冬季作物-双季稻轮作种植模式氮、磷、钾养分循环与产量可持续性特征

研究分析农业生态系统NPK养分循环和产量的可持续性,对实现养分资源优化管理和农业可持续发展具有重要意义。基于长期冬季作物-双季稻轮作种植定位试验,分析了2004—2017年冬闲-双季稻、马铃薯-双季稻、紫云英-双季稻、黑麦草-双季稻、油菜-双季稻等轮作种植模式早、晚稻产量的可持续性与稳定性;采用投入产出法（Input-Output Analysis）分析不同轮作种植模式NPK养分循环与平衡状况。结果表明：1）黑麦草-双季稻模式早稻产量变异系数与可持续性指数分别为0.09和0.81,说明稻田冬种黑麦草有利于促进早稻产量稳定性和可持续性的提高;油菜-双季稻模式晚稻产量变异系数与可持续性指数分别为0.07和0.82,说明稻田冬种油菜有益于晚稻产量稳定性和可持续性的提高;2）长期冬季作物-双季稻轮作种植未影响水稻产量和糙米NPK养分含量（P>0.05）;3）在稻田轮作种植周年内目前的NPK投入水平下,黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、马铃薯-双季稻等模式均存在严重的K亏缺现象,K亏缺量分别为375.70 kg（K）·hm^-2、279.98 kg（K）·hm^-2、363.71 kg（K）·hm^-2、93.74 kg（K）·hm^-2;黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻等模式均在冬季作物种植季存在严重的K亏缺现象,K亏缺量分别为240.07 kg（K）·hm^-2、89.57 kg（K）·hm^-2、140.08 kg（K）·hm^-2,但马铃薯-双季稻模式在马铃薯种植季K盈余为255.21 kg（K）·hm^-2;同时黑麦草-双季稻模式和紫云英-双季稻模式均存在冬季作物种植季存在N亏缺,N亏缺量分别为59.47 kg（N）·hm^-2和89.17 kg（N）·hm^-2;油菜-双季稻模式和马铃薯-双季稻模式在晚稻种植季均存在严重的K亏缺现象,K亏缺量分别为45.93 kg（K）·hm^-2、124.33 kg（K）·hm^-2。冬季作物-双季稻轮作种植模式的养分循环是冬季作物和外部投入的NPK肥料共同驱动的养分循环,建议科学管理冬季作物和3季的NPK养分投入。     

丹江上游商洛市畜禽粪便排放量与耕地污染负荷分析

南水北调中线上游水源地保护与水质持续安全一直是研究的重点之一。商洛市辖商州区、丹凤县和商南县被规划为丹江流域上游“水源地安全保护区”。掌握该地区畜牧养殖业发展情况、估算畜禽粪便的排放量、分析该地区常用耕地对畜禽粪便及其污染物的消纳能力、评估畜禽粪便可能造成的污染风险等是科学管控畜牧养殖业和有效实施水源地保护的基础性研究。目前,该地区尚无这些方面具体的成果和资料。本研究采用畜禽粪便排泄系数方法,估算了丹江上游流域自上游至下游的商洛市辖商州区、丹凤县、商南县2014—2016年各类畜禽粪便排放量,依据3区县的常年耕地面积分析了畜禽粪便猪粪当量耕地负荷,确定了当前商洛地区畜禽粪便猪粪当量最大适宜耕地负荷标准,并评估了3区县畜禽粪便耕地负荷的污染风险。结果表明：1）商州区、丹凤县和商南县年度平均畜禽粪便排放量猪粪当量分别为5.732×10⁵ t·a^-1、9.321×10⁵ t·a^-1和1.274×10⁶ t·a^-1;其中猪与禽的粪便占到总粪便排放量的68.06%。2）3区县畜禽粪便排放量猪粪当量耕地负荷依次为27.04 t·hm^-2·a^-1、76.72 t·hm^-2·a^-1和90.10 t·hm^-2·a^-1。3）商洛市畜禽粪便排放量猪粪当量最大适宜耕地负荷标准为61.22 t·hm^-2·a^-1。4）3区县畜禽粪便耕地负荷的污染风险警报级别分别是：商州区为Ⅱ级,稍有污染风险;丹凤县和商南县均为Ⅳ级,有较严重的污染风险。5）商州区、丹凤县和商南县的总氮平均耕地负荷分别为159 kg·hm^-2·a^-1、450 kg·hm^-2·a^-1和530 kg·hm^-2·a^-1,总磷平均耕地负荷分别是51 kg·hm^-2·a^-1、179kg·hm^-2·a^-1和199 kg·hm^-2·a^-1,生化需氧量平均耕地负荷分别为716 kg·hm^-2·a^-1、2 275 kg·hm^-2·a^-1和2 595kg·hm^-2·a^-1,化学需氧量平均耕地负荷分别为768 kg·hm^-2·a^-1、2 345 kg·hm^-2·a^-1和2 667 kg·hm^-2·a^-1,NH₃-N平均耕地负荷分别为65 kg·hm^-2·a^-1、201 kg·hm^-2·a^-1和232 kg·hm^-2·a^-1。总之,商洛市商州区、丹凤县和商南县的畜禽养殖总量大,养殖结构不合理;商洛市常用耕地面积相对较少,畜禽粪便的耕地负荷及其污染物负荷均较大,且形成自上游到下游急剧增加的态势;商洛市超量污染物排放会造成氮素和磷素等成分的淋溶和流失,对于南水北调水源地的水质安全构成较大的潜在威胁。     

安徽省沿江地区双季稻光热资源利用效率变化特征及对气象产量的影响

为进一步了解安徽省沿江地区双季稻光温资源利用效率的变化特征及光温资源变化对双季稻气象产量的影响,以安徽省沿江地区19个市县气象观测站1961—2017年逐日日平均气温、日照时数及7个双季稻主产市县1961—2006年早稻和晚稻产量为基础,采用线性趋势、M-K突变检验、相关分析、回归分析等方法,分析了早稻、晚稻、双季稻生长季光热资源和利用效率变化特征及光热资源变化对气象产量的影响。结果表明,1961—2017年安徽省沿江地区早稻、晚稻和双季稻生长季太阳总辐射呈极显著下降趋势（P<0.01）,平均每10 a降幅分别为30.5 MJ·m^-2、69.8 MJ·m^-2和86.6 MJ·m^-2;≥10℃积温呈显著增加趋势,平均每10 a增幅分别为39.1℃·d、24.4℃·d和14.7℃·d。早稻、晚稻、双季稻光能和热量利用效率均呈显著增加趋势（P<0.01）,其中光能利用效率增幅分别为0.040%·（10a）^-1、0.103%·（10a）^-1和0.083%·（10a）^-1,热量利用效率平均每10 a增幅分别为0.141 kg·℃^-1·d^-1·hm^-2、0.39 kg·℃^-1·d^-1·hm^-2和0.315 kg·℃^-1·d^-1·hm^-2;早稻、晚稻和双季稻光热资源利用效率显著增加主要源于其产量的大幅提升。太阳总辐射、≥10℃积温与早稻气象产量分别呈极显著（P<0.01）、显著（P<0.05）正相关;晚稻气象产量与太阳总辐射呈显著（P<0.05）正相关,但与≥10℃积温相关性不显著（P>0.05）。太阳总辐射是影响早稻和晚稻气象产量的主要因子,≥10℃积温为次要因子;光热资源变化对早稻气象产量的影响较晚稻更为明显。在太阳总辐射减少、≥10℃积温增加趋势下,可通过选择光合效率高的品种,并采用薄膜育秧或温室育秧方式,增加早稻生长季积温,适当延长晚稻生育期等途径,提高安徽省沿江地区双季稻光热资源利用效率,实现水稻周年产量的高产稳产。     

区域性土壤流失预测方程的初步研究

应用我国南方花岗岩侵蚀红壤区的径流小区观测资料,采用数值分析方法推导出适合花岗岩侵蚀红壤区,计算各次降雨吋土壤流失量和年土壤流失量方程:A₁=4·y_s·K·LS;并利用野外调查量测资料,推导出适合长江三峡低中山区的土壤流失方程:A₂=(152.5D-1016)·R·LS·C^-2.3利用上述方程可以预测特定区域的土壤流失量。     

CO2浓度升高条件下不同程度豌豆蚜危害对紫花苜蓿叶片营养物质和次生代谢物质的影响

由于人类大量开采使用石油、煤炭、天然气等化石燃料,使大气CO₂浓度升高,这不但加速全球变暖,还将影响地球上动植物的生存和分布,从而对整个生态系统产生深远影响。为探明CO₂浓度升高与豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）虫口密度对紫花苜蓿（Medicago sativa）叶片内化学物质的影响,明确CO₂浓度升高和蚜虫密度在紫花苜蓿生理生化中的作用,试验在CO₂光照培养箱内设置380 μL·L^-1（对照）、550 μL·L^-1和750 μL·L^-1 3个CO₂浓度培育苜蓿幼苗并接入10日龄成蚜10头·株^-1、20头·株^-1、30头·株^-1,并以0头·株^-1作为空白对照,1周后测定植物体内营养物质和次生代谢物质含量。结果表明,随CO₂浓度升高,蚜虫密度为30头·株^-1时紫花苜蓿可溶性蛋白、可溶性糖以及淀粉含量均上升,在750 μL·L^-1 CO₂浓度下分别比CK上升11.62倍、0.49倍和0.24倍;黄酮、总酚和简单酚含量也显著上升。随蚜虫危害程度加重,同一CO₂浓度下紫花苜蓿淀粉、简单酚含量先上升后下降,高CO₂浓度蚜虫密度为30头·株^-1时比0头·株^-1时可溶性糖、总酚以及单宁含量上升1.66倍、1.49 mg·g^-1和1.09 mg·g^-1,差异均显著（P<0.05）。说明具有固氮作用的豆科植物更易于适应CO₂浓度升高的变化,从而在受到刺吸胁迫后增强自身诱导抗虫性以抵御害虫为害。     

联苯菊酯等3种杀虫剂在茶园茶叶、土壤及降雨径流中的残留

为探究杀虫剂联苯菊酯、溴氰菊酯和虫螨腈的常用剂量和减施剂量对绿茶品种‘丰绿’（Camellia sinensis Yutakmitor）的鲜叶和茶园土壤及降雨径流的影响以及可能产生的膳食摄入风险,选择联苯菊酯、溴氰菊酯和虫螨腈的当地常用剂量和减量30%剂量作为处理组,在浙江绍兴富盛镇御茶村茶园进行田间试验,喷药后1 d、3 d、7 d、10 d分别采集试验小区的鲜叶和土壤,喷药后4 d、8 d采集降雨径流,检测样品中的杀虫剂残留并评估3种杀虫剂的膳食暴露风险。试验结果表明：同种杀虫剂常用剂量处理的茶鲜叶中残留虽然高于减施剂量处理,但二者差异不显著,杀虫剂减量30%对减少鲜叶中的残留并无明显效果。经过常用剂量与减施剂量处理的茶鲜叶中联苯菊酯的半衰期分别为5.89 d和4.61 d,溴氰菊酯的半衰期分别为5.75 d和2.55 d,虫螨腈的半衰期分别为3.72 d和2.70 d。3种杀虫剂在土壤中的残留均低于《土壤环境质量标准（GB 15618-1995）》中有机氯杀虫剂六六六的一级标准值（≤ 0.05 mg·kg^-1）。联苯菊酯和虫螨腈在降雨径流中的残留均低于《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》中有机氯杀虫剂六六六的限值（0.005 mg·L^-1）,溴氰菊酯在降雨径流中的残留低于《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》中溴氰菊酯的限值（≤ 0.02 mg·L^-1）。3种杀虫剂在茶叶中的膳食暴露风险评估结果表明,联苯菊酯、溴氰菊酯和虫螨腈的最大暴露量分别为0.5×10^-4~1.7×10^-4 mg·kg^-1（bw）·d^-1、1.0×10^-6~7.3×10^-6 mg·kg^-1（bw）·d^-1、1.0×10^-5~8.3×10^-5 mg·kg^-1（bw）·d^-1,风险商分别为0.005~0.017、0.000 2~0.001和0.000 2~0.003,使用联苯菊酯、溴氰菊酯和虫螨腈防治茶树虫害,对消费者的膳食暴露的风险均可以接受。与常用剂量相比,减施剂量处理对减少茶叶和环境中的杀虫剂残留的效果不明显。     

九龙坡花椒种植区地形、土壤肥力与花椒产量的关系

为了解九龙坡花椒种植区土壤养分状况及该区地形因子、土壤肥力因子与花椒产量的关系,为科学合理制定花椒高效施肥措施提供理论依据,本研究采用田间调查研究和室内分析的方法,研究了九龙坡花椒种植区低、中、高产区的海拔、坡度及土壤pH、有机质、大量微量元素含量和交换性能的变化特征,及其与花椒产量的关系。研究结果表明：九龙坡花椒普遍种植于200~500 m海拔范围,高产区集中在300 m左右的海拔;从低产区到高产区坡度略有增加,但未达显著水平。土壤均属酸性土,pH<6.5。土壤肥力总体属高水平范围,但各养分因子差异很大,其中土壤阳离子交换量（CEC）、有效磷、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量丰富,分别为27.2 cmol（+）·kg^-1、35.2 mg·kg^-1、3 289.8 mg·kg^-1、271.8 mg·kg^-1、48.6 mg·kg^-1、62.1 mg·kg^-1、1.5 mg·kg^-1、4.5 mg·kg^-1;有机质、碱解氮、速效钾、交换性酸属适中水平,分别为19.1 mg·kg^-1、114.9 mg·kg^-1、107.0 mg·kg^-1、8.1 cmol（+）·kg^-1;水溶性硼缺乏,为0.28 mg·kg^-1。相关分析表明花椒产量与有效钙、CEC、pH、有效锰、水溶性硼呈显著正相关;通径分析结果表明有效钙、CEC、交换性酸、有效铜、有效铁、有效锌是影响花椒产量的主要因子,逐步回归分析构建了有效钙（X₆）与花椒产量（Y）的最优回归线性方程：Y=11.693+0.003X₆。综上所述,九龙坡花椒种植区土壤养分失衡较为严重,施肥应注重养分的平衡,增施有机肥,改善土壤理化性状,治理土壤酸化。     

华北平原小麦-玉米农田生态系统服务评价

本研究于2006 年和2007 年在中国科学院栾城农业生态系统试验站田间试验基础上, 评价了华北平原小麦-玉米农田的初级产品生产、气体调节、土壤有机质累积、水调节和氮素转化等5 项生态系统服务。研究表明, 华北平原小麦-玉米农田初级产品量包括籽粒产量5.04~5.71 t·hm^-2·a^-1(小麦)和6.69~8.24t·hm^-2·a^-1(玉米), 秸秆量8.58~9.72 t·hm^-2·a^-1(小麦)和6.97~8.58 t·hm^-2·a^-1 (玉米); 农田气体调节包括释放O₂ 24.99~28.64 t·hm^-2·a^-1, 固定CO₂ 34.23~39.22 t·hm^-2·a^-1, 排放N₂O 0.72~1.13 kg·hm^-2·a^-1, 吸收CH₄ 3.39~5.70 kg·hm^-2·a^-1; 农田耕层土壤有机质累积量为1.13~2.39 t·hm^-2·a^-1; 水资源消耗量为2 890~3 830 m³·hm^-2·a^-1; 农田土壤氮素几乎都处于亏缺状态, 变化范围为-107.73~5.33 kg(N)·hm^-2·a^-1, 不施氮肥农田亏缺较多。综合评价发现, 小麦-玉米农田提供生态服务的经济价值为5.48~6.25 万元·hm^-2·a^-1, 是粮食生产价值的3 倍左右。氮肥施用对农田生态系统服务及其产生福利的影响较为复杂, 这主要是由于施加氮肥明显增加了氮素转化功能导致的经济损失, 而同时可能会增加初级产品生产、气体调节中作物固定CO₂ 和释放O₂ 功能的经济价值。尽管目前有关生态系统服务评价研究主要关注生态系统产生的正效应, 但仍有必要对农田产生的负效应做出评价, 以便客观看待农田生态系统价值, 正确认识农田生态系统对人类福利的影响。     

南方稻区绿肥生态服务功能及生态价值评估研究

为探究我国南方稻区绿肥种植的生态服务价值,本文以我国南方稻区农田引入绿肥紫云英为例,界定了稻田种植紫云英的生态服务功能,并运用实际市场法、替代市场法和虚拟市场法等研究方法,构建了绿肥生态价值评估的理论模型,核算了绿肥的生态服务价值,得到了以下研究结论：1）南方稻区绿肥生态服务功能主要涉及调节和支持两类,调节服务包括气体调节、水分涵养和土壤保持3种功能,支持服务则包括土壤有机质累积和土壤营养物质循环两种功能;对应地,南方稻区农田轮作冬绿肥紫云英的生态价值也被界定为以上5种。2）南方稻区冬闲田种植紫云英在一个轮作周期中能够产生1.125万元·hm^-2的生态价值,其中,气体调节价值最大,为0.380万元·hm^-2,其次是土壤有机质累积价值,为0.279万元·hm^-2,营养物质循环价值和土壤保持价值分别为0.204万元·hm^-2和0.214万元·hm^-2,土壤水分涵养价值最小,为0.048万元·hm^-2。3）南方稻区绿肥种植投入成本为0.173万元·hm^-2,绿肥种植所产生的生态价值是种植投入成本的6.5倍。研究表明农田冬种绿肥紫云英的生态服务价值是客观存在的。该研究为南方稻区绿肥引入冬闲田后生态价值的评估提供了较为科学的研究方法和基础参数,同时,也为未来政府制定绿肥种植的生态补偿机制提供了理论依据。     

水氮对新疆南部麦后复种饲料油菜产量和品质的影响

采用完全随机区组田间试验研究了水氮对麦后复种饲料油菜产量及品质的影响,运用模糊相似优先比法分析了不同水氮处理下油菜产量及其4个典型饲料品质指标的变化特征。试验设置灌溉定额和施氮量2个因素：灌溉定额设置3 000 m³·hm^-2（低水）、4 500 m³·hm^-2（中水）和6 000 m³·hm^-2（高水）3个水平;施氮量设置140.6 kg（N）·hm^-2（低氮）、187.5 kg（N）·hm^-2（中氮）和234.4 kg（N）·hm^-2（高氮）3个水平。研究结果表明：适宜的水氮供应对饲料油菜单株鲜重、干重、产量、品质有显著的互作优势,水氮供应量过量或者不足,互作优势减弱。相同灌溉定额下饲料油菜单株鲜重、干重和产量随着施氮量的增加而提高;相同施氮条件下,随着灌水量的增加单株鲜重、干重和产量逐渐提高;提高灌溉定额的增产效应优于增氮,高水+中氮处理较低水+低氮处理产量提高86.90%。施氮量和水氮互作显著影响饲料油菜品质,中水中氮处理粗蛋白含量较高水高氮处理提高36.91%。中水低氮处理中性洗涤纤维含量最低,为32.66%,显著低于高水高氮处理;而高水低氮处理酸性洗涤纤维含量最低,为24.74%,较高水高氮处理低16.49%。高水高氮处理的粗脂肪含量最高（1.45%）。综合考虑产量与品质,新疆南部地区饲料油菜适宜的水氮措施为中水高氮[6 000 m³·hm^-2,187.5 kg（N）·hm^-2]。     

刺萼龙葵土壤种子库特征及其对替代控制的响应

土壤种子库在退化生态系统植被的恢复和演替中起重要作用,为明确外来入侵植物刺萼龙葵（Solanum rostratum Dunal.）土壤种子库特征,评价植物替代控制刺萼龙葵的效果,调查了河滩及农田边缘两个典型生境中的刺萼龙葵土壤种子库特征,分析了刺萼龙葵种子在土壤中的垂直分布与季节变化动态,并利用多种多年生禾本科与豆科牧草对刺萼龙葵进行替代控制研究,以期为刺萼龙葵生态调控提供理论依据。结果表明：1）两个生境中共鉴定出23种植物,禾本科和菊科为优势科;河滩及农田边缘刺萼龙葵种子总储量分别达347粒·m^-2和2 600粒·m^-2,占整个种子库的2.46%及35.16%。2）河滩生境中刺萼龙葵种子多集中于表层（0~2 cm）土壤,占种子总量的64.3%,且随土层深度的增加而减少;而农田边缘生境0~2 cm、2~5 cm和5~10 cm 3层种子数量差异不大（P>0.05）,分别占种子总量的32.7%、38.2%及29.1%。3）两个生境中刺萼龙葵种子主要集中于4月份采集的土样中,分别为273粒·m^-2（河滩）和1 970粒·m^-2（农田边缘）,显著高于6月份与8月份采集的土样种子数（P<0.05）;4）从替代控制第2年起,刺萼龙葵的密度、生物量及土壤种子储量即被控制在较低水平,均显著低于同期对照（P<0.05）,沙打旺+苇状羊茅+冰草+羊草组合对刺萼龙葵控制效果最佳,同时还可获得牧草鲜重20 396.1 kg·hm^-2,干重7 710.6 kg·hm^-2（2017年）,经济效益可观。5）刺萼龙葵种子库与刺萼龙葵密度（P<0.01）、生物量（P<0.05）呈正相关,牧草产量与刺萼龙葵种子库储量、密度、生物量均呈负相关,但相关性不显著（P>0.05）;降雨显著影响刺萼龙葵种子库储量（P<0.05）,可用幂函数模型y=2.619x^0.001（R²=0.822,F=18.486,P=0.013）描述二者之间的关系。     

黄河三角洲自然保护区植被与土壤C、N、P化学计量特征

为阐明黄河三角洲自然保护区生态系统的元素含量水平和化学计量特征并判断该区域植被生长的限制因子,选择保护区5种典型植物群落翅碱蓬、碱蓬、芦苇、柽柳和白茅为研究对象,测定植物不同器官和土壤剖面中有机碳、全氮、全磷含量,分析保护区植物群落与土壤的C、N、P化学计量特征。结果显示:5种群落中典型植物各器官C和P含量规律大体一致,除白茅和柽柳外,均表现为叶根茎,白茅茎的C和P含量高于根。不同植物器官N含量则表现出一致的变化规律,均为叶茎根。各植被类型叶片N∶P值均小于12,且与根系的N∶P值接近。土壤C、N含量的平均值分别为4.78 g?kg~(-1)、0.32 g?kg~(-1),均低于全国水平。P含量的平均值为0.53 g?kg~(-1),略低于全国水平。不同土层之间土壤元素含量差异不显著。不同群落土壤C∶N∶P值不同,同一群落不同土层的土壤C∶N∶P值变异性较小。植物叶片C、N、P含量以及C∶N、C∶P与0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层土壤C、N含量之间均存在显著的相关关系(P0.05)。以上结果表明,黄河三角洲自然保护区不同土层土壤C、N、P含量相对稳定,总体低于全国水平,土壤N的匮乏引起了C∶N和C∶P值的变化。植物叶片和根系的C∶P值接近,说明生态系统元素循环相对稳定,同时叶片N∶P值小于12,进一步说明土壤中N的匮乏使其成为植物生长的限制因子。     

修复剂对镉污染盐渍化土壤植物修复效率的影响

目前,重金属污染盐渍化土壤已成为世界性的环境问题,利用盐生植物进行修复具有良好的环境与经济效益,但如何提高盐生植物修复效率的研究尚较少。采用盆栽试验方法,通过向土壤中施加氯化钠和氯化镉溶液分别模拟无污染非盐渍化土壤(Cd0S0)、NaCl型盐渍化土壤(Cd0S4)、重金属Cd污染土壤(Cd3S0)、重金属Cd污染NaCl型盐渍化土壤(Cd3S4),研究施加乙二胺四乙酸(EDTA)和生物质炭对盐地碱蓬生长、离子平衡、Cd和Na⁺吸收的影响。结果显示,与Cd0S0相比,Cd0S4处理盐地碱蓬地上部干物质量显著增加115.5%~341.7%;与Cd0S4相比,Cd3S4处理盐地碱蓬地上部干物质量显著降低62.8%~84.4%,生物质炭使Cd3S0处理盐地碱蓬总干物质量显著增加328.6%。与Cd0S0或Cd3S0相比,Cd0S4和Cd3S4处理盐地碱蓬地上部及根部K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺、P/Na⁺显著降低;生物质炭显著增加了Cd3S0处理盐地碱蓬地上部P/Na⁺和根部K⁺/Na⁺、P/Na⁺。与Cd0S4相比,Cd3S4处理盐地碱蓬地上部和根部Na⁺浓度显著增加32.5%~94.5%,而盐地碱蓬地上部和根部Na⁺含量显著降低21.3%~90.9%;与Cd3S0相比,Cd3S4处理盐地碱蓬地上部Cd浓度和含量分别显著增加135.8%~223.6%和132.4%~471.5%。施加EDTA和生物质炭使Cd3S4处理盐地碱蓬地上部Na⁺浓度显著增加38.6%、56.0%,Na⁺含量增加199.6%、289.3%,Cd含量显著增加133.4%、173.4%。研究表明,在Cd污染NaCl型盐渍化土壤中施用EDTA和生物质炭可促进盐地碱蓬地上部对Cd和Na⁺的吸收积累,有助于提高植物修复效率,可为重金属污染盐渍化土壤修复提供基础数据和科学依据。     

N添加对白羊草生长及种群特征的影响

[目的]分析N添加对白羊草(Bothriochloa ischaemum)种群特征及繁殖策略的影响,为评估氮沉降的生态影响提供科学依据。[方法]以黄土高原地带性优势种群白羊草为对象,设置对照CK〔0g/(m~2·a)〕,低氮〔2.5g/(m~2·a)〕,中氮〔5.0g/(m~2·a)〕和高氮〔10.0g/(m~2·a)〕4个N添加水平,研究了为期两年的N添加对白羊草种群特征及繁殖策略的影响。[结果](1)N添加显著增加了白羊草种群的密度、株高和生物量,其中中氮处理下种群生物量达到最大;(2)N添加改变了白羊草生物量的分配策略,根冠比随N添加量增大而减小,支持功能平衡假说;(3)N添加促进了白羊草种群的营养繁殖和有性繁殖,提高了其繁殖竞争能力。[结论]适度N沉降或N添加〔5g/(m~2·a)〕促进了白羊草种群的生长和发育,有利于白羊草种群水土保持等生态功能的发挥。     

冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地改良效果研究

采用田间大区试验,连续3年在河套重盐碱区开展了冬季咸水结冰灌溉试验研究,设置冬季咸水结冰灌溉(FSWI)和无灌溉对照(CK)两个处理,其中FSWI处理的灌水量为180 mm,矿化度为6.79～7.97 g·L~(–1),种植作物为青贮玉米,以分析不同处理下土壤水盐和钠吸附比(SAR)的周年动态以及对作物生长的影响,探究冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地的改良效果。结果表明:与CK相比,FSWI处理显著改变了春季土壤水盐和SAR动态。0～20 cm土层,春季FSWI处理的土壤含水量显著高于CK处理,玉米苗期, FSWI处理的土壤含水量平均为24.3%,显著高于CK的21.6%; FSWI处理的春季土壤含盐量和SAR显著低于CK处理,其中, FSWI处理的土壤含盐量由灌溉前的33.86 g·kg~(–1)降低至玉米苗期的5 g·kg~(–1)以下,而CK处理土壤含盐量逐渐升高至玉米苗期的34.2 g·kg~(–1); FSWI处理土壤SAR由灌溉前的21.9降低至玉米苗期的9.86, CK土壤SAR则逐渐升高至玉米苗期的25.00。后续地膜覆盖和夏季降雨使FSWI处理的土壤含水量维持在23.0%以上,土壤含盐量保持在5 g·kg~(–1)以下,土壤SAR保持在9左右。20～40 cm土层与0～20 cm土层的土壤水盐和SAR变化趋势与表层一致,但没有表层变化剧烈。此外,随着灌溉年限的延长,同时期土壤含盐量和SAR呈逐年降低的趋势。FSWI处理玉米出苗率在70%以上,干物质产量为9～12t·hm~(–2),而CK处理由于土壤含水量较低(21.0%),并且土壤含盐量和SAR均较高,造成玉米出苗率极低,进而导致绝收。因此冬季咸水结冰灌溉改变了土壤水盐动态过程,变春季积盐为脱盐,显著降低了土壤SAR,并补充了土壤水分,保证了饲用玉米的正常种植和生长,这为该地区盐碱地改良和饲料作物种植提供了技术支持。     

水稻秸秆-薄膜连续叠加覆盖对三叶鬼针草的控制效果

入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)严重危害我国农林畜牧业的生产。为探究生态高效控制三叶鬼针草的方法,开展了水稻秸秆与塑料薄膜相结合覆盖控制入侵杂草的研究。试验在以三叶鬼针草和马唐[Digitaria sanguinalis(L.)Scop.]为主的自然杂草荒地进行,设置不同稻秆覆盖量(0kg·m~(-2)、1kg·m~(-2)、1.5kg·m~(-2)),于冬季进行稻秆覆盖,春季在稻秆覆盖的基础上覆盖薄膜。通过测定秸秆覆盖中期(2月12日)和薄膜覆盖中期(4月12日)的午间土壤温度、土壤相对含水量和近地表空气温湿度等环境指标和杂草生物量、种子萌发量、杂草群落结构和土壤种子库等群落指标,探究该方法控制入侵杂草的效果和机制。结果表明:冬季水稻秸秆覆盖显著降低了草地午间土壤温度、近地表空气温度、三叶鬼针草生物量和种子萌发量、优势杂草盖度和从属种的种类和数量;覆盖1.5 kg·m~(-2)稻秆的处理对各类指标的影响程度均大于1 kg·m~(-2)的处理。春季叠加薄膜覆盖导致浅层土壤高温干燥、近地表空气高温高湿;叠加薄膜覆盖处理使三叶鬼针草的土壤种子密度在0～5cm的土层内显著低于未做覆盖处理的对照,降低了79.49%;叠加薄膜覆盖处理的入侵杂草全部死亡且无种子萌发。说明冬季采用水稻秸秆覆盖,春季再叠加覆盖薄膜能有效防控三叶鬼针草的生长蔓延,在薄膜覆盖之前,覆盖1.5 kg·m~(-2)稻秆的处理对三叶鬼针草的防控效果要好于1 kg·m~(-2)的处理,在薄膜覆盖处理后,两个稻秆覆盖量处理对三叶鬼针草的防控效果均达到100%。本研究结果可为不同季节采用不同的控制方法及其组合模式防控入侵杂草的扩散提供参考。     

生防链霉菌配施棉秆炭对连作棉田土壤微生物区系的影响

棉花是重要的经济作物,长期连作能引起棉花土壤微生态的失衡、土传病害加重、进而导致产量和品质的下降,影响棉花产业的健康发展。本文以连作棉田土壤为研究对象,进行室内培养试验,在施用生防放线菌黄三素链霉菌(Streptomyces flavotricini)的基础上添加不同量的棉秆炭[0 g·kg~(-1)(CK)、25.0 g·kg~(-1)、50.0 g·kg~(-1)、100.0 g·kg~(-1)],采用微生物计数和16S rDNA基因序列分析的方法,研究两者配施对连作棉田土壤中生防菌数量、微生物数量和种类的影响,为棉花黄萎病的生物防治提供新的思路。研究结果表明:(1)生防放线菌配施棉秆炭对连作棉田土壤中微生物区系有显著的影响。与单施生防放线菌菌剂的处理相比,两者配施显著增加了土壤中细菌、放线菌和真菌数量,其中配施25.0 g·kg-1棉秆炭处理使土壤中细菌/真菌数量比(B/F)、放线菌/真菌数量比(A/F)分别增加了5 271.2%和30.8%(P0.05)。(2)土壤中生防放线菌数量随着棉秆炭施用量增加而显著增加,配施100.0 g·kg~(-1)棉秆炭处理显著增加了2 672.8%(P0.05)。棉秆炭具有作为生防放线菌良好载体的潜力。(3)生防放线菌配施棉秆炭也改变了土壤中优势微生物的数量和比例,尤其提高了细菌中芽孢杆菌的数量和所占的比例;100.0 g·kg~(-1)棉秆炭与菌剂配施使土壤中链霉菌的数量及比例显著高于对照,但降低了小单孢菌数量;增加了真菌中米曲梅、黑曲霉和木霉的数量,但使其所占比例降低。由此可以看出,生防放线菌配施棉秆炭能提高连作棉田土壤中生防放线菌的数量,增强生防菌制剂的防病促生作用,改善连作棉田土壤微生物群落结构,在防控棉花连作障碍上具有较大的应用潜力。     

稻虾共作对秸秆还田后稻田温室气体排放的影响

稻虾共作模式是稻田种养复合模式的重要组成部分,其主要特点是稻草全量还田、非稻季持续淹水和周年养殖克氏原螯虾。目前对稻虾共作模式稻田温室气体排放的影响尚不清楚。本研究以江汉平原冬泡无稻草还田为对照,设置冬泡+稻草还田和冬泡+稻草还田+养虾处理,探讨稻草还田及稻虾共作对稻田系统CH_4、N_2O和CO_2排放的影响,为准确评估稻田温室气体排放提供数据支撑和理论支持。结果表明,在大田监测期间,冬泡+稻草还田处理CH_4累积排放量比冬泡无稻草还田处理显著增加(P0.05),2015年和2016年增幅分别为27.23%和60.08%;冬泡+稻草还田+养虾处理CH_4累积排放量比冬泡+稻草还田显著降低(P0.05),2015年和2016年降幅分别为29.02%和41.19%。冬泡+稻草还田处理CO_2累积排放比冬泡无稻草还田处理显著提高;与冬泡无稻草还田处理相比较,冬泡+稻草还田处理和冬泡+稻草还田+养虾处理对N_2O累积排放无显著影响。从温室效应角度看,冬泡+稻草还田处理温室效应比冬泡无稻草还田处理大幅度增加,而冬泡+稻草还田基础上进行养虾则可大幅度降低CH_4排放,从而降低因秸秆还田带来的温室效应增强。所有处理水稻产量无显著差异,与冬泡+稻草还田处理相比,冬泡+稻草还田+养虾可显著降低温室气体排放强度。和冬泡无稻草还田处理相比,冬泡+稻草还田和冬泡+稻草还田+养虾对土壤可溶性有机碳(DOC)、乙酸和NH_4~+-N并无显著影响。冬泡+稻草还田+养虾可极显著提高单位面积收益。     

水分调控降低盐分对夏玉米的影响

环渤海低平原冬小麦夏玉米一年两作种植系统中,冬小麦季微咸水灌溉造成土壤含盐量增加,影响下茬玉米正常出苗。通过水分调控消减根层土壤盐分是有效可行的途径,并利于冬小麦夏玉米一年两作的微咸水安全利用。该研究通过盆栽与田间试验相结合的方法,研究玉米出苗对土壤水盐阈值的响应以及玉米播后灌水对出苗、生长、根层水盐和产量的影响。盆栽试验结果表明:1)玉米在低土壤盐分含量(全盐含量0.8g·kg–1)下,60%田间持水量即可达到正常出苗;2)在高土壤盐分含量(全盐含量3.5 g·kg–1)下,出苗时间延长,出苗率降低;3)土壤盐分对出苗的影响,随着土壤含水量降低而越趋严重。因此在较高的盐分条件下,维持出苗期间一定土壤含水量,更利于缓解土壤盐分对玉米出苗的影响。大田试验中灌溉水盐分梯度为淡水(对照)、3g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1。田间试验结果表明:1)随着灌溉水盐分浓度增加冬小麦收获时0~20 cm土壤盐分含量明显增加;2)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1灌溉冬小麦,收获期0~20 cm土壤盐分含量分别为1.0 g·kg–1、1.3g·kg–1、1.6 g·kg–1、2.0 g·kg–1;3)夏玉米播种后立即灌溉一次75 mm淡水,玉米出苗期耕层土壤含水量维持在田间持水量的70%以上,土壤含盐量下降到1.0 g·kg–1左右,夏玉米生长进程和产量不受影响。2年(2015年和2016年)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1微咸水拔节期灌溉冬小麦,下茬夏玉米产量分别为9 510.4 kg·hm–2、9 913.6 kg·hm–2、9 910.6 kg·hm–2、9 986.0 kg·hm–2和9 621.8 kg·hm–2、9 455.3 kg·hm–2、9 460.2 kg·hm–2、9 221.4kg·hm–2,产量差异不显著。考虑该地区降水的时间分布,与玉米生长同期的充足夏季降水的淋洗作用,微咸水灌溉小麦的积盐可得到很好淋洗。因此,该地区在冬小麦生长季实施不超过5 g·L–1微咸水灌溉,利用冬小麦夏玉米关键生育期水分调控,可消减微咸水灌溉土壤盐分积累对玉米出苗影响,结合夏玉米出苗水管理和雨季淋盐,实现周年稳产和水盐平衡,根层土壤不积盐。     

新型缓释尿素肥效与功能材料添加量的关系

本研究利用煤汽化尿素生产工艺制备6种改性缓释尿素(功能性吸附材料添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%和6%),通过砂柱淋溶、氨挥发气室试验和田间玉米试验,以普通尿素为对照,分析功能性吸附材料添加量与尿素缓释特征和田间肥效的关系,探讨适于玉米生产的改性缓释尿素功能性吸附材料最优添加量,为基质缓释肥的研发与农业应用提供借鉴。结果表明:缓释尿素中氮素释放特征可用一级动力学方程N_t=N_0(1-e~(-bx))拟合,其氮素释放速率常数(b)比普通尿素下降67.4%~82.6%,累积氨挥发损失比普通尿素下降15.8%~39.3%。玉米栽培试验中,耕层土壤速效氮含量随功能性吸附材料添加量的提高呈增加趋势,同时玉米叶片中叶绿素含量和硝酸还原酶活性呈增加趋势。借助一元三次模型拟合玉米产量性状与功能性吸附材料添加量的关系发现,功能性吸附材料添加量为5.28%、4.80%、5.24%和4.76%的缓释尿素可分别获得理论最高玉米生物学产量(15 829 kg·hm~(-2))、地上部生物量(164.0 g·plant~(-1))、根系生物量(26.9 g·plant~(–1))和籽粒产量(6 769 kg·hm~(–2))。综上,基质型缓释尿素的功能性吸附材料具有较好的减少氮素淋溶和氨挥发、改善玉米氮素营养、提高玉米产量的作用,5%的添加量更有利于玉米生物量和产量提高。