鄱阳湖生态经济区耕地利用效率时空差异及其影响因素分析

为了解鄱阳湖生态经济区的耕地利用情况,运用数据包络分析(DEA)方法、GIS技术,以县域为评价单位,建立耕地利用效率评价指标体系,对鄱阳湖生态经济区25个县(市)1999—2010年耕地利用效率进行了测度,并采用Tobit回归模型揭示了耕地利用效率变化的影响因素。结果表明:1999—2010年鄱阳湖生态经济区耕地利用的综合技术效率为0.844,说明耕地利用的整体水平有待提高;综合技术效率受纯技术效率和规模效率的变化影响,但规模效率对其影响更大;鄱阳湖生态经济区各县(市)耕地利用效率存在较大的时空差异性;从耕地利用效率的影响因素来看,各因素对耕地利用效率具有不同方向和不同程度的影响,按从大到小排序是:耕地复种指数农业政策乡村人口占总人口比重单位耕地面积拥有农业机械总动力农民人均纯收入。研究结果可为鄱阳湖生态经济区耕地资源有效利用,提高耕地利用潜力提供科学依据。     

中国农田土壤有机碳变化:I驱动因素分析

农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇.探明中国农田土壤碳库变化趋势以及农田土壤碳库的源、汇功能对农业减缓和应对气候变暖具有重要意义.本文研究根据中国第一次和第二次土壤普查数据,以及大量文献资料中长期定位点试验数据整理分析,对20世纪60年代以来中国农田土壤碳库时空演变格局,以及农田土壤有机碳变化的驱动因素进行了探讨.研究表明,1960～2000年期间中国农田土壤有机碳含量的增减与气候变化的相关性较弱,其间农田用地类型和管理措施的改变是影响农田土壤碳库源、汇功能的主要驱动因素.1960～1980年期间,农田耕层土壤有机碳含量从23 g·kg-1下降到15 g·kg-1;而1980～2000年期间,由于中国农田保护性耕作等措施的实施,农田耕层有机碳含量从15 g·kg-1增长到21 g·kg-1.中国农田耕层土壤有机碳含量的年均变化速率与初始含碳量呈负相关.尽管20世纪80年代后期,中国农田土壤有机碳源转为碳汇,但不可忽视的是自60年代以来中国已有60%农田耕层土壤有机碳含量出现下降趋势.     

农业科技投入对农业生态效率的空间效应分析

农业污染日益严重背景下,探究农业科技投入对农业生态效率的作用机制,对缓解农村生态压力、农村健康发展具有重要现实意义。鉴于此,本文在采用超效率SBM (super-efficiency slack-based measure)模型测度2000—2018年我国东中西部省际农业生态效率基础上,根据莫兰指数对农业生态效率及农业科技投入进行空间自相关检验,采用空间计量模型剖析农业科技投入对农业生态效率影响的空间溢出效应与门槛特征。结果表明,2000—2018年东中西部的农业生态效率呈现东西部高、中部低的态势; 2000—2018年东中西部的农业生态效率波动明显, 2000—2003年有小幅波动, 2004—2008年农业生态效率略有下降, 2008—2010年稍有上升, 2010年农业生态效率为0.731;之后2011—2014年稍有下降, 2015—2017年全国农业生态效率分别下降到0.5894、0.5839、0.5159; 2018年农业生态效率提升到0.5453。农村科技投入对农业生态效率影响呈现为"倒U"型,农业科技投入规模对农业生态效率有着显著的溢出效应。东中西部分组面板门槛回归显示:东中西部的农业科技投入门槛效应差别较大,东部表现为正向促进作用,中部农业科技投入对农业生态效率的积极作用没有东部稳定,西部农业科技投入对农业生态效率表现为负向抑制作用,中西部地区农业发展中的科技投入要兼顾经济与生态效率。为此,我国要大力推广绿色高效技术模式,积极采取有机肥替代化肥行动,加快实施科学施肥用药技术,抓好示范带动减量增效,提高农业生态效率。     

减量施氮与间作大豆对蔗田碳平衡特征的影响

为了研究氮肥投入及豆科作物间作对蔗田碳汇的影响,通过2年(2012—2013年)的大田试验,采用投入产出平衡法(即将作物生育期内的碳投入与碳产出进行量化分析),探讨2个蔗田施氮水平[300 kg·hm?2(减量施氮)和525 kg·hm?2(常规施氮)]和4种种植模式(甘蔗单作、大豆单作、甘蔗||大豆1行︰1行间作及甘蔗||大豆1行︰2行间作)下蔗田生态系统碳的输入和输出特征。结果表明,两种施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式碳输入量均显著高于甘蔗单作和甘蔗||大豆1︰1间作模式。2012年减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式碳输出量显著低于甘蔗单作和甘蔗||大豆1︰1间作模式,2013年差异不显著;甘蔗收获后,减量施氮处理甘蔗||大豆两种间作模式土壤碳截存量均显著高于甘蔗单作。甘蔗||大豆间作生态系统的碳收支与平衡分析表明,减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式净碳固定量2012年为2 956.35 kg·hm?2,2013年为872.59 kg·hm?2。减量施氮处理甘蔗||大豆1︰2间作模式下农田固碳潜力大于其他处理,从农业可持续发展角度考虑,该模式具有一定的生态合理性。     

2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征及碳汇区识别

淮海经济区垦殖率约70%，是中国粮食主产区之一，掌握其耕地碳储量时空变化规律、识别耕地碳汇碳源区，对保护区域耕地质量和发挥耕地生态系统碳汇功能，助力"双碳"目标实现有重要意义。该研究基于淮海经济区土壤类型碳密度计算耕地土壤碳储量，再运用NEP（Net Ecosystem Productivity）模型计算耕地植被固碳量，同时借助ArcGIS空间分析和地理探测器等方法研究2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征、耕地"碳"属性及其驱动因子。结果表明：1）2005-2020年淮海经济区耕地土壤碳储量由于地类转移总体减少了1.393×107 t，在空间上呈"东高西低"分布；耕地植被固碳量则呈现出以2015年为拐点"先增加后减少"变化趋势，NEP在空间上呈现出"东南高，西北低"分布特征；随时间推移，耕地总碳储量空间分布集聚性呈下降趋势，其"高-高"类型区数量也逐渐减少，主要向不显著区和"低-高"离散区转变；2）淮海经济区耕地碳汇区县数32个，中强度碳汇区21个主要分布于淮海经济区西部，高强度碳汇区5个集中分布于东北部；3）驱动淮海经济区耕地碳储量时空分异的因子中，主要因子是交通通达度、粮食产量、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）、高程、坡度和坡向，次要因子是人口。未来耕地保护过程中，耕地碳源区县可借鉴碳汇区耕地保护政策和管理措施，以减少耕地碳储量的流失、维持耕地质量，同时也让更多区县的耕地生态系统发挥碳汇作用。     

生物碳对灰漠土有机碳及其组分的影响

土壤有机碳是影响土壤肥力和作物产量高低的决定性因子。以棉花秸秆为原料,在高温厌氧条件下热解制备生物碳,通过盆栽试验探讨了生物碳对新疆灰漠土有机碳及其组分的影响。试验设置3种生物碳:棉花秸秆分别在450℃、600℃和750℃下热解制备(以BC450、BC600和BC750表示);每种生物碳的施用量分别为5 g·kg-1、10 g·kg-1和20 g·kg-1(占土壤重量的比例);同时,以空白土壤为对照(CK)。结果表明:施用生物碳可促进小麦生长,两茬小麦的地上部干物质重均显著高于对照。施用生物碳可显著提高土壤总有机碳,且生物碳热解温度越高,施用量越大,提高作用越明显。各生物碳处理土壤易氧化碳含量均显著高于对照;生物碳低、中施用量处理(5 g·kg-1、10 g·kg-1)土壤水溶性有机碳含量显著高于对照,但高施用量处理(20 g·kg-1)与对照无显著差异;除BC750低施用量处理(5 g·kg1)外,其余各生物碳处理土壤微生物量碳含量也均显著高于对照。生物碳不同热解温度对土壤易氧化碳和微生物量碳含量的影响表现为BC450>BC600>BC750;但对土壤水溶性有机碳含量无显著影响。生物碳不同施用量对土壤易氧化碳的影响表现为10 g·kg-1≈20 g·kg-1>5 g·kg-1,水溶性有机碳含量为5 g·kg1≈10 g·kg-1>20 g·kg-1。生物碳对土壤微生物商的影响总体表现为:生物碳的热解温度越高,施用量越大,土壤微生物商越低。因此,合理的施用棉花秸秆生物碳可显著增加灰漠土有机碳储量,改变土壤有机碳组分,提高土壤生产力。     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

江苏省农田植被净碳汇时空格局分析

科学地开展区域农田植被净碳汇及其时空格局研究,对采取合理的农业管理措施,达到农田生态系统减源增汇目的具有重要意义。以江苏省13个地级市为研究单元,采用2000—2015年农作物产量、农田投入等相关统计数据估算江苏省农田植被净碳汇,综合运用重心移动、空间自相关分析等方法分析其时空格局。结果表明:(1)2000—2015年,苏北及苏中地区农田植被净碳汇总量呈波动上升趋势,苏南地区总体呈下降趋势;江苏省各市农田植被净碳汇强度总体呈上升趋势;(2)江苏省农田植被净碳汇重心基本分布在江苏省宝应县境内,呈多次振荡式向西北方向迁移;(3)江苏省农田植被净碳汇表现为"北热南冷"相对稳定的空间格局,沿海和内陆地区的农田植被净碳汇水平明显高于沿江地区。总体而言,江苏省农田植被表现为较强的碳汇功能,苏北和苏中地区是未来江苏省农田植被净碳汇的主要潜力区,应根据地区差异,通过制定差别化的农业管理措施发挥农田生态系统整体的生态屏障作用。     

鄱阳湖生态经济区县域城镇化水平综合测度及其差异

城镇化是一个国家现代化的重要标志,现以鄱阳湖生态经济区为例,从人口、经济、空间、社会4个方面构建城镇化水平综合测度指标体系,应用GIS空间自相关和障碍因素诊断模型,基于31个县域单元开展鄱阳湖生态经济区城镇化水平的综合测度研究.结果表明:1)2000—2010年,鄱阳湖生态经济区城镇化水平得到显著提高,平均值由0.274 6增加到0.514 5,县域之间绝对差异扩大,相对差异减少;2)2000—2010年城镇化由中等、低水平发展为中等、高水平,低城镇化地区由以鄱阳湖湖体为中心的"十字"分布缩小到"T型"分布;3)2000—2010年全局G系数由0.030 55上升为0.031 75,城镇化冷点集聚显著且呈现减弱趋势,热点增加迅速;4)人口和社会城镇化指数是主要的障碍指数,城镇人口比重、人均GDP、在岗职工平均工资、单位面积非农产业产值、城镇用地占总面积比重、人均社会消费品零售总额、人均邮电业务量是阻碍城镇化发展的主要因素。研究结果可为鄱阳湖生态经济区新型城镇化建设提供参考。     

山东省农业净碳汇时空演化特征分析

基于农地利用、水稻种植、畜禽养殖、秸秆焚烧4大方面25类主要碳源和17类主要农作物碳汇,测算了山东省2000—2015年及全省17个地级市2000年、2007年、2015年的农业碳排放量和碳汇量,在此基础上计算出农业净碳汇量和净碳汇强度,并对其时空演化特征进行分析。结果表明,2000—2015年间山东省农业净碳汇总量和净碳汇强度均呈上升趋势,分别增长33.05%和39.14%,农业发展的碳效应以碳汇为主,减排增汇效果明显;农业净碳汇量区域差异明显且随时间的变化呈扩大趋势,存在净碳汇量持续增长型、波动增长型、波动下降型和持续下降型4种类型区;农业净碳汇强度区域差异较明显,亦随时间变化呈扩大趋势,存在净碳汇强度持续增长型和波动下降型2种类型区;基于空间分布特征,将各地级市净碳汇量和净碳汇强度分别划分为低、较低、中、较高和高5个等级区,2000—2015年间净碳低汇区空间分布格局相对稳定,其他4个等级区发生了较大幅度的变化,净碳高汇区向鲁西地区集中,净碳较高汇区向鲁东南地区分布;净碳汇强度空间分布格局发生了较大幅度的变化,净碳汇高强度区由鲁中向鲁西和鲁西南地区扩展,净碳汇较高强度区由鲁中向鲁东南地区扩展。     

河南省农业生产碳汇的演变趋势及其集聚特征分析

农业生产具有碳排放和碳吸收的双重属性,针对当前农业生产碳汇研究系统边界模糊不清、中观尺度研究成果少、核算项目缺失统一性和完整性等问题,本文在全面核算2000—2015年河南省传统农业碳排放和碳吸收的基础上,分析了该省农业生产碳汇的演变趋势,并利用基尼系数和洛伦兹曲线研究其空间集聚特征。研究结果表明,河南省农业生产系统表现碳汇特征,其碳汇量整体呈现逐渐增长趋势,至2015年全省农业生产碳汇量为3 235.11万t,相当于当年能源消费碳排放量的22.53%,因此农业生产对于减缓温室效应等方面具有一定的作用。河南省农业生产碳汇量增长的主要原因在于随着农业现代化的不断推进和农业生产能力的不断提高,其农业生产碳吸收能力快于碳排放增长速度。自然因素是河南省农业碳排放的主要方面,至2015年自然因素产生的碳排放占河南省农业生产碳排放总量的70.15%;而人工农资投入碳排放增长率相对较快,是全省碳排放量增长的主要原因,2000—2015年全省人工农资投入碳排放量年均增长率为3.27%,是其自然因素碳排放年均增长率的3.85倍。河南省各地农业生产碳汇在地域空间上表现增长的普遍性、相对稳定性和较显著集聚性特征,呈现显著的南北和东西差异,东部和北部农业地区碳汇数值相对较高,而南部和西部农业碳汇数值对较低。     

稻田复种轮作模式的生态经济效益综合评价

为了筛选具有可持续性、适合鄱阳湖生态经济区的冬季绿色高效循环复合种植模式,通过2012年—2013年连续2年的田间定位试验,采用AHP法和综合指数法对鄱阳湖生态经济区5种稻田复种轮作模式(冬闲?稻?稻?冬闲?早稻?晚稻,绿肥?早稻?晚稻?油菜?玉米||大豆?晚稻,油菜?玉米||大豆?晚稻,蚕豆?早稻?甘薯||玉米?蔬菜?甘蔗||大豆,蔬菜?甘蔗||大豆?绿肥?早稻?晚稻)的生态经济效益进行了综合评价。结果表明:按照晚稻价格比折算后,两年间各种植模式中蔬菜?甘蔗||大豆种植模式的作物产量最高,其次是绿肥?早稻?晚稻,蚕豆?早稻?甘薯||玉米的作物产量最低。生态经济效益综合评价表明,2012年各系统的综合效益指数大小排序依次为:蔬菜?甘蔗||大豆油菜?玉米||大豆?晚稻蚕豆?早稻?甘薯||玉米绿肥?早稻?晚稻冬闲?早稻?晚稻,说明蔬菜?甘蔗||大豆种植模式"改稻为经",是能够带动稻田高产高效的种植模式,有利于农业生产的可持续发展。2013年经过稻田复种轮作后,各系统的综合效益指数表现为:绿肥?早稻?晚稻蔬菜?甘蔗||大豆油菜?玉米||大豆?晚稻蚕豆?早稻?甘薯||玉米冬闲?早稻?晚稻,表明稻田冬种紫云英模式的绿肥?早稻?晚稻种植模式能兼顾三大效益,有利于农业生产的可持续发展。从两年的综合效益结果来看,蔬菜?甘蔗|大豆→绿肥?早稻?晚稻模式能够带动稻田高产高效,能兼顾经济效益、生态效益和社会效益,可解决粮食安全和农业结构调整及农民增收等社会问题,而且对于冬季农业开发、自然资源的充分利用和农业生产的可持续发展也有极大的促进作用。综合来说,蔬菜?甘蔗||大豆→绿肥?早稻?晚稻模式是适合我国鄱阳湖生态经济区大面积推广应用的稻田冬季农业开发与复种轮作循环模式。     

基因组学在作物抗逆性研究中的新进展

自然环境中各种生物和非生物胁迫是影响作物产量的巨大威胁。随着现代分子生物学的发展,从分子水平研究作物抵御逆境的机理已成为生态农业研究的一个重要任务,分子遗传学与生态学的整合诞生了生态基因组学即用基因组学的技术和手段研究生态学领域的问题。基因组学按其研究内容分为功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学,本文从这3方面分别阐述了作物抵抗生物胁迫和非生物胁迫的生态基因组学研究进展,总结了基因组学在植物抗逆性研究中的一些新技术和新手段,特别是基于近几年发展起来的二代深度测序所带来的一系列高通量的检测方法与结果。①功能基因组学包含转录组学、表观遗传学、蛋白组学、相互作用组学、代谢组学和表型组学,本文侧重从植物抗逆的功能基因表达水平上的研究展开,重点探讨了转录组学和表观遗传学在植物抗逆研究的新进展,介绍了一些转录组学和表观遗传学研究技术,如基因芯片技术、RNA测序技术、SAGE、cDNA-AFLP、SSH、亚硫酸盐法、ChIP-Chip、ChIP-seq等;例举了一些转录因子基因家族在植物抗逆反应中的作用,总结其作用共性,结果表明不少抗逆基因受到胁迫后基因转录激活上有一定相关性,大多受激素信号转导途径所调控,很多抗逆途径最终都涉及到ABA信号传导通路并与衰老相关;植物的抗逆性受多个信号通路调控,对同一逆境响应常常需要不同的转录因子共同参与,而同一转录因子也有可能参与2个以上的不同抗逆反应;表观遗传学则指在不改变基因序列前提下,对DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰及小RNA介导的信号传导等,有证据表明其存在遗传印记作用。②结构基因组学主要利用QTL定位和DNA测序技术,确定植物基因组的遗传图谱和物理图谱,二代深度测序平台的建立使许多植物的全基因组测序成为可能。迄今为止,已有超过40种植物完成全基因组测序,越来越多的植物全基因组计划正在实施中或预计实施。③比较基因组学是基于功能基因组学和结构基因组学进而比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的研究,可分析逆境响应相关基因在进化过程中及在地理位置分布中的作用和意义,也同时为QTL定位及功能基因组学研究提供丰富信息。此外,还简要介绍并列举了一些网络共享作物抗逆的生物信息资源数据库。虽然基因组学在如何正确处理海量数据等问题上还存在瓶颈,但它提供的大量作物抗逆方面的基因组信息已为植物抗逆研究提供了众多线索与依据,为今后改良作物抗逆性的遗传育种工作带来了新启示。     

长期施磷稻田土壤磷素累积及其潜在环境风险

应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0(不施磷)、30 kg.hm 2.a 1(低磷)、60 kg.hm 2.a 1(适磷)、90 kg.hm 2.a 1(高磷)]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引发的环境风险。在本试验区土壤环境条件下,可能发生稻田磷素淋溶及径流的土壤耕层(0~15 cm)Olsen-P临界值分别为26.0 mg.kg 1和24.8 mg.kg 1。连续13年适磷、高磷施肥,土壤耕层Olsen-P含量分别达到26.9 mg.kg 1和33.2 mg.kg 1,均高于临界值浓度,且已导致稻田田面水与30 cm渗漏水中总磷浓度显著升高,大大提高了稻田磷素淋溶及径流的风险。低磷施肥土壤Olsen-P长期稳定在(10.1±2.0)mg.kg 1水平,并且每年的稻麦产量与高磷、适磷处理相比并无显著差异,而长期低磷施肥土壤磷的流失风险也较小。因此,在太湖地区稻麦轮作体系下,磷肥不宜以常规适磷水平长期施用,建议以低磷水平(30 kg.hm 2.a 1)长期施用或以适磷水平(60 kg.hm 2.a 1)间歇式施用。     

河北省农作物生产投入品碳排放变化特征

基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万～2674万tCO₂eq、0.21～0.30tCO₂eq·t^-1和3.40～4.10tCO₂eq·hm^-2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响...     

中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征

玉米生产对我国粮食安全意义重大。化学氮肥施用是保证玉米稳产高产的一个重要条件, 但过量施用也会导致环境问题, 所以化学氮肥的施用量和利用率一直是农业科学领域关注的一个重要课题。本文通过资料搜集、数据整理和分析, 探索中国过去几十年玉米各种植区化学氮肥的当季单位面积施用量(application rate, AR)和回收利用率(recovery efficiency, RE)、农学利用率(agronomic efficiency, AE)、偏生产力(partial factor productivity, PFP)的变异特征。结果表明: 在过去的几十年内, 中国玉米生产中当季AR总体呈增长趋势, 从1970s的93.3 kg·hm^-2持续增长至21世纪初的238.2 kg·hm^-2; RE和AE都呈下降趋势, 分别从1970s的42.1%和17.0 kg·kg^-1下降至21世纪初的26.4%和9.5 kg·kg^-1; PFP在各个时期均趋于稳定, 维持在40.0 kg·kg^-1左右。在全国各玉米种植区内, 北方春播玉米区的AR各时期均较其他各区低且增速缓慢, AE和RE则偏高; 黄淮海平原春、夏播玉米区的AR增速同全国平均增速基本持平, 较全国略高, AE和RE较全国平均水平低。另外, 本研究还证实平衡施肥、使用氮高效品种以及优化农业管理等举措可成为提高我国氮肥利用率、减少资源浪费和减轻环境污染的有效途径。     

Evolution of soil chemical properties in the past 50 years in the Tai Lake Region, China

The Tai Lake Region (TLR) is traditionally an ecologically sustainable agricultural area due to the intensive application of traditional organic fertilizer. However in the past 50 years, agricultural management practices such as fertilizer usage and cropping systems changed this situation. In order to investigate how these changes affected soil chemical properties and ultimately the sustainability of agriculture production, a case study was conducted in Taicang County in the TLR. It was found that soil organic carbon (SOC) content significantly decreased from 22.8 g kg⁻¹ in 1959 to 12.9 g kg⁻¹ in 1981 while soil total nitrogen (TN) increased significantly from 1.2 g kg⁻¹ in 1959 to 1.6 g kg⁻¹ in 1981 due to the application of mineral fertilizer especially N fertilizer nearly entirely replacing of traditional organic fertilizer, and then both slightly increased to 14.0 g kg⁻¹ and 1.7 g kg⁻¹, respectively in 2004. Soil total phosphorus (TP), total potassium (TK), and available K (AK) contents showed little changes from 1981 to 2004 but soil available P (AP) content increased significantly from 7 mg kg⁻¹ in 1981 to 26 mg kg⁻¹ in 2004. The changes of soil properties from 1959 to 1981 were attributed to the changes of fertilizer usage and the changes of soil properties from 1981 to 2004 were attributed to the changes of cropping systems and fertilizer application, particularly vegetable production which resulted in the significant changes of fertilizer usage.     

干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究

在水稻高产栽培技术中,为合理利用水资源,改良土壤通气性,干湿交替灌溉技术已广泛应用。干湿交替灌溉技术的核心是协调土壤水分与氧气之间的平衡。本研究采用大田试验,在水稻生育后期进行干湿交替处理,同步监测稻田5 cm土层土壤氧气、水分及温度的变化,以探讨稻田土壤氧气和水分运移变化规律及其互作关系,为进一步揭示干湿交替灌溉技术的内在生理机制奠定基础。研究结果表明,干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量;而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5 cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在花后19 d、24 d、29 d,当5 cm土层土壤体积含水量分别下降为25.4%、25.1%、24.7%时,土壤含氧量则分别上升到17.5%、17.4%、17.4%。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14:00—15:00之间;土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势;土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15:00—16:00之间。从上午8:00到下午17:59,当土壤温度升至峰值时,土壤水分含量较低,而土壤含氧量开始升高。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤氧气含量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系。因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。     

Chemical composition of cover crops and soil organic matter pools in no-tillage systems in the Cerrado

In no-tillage systems (NTS), cover crops are recommended to increase the productivity of agricultural systems. Furthermore, a greater diversity of cover crops in NTS favours an increase in soil carbon (C) stocks. However, there are scarce published data on the relationship between the chemical composition of cover crops and the accumulation of labile and stable fractions of SOM. We evaluated the relationship between the chemical composition of cover crops and SOM fractions, C stocks and maize yield. Hemicellulose, cellulose and lignin contents were determined for Urochloa ruziziensis, Canavalia brasiliensis, Cajanus cajan and Sorghum bicolor, cultivated in the off-season of maize. Canavalia brasiliensis had high N (20.96 g kg⁻¹) and hemicellulose (185.67 g kg⁻¹) contents, lower lignin content (39.50 g kg⁻¹) and high dry matter yield (3,251 kg ha⁻¹). All these characteristics resulted in a better SOM quality. Urochloa ruziziensis, with higher hemicellulose and lower lignin contents, and low lignin/N ratio, was associated with accumulation of TOC (19.95 and 18.33 g kg⁻¹ in 0- to 10-cm and 10- to 20-cm layers, respectively) and mineral-associated organic C (on average, 16.68 g kg⁻¹) in the soil. Cover plants with N:lignin ratio lower than 2.0 are fundamental for soil C sequestration. In conclusion, it is recommended the adoption of Urochloa ruziziensis and Canavalia brasiliensis as cover plants improve maize production, soil organic matter quality and C sequestration in the Cerrado region.