中国东部平原农村居民点破碎化状况与成因分析

农村居民点破碎化导致中国农村地区公共服务设施与市政基础设施建设缺乏规模效益与服务效率,成为制约中国农村地区社会经济发展的重要因素。该研究采用空间分层取样法在中国东部平原地区选择了240个10 km×10 km的样点,以高分辨率遥感影像为数据基础,通过遥感影像目视解译、景观指数分析、热点分析等多种方法对中国东部平原农村居民点破碎化状况及其影响因素进行了研究,并分析了中国东部平原不同地区适宜的农村居民点数量与服务范围。结果表明：1）中国东部平原农村居民点破碎化程度表现为：长江中下游平原>东北平原>华北平原,破碎化程度最高的区域位于长江中下游平原,破碎化程度最低的区域位于华北平原与东北平原北部。2）气候、人口密度、耕作半径、土地开发时序、土地开发时期交通状况等自然、经济、社会因素在中国东部平原地区农村居民点空间分布格局形成过程中发挥着重要作用。3）中国东部平原地区每100 km2农村居民点数量不宜低于3～4个,每个村庄的服务范围不宜超过33.6～45.8 km2。4）华北平原为中国东部平原中开展农村居民点破碎化治理难度最大的区域,该区域尽量避免以整村迁并的形式开展农村居民点破碎化治理,而应以农户为单位,在农民自愿的基础上开展农村居民点迁并;长江中下游平原地区为中国东部平原农村居民点破碎化治理潜力最大的区域,该区域农村居民点布局优化应与农田布局调整协同推进,并根据不同地区耕作通勤状况合理确定中心村数量与位置,避免因农村居民点布局调整导致农民耕作不便。研究结果可为中国东部平原地区乡村空间重构过程中合理确定农村居民点数量与规模提供研究基础。     

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析

为探究白洋淀流域在气候变化背景下的干旱时空演变特征,基于1979—2018年0.1°分辨率降水格点数据,采用年尺度和季节尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),结合Mann-Kendall趋势检验法研究了白洋淀流域干旱频次、干旱面积的时空演变特征。结果表明:(1)研究区发生轻旱的频次最高,中旱、重旱、特旱发生的频次依序减少,春季和夏季是干旱频次发生较高的季节,但特旱主要分布在秋季和冬季。(2)研究区年尺度下干旱程度呈不显著减缓趋势,干旱面积略有减少; 春季和夏季干旱程度呈不显著增加趋势,干旱面积略有增加; 秋季和冬季干旱程度呈显著减缓趋势,秋季干旱面积显著减少。(3)轻旱和中旱在整个流域内分布广泛,下游平原区的发生频率高于上游山区,大清河山区的北部和西部以及流域的东南边缘是重旱和特旱的高发地带。综上,白洋淀流域整体呈干旱缓和趋势,但春夏季干旱情况在未来可能会加重。     

氮钾配施对冬油菜角果皮光合作用及光合器官氮分配的影响

  【目的】  角果皮作为典型的非叶器官,其光合作用不仅是油菜(Brassica napus L.)光合作用的重要补充,更是生育后期产量建成的重要碳源。我们研究了氮、钾营养及氮钾配施对冬油菜角果形态、角果皮光合特性、光合器官氮分配的影响及光合氮利用效率(PNUE)差异机制。  【方法】  采用双因素田间试验,设4个施氮量(N 0、90、180、270 kg/hm2,分别以 N₀、N₉₀、N₁₈₀、N₂₇₀表示),两个钾用量(K₂O 0、120 kg/hm2,分别以K₀、K₁₂₀表示),试验共计8个处理:N₀K₀、N₀K₁₂₀、N₉₀K₀、N₉₀K₁₂₀、N₁₈₀K₀、N₁₈₀K₁₂₀、N₂₇₀K₀、N₂₇₀K₁₂₀,每个处理3次重复。在角果期测定角果形态参数、净光合速率(A_n)、角果皮氮钾养分含量、光合氮利用效率（PNUE）以及最大羧化速率(V_cmax)等相关光合、生理参数,并计算角果皮氮素在光合器官(羧化系统、电子传递系统和捕光系统)的分配比例。  【结果】  与N₀K₀处理相比,氮钾配施处理单株角果数增加了1.7～3.0倍,角果长和角果面积分别提高了12.1%～30.2%和9.9%～43.8%。在不同氮肥施用量下,施钾后角果皮氮含量平均降低了19.5%;在不同施钾量下,氮肥施用后角果皮钾含量平均降低了20.9%。氮钾配施处理角果皮气孔导度(g_s)、叶肉导度(g_m)、V_cmax及A_n较N₀K₀处理平均提高了11.1%、158.8%、88.2%和115.0%。与N₀处理相比,施氮后角果皮光合系统氮库平均增加了51.1%,但羧化系统(N_cb)和电子传递系统(N_et)中氮分配比例分别下降了8.4和2.5个百分点,PNUE降低了21.1%;相反,施钾后角果皮光合氮库和分配比例分别较K₀处理提高了28.7%和15.6个百分点,其中N_cb和N_et氮库分别提高了35.9%和31.4%,PNUE增幅高达65.7%。与N₀K₀处理相比,尽管氮钾配施对角果皮光合系统氮分配比例的提升作用较小,但光合系统氮库容量增加了90.7%,远高于单施氮肥或钾肥对角果皮光合氮库的提升幅度。PNUE与角果皮钾含量和光合系统中各组分氮分配比例呈极显著正相关关系,而与角果皮氮含量及氮钾比呈显著负相关。  【结论】  氮钾配施一方面提高了角果皮光合面积、协调氮钾营养平衡、降低CO₂传输阻力,另一方面增加了角果皮光合氮库、改善了光合系统中氮分配比例,从而提高了角果光合能力、优化了PNUE。因此,在实际生产中氮钾肥要合理配施,最大化个体光合潜能,进而提高群体生产力达到增产增效的目的。     

秸秆还田对长期不同施肥黑土微生物残体碳的影响

  【目的】  研究长期施肥以及秸秆还田对黑土中微生物标识物氨基糖含量的影响,以期为调节黑土碳循环提供理论支撑。  【方法】  吉林省农业科学院黑土长期定位试验始于1990年,2018年选取其中不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和有机肥配施化肥(MNPK) 三个处理进行秸秆微区田间试验。这三个处理的土壤中分别再设加入1 cm 长玉米秸秆6000 kg/hm2的处理(CKS、NPKS、MNPKS)和不加入玉米秸秆的处理(CK、NPK、MNPK),共6个处理。秸秆与土壤混匀后置于PVC框(长0.9 m、宽0.6 m、高0.6 m)内,PVC框上端高于地面20 cm。在PVC框埋入土壤60天(夏季)、150天(秋季)后,取土样测定理化性状及氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)和胞壁酸(MurN)含量。微生物真菌残体碳和细菌残体碳含量依据各氨基糖含量计算。  【结果】  与CK相比,NPK和MNPK处理能够促进氨基糖在土壤中的积累,其中第60天氨基葡萄糖分别显著增加18.81%和105.36%;胞壁酸分别显著增加19.62%和129.30%。两种施肥措施均能提升土壤中微生物残体碳的含量,而且MNPK处理微生物残体碳积累量较CK处理高出近1倍。各处理中真菌残体碳含量要远高于细菌残体碳含量,两种施肥措施均会降低真菌残体碳占微生物残体碳的比重,说明施肥会增加细菌在这一过程中对黑土有机碳积累的贡献。NPKS处理氨基葡萄糖占总氨基糖含量百分比明显增加,MNPKS处理真菌来源的氨基葡萄糖所占百分比也在第60天、第150天这两个时期内逐渐上升,表明真菌细胞死亡残体积累量在增加。  【结论】  添加秸秆后的MNPK处理促进了黑土中微生物残体碳的积累,NPK处理与秸秆添加相结合可以提高真菌残体碳在微生物残体碳中所占比重。因此,施肥和秸秆添加会使黑土中微生物群落组成发生变化,从而影响微生物残体的积累特征。     

外源钙缓解花生亚低磷光合障碍的机制

  【Objectives】  The phosphorus (P) deficiency is one of the main factors limiting photosynthetic carbon fixation and high-quality yield in peanut production. Calcium can enhance peanut growth and yield in low to medium yielding farmlands. Therefore, we explored the effects of exogenous calcium on alleviating P deficiency-induced photosynthetic inhibition in peanuts.  【Methods】  Peanut cultivar ‘Liaoning Baisha’ was used in a pot experiment conducted in an artificial climate chamber. The P deficiency treatment was imposed by adjusting the P concentration in Hoagland nutrition solution to 0.5 mmol/L (–P) from the normal level of 1 P mmol/L. The treatments were normal P + spraying ddH₂O (CK), –P + spraying ddH₂O, –P + spraying CaCl₂, and –P + spraying trifluoperazine (TFP, a calmodulin inhibitor). We measured the photosynthetic functions, plant growth and thylakoid membrane integrity at 9 and 10 days after treatment imposition in peanuts.   【Results】  Compared with CK, P deficiency reduced the dry matter weight, total leaf area, relative chlorophyll concentration and limited the growth and development of peanuts. The P deficiency reduced the net photosynthetic rate, transpiration rate, and stomatal conductance of peanut leaves. It also reduced the efficiency of PSⅠ and PSⅡ of peanuts by 18% and 5.4%, respectively. Compared with –P treatment, exogenous Ca2+ enhanced the dry matter weight and total leaf area of peanuts under P deficiency by 26.7% and 31.9%, respectively. Exogenous Ca2+ alleviated P deficiency inhibition based on photosynthetic level and enhanced the net photosynthetic rate and the stomatal conductance of peanut leaves under P deficiency. Compared with –P treatment, exogenous Ca2+ enhanced the efficiency of PSⅠ and PSⅡ, alleviating the photoinhibition in peanut leaves under P deficiency. Exogenous Ca2+ enhanced the size of the PQ pool, the rate of cyclic electron flow, and the activity of ATP synthase. However, it reduced the ?pH of thylakoid in peanut leaves under P deficiency. TFP increased the thylakoid membrane damage, reduced cyclic electron flow rate, and ATP synthase activity in P deficiency stressed peanuts compared with –P treatment.  【Conclusions】  P deficiency limited the growth and development of peanuts, reduced the activity of ATP synthase of thylakoid, Y(Ⅰ), Y(Ⅱ), and caused peanut photoinhibition. Exogenous Ca2+ alleviated inhibition of the dry matter weight, total leaf area, and relative chlorophyll concentration of peanuts. Exogenous Ca2+ ralleviated the Y(Ⅰ) and Y(Ⅱ) inhibition. The peanut CaM (Ca2+-modulin) acceptor for exogenous calcium (Ca2+) played an important role in the nutritional signalling of Ca2+, alleviating photosynthetic inhibition under P deficiency.     

基于Copula分析生态恢复对黄土高原水沙频率耦合关系的影响

为探讨黄土高原水土流失持续治理（P1,1960—1979年;P2,1980—1999年）及退耕还林（草）（P3,2000—2019年）不同阶段水、沙频率耦合特征及演变,基于典型黄土丘陵沟壑区北洛河上游刘家河站1960—2019年的径流量与输沙量实测日数据,采用Copula函数等方法进行水、沙频率统计和模拟。结果表明：（1） Gumbel-Houggar Copula函数能很好地模拟上游水、沙联合概率分布。（2）从P1~P3阶段,5~100年各重现期径流、输沙数量均显著降低,各设计频率的水沙数量在发生概率上的异步性增强。（3）水土流失治理和生态环境建设对黄土高原生态水文过程的影响主要表现在大幅降低20年以上重现期水、沙极端事件发生的概率。黄土高原大幅度的生态恢复在区域尺度上已经表现出减水更减沙、调节水、沙极端事件发生概率等良好的生态功能。     

不同农地利用方式土壤砷、汞累积特征分析及评价研究

为了解成都平原土壤砷、汞的污染状况,揭示不同农地利用方式对土壤砷、汞含量的积累特征,本文以都江堰为研究区域,采集了不同农地利用下73个土壤样点,测定样品中砷、汞含量。结果表明,样点土壤砷平均含量为7.24mg/kg,不同农地利用方式下砷含量从高到低依次为:果园水田菜地旱地;土壤汞平均含量为0.29 mg/kg,不同农业利用方式汞含量由高到低依次为:果园菜地旱地水田。土壤砷、汞含量与川西平原背景值比较均出现了累积趋势,其中以果园的累积问题最突出,其砷、汞含量分别为8.61mg/kg、0.33mg/kg,分别高出川西平原背景值10.5%、83.3%;与土壤环境质量标准比较,4类农地利用方式中砷、汞均未超过规定的二级标准。地质累积指数和潜在生态风险指数研究表明,研究区农地砷、汞尚属轻微污染,从单元素角度分析汞潜在生态风险高于砷。     

氮肥配施下不同C/N作物残渣还田对红壤温室气体排放的影响

氮肥配施能够促进还田秸秆的分解,为了解其对不同C/N秸秆还田下温室气体排放的影响,采用培养实验方法,研究了油菜饼(C/N为4)、玉米秸秆(C/N为28)、水稻秸秆(C/N为41)和小麦秸秆(C/N为71)等4种不同C/N植物残渣在不同量氮肥(无氮、低氮和高氮)配施下对红壤温室气体(CO2、CH4和N2O)排放的影响。结果显示,氮肥配施增加了不同植物残渣的CO2-C累积排放量,且仅在高C/N的小麦秸秆处理中发现存在显著性差异,在低氮和高氮下CO2-C累积排放量分别达到1 271.44、1 212.83 mg·kg-1,显著高于无氮肥配施的883.40 mg·kg-1。土壤N2O累积排放量最大的为油菜饼处理组,低氮量的配施进一步增强了N2O的产生,其累积排放量达到5 550.42μg·kg-1,显著高于无氮肥配施的4 430.44μg·kg-1,然而当氮肥施用量进一步增加时却抑制了N2O的排放(3752.84μg·kg-1)。氮肥配施并未显著影响玉米秸秆和小麦秸秆处理组的N2O累积排放量。在培养期内,每一个处理均表现为CH4的吸收现象,氮肥施用能够增加土壤对CH4的累积吸收量,但差异显著性仅在对照和油菜饼处理中发现。     

设施菜地土壤中速效磷是镉生物有效性的关键调控因子

通过田间实地调查与取样分析,运用简单相关、回归方程拟合和主成分分析等方法,研究了关中设施蔬菜种植区土壤中镉(Cd)的生物有效性及其与土壤速效磷含量(AP)、有机质含量(OM)和pH值等土壤基本理化性质的相关性,并研究了各基本理化因子对其的调控作用。结果表明:(1)研究区内设施菜地土壤中镉的有效态含量(DTPA浸提,CdA)与设施菜地土壤中速效磷含量、有机质含量和pH值均存在显著相关关系(P0.05),与土壤阳离子交换量、电导率不相关。(2)通过对土壤有效镉含量和与其呈显著相关关系的土壤基本理化性质指标分别进行回归方程拟合得出:y1[CdA]=0.501 5x1[AP]+0.010 6(R2=0.345 2,P0.01)、y2[CdA]=0.370 7x2[OM]+0.028 6(R2=0.139 0,P0.01)、y3[CdA]=-0.055 2x3[pH]+0.564 1(R2=0.050 9,P0.05),土壤中有效镉含量主要受以上三个因子的影响;通过多元回归方程拟合,土壤有效态镉含量的表达式为y4[CdA]=0.174 8+0.435 2x1[AP]+0.049 0lgx2[OM]-0.013 2x3[pH](R2=0.368 6,P0.01);主成分分析发现,土壤速效磷含量是设施菜地土壤中镉的生物有效性的关键调控因子。(3)研究区蔬菜果实中镉含量与土壤镉有效态含量的相关系数为0.464,高于其与土壤镉全量(CdT)的相关系数(0.387),从食品安全和健康风险控制的角度考虑,在设施菜地土壤污染风险评价中,认为以土壤镉有效态含量替代土壤镉全量可以更准确地表征土壤镉的安全风险。因此,设施蔬菜生产过程中,应严格控制土壤速效磷含量,以降低土壤有效镉含量,从而保证设施蔬菜产品的食品安全。     

蔬菜安全生产管理与服务网络平台设计及实现

为了进一步推进蔬菜生产的安全化、信息化和现代化,促进蔬菜安全生产,该文以国家综合示范项目为基点,以国家蔬菜生产基地——寿光的专业数据为例,综合采用J2EE（Java2平台企业版,Java2 Platform-Enterprise Edition）技术、地理信息系统技术（GIS）、网络技术（Internet）、无线通讯技术、数据库技术（DBMS）以及可移动电话或手机GPS定位技术,研究、设计和建设了蔬菜安全生产管理与服务网络平台,包括基于WebGIS的蔬菜安全生产有线网络系统、基于GIS与无线通讯的氮肥平衡推荐系统和基于3DGIS的蔬菜安全生产可视化系统。该平台能够辅助政府机构实时对蔬菜的安全生产进行监控,提供决策依据,为蔬菜生产用户提供氮肥平衡推荐和蔬菜栽培技术指导,并将氮肥平衡推荐功能扩展到低端硬件手机用户,实现生产信息技术到田间地头的延伸。