成都平原不同种植模式下重金属镉污染风险和经济效益评价

为了评估成都平原常规粮油种植模式下的重金属镉污染风险和经济效益,寻求稳定、高产且利于推广的安全种植模式。选取成都平原最常见的6种粮油作物,设置了小麦-玉米轮作、油菜-玉米轮作、小麦-红苕轮作、油菜-红苕轮作、小麦-大豆轮作、油菜-大豆轮作、小麦-水稻轮作、油菜-水稻轮作8种种植模式,在轻中度污染农田开展了两年田间试验,对各个种植模式的产量、经济产出,以及收获物、秸秆和土壤的重金属镉含量进行测定。结果表明,当前试验区最广泛使用的小麦-水稻种植模式下的小麦和水稻籽粒镉含量均超标,存在极大的生产风险。玉米-油菜种植模式的籽粒镉含量最低,均未超标,能够实现安全生产,但经济产出较小麦-水稻轮作模式显著降低。油菜-水稻轮作模式的农田产出效益最大。相比种植小麦,种植油菜后,后茬水稻对应的重金属镉含量降低70.2%。综合生产和环境效益,将小麦-水稻种植模式更换为油菜-水稻模式是目前既能保证农民收益又能有效降低重金属镉污染风险的最佳措施。     

湖北省三峡库区不同种植模式下农田地表径流氮磷流失特征

为了识别湖北省三峡库区氮磷流失的高风险种植模式和高风险区,以种植模式为单元研究区域农田地表径流氮磷流失特征,采用流失系数法,分析了湖北省三峡库区4个县(区)18种主要种植模式农田地表径流途径土壤本底、肥料氮磷流失情况。结果表明:库区农田氮磷流失量分别为2 035.0 t和213.2 t,其中夷陵区最高,分别占库区总量的53.8%和50.5%,该区氮磷流失强度也最高。当季施肥造成的氮磷流失量分别占农田流失总量29.6%和26.3%。18种模式中,平地-露地蔬菜和平地-园地是氮流失量最大的两种种植模式,占库区农田总流失量53.2%;平地-露地蔬菜是磷流失量最大的种植模式,占库区农田总流失量的43.3%。平地、缓坡地、陡坡地三类坡度农田中,平地农业集约程度高,氮磷流失量最高,分别占库区氮磷流失量56.1%和57.1%,缓坡地次之,陡坡地的种植强度低,氮磷流失量最低。几种土地利用方式中,平原旱地利用方式氮磷流失量分别占库区氮磷流失量的38.5%和48.5%,流失强度为17.1、2.3 kg·hm~(-2),远高于园地、坡耕地、水田。研究表明,夷陵区是氮磷流失高风险区,平地-露地蔬菜和平地-园地是氮磷流失的高风险种植模式。     

水源保护区坡耕地不同种植模式水土保持效应试验

在水源保护区16．5°的坡耕地上,通过3种种植模式（玉米＋小麦、牧草混播、黄梨＋绿肥）进行连续3年水土保持试验,研究水源保护区坡耕地水土保持效应。结果表明：1）与玉米＋小麦习惯轮作模式相比,牧草混播及黄梨＋绿肥种植模式降低径流量、土壤流失量、养分流失量分别为27．7％、44．2％、38．0％及14．4％、20．9％、27．9％,牧草混播及黄梨＋绿肥2种种植模式都能有效地降低水土及养分流失,并且效果随着年限延长而增加;2）在肥料施用量比玉米＋小麦种植模式减少34．0％的条件下,牧草混播种植模式的纯收益仍能与玉米＋小麦轮作模式持平;黄梨＋绿肥种植模式纯收益比玉米＋小麦种植模式提高5．9％,梨树盛果期以后,产值还有很大提升空间;3）从水土保持角度看,牧草混播种植模式的效果最好,从经济角度分析,黄梨＋绿肥种植模式效益最高,二者都可作为水源保护区种植结构调整及坡耕地综合治理的较好模式。     

丹江口库区坡耕地不同作物对土壤溅蚀的影响

选取位于丹江口库区的代表性坡耕地,通过野外调查与室内分析,研究种植不同作物(黄姜、红薯、芝麻与玉米)对土壤溅蚀的影响,同时探讨土壤溅蚀与作物株高、覆盖度及其土壤含水量、温度的相关性。结果表明:在作物生长前期,各处理土壤溅蚀差异不显著;在生长盛期,种植作物显著降低土壤溅蚀,其中相对于对照处理,黄姜处理降低幅度最小,芝麻与玉米次之,红薯则最大。相关分析表明,土壤溅蚀与作物覆盖度、土壤含水量及土温呈显著的一元二次曲线相关。因此,种植作物改变了坡耕地局部空间格局,使降雨发生空间再分布。     

洱海流域北部农田养分平衡及残留特性研究

为减少农田氮磷流失,改善洱海水质、遏制富营养化发展,以洱海流域北部8个乡（镇）为研究区域,采用现场调查与分析测试相结合的方法研究了洱海流域北部10种典型轮作模式的施肥量、作物养分吸收量、农田养分盈余量以及土壤养分残留状况,对不同轮作模式农田养分平衡及残留特性进行了分析评价。结果表明,水稻-大蒜轮作模式下有机肥和氮肥的投入量显著高于其他模式,水稻-蔬菜作物轮作模式的磷肥投入量显著高于其他模式;不同轮作模式间土壤养分残留差异性以硝态氮最为突出：水稻-大蒜轮作条件下土壤硝态氮残留量达43.4mg.kg-1,明显高于其他轮作模式;10种轮作模式均处于养分盈余状态,以水稻-大蒜轮作模式养分盈余量最大,为1258.8kgN.hm-2和1472.7kgP2O5.hm-2;养分盈余量差异主要凸现在小春季作物上;土壤中易流失的硝态氮、铵态氮和速效磷与氮磷肥的投入量和养分盈余均呈显著相关。表明水稻-大蒜和水稻-蔬菜轮作是洱海流域农田环境污染风险较高的种植模式,需要重点防控。     

不同栽培模式对氮磷钾养分径流流失的影响

为了寻求提高肥料利用率、降低养分流失、减少环境污染的最佳种植模式,在广西丘陵坡耕地进行定位观测,研究广西主要经济作物、农民常规施肥和主要种植模式下的坡耕地养分径流流失特征,结果表明,木薯+玉米模式径流水中的总磷、总钾、硝态氮流失量最大,其次为总氮、铵态氮;木薯+花生模式径流水中的养分流失量除总磷（245.1 g/hm²）最多外,其他养分流失量均较少,氮素流失以硝态氮为主,占总氮的50%以上。产生径流量最多的模式是木薯+花生为60 974 L/hm²,其次是甘蔗模式为58 583 L/hm²,最少的模式是木薯+玉米为52 676 L/hm²;木薯+玉米种植模式下作物吸收氮、磷、钾的量最多（7月13日）,甘蔗吸收氮、磷、钾的量均是最多的（11月13日）。三种种植模式中施肥量最大的是木薯+玉米,其次是木薯+花生,甘蔗是最少的。养分氮、磷径流率最大的均为甘蔗单种模式,养分钾径流率最大的为木薯+玉米种植模式。     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

植物篱和浅垄作对三峡库区坡耕地氮磷流失的影响

为明确三峡库区陡坡地耕作模式和植物篱防护系统对生态保护和水环境治理的影响,该文根据陡坡地特点构建了集浅垄作、少耕和残茬覆盖及残茬植物篱为一体的小麦-玉米生态耕作模式(H1),并与小麦-玉米间作香根草(H2)、小麦-玉米间作紫花苜蓿等高植物篱(H3)及常规小麦-玉米管理(H4),就化肥氮磷养分利用和氮磷坡面流失变化特点展开连续2a的小区试验。结果表明,与常规管理相比,坡耕地H1处理的作物生物产量、经济产量、肥料氮磷利用率显著提高。其中化肥磷素利用率提高0.06kg/kg。H2、H3处理对作物生物、经济产量及氮磷利用率、农学效率均未产生显著影响。与H4处理相比,坡耕地H1、H2、H3处理均能降低径流量,显著减少坡面产沙量和泥沙态磷素流失量;其中产沙量分别降低48.46%、52.26%和58.59%,泥沙态磷流失量分别降低30.58%、47.70%和44.58%。研究结果可为三峡库区坡耕地的耕作模式和生态控制提供参考。     

黄土高原旱地不同种植模式土壤碳特征评价

增强农田土壤碳固持能力、增加碳贮量是减少温室效应气体排放,提高土壤生产力的重要措施。利用黄土高原23 a的定位试验,分层采集休闲、苜蓿连作、玉米连作、小麦连作、豌豆-小麦-小麦-糜子（豆禾）及玉米-小麦-小麦-糜子（禾谷）轮作条件下0～40 cm土层的土样,研究了作物种类和种植模式对土壤不同形态碳的影响。结果表明：与休闲相比,不同作物长期连作或轮作显著提高0～40 cm土层各种形态碳的质量分数,总碳提高35%～74%,有机碳提高47%～139%,无机碳提高20%～26%,轻质有机碳提高的幅度最大,是休闲的     

洱海流域不同轮作与施肥方式对农田氮磷径流损失的影响

为了探讨洱海流域不同轮作与施肥方式对农田土壤径流氮磷损失的影响,在洱海地区利用田间小区试验,研究了7种轮作模式(大蒜-玉米、大麦-水稻、油菜-水稻、蚕豆-烤烟、大蒜-烤烟、蚕豆-水稻、大蒜-水稻)和3种施肥方式(速效肥、缓释掺混肥、不施肥)下的作物产量以及地表径流氮磷损失特征。与习惯施肥处理(CF)相比,施用缓释掺混肥(BB)能够减少肥料使用量,氮、磷肥减少量分别为9.85%～47.49%和10.81%～63.33%;同时部分作物产量有明显提高,大麦-水稻轮作下水稻产量提高19.69%,蚕豆-水稻轮作下蚕豆产量提高16.99%,大蒜-水稻轮作下大蒜产量提高24.32%,油菜-水稻轮作下油菜产量提高35.79%。7种轮作模式下施用BB肥均能降低土壤径流中氮磷损失,BB处理较CF处理土壤径流总氮和总磷流失量分别降低10.72%～28.80%和17.13%～47.87%。种植烤烟施肥量偏高,易造成土壤径流氮磷流失,总氮和总磷流失量分别达到5 907.00g·hm-2和821.25 g·hm-2;油菜-水稻轮作易造成土壤径流磷损失,总磷损失量达到1 045.77 g·hm-2。研究表明,在洱海地区,施用相应作物专用BB肥能够有效降低土壤径流氮磷损失,蚕豆-水稻轮作是一种较好的减少氮磷面源污染的种植模式。     

东北薄层黑土区作物轮作防治坡面侵蚀的效果与C值研究

作物轮作通过影响通用土壤流失方程(USLE)中作物覆盖和管理因子C值的变化和改良土壤性质而减少坡面土壤侵蚀。基于东北薄层黑土区连续6年大豆—红小豆轮作和裸露休闲坡面小区的径流泥沙和降雨资料,分析了2011—2016年研究区侵蚀性降雨特征,探讨了作物轮作防治坡面土壤侵蚀的效果,研究了作物轮作C值的年内和年际动态变化。结果表明:研究区所有侵蚀性降雨皆发生在5—10月,其降雨量占全年降水量的32.5%～68.1%,且年内和年际分布不均。对于5°坡度的裸露小区,土壤侵蚀主要发生在6—8月,坡面径流量和土壤流失量分别为48.4mm和1 388.2t/(km~2·a);对于5°坡度的作物轮作小区,土壤侵蚀主要发生在5—7月,坡面径流量和土壤流失量分别为19.5mm和166.7t/(km~2·a)。与裸露休闲小区相比,作物轮作小区可使黑土坡面年径流量和土壤流失量减少59.7%和88.0%。大豆—红小豆轮作措施的多年平均C值为0.12,其中大豆作物的C值为0.04,变化范围0.007～0.080;红小豆作物的C值为0.38,变化范围0.28～0.46。大豆和红小豆作物的C值月变化分别为0.01～0.24和0.01～0.80,呈先减少后增加的变化趋势。大豆—红小豆轮作对东北薄层黑土区坡面土壤侵蚀防治有明显效果,研究结果可为薄层黑土区土壤侵蚀定量评价和预报模型的建立提供基础数据。     

作物覆盖度对土壤侵蚀的影响

为研究传统耕作模式下坡耕地作物覆盖度对土壤侵蚀的影响,利用冬小麦不同的种植密度和生长期来模拟作物不同的覆盖度情况。采用人工模拟降雨方法测定0,150万,250万,350万,450万株/hm² 5种不同密度处理在不同生育期的覆盖度、地表径流和土壤侵蚀,分析作物覆盖度对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)坡耕地作物种植密度的不同导致覆盖度产生差异,对土壤侵蚀有明显的影响,作物覆盖度一般随种植密度的增加而增加,但如果密度过大,由于生长状况不佳,覆盖度反而变小,表现为7.5万株/hm²时覆盖度最大,种植密度最大的9万株/hm²的覆盖度却不是最大;(2)侵蚀量和径流量与作物覆盖均呈较好的指数函数关系,分别为Y=44.37e^-0.09x(p＜0.01),Y=1089.19e^-0.02x(p＜0.01),即随作物覆盖度的增加,径流量和侵蚀量减少;(3)土壤侵蚀和地表径流之间存在显著的指数函数关系(R²=0.96)。研究结果对分析传统耕作农地的土壤侵蚀,量化耕作措施因子和准确预测土壤侵蚀,指导农田水土保持有重要意义。     

耕作及轮作对土壤氮素径流流失的影响

5年轮作和1年水平沟耕作试验表明:在不同的坡度上,与传统耕作法相比,水平沟减少产流7%,径流液铵态氮浓度提高19%,流失量达到13.01kg/(km²·a),比传统耕作多流失1.11kg/(km²·a);径流硝态氮浓度减少27%,比传统耕作减少7.68kg/(km²·a);径流硝态氮流失减少量和铵态氮增加量相差6倍,水平沟可减少6.57kg/(km²·a)矿质氮流失;水平沟拦截泥沙25%左右,泥沙中全氮富集率提高13%,土壤全氮流失457kg/(km²·a),平均减少18%;一季黑豆和一季黄豆及两季黑豆和一季黄豆参与的5年轮作周期,土壤侵蚀量仅为896t/(km²·a)和984t/(km²·a),不及糜子和土豆参与轮作周期的1/2.     

轮作休耕模式对土壤团聚体及有机碳含量的影响

为探究轮作休耕模式对红壤坡耕地团聚体稳定性及有机碳含量的影响,通过田间试验设置了休闲地、玉米单作、玉米-豌豆-玉米和玉米-苕子-玉米4个处理,分析了不同种植模式下土壤团聚体稳定性及有机碳含量,结果表明:(1)不同种植模式下土壤机械稳定性和水稳定性团聚体组成均以≥0.25 mm粒径占比最高,机械稳定性团聚体占比在80.68%以上,水稳定性团聚体达到了77.05%以上,且≥0.25 mm团聚体所占比例大小顺序为:休闲地>玉米-豌豆-玉米>玉米-苕子-玉米>玉米单作。(2)根据不同团聚体稳定指数(MWD,GMD,R_0.25和PAD)显示,休闲地的团聚体稳定性最好,与玉米单作之间差异显著,且休闲地和玉米轮作两种模式下团聚体稳定性均优于玉米单作。(3)玉米单作土壤团聚体有机碳含量最低,玉米轮作和休闲地能显著提高有机碳含量,并且玉米-苕子-玉米轮作效果最优; ≥0.25 mm粒径范围的团聚体储存的有机碳含量最高。(4)通过对土壤水稳性团聚体稳定指数与有机碳含量的相关性分析表明,4个不同团聚体稳定指数与有机碳含量都呈极显著正相关关系,与R_0.25相关程度最高。研究结果可为试验区域坡耕地水土流失防治提供理论依据。     

三峡库区坡耕地不同施肥水平与耕作模式径流泥沙流失规律

为有效防治坡地水土流失,减轻农业面源污染,以原位径流小区长期（2010—2012年）观测试验为基础,以“冬小麦—夏玉米”种植模式为研究对象,设置对照（T0）、常规（T1）、优化（T2）、增量（T3）、横坡垄作（T4）5个处理,分析了三峡库区紫色土坡耕地不同施肥水平与耕作模式下径流泥沙流失规律及其对降雨的响应。研究发现:（1） 各处理5月份的径流量占观测时段内总径流量的16.39%～21.96%,侵蚀量占观测时段内总侵蚀量的12.53%～25.56%,产生侵蚀性降雨的最小降雨量为20.5 mm。（2） 不同施肥与耕作模式下降雨量与径流量、侵蚀量均呈y=ax+b（a > 0）的线性关系;通径分析表明,侵蚀量的变化是径流量直接作用的结果,施肥对土壤侵蚀及产流的影响是通过改变土壤理化性质和作物地面覆盖度而实现的。（3） 不同施肥水平与耕作模式下径流总量与侵蚀总量的变化趋势一致,在不同施肥水平下径流总量与侵蚀总量均表现出:T0 > T1 > T3 > T2,不同耕作模式下径流总量与侵蚀总量均表现出:T2 > T4。横坡耕作和优化施肥模式能够更有效地减少地表径流,降低土壤侵蚀量,是三峡库区防治坡耕地水土流失的有效途径。     

烟蒜轮作与套作对土壤微生物类群数量的影响

采取田间试验方式,以单作烤烟为对照,研究了不同年度和烤烟生育时期烟蒜轮作、烟蒜套作对根际和非根际土壤细菌、真菌、放线菌、解钾菌和解磷菌数量变化的影响。结果表明:随生育时期推进,烟蒜轮作和烟蒜套作处理根际土壤细菌含量高于单作烤烟的趋势越来越明显。2014年,上部叶成熟期烟蒜轮作、烟蒜套作根际土壤细菌数量是单作烤烟的1.41倍和1.24倍。中部叶成熟期和上部叶成熟期,烟蒜轮作处理根际土壤真菌数量最少,但2014年烟蒜轮作和烟蒜套作处理下非根际土壤真菌数量高于单作烤烟处理。烟蒜轮作、烟蒜套作处理根际土壤放线菌数量高于单作烤烟,上部叶成熟期分别是单作烤烟2.01倍和2.93倍(2013年)、1.12倍和1.28倍(2014年)。烟蒜轮作、烟蒜套作处理根际土壤解钾菌和解磷菌含量在烤烟生长发育的中后期显著高于单作烤烟,且非根际土壤的解磷菌含量也呈现相同的趋势。不同年度,烟蒜轮作与烟蒜套作处理烟叶产量和上中等烟率均显著高于单作烤烟处理。烟蒜轮作和烟蒜套作种植模式能改良土壤根际环境微生物结构,维持良好的土壤质量状态。     

黑土区不同耕作措施的水土保持效益

为了探求黑土区坡耕地水土流失的有效防治措施,以吉林省伊通县毯子房小流域为典型试验研究区,采用野外观测与室内实验相结合的方法,对留茬、轮作和秸秆还田3种不同耕作措施下黑土区坡耕地的水土保持效益进行研究与分析。结果表明:1)对照处理产生径流量和泥沙量最大,秸秆还田产生侵蚀量最小,留茬、轮作和秸秆还田比对照处理径流量减少36.4%～66.7%,泥沙量减少75.2%～86.4%;2)与对照相比,留茬、轮作和秸秆还田3种不同措施下冲刷泥沙中土壤有机质质量分数分别减少56.6%,62.8%和81.4%,全氮质量分数分别减少53.3%,60.0%和80.0%,全磷质量分数减少38.5%,61.5%和84.6%,且不同处理下3种土壤养分流失总量均比对照减少85%以上。     

郑家沟土地作物生产力的估算及其应用

以地貌及其所主导的水热条件、肥力状况和土地利用现状为依据，将郑家沟流域的农耕地分为１０个类型，并在此基础上建立了作物生产力估算模型。对估算结果的分析表明：土壤因素和农业经营管理水平是制约作物生产力提高的主要因素，发展农业的主要措施是坚决退耕２５°以上陡坡地，治理水土流失，改善生产条件，合理调整农作物布局。马铃薯生产力最高，对水分、土壤反应不敏感，应在旱地相对稳定其面积；玉米表现出最大的水分增产潜力，应布局在水地和水分条件较好的川台地和坝地上；大豆的肥力增产潜力最大，应解决土壤含磷不高的问题。     

降雨对江子河小流域不同农作物措施坡面产流产沙的影响

水土流失已成为我国主要的生态环境问题之一。基于安徽大别山区江子河小流域2012—2019年自然降雨径流泥沙观测资料,探讨雨型对不同农作物措施坡面产流产沙的影响,采用随机森林算法分析降雨因子与水沙之间的关系。结果表明,在不同场次降雨中,径流量、土壤流失量随降雨场次变化规律较一致,红薯措施产流量及土壤流失量较大,茶叶措施最小。降雨分为3类:A型降雨(低频率、长历时、大雨量、高雨强)、B型降雨(高频率、短历时、小雨量、低雨强)、C型降雨(较低频率、较长历时、中等雨量、较高雨强),对产流产沙的影响表现为A型>C型>B型。降雨量对产流的影响程度最高,土壤流失量受PI、PI 60及降雨量和I 30的影响,I 60对产流产沙的影响程度偏低,小于11%。各农作物措施小区的径流深和土壤流失量相关性显著且具有线性关系,土壤流失量的增速为红薯>桑树>茶叶>板栗>黄豆>油茶。研究结果可为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论依据,对安徽大别山区水土保持工作的开展和生态文明建设具有重要的理论价值和实践意义。     

不同轮作模式对黄淮平原潮土区土壤养分及作物产量的影响

通过大田试验,研究黄淮平原潮土区不同轮作方式对不同土层土壤速效养分和小麦产量构成因素及产量的影响.采用随机区组设置连续的小麦-玉米(WM-WM-WM)、1周期小麦-玉米+1周期小麦-大豆(WM-WS-WM)、1周期小麦-玉米+1周期小麦-夏花生(WM-WP-WM)、连续的小麦-夏花生(WP-WP-WP)和连续的小麦-大...