-2(N3)处理下达最高产量,且施氮量N3下的产量和吸氮量与360 kg?hm-2(N4)无差异性;丰水年氮肥利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力较N4相比分别提升11.38%、6.16 kg?kg-1、13.85 kg?kg-1,枯水年分别提升12.10%、5.06 kg?kg-1、15.00 kg?kg-1。综合考量不同降水年型间0-100 cm土层硝态氮分布特征和硝态氮淋失量及施氮处理下的产量、氮素吸收利用,推荐宁夏引黄灌区滴灌玉米不同降水年型下施氮量在270 kg?hm-2时较适宜,丰水年施氮最大阈值为275.59 kg hm-2,枯水年施氮最大阈值为320.20 kg?hm-2。
基于农户视角农业绿色全要素生产率的测度与分析
程永生, 张德元, 汪侠
, doi: 10.12357/cjea.20220562
摘要:
研究以全国性大容量CFPS的样本农户数据为蓝本,在微观测度方法比较分析的基础上,基于技术优化的Malmquist-Luenberger指数为基准,测度分析了农户层农业绿色全要素生产率的状况,并进一步选用核密度估计法和Dagum基尼系数法,揭示呈现了微观样本的农业绿色发展动态演变规律及其区域差异特征。主要研究发现如下:样本期内农户的农业绿色发展指数均值为1.0030,总体发展态势良好,绿色技术变化、绿色技术效率变化的共同作用是驱动农户层面农业绿色发展变化的引致因素,且后者的影响程度远大于前者,农户资源配置、管理模式及组织方式的改善优化,在现阶段是农户发展绿色农业的提升关键,其影响相对高于农户农业生产技术的革新;农户层面农业绿色发展的区域差距不断缩小,降幅达22.32%,超变密度是引致主因;在区域内差距上,东西中部地区内部农户的绿色农业差距依次递减;在区域间差距上,东西、东中、中西部间差距不断缩小、协同性不断增强,但差距易受到环境因素影响。 研究以全国性大容量CFPS的样本农户数据为蓝本,在微观测度方法比较分析的基础上,基于技术优化的Malmquist-Luenberger指数为基准,测度分析了农户层农业绿色全要素生产率的状况,并进一步选用核密度估计法和Dagum基尼系数法,揭示呈现了微观样本的农业绿色发展动态演变规律及其区域差异特征。主要研究发现如下:样本期内农户的农业绿色发展指数均值为1.0030,总体发展态势良好,绿色技术变化、绿色技术效率变化的共同作用是驱动农户层面农业绿色发展变化的引致因素,且后者的影响程度远大于前者,农户资源配置、管理模式及组织方式的改善优化,在现阶段是农户发展绿色农业的提升关键,其影响相对高于农户农业生产技术的革新;农户层面农业绿色发展的区域差距不断缩小,降幅达22.32%,超变密度是引致主因;在区域内差距上,东西中部地区内部农户的绿色农业差距依次递减;在区域间差距上,东西、东中、中西部间差距不断缩小、协同性不断增强,但差距易受到环境因素影响。
不同种植模式下谷子根际土壤真菌群落分布特征*
王根全, 郝晓芬, 郭二虎, 杨慧卿, 张艾英, 程乔林, 秦玉忠, 王军
, doi: 10.12357/cjea.20220577
摘要:
为了解谷子连作对土壤真菌群落结构的影响,以撂荒地为对照,以谷子-玉米轮作、谷子连作3年、连作5年根际土壤为研究对象,采用真菌 ITS 高通量测序技术,探究不同种植模式下谷子土壤真菌群落分布特征。结果表明:不同种植模式下,谷子根际土壤共检测到真菌 10 门, 24 纲, 46目, 79 科, 136 属和146种。在门和纲水平上群体结构相对稳定,谷田土壤优势门主要包括子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势纲为粪壳菌纲、座囊菌纲和盘菌纲。Alpha多样性分析显示,谷子-玉米轮作与谷子连作根际土壤真菌丰度差异达显著水平(P< 0.05),轮作土壤真菌丰度最高。Beta多样性分析则表明谷子连作改变了根际土壤真菌在属水平上的结构分布,且连作3年和连作5年根际土壤真菌结构相似,与撂荒地以及轮作根际土壤真菌结构的差别较大。冗余分析(RDA)表明,球腔菌属和结节霉属与pH、速效磷、有机质、碱解氮、脲酶、过氧化氢酶呈正相关,毛葡孢属、球腔菌属、亚隔孢壳属与有机质、碱解氮、速效钾、脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶呈正相关。LEfSe分析确定了谷子根际土壤特定标志物,轮作根际土壤的标志物包含被孢霉属和球腔菌属,连作3年根际土壤标志物包含毛葡孢属、亚隔孢壳属和粉红螺旋聚孢霉属,连作5年根际土壤标志物包含链格孢菌属和亚隔孢壳属。因此,谷子-玉米轮作与谷子连作相比,土壤真菌群落结构差异较大,轮作土壤腐生菌较多,连作土壤病原菌较多,为谷子连作障碍研究提供了有用信息。 为了解谷子连作对土壤真菌群落结构的影响,以撂荒地为对照,以谷子-玉米轮作、谷子连作3年、连作5年根际土壤为研究对象,采用真菌 ITS 高通量测序技术,探究不同种植模式下谷子土壤真菌群落分布特征。结果表明:不同种植模式下,谷子根际土壤共检测到真菌 10 门, 24 纲, 46目, 79 科, 136 属和146种。在门和纲水平上群体结构相对稳定,谷田土壤优势门主要包括子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势纲为粪壳菌纲、座囊菌纲和盘菌纲。Alpha多样性分析显示,谷子-玉米轮作与谷子连作根际土壤真菌丰度差异达显著水平(P< 0.05),轮作土壤真菌丰度最高。Beta多样性分析则表明谷子连作改变了根际土壤真菌在属水平上的结构分布,且连作3年和连作5年根际土壤真菌结构相似,与撂荒地以及轮作根际土壤真菌结构的差别较大。冗余分析(RDA)表明,球腔菌属和结节霉属与pH、速效磷、有机质、碱解氮、脲酶、过氧化氢酶呈正相关,毛葡孢属、球腔菌属、亚隔孢壳属与有机质、碱解氮、速效钾、脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶呈正相关。LEfSe分析确定了谷子根际土壤特定标志物,轮作根际土壤的标志物包含被孢霉属和球腔菌属,连作3年根际土壤标志物包含毛葡孢属、亚隔孢壳属和粉红螺旋聚孢霉属,连作5年根际土壤标志物包含链格孢菌属和亚隔孢壳属。因此,谷子-玉米轮作与谷子连作相比,土壤真菌群落结构差异较大,轮作土壤腐生菌较多,连作土壤病原菌较多,为谷子连作障碍研究提供了有用信息。
地下水灌区水价确定及其节水减排估算——以河北省南皮县为例
王西琴, 姜智强, 张馨月
, doi: 10.12357/cjea.20220579
摘要:
研究并提出合理的水价调整方案是农业水价综合改革的需求。本文提出地下水灌区水价确定及其节水减排估算方法: 采用“以电折水”方法计算现状灌溉用水量与现状水价, 运用双对数模型建立灌溉用水价格弹性函数, 依据剩余价值方法计算理想水价, 借鉴农田营养物流失模型计算节水的营养物减排量。以河北省南皮县为例进行实证分析, 研究表明: 1)根据问卷调研数据与“以电折水”计算方法, 获得小麦和玉米现状水价分别为0.44¥?m?3 和0.48¥?m?3。2)根据现状水价、现状灌溉用水量与双对数模型,获得小麦和玉米水价弹性系数分别为?0.47和?0.71。3)灌溉定额对应的理论水价小麦和玉米分别为0.52¥?m?3和0.77?¥m?3, 理想水价分别为0.84?¥m?3和1.01?¥m?3。4)理论水价作为推荐方案, 该方案下水费占成本比例低于15%, 小麦和玉米水价提升空间分别为0.08¥m?3和0.29?¥m?3, 节水潜力为235.05 m3?hm?2和682.80 m3?hm?2, 氨氮、总氮和总磷的减排量为5.2~19.2 g?hm?2、52.7~195.4 g?hm?2和4.6~1.7 g?hm? 2。农业水价综合改革是一项系统工程,需要相关配套政策的支持,建议在节水技术采纳、土地流转和规模化经营、灌溉定额管理制度等方面, 给予政策倾斜和相关的激励政策,以利于农业水价综合改革的推进。 研究并提出合理的水价调整方案是农业水价综合改革的需求。本文提出地下水灌区水价确定及其节水减排估算方法: 采用“以电折水”方法计算现状灌溉用水量与现状水价, 运用双对数模型建立灌溉用水价格弹性函数, 依据剩余价值方法计算理想水价, 借鉴农田营养物流失模型计算节水的营养物减排量。以河北省南皮县为例进行实证分析, 研究表明: 1)根据问卷调研数据与“以电折水”计算方法, 获得小麦和玉米现状水价分别为0.44¥?m?3 和0.48¥?m?3。2)根据现状水价、现状灌溉用水量与双对数模型,获得小麦和玉米水价弹性系数分别为?0.47和?0.71。3)灌溉定额对应的理论水价小麦和玉米分别为0.52¥?m?3和0.77?¥m?3, 理想水价分别为0.84?¥m?3和1.01?¥m?3。4)理论水价作为推荐方案, 该方案下水费占成本比例低于15%, 小麦和玉米水价提升空间分别为0.08¥m?3和0.29?¥m?3, 节水潜力为235.05 m3?hm?2和682.80 m3?hm?2, 氨氮、总氮和总磷的减排量为5.2~19.2 g?hm?2、52.7~195.4 g?hm?2和4.6~1.7 g?hm? 2。农业水价综合改革是一项系统工程,需要相关配套政策的支持,建议在节水技术采纳、土地流转和规模化经营、灌溉定额管理制度等方面, 给予政策倾斜和相关的激励政策,以利于农业水价综合改革的推进。
一年一作玉米产量性状和籽粒灌浆特性对播期的响应及其与气象因子的关系
曹彩云, 党红凯, 李佳, 刘学彤, 马俊永, 李科江, 郑春莲
, doi: 10.12357/cjea.20220592
摘要:
本文探讨了播期对玉米产量的影响机理, 通过研究在限水灌溉条件下, 不同播期对一作玉米产量、产量性状和籽粒灌浆特性的影响及不同播期的阶段气象因子与产量、产量性状及灌浆参数的相关关系, 探讨了播期对一年一作玉米产量的影响机理制, 为低平原区高产高效生产提供了数据支撑。试验以玉米品种采用‘先玉335’(‘XY 335’)和‘郑单958’ (ZD 958’)为研究对象2个玉米品种, 共设置5五个播期: 5月5日(SD1)、5月20日(SD2)、6月5日(SD3)、6月20日(SD4)和6月30日(SD5)。结果表明: 1)播期对产量影响显著, 且受品种和年型综合影响。随播期的延后, 产量呈现出先增加后降低的趋势, 两2年平均以SD1播期产量最低, SD4播期产量最高, SD3和SD4播期间产量差异不显著。2)产量要素较好地的反映了产量结果, 理论产量和实测产量回归决定系数0.949, 呈极显著水平(P 本文探讨了播期对玉米产量的影响机理, 通过研究在限水灌溉条件下, 不同播期对一作玉米产量、产量性状和籽粒灌浆特性的影响及不同播期的阶段气象因子与产量、产量性状及灌浆参数的相关关系, 探讨了播期对一年一作玉米产量的影响机理制, 为低平原区高产高效生产提供了数据支撑。试验以玉米品种采用‘先玉335’(‘XY 335’)和‘郑单958’ (ZD 958’)为研究对象2个玉米品种, 共设置5五个播期: 5月5日(SD1)、5月20日(SD2)、6月5日(SD3)、6月20日(SD4)和6月30日(SD5)。结果表明: 1)播期对产量影响显著, 且受品种和年型综合影响。随播期的延后, 产量呈现出先增加后降低的趋势, 两2年平均以SD1播期产量最低, SD4播期产量最高, SD3和SD4播期间产量差异不显著。2)产量要素较好地的反映了产量结果, 理论产量和实测产量回归决定系数0.949, 呈极显著水平(P
“双碳”目标下农业绿色发展研究:进展与展望*
张康洁, 于法稳
, doi: 10.12357/cjea.20220888
摘要:
“双碳”目标的提出为农业绿色发展提出了新要求,特别是农业生产方式的绿色转型尤为迫切。文章采用文献梳理归纳法,基于对农业绿色发展内涵及原则的分析,剖析当前农业绿色发展现状及未来发展重点,并进一步从生产、产业、经营和政策四大体系层面系统梳理农业绿色发展的研究进展;最后,对“双碳”目标下农业绿色发展研究现状进行了评述,并对未来研究趋势进行了展望。研究表明:农业绿色发展研究的内容主要聚焦于基础理论、指标测度、发展现状以及农业绿色发展的生产体系、支持政策等方面,而对“双碳”目标下农业绿色发展的内涵与外延、体系创新等方面的研究较为薄弱。未来“双碳”目标下农业绿色发展研究应注重科学界定农业绿色发展的新内涵,全面阐述“双碳”目标与农业绿色发展之间的关系,健全具有中国本土化特色的农业绿色发展水平评价指标体系;在此基础上,从农业全产业链的视角诊断农业绿色发展问题,对标“双碳”目标研判未来发展重点,特别是探索多维度创新方向,深度融入数字赋能、主体培育、市场引导、组织引领等创新要素,从四大体系方面加快“双碳”目标下农业绿色发展体系创新的探究,以期为农业绿色发展和全面推进乡村振兴战略提供科学依据和理论支撑。 “双碳”目标的提出为农业绿色发展提出了新要求,特别是农业生产方式的绿色转型尤为迫切。文章采用文献梳理归纳法,基于对农业绿色发展内涵及原则的分析,剖析当前农业绿色发展现状及未来发展重点,并进一步从生产、产业、经营和政策四大体系层面系统梳理农业绿色发展的研究进展;最后,对“双碳”目标下农业绿色发展研究现状进行了评述,并对未来研究趋势进行了展望。研究表明:农业绿色发展研究的内容主要聚焦于基础理论、指标测度、发展现状以及农业绿色发展的生产体系、支持政策等方面,而对“双碳”目标下农业绿色发展的内涵与外延、体系创新等方面的研究较为薄弱。未来“双碳”目标下农业绿色发展研究应注重科学界定农业绿色发展的新内涵,全面阐述“双碳”目标与农业绿色发展之间的关系,健全具有中国本土化特色的农业绿色发展水平评价指标体系;在此基础上,从农业全产业链的视角诊断农业绿色发展问题,对标“双碳”目标研判未来发展重点,特别是探索多维度创新方向,深度融入数字赋能、主体培育、市场引导、组织引领等创新要素,从四大体系方面加快“双碳”目标下农业绿色发展体系创新的探究,以期为农业绿色发展和全面推进乡村振兴战略提供科学依据和理论支撑。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220602
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(PARAFAC), 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UV254和比吸收系数SUVA254和均低于传统稻作, SR均值介于0.9~2.0; E2/E3值在无环沟稻虾共作模式中最小,稻田单作中E2/E3值相对于稻虾种养模式大, E3/E4在稻虾种养模式均<3.5,稻田单作>3.5; 四种模式光谱斜率四种模式的荧光参数均值荧光指数FI>1.9, 腐殖化指数HIX<4, 自生源指数BIX为0.6~0.7; 不同模式均解析出2个类蛋白质组分(C1、C3)和2个类腐殖质组分(C2、C4), 与生物源密切相关的C1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,稻田单作以富里酸为主;四种模式的土壤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, 在四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C1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C2、C3、C4很可能有着高度的同源性;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。 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(PARAFAC), 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UV254和比吸收系数SUVA254和均低于传统稻作, SR均值介于0.9~2.0; E2/E3值在无环沟稻虾共作模式中最小,稻田单作中E2/E3值相对于稻虾种养模式大, E3/E4在稻虾种养模式均<3.5,稻田单作>3.5; 四种模式光谱斜率四种模式的荧光参数均值荧光指数FI>1.9, 腐殖化指数HIX<4, 自生源指数BIX为0.6~0.7; 不同模式均解析出2个类蛋白质组分(C1、C3)和2个类腐殖质组分(C2、C4), 与生物源密切相关的C1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,稻田单作以富里酸为主;四种模式的土壤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, 在四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C1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C2、C3、C4很可能有着高度的同源性;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。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220637
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, 也是实现绿色化农业发展的关键所在。基于专业分工理论, 利用2010—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, 即即每增加1亿元的农业社会化服务产值能分别降低0.055万吨的化肥使用总量和0.443万吨的单位面积使用量。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对该路径分别对该路径存在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。 实现化肥减量是我国农业走向高质量发展的重要举措, 也是实现绿色化农业发展的关键所在。基于专业分工理论, 利用2010—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, 即即每增加1亿元的农业社会化服务产值能分别降低0.055万吨的化肥使用总量和0.443万吨的单位面积使用量。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对该路径分别对该路径存在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。
高温胁迫对耐热型和热敏感型马铃薯生长和光合特性影响的差异分析*
周进华, 李有涵, 张兴, 胡荣海, 郭华春
, doi: 10.12357/cjea.20220658
摘要:
全球变暖对粮食生产的负面影响日益受到关注, 马铃薯是重要的粮菜兼用作物, 对高温敏感。探究耐热和热敏感型马铃薯资源在响应高温胁迫时的生理差异, 可为深入研究马铃薯耐热机制提供理论依据。本研究以耐热型品系‘滇187’(D187)和热敏感型品种‘青薯9号’(QS9)为材料, 在30 ℃高温胁迫处理2周后, 分析2个马铃薯材料在块茎形成期的植株形态和光合作用差异。在植株形态方面, 高温使马铃薯植株株高和节间长显著增加, 叶片直立、叶片长度和面积缩小, 株型更为紧凑, 与QS9相比D187叶片数目和披垂角更为稳定。高温胁迫下马铃薯植株水分散失加快, 水分利用率降低, 对CO2吸收和低浓度CO2利用能力减弱, 呼吸作用消耗增加, 1, 5-二磷酸核酮糖(RuBP)的再生能力减弱, 黑暗下的叶绿素荧光参数降低, 光下叶绿素荧光参数升高, 对有限强光的利用能力增强。高温胁迫下, D187叶片具有更高的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、最大净光合速率(Pn max)、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、最大羧化速率(Vc max)、最大电子传递速率(J max),更低的光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd), 说明D187光合能力更强、弱光利用率更高、呼吸消耗更低、碳同化能力更强。D187的形态和光合作用指标中, 可塑性指数大于0.5的参数均多于QS9, 平均可塑性指数(0.448)高于QS9(0.418), 说明耐热型马铃薯能够更好地通过调节植株形态和光合作用来适应高温环境。 全球变暖对粮食生产的负面影响日益受到关注, 马铃薯是重要的粮菜兼用作物, 对高温敏感。探究耐热和热敏感型马铃薯资源在响应高温胁迫时的生理差异, 可为深入研究马铃薯耐热机制提供理论依据。本研究以耐热型品系‘滇187’(D187)和热敏感型品种‘青薯9号’(QS9)为材料, 在30 ℃高温胁迫处理2周后, 分析2个马铃薯材料在块茎形成期的植株形态和光合作用差异。在植株形态方面, 高温使马铃薯植株株高和节间长显著增加, 叶片直立、叶片长度和面积缩小, 株型更为紧凑, 与QS9相比D187叶片数目和披垂角更为稳定。高温胁迫下马铃薯植株水分散失加快, 水分利用率降低, 对CO2吸收和低浓度CO2利用能力减弱, 呼吸作用消耗增加, 1, 5-二磷酸核酮糖(RuBP)的再生能力减弱, 黑暗下的叶绿素荧光参数降低, 光下叶绿素荧光参数升高, 对有限强光的利用能力增强。高温胁迫下, D187叶片具有更高的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、最大净光合速率(Pn max)、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、最大羧化速率(Vc max)、最大电子传递速率(J max),更低的光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd), 说明D187光合能力更强、弱光利用率更高、呼吸消耗更低、碳同化能力更强。D187的形态和光合作用指标中, 可塑性指数大于0.5的参数均多于QS9, 平均可塑性指数(0.448)高于QS9(0.418), 说明耐热型马铃薯能够更好地通过调节植株形态和光合作用来适应高温环境。
结构转型、技术进步选择对农业碳影子价格的影响研究—基于BP技术与FGLS模型的实证分析
许标文, 王海平, 沈智扬
, doi: 10.12357/cjea.20220492
摘要(14) HTML(3) PDF(1)
摘要:
“十四五”时期, 我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、推进经济社会发展全面低碳转型的关键时期。通过经济结构转型和技术进步有效实施减排策略, 已经成为实现中国经济社会低碳转型发展的必然选择。基于数据包络分析(DEA)框架建模、满足经济理论和物料守恒原则, 利用改进的By-production (BP)技术对1997—2020年我国31个省份农业碳影子价格进行了更加准确的测度, 并利用核密度分析了农业碳影子价格动态演变特征; 并采用可行广义最小二乘法(FGLS)模型考察结构转型、技术进步选择对农业碳排放影子价格的影响。结果表明: 1) 我国农业碳影子价格呈上升态势, 东部、中部和西部地区农业碳排放影子价格分别为7759.69元∙t−1、4192.35元∙t−1和3997.51元∙t−1, 且东、中、西部地区农业碳影子价格上升趋势依次降低。2)我国农业碳影子价格核密度值有增加趋势; 东部地区农业碳影子价格核密度曲线出现较为明显的右移趋势; 中部地区农业碳影子价格核密度曲线呈现左移-右移趋势, 且区域间差异在变大; 西部地区碳影子价格密度曲线呈现明显的向下、变宽趋势。3)整体回归显示, 结构转型、劳动节约型技术进步显著提升了农业碳影子价格, 而资本深化抑制了农业碳影子价格提升, 经济发展水平、农业经营规模、城市化水平及对外开放水平等对农业碳影子价格也会产生重要影响。4)东、中、西部地区部分样本回归显示农业碳影子价格影响因素有所差异, 结构转型在东部地区显著提升碳影子价格, 在西部地区却显著抑制了碳影子价格; 劳动节约型技术进步在东部抑制了碳影子价格, 而在西部显著提升碳影子价格; 资本深化在东、西部显著抑制碳影子价格, 在中部显著提升碳影子价格。为此, 提出持续推进产业结构转型、制定差异化绿色协调发展政策、适时建立农业碳排放交易市场等政策建议, 以促进农业低碳绿色高质量发展。 “十四五”时期, 我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、推进经济社会发展全面低碳转型的关键时期。通过经济结构转型和技术进步有效实施减排策略, 已经成为实现中国经济社会低碳转型发展的必然选择。基于数据包络分析(DEA)框架建模、满足经济理论和物料守恒原则, 利用改进的By-production (BP)技术对1997—2020年我国31个省份农业碳影子价格进行了更加准确的测度, 并利用核密度分析了农业碳影子价格动态演变特征; 并采用可行广义最小二乘法(FGLS)模型考察结构转型、技术进步选择对农业碳排放影子价格的影响。结果表明: 1) 我国农业碳影子价格呈上升态势, 东部、中部和西部地区农业碳排放影子价格分别为7759.69元∙t−1、4192.35元∙t−1和3997.51元∙t−1, 且东、中、西部地区农业碳影子价格上升趋势依次降低。2)我国农业碳影子价格核密度值有增加趋势; 东部地区农业碳影子价格核密度曲线出现较为明显的右移趋势; 中部地区农业碳影子价格核密度曲线呈现左移-右移趋势, 且区域间差异在变大; 西部地区碳影子价格密度曲线呈现明显的向下、变宽趋势。3)整体回归显示, 结构转型、劳动节约型技术进步显著提升了农业碳影子价格, 而资本深化抑制了农业碳影子价格提升, 经济发展水平、农业经营规模、城市化水平及对外开放水平等对农业碳影子价格也会产生重要影响。4)东、中、西部地区部分样本回归显示农业碳影子价格影响因素有所差异, 结构转型在东部地区显著提升碳影子价格, 在西部地区却显著抑制了碳影子价格; 劳动节约型技术进步在东部抑制了碳影子价格, 而在西部显著提升碳影子价格; 资本深化在东、西部显著抑制碳影子价格, 在中部显著提升碳影子价格。为此, 提出持续推进产业结构转型、制定差异化绿色协调发展政策、适时建立农业碳排放交易市场等政策建议, 以促进农业低碳绿色高质量发展。
基于机器学习算法的新疆农业碳排放评估及驱动因素分析
邓路, 袁圣博, 白萍, 李会芳
, doi: 10.12357/cjea.20220501
摘要(12) HTML(5) PDF(4)
摘要:
农业碳排放是全球第二大碳源, 明确农业碳排放规律对于碳达峰、碳中和具有重要意义。为探究新疆农业碳排放规律, 促进农业碳减排, 本研究根据农业生产过程中产生的碳排放环节, 结合国内外发布的碳排放系数, 测算了新疆的农业碳排放量; 利用莫兰指数、LISA指数等空间相关性模型测算了新疆农业碳排放的空间集聚规律, 利用机器学习中的随机森林模型对农业碳排效率影响因素进行了动态量化分析。结果显示: 1) 2010—2019年农业碳排放量缓慢增长, 从292.24万t增长到379.69万t, 年均增速3.33%。2)化肥和农膜的使用是新疆农业碳排放的主要来源, 占比分别为58.06%和39.03%。3)新疆农业碳排放效率在不断提升, 2010—2013年增速较快, 2014—2019年增速较慢, 碳排放效率的主要分布区间从小于50元∙t−1变为50~100元∙t−1。4)新疆农业碳排放效率高高聚集区域农业产值不高, 主要是由于物质投入低; 低低聚集区域农业产值相对较高, 但科技、管理水平低, 物质投入过多。5)降水量较低的南疆区域, 农业碳排放效率整体较高, 降水量较高的北疆区域, 农业碳排放效率处于中等水平。6)农业规模化程度在0.12~2.02 hm2∙人−1之间时, 碳排放效率随着农业规模化程度提高急剧降低, 当农业规模化程度高于2.02 hm2∙人−1时, 对农业碳排放效率的影响力降低。耕地规模在120~17 220 hm2时, 对农业碳排放效率有一个显著的负向影响, 当耕地规模大于17 220 hm2时, 对农业碳排放效率的影响较为平缓。农村经济发展水平对碳排放效率具有正向影响; 农业电器化程度对碳排放效率呈现出正“U”型影响。 农业碳排放是全球第二大碳源, 明确农业碳排放规律对于碳达峰、碳中和具有重要意义。为探究新疆农业碳排放规律, 促进农业碳减排, 本研究根据农业生产过程中产生的碳排放环节, 结合国内外发布的碳排放系数, 测算了新疆的农业碳排放量; 利用莫兰指数、LISA指数等空间相关性模型测算了新疆农业碳排放的空间集聚规律, 利用机器学习中的随机森林模型对农业碳排效率影响因素进行了动态量化分析。结果显示: 1) 2010—2019年农业碳排放量缓慢增长, 从292.24万t增长到379.69万t, 年均增速3.33%。2)化肥和农膜的使用是新疆农业碳排放的主要来源, 占比分别为58.06%和39.03%。3)新疆农业碳排放效率在不断提升, 2010—2013年增速较快, 2014—2019年增速较慢, 碳排放效率的主要分布区间从小于50元∙t−1变为50~100元∙t−1。4)新疆农业碳排放效率高高聚集区域农业产值不高, 主要是由于物质投入低; 低低聚集区域农业产值相对较高, 但科技、管理水平低, 物质投入过多。5)降水量较低的南疆区域, 农业碳排放效率整体较高, 降水量较高的北疆区域, 农业碳排放效率处于中等水平。6)农业规模化程度在0.12~2.02 hm2∙人−1之间时, 碳排放效率随着农业规模化程度提高急剧降低, 当农业规模化程度高于2.02 hm2∙人−1时, 对农业碳排放效率的影响力降低。耕地规模在120~17 220 hm2时, 对农业碳排放效率有一个显著的负向影响, 当耕地规模大于17 220 hm2时, 对农业碳排放效率的影响较为平缓。农村经济发展水平对碳排放效率具有正向影响; 农业电器化程度对碳排放效率呈现出正“U”型影响。
农业技术效率对农业碳排放的影响—基于空间溢出效应与门槛效应分析
颜光耀, 陈卫洪, 钱海慧
, doi: 10.12357/cjea.20220571
摘要(29) HTML(4) PDF(4)
摘要:
农业技术是促进农业产业发展的根本力量, 探究其对农业碳排放的影响机制, 将对实现我国“双碳”目标具有重要意义。本文基于2001—2020年我国31个省市的面板数据, 使用随机前沿模型对农业技术效率进行测算, 并对各地区农业碳排放总量与强度进行核算, 构建空间杜宾模型和以农业技术效率为门槛变量的门槛模型, 探究农业技术效率和农业碳排放的空间效应与非线性关系。实证结果表明: 全国农业碳排放总量与强度近年来有下降的趋势。中部地区农业碳排放总量高于东西部地区, 东部地区农业技术效率高于中西部地区, 而农业碳排放强度则低于中西部地区。农业碳排放强度与农业技术效率具有空间自相关性, 并表现为集聚特征, 集聚类型以高高聚聚和低低聚集为主。农业碳排放强度具有正向空间溢出效应, 而农业技术效率对农业碳排放强度则表现为负向空间溢出, 此外城镇化、人力资本水平和人均耕地面积对农业碳排放强度具有负向影响, 农业经济发展水平和农业受灾程度为正向影响。农业技术效率与农业碳排放强度存在双门槛效应, 当农业技术效率达到“拐点”后, 其对农业碳排放强度的影响转变为负向, 当进一步提升农业技术效率水平后, 其影响力会因边际效应递减而减弱。本研究为探索实现“双碳”目标的路径提供理论基础与政策依据。 农业技术是促进农业产业发展的根本力量, 探究其对农业碳排放的影响机制, 将对实现我国“双碳”目标具有重要意义。本文基于2001—2020年我国31个省市的面板数据, 使用随机前沿模型对农业技术效率进行测算, 并对各地区农业碳排放总量与强度进行核算, 构建空间杜宾模型和以农业技术效率为门槛变量的门槛模型, 探究农业技术效率和农业碳排放的空间效应与非线性关系。实证结果表明: 全国农业碳排放总量与强度近年来有下降的趋势。中部地区农业碳排放总量高于东西部地区, 东部地区农业技术效率高于中西部地区, 而农业碳排放强度则低于中西部地区。农业碳排放强度与农业技术效率具有空间自相关性, 并表现为集聚特征, 集聚类型以高高聚聚和低低聚集为主。农业碳排放强度具有正向空间溢出效应, 而农业技术效率对农业碳排放强度则表现为负向空间溢出, 此外城镇化、人力资本水平和人均耕地面积对农业碳排放强度具有负向影响, 农业经济发展水平和农业受灾程度为正向影响。农业技术效率与农业碳排放强度存在双门槛效应, 当农业技术效率达到“拐点”后, 其对农业碳排放强度的影响转变为负向, 当进一步提升农业技术效率水平后, 其影响力会因边际效应递减而减弱。本研究为探索实现“双碳”目标的路径提供理论基础与政策依据。
养殖场圈舍环节粪污酸化氨减排技术研究与应用
刘娟, 王选, 曹玉博, 柏兆海, 马林
, doi: 10.12357/cjea.20220538
摘要(16) HTML(2) PDF(2)
摘要:
本研究针对养殖场圈舍环节氨挥发量大, 缺少可原位实施的氨减排技术的现状, 欲探究一种经济、高效、可实施、并广泛推广的圈舍原位氨减排技术。本研究利用圈舍模拟试验探索了不同剂量的硫酸和青贮渗出液对粪尿氨挥发的影响, 筛选可用于圈舍原位氨减排的酸化条件; 并进一步研发了动物圈舍原位酸化氨减排设备, 将模拟试验筛选出的酸化条件应用于原位圈舍, 从氨减排效果和经济两个方面综合探究了动物圈舍原位酸化技术的可行性。研究结果表明硫酸和青贮液可快速降低粪尿氨挥发: 以不喷酸作为对照, 按0.03 g∙m−2的喷施量, 在试验开始喷洒一次硫酸和青贮液, 可分别降低氨挥发排放速率39.1% (P<0.05)和42.7% (P<0.05), 但其减氨效果仅维持8 h左右。鉴于硫酸难以市场流通、青贮液无法雾化, 原位圈舍采用青贮液的主要成分乳酸作为酸化剂。本研究利用原位酸化氨减排设备对圈舍粪尿以不同频率喷酸时, 每天按0.03 g∙m−2的剂量喷洒乳酸(0.01 mol∙L−1) 3次(8:00、16:00、0:00)时氨减排效率最高, 与不喷酸相比, 氨减排效率为55.6% (P<0.01) ; 每天喷洒2次(8:00、16:00) 氨减排成本最低, 为147元∙kg−1(NH3)。本研究为养殖场圈舍环节提供了一项可实施的高效减氨技术, 但其成本仍较高, 该技术的广泛推广和应用还需进一步降低设备成本。 本研究针对养殖场圈舍环节氨挥发量大, 缺少可原位实施的氨减排技术的现状, 欲探究一种经济、高效、可实施、并广泛推广的圈舍原位氨减排技术。本研究利用圈舍模拟试验探索了不同剂量的硫酸和青贮渗出液对粪尿氨挥发的影响, 筛选可用于圈舍原位氨减排的酸化条件; 并进一步研发了动物圈舍原位酸化氨减排设备, 将模拟试验筛选出的酸化条件应用于原位圈舍, 从氨减排效果和经济两个方面综合探究了动物圈舍原位酸化技术的可行性。研究结果表明硫酸和青贮液可快速降低粪尿氨挥发: 以不喷酸作为对照, 按0.03 g∙m−2的喷施量, 在试验开始喷洒一次硫酸和青贮液, 可分别降低氨挥发排放速率39.1% (P<0.05)和42.7% (P<0.05), 但其减氨效果仅维持8 h左右。鉴于硫酸难以市场流通、青贮液无法雾化, 原位圈舍采用青贮液的主要成分乳酸作为酸化剂。本研究利用原位酸化氨减排设备对圈舍粪尿以不同频率喷酸时, 每天按0.03 g∙m−2的剂量喷洒乳酸(0.01 mol∙L−1) 3次(8:00、16:00、0:00)时氨减排效率最高, 与不喷酸相比, 氨减排效率为55.6% (P<0.01) ; 每天喷洒2次(8:00、16:00) 氨减排成本最低, 为147元∙kg−1(NH3)。本研究为养殖场圈舍环节提供了一项可实施的高效减氨技术, 但其成本仍较高, 该技术的广泛推广和应用还需进一步降低设备成本。
播期对机械粒收春玉米产量性能及安全播期窗口的影响
戎美仁, 高聚林, 王富贵, 王振, 于晓芳, 孙继颖, 胡树平, 王志刚
, doi: 10.12357/cjea.20220202
摘要(32) HTML(18) PDF(7)
摘要:
玉米机械粒收品种选择和推广给北方春玉米区热量的充分利用提出了新的挑战, 探究气候变暖背景下玉米播期的可提前潜力, 可为充分利用区域热量资源、机械粒收玉米争取充分脱水时间提供依据。本研究以适宜当地的机械粒收玉米品种为材料, 在内蒙古岭东、岭南、西辽河、燕山北部、土默川和河套6大生态区进行播期联网试验, 系统分析了播期对各生态区机械粒收玉米产量形成和产量性能参数的影响。结果表明, 内蒙古春玉米区机械粒收玉米最适播期有6~8 d的提前空间, 最适播期下玉米可增产7.5%~18.4%; 其中, 各生态区适宜播期窗口分别为: 岭东5月4—11日, 岭南4月27日—5月10日, 西辽河4月15—30日, 燕山北部4月9—26日, 土默川4月9—29日, 河套4月3—22日。6大生态区的播期窗口为7~20 d, 且随着纬度的升高而逐渐变“窄”, 纬度每升高1°, 窗口期平均缩短1.8 d, 播期平均提前幅度减小2.8 d。播期对玉米收获指数无显著影响, 适期早播主要通过在“源”端提高群体花前叶面积指数和花后阶段光合势, 进而显著提高群体生物量; 在“库”端通过提高穗粒数和千粒重进而提高单株生产力。内蒙古机械粒收春玉米在安全播期窗口内适期早播, 可通过提升群体花前叶“源”发育、延长花后叶面积持续期, 优化单株“库”活性、提高单株生产力, 充分利用热量资源,同时为成熟后籽粒脱水争取43.7~130.9 ℃的有效积温, 有利于粒收玉米增产和高质量籽粒机械直收。 玉米机械粒收品种选择和推广给北方春玉米区热量的充分利用提出了新的挑战, 探究气候变暖背景下玉米播期的可提前潜力, 可为充分利用区域热量资源、机械粒收玉米争取充分脱水时间提供依据。本研究以适宜当地的机械粒收玉米品种为材料, 在内蒙古岭东、岭南、西辽河、燕山北部、土默川和河套6大生态区进行播期联网试验, 系统分析了播期对各生态区机械粒收玉米产量形成和产量性能参数的影响。结果表明, 内蒙古春玉米区机械粒收玉米最适播期有6~8 d的提前空间, 最适播期下玉米可增产7.5%~18.4%; 其中, 各生态区适宜播期窗口分别为: 岭东5月4—11日, 岭南4月27日—5月10日, 西辽河4月15—30日, 燕山北部4月9—26日, 土默川4月9—29日, 河套4月3—22日。6大生态区的播期窗口为7~20 d, 且随着纬度的升高而逐渐变“窄”, 纬度每升高1°, 窗口期平均缩短1.8 d, 播期平均提前幅度减小2.8 d。播期对玉米收获指数无显著影响, 适期早播主要通过在“源”端提高群体花前叶面积指数和花后阶段光合势, 进而显著提高群体生物量; 在“库”端通过提高穗粒数和千粒重进而提高单株生产力。内蒙古机械粒收春玉米在安全播期窗口内适期早播, 可通过提升群体花前叶“源”发育、延长花后叶面积持续期, 优化单株“库”活性、提高单株生产力, 充分利用热量资源,同时为成熟后籽粒脱水争取43.7~130.9 ℃的有效积温, 有利于粒收玉米增产和高质量籽粒机械直收。
一株溶杆菌Lysobacter soli RCu6的转录组水平铜抗性机制研究
李富玉, 陈帅民, 刘梦帅, 陈苗苗, 李小方, 刘彬彬
, doi: 10.12357/cjea.20220198
摘要(69) HTML(9) PDF(5)
摘要:
铜是许多细胞酶所必需的微量元素, 然而过量的铜通常对细胞有毒。细菌已经进化出许多铜抗性策略, 但其分子机制尚不完全清楚。本研究在农田土壤中分离了一株高度抗铜(对铜的抗性达3.2 mmol∙L−1)的细菌菌株RCu6, 并利用全基因组和转录组学方法分析研究了其抗铜机制。RCu6菌株的全基因组测序显示该菌株在分类学上属于溶杆菌(Lysobacter soli); 与已发现的同种菌株相比, 基因组分析显示该菌株具有独特的由多个基因编码的抗铜系统。转录组分析表明在0.8 mmol∙L−1和1.6 mmol∙L−1胁迫下分别有315个和839个基因差异表达; 铜稳态、组氨酸代谢、硫代谢和铁硫簇组装途径与RCu6菌的铜抗性相关, 表明RCu6抗铜是一个细胞内多系统协同过程。本研究揭示了溶杆菌属菌株铜抗性分子水平的机制, 为重金属污染农田土壤修复和利用提供了菌种资源和理论依据。 铜是许多细胞酶所必需的微量元素, 然而过量的铜通常对细胞有毒。细菌已经进化出许多铜抗性策略, 但其分子机制尚不完全清楚。本研究在农田土壤中分离了一株高度抗铜(对铜的抗性达3.2 mmol∙L−1)的细菌菌株RCu6, 并利用全基因组和转录组学方法分析研究了其抗铜机制。RCu6菌株的全基因组测序显示该菌株在分类学上属于溶杆菌(Lysobacter soli); 与已发现的同种菌株相比, 基因组分析显示该菌株具有独特的由多个基因编码的抗铜系统。转录组分析表明在0.8 mmol∙L−1和1.6 mmol∙L−1胁迫下分别有315个和839个基因差异表达; 铜稳态、组氨酸代谢、硫代谢和铁硫簇组装途径与RCu6菌的铜抗性相关, 表明RCu6抗铜是一个细胞内多系统协同过程。本研究揭示了溶杆菌属菌株铜抗性分子水平的机制, 为重金属污染农田土壤修复和利用提供了菌种资源和理论依据。
纳米硅对低温下番茄生长及碳水化合物积累的影响
张毅, 郭树勋, 杨然, 代泽敏, 石玉
, doi: 10.12357/cjea.20220773
摘要:
为探究纳米硅对低温下番茄生长及碳水化合物积累的调控机制, 以番茄品种‘中杂9号’为材料, 通过基质盆栽试验, 研究了施用纳米硅对低温下番茄幼苗生物量、根系构型、光合能力以及非结构性碳水化合物含量的影响。结果表明: 1)低温下番茄幼苗生物量、总根长、根尖数、光合色素含量和净光合速率等显著下降(P<0.05), 可溶性糖、蔗糖和淀粉含量显著增加(P<0.05), 其中地上部鲜重、净光合速率和总根长分别降低48.60%、66.88%和65.49% (P<0.05)。2)施用纳米硅在常温和低温下均能显著提高番茄幼苗的生物量、根系活力、根尖数、分形维数、净光合速率和非结构性碳水化合物含量等, 其中低温下施用纳米硅番茄幼苗根分叉数、净光合速率和叶片可溶性糖含量分别提高35.25%、48.24%和75.69% (P<0.05)。由上可知, 低温严重制约了番茄的光合作用、根系的生长发育以及非结构性碳水化合物的积累, 根系构型参数偏向于不利于植物正常生长的方向变化, 施用纳米硅可通过促进光合色素合成、提高光合速率和根系活力、改善根系构型及提高非结构性碳水化合物积累来提高番茄抗冷性。 为探究纳米硅对低温下番茄生长及碳水化合物积累的调控机制, 以番茄品种‘中杂9号’为材料, 通过基质盆栽试验, 研究了施用纳米硅对低温下番茄幼苗生物量、根系构型、光合能力以及非结构性碳水化合物含量的影响。结果表明: 1)低温下番茄幼苗生物量、总根长、根尖数、光合色素含量和净光合速率等显著下降(P<0.05), 可溶性糖、蔗糖和淀粉含量显著增加(P<0.05), 其中地上部鲜重、净光合速率和总根长分别降低48.60%、66.88%和65.49% (P<0.05)。2)施用纳米硅在常温和低温下均能显著提高番茄幼苗的生物量、根系活力、根尖数、分形维数、净光合速率和非结构性碳水化合物含量等, 其中低温下施用纳米硅番茄幼苗根分叉数、净光合速率和叶片可溶性糖含量分别提高35.25%、48.24%和75.69% (P<0.05)。由上可知, 低温严重制约了番茄的光合作用、根系的生长发育以及非结构性碳水化合物的积累, 根系构型参数偏向于不利于植物正常生长的方向变化, 施用纳米硅可通过促进光合色素合成、提高光合速率和根系活力、改善根系构型及提高非结构性碳水化合物积累来提高番茄抗冷性。
盐渍化土壤团聚体和微生物对土壤有机质的影响研究进展*
董心亮, 王金涛, 田柳, 娄泊远, 张雪佳, 刘彤, 刘小京, 孙宏勇
, doi: 10.12357/cjea.20220752
摘要:
土壤有机质是耕地质量的核心,不仅促进土壤团聚体形成,也为植物和微生物提供养分。土壤有机质的形成和分解过程都离不开微生物的参与,而土壤团聚体不仅为微生物提供了栖息环境,也对有机质进行物理保护。盐渍化土壤有机质含量低、团聚结构差、微生物活性低,这些都与土壤盐分含量高和外源有机物质输入量低有关。但是土壤盐分如何驱动土壤团聚体周转过程,如何驱动微生物对有机质的矿化,以及外源有机物质添加下微生物如何驱动盐碱土壤有机质积累的过程和相关机理尚不清楚。本文综述了盐渍化土壤土壤盐渍化及其危害、盐碱土壤有机质特征及积累规律,结合盐分通过影响土壤团聚结构和微生物进而对土壤有机质的影响规律,旨在揭示盐碱土壤碳封存的潜在机理,并提出未来盐渍化土壤有机质积累方向的研究计划:1)不同盐分环境下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质分结过程中的响应规律;2)外源有机物料添加下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质积累过程中的响应规律;3)土壤有机质提升后盐碱地生产力特征。完成以上研究不仅可以阐明盐碱土壤有机质的周转机理,也可以为盐碱地“固碳封存”提供理论依据,针对性的提供盐碱耕地质量提升的措施,推进盐碱地绿色可持续发展。 土壤有机质是耕地质量的核心,不仅促进土壤团聚体形成,也为植物和微生物提供养分。土壤有机质的形成和分解过程都离不开微生物的参与,而土壤团聚体不仅为微生物提供了栖息环境,也对有机质进行物理保护。盐渍化土壤有机质含量低、团聚结构差、微生物活性低,这些都与土壤盐分含量高和外源有机物质输入量低有关。但是土壤盐分如何驱动土壤团聚体周转过程,如何驱动微生物对有机质的矿化,以及外源有机物质添加下微生物如何驱动盐碱土壤有机质积累的过程和相关机理尚不清楚。本文综述了盐渍化土壤土壤盐渍化及其危害、盐碱土壤有机质特征及积累规律,结合盐分通过影响土壤团聚结构和微生物进而对土壤有机质的影响规律,旨在揭示盐碱土壤碳封存的潜在机理,并提出未来盐渍化土壤有机质积累方向的研究计划:1)不同盐分环境下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质分结过程中的响应规律;2)外源有机物料添加下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质积累过程中的响应规律;3)土壤有机质提升后盐碱地生产力特征。完成以上研究不仅可以阐明盐碱土壤有机质的周转机理,也可以为盐碱地“固碳封存”提供理论依据,针对性的提供盐碱耕地质量提升的措施,推进盐碱地绿色可持续发展。
中国食物系统温室气体排放与吸收研究进展
金欣鹏, 柏兆海, 马林
, doi: 10.12357/cjea.20220025
摘要(21) HTML(2) PDF(14)
摘要:
我国食物系统温室气体核算研究相对缺乏, 相关研究多散见于农业和畜牧业部门, 难以满足碳达峰、碳中和背景下减排和固碳的需求。本文提出了一个涵盖土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)、农业生产、产后食物供应部门的食物系统温室气体排放与吸收的核算框架; 通过文献综述、温室气体排放量收集和排放参数推算, 剖析了各环节排放核算方法的差异和排放参数的不确定性。结果表明, 粪尿和秸秆还田、农药和农膜生产、食物加工、批发和零售以及草地碳汇的排放(或吸收)参数的变异系数(CVs)在35%以上。未来食物系统温室气体核算研究需: 1)在农业生产部门, 细化农业活动排放参数, 整合基于终端能源消费和农业生产过程的温室气体核算方法, 并加强农业投入品能耗研究; 2)在LULUCF部门, 建立适用于全球变化研究的土地利用分类体系, 识别食物系统相关的土地利用过程, 将实地调查核算法和基于过程模型的核算方法相互校验; 3)在产后食物供应部门, 明确各环节排放的核算范围, 有针对性地选择投入产出-生命周期评价法(EIO-LCA)、基于过程的生命周期评价法(PLCA)与终端能源消费核算法等。本文可为进一步为食物系统温室气体减排提供科学依据。 我国食物系统温室气体核算研究相对缺乏, 相关研究多散见于农业和畜牧业部门, 难以满足碳达峰、碳中和背景下减排和固碳的需求。本文提出了一个涵盖土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)、农业生产、产后食物供应部门的食物系统温室气体排放与吸收的核算框架; 通过文献综述、温室气体排放量收集和排放参数推算, 剖析了各环节排放核算方法的差异和排放参数的不确定性。结果表明, 粪尿和秸秆还田、农药和农膜生产、食物加工、批发和零售以及草地碳汇的排放(或吸收)参数的变异系数(CVs)在35%以上。未来食物系统温室气体核算研究需: 1)在农业生产部门, 细化农业活动排放参数, 整合基于终端能源消费和农业生产过程的温室气体核算方法, 并加强农业投入品能耗研究; 2)在LULUCF部门, 建立适用于全球变化研究的土地利用分类体系, 识别食物系统相关的土地利用过程, 将实地调查核算法和基于过程模型的核算方法相互校验; 3)在产后食物供应部门, 明确各环节排放的核算范围, 有针对性地选择投入产出-生命周期评价法(EIO-LCA)、基于过程的生命周期评价法(PLCA)与终端能源消费核算法等。本文可为进一步为食物系统温室气体减排提供科学依据。
小麦||红花间作系统下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
, doi: 10.12357/cjea.20220354
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(P<0.05)。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%、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%、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(P<0.05), 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养氨氧化、硝化作用、发酵、硝酸盐还原等养分循环过程(P<0.05), 结合相关性分析结果发现MND1与这些过程显著正相关(P<0.05), 且其相对丰度在红花根际表现为间作显著高于单作(P<0.05)。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, 同时降低了植物病原菌类功能基因的相对丰度(P<0.05); 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(P<0.05)。共线网络分析结果表明, 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。 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(P<0.05)。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%、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%、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(P<0.05), 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养氨氧化、硝化作用、发酵、硝酸盐还原等养分循环过程(P<0.05), 结合相关性分析结果发现MND1与这些过程显著正相关(P<0.05), 且其相对丰度在红花根际表现为间作显著高于单作(P<0.05)。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, 同时降低了植物病原菌类功能基因的相对丰度(P<0.05); 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(P<0.05)。共线网络分析结果表明, 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。
Drivers of evapotranspiration increase in the Baiyangdian Catchment
Christine Mushimiyimana, LIU Linlin, YANG Yonghui, LI Huilong, WANG Linna, SHENG Zhuping, Auguste Cesar Itangishaka
, doi: 10.12357/cjea.20220121
摘要(37) HTML(7) PDF(7)
摘要:
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, 9.8 g∙cm−2, 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. 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, 9.8 g∙cm−2, 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.
玉米种子定向种植对根系生长的影响
段世名, 谷慧杰, 李保儒, 姜寒冰, 张喜英, 刘秀位
, doi: 10.12357/cjea.20220300
摘要(24) HTML(8) PDF(1)
摘要:
种子播种方向显著影响作物地上部分生长, 但是其对地下根系的影响还不清楚。为了探究种子定向播种对根系生长的影响, 本研究以夏玉米品种‘郑单958’为对象, 于2020—2021年通过发芽纸试验、室外桶栽和田间试验研究了两种灌溉条件下(充分与干旱)尖端朝上(T-U)、尖端朝下(T-D, 对照)、胚面朝上(E-U)和胚面朝下(E-D) 4个种子定向对玉米根系和地上部分生长的影响。结果表明: 在水分充足条件下, E-U处理的玉米比其它处理的根系发达(深层根重密度平均高5%、平均根重密度平均高5%、深层根长密度平均高48%、平均根长密度平均高10%), 且能够利用较多的土壤水分(18%); 同时相比于其他处理,E-U处理的植株具有较宽的叶片生长方位角(35%)、较高的叶面积指数(7%)和地上生物量(3%), 最终产量比其它处理平均高8%。相关分析表明, 产量与地上部生物量、穗数和收获指数直接相关, 与深层根重密度间接相关。干旱条件下, 与其它处理相比, T-D处理的玉米种子根生长速率快(36%)、根角度窄(43%)、深层根重密度最高(19%)以及吸收较多的土壤水分(5%), 导致即使在叶片生长方位角较窄的情况下仍能获得较高的地上生物量(6%)。总之, 在水分充足条件下, 玉米地上部与根系分布共同促进了E-U处理的产量增长; 而在干旱条件下, T-D处理的干物质积累主要受根系分布的影响。本研究表明通过调整玉米种子播种方向既可以调控根系分布, 又可以改善叶片生长方位角和冠层覆盖度, 未来或许可以进一步提高玉米在干旱胁迫下的生物量和产量。 种子播种方向显著影响作物地上部分生长, 但是其对地下根系的影响还不清楚。为了探究种子定向播种对根系生长的影响, 本研究以夏玉米品种‘郑单958’为对象, 于2020—2021年通过发芽纸试验、室外桶栽和田间试验研究了两种灌溉条件下(充分与干旱)尖端朝上(T-U)、尖端朝下(T-D, 对照)、胚面朝上(E-U)和胚面朝下(E-D) 4个种子定向对玉米根系和地上部分生长的影响。结果表明: 在水分充足条件下, E-U处理的玉米比其它处理的根系发达(深层根重密度平均高5%、平均根重密度平均高5%、深层根长密度平均高48%、平均根长密度平均高10%), 且能够利用较多的土壤水分(18%); 同时相比于其他处理,E-U处理的植株具有较宽的叶片生长方位角(35%)、较高的叶面积指数(7%)和地上生物量(3%), 最终产量比其它处理平均高8%。相关分析表明, 产量与地上部生物量、穗数和收获指数直接相关, 与深层根重密度间接相关。干旱条件下, 与其它处理相比, T-D处理的玉米种子根生长速率快(36%)、根角度窄(43%)、深层根重密度最高(19%)以及吸收较多的土壤水分(5%), 导致即使在叶片生长方位角较窄的情况下仍能获得较高的地上生物量(6%)。总之, 在水分充足条件下, 玉米地上部与根系分布共同促进了E-U处理的产量增长; 而在干旱条件下, T-D处理的干物质积累主要受根系分布的影响。本研究表明通过调整玉米种子播种方向既可以调控根系分布, 又可以改善叶片生长方位角和冠层覆盖度, 未来或许可以进一步提高玉米在干旱胁迫下的生物量和产量。
不同土壤施磷和接种根瘤菌对大豆||玉米间作系统氮磷吸收的影响
王倩倩, 刘志强, 陈康, 王秀荣
, doi: 10.12357/cjea.20220124
摘要(43) HTML(11) PDF(12)
摘要:
通过在酸性与石灰性土壤进行大豆[ Glycine max (L.) Merr.]||玉米( Zea mays L.)间作接种根瘤菌的盆栽试验, 对比不同土壤类型不同施磷条件下根瘤菌接种对间作大豆、玉米的生长、氮磷吸收和根际理化性质的影响, 为根瘤菌剂的田间应用提供参考。本试验以‘巴西十号’大豆品种和‘正甜68’玉米品种为试验材料, 采用三因素试验设计: A因素为磷水平[施磷肥(+P)和不施磷肥(-P)]; B因素为两类土壤[酸性(宁西和翁源土壤)土壤与石灰性(三坪和昌平土壤)土壤]; C因素为两种接种处理[接种(+Ri)与不接种根瘤菌(-Ri)], 大豆结荚期测定间作大豆根瘤性状以及间作大豆和玉米的植株干重、植株总吸氮/磷量与相关根际指标。结果表明, 酸性土壤施磷条件下接种根瘤菌显著增加了间作大豆的总吸氮量; 石灰性土壤无论是否施用磷, 接种根瘤菌均改善了间作大豆的根瘤性状, 增加了总吸氮量; 并且石灰性土壤接种根瘤菌能够促进间作大豆磷吸收。两地的石灰性土壤接种根瘤菌后大豆植株总吸磷量显著增加, 三坪石灰性土壤施磷条件下接种根瘤菌后大豆根际pH显著降低, 根际酸性磷酸酶活性显著增加; 昌平石灰性土壤施磷条件下接种根瘤菌后大豆及其间作玉米根际碱性磷酸酶活性均显著增加。石灰性土壤在间作大豆植株总吸氮/磷量增加的基础上, 接种根瘤菌增加了植株干重; 然而, 接种根瘤菌对间作玉米植株干重和总吸氮/磷量的促进作用并不明显。综上, 土壤pH和磷有效性显著影响根瘤菌接种的效果。酸性土壤施磷条件下接种根瘤菌增加了间作大豆的总吸氮量, 石灰性土壤接种根瘤菌能够达到氮磷协同高效促进间作大豆的生长。石灰性土壤接种根瘤菌促进磷活化吸收主要是由于增强了间作大豆的根际过程。 通过在酸性与石灰性土壤进行大豆[ Glycine max (L.) Merr.]||玉米( Zea mays L.)间作接种根瘤菌的盆栽试验, 对比不同土壤类型不同施磷条件下根瘤菌接种对间作大豆、玉米的生长、氮磷吸收和根际理化性质的影响, 为根瘤菌剂的田间应用提供参考。本试验以‘巴西十号’大豆品种和‘正甜68’玉米品种为试验材料, 采用三因素试验设计: A因素为磷水平[施磷肥(+P)和不施磷肥(-P)]; B因素为两类土壤[酸性(宁西和翁源土壤)土壤与石灰性(三坪和昌平土壤)土壤]; C因素为两种接种处理[接种(+Ri)与不接种根瘤菌(-Ri)], 大豆结荚期测定间作大豆根瘤性状以及间作大豆和玉米的植株干重、植株总吸氮/磷量与相关根际指标。结果表明, 酸性土壤施磷条件下接种根瘤菌显著增加了间作大豆的总吸氮量; 石灰性土壤无论是否施用磷, 接种根瘤菌均改善了间作大豆的根瘤性状, 增加了总吸氮量; 并且石灰性土壤接种根瘤菌能够促进间作大豆磷吸收。两地的石灰性土壤接种根瘤菌后大豆植株总吸磷量显著增加, 三坪石灰性土壤施磷条件下接种根瘤菌后大豆根际pH显著降低, 根际酸性磷酸酶活性显著增加; 昌平石灰性土壤施磷条件下接种根瘤菌后大豆及其间作玉米根际碱性磷酸酶活性均显著增加。石灰性土壤在间作大豆植株总吸氮/磷量增加的基础上, 接种根瘤菌增加了植株干重; 然而, 接种根瘤菌对间作玉米植株干重和总吸氮/磷量的促进作用并不明显。综上, 土壤pH和磷有效性显著影响根瘤菌接种的效果。酸性土壤施磷条件下接种根瘤菌增加了间作大豆的总吸氮量, 石灰性土壤接种根瘤菌能够达到氮磷协同高效促进间作大豆的生长。石灰性土壤接种根瘤菌促进磷活化吸收主要是由于增强了间作大豆的根际过程。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220345
摘要(20) HTML(7) PDF(4)
摘要:
磷素限制着作物生长, 红壤固磷能力强, 但合理间作可促进磷吸收, 减少磷固定, 研究不同施磷水平下玉米大豆间作对西南旱地红壤磷转化的影响及其活化作用具有重要意义。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, 在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), 在P120水平下, 间作玉米根际土壤水溶性磷(Resin-P)显著提高53.7% (P<0.05)。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提高15.1%, 但差异不显著。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。 磷素限制着作物生长, 红壤固磷能力强, 但合理间作可促进磷吸收, 减少磷固定, 研究不同施磷水平下玉米大豆间作对西南旱地红壤磷转化的影响及其活化作用具有重要意义。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, 在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), 在P120水平下, 间作玉米根际土壤水溶性磷(Resin-P)显著提高53.7% (P<0.05)。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提高15.1%, 但差异不显著。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。
不同播种密度和灌溉管理下冬小麦APSIM NG模型的敏感性研究与模型校准验证
张萌, 高艳梅, 张永清
, doi: 10.12357/cjea.20220384
摘要(23) HTML(4) PDF(7)
摘要:
以河北省中国农业大学吴桥试验站2015—2018年度不同灌溉管理和播种密度下冬小麦为研究对象, 应用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)分析新一代的APSIM模型(APSIM Next-generation)中的品种参数对冬小麦生长的敏感性, 并实现模型参数的本地化调试与验证, 为该模型未来开展各项研究提供基础支持。结果表明, 影响冬小麦开花期和成熟期最敏感的参数是叶热间距、最小叶片数量、光周期敏感度; 影响产量最敏感的参数是开花期单位茎秆干重可孕花数、单籽粒库容潜力和叶热间距。根据敏感性分析的结果, 对以上参数进行优先校准后, 提高了APSIM NG模型对小麦生育时期和产量模拟的准确性, 校准后的模型可以解释生育时期超过98%的变异, 产量实测值和模拟值的均方根误差(RMSE)为508 kg∙hm−2 以河北省中国农业大学吴桥试验站2015—2018年度不同灌溉管理和播种密度下冬小麦为研究对象, 应用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)分析新一代的APSIM模型(APSIM Next-generation)中的品种参数对冬小麦生长的敏感性, 并实现模型参数的本地化调试与验证, 为该模型未来开展各项研究提供基础支持。结果表明, 影响冬小麦开花期和成熟期最敏感的参数是叶热间距、最小叶片数量、光周期敏感度; 影响产量最敏感的参数是开花期单位茎秆干重可孕花数、单籽粒库容潜力和叶热间距。根据敏感性分析的结果, 对以上参数进行优先校准后, 提高了APSIM NG模型对小麦生育时期和产量模拟的准确性, 校准后的模型可以解释生育时期超过98%的变异, 产量实测值和模拟值的均方根误差(RMSE)为508 kg∙hm−2
政府推广、关系网络与农户生态耕种技术采纳行为
魏彬彬, 杨志海
, doi: 10.12357/cjea.20220305
摘要(41) HTML(24) PDF(6)
摘要:
提高农户生态耕种技术采纳率对保障国家粮食与生态安全至为重要, 对政府推广与关系网络在农户生态耕种技术采纳中的作用及其相互影响展开分析, 具有较高的理论与政策价值。本文基于山东、河北、江苏、安徽、湖北以及江西等6个粮食主产省的787户微观数据, 利用Ordered Probit和Tobit模型, 在理论分析的基础上, 实证检验了政府推广与关系网络对农户生态耕种技术采纳程度与采纳方式的影响。研究发现: 1)虽然政府推广对农户生态耕种技术采纳程度的直接影响并未通过显著性检验, 但在亲族网络的作用下, 政府推广对农户生态耕种技术采纳程度产生了显著的正向影响; 2)政府推广对农户生态耕种技术采纳方式存在负向影响, 即不利于农户以外包的方式采纳生态耕种技术, 但关系网络尤其是亲族网络能够明显弱化政府推广的这种负向效应; 3)关系网络在推动农户采纳生态耕种技术中发挥了重要作用, 不论是亲族网络还是一般网络, 都对农户的生态耕种技术采纳行为有正向影响, 而且促使农户更倾向于以外包的方式采纳相关技术, 但其中亲族网络的影响作用更加显著。基于以上发现, 本文认为在推动农户采纳生态耕种技术的过程中, 需重视亲族网络与一般网络在不同阶段所发挥作用的效果差异, 强化其与政府推广的互动互补功能, 并充分发挥社会化服务在其中的积极作用。 提高农户生态耕种技术采纳率对保障国家粮食与生态安全至为重要, 对政府推广与关系网络在农户生态耕种技术采纳中的作用及其相互影响展开分析, 具有较高的理论与政策价值。本文基于山东、河北、江苏、安徽、湖北以及江西等6个粮食主产省的787户微观数据, 利用Ordered Probit和Tobit模型, 在理论分析的基础上, 实证检验了政府推广与关系网络对农户生态耕种技术采纳程度与采纳方式的影响。研究发现: 1)虽然政府推广对农户生态耕种技术采纳程度的直接影响并未通过显著性检验, 但在亲族网络的作用下, 政府推广对农户生态耕种技术采纳程度产生了显著的正向影响; 2)政府推广对农户生态耕种技术采纳方式存在负向影响, 即不利于农户以外包的方式采纳生态耕种技术, 但关系网络尤其是亲族网络能够明显弱化政府推广的这种负向效应; 3)关系网络在推动农户采纳生态耕种技术中发挥了重要作用, 不论是亲族网络还是一般网络, 都对农户的生态耕种技术采纳行为有正向影响, 而且促使农户更倾向于以外包的方式采纳相关技术, 但其中亲族网络的影响作用更加显著。基于以上发现, 本文认为在推动农户采纳生态耕种技术的过程中, 需重视亲族网络与一般网络在不同阶段所发挥作用的效果差异, 强化其与政府推广的互动互补功能, 并充分发挥社会化服务在其中的积极作用。
冬小麦-夏玉米双机收籽粒模式周年资源利用效率及经济效益
周宝元, 陈传永, 孙雪芳, 葛均筑, 丁在松, 马玮, 王新兵, 赵明
, doi: 10.12357/cjea.20220279
摘要(78) HTML(31) PDF(9)
摘要:
在保证周年产量不降低的前提下, 探索同时实现冬小麦与夏玉米机械直接收获籽粒(简称“双粒收”)以及冬小麦节水的种植模式, 对提高黄淮海区冬小麦-夏玉米两熟种植模式经济效益和生态效益意义重大。本研究于2018—2020年在山东胶州、河北大名和河南新乡开展田间试验, 设置传统冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式(CK)和实现双季籽粒机收的冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式(TR), 研究其周年产量、气候资源利用效率及经济效益。结果表明, TR模式通过小麦极晚播(11月中旬)和玉米极晚收(11月上旬)对周年气候资源进行再分配, 从而导致作物产量变化。与CK比, TR处理冬小麦由于其生物量、穗数和千粒重显著降低导致平均减产9.2%; 但夏玉米中晚熟品种由于其粒重和收获指数显著提高而平均增产8.1%, 且收获时籽粒含水量为14.1%~16.8%。另外, TR处理冬小麦季耗水量和周年总耗水量分别比CK减少15.3%和6.0%, 水分生产效率分别提高15.2%和8.4%; 冬小麦季产值和经济效益显著降低, 但夏玉米季产值和经济效益分别提高8.7%和16.2%, 周年经济效益增加5.6%。极晚播冬小麦+极晚收中晚熟夏玉米双机收籽粒模式的建立, 可同时实现冬小麦节水和夏玉米籽粒低水分机械收获, 同时保证了较高周年产量和经济效益, 为黄淮海区冬小麦-夏玉米两熟模式全程机械化水平提升和水资源可持续利用提供了思路。 在保证周年产量不降低的前提下, 探索同时实现冬小麦与夏玉米机械直接收获籽粒(简称“双粒收”)以及冬小麦节水的种植模式, 对提高黄淮海区冬小麦-夏玉米两熟种植模式经济效益和生态效益意义重大。本研究于2018—2020年在山东胶州、河北大名和河南新乡开展田间试验, 设置传统冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式(CK)和实现双季籽粒机收的冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式(TR), 研究其周年产量、气候资源利用效率及经济效益。结果表明, TR模式通过小麦极晚播(11月中旬)和玉米极晚收(11月上旬)对周年气候资源进行再分配, 从而导致作物产量变化。与CK比, TR处理冬小麦由于其生物量、穗数和千粒重显著降低导致平均减产9.2%; 但夏玉米中晚熟品种由于其粒重和收获指数显著提高而平均增产8.1%, 且收获时籽粒含水量为14.1%~16.8%。另外, TR处理冬小麦季耗水量和周年总耗水量分别比CK减少15.3%和6.0%, 水分生产效率分别提高15.2%和8.4%; 冬小麦季产值和经济效益显著降低, 但夏玉米季产值和经济效益分别提高8.7%和16.2%, 周年经济效益增加5.6%。极晚播冬小麦+极晚收中晚熟夏玉米双机收籽粒模式的建立, 可同时实现冬小麦节水和夏玉米籽粒低水分机械收获, 同时保证了较高周年产量和经济效益, 为黄淮海区冬小麦-夏玉米两熟模式全程机械化水平提升和水资源可持续利用提供了思路。
不同季秸秆全量还田对小麦根系分泌物的影响
吴宇, 蔡洪梅, 许波, 于敏, 王捧娜, 代雯慈, 张梦祥, 任驿, 武文明, 李金才, 陈翔
, doi: 10.12357/cjea.20220199
摘要(50) HTML(17) PDF(22)
摘要:
根系分泌物在植物与土壤进行物质交换和信息交流中发挥重要作用。为探明淮北平原砂姜黑土区不同季秸秆全量还田对于小麦根系分泌物的影响, 采用非靶向代谢组学结合液相色谱-质谱联用技术(LC-MS), 运用多元变量统计分析方法, 对小麦单季秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)、玉米单季秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)、小麦玉米秸秆不还田(CK)的小麦根系分泌物进行系统性分析。研究表明T1处理增加了越冬期小麦根长与根干重, 提高了根系活力; T1、T2、T3较CK分别检测到330、110、89种差异代谢物, T1较CK的根系分泌物中水苏糖、毛蕊花糖等部分棉子糖系列寡糖相对含量增加, 对半乳糖代谢、糖酵解途径影响较大; 脯氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等相对含量增加, 精氨酸和脯氨酸代谢、D-谷氨酰胺和 D-谷氨酸代谢两条通路影响较大; 3-羟基癸二酸、磷酸肌酸、3-异丙烯基戊二酸、4-庚酸、肉桂酸等相对含量上升。由此可见, 小麦单季秸秆全量粉碎覆盖还田改变了作物根系分泌物特征, 通过增加部分糖类、氨基酸类、有机酸类物质相对含量, 促进了小麦根长与干重的增加, 并在秸秆还田条件下维持较高的根系活力。 根系分泌物在植物与土壤进行物质交换和信息交流中发挥重要作用。为探明淮北平原砂姜黑土区不同季秸秆全量还田对于小麦根系分泌物的影响, 采用非靶向代谢组学结合液相色谱-质谱联用技术(LC-MS), 运用多元变量统计分析方法, 对小麦单季秸秆全量粉碎覆盖还田(T1)、小麦秸秆全量粉碎覆盖还田+玉米秸秆全量粉碎翻埋还田(T2)、玉米单季秸秆全量粉碎翻埋还田(T3)、小麦玉米秸秆不还田(CK)的小麦根系分泌物进行系统性分析。研究表明T1处理增加了越冬期小麦根长与根干重, 提高了根系活力; T1、T2、T3较CK分别检测到330、110、89种差异代谢物, T1较CK的根系分泌物中水苏糖、毛蕊花糖等部分棉子糖系列寡糖相对含量增加, 对半乳糖代谢、糖酵解途径影响较大; 脯氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等相对含量增加, 精氨酸和脯氨酸代谢、D-谷氨酰胺和 D-谷氨酸代谢两条通路影响较大; 3-羟基癸二酸、磷酸肌酸、3-异丙烯基戊二酸、4-庚酸、肉桂酸等相对含量上升。由此可见, 小麦单季秸秆全量粉碎覆盖还田改变了作物根系分泌物特征, 通过增加部分糖类、氨基酸类、有机酸类物质相对含量, 促进了小麦根长与干重的增加, 并在秸秆还田条件下维持较高的根系活力。
基于生理指标的棉花耐高温品种筛选及与根系表型关系分析
司鹏, 刘连涛, 孙红春, 张科, 白志英, 李存东, 张永江
, doi: 10.12357/cjea.20220114
摘要(50) HTML(22) PDF(11)
摘要:
近年来黄河流域棉区高温频发, 已成为限制棉花生长发育的重要非生物胁迫因素之一。目前不同棉花品种响应高温的特性, 尤其是根系表型差异尚不明确。本试验选择该棉区15个主栽棉花品种, 于六叶期在人工气候室设置对照(昼夜25 ℃/25 ℃)和高温(昼夜35 ℃/30 ℃)处理, 处理1周后测定功能叶片光合性能指标及根长、根表面积等根系表型指标。结果表明, 高温胁迫下棉花叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和叶绿素含量(SPAD值)均降低; 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 可溶性糖含量和相对电导率均升高。利用主成分分析将10个指标整合为2个综合指标, 得到不同品种的耐热系数和品种得分, 聚类分析筛选出3个耐高温品种: ‘硕丰1号’ ‘国欣9号’和‘鲁棉研28’, 及5个不耐高温品种: ‘石抗126’ ‘邯无216’ ‘国欣4号’ ‘沧棉268’和‘农大601’。进一步将高温与对照的棉花根系表型指标比值与耐高温品种得分进行相关性分析, 根长、根表面积、根体积和根平均直径的相关系数分别为0.766 (P<0.01)、0.659 (P<0.01)、0.628 (P<0.05)和0.501 (P>0.05), 表明耐高温能力强的品种在受到高温胁迫后, 根系表型指标值降低的幅度较小; 此外研究也表明, 根长、根表面积和根体积也可以作为棉花耐高温筛选的指标。 近年来黄河流域棉区高温频发, 已成为限制棉花生长发育的重要非生物胁迫因素之一。目前不同棉花品种响应高温的特性, 尤其是根系表型差异尚不明确。本试验选择该棉区15个主栽棉花品种, 于六叶期在人工气候室设置对照(昼夜25 ℃/25 ℃)和高温(昼夜35 ℃/30 ℃)处理, 处理1周后测定功能叶片光合性能指标及根长、根表面积等根系表型指标。结果表明, 高温胁迫下棉花叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和叶绿素含量(SPAD值)均降低; 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 可溶性糖含量和相对电导率均升高。利用主成分分析将10个指标整合为2个综合指标, 得到不同品种的耐热系数和品种得分, 聚类分析筛选出3个耐高温品种: ‘硕丰1号’ ‘国欣9号’和‘鲁棉研28’, 及5个不耐高温品种: ‘石抗126’ ‘邯无216’ ‘国欣4号’ ‘沧棉268’和‘农大601’。进一步将高温与对照的棉花根系表型指标比值与耐高温品种得分进行相关性分析, 根长、根表面积、根体积和根平均直径的相关系数分别为0.766 (P<0.01)、0.659 (P<0.01)、0.628 (P<0.05)和0.501 (P>0.05), 表明耐高温能力强的品种在受到高温胁迫后, 根系表型指标值降低的幅度较小; 此外研究也表明, 根长、根表面积和根体积也可以作为棉花耐高温筛选的指标。
吉林省县域农业绿色发展指标时间变化特征—以梨树县为例
侯相成, 李涵, 王寅, 冯国忠, 刘亚军, 李晓宇, 高强
, doi: 10.12357/cjea.20220189
摘要(16) HTML(7) PDF(3)
摘要:
吉林省梨树县作为全国农业生产先进县, 始终走在农业绿色发展的前沿, 本研究将其作为典型案例, 通过已构建的中国农业绿色发展指标体系, 结合Nufer-AGD模型, 从社会经济、食物生产、生态环境3个方面, 分析1994—2019年梨树县农业绿色发展指标特征及其变化规律, 进一步探究吉林省县域农业绿色发展的推动及制约因素。结果表明, 1994—2019年梨树县农业绿色发展整体水平稳步提升, Ⅰ、Ⅱ级指标占比由47%下降到23%, Ⅲ、Ⅳ级指标占比由22%上升到47%。在社会经济方面, 人均农业综合投入和农村居民人均可支配收入逐年增加, 2019年较1994年分别增长454.6%和866.7%; 人均蛋白摄入量和动物生产蛋白占比有良好的改善, 均达到Ⅳ级水平; 农业机械化动力虽呈现增长趋势, 但仍处在Ⅰ级水平, 有待提高。在食物生产方面, 单位农业产值能耗和农田化肥磷吸收利用效率多年来一直处于Ⅳ级水平, 但畜禽氮综合利用效率始终处在低级水平; 此外,农药、化肥氮投入均在2019年达到Ⅲ级水平, 但过程中不是持续增长, 受年限的影响较大。在生态环境方面, 截止到2019年, 单位耕地面积因氮投入产生的氮排放、氮盈余及环境代价均呈现好转趋势, 但畜禽粪尿综合利用率和单位耕地畜禽承载量始终处在Ⅰ级水平, 说明梨树县畜牧业发展仍有很大的挑战。综上, 资源未充分利用、环境污染和生态破坏严重制约吉林省县域农业绿色发展, 究其原因是种植结构单一、优质农产品产量低, 农药、化肥等投入量较高, 畜牧业养殖数量不稳定, 下一步急需合理开发利用黑土地资源, 大力推广测土配方施肥、保护性耕作等优秀农业技术, 解决优质农产品供需矛盾等问题, 减少对生态环境的伤害, 全面推进吉林省县域的农业绿色发展。 吉林省梨树县作为全国农业生产先进县, 始终走在农业绿色发展的前沿, 本研究将其作为典型案例, 通过已构建的中国农业绿色发展指标体系, 结合Nufer-AGD模型, 从社会经济、食物生产、生态环境3个方面, 分析1994—2019年梨树县农业绿色发展指标特征及其变化规律, 进一步探究吉林省县域农业绿色发展的推动及制约因素。结果表明, 1994—2019年梨树县农业绿色发展整体水平稳步提升, Ⅰ、Ⅱ级指标占比由47%下降到23%, Ⅲ、Ⅳ级指标占比由22%上升到47%。在社会经济方面, 人均农业综合投入和农村居民人均可支配收入逐年增加, 2019年较1994年分别增长454.6%和866.7%; 人均蛋白摄入量和动物生产蛋白占比有良好的改善, 均达到Ⅳ级水平; 农业机械化动力虽呈现增长趋势, 但仍处在Ⅰ级水平, 有待提高。在食物生产方面, 单位农业产值能耗和农田化肥磷吸收利用效率多年来一直处于Ⅳ级水平, 但畜禽氮综合利用效率始终处在低级水平; 此外,农药、化肥氮投入均在2019年达到Ⅲ级水平, 但过程中不是持续增长, 受年限的影响较大。在生态环境方面, 截止到2019年, 单位耕地面积因氮投入产生的氮排放、氮盈余及环境代价均呈现好转趋势, 但畜禽粪尿综合利用率和单位耕地畜禽承载量始终处在Ⅰ级水平, 说明梨树县畜牧业发展仍有很大的挑战。综上, 资源未充分利用、环境污染和生态破坏严重制约吉林省县域农业绿色发展, 究其原因是种植结构单一、优质农产品产量低, 农药、化肥等投入量较高, 畜牧业养殖数量不稳定, 下一步急需合理开发利用黑土地资源, 大力推广测土配方施肥、保护性耕作等优秀农业技术, 解决优质农产品供需矛盾等问题, 减少对生态环境的伤害, 全面推进吉林省县域的农业绿色发展。
河北平原农业灌溉以电折水系数影响因素研究
李飞, 陶鹏, 齐永青, 李红军, 王鸿玺, 王宁, 裴宏伟, 张喜英
, doi: 10.12357/cjea.20220288
摘要(44) HTML(26) PDF(9)
摘要:
“以电折水”是一种农业灌溉用水的间接计量方法, 通过建立灌溉耗电量与取水量之间的定量关系, 实现利用灌溉耗电量数据间接求算灌溉用水量。以电折水系数是灌溉取水量与耗电量的比值, 其准确性是影响该方法进行灌溉用水间接计量的主要因素。本研究基于县域农业灌溉以电折水系数与地下水位监测结果, 分析了河北平原区以电折水系数的区域特征, 地下水埋深对以电折水系数的影响; 选择位于山前平原区的中国科学院栾城农业生态系统试验站为典型地点, 开展了机井用电量和抽水量关系的灌溉试验研究, 分析了灌溉时长、灌溉方式和季节等要素对以电折水系数取值的影响规律。本研究发现: 1)同等地下水埋深条件下, 山前平原区以电折水系数高于中东部平原区, 且随着地下水位埋深增加, 以电折水系数降低。地下水埋深每增加10 m, 山前平原区深层井以电折水系数降低0.64 m3∙kWh−1; 中东部平原区深层井降低0.42 m3∙kWh−1。2)灌溉试验结果表明, 机井的灌溉耗电量与取水量关系较为稳定, 同一机井不同次灌溉之间的以电折水系数波动幅度为5.7%; 受地下水水位季节性变化的影响, 3月上旬到6月中旬的灌溉季内以电折水系数季节性变化幅度约为±10%; 管灌、喷灌等不同灌溉方式对实际以电折水系数具有显著影响, 管灌比喷灌的以电折水系数高28.8%。3)目前的河北平原县域以电折水系数测算结果尚不能满足农户灌溉用水计量和水权、水资源税核定的需求, 应考虑地下水季节性变化、灌溉技术类型差异和非灌溉用电的影响, 进一步提高以电折水方法的计量精度。 “以电折水”是一种农业灌溉用水的间接计量方法, 通过建立灌溉耗电量与取水量之间的定量关系, 实现利用灌溉耗电量数据间接求算灌溉用水量。以电折水系数是灌溉取水量与耗电量的比值, 其准确性是影响该方法进行灌溉用水间接计量的主要因素。本研究基于县域农业灌溉以电折水系数与地下水位监测结果, 分析了河北平原区以电折水系数的区域特征, 地下水埋深对以电折水系数的影响; 选择位于山前平原区的中国科学院栾城农业生态系统试验站为典型地点, 开展了机井用电量和抽水量关系的灌溉试验研究, 分析了灌溉时长、灌溉方式和季节等要素对以电折水系数取值的影响规律。本研究发现: 1)同等地下水埋深条件下, 山前平原区以电折水系数高于中东部平原区, 且随着地下水位埋深增加, 以电折水系数降低。地下水埋深每增加10 m, 山前平原区深层井以电折水系数降低0.64 m3∙kWh−1; 中东部平原区深层井降低0.42 m3∙kWh−1。2)灌溉试验结果表明, 机井的灌溉耗电量与取水量关系较为稳定, 同一机井不同次灌溉之间的以电折水系数波动幅度为5.7%; 受地下水水位季节性变化的影响, 3月上旬到6月中旬的灌溉季内以电折水系数季节性变化幅度约为±10%; 管灌、喷灌等不同灌溉方式对实际以电折水系数具有显著影响, 管灌比喷灌的以电折水系数高28.8%。3)目前的河北平原县域以电折水系数测算结果尚不能满足农户灌溉用水计量和水权、水资源税核定的需求, 应考虑地下水季节性变化、灌溉技术类型差异和非灌溉用电的影响, 进一步提高以电折水方法的计量精度。
“十三五”国家重点研发计划农田有毒有害化学/生物污染研究方向立项实施情况与成果产出分析
徐长春, 刘婕, 熊炜
, doi: 10.12357/cjea.20220823
摘要(37) HTML(18) PDF(11)
摘要:
农田有毒有害化学/生物污染是国内外农业生态环境研究领域的新兴方向。本文结合国家重点研发计划组织管理工作, 对“十三五”期间“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”重点专项中农田有毒有害化学/生物污染研究方向项目的申请受理、评审、立项实施等情况进行了回顾梳理, 分析了成果产出情况并对标志性成果进行介绍, 为未来我国农田有机和生物污染研究工作和相关科技计划规划布局提供参考借鉴。 农田有毒有害化学/生物污染是国内外农业生态环境研究领域的新兴方向。本文结合国家重点研发计划组织管理工作, 对“十三五”期间“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”重点专项中农田有毒有害化学/生物污染研究方向项目的申请受理、评审、立项实施等情况进行了回顾梳理, 分析了成果产出情况并对标志性成果进行介绍, 为未来我国农田有机和生物污染研究工作和相关科技计划规划布局提供参考借鉴。
干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫的相互作用
舒园, 居静, 赵海涛, 郝彦宾, 李林峰
, doi: 10.12357/cjea.20220140
摘要(40) HTML(18) PDF(7)
摘要:
全球气候变化下的营养级相互作用对生态系统的影响至关重要, 尤其以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用在植食性昆虫和多营养级群落中占有重要地位。此外全球气候变化, 干旱事件出现的频率和强度极有可能增加, 因此通过研究干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用, 对预测全球气候变化下对生态系统的影响极其必要。本文通过查阅大量相关研究文献发现: 1)当前气候下地上与地下植食性昆虫的相互作用主要是建立在“植物胁迫假说”和“防御诱导假说”上, 并通过植食性昆虫到达寄主植物的顺序、植食性昆虫性能参数、植物生活史以及植食性昆虫的类型影响地上和地下植食性昆虫相互作用; 2)干旱胁迫对植物的影响建立在“生长-分化”假说上, 目前这一理论得到了一定支持; 3)干旱胁迫可引起植物生理的改变从而影响植物与地上食叶昆虫(咀嚼类、刺吸式)间的相互关系; 4)干旱胁迫下植物与地下食根昆虫的相互研究较少, 目前仅有的研究认为干旱与地下食根昆虫造成的植物根系伤害可能是叠加的; 5)干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用可能受到植食性昆虫种类, 植物种类, 植物防御化合物的类型、浓度和分布, 植物激素, 植物适口性, 植物群落以及生境等的影响; 6)今后关于干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫相互作用的研究还需进一步缩小试验局限性: 如长期实地试验, 扩大试验范围(如纳入更多植物以及植食性昆虫种类等), 创新试验方法等充分探讨相互作用之间的主导机制。 全球气候变化下的营养级相互作用对生态系统的影响至关重要, 尤其以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用在植食性昆虫和多营养级群落中占有重要地位。此外全球气候变化, 干旱事件出现的频率和强度极有可能增加, 因此通过研究干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用, 对预测全球气候变化下对生态系统的影响极其必要。本文通过查阅大量相关研究文献发现: 1)当前气候下地上与地下植食性昆虫的相互作用主要是建立在“植物胁迫假说”和“防御诱导假说”上, 并通过植食性昆虫到达寄主植物的顺序、植食性昆虫性能参数、植物生活史以及植食性昆虫的类型影响地上和地下植食性昆虫相互作用; 2)干旱胁迫对植物的影响建立在“生长-分化”假说上, 目前这一理论得到了一定支持; 3)干旱胁迫可引起植物生理的改变从而影响植物与地上食叶昆虫(咀嚼类、刺吸式)间的相互关系; 4)干旱胁迫下植物与地下食根昆虫的相互研究较少, 目前仅有的研究认为干旱与地下食根昆虫造成的植物根系伤害可能是叠加的; 5)干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫之间的相互作用可能受到植食性昆虫种类, 植物种类, 植物防御化合物的类型、浓度和分布, 植物激素, 植物适口性, 植物群落以及生境等的影响; 6)今后关于干旱胁迫下以植物为介导的地上和地下植食性昆虫相互作用的研究还需进一步缩小试验局限性: 如长期实地试验, 扩大试验范围(如纳入更多植物以及植食性昆虫种类等), 创新试验方法等充分探讨相互作用之间的主导机制。
基于Aqua Crop的南宁市甘蔗响应气象干旱情景模拟
杨云川, 程禹灏, 梁丽青, 廖丽萍, 王婷艳, 张会娅, 杨星星, 胡甲秋
, doi: 10.12357/cjea.20220315
摘要(39) HTML(25) PDF(9)
摘要:
南宁市多低山丘陵、岩溶发育, 甘蔗种植以雨养为主, 气象干旱造成的土壤水分亏缺一直是影响该区域甘蔗生长和产量累积的主要因子, 多年来旱灾造成的甘蔗产量损失巨大。为此, 本文基于1979—2018年0.1°格点逐日气象数据, 计算逐日标准化加权平均降水指数(SWAP)并分析了南宁市气象干旱特征及其在甘蔗生育期的可能发生情景, 并采用水分要素驱动的Aqua Crop作物模型, 开展了该区域甘蔗生长、生物量及产量累积过程对不同强度、历时的气象干旱的响应机制模拟研究。结果表明: 经扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)对作物模型参数进行敏感性分析和本地化率定后, 该模型模拟研究区的甘蔗产量拟合精度达0.92、均方根误差百分率为3.84%。历时典型气象干旱年情景模拟表明: 产量和生物量累积对各强度气象干旱均有显著响应, 蒸腾量变化只有在分蘖期和伸长期对气象干旱的响应敏感, 而冠层覆盖度对气象干旱的响应具有显著的滞后递减特征。甘蔗各生育期的气象干旱情景模拟发现: 萌芽期发生轻、中旱历时达15 d及以上时甘蔗的上述4个要素开始出现显著响应, 伸长期发生轻、中和重旱历时为5 d及以上时, 甘蔗各要素即出现显著响应, 而成熟期基本不受气象干旱影响。各强度气象干旱情景下, 甘蔗的产量、生物量、蒸腾量的减少率随干旱历时的变化分别为0%~24.0%、0%~18.5%及0%~15.9% (轻旱历时5~35 d), 25.0%~37.0%、20.0%~29.3%及8.0%~24.4% (中旱历时15~45 d), 33.5%~40.0%、26.2%~31.7%及18.9%~25.7% (重旱历时35~50 d)。上述成果揭示了研究区甘蔗生长过程及累计产量等与各强度、历时气象干旱之间的定量映射关系, 可为南宁市解析气象干旱-土壤水分-甘蔗长势的旱灾链式传递机理、多阶段旱灾预警及旱灾动态风险智慧调控等奠定科学基础。 南宁市多低山丘陵、岩溶发育, 甘蔗种植以雨养为主, 气象干旱造成的土壤水分亏缺一直是影响该区域甘蔗生长和产量累积的主要因子, 多年来旱灾造成的甘蔗产量损失巨大。为此, 本文基于1979—2018年0.1°格点逐日气象数据, 计算逐日标准化加权平均降水指数(SWAP)并分析了南宁市气象干旱特征及其在甘蔗生育期的可能发生情景, 并采用水分要素驱动的Aqua Crop作物模型, 开展了该区域甘蔗生长、生物量及产量累积过程对不同强度、历时的气象干旱的响应机制模拟研究。结果表明: 经扩展傅里叶幅度检验法(EFAST)对作物模型参数进行敏感性分析和本地化率定后, 该模型模拟研究区的甘蔗产量拟合精度达0.92、均方根误差百分率为3.84%。历时典型气象干旱年情景模拟表明: 产量和生物量累积对各强度气象干旱均有显著响应, 蒸腾量变化只有在分蘖期和伸长期对气象干旱的响应敏感, 而冠层覆盖度对气象干旱的响应具有显著的滞后递减特征。甘蔗各生育期的气象干旱情景模拟发现: 萌芽期发生轻、中旱历时达15 d及以上时甘蔗的上述4个要素开始出现显著响应, 伸长期发生轻、中和重旱历时为5 d及以上时, 甘蔗各要素即出现显著响应, 而成熟期基本不受气象干旱影响。各强度气象干旱情景下, 甘蔗的产量、生物量、蒸腾量的减少率随干旱历时的变化分别为0%~24.0%、0%~18.5%及0%~15.9% (轻旱历时5~35 d), 25.0%~37.0%、20.0%~29.3%及8.0%~24.4% (中旱历时15~45 d), 33.5%~40.0%、26.2%~31.7%及18.9%~25.7% (重旱历时35~50 d)。上述成果揭示了研究区甘蔗生长过程及累计产量等与各强度、历时气象干旱之间的定量映射关系, 可为南宁市解析气象干旱-土壤水分-甘蔗长势的旱灾链式传递机理、多阶段旱灾预警及旱灾动态风险智慧调控等奠定科学基础。
耦合PLUS-INVEST模型的多情景土地利用变化及其对碳储量影响研究
雒舒琪, 胡晓萌, 张鑫, 孙媛, 闫彩
, doi: 10.12357/cjea.20220520
摘要:
土地利用/覆被变化(LUCC)是陆地生态系统碳储量变化的重要原因, LUCC往往受到政策的限制, 从而影响碳储量变化。预测政策指引下的西安市2030年LUCC, 分析其对碳储量的影响, 对西安市政策制定、土地利用结构调整、实现“双碳”目标具有重要意义。本研究基于2000年、2010年、2020年土地利用数据(LULC), 选取11个驱动因子, 根据西安市“十四五”政策规划建立自然发展(Q1)、生态保护(Q2)和城镇发展(Q3) 3个情景, 采用PLUS模型预测并分析西安市2030年土地利用空间分布格局, 并耦合InVEST模型评估西安市在不同发展情景的碳储量并分析碳储量变化。研究表明: 1)PLUS模型在西安市的适用性较强, 模型总体精度OA为0.923, Kappa系数为0.88。2)2000—2020年西安市建设面积、草地、水体数量增加, 耕地、林地、湿地面积减少, 从转移方向上看, 主要由耕地转为建设用地。3)Q1延续了以往发展模式, Q2林地、水体等生态用地数量均较2020年有所增加, Q3建设用地大幅增加, 增幅高达10.42%。4)LUCC是导致生态系统碳储量变化的主要原因, Q1碳储量总量较2020年减少373.28 t, 说明延续以往的发展模式会使碳储量总量减少; Q2碳储量总量较2020年增加564.73 t, 说明一定的生态保护措施保护了林地、湿地等生态用地和耕地的数量, 限制了碳密度较高的生态用地和耕地等转化成碳密度较低的建设用地, 可以减缓陆地生态系统碳储量减少趋势, 增加西安市碳储量; Q3碳储量减少734.15 t城市化进程的加快, 建设用地规模扩大, 大量的建设用地占用生态用地和耕地, 从而使碳储量大幅减少。研究表明建设用地大幅扩张侵占生态用地和耕地是造成生态系统碳储量流失的主要原因, 实施科学、合理的生态保护措施, 可以很好地解决因经济发展而造成的碳储量下降的问题。 土地利用/覆被变化(LUCC)是陆地生态系统碳储量变化的重要原因, LUCC往往受到政策的限制, 从而影响碳储量变化。预测政策指引下的西安市2030年LUCC, 分析其对碳储量的影响, 对西安市政策制定、土地利用结构调整、实现“双碳”目标具有重要意义。本研究基于2000年、2010年、2020年土地利用数据(LULC), 选取11个驱动因子, 根据西安市“十四五”政策规划建立自然发展(Q1)、生态保护(Q2)和城镇发展(Q3) 3个情景, 采用PLUS模型预测并分析西安市2030年土地利用空间分布格局, 并耦合InVEST模型评估西安市在不同发展情景的碳储量并分析碳储量变化。研究表明: 1)PLUS模型在西安市的适用性较强, 模型总体精度OA为0.923, Kappa系数为0.88。2)2000—2020年西安市建设面积、草地、水体数量增加, 耕地、林地、湿地面积减少, 从转移方向上看, 主要由耕地转为建设用地。3)Q1延续了以往发展模式, Q2林地、水体等生态用地数量均较2020年有所增加, Q3建设用地大幅增加, 增幅高达10.42%。4)LUCC是导致生态系统碳储量变化的主要原因, Q1碳储量总量较2020年减少373.28 t, 说明延续以往的发展模式会使碳储量总量减少; Q2碳储量总量较2020年增加564.73 t, 说明一定的生态保护措施保护了林地、湿地等生态用地和耕地的数量, 限制了碳密度较高的生态用地和耕地等转化成碳密度较低的建设用地, 可以减缓陆地生态系统碳储量减少趋势, 增加西安市碳储量; Q3碳储量减少734.15 t城市化进程的加快, 建设用地规模扩大, 大量的建设用地占用生态用地和耕地, 从而使碳储量大幅减少。研究表明建设用地大幅扩张侵占生态用地和耕地是造成生态系统碳储量流失的主要原因, 实施科学、合理的生态保护措施, 可以很好地解决因经济发展而造成的碳储量下降的问题。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220512
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, 可进一步揭示间作模式下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, 本试验在山西省晋中市太谷县武家堡示范区分别设置燕麦单作、燕麦||大豆、燕麦||赤小豆、燕麦||马铃薯、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||大豆间作模式最佳, 土地当量比(LER=1.56)最高。4种燕麦间作模式均显著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**), 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。 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, 可进一步揭示间作模式下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, 本试验在山西省晋中市太谷县武家堡示范区分别设置燕麦单作、燕麦||大豆、燕麦||赤小豆、燕麦||马铃薯、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||大豆间作模式最佳, 土地当量比(LER=1.56)最高。4种燕麦间作模式均显著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**), 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。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220498
摘要(19) HTML(16) PDF(3)
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(H)和患根肿病病株(D)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)、GaiellaDefluviicoccus、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四类细菌功能; 患根肿病植株根围土壤真菌群落中赤霉属(Gibberella)、梭孢壳属(Thielavia)、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。 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(H)和患根肿病病株(D)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)、GaiellaDefluviicoccus、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四类细菌功能; 患根肿病植株根围土壤真菌群落中赤霉属(Gibberella)、梭孢壳属(Thielavia)、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。
优化施肥对小麦-玉米轮作体系产量、养分平衡与生态环境效益的影响
杨慧敏, 杨云马, 黄少辉, 杨文方, 邢素丽, 杨军方, 贾良良
, doi: 10.12357/cjea.20220606
摘要(74) HTML(19) PDF(24)
摘要:
小麦-玉米轮作是华北平原主要的种植模式, 对保障我国粮食安全起着关键作用。本文系统研究了不施肥(CK)、优化施肥(OPT)和农户习惯施肥(FP)方式连续8年对小麦-玉米轮作体系产量、养分平衡、温室气体排放和经济效益的影响。结果表明, 小麦季、玉米季和周年轮作中, OPT较FP产量分别提高4.3%、5.3%和4.8%; 氮肥偏生产力分别提高39.1%、31.7%和35.9%; 磷肥偏生产力分别提高39.1%、40.4%和39.8%; 钾肥偏生产力分别降低47.8%、47.3%和47.6%; 温室气体排放量分别降低21.7%、21.1%和21.4%; 温室气体排放强度分别降低27.0%、27.5%和27.3%; 净收益分别提高11.2%、11.4%和11.3%, 农业生产成本分别降低3.7%、2.1%和3.1%, 环境修复成本分别降低28.4%、17.3%和22.1%。周年轮作中, OPT较FP氮素盈余量降低105 kg·hm−2 (46.3%); 磷素盈余量降低48 kg·hm−2 (53.3%); 钾素从亏缺1 kg·hm−2变为盈余59 kg·hm−2, 满足了作物生长需求。连续8年, OPT较FP土壤有机质含量提高5.3%, 速效钾提高12.3%, 有效磷降低27.8%。综上所述, 与农户习惯施肥(FP)相比, 优化施肥(OPT)具有高产、高收益以及环境友好的优势, 为华北平原小麦-玉米轮作体系高效绿色生产提供了科学依据。 小麦-玉米轮作是华北平原主要的种植模式, 对保障我国粮食安全起着关键作用。本文系统研究了不施肥(CK)、优化施肥(OPT)和农户习惯施肥(FP)方式连续8年对小麦-玉米轮作体系产量、养分平衡、温室气体排放和经济效益的影响。结果表明, 小麦季、玉米季和周年轮作中, OPT较FP产量分别提高4.3%、5.3%和4.8%; 氮肥偏生产力分别提高39.1%、31.7%和35.9%; 磷肥偏生产力分别提高39.1%、40.4%和39.8%; 钾肥偏生产力分别降低47.8%、47.3%和47.6%; 温室气体排放量分别降低21.7%、21.1%和21.4%; 温室气体排放强度分别降低27.0%、27.5%和27.3%; 净收益分别提高11.2%、11.4%和11.3%, 农业生产成本分别降低3.7%、2.1%和3.1%, 环境修复成本分别降低28.4%、17.3%和22.1%。周年轮作中, OPT较FP氮素盈余量降低105 kg·hm−2 (46.3%); 磷素盈余量降低48 kg·hm−2 (53.3%); 钾素从亏缺1 kg·hm−2变为盈余59 kg·hm−2, 满足了作物生长需求。连续8年, OPT较FP土壤有机质含量提高5.3%, 速效钾提高12.3%, 有效磷降低27.8%。综上所述, 与农户习惯施肥(FP)相比, 优化施肥(OPT)具有高产、高收益以及环境友好的优势, 为华北平原小麦-玉米轮作体系高效绿色生产提供了科学依据。
辽宁省不同地貌区耕地景观格局与耕地质量空间关联特征及作用机制
钱凤魁, 逄然然, 于洋, 徐欢, 韩春兰
, doi: 10.12357/cjea.20220392
摘要(33) HTML(16) PDF(11)
摘要:
探讨耕地景观格局与耕地质量的关联特征对实施耕地三位一体保护具有重要支撑作用。现有研究缺乏耕地景观格局指数对耕地质量的作用机制分析, 制约了从耕地景观格局角度提升耕地质量工作的发展。为此, 本文以辽宁省中部平原区、东部山地区和西部丘陵区为研究对象, 运用空间自相关分析法探讨不同地貌区耕地景观格局指数与耕地质量之间的关联特征, 应用空间误差模型分析各个耕地景观格局指数对不同地貌区耕地质量的具体作用影响。研究表明: 1)不同地貌区耕地景观格局综合指数和耕地质量整体呈现中部平原区较优, 西部丘陵区和东部山地区较差的综合特征。2)不同地貌区耕地景观格局综合指数与耕地质量之间存在正向关联性, 其中东部山地区最为显著, 相关系数达到0.45。中部平原区居中, 相关系数为0.24。西部丘陵区较低, 相关系数仅为0.17。3)不同地貌区耕地景观格局指数对耕地质量作用影响机制不同。其中最大斑块指数对不同地貌区耕地质量提升均具有显著影响; 而景观形状指数、平均斑块大小、聚合度指数分别对中部平原区、东部山地区、西部丘陵区耕地质量提升影响较大。研究成果揭示了不同地貌区的耕地景观格局指数与耕地质量之间具有不同程度的正向关联性, 同时各个耕地景观格局指数对不同地貌区耕地质量作用影响不同, 为实现耕地景观格局与耕地质量高效协同作用提供借鉴。 探讨耕地景观格局与耕地质量的关联特征对实施耕地三位一体保护具有重要支撑作用。现有研究缺乏耕地景观格局指数对耕地质量的作用机制分析, 制约了从耕地景观格局角度提升耕地质量工作的发展。为此, 本文以辽宁省中部平原区、东部山地区和西部丘陵区为研究对象, 运用空间自相关分析法探讨不同地貌区耕地景观格局指数与耕地质量之间的关联特征, 应用空间误差模型分析各个耕地景观格局指数对不同地貌区耕地质量的具体作用影响。研究表明: 1)不同地貌区耕地景观格局综合指数和耕地质量整体呈现中部平原区较优, 西部丘陵区和东部山地区较差的综合特征。2)不同地貌区耕地景观格局综合指数与耕地质量之间存在正向关联性, 其中东部山地区最为显著, 相关系数达到0.45。中部平原区居中, 相关系数为0.24。西部丘陵区较低, 相关系数仅为0.17。3)不同地貌区耕地景观格局指数对耕地质量作用影响机制不同。其中最大斑块指数对不同地貌区耕地质量提升均具有显著影响; 而景观形状指数、平均斑块大小、聚合度指数分别对中部平原区、东部山地区、西部丘陵区耕地质量提升影响较大。研究成果揭示了不同地貌区的耕地景观格局指数与耕地质量之间具有不同程度的正向关联性, 同时各个耕地景观格局指数对不同地貌区耕地质量作用影响不同, 为实现耕地景观格局与耕地质量高效协同作用提供借鉴。
蚯蚓粘液-秸秆炭共同作用对生活污泥堆肥中重金属影响*
郇辉辉, 储昭霞, 王兴明, 范廷玉, 董众兵, 徐晓平, 甄泉, 张佳妹, 代碧波, 邓瑞来
, doi: 10.12357/cjea.20220253
摘要:
生活污泥中富含的重金属限制其资源再利用,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,与对照组相比,粘液堆肥污泥后pH升高了1.42%,TN、TP降低了7.87%、14.18%,而粘液协同秸秆炭堆肥污泥后,污泥逐渐呈碱性,EC值提升了5.71%~9.58%,OM含量也提升了7.71%~24.60%,变得较为丰富,但植物养分产生损失。在添加粘液对污泥堆肥后,重金属总量均表现出不同程度的下降,Ni、Zn、Pb的较活泼形态朝着难以降解的残渣态转化,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逐步朝着稳定的残渣态转化,而有机结合态Cu却朝着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%秸秆炭处理污泥中重金属较为理想。 生活污泥中富含的重金属限制其资源再利用,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,与对照组相比,粘液堆肥污泥后pH升高了1.42%,TN、TP降低了7.87%、14.18%,而粘液协同秸秆炭堆肥污泥后,污泥逐渐呈碱性,EC值提升了5.71%~9.58%,OM含量也提升了7.71%~24.60%,变得较为丰富,但植物养分产生损失。在添加粘液对污泥堆肥后,重金属总量均表现出不同程度的下降,Ni、Zn、Pb的较活泼形态朝着难以降解的残渣态转化,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逐步朝着稳定的残渣态转化,而有机结合态Cu却朝着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%秸秆炭处理污泥中重金属较为理想。
不同类型村庄对耕地近地表节肢动物分布的影响
边振兴, 刘尧, 王楚翘, 孙治权, 于淼
, doi: 10.12357/cjea.20220286
摘要(12) HTML(17) PDF(2)
摘要:
农业景观中村庄多分布在耕地内部或周边, 是一种特殊的非耕作生境, 但其对耕地生物多样性如何作用尚不明朗。本研究选择了辽宁省昌图县南部的3类村庄(内含高、中、低比例半自然生境), 使用陷阱法调查了村庄相邻耕地不同距离处近地表节肢动物分布情况, 采用方差分析和稀疏外推曲线探究了村庄类型、距离梯度对耕地近地表节肢动物群落整体与不同功能团的影响。结果表明: 1)村庄相邻耕地中植食性物种数量最多, 占总数量75.34%, 为研究样地近地表节肢动物主要营养级; 其次为捕食性物种, 占总数量17.94%。2)村庄相邻耕地近地表节肢动物多样性和优势度均呈从农田边缘向耕地内部递减趋势。较高比例的半自然生境可使得村庄成为近地表节肢动物迁移源地。3)村庄可增进耕地捕食性天敌的丰富程度, 但也会扩大植食性物种的活动密度, 而内部含有较高比例半自然生境的村庄能够促进更多捕食性天敌扩散至耕地, 进一步遏制害虫爆发。综上, 村庄作为一种特殊的非耕作生境类型, 其内部是否残存或重建半自然生境及其比例大小是对相邻耕地生物多样性产生影响的关键。增加村庄内部半自然生境面积, 例如在闲置宅基地种植花卉、树篱等, 使其成为捕食性天敌的栖身地与避难所, 在害虫爆发时增益农田生物防控效应。 农业景观中村庄多分布在耕地内部或周边, 是一种特殊的非耕作生境, 但其对耕地生物多样性如何作用尚不明朗。本研究选择了辽宁省昌图县南部的3类村庄(内含高、中、低比例半自然生境), 使用陷阱法调查了村庄相邻耕地不同距离处近地表节肢动物分布情况, 采用方差分析和稀疏外推曲线探究了村庄类型、距离梯度对耕地近地表节肢动物群落整体与不同功能团的影响。结果表明: 1)村庄相邻耕地中植食性物种数量最多, 占总数量75.34%, 为研究样地近地表节肢动物主要营养级; 其次为捕食性物种, 占总数量17.94%。2)村庄相邻耕地近地表节肢动物多样性和优势度均呈从农田边缘向耕地内部递减趋势。较高比例的半自然生境可使得村庄成为近地表节肢动物迁移源地。3)村庄可增进耕地捕食性天敌的丰富程度, 但也会扩大植食性物种的活动密度, 而内部含有较高比例半自然生境的村庄能够促进更多捕食性天敌扩散至耕地, 进一步遏制害虫爆发。综上, 村庄作为一种特殊的非耕作生境类型, 其内部是否残存或重建半自然生境及其比例大小是对相邻耕地生物多样性产生影响的关键。增加村庄内部半自然生境面积, 例如在闲置宅基地种植花卉、树篱等, 使其成为捕食性天敌的栖身地与避难所, 在害虫爆发时增益农田生物防控效应。
叶片绒毛和气孔对冬小麦叶面吸收多环芳烃的影响
王晋峰, 李嘉, 蔡军, 吴福勇
, doi: 10.12357/cjea.20220314
摘要(20) HTML(16) PDF(1)
摘要:
为探讨冬小麦叶面结构对多环芳烃(PAHs)吸收的影响, 本研究采用室内模拟大气PAHs (1.25 mg∙L−1和6.0 mg∙L−1)暴露试验, 比较7种不同基因型冬小麦叶片绒毛和气孔的差异特征, 分析其与叶片中PAHs之间的关系, 揭示冬小麦叶片绒毛和气孔对PAHs吸收的影响及机制。结果表明: 大多数冬小麦品种叶片背面比正面有更大的绒毛密度和长度, 而气孔密度和面积则相反。在所有小麦品种中, ‘郑麦7698’的叶片两面绒毛密度和长度均最高, 而‘长武521’正面绒毛密度最低。‘郑麦7698’叶片正面气孔密度显著(P<0.05)高于‘仓麦6005’ ‘长武521’ ‘小偃22’, 且‘仓麦6005’ ‘小偃22’ ‘中麦175’叶片正面气孔面积显著高于其他小麦品种。‘长武521’叶片5种PAHs浓度显著低于其他小麦品种, 这与其较小的气孔、绒毛长度及密度有关。在6.0 mg∙L−1暴露浓度下小麦叶片PAHs浓度随着分子量的增大而降低。此外, 叶片正面绒毛密度和长度与叶片中菲(PHE)和PAHs总浓度呈显著正相关关系, 由于PHE较高的挥发性和较低的分子量易被叶片富集。叶片正面气孔密度与叶片PHE和5种PAHs总浓度呈显著正相关关系, 表明叶片正面气孔分布越密集, 其对PHE吸收能力越强。主成分分析(PCA)也说明叶片绒毛密度是冬小麦叶片PAHs累积的关键驱动因子。因此, 选择叶片绒毛稀疏的冬小麦品种可降低污染区PAHs的人体健康风险。 为探讨冬小麦叶面结构对多环芳烃(PAHs)吸收的影响, 本研究采用室内模拟大气PAHs (1.25 mg∙L−1和6.0 mg∙L−1)暴露试验, 比较7种不同基因型冬小麦叶片绒毛和气孔的差异特征, 分析其与叶片中PAHs之间的关系, 揭示冬小麦叶片绒毛和气孔对PAHs吸收的影响及机制。结果表明: 大多数冬小麦品种叶片背面比正面有更大的绒毛密度和长度, 而气孔密度和面积则相反。在所有小麦品种中, ‘郑麦7698’的叶片两面绒毛密度和长度均最高, 而‘长武521’正面绒毛密度最低。‘郑麦7698’叶片正面气孔密度显著(P<0.05)高于‘仓麦6005’ ‘长武521’ ‘小偃22’, 且‘仓麦6005’ ‘小偃22’ ‘中麦175’叶片正面气孔面积显著高于其他小麦品种。‘长武521’叶片5种PAHs浓度显著低于其他小麦品种, 这与其较小的气孔、绒毛长度及密度有关。在6.0 mg∙L−1暴露浓度下小麦叶片PAHs浓度随着分子量的增大而降低。此外, 叶片正面绒毛密度和长度与叶片中菲(PHE)和PAHs总浓度呈显著正相关关系, 由于PHE较高的挥发性和较低的分子量易被叶片富集。叶片正面气孔密度与叶片PHE和5种PAHs总浓度呈显著正相关关系, 表明叶片正面气孔分布越密集, 其对PHE吸收能力越强。主成分分析(PCA)也说明叶片绒毛密度是冬小麦叶片PAHs累积的关键驱动因子。因此, 选择叶片绒毛稀疏的冬小麦品种可降低污染区PAHs的人体健康风险。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220422
摘要(24) HTML(8) PDF(4)
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VIIRS (visible infrared imaging radiometer suite)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数据, 与SRTM DEM数据和气象观测数据输入SEBS (surface energy balance system)模型, 估算了2016年至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农田蒸散量的时间特征表现为自返青期后日蒸散量逐渐上升, 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, 在各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。 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VIIRS (visible infrared imaging radiometer suite)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数据, 与SRTM DEM数据和气象观测数据输入SEBS (surface energy balance system)模型, 估算了2016年至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农田蒸散量的时间特征表现为自返青期后日蒸散量逐渐上升, 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, 在各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。
品种混作的生态学机制和筛选指导原则
侯赛赛, 王蕾, 许华森, 王红, 王鑫鑫
, doi: 10.12357/cjea.20220508
摘要(35) HTML(29) PDF(10)
摘要:
随着社会经济发展和人口的不断增加, 我国农业种植结构逐渐单一化, 农业系统的生物多样性急剧降低, 农业发展面临着确保粮食安全和可持续发展的挑战。本文回顾了生态学和农业研究中的品种混作的生态学机制(互补效应、选择效应、抗病原菌机制、菌根共生机制和植物-土壤反馈效应), 描述了品种混作存在的潜在风险, 混作效果受品种、环境和管理方式等多方面的影响。对自然和农业系统中品种混作的研究表明, 品种混作提高了物种和物种内的遗传多样性, 多样性的提高通常有益于生态系统的功能, 在提高作物生产力和减少病虫害方面具有重要意义。我们总结了混作品种的筛选原则以及功能性状评价依据。混作品种的筛选应基于功能性状、目标导向和实际的生产需求, 以产量、产量稳定性和抗胁迫能力等指标对混作性能进行综合性评价。 随着社会经济发展和人口的不断增加, 我国农业种植结构逐渐单一化, 农业系统的生物多样性急剧降低, 农业发展面临着确保粮食安全和可持续发展的挑战。本文回顾了生态学和农业研究中的品种混作的生态学机制(互补效应、选择效应、抗病原菌机制、菌根共生机制和植物-土壤反馈效应), 描述了品种混作存在的潜在风险, 混作效果受品种、环境和管理方式等多方面的影响。对自然和农业系统中品种混作的研究表明, 品种混作提高了物种和物种内的遗传多样性, 多样性的提高通常有益于生态系统的功能, 在提高作物生产力和减少病虫害方面具有重要意义。我们总结了混作品种的筛选原则以及功能性状评价依据。混作品种的筛选应基于功能性状、目标导向和实际的生产需求, 以产量、产量稳定性和抗胁迫能力等指标对混作性能进行综合性评价。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220519
摘要(17) HTML(21) PDF(4)
摘要:
由烟草疫霉菌侵染引致的烟草黑胫病是我国烟草生产上具有毁灭性的重要土传病害, 防治困难。生物熏蒸是利用十字花科或菊科等植物在分解过程中产生的挥发性生物活性物质抑制或杀死土壤中有害生物的方法。十字花科芸薹属植物是一种重要的生物熏蒸材料。‘地隆1号’芥菜是由南京农业大学植物-疫霉互作实验室选育的一份硫甙含量高、生物量大、适应性强且生物熏蒸效果好的芥菜型油菜。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菌丝生长的抑制情况, 测定了其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, 通过电导率实验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EC50值为0.36 g, 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, 即可完全抑制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的电导率为对照组电导率的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%。本研究从‘地隆1号’芥菜鲜物质生物熏蒸对烟草疫霉菌的生长发育、生理生化性状和病菌致病力变化等方面的研究结果表明: ‘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。本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。 由烟草疫霉菌侵染引致的烟草黑胫病是我国烟草生产上具有毁灭性的重要土传病害, 防治困难。生物熏蒸是利用十字花科或菊科等植物在分解过程中产生的挥发性生物活性物质抑制或杀死土壤中有害生物的方法。十字花科芸薹属植物是一种重要的生物熏蒸材料。‘地隆1号’芥菜是由南京农业大学植物-疫霉互作实验室选育的一份硫甙含量高、生物量大、适应性强且生物熏蒸效果好的芥菜型油菜。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菌丝生长的抑制情况, 测定了其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, 通过电导率实验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EC50值为0.36 g, 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, 即可完全抑制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的电导率为对照组电导率的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%。本研究从‘地隆1号’芥菜鲜物质生物熏蒸对烟草疫霉菌的生长发育、生理生化性状和病菌致病力变化等方面的研究结果表明: ‘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。本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。
日本农业绿色发展的路径、成效与政策启示
马健, 虞昊, 周佳
, doi: 10.12357/cjea.20220372
摘要:
推进农业绿色发展是实现农业农村现代化发展的重要方向。日本自20世纪70年代以来逐渐形成了以有机农业和环境保全型农业为主要路径的农业绿色发展模式。通过创新组织机构、构建完善的法律体系、强化优良案例的引导作用等主要举措, 在体系建设、政策支持、生态农户认定、化学品投入减量化等方面取得了一定的成效。本文采用归纳法系统梳理日本农业绿色发展相关组织机构创新与法律法规体系的演变, 通过案例分析总结对比优良案例的成功路径与主要经验。研究发现, 首先, 日本通过社会团体、议员联盟、有机学会等组织机构的创设, 逐渐形成了官民一体的协同推进机制。其次, 行政主管部门不断完善支持农业绿色发展的相关政策, 逐步构建了较为精准的法律法规支援体系。同时, 为了鼓励和激励农业经营主体选择绿色生产行为, 日本农林主管部门设置了具有日本特色的各项荣誉, 涌现出众多的优良事例, 为日本农业绿色可持续发展起到了良好的示范和带头作用。尽管如此, 日本农业绿色发展整体规模在国家农业布局中仍属小众化产业, 虽然环境保全型农业的普及率实现了较大幅度的增长, 但仍然面临生态农户数量不断萎缩、绿色农产品溢价空间有限、有机农业规模与认证面积相对较小等现实难题。为应对上述挑战, 日本采取了大力培育新型农业经营主体, 积极推进有机农业国际化发展; 立足“产消连携”, 创造地域环境共生产业链等创新路径。基于此, 对我国农业绿色高质量发展提出以下建议: 明确农业绿色发展路径, 建立化学品投入减量化技术标准; 制定生态农户认定制度, 培育农业绿色发展接班人; 重视发挥社会学术团体的功能与作用, 营造农业绿色发展法治化环境; 立足优质农产品“地产地消”, 构建绿色农产品全国统一大市场。 推进农业绿色发展是实现农业农村现代化发展的重要方向。日本自20世纪70年代以来逐渐形成了以有机农业和环境保全型农业为主要路径的农业绿色发展模式。通过创新组织机构、构建完善的法律体系、强化优良案例的引导作用等主要举措, 在体系建设、政策支持、生态农户认定、化学品投入减量化等方面取得了一定的成效。本文采用归纳法系统梳理日本农业绿色发展相关组织机构创新与法律法规体系的演变, 通过案例分析总结对比优良案例的成功路径与主要经验。研究发现, 首先, 日本通过社会团体、议员联盟、有机学会等组织机构的创设, 逐渐形成了官民一体的协同推进机制。其次, 行政主管部门不断完善支持农业绿色发展的相关政策, 逐步构建了较为精准的法律法规支援体系。同时, 为了鼓励和激励农业经营主体选择绿色生产行为, 日本农林主管部门设置了具有日本特色的各项荣誉, 涌现出众多的优良事例, 为日本农业绿色可持续发展起到了良好的示范和带头作用。尽管如此, 日本农业绿色发展整体规模在国家农业布局中仍属小众化产业, 虽然环境保全型农业的普及率实现了较大幅度的增长, 但仍然面临生态农户数量不断萎缩、绿色农产品溢价空间有限、有机农业规模与认证面积相对较小等现实难题。为应对上述挑战, 日本采取了大力培育新型农业经营主体, 积极推进有机农业国际化发展; 立足“产消连携”, 创造地域环境共生产业链等创新路径。基于此, 对我国农业绿色高质量发展提出以下建议: 明确农业绿色发展路径, 建立化学品投入减量化技术标准; 制定生态农户认定制度, 培育农业绿色发展接班人; 重视发挥社会学术团体的功能与作用, 营造农业绿色发展法治化环境; 立足优质农产品“地产地消”, 构建绿色农产品全国统一大市场。
地下水浅埋区层状土壤结构对包气带硝态氮累积和淋失的影响
王士军, 田路遥, 刘丙霞
, doi: 10.12357/cjea.20220409
摘要(22) HTML(22) PDF(2)
摘要:
农业过量施氮造成包气带硝态氮(NO3-N)累积与地下水NO3-N污染加剧, 明确非均质层状土壤结构对NO3-N迁移过程的影响对防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。华北低平原区非均质层状土壤结构广布, 地下水埋藏浅, 硝态氮淋滤路径短, 是地下水污染的敏感区域。本研究选择位于河北省沧州市南皮县的3个非均质层状土壤结构剖面(P1: 含多个30 cm薄黏壤土夹层的无施肥草地; P2: 含多个30 cm薄黏壤土夹层的农田; P3: 含140 cm厚黏壤土夹层的农田)和1个对照剖面(P4: 相对均质的粉壤土农田), 研究含黏壤土夹层的层状土壤结构以及农业施肥对包气带NO3-N累积与淋失规律的影响。结果表明, NO3-N累积分布层位与黏壤土层深度和厚度相关, 3个非均质层状土壤剖面NO3-N含量均高于相对均质粉壤土剖面, 且非均质农田中P3剖面NO3-N浓度峰值(238 mg∙L−1)和累积层厚度(100~250 cm)均最大。2018年雨季不同厚度黏壤土夹层剖面NO3-N 淋失量: P3 (31.2 kg∙hm−2) <P1 (193.3 kg∙hm−2) <P2 (583.1 kg∙hm−2), 说明含厚黏壤土夹层壤剖面对包气带NO3-N淋失的阻控效果显著优于含多个薄黏壤土夹层的剖面(P<0.05)。受含黏壤土夹层沉积结构和地下水浅埋深的影响, P2浅层地下水NO3-N浓度的超标率与平均增长速率(93%和2.14 mg∙L−1∙d−1)显著高于P4 (21%和0.53 mg∙ L−1∙d−1) (P<0.05)。研究明确了层状土壤剖面对NO3-N运移具有阻滞作用且粘壤土夹层越厚阻滞作用越强, 地下水NO3-N浓度受包气带层状土壤结构和地下水埋深二者的综合控制。研究结果可为地下水浅埋区地下水硝酸盐污染防治提供科学依据。 农业过量施氮造成包气带硝态氮(NO3-N)累积与地下水NO3-N污染加剧, 明确非均质层状土壤结构对NO3-N迁移过程的影响对防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。华北低平原区非均质层状土壤结构广布, 地下水埋藏浅, 硝态氮淋滤路径短, 是地下水污染的敏感区域。本研究选择位于河北省沧州市南皮县的3个非均质层状土壤结构剖面(P1: 含多个30 cm薄黏壤土夹层的无施肥草地; P2: 含多个30 cm薄黏壤土夹层的农田; P3: 含140 cm厚黏壤土夹层的农田)和1个对照剖面(P4: 相对均质的粉壤土农田), 研究含黏壤土夹层的层状土壤结构以及农业施肥对包气带NO3-N累积与淋失规律的影响。结果表明, NO3-N累积分布层位与黏壤土层深度和厚度相关, 3个非均质层状土壤剖面NO3-N含量均高于相对均质粉壤土剖面, 且非均质农田中P3剖面NO3-N浓度峰值(238 mg∙L−1)和累积层厚度(100~250 cm)均最大。2018年雨季不同厚度黏壤土夹层剖面NO3-N 淋失量: P3 (31.2 kg∙hm−2) <P1 (193.3 kg∙hm−2) <P2 (583.1 kg∙hm−2), 说明含厚黏壤土夹层壤剖面对包气带NO3-N淋失的阻控效果显著优于含多个薄黏壤土夹层的剖面(P<0.05)。受含黏壤土夹层沉积结构和地下水浅埋深的影响, P2浅层地下水NO3-N浓度的超标率与平均增长速率(93%和2.14 mg∙L−1∙d−1)显著高于P4 (21%和0.53 mg∙ L−1∙d−1) (P<0.05)。研究明确了层状土壤剖面对NO3-N运移具有阻滞作用且粘壤土夹层越厚阻滞作用越强, 地下水NO3-N浓度受包气带层状土壤结构和地下水埋深二者的综合控制。研究结果可为地下水浅埋区地下水硝酸盐污染防治提供科学依据。
设施农业的土壤健康调控技术研究进展
耿文丛, 马悦, 张玉雪, 朱峰
, doi: 10.12357/cjea.20220349
摘要(96) HTML(16) PDF(26)
摘要:
设施农业土壤健康问题已成为制约现代设施农业发展的瓶颈。了解设施农业土壤健康问题, 并设计举措进行健康调控, 对提高设施农业土壤生产力和其健康可持续发展有重要指导意义。本文总结了设施农业土壤健康的内涵及其评价指标, 论述了目前设施农业管理措施及土壤环境所存在的复种指数高、连作障碍、土传病害等一系列问题。针对上述问题, 围绕作物和土壤的调控技术, 从优化种植结构、栽培抗性品种、调节养分、添加外源菌剂、构建人工微生物群落和调节食物网等方面阐述了设施农业土壤健康状况的调控技术。最后, 提出未来设施农业土壤健康调控措施研究中, 应构建设施农业土壤健康评价体系、拓展新的调控技术、推动制度建设等, 旨在为更深层次地研究设施农业的土壤健康调控技术提供参考。 设施农业土壤健康问题已成为制约现代设施农业发展的瓶颈。了解设施农业土壤健康问题, 并设计举措进行健康调控, 对提高设施农业土壤生产力和其健康可持续发展有重要指导意义。本文总结了设施农业土壤健康的内涵及其评价指标, 论述了目前设施农业管理措施及土壤环境所存在的复种指数高、连作障碍、土传病害等一系列问题。针对上述问题, 围绕作物和土壤的调控技术, 从优化种植结构、栽培抗性品种、调节养分、添加外源菌剂、构建人工微生物群落和调节食物网等方面阐述了设施农业土壤健康状况的调控技术。最后, 提出未来设施农业土壤健康调控措施研究中, 应构建设施农业土壤健康评价体系、拓展新的调控技术、推动制度建设等, 旨在为更深层次地研究设施农业的土壤健康调控技术提供参考。
丘陵山区单季中稻不同种植方式的经济与生态可持续性评估
唐荣莉, 唐兴隆, 张巫军, 段秀建, 李经勇, 姚雄
, doi: 10.12357/cjea.20220367
摘要(16) HTML(12) PDF(5)
摘要:
种植方式的改进是降低丘陵山区水稻生产成本、提高生产效率和增加种粮收入的重要措施。从成本收益和生态经济角度评估丘陵山区水稻不同种植方式的可持续性, 对于水稻产业绿色高质量发展具有重要意义。本文以全国粮食生产先进县——重庆市永川区的单季中稻为研究对象, 采用成本收益法以及能值分析法比较了人工种植、机插秧种植、直播种植等不同水稻种植方式的主要生产环节及成本收益、能值结构和投入, 并基于农业资源环境指标、能值经济指标及可持续发展指标对不同单季中稻种植方式的生态可持续性进行了定量评估。结果表明, 3种单季中稻种植方式的主要生产环节、物质和人工投入、产量产值均存在差异。其中单季中稻直播种植方式的单产最高, 机插秧次之, 人工种植最低。3种种植方式的收益均偏低或处于亏损, 经济可持续性均较弱。能值投入结构分析表明, 3种中稻种植方式下可更新自然资源、不可更新环境资源均相同, 辅助能投入存在较大差异, 有机插秧模式>人工种植模式>直播模式。工业辅助能是辅助能投入的主要形式, 肥料投入和烘干环节的能耗是其主要构成部分。农业资源环境指标结果表明3种种植方式对农业生态环境所产生的压力均相对较小; 能值经济指标结果表明直播种植方式能值产投比优于机插秧种植和人工种植方式; 能值可持续发展指数表明3种单季中稻种植方式的稻作系统均以环境资源投入为主, 属于自然资源驱动型生态经济系统。综合而言, 研究区直播种植方式的社会经济及生态优势最高, 可因地制宜加强推广, 同时应充分挖掘降低水稻种植环节经济成本及能值投入的方法, 引导区域水稻生产良性发展。 种植方式的改进是降低丘陵山区水稻生产成本、提高生产效率和增加种粮收入的重要措施。从成本收益和生态经济角度评估丘陵山区水稻不同种植方式的可持续性, 对于水稻产业绿色高质量发展具有重要意义。本文以全国粮食生产先进县——重庆市永川区的单季中稻为研究对象, 采用成本收益法以及能值分析法比较了人工种植、机插秧种植、直播种植等不同水稻种植方式的主要生产环节及成本收益、能值结构和投入, 并基于农业资源环境指标、能值经济指标及可持续发展指标对不同单季中稻种植方式的生态可持续性进行了定量评估。结果表明, 3种单季中稻种植方式的主要生产环节、物质和人工投入、产量产值均存在差异。其中单季中稻直播种植方式的单产最高, 机插秧次之, 人工种植最低。3种种植方式的收益均偏低或处于亏损, 经济可持续性均较弱。能值投入结构分析表明, 3种中稻种植方式下可更新自然资源、不可更新环境资源均相同, 辅助能投入存在较大差异, 有机插秧模式>人工种植模式>直播模式。工业辅助能是辅助能投入的主要形式, 肥料投入和烘干环节的能耗是其主要构成部分。农业资源环境指标结果表明3种种植方式对农业生态环境所产生的压力均相对较小; 能值经济指标结果表明直播种植方式能值产投比优于机插秧种植和人工种植方式; 能值可持续发展指数表明3种单季中稻种植方式的稻作系统均以环境资源投入为主, 属于自然资源驱动型生态经济系统。综合而言, 研究区直播种植方式的社会经济及生态优势最高, 可因地制宜加强推广, 同时应充分挖掘降低水稻种植环节经济成本及能值投入的方法, 引导区域水稻生产良性发展。
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
, doi: 10.12357/cjea.20220371
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在35.2%~59.6%之间, 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的趋势, 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的趋势, 但降水量增加幅度大于作物需水量。本文在全国尺度上全国小麦生长季干湿状况时空变化进行了探究, 对农业正确应对气候变化具有重要的参考意义。 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在35.2%~59.6%之间, 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的趋势, 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的趋势, 但降水量增加幅度大于作物需水量。本文在全国尺度上全国小麦生长季干湿状况时空变化进行了探究, 对农业正确应对气候变化具有重要的参考意义。
黄土高原紫花苜蓿种植对土壤反硝化细菌群落的影响
孙鹏洲, 罗珠珠, 李玲玲, 牛伊宁, 王晓菲, 田建霞, 刘家鹤
, doi: 10.12357/cjea.20220250
摘要(32) HTML(18) PDF(3)
摘要:
本研究依托布设于黄土高原的长期定位试验, 以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象, 玉米(Zea mays)地为对照, 基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术, 结合冗余分析和分子生态网络构建, 通过微生物标志物(nirKnirS)对黄绵土区玉米农田和长期种植苜蓿土壤反硝化细菌群落结构和多样性展开研究。结果表明, 黄绵土区nirK基因丰度明显高于nirS基因丰度, 具有nirKnirS基因的反硝化细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria), nirK型反硝化细菌已分类优势属为副球菌属(Paracoccus, 1.10%~39.94%)、无色杆菌属(Achromobacter, 0.07%~12.50%)和中华根瘤菌属(Sinorhizobium, 0.50%~7.60%), 且苜蓿地中副球菌属相对丰度显著高于玉米农田(P<0.05), 随苜蓿种植年限延长相对丰度逐渐增加; 无色杆菌属相对丰度表现为苜蓿土壤显著低于玉米农田(P<0.05), 丰度随苜蓿种植年限的延长逐渐降低; nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属(Rhodanobacter, 1.45%~5.19%)。相关性分析表明, nirK反硝化基因丰度变化对土壤环境因子无明显响应, 而nirS反硝化基因丰度与土壤有机碳、全氮和微生物量碳呈显著正相关, 与土壤水分和有效磷呈显著负相关; 冗余分析结果表明, 土壤水分(P=0.002)和有机碳(P=0.02)是nirK型反硝化细菌群落组成变化的主导因子, 土壤有效磷(P=0.006)是nirS型反硝化细菌群落结构的产生变化的主导因子。分子生态网络分析表明, 黄绵土区nirK型和nirS型反硝化细菌群落间均以协同合作关系为主。长期种植苜蓿显著影响土壤中反硝化细菌的群落组成, 研究结果为深入探索半干旱区土壤反硝化过程中的微生物机制提供了重要科学依据。 本研究依托布设于黄土高原的长期定位试验, 以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象, 玉米(Zea mays)地为对照, 基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术, 结合冗余分析和分子生态网络构建, 通过微生物标志物(nirKnirS)对黄绵土区玉米农田和长期种植苜蓿土壤反硝化细菌群落结构和多样性展开研究。结果表明, 黄绵土区nirK基因丰度明显高于nirS基因丰度, 具有nirKnirS基因的反硝化细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria), nirK型反硝化细菌已分类优势属为副球菌属(Paracoccus, 1.10%~39.94%)、无色杆菌属(Achromobacter, 0.07%~12.50%)和中华根瘤菌属(Sinorhizobium, 0.50%~7.60%), 且苜蓿地中副球菌属相对丰度显著高于玉米农田(P<0.05), 随苜蓿种植年限延长相对丰度逐渐增加; 无色杆菌属相对丰度表现为苜蓿土壤显著低于玉米农田(P<0.05), 丰度随苜蓿种植年限的延长逐渐降低; nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属(Rhodanobacter, 1.45%~5.19%)。相关性分析表明, nirK反硝化基因丰度变化对土壤环境因子无明显响应, 而nirS反硝化基因丰度与土壤有机碳、全氮和微生物量碳呈显著正相关, 与土壤水分和有效磷呈显著负相关; 冗余分析结果表明, 土壤水分(P=0.002)和有机碳(P=0.02)是nirK型反硝化细菌群落组成变化的主导因子, 土壤有效磷(P=0.006)是nirS型反硝化细菌群落结构的产生变化的主导因子。分子生态网络分析表明, 黄绵土区nirK型和nirS型反硝化细菌群落间均以协同合作关系为主。长期种植苜蓿显著影响土壤中反硝化细菌的群落组成, 研究结果为深入探索半干旱区土壤反硝化过程中的微生物机制提供了重要科学依据。
气候智慧型农业研究: 热点、趋势和展望
潘友菊, 徐玉婷, 於冉, 徐国良, 周艳, 李英妮
, doi: 10.12357/cjea.20220467
摘要(61) HTML(37) PDF(16)
摘要:
气候智慧型农业(climate-smart agriculture, CSA)作为应对气候变化和粮食安全双挑战的高潜力农业系统解决方案, 一经提出就受到了国际各界的高度重视, 而中国的CSA研究项目进展缓慢, 且尚未引起学术界的广泛关注。本研究借助CiteSpace (5.8.R3)软件, 选取Web of Science核心数据集, 对2010—2021年的国际CSA研究文献进行分析, 梳理了国外研究热点与趋势变化, 并提出新的展望思考, 为我国CSA发展提供理论和实践支撑。研究结果表明: 1) CSA已形成多维度平衡农业与气候变化的完整概念框架; 2) CSA与可持续集约化、智慧农业、保护性农业等研究交织融合发展, 研究热点围绕着生产力、适应、缓解这“3个支柱”展开; 3) CSA研究趋势有泛化倾向, 表现在研究区域转向发展中国家, 研究对象注重多目标, 研究内容涉及多领域; 最后, 对CSA的未来研究趋势进行展望, 将更关注其内涵探索、实施框架制定、脆弱群体需求、跨学科合作和农业转型等方面。此外, 本文强调, CSA作为应对气候变化的农业发展新模式, 其理论框架和实践技术对中国农业转型具有理论和实践的双重意义, 其在中国的应用与适应发展是一个亟待开拓探究和富有挑战的领域。 气候智慧型农业(climate-smart agriculture, CSA)作为应对气候变化和粮食安全双挑战的高潜力农业系统解决方案, 一经提出就受到了国际各界的高度重视, 而中国的CSA研究项目进展缓慢, 且尚未引起学术界的广泛关注。本研究借助CiteSpace (5.8.R3)软件, 选取Web of Science核心数据集, 对2010—2021年的国际CSA研究文献进行分析, 梳理了国外研究热点与趋势变化, 并提出新的展望思考, 为我国CSA发展提供理论和实践支撑。研究结果表明: 1) CSA已形成多维度平衡农业与气候变化的完整概念框架; 2) CSA与可持续集约化、智慧农业、保护性农业等研究交织融合发展, 研究热点围绕着生产力、适应、缓解这“3个支柱”展开; 3) CSA研究趋势有泛化倾向, 表现在研究区域转向发展中国家, 研究对象注重多目标, 研究内容涉及多领域; 最后, 对CSA的未来研究趋势进行展望, 将更关注其内涵探索、实施框架制定、脆弱群体需求、跨学科合作和农业转型等方面。此外, 本文强调, CSA作为应对气候变化的农业发展新模式, 其理论框架和实践技术对中国农业转型具有理论和实践的双重意义, 其在中国的应用与适应发展是一个亟待开拓探究和富有挑战的领域。
CO2浓度升高及增温下谷子土壤酶活性及其温度敏感性
梁蒙, 路冰冰, 吴阳, 王雪松, 郑粉莉, 刘国彬, 薛萐
, doi: 10.12357/cjea.20220344
摘要(21) HTML(9) PDF(4)
摘要:
研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO2浓度升高及增温的响应, 对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO2浓度升高(由400 μmol∙mol−1升高至700 μmol∙mol−1)和增温(由22 ℃升高至26 ℃)条件, 以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象, 分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明, 对照(CK)在充分供水条件下, 土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈现出先升高后降低的趋势, 在25 ℃时酶活性最高。在最适温度下(25 ℃), 与CK相比, CO2浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低, 而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小; CO2浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同, 具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制, 而充分供水时无显著差异。此外, CO2浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q10), CO2浓度升高使土壤胞外酶活性的Q10显著增大, 而增温使Q10相对减小。在充分供水条件下, 增温抵消了CO2浓度升高对酶活性Q10的影响, 二者的交互作用对Q10无显著影响。然而, 在轻度干旱条件下, CO2浓度升高和增温对Q10影响显著, 即CO2浓度、温度及水分三者对Q10的交互作用显著。同时, CO2浓度与水分对Q10有显著的交互作用, 但与仅CO2浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示, 除CO2浓度和温度外, Q10还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO2浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂, 特别是CO2浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性, 减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性, 进而影响土壤生态系统的功能稳定性。 研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO2浓度升高及增温的响应, 对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO2浓度升高(由400 μmol∙mol−1升高至700 μmol∙mol−1)和增温(由22 ℃升高至26 ℃)条件, 以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象, 分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明, 对照(CK)在充分供水条件下, 土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈现出先升高后降低的趋势, 在25 ℃时酶活性最高。在最适温度下(25 ℃), 与CK相比, CO2浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低, 而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小; CO2浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同, 具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制, 而充分供水时无显著差异。此外, CO2浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q10), CO2浓度升高使土壤胞外酶活性的Q10显著增大, 而增温使Q10相对减小。在充分供水条件下, 增温抵消了CO2浓度升高对酶活性Q10的影响, 二者的交互作用对Q10无显著影响。然而, 在轻度干旱条件下, CO2浓度升高和增温对Q10影响显著, 即CO2浓度、温度及水分三者对Q10的交互作用显著。同时, CO2浓度与水分对Q10有显著的交互作用, 但与仅CO2浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示, 除CO2浓度和温度外, Q10还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO2浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂, 特别是CO2浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性, 减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性, 进而影响土壤生态系统的功能稳定性。
黄腐酸对咸水灌溉下番茄产量和品质的调控研究
陈佩, 王金涛, 董心亮, 田柳, 张雪佳, 刘小京, 孙宏勇
, doi: 10.12357/cjea.20220178
摘要(33) HTML(15) PDF(6)
摘要:
针对环渤海盐碱区淡水资源匮乏制约作物生长的问题, 依据区域咸水资源禀赋, 研究黄腐酸对咸水灌溉下番茄产量和品质的调控效应。采用基质栽培水肥一体化试验方法, 设置3个黄腐酸浓度水平: 0 mg·L−1、450 mg·L−1、900 mg·L−1; 5个咸水浓度水平: 1 g·L−1、3 g·L−1、5 g·L−1、7 g·L−1、9 g·L−1共15个处理。结果表明, 与不添加黄腐酸相比, 添加黄腐酸对不同咸水浓度灌溉下的番茄均有显著的增产效果(P<0.05), 添加450 mg·L−1、900 mg·L−1黄腐酸分别增产6.14%~21.08%和12.83%~34.63%。随着灌溉咸水浓度的增加, 番茄单果重、单株果实数目、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素含量显著下降, 果实还原性糖呈现先增加后下降的趋势。施用450 mg·L−1和900 mg·L−1的黄腐酸均能提高咸水灌溉下番茄单果重、单株果实数目、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素、还原性糖含量。随着黄腐酸浓度的增加, 番茄叶片脯氨酸含量和K+/Na+显著增加, 丙二醛和Na+量显著降低。单株产量和耗水量均与K+/Na+呈极显著正相关, 与脯氨酸量、丙二醛量、Na+量呈极显著负相关; 番茄果实维生素C和番茄红素均与K+/Na+呈显著正相关, 与丙二醛量、Na+量呈极显著负相关; 还原性糖与丙二醛量、Na+量呈显著负相关。上述结果表明, 黄腐酸可以缓解咸水灌溉对番茄产量的抑制, 同时还能促进产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素、还原性糖含量的提高, 主要通过促进积累有机渗透调节物质脯氨酸、提高K+/Na+以及降低膜脂过氧化产物丙二醛的产生来缓解盐胁迫。 针对环渤海盐碱区淡水资源匮乏制约作物生长的问题, 依据区域咸水资源禀赋, 研究黄腐酸对咸水灌溉下番茄产量和品质的调控效应。采用基质栽培水肥一体化试验方法, 设置3个黄腐酸浓度水平: 0 mg·L−1、450 mg·L−1、900 mg·L−1; 5个咸水浓度水平: 1 g·L−1、3 g·L−1、5 g·L−1、7 g·L−1、9 g·L−1共15个处理。结果表明, 与不添加黄腐酸相比, 添加黄腐酸对不同咸水浓度灌溉下的番茄均有显著的增产效果(P<0.05), 添加450 mg·L−1、900 mg·L−1黄腐酸分别增产6.14%~21.08%和12.83%~34.63%。随着灌溉咸水浓度的增加, 番茄单果重、单株果实数目、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素含量显著下降, 果实还原性糖呈现先增加后下降的趋势。施用450 mg·L−1和900 mg·L−1的黄腐酸均能提高咸水灌溉下番茄单果重、单株果实数目、耗水量、产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素、还原性糖含量。随着黄腐酸浓度的增加, 番茄叶片脯氨酸含量和K+/Na+显著增加, 丙二醛和Na+量显著降低。单株产量和耗水量均与K+/Na+呈极显著正相关, 与脯氨酸量、丙二醛量、Na+量呈极显著负相关; 番茄果实维生素C和番茄红素均与K+/Na+呈显著正相关, 与丙二醛量、Na+量呈极显著负相关; 还原性糖与丙二醛量、Na+量呈显著负相关。上述结果表明, 黄腐酸可以缓解咸水灌溉对番茄产量的抑制, 同时还能促进产量水分利用效率、果实维生素C、番茄红素、还原性糖含量的提高, 主要通过促进积累有机渗透调节物质脯氨酸、提高K+/Na+以及降低膜脂过氧化产物丙二醛的产生来缓解盐胁迫。
光信号和光合产物调控豆科植物根瘤形成发育的研究进展
李易玲, 陈平, 付智丹, 罗凯, 杜青, 高超, 任俊波, 杨雪丽, 刘珊珊, 杨立达, 袁晓婷, 彭新月, 雍太文, 杨文钰
, doi: 10.12357/cjea.20220415
摘要(37) HTML(33) PDF(1)
摘要:
豆科植物与根瘤菌共生形成根瘤, 并通过共生固氮满足植株氮素营养需求。充分发挥豆科固氮能力对减少氮肥消耗及潜在的环境污染, 实现农业生产可持续发展有重要意义。根瘤菌与豆科植物共生固氮极其耗能, 因此植株的能量供应调控着共生及固氮过程。本文综述了近些年关于光通过植株的光形态建成和光合作用控制根瘤形成发育的研究进展。植株叶片通过蓝光受体(CRY1s)感知蓝光信号, 并产生依赖光受体的转录因子(STFs/FTs)从地上移到地下, 同时整合根毛发育和根瘤菌诱导的共生信号(NIN)途径形成根瘤, 环境中根瘤菌的运动和附着能力也受光的刺激。植物与根瘤菌形成共生关系后, 植物用光合产物交换根瘤菌同化的NH4+, 光合产物(蔗糖)经韧皮部长距离运输至根瘤, 在根瘤内经糖酵解等途径代谢成有机酸, 为根瘤菌固氮提供碳骨架、能量及还原剂, 光合产物的中间代谢产物如葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、海藻糖-6-磷酸等结合糖信号代谢调控蛋白TOR、SnRK1启动复杂的根瘤皮层细胞生长发育通路。在低氮条件下, 光合产物还以类黄酮、有机酸的形式分泌到根际, 招募根瘤菌与植物形成共生关系。 豆科植物与根瘤菌共生形成根瘤, 并通过共生固氮满足植株氮素营养需求。充分发挥豆科固氮能力对减少氮肥消耗及潜在的环境污染, 实现农业生产可持续发展有重要意义。根瘤菌与豆科植物共生固氮极其耗能, 因此植株的能量供应调控着共生及固氮过程。本文综述了近些年关于光通过植株的光形态建成和光合作用控制根瘤形成发育的研究进展。植株叶片通过蓝光受体(CRY1s)感知蓝光信号, 并产生依赖光受体的转录因子(STFs/FTs)从地上移到地下, 同时整合根毛发育和根瘤菌诱导的共生信号(NIN)途径形成根瘤, 环境中根瘤菌的运动和附着能力也受光的刺激。植物与根瘤菌形成共生关系后, 植物用光合产物交换根瘤菌同化的NH4+, 光合产物(蔗糖)经韧皮部长距离运输至根瘤, 在根瘤内经糖酵解等途径代谢成有机酸, 为根瘤菌固氮提供碳骨架、能量及还原剂, 光合产物的中间代谢产物如葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、海藻糖-6-磷酸等结合糖信号代谢调控蛋白TOR、SnRK1启动复杂的根瘤皮层细胞生长发育通路。在低氮条件下, 光合产物还以类黄酮、有机酸的形式分泌到根际, 招募根瘤菌与植物形成共生关系。
不同栽培模式春玉米花粒期冠层不同部位叶片的衰老特性
王丹, 吕艳杰, 姚凡云, 徐文华, 陈帅民, 邵玺文, 曹玉军, 王永军
, doi: 10.12357/cjea.20220291
摘要(38) HTML(34) PDF(13)
摘要:
开花后是作物产量形成关键期, 阐明该时期不同栽培模式下春玉米冠层不同部位叶片的衰老特性, 有助于理解不同栽培模式产量差异形成的机制, 为不同模式玉米植株衰老调控提供理论依据。对密度、耕作方式和肥料运筹等农艺措施进行不同组合, 模拟不同产量水平的栽培模式, 设计了基础(ISP)、农户(FP)、高产高效(HH)和超高产(SH) 4种栽培模式。通过叶面积(LA)动态变化模型y=aeb−cx/(1+eb−cx)解析叶片衰老过程、通过测定不同部位叶片光合色素、抗氧化酶活性等指标, 比较了不同栽培模式玉米叶片的衰老特性。HH (12445.55 kg∙hm−2)和SH (13759.07 kg∙hm−2)的产量显著高于FP和ISP (P<0.05), 分别较FP增产14.4%和26.4%; 吐丝期和成熟期SH的干物重较HH分别提高18.5%和10.4% (P<0.05), HH较FP分别提高2.8% (P>0.05)和17.7% (P<0.05)。与FP相比, HH和SH叶片衰老启动晚且以上部叶片最为典型, 平均衰老速率下降26.7%和18.0%, 其叶片最大衰减速率出现的时间延长12 d和8 d, 单株最大叶面积增加了8.7%和6.6%。吐丝后0~60 d, HH和SH下部平均叶面积分别较FP高42.4%和17.3%。吐丝后, HH和SH的中下部叶片光合色素含量和保护酶活性均显著高于FP。HH中下部叶片的保护酶活性始终维持在较高水平且生育后期下降缓慢。吐丝后, 不同栽培模式玉米各部位叶片的MDA含量均呈上升趋势, 且HH和SH的MDA含量与FP相比维持在较低水平。与农户模式相比, 密植、深翻和分次施肥技术要素集成的高产高效和超高产栽培模式, 花粒期冠层上部叶片衰老启动较晚, 而中下部叶片面积较高且衰老较慢, 吐丝后其色素含量较高且下降缓慢, 同时叶片保护酶活性较高, 显著减缓了中下部叶片衰老进程, 有利于开花后光合物质同化, 实现高产。 开花后是作物产量形成关键期, 阐明该时期不同栽培模式下春玉米冠层不同部位叶片的衰老特性, 有助于理解不同栽培模式产量差异形成的机制, 为不同模式玉米植株衰老调控提供理论依据。对密度、耕作方式和肥料运筹等农艺措施进行不同组合, 模拟不同产量水平的栽培模式, 设计了基础(ISP)、农户(FP)、高产高效(HH)和超高产(SH) 4种栽培模式。通过叶面积(LA)动态变化模型y=aeb−cx/(1+eb−cx)解析叶片衰老过程、通过测定不同部位叶片光合色素、抗氧化酶活性等指标, 比较了不同栽培模式玉米叶片的衰老特性。HH (12445.55 kg∙hm−2)和SH (13759.07 kg∙hm−2)的产量显著高于FP和ISP (P<0.05), 分别较FP增产14.4%和26.4%; 吐丝期和成熟期SH的干物重较HH分别提高18.5%和10.4% (P<0.05), HH较FP分别提高2.8% (P>0.05)和17.7% (P<0.05)。与FP相比, HH和SH叶片衰老启动晚且以上部叶片最为典型, 平均衰老速率下降26.7%和18.0%, 其叶片最大衰减速率出现的时间延长12 d和8 d, 单株最大叶面积增加了8.7%和6.6%。吐丝后0~60 d, HH和SH下部平均叶面积分别较FP高42.4%和17.3%。吐丝后, HH和SH的中下部叶片光合色素含量和保护酶活性均显著高于FP。HH中下部叶片的保护酶活性始终维持在较高水平且生育后期下降缓慢。吐丝后, 不同栽培模式玉米各部位叶片的MDA含量均呈上升趋势, 且HH和SH的MDA含量与FP相比维持在较低水平。与农户模式相比, 密植、深翻和分次施肥技术要素集成的高产高效和超高产栽培模式, 花粒期冠层上部叶片衰老启动较晚, 而中下部叶片面积较高且衰老较慢, 吐丝后其色素含量较高且下降缓慢, 同时叶片保护酶活性较高, 显著减缓了中下部叶片衰老进程, 有利于开花后光合物质同化, 实现高产。
禾本科绿肥还田对盐碱地棉田土壤碳氮及微生物量碳氮的影响
王敬宽, 高枫舒, 张楷悦, 李帅, 柳新伟
, doi: 10.12357/cjea.20220221
摘要(37) HTML(31) PDF(12)
摘要:
为探讨绿肥还田对盐碱地棉田土壤碳氮和微生物量碳氮含量的影响, 于2018—2019年选取黑麦草‘冬牧70’和大麦‘驻大麦4号’2种耐低温耐盐碱的禾本科绿肥进行原位还田试验, 设置冬闲农田-棉花(T1)、黑麦草-棉花(T2)和大麦-棉花(T3) 3个处理, 测定不同处理和绿肥还田后不同时期(15 d、50 d、110 d和180 d)棉田土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤微生物量碳(SMBC)和微生物量氮(SMBN)的含量, 并计算土壤微生物熵(SMQ)和土壤微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)值。结果表明, T2和T3均能显著增加SOC、STN含量, 并在180 d时达到最大值9.50 g∙kg−1、798.84 mg∙kg−1和9.91g∙kg−1、759.34 mg∙kg−1, 分别显著高于T1处理29.60%、27.85%和35.20%、25.13%。T2和T3的SMBC、SMBN含量在整个还田期的变化动态基本一致, 呈现前期稳定增长且显著高于T1, 后期有所降低且在110 d时略低于T1的变化动态; 均在50 d时达到最大值217.84 mg∙kg−1、34.51 mg∙kg−1和212.88 mg∙kg−1、33.43 mg∙kg−1, 此时较T1分别高出81.46%、47.76%和77.33%、43.13%; 同时从还田后不同时期的SMBC和SMBN含量可以看出T2均高于T3。SMQ不同处理的变化趋势与SMBC一致, 2种绿肥处理除110 d外均表现出较高的SMQ, T2在15 d时达到最大值2.82%, 而T3在50 d时达到最大值2.98%。各处理SMBC/SMBN值均在4~7之间变化, 由此可判断绿肥还田后土壤中微生物群落以细菌为主; 同T1相比, 除110 d外T2和T3均表现出较高的SMBC/SMBN值。综上所述, 在盐碱地冬闲农田种植绿肥并还田可以显著提高棉田土壤碳氮和土壤微生物量碳氮含量, 改善土壤微生物群落组成和提高土壤微生物固碳效应, 并为后茬作物生长提供养分, 研究结果对盐碱地冬闲田的合理利用具有指导意义。 为探讨绿肥还田对盐碱地棉田土壤碳氮和微生物量碳氮含量的影响, 于2018—2019年选取黑麦草‘冬牧70’和大麦‘驻大麦4号’2种耐低温耐盐碱的禾本科绿肥进行原位还田试验, 设置冬闲农田-棉花(T1)、黑麦草-棉花(T2)和大麦-棉花(T3) 3个处理, 测定不同处理和绿肥还田后不同时期(15 d、50 d、110 d和180 d)棉田土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤微生物量碳(SMBC)和微生物量氮(SMBN)的含量, 并计算土壤微生物熵(SMQ)和土壤微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)值。结果表明, T2和T3均能显著增加SOC、STN含量, 并在180 d时达到最大值9.50 g∙kg−1、798.84 mg∙kg−1和9.91g∙kg−1、759.34 mg∙kg−1, 分别显著高于T1处理29.60%、27.85%和35.20%、25.13%。T2和T3的SMBC、SMBN含量在整个还田期的变化动态基本一致, 呈现前期稳定增长且显著高于T1, 后期有所降低且在110 d时略低于T1的变化动态; 均在50 d时达到最大值217.84 mg∙kg−1、34.51 mg∙kg−1和212.88 mg∙kg−1、33.43 mg∙kg−1, 此时较T1分别高出81.46%、47.76%和77.33%、43.13%; 同时从还田后不同时期的SMBC和SMBN含量可以看出T2均高于T3。SMQ不同处理的变化趋势与SMBC一致, 2种绿肥处理除110 d外均表现出较高的SMQ, T2在15 d时达到最大值2.82%, 而T3在50 d时达到最大值2.98%。各处理SMBC/SMBN值均在4~7之间变化, 由此可判断绿肥还田后土壤中微生物群落以细菌为主; 同T1相比, 除110 d外T2和T3均表现出较高的SMBC/SMBN值。综上所述, 在盐碱地冬闲农田种植绿肥并还田可以显著提高棉田土壤碳氮和土壤微生物量碳氮含量, 改善土壤微生物群落组成和提高土壤微生物固碳效应, 并为后茬作物生长提供养分, 研究结果对盐碱地冬闲田的合理利用具有指导意义。
中国农业绿色全要素生产率空间关联网络特征演化及影响因素
谭日辉, 刘慧敏
, doi: 10.12357/cjea.20220339
摘要(66) HTML(27) PDF(14)
摘要:
提升农业绿色全要素生产率对于推进农业绿色发展具有重要意义。现有研究缺乏对农业绿色全要素生产率空间关联网络特征及其影响因素的分析,制约了中国农业可持续发展。为此, 本文基于关系数据和网络视角, 综合利用SBM模型、社会网络分析法、QAP模型等多种模型与方法, 就中国农业绿色全要素生产率空间关联网络特征演化过程及其影响因素的动态作用进行深入分析。结果表明: 1)农业绿色全要素生产率整体呈现上升趋势,均值由2010年的0.47提升至2019年的0.85, 不同地区间存在较大差异, 其空间效应已突破地理邻近范围而形成了复杂的空间关联网络; 2)农业绿色全要素生产率空间关联网络的关联性和稳定性在研究期间有所加强, 2010年到2019年, 网络关系数由124个增加至215个, 网络密度由0.13提升至0.23,网络等级度由0.53降低至0.29, 网络效率由0.84降低至0.67; 3)空间关联网络中心度在不同年份存在波动, 东部地区依托较为发达的经济成为空间关联网络中主要的要素汇聚地而具有较高的中心度, 西部部分地区则主要借助政策支持以获得中东部的要素流入而具有较高的中心度, 中部少数地区依靠较优越的位置而具有较高的中心度; 4)经济发展水平、农业发展水平、信息化水平、交通运输水平、空间邻接关系对空间关联网络的形成具有较显著的影响。 提升农业绿色全要素生产率对于推进农业绿色发展具有重要意义。现有研究缺乏对农业绿色全要素生产率空间关联网络特征及其影响因素的分析,制约了中国农业可持续发展。为此, 本文基于关系数据和网络视角, 综合利用SBM模型、社会网络分析法、QAP模型等多种模型与方法, 就中国农业绿色全要素生产率空间关联网络特征演化过程及其影响因素的动态作用进行深入分析。结果表明: 1)农业绿色全要素生产率整体呈现上升趋势,均值由2010年的0.47提升至2019年的0.85, 不同地区间存在较大差异, 其空间效应已突破地理邻近范围而形成了复杂的空间关联网络; 2)农业绿色全要素生产率空间关联网络的关联性和稳定性在研究期间有所加强, 2010年到2019年, 网络关系数由124个增加至215个, 网络密度由0.13提升至0.23,网络等级度由0.53降低至0.29, 网络效率由0.84降低至0.67; 3)空间关联网络中心度在不同年份存在波动, 东部地区依托较为发达的经济成为空间关联网络中主要的要素汇聚地而具有较高的中心度, 西部部分地区则主要借助政策支持以获得中东部的要素流入而具有较高的中心度, 中部少数地区依靠较优越的位置而具有较高的中心度; 4)经济发展水平、农业发展水平、信息化水平、交通运输水平、空间邻接关系对空间关联网络的形成具有较显著的影响。
中国有机农业发展的多元驱动路径 ——基于模糊集定性比较分析
卢瑜
, doi: 10.12357/cjea.20220265
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。 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。
盐逆境对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响
陶荣荣, 陆钰, 于琪, 马泉, 丁永刚, 钱进, 丁锦峰, 李春燕, 朱新开, 郭文善, 朱敏
, doi: 10.12357/cjea.20220164
摘要(60) HTML(35) PDF(17)
摘要:
为提高小麦在盐碱地的生产效率, 筛选耐盐高产小麦品种, 确定较为快捷有效的小麦耐盐鉴定指标, 研究了盐胁迫对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响。田间试验以前期筛选得的5个耐盐差异性显著的春性小麦品种(较耐盐品种: ‘宁麦21’ ‘扬麦20’ ‘扬辐麦4’; 盐敏感品种: ‘扬麦23’ ‘安农1124’)为材料, 在大丰地区设置非盐逆境(S0, 播前土壤含盐量0.770±0.062 g∙kg−1)和盐逆境(S1, 播前土壤含盐量3.294±0.198 g∙kg−1)两个处理, 分别测定产量及其构成因素与花后叶绿素相对含量(SPAD值)、叶绿素荧光Fv/Fm、脯氨酸及丙二醛等生理指标。结果表明, 在盐逆境下, 叶面积指数、干物质积累量及茎蘖数显著下降, 与非盐逆境相比, 盐逆境下小麦产量显著下降, 仅为非逆境的26.2%, 穗数、每穗粒数与千粒重也显著减少, 其中穗数降幅达60.7%, 为减产的主导因素, 其次是粒重的减少。研究还发现, 在盐碱胁迫下, 花后SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm显著下降, 丙二醛与脯氨酸含量的显著增加, 变化幅度在品种间存在差异, 耐盐品种的SPAD值及叶绿素荧光Fv/Fm的降幅与丙二醛的增幅较小, 但脯氨酸含量的增幅较大, 因而减产幅度较小。进一步的分析则表明, 叶绿素荧光Fv/Fm与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系, SPAD值与干物质积累量呈显著正相关, 干物质积累量与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系。这些结果表明盐胁迫通过降低叶绿素含量与叶绿素荧光Fv/Fm抑制小麦的光合作用, 减少光合产物的生成, 造成最终的减产, 因此在小麦耐盐性田间鉴定中, 开花期SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm可作为耐盐性鉴定快捷可靠的指标, 此外, ‘扬麦20’在盐碱地中减产幅度最小, 综合表现较好, 适合在大丰地区盐碱地种植。 为提高小麦在盐碱地的生产效率, 筛选耐盐高产小麦品种, 确定较为快捷有效的小麦耐盐鉴定指标, 研究了盐胁迫对不同耐盐性小麦花后生理特性及产量的影响。田间试验以前期筛选得的5个耐盐差异性显著的春性小麦品种(较耐盐品种: ‘宁麦21’ ‘扬麦20’ ‘扬辐麦4’; 盐敏感品种: ‘扬麦23’ ‘安农1124’)为材料, 在大丰地区设置非盐逆境(S0, 播前土壤含盐量0.770±0.062 g∙kg−1)和盐逆境(S1, 播前土壤含盐量3.294±0.198 g∙kg−1)两个处理, 分别测定产量及其构成因素与花后叶绿素相对含量(SPAD值)、叶绿素荧光Fv/Fm、脯氨酸及丙二醛等生理指标。结果表明, 在盐逆境下, 叶面积指数、干物质积累量及茎蘖数显著下降, 与非盐逆境相比, 盐逆境下小麦产量显著下降, 仅为非逆境的26.2%, 穗数、每穗粒数与千粒重也显著减少, 其中穗数降幅达60.7%, 为减产的主导因素, 其次是粒重的减少。研究还发现, 在盐碱胁迫下, 花后SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm显著下降, 丙二醛与脯氨酸含量的显著增加, 变化幅度在品种间存在差异, 耐盐品种的SPAD值及叶绿素荧光Fv/Fm的降幅与丙二醛的增幅较小, 但脯氨酸含量的增幅较大, 因而减产幅度较小。进一步的分析则表明, 叶绿素荧光Fv/Fm与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系, SPAD值与干物质积累量呈显著正相关, 干物质积累量与穗数、千粒重及产量间呈显著正相关关系。这些结果表明盐胁迫通过降低叶绿素含量与叶绿素荧光Fv/Fm抑制小麦的光合作用, 减少光合产物的生成, 造成最终的减产, 因此在小麦耐盐性田间鉴定中, 开花期SPAD值与叶绿素荧光Fv/Fm可作为耐盐性鉴定快捷可靠的指标, 此外, ‘扬麦20’在盐碱地中减产幅度最小, 综合表现较好, 适合在大丰地区盐碱地种植。
农业生态经济与生态农业
乡村振兴背景下农业工程的生态化发展—生态农业工程
魏秀菊, 廖艳, 朱明
, doi: 10.12357/cjea.20220400
摘要(11) HTML(4) PDF(1)
摘要:
乡村振兴是新时代农业农村总体、综合、统筹和协调发展的战略目标, 在乡村振兴背景下, 我国农业工程需进一步创新拓展, 以适应农业农村发展在新阶段的需求。该研究对提出的生态农业工程概念与内涵进行剖析, 进而分析了乡村振兴背景下发展生态农业工程的重要性、未来发展前景、发展方向及待研究问题等。生态农业工程是生态化的农业工程, 是农业工程与农业生态工程的交叉学科; 农业工程的生态化发展, 在发展理念与内涵上全面提升传统农业工程生态化思想, 并拓展补充农业工程的生态领域。在乡村振兴重大需求下, 生态农业工程的重要性包括: 生态农业工程促进生态文明建设, 为乡村产业高质量发展的支撑, 推动系统化、全方位乡村振兴及农业农村可持续发展。生态农业工程是粮食安全的重要保障、是缓解能源危机的重要举措、是美丽乡村建设和实现生活富裕的有效路径, 生态农业工程丰富和拓展农业工程学科的内涵, 以适应乡村振兴新形势的重大需求, 具有广阔的发展前景。生态农业工程作为农业工程生态化发展领域, 将对推动我国乡村振兴发展发挥重要作用。 乡村振兴是新时代农业农村总体、综合、统筹和协调发展的战略目标, 在乡村振兴背景下, 我国农业工程需进一步创新拓展, 以适应农业农村发展在新阶段的需求。该研究对提出的生态农业工程概念与内涵进行剖析, 进而分析了乡村振兴背景下发展生态农业工程的重要性、未来发展前景、发展方向及待研究问题等。生态农业工程是生态化的农业工程, 是农业工程与农业生态工程的交叉学科; 农业工程的生态化发展, 在发展理念与内涵上全面提升传统农业工程生态化思想, 并拓展补充农业工程的生态领域。在乡村振兴重大需求下, 生态农业工程的重要性包括: 生态农业工程促进生态文明建设, 为乡村产业高质量发展的支撑, 推动系统化、全方位乡村振兴及农业农村可持续发展。生态农业工程是粮食安全的重要保障、是缓解能源危机的重要举措、是美丽乡村建设和实现生活富裕的有效路径, 生态农业工程丰富和拓展农业工程学科的内涵, 以适应乡村振兴新形势的重大需求, 具有广阔的发展前景。生态农业工程作为农业工程生态化发展领域, 将对推动我国乡村振兴发展发挥重要作用。