Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

Developments in soil biology and in methods to characterize soil organic carbon can potentially deliver novel soil quality indicators that can help identify management practices able to sustain soil productivity and environmental resilience. This work aimed at synthesizing results regarding the suitability of a range of soil biological and biochemical properties as novel soil quality indicators for agricultural management. The soil properties, selected through a published literature review, comprised different labile organic carbon fractions [hydrophilic dissolved organic carbon, dissolved organic carbon, permanganate oxidizable carbon (POXC), hot water extractable carbon and particulate organic matter carbon], soil disease suppressiveness measured using a Pythium-Lepidium bioassay, nematode communities characterized by amplicon sequencing and qPCR, and microbial community level physiological profiling measured with MicroResp^TM. Prior studies tested the sensitivity of each of the novel indicators to tillage and organic matter addition in ten European long-term field experiments (LTEs) and assessed their relationships with pre-existing soil quality indicators of soil functioning. Here, the results of these previous studies are brought together and interpreted relative to each other and to the broader body of literature on soil quality assessment. Reduced tillage increased carbon availability, disease suppressiveness, nematode richness and diversity, the stability and maturity of the food web, and microbial activity and functional diversity. Organic matter addition played a weaker role in enhancing soil quality, possibly due to the range of composition of the organic matter inputs used in the LTEs. POXC was the indicator that discriminated best between soil management practices, followed by nematode indices based on functional characteristics. Structural equation modeling shows that POXC has a central role in nutrient retention/supply, carbon sequestration, biodiversity conservation, erosion control and disease regulation/suppression. The novel indicators proposed here have great potential to improve existing soil quality assessment schemes. Their feasibility of application is discussed and needs for future research are outlined.     

有机农业种植土壤培肥技术分析

随着我国经济发展，人们的环保意识越来越高，而且人们也越来越关注饮食安全问题，对食 品提出了更高要求，这也给农业行业带来了广阔发展前景，农业行业也要与时俱进。近些年，随着科 学技术不断发展，有机种植已经得到了广泛应用，相关专家对有机农业种植土壤培肥技术进行了深入 分析，能够为农业持续发展打下坚实基础，还能够使农业产品更加安全可靠。希望通过本文的分析， 能够为相关从业者提供参考意见。     

黄土丘陵区坡面薄层水流动力学特性及其对土壤侵蚀的影响

为奠定基于运动力学参数构建土壤侵蚀模型的理论基础,通过不同降雨强度(25、50和75 mm/h)、不同坡长(1、5、10、15和20 m)下径流小区内人工模拟降雨试验,对不同处理下坡面薄层水动力学特性进行分析,并对水动力学参数与土壤侵蚀之间的关系进行初步探讨。结果表明:当坡度一定时,坡面平均流速主要受坡长及单宽流量影响,降雨强度通过影响单宽流量的大小间接影响坡面平均流速;在试验设计范围内,当坡长1 m时,整体上呈"层流-急流态",当坡长为1 m时,整体上呈"层流-缓流态";当降雨强度一定时,雷诺数随着坡长的增加线性增加,佛汝德数随着坡长的增加以幂函数形式增加;降雨强度对坡面流有明显的"增阻"效应;坡面阻力系数随着坡长的增加呈幂函数减小趋势;坡面平均土壤侵蚀率与单宽流量间呈一元线性趋势增加,与水流平均流速间呈指数函数增加,与雷诺数间呈二次函数增加。     

关中-天水经济区人类活动对植被覆盖变化的影响

为探究植被覆盖变化及人类活动对改善关中地区及西北地区的生态环境影响,利用植被覆盖和地表温度数据,结合Sen趋势与Mann-Kendall检验分析关中-天水经济区2001—2016年的植被覆盖变化趋势,并根据估算的土壤湿度因子,应用残差法评价人类活动对植被覆盖变化的影响程度及影响方向。结果表明:1)从时间变化维度来看,2001—2016年关中-天水经济区植被覆盖变化总体呈良好趋势,且整体表现为在不断波动中递增,表明关天经济区进行的生态环境建设工程正在慢慢凸显它的生态效应。2)从空间变化维度来看,关中-天水经济区植被覆盖显著增长的区域面积占35.87%,主要集中在研究区南北两侧。而显著下降的面积区域占3.21%,主要分布在城市中心,即经济发展活跃的地区,如西安市区,宝鸡市区,天水市区,铜川市区等。3)关中-天水经济区植被覆盖受自然因素影响较小,受其他因素影响大。其正相关区域占13.43%,不显著相关区域占85.26%。4)关中-天水经济区人类活动对植被覆盖变化的正作用大于负作用。其中,正作用区域主要分布在研究区北部和东南地区,其主要原因是人类活动不频繁,建设生态屏障、加强退耕还林、三北防护林保护以及水土保持等生态工程促进植被NDVI增长。负作用区域主要分布在渭河沿线、经济活动较高地区,其主要原因有:人类活动频繁、过度城市化、工业化等抑制植被生长。5)植被覆盖的增长和下降区域与人类活动对植被影响的正作用和负作用区域大致相同。这也从侧面反映了关天经济区植被覆盖情况受人类活动影响大。总之,在负作用区域,在经济建设发展的同时也要注重植被建设、以及对植被乃至生态环境的保护。     

华北薏苡新品种‘太空I号’产量构成及最佳施肥配方的研究

为解析适宜华北种植的薏苡优良品种的产量构成,以薏苡早熟高产新品种‘太空I号’为研究对象,通过分蘖数、穗着粒数等主要农艺性状与产量的相关性分析、通径分析和主成分分析及‘太空I号’最佳施肥配方,解析薏苡高产构成。结果表明:1)相关分析显示,株高、总节数、单株穗数和分蘖数与薏苡高产最相关;2)通径分析显示,单株穗数、分蘖数和穗着粒数对薏苡高产的贡献最高;3)主成分分析显示,‘太空I号’的高产构成主要由单株穗数多、分蘖数多、穗着粒数和百粒重适中组成;4)最适于‘太空I号’的施肥配方为氮肥15kg/667 m~2、磷肥50kg/667m~2和钾肥20kg/667m~2,在北京地区的单产可达280kg/667m~2以上。综上所述,‘太空I号’单株穗数多、分蘖数多、穗着粒数和百粒重适中、早熟高产,是适合中国华北种植的优良薏苡品种。     

考虑土壤水平衡的灌区水资源优化配置研究

针对内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水埋深较浅且矿化度高及黄河水量逐年减少等因素导致的农业用水严重短缺问题,本研究以解放闸灌域玉米为研究对象,耦合Jensen模型与土壤水平衡模型构建灌区尺度灌溉水资源优化配置模型,对不同的地下水埋深及土壤含水量情景下水资源优化配置方案进行研究,并利用Lingo软件编程求解模型。结果表明:当地下水埋深为2.5m时,引黄水量为3.85×10~8 m~3,可以达到5.55×10~8元的净经济效益;而土壤水含量为0.12～0.16时,净经济效益为[5.41,5.67]×108元。优化结果验证了模型在当地可行,并针对河套灌区解放闸灌域的不同土壤含水量与地下水埋深情景分别提供14种配水方案。     

不同保水剂对土壤特性及烤烟生长的影响

为提高秦巴山区黄棕壤烟田的土壤性能,减少季节性干旱对烤烟生长的影响,以不施保水剂为对照,在烟田整地起垄前分别施入聚丙烯酸钾(K-PAM)、聚丙烯酰胺(PAM)和腐殖酸钾(KHm)3种保水剂,测定施用不同保水剂后的土壤容重、土壤水分和烤烟生长状况、常规化学成分及经济性状。结果表明,聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺保水剂均降低0～40cm土层土壤容重,在烤烟旺长期提高0～40cm土层土壤水分。不同保水剂均可提高烤烟常规化学成分含量,其中腐殖酸钾保水剂显著降低烤烟的糖碱比和氮碱比。聚丙烯酸钾保水剂提高烤烟的产量、产值、上等烟比例及净增产值,而聚丙烯酰胺和腐殖酸钾保水剂处理组则降低烤烟的净增产值。因此,建议秦巴山区黄棕壤烟田选用聚丙烯酸钾类保水剂。     

基于MODIS数据的河套灌区遥感干旱监测

基于MODIS数据,以河套灌区为研究对象,计算灌区2000—2018年作物主要生育期内(5—8月)4种遥感干旱指数、温度植被干旱指数(TVDI)、植被供水指数(VSWI)、植被状态指数(VCI)、温度状态指数(TCI),并分析了4种干旱指数与0～20cm土壤相对含水量、降水量、灌区引水量相关性以及4种干旱指数之间的相互关系。结果表明:经过相关分析,TVDI与土壤相对含水量的相关性优于其他3种遥感干旱指数;在灌溉水量较多的灌区,遥感干旱指数与降雨量相关性较小而与灌区引水量呈现一定的相关关系。本研究发现TVDI在河套灌区有着良好的适用性。此外,在干旱监测中综合利用多种干旱指数进行分析对提高监测精度,科学合理地预报旱情具有重要意义。     

张家港市农田土壤重金属含量高光谱遥感监测模型构建

以张家港农田土壤作为研究对象,在实验室测定土壤重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Hg的含量,并与土壤可见近红外高光谱数据建立土壤重金属含量的定量估测模型,以快速获取研究区农田的土壤重金属含量。为保证模型预测的精度和稳定性,首先,对原始高光谱数据进行平滑处理,并进行一阶导数、倒数一阶导数、倒数的对数一阶导数、平方根一阶导数和连续统去除等形式的光谱变换;然后,提取不同变换光谱的特征波段进行相关性分析;最后,通过逐步回归法建立重金属含量的定量估算模型。结果表明:张家港市农田土壤中Cd、Hg、Cu、Zn存在一定的污染风险。在高光谱的不同变换形式中,一阶导数和连续统去除与重金属含量的相关系数高于其他变换形式。基于8种土壤重金属含量与高光谱数据建立的定量估算模型具有良好的预测精度。Cd、Hg、Cr、As、Cu、Zn、Ni、Pb估算模型的实际值与验证值的拟合度分别为0.874、0.879、0.800、0.646、0.513、0.655、0.603和0.542,可用于预测张家港市的农田土壤重金属含量。     

四端法土壤电导率传感器恒流源设计与试验

土壤信息对于指导农业生产有着极为重要的作用，土壤电导率反映了土壤含水量、盐分、粘粒含量和类型等土壤信息，准确获取土壤电导率对于实现农业精细化生产意义重大。在各种土壤电导率测量方法中，四端法因其成本低、精度高、测量快速和操作简便而大量应用于实际测量；恒流源是四端法测量仪器的重要组成部分，其性能直接决定着测量仪器的精度以及测量范围。本文对比了3种恒流源对测量仪器测量性能的影响，发现采用Howland恒流源的四端法测量仪器高电导率测量能力强而低电导率测量范围较小，测量精度最高；采用改进型Howland恒流源的四端法测量仪器低电导率测量范围有所扩大，测量精度良好；采用基于差动放大器的恒流源的电导率仪低电导率测量范围最大，高电导率测量范围较优，测量精度良好。