日本环境保全型耕地农业系统对中国耕地保护的启示

为解决中国农业长期粗放经营问题,研究中国耕地与生态文明协同保护体系,采用文献研究法和归纳演绎法,分析东亚地区代表国家环境保全型农业下的耕地农业协同体系。研究表明,日本的耕地农业环境保护支付制度、生态补偿市场认证体系、耕地农业法律制度保障,是建立在生态补偿原则上,经过实践检验行之有效的,能够提升市场参与度及农民自主性投入的耕地生态协同保护措施。中国在推广耕地合理利用实践方面做出了不懈努力,但是在建立耕地生态协同保护的休耕制度、因地制宜建立生态补偿体系、加快推进耕地生态协同保护专项基金的设立等方面还需进一步坚持和完善。     

山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征和健康风险评估

[目的] 了解山地校园不同下垫面雨水径流重金属污染特征及雨水径流中重金属元素对于人体的健康风险，为山地海绵城市建设提供径流污染控制参考和人员健康保护基础数据。[方法] 2019年7月22日在重庆交通大学针对屋顶、道路、停车场和广场4种典型的下垫面进行了雨水径流的取样监测，并统计分析场次降雨平均浓度（EMC）、电导率（EC）、钠吸附率（SAR）、危险商（HQ）和危险指数（HI）。[结果] 广场径流过程中重金属元素整体变化波动较大，道路雨水径流的重金属健康风险最大而屋顶健康风险最小；大多重金属污染物在产流后的10 min内出现了降幅，其中Fe和Mn的降幅较大，Zn的降幅中等，Cu的降幅最低；As和Cr是雨水径流中健康风险最高的重金属污染物。[结论] 山地校园重金属污染物冲刷速度较快，人流大的下垫面雨水径流中重金属元素变化波动较大，但健康风险较低；车流大的下垫面雨水径流中重金属元素波动较为稳定，但健康风险较高。     

基于GIS的湖南省滑坡灾害风险和损失评估

[目的] 评估湖南省滑坡发生的风险和损失等级，丰富湖南省滑坡防治理论及方法，为该地减少滑坡灾害提供科学依据。[方法] 基于GIS技术和层次分析法（AHP）以DEM、遥感、气象、岩性、地震点等数据为支撑，分别从危险性评价和易损性评价两方面对湖南省滑坡风险进行评估。[结果] ①湖南省滑坡风险等级大多处于中低风险等级，少部分为较高风险或高风险等级，中度风险等级最多，占全省面积的31.31%，其余依次为较低、较高、低和高风险等级，其比例分别是24.92%，22.09%，13.88%和7.79%；②从空间格局来看，风险性等级整体呈现出中部、东南高，西南、东北低的空间分布特征；③湖南省滑坡损失等级整体呈现出东高西低，局部不均匀的分布特征。[结论] 湖南省滑坡灾害的管理主要应从预防和整治两方面进行，依据各地区常见滑坡类型，制定有针对性的区域差异化防治预案。     

基于USLE模型的长株潭城市群生态绿心区水土流失研究

[目的]研究2018年长株潭(长沙市—株州市—湘潭市)城市群生态绿心区最佳植被覆盖和水土流失状况,为区域综合治理提供理论依据。[方法]运用GIS和RS技术,以长株潭区域降雨、土壤、地形、土地利用等数据为基础,采用归一化植被指数(NDVI)模型和USLE国际通用土壤流失方程为优选模型。[结果]长株潭绿心区总面积为52 287 hm~2,整体植被状况较好,高覆盖度(75%～100%)面积最大,占绿心区总面积一半以上,为26 598.40 hm~2;中低覆盖度(30%～40%)面积最小,占区域总面积的8.61%,为4 501.91 hm~2。长株潭城市群生态绿心区总侵蚀(不含微度)面积为3 654.24 hm~2,占总面积的6.99%。湘潭市侵蚀比重最高,为8.51%,长沙市次之,为6.67%,株洲市侵蚀总比例最小,为5.68%。工程建设用地在禁止开发区、限制开发区和控制建设区的侵蚀面积分别为963.92,310.74,735.11 hm~2。[结论]受人为因素、城市建设、产业分布等影响,长株潭城市群生态绿心区覆盖度空间呈现西部低,中东部高的格局,工程建设是造成绿心区土壤侵蚀的主要原因。     

Effect of organic amendment amount on soil nematode community structure and metabolic footprints in soybean phase of a soybean-maize rotation on Mollisols

It has been well documented that organic amendment affects soil nematode community structure. However, little is known about the effect of organic amendment amount on soil nematodes. To assess the effect of the amount of organic amendments on soil nematode community structure and metabolic activity, the community composition, abundance, and metabolic footprints of soil nematodes were determined in a long-term field experiment with various amounts of organic amendment in Northeast China. Fertilization treatments included an unfertilized control (CK), chemical fertilizer without manure amendment (OM₀), manure applied at 7.5 Mg ha^-1 plus chemical fertilizer (OM₁), and manure applied at 22.5 Mg ha^-1 plus chemical fertilizer (OM₂). A total of 46 nematode genera were found. Treatments with the largest amount of organic amendment had the smallest number of plant parasite genera (5), but a largest number of dominant genera (7). Soil nematodes, bacterivores, and fungivores were the most abundant in OM₂, followed by OM₁, and the lowest in OM₀ and CK. Organic amendment increased the enrichment index (EI), and the large amount of organic amendment increased the metabolic footprints of bacterivore (Baf) and fungivore (Fuf) and enrichment footprint (Ef). The relationships between Baf (or Fuf) and the increases in soil organic carbon (ΔSOC) and total nitrogen (ΔTN) were stronger than those of bacterivore (or fungivore) abundance with ΔSOC and ΔTN, except for the relationship between bacterivore abundance and ΔSOC. The EI and Ef were positively correlated with ΔSOC and ΔTN. These findings suggest that the amount of organic amendment affects soil nematode activity and function at entry levels in soil food web, and that metabolic footprints of soil nematodes may be better indicators than their abundances in assessing their relationships with soil nutrients.     

基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

栖霞市苹果园氮磷养分平衡及环境风险评价

栖霞市是中国最主要的苹果产区之一,近年来果园单位面积养分的大量投入造成了区域氮、磷元素的过量富集,进而对当地的土壤、水资源、大气等环境要素造成一定的污染。因此,了解苹果主产区施肥现状,并科学评价其环境风险具有重要的现实意义。以栖霞市为研究区域,通过实地调研、田间试验、室内模拟等方法,分析了苹果园氮磷养分的输入量及输出量,进而构建养分平衡模型,对区域环境风险进行了综合评价。研究结果表明:1)2018年栖霞市苹果园养分投入量为:有机质5360.28 kg/hm^2,N 545 kg/hm^2,P2O5568.76 kg/hm^2,K2O 712.57 kg/hm^2;2)氮素的气态损失、果实及枝条带走量各占输入总量的6.49%、24.34%、3.12%,盈余率达66.04%(402.97 kg/hm^2);磷素被果实和枝条带走量分别占输入总量的12.33%和2.55%,盈余率达85.12%(484.75 kg/hm^2);栖霞市氮、磷盈余量均超出环境安全的阈值,分别属于中风险和高风险范围。因此,在保证果园产量与品质的前提下,适当减少化肥使用量、逐步建立水肥一体化的果园施肥模式、提升果农科学的管理经验,应成为果园可持续发展的主攻方向。     

种植绿肥与稻秸协同还田对单季稻田土壤有机碳库和酶活性的影响

种植绿肥和秸秆还田是稻田土壤培肥的重要措施。研究江汉平原单季稻田冬闲期种植绿肥及稻秸不同利用模式对土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为合理利用秸秆和土地资源提供科学依据。该研究基于3 a田间定位试验,以稻秸不还田不种绿肥(CK1)和不施肥空白(CK0)为对照,分析了冬闲期稻秸全量覆盖单独还田(RSM)、稻秸原位焚烧还田(RSB)、单种绿肥(GM)以及稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用(RSM+GM)等处理模式下土壤有机碳各组分含量、碳库管理指数、酶活性的变化及其与水稻产量的关系。结果表明:与CK1和CK0相比,RSB处理3 a后显著降低了土壤稳态有机碳含量,对土壤总有机碳、活性有机碳含量以及碳库管理指数均无显著影响;而GM、RSM及RSM+GM处理3a后显著提高了土壤活性有机碳含量、碳库指数、碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数,尤其是RSM和RSM+GM处理还可显著提高土壤总有机碳含量,且多数指标均以RSM+GM处理增幅为最大,其次是RSM处理。与CK1相比,RSB处理3a后显著提高了过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但对土壤脲酶活性无显著影响;而RSM、GM及RSM+GM处理模式3 a后均可显著增加土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,其中RSM+GM处理模式在1 a后即可显著提高土壤脲酶活性,2 a后显著提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,3 a后土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性增幅均是最大。相比于CK1,RSM和RSB处理模式3 a的稻谷增产效果均不显著,而GM和RSM+GM处理模式连续3 a显著提高了稻谷产量,增幅分别为6.88%～11.67%和6.00%～13.40%。相关性分析表明,土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数、土壤酶活性与水稻产量之间均呈极显著正相关关系。综上,在江汉平原单季稻作条件下,冬闲期稻秸全量覆盖还田或种植绿肥均可改善土壤肥力,增加作物产量,但前者更有助于土壤有机碳积累,后者更利于作物产量提升。为了兼顾秸秆资源利用、土壤质量改善和作物增产稳产,稻田冬闲期稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用模式是一种较好的选择。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

秸秆还田与化肥减施对水稻生长指标及光合参数的影响

针对水稻生产中存在秸秆处理不当以及化肥用量增多等问题,以山东省济宁市稻麦轮作体系下水稻“圣稻18号”为研究对象,通过田间试验设置3个处理:常规施肥,小麦秸秆不还田(CK);常规施肥+小麦秸秆全量还田(T1);常规施肥量的85%+小麦秸秆全量还田(T2),深入探究秸秆还田与化肥减施对不同生育期水稻生长、光合参数和产量的影响,为制定合理的水稻种植措施提供理论依据。结果表明,稻麦轮作体系下秸秆还田不利水稻前期生长,但能显著提高水稻生长中、后期的生长指标,并增强水稻生长中、后期对氮、磷、钾等养分的吸收。水稻生长中后期T2处理的叶绿素含量、净光合速率以及光谱反射率均为最高,其中灌浆期SPAD值与净光合速率分别较CK处理升高4.4%和37.5%;另外,T2处理生长后期的Fv/Fm、PIabs均较前期所升高。试验还表明,T2处理水稻产量最高,比CK处理增产13.1%,增产的直接原因是单位面积有效穗数的增加。综上所述,秸秆还田配合化肥减施有助于水稻栽培生产中实现高产增效,在实际生产中值得推广应用。