陕西省西部某县农产品产地土壤重金属污染评价

【目的】为了解陕西省西部某县农产品产地土壤重金属污染状况。【方法】采用单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对该区域表层土壤中5种重金属元素进行污染及生态风险评价。【结果/结论】结果表明:Cd、Pb、Hg、As、Cr等5种元素的平均值分别为0.318 mg/kg、29.6 mg/kg、0.138 mg/kg、14.0 mg/kg、68.4 mg/kg,污染累积指数表现为CdPbHgAsCr特征,各元素含量超过背景值的比例分别为96.75%、99.77%、80.97%、76.57%、51.28%;研究区域综合潜在生态风险指数为266.1,属中等生态危害程度,其中52.67%土壤样点达到中等生态危害,9.28%土壤样点达到强及以上生态危害,应该引起相关政府部门的高度重视。     

陕西省粮食生产的减肥潜力及经济环境效益

【目的】农户经营是我国农业的主体,肥料资源的不合理应用是限制作物生产的重要因子。本研究旨在评估主产区农户粮食生产的减肥潜力及经济环境效益。【方法】2018年对陕西省各县（市、区）的主要农作物生产情况进行问卷调查,以三大粮食作物为研究对象,基于产量水平评价农户的施肥现状、减肥潜力、环境代价和经济效益。【结果】农户作物产量存在显著差异,小麦平均产量为4 573 kg·hm^-2,高低产量相差2 619 kg·hm^-2;玉米平均产量为7 319 kg·hm^-2,高低产量相差5 388 kg·hm^-2;水稻平均产量为8 340 kg·hm^-2,高低产量相差2 893 kg·hm^-2。小麦的氮磷钾肥用量分别为177 kg N·hm^-2、102 kg P₂O₅·hm^-2和37 kg K₂O·hm^-2;玉米分别为247 kg N·hm^-2、103 kg P₂O₅·hm^-2和47 kg K₂O·hm^-2;水稻分别为186 kg N·hm^-2、88 kg P₂O₅·hm^-2和64 kg K₂O·hm^-2。3种作物产量与施肥量无显著相关。氮磷肥普遍过量施用、钾肥过量与不足并存,低产农户过量施肥问题严重。对于氮磷钾肥的减施潜力,小麦分别为41%、59%和59%;玉米分别为55%、73%和66%;水稻分别为38%、64%和58%。施用的肥料形态均表现氮以单质肥为主、复合肥为辅;磷钾以复合肥为主;有机肥养分供应量很低。肥料结构均表现为重基施轻追施,氮以基施为主、追施为辅;磷钾肥鲜有追施。生产1.0 t小麦、玉米和水稻的活性氮损失量分别为6.9、3.8和3.3 kg,低产组的活性氮损失强度比高产组分别高52%、85%和74%,降低损失的潜力分别介于16%—33%、31%—50%和4%—38%。小麦、玉米和水稻生产的经济效益分别为4 468、9 091和20 020 元/hm²,高产组比低产组分别高459%、128%和52%;减肥增效后总效益分别为4 919、9 905和20 543 元/hm²,高产组比低产组分别高290%、106%和48%。【结论】基于产量水平深入剖析了陕西省农户的生产行为,低中产组为化肥减量和收益提升的重点。农户氮磷钾肥减施潜力分别为45%、65%和61%;小麦、玉米和水稻因化肥减施而降低活性氮损失的潜力分别为26%、45%和18%;提高环境经济效益的潜力分别为10%、9%和3%。     

西安市农业有机废弃物资源化利用现状及分析

农业生产过程中有机废弃物数量庞大,是影响环境、制约农业绿色发展的重要问题之一。农业有机废弃物的资源化利用是减少农业废弃物污染、减轻农业面源污染的主要途径,其利用程度关系到可持续发展的快慢。根据国家关于深化循环农业经济发展,建立循环型农业生产方式,加强有机废弃物资源化利用发展规划,通过对西安市农业有机废弃物的分布、产量及其资源化利用情况的调研及计算分析,总结西安市农业有机废弃物资源化利用现状及存在问题,为探索适合西安市农业有机废弃物实现最大化利用提供理论依据。     

微塑料与镉及其复合对小麦种子发芽的影响

为了解微塑料与镉单一及其复合污染对水培小麦发芽和幼苗生长的影响,选取农业土壤中普遍存在的两种微塑料[聚苯乙烯（mPS）和聚氯乙烯（mPVC）,0、100、500 mg·L^-1和1 000 mg·L^-1]、重金属镉（Cd,0、2、10 mg·L^-1和50 mg·L^-1）和小麦种子为试验对象进行种子发芽试验。结果表明：单一微塑料污染下,mPS和mPVC对小麦种子发芽率的影响总体表现为低浓度促进、中高浓度抑制,其中mPVC对小麦种子的发芽指数、发芽势、平均发芽速度均有促进作用,mPS对小麦的生物量有促进作用;单一镉胁迫对小麦种子发芽率的影响基本表现为低浓度（2 mg·L^-1）促进发芽,中高浓度（10 mg·L^-1和50 mg·L^-1）抑制发芽,对小麦芽与根的影响基本表现为低促高抑的规律。微塑料和镉复合污染试验中,与对照组相比,低浓度镉（2 mg·L^-1）-微塑料复合污染抑制小麦种子发芽,其余复合污染几乎对小麦种子的发芽无影响;而低浓度的mPVC与镉复合对小麦种子发芽指数、活力指数、平均发芽速度、根芽的生长和含水率等起协同作用。研究表明,与单一污染处理相比,微塑料-镉复合污染对小麦种子发芽势、活力指数、芽长和生物量的影响基本表现为拮抗作用,即两者复合在一定程度上降低了单一污染物的毒性。     

微塑料对土壤持水性能的影响

为探究微塑料对土壤持水性能的影响,选用粒径为1 mm和25 μm的聚乙烯微塑料（PE—MPs）颗粒进行土培处理后,采用高速离心机法测得不同处理下的土壤水分特征曲线,并使用Gardner模型进行拟合分析。结果表明：（1）土壤中累积少量的PE—MPs （0~5.00 g/kg）能增强土壤持水性,但当累积量超过一定阈值（5.00~50.00 g/kg）会导致土壤持水能力显著降低。（2）1 mm大粒径PE—MPs大量积累对土壤持水性的降低效应更显著;25 μm小粒径PE—MPs少量积累对土壤持水性的提升效应更显著。（3）1 mm大粒径PE—MPs进入土壤后主要影响大孔隙与有效孔隙,对土壤有效含水率的影响较大;25 μm小粒径PE—MPs进入土壤后主要影响微小孔隙,对萎焉系数影响较大。该研究可为高农膜残留地区水分迁移模拟和农业生态风险评价提供理论依据。     

采用SEPLS_ELM模型估算夏玉米地上部生物量和叶面积指数

利用高光谱数据进行作物生长状况监测具有无损和高效的特点,是现代精准农业发展的必要手段。该研究以连续3 a（2018-2020）不同水氮供应下夏玉米营养生长期采集的212份植物样品（地上部生物量和叶面积指数）和高光谱实测数据为数据源,分别采用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLS）、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、随机森林（Random Forest,RF）和基于PLS叠加策略的叠加极限学习机算法（Stacked Ensemble Extreme Learning Machine based on the PLS,SEPLS_ELM）构建了夏玉米营养生长期地上部生物量和叶面积指数估算模型。结果表明：基于PLS和ELM构建的夏玉米地上部生物量和叶面积指数估算模型的精度均较低,前者验证集R2低于0.85、均方根误差高于550 kg/hm2,后者R2低于0.90、均方根误差高于0.40 cm2/cm2。相比之下,基于RF和SEPLS_ELM构建的夏玉米营养生长期地上部生物量和叶面积指数估算模型均有着较高的估算精度,SEPLS_ELM模型表现尤为突出,其地上部生物量和叶面积指数估算模型验证集的R2分别为0.955和0.969,均方根误差分别为307.3 kg/hm2和0.24 cm2/cm2,表明叠加集成模型能够充分利用高光谱数据并提高作物地上部生物量和叶面积指数估算精度。     

陕西省小农户作物生产的减肥潜力及经济效益评价

【目的】小农户在农业生产中投入的生产资料普遍过高,随种植业结构演变,肥料投入也势必会发生变化。明确小农户经营模式下粮食、油料和经济作物的施肥现状和经济效益,能为小农户作物生产的养分管理、肥料减施和经济效益提高提供参考。【方法】2018年对陕西省的主要农作物生产情况进行问卷调查,以粮食（小麦、玉米、水稻、谷子、马铃薯）、油料（油菜、大豆）、经济（苹果、西红柿、烤烟）作物为研究对象,共获得1 709份调研问卷。基于此调研结果,以产量水平为分类依据,分析小农户的施肥现状、减肥潜力和经济效益。【结果】小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯的平均产量分别为4.6、7.3、8.3、3.7和19.8 t·hm^-2,氮肥用量分别为177、247、186、255和209 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为102、103、88、142和125 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为37、47、64、53和110 kg K₂O·hm^-2。油菜和大豆的平均产量分别为2.4和2.7 t·hm^-2,氮肥用量分别为156和99 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为80和63 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为56和26 kg K₂O·hm^-2。苹果、西红柿和烤烟的平均产量分别为23.8、93.5和2.7 t·hm^-2,氮肥用量分别为731、471和108 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为482、387和118 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为535、447和132 kg K₂O·hm^-2。对大多数作物,氮磷肥普遍过量施用、钾肥施用过量与不足并存。粮食作物氮磷钾减肥潜力分别为28%—60%、52%—66%和11%—51%。油料作物油菜可减少氮磷钾肥料用量33%、37%和46%,然而大豆需增加磷钾肥用量11%、28%。苹果和西红柿等高产经济作物的氮磷钾减肥潜力分别为41%—67%、65%—70%和49%—64%。烤烟生产需减少磷肥53%,然而中、高产农户氮肥施用不足,分别需增施22%、11%。复合肥和单质肥是作物氮素的主要来源,复合肥是作物磷钾的主要来源。氮以基施为主、追施为辅,磷钾肥几乎全部作为基肥一次施用,鲜有追施。粮食、油料和经济作物的平均净经济效益分别0.44×10⁴—1.63×10⁴、0.75×10⁴—0.84×10⁴和4.19×10⁴—15.05×10⁴元/hm²,肥料占总投入比例分别为31%—52%、57%—59%和48%—65%。苹果、西红柿等高产经济作物的净经济效益远高于粮食和油料作物,成为小农户经营者的首选。然而,在经济作物生产中过量的肥料施用产生了巨大的环境风险。【结论】低中产组小农户是化肥减量和收益提升的主要对象,苹果、西红柿等经济作物的净经济效益高,但单位面积施肥量大、减肥潜力大。值得注意的是,农作物生产中也存在施肥不足的现象,例如大豆和烤烟。由此可见,小农户作物生产的肥料管理变异大,提高小农户的肥料管理水平有利于增加作物产量和经济效益、助力农业可持续发展。     

基于SOFM模型的山区土地类型划分研究——以阜平县为例

山区土地与平原土地在地形地貌等自然要素上存在明显差异，从而导致山区土地类型的划分有很大的特殊性。为了充分体现山区县域尺度自然要素差异，为山区县域尺度土地类型划分提供新方法、新思路，选取太行山典型地区阜平县作为研究区，选取气候、地形、土壤、植被因素，通过SOFM模型及传统土地类型划分方法，对山区县域尺度土地类型进行划分。结果表明：(1)将SOFM模型(自组织特征映射)与传统的土地类型划分方法相结合，对阜平县土地类型进行了三级划分，其中一级类7个，二级类47个，三级类81个；(2)通过对比验证，该方法与传统分类方法存在一致性。基于SOFM模型的土地类型划分方法对山区县域尺度进行土地类型划分，可充分反映山区县域尺度土地分异规律，比传统方法相更加精确。