中国农田小麦和玉米产量时空演变及驱动因素

探究中国小麦和玉米产量的时空变化特征和关键驱动因素,为粮食安全战略决策提供理论依据.基于农业农村部近30年(825个点位,1988-2019年)全国农田监测数据,分析了小麦和玉米产量的时空变化特征,利用逐步回归和随机森林模型探究施肥、气候和土壤属性对产量变化的影响,最后通过偏最小二乘法探究各指标影响产量变化的主要调控路...     

长期复种绿肥下光合碳在水稻-土壤系统中的分配与稳定

冬季复种绿肥是我国南方稻区传统的培肥增产模式,探究长期冬种绿肥下光合碳在水稻-土壤系统中的分配规律,对深入解析稻田土壤碳循环、充分发挥绿肥的生态功能具有重要意义。基于稻-稻-绿肥复种长期定位试验（38年）,针对稻-稻-紫云英、稻-稻-油菜和稻-稻-休闲三种处理,采用13C-CO2脉冲标记技术,研究长期冬季复种绿肥下光合碳在早稻季分蘖期水稻-土壤系统中的分配特征。结果表明,与冬季休闲处理相比,复种紫云英和油菜处理使早稻地上部13C-光合碳积累量每穴分别增加19.9 mg和80.6 mg;复种紫云英处理使早稻地下部13C-光合碳积累量每穴降低2.7 mg,而复种油菜处理对早稻地下部13C-光合碳积累量无显著影响。同时,冬季复种紫云英和油菜减少了早稻13C-光合碳向土壤的分配,积累量每穴分别降低7.6 mg和7.8 mg;复种紫云英处理对水稻13C-光合碳在土壤颗粒有机碳（POC）和矿物结合态有机碳的分配比例无显著影响,复种油菜处理促进了水稻13C-光合碳向土壤POC中的分配,使13C-POC的占比增加35.3%。综上,长期复种绿肥促进了水稻分蘖期光合碳在水稻-土壤系统中的积累,与冬季休闲处理相比,冬季复种绿肥使光合碳在水稻-土壤系统中积累量增加3.7%~28.0%;增加了光合碳向水稻地上部的分配,减少了其向水稻地下部及土壤中的分配比例;且复种油菜处理减弱了土壤中水稻光合碳的稳定性;从增加有机碳总量和光合碳稳定性的角度可知,复种紫云英是相对较好的一种冬季复种绿肥模式。     

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于...     

两种调理剂对水稻土pH 值和重金属吸收的影响

探明两种调理剂对近中性水稻土pH值、重金属有效性和水稻吸收的影响,及其与土壤性质的关系,为调理剂的科学开发及合理施用提供科学依据。选取水淬高炉渣源调理剂（T1）及其腐殖质改性调理剂（T2）,分别设置2个施用量梯度（T1L、T1H和T2L、T2H）,通过盆栽试验分析了两种调理剂及不同用量对土壤pH值、有效硅、镉、锌、铜含量,以及水稻籽粒和秸秆镉、锌、铜含量的影响。与对照（CK）相比,2个施用T1调理剂处理土壤pH值分别升高0.64和1.02,2个施用T2调理剂处理pH值分别升高0.27和0.56(P<0.05),土壤pH值随调理剂施用量的增加而增加。T1L和T1H处理土壤有效硅含量与CK相比分别提高5和22倍（P<0.05）,且显著高于施用T2调理剂处理。与CK相比,T1H处理土壤有效镉、锌、铜含量分别降低37.21%、45.57%和95.30%(P<0.05);T2L和T2H处理土壤有效锌含量分别降低31.55%和30.67%,有效铜含量分别降低6.53%和19.32%(P<0.05)。与CK相比,T1L和T1H水稻籽粒锌含量分别降低23.44%和18.12%(...     

基于多评估方法的县域镉污染风险管控研究

为支撑区域尺度重金属镉（Cd）污染农田的分区管理决策,以湖南省某典型粮食大县为案例,通过区域网格采集土壤和水稻样品,分析县域Cd污染空间分布特征,结合单因子评价、地累积指数法和人体健康风险法,评估该县Cd污染风险。结果表明：不同评价方法对Cd污染风险区划分差异较大。单因子指数法显示该县仅有5.9%的区域存在污染风险,地...     

水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征

【目的】以红壤区典型县域祁阳为例,分析不同母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤酸度和养分含量变化特征,为该区合理利用土地防治酸化提供科学依据。【方法】选取18个点位,采集水田及相邻的旱地和菜地,分析土壤pH、交换性酸、交换性盐基离子、有机质、阳离子交换量和养分含量的变化及其相互关系。【结果】碱性母质发育的土壤pH均显著高于酸性母质发育的土壤。酸性母质发育的水田改为菜地后土壤pH降低了0.48个单位;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤pH分别降低了0.74和0.53个单位。双直线模型拟合分析表明,当水田、旱地和菜地的土壤pH分别低于5.88、5.78和5.63时,土壤交换性铝含量快速升高,且降低一个pH单位土壤交换性铝含量分别增加1.09、2.33和2.93 cmol(+)·kg^-1。酸性母质发育的水田改为旱地土壤有机质和全氮含量分别降低了11.06和0.42 g·kg^-1,而菜地无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有机质和全氮含量均显著下降,降幅分别为13.88—17.28和0.57—0.71 g·kg^-1     

长期施肥下红壤玉米关键生育期氧化亚氮排放差异及其影响因素

【目的】探究红壤区玉米关键生育期氧化亚氮(N₂O)的排放量及影响因素，为红壤区玉米季温室气体减排提供理论支撑。【方法】典型红壤长期施肥定位试验始于1990年，选取不施肥(CK)、氮钾化肥配施(NK)、氮磷钾化肥配施(NPK) 3个处理，监测玉米苗期、喇叭口期、灌浆期和成熟期N₂O排放、温度和降雨量，测定了表层土壤理化性状和硝酸还原相关酶的活性。【结果】与CK相比，NK和NPK处理均显著提高了N₂O累积排放量，NPK处理显著增加苗期N₂O累积排放量，而NK处理显著提高了喇叭口期和灌浆期N₂O累积排放量，但两个处理的玉米生育期N₂O累积排放总量没有显著差异。从玉米苗期到成熟期，NK处理土壤pH整体呈下降趋势，降低了17.8%，而CK和NPK处理无显著变化；CK、NK和NPK处理土壤有机碳(SOC)整体呈上升趋势，分别较灌浆期升高了15.2%、16.4%和16.2%,NH₄⁺-N含量呈逐渐降低趋势，而NO_3<...     

我国水稻的肥料贡献率时空变化及影响因素

【目的】从全国尺度上解析近30年（1988—2017）水稻产量的肥料贡献率变化及其影响因素，为水稻可持续生产和肥料的科学施用提供理论依据。【方法】基于全国稻作区耕地质量监测数据（338个点位），分析不同稻作模式、种植区域、气候条件和土壤质地的水稻肥料贡献率年际变化，并结合随机森林模型探讨各因素对水稻肥料贡献率变化的相对贡献。【结果】在施肥区和不施肥区水稻品种和栽培技术相同的条件下，近30年全国水稻的肥料贡献率整体呈现前20年逐渐升高，近10年趋于平稳的特征，总体变化幅度为41.20%—51.89%，但不同稻作模式存在差异，单季稻、双季稻和水稻-其他作物轮作的水稻肥料贡献率分别为38.58%—55.49%、41.96%—51.05%和42.34%—53.43%。不同区域的水稻肥料贡献率在近30年的平均值表现出西南（55.82%）>长江中游（46.73%）>华北（46.27%）>东北（45.90%）>华南（45.83%）>长江下游（44.25%）。结合施肥年限和水稻肥料贡献率的拟合方程发现，东北、华北、西南、长江中游、长江下游和华南的水稻肥料贡献率达到稳定的施...     

中国水稻相对产量差时空变异及其对氮肥的响应

【目的】通过分析2004—2019年间中国水稻相对产量差的时空变异特征、驱动因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应，为实现水稻增产和氮肥合理施用提供理论依据。【方法】数据来源于2004—2019年间农业农村部耕地质量监测保护中心设置在全国主要稻区的408个监测点，包括东北地区24个、长三角地区110个、长江中游地区138个、西南地区56个、华南地区80个。以各监测点施肥区与不施肥区水稻产量之差代表由肥料投入及由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量，利用高产农户统计法获取最高相对产量(HRY)和平均相对产量(ARY),HRY和ARY之差为相对产量差(G_RY)。根据不施肥区产量，将各区域土壤地力划分为低、中、高3个水平，结合随机森林模型探讨不同区域G_RY的主要驱动因素，计算不同地力水平下GRY与氮肥用量的关系。【结果】2004—2019年间，全国水稻HRY为4.98～6.86 t/hm2,ARY为3.06～3.47 t/hm2,GRY为1.92～3.41 t/hm2。不同区域相比，HRY和GRY均是西南(水稻–其他作物轮作)>长三角(...