东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

System for quasi‐continuous simultaneous measurement of oxygen diffusion rate and redox potential in soil

Oxygen diffusion rate (ODR) and redox potential (E_H) are quantitative indices representing oxygen availability and redox status in soils, which is valuable information for better understanding causes and effects of soil aeration. Because these indices are spatially and temporally highly variable, continuous measurements and adequate numbers of repetitions are essential for accurate in situ monitoring. Here, we present a new, fully automated recording system for in situ measurements where ODR and E_H are measured at the same platinum electrode. The conflict between electrode polarization for ODR and the resulting biased E_H readings is solved by reducing the polarization time and introducing a recovery interval between two consecutive measurement cycles. The shorter polarization time ensures accurate E_H readings. It also results in moderately overestimated ODR readings, but this can be corrected before data analysis. The recovery interval restricts temporal resolution of the E_H‐ODR data pairs to 8 h. We illustrate the use of the system with measurements in a field experiment in Zürich, Switzerland. ODR curves at different depths ran roughly parallel to the corresponding curves of O₂ concentration in soil air but ODR was much more sensitive to precipitation. Low ODR was a necessary but not a sufficient condition for declining E_H. E_H ran parallel to O₂ concentration in soil air rather than to ODR. The fully automated system allows for time series of replicate measurements in multifactorial field studies with reasonable labor requirements. It may be particularly suitable for studies examining the effects of soil tillage, compaction, and irrigation, where structure‐related soil properties such as porosity, gas permeability, and soil aeration play a dominant role.     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

基于SD变化环境下农业水资源供需平衡模拟

为了探讨变化环境对农业水资源供需平衡的影响,运用系统动力学软件Vensim-Dss建立了农业水资源供需平衡的系统动力学模型,综合考虑社会经济发展和气候变化情景,仿真模拟了变化环境下农业供、需水量及缺水量的变化情况.石羊河流域模拟结果表明:未来农业供水量和需水量受气候变化的影响程度不同,但 2033年以后,农业供水量在不同气候变化情景下的变化趋势相同;不同行政区农业水资源系统对气候变化的响应存在明显差异,金昌市A2气候情境缺水率大于B2情景,在2029年、2038年缺水率分别达到32.0%,28.6%, B2情境下,2021年开始出现轻度缺水,中度缺水年仅出现在2023年和2039年,缺水率分别为30.7%,30.5%;武威市A2气候情境下缺水率小于B2情景,仅2038年为中度缺水,缺水率为24.9%,B2气候情景中度缺水年较多,2023年缺水率最大,达到33.2%.研究结果可以对变化环境下区域用水规划和农业发展规划提供指导.     

数字合作社:产销融合的农业智能系统

产销信息不对称,缺乏资金、知识和经验是小规模农户发展的障碍。作为互助性经济组织,农业合作社的经营受气候、市场和农户水平等自然、经济和社会因素的影响。如何贯通产销信息,并基于需求精细核算成本和组织生产,是合作社经营的重要内容。本文借鉴工业领域数字双胞胎的思想,基于平行智能系统的描述、预测和引导,提出合作社数字四胞胎(数字合作社)的构想,服务合作社规划、准备、生产和评估的各个环节。同时对数字合作社的整体方案、系统设计及其关键技术等进行了描述,并对数字合作社的用户及其运行机制进行了探讨。数字合作社系统框架包括数据感知、决策支持和决策实施,其核心智能技术包括作物建模、动态规划、区块链技术、机器学习等。以有机水稻种植为例,简述了合作社成本分析、种植规划、远程种植可视化等过程,模拟水稻定制种植的场景,以此说明数字合作社的部分功能。数字合作社的概念可为面向合作社的信息系统开发提供方向。鉴于目前以小农经济为主、合作社为主要经营主体的现状,数字合作社系统有助于提升从业者的经营能力,助力小农户对接大市场,提升农业物理社会经济系统的整体效率。     

栽培密度对高产大豆根系生长及花荚形成的影响

为探明栽培密度对高产大豆根系生长和花荚形成的影响规律，田间试验设置21.0（D₁）、30.0（D₂）、48.0（D₃）×104株·hm^-2 3种栽培密度，研究了新大豆27号、新大豆8号在0~60 cm土层中根系生长、开花、结荚过程及产量的变化。结果表明，相对于D1，D2、D3密度下新大豆27号总根干重增加了23.68%、18.48%，总根长增加了9.33%、26.72%，新大豆8号总根干重增加了27.25%、19.71%，总根长增加了6.94%、30.80%，且增量以40~60 cm为主；增加至密度D₃时，新大豆27号开花和结荚高峰出现时间较D₁分别推迟了2、8 d，新大豆8号推迟了2、6 d，但二者单位面积的总花数、总荚数、总腔数和总粒数分别较D₁提高了51.92%、10.29%、7.66%、23.05%和49.47%、31.91%、35.40%、16.11%；总花数与始荚期根干重、根长度呈正相关关系，新大豆27号R²值分别为0.8477^*、0.9106^*，新大豆8号R²值分别为0.7531、0.9993^**；总腔数与始粒期根干重、根长度呈正相关关系，新大豆27号R²值分别为0.6954、0.9837^**，新大豆8号R²值分别为0.7902^*、0.9277^*；且根长度与总花数、总腔数的关系比根干重更密切。合理密植显著提高大豆籽粒产量，是密植促进了大豆根系生长，增加了单位面积总根长和深层根量，进而增加了单位面积花数、荚数、腔数和粒数的结果。     

基于VLF/LF三维闪电探测系统的贵州省全闪分布特征分析

为进一步加强云闪分布特征分析，增强对雷暴云内物理过程的认识，利用2015—2017 年VLF/LF三维闪电探测系统的数据资料对贵州省闪电特征进行空间和时间分布特征分析。结果表明：无论云闪还是地闪，均以负闪为主；闪电发生主要集中在夏季，冬季闪电最少，闪电月际分布主要为单峰型，仅冬季Z比率大于1；闪电主要发生时段为16 时至次日凌晨2 时，Z比率与全闪频数随时间的变化呈正相关，相关系数0.618；全省闪电密度整体呈西高东低趋势，年均闪电密度为5.07 次/(a ·km2)；云闪主要发生在高度2k~7 km，全年云闪高度呈下降趋势；雷电强度主要分布在5k~45 kA，平均陡度为7.34 kA/μs。本研究有利于对闪电特征开展更全面的探究和分析，同时对强对流天气监测和预警也有重要意义和价值。     

耕作方式和施氮量对稻茬小麦产量构成和群体质量的影响

以苏麦188为材料,在水稻秸秆全量还田条件下研究板茬、旋耕、耕翻等耕作方式和施氮量210kg/hm2、240 kg/hm2、270 kg/hm2对小麦群体质量和产量及其结构的影响,为稻茬小麦大面积机械化栽培提供参考。结果表明：板茬方式产量显著高于旋耕和耕翻；随施氮量增加,产量逐渐提高。产量在不同耕作方式与施氮量间存在显著的互作效应。相比其他耕作方式,板茬方式每穗粒数和千粒重较高；群体茎蘖数多,但分蘖成穗率不高、源库协调水平偏低,花后具有较高的光合生产能力。随施氮量增加,穗数和每穗粒数、群体茎蘖数和分蘖成穗率、花后光合生产能力以及源库协调性均呈提高趋势。说明,通过合理增施氮肥可以进一步改善板茬方式下小麦群体质量,协同提升产量构成因素,实现增产。本试验条件下采用板茬方式配以施氮量270 kg/hm2或240 kg/hm2处理产量最高。     

光温耦合对日光温室番茄生长、产量与品质的影响

为研究根区温度与LED补光耦合对日光温室番茄生长发育的影响，试验设置了根区加温、2种光照强度与2种光质配比3因素裂区试验，另外设置了根区不加温与不补光对照，共10种组合处理。结果表明：根区加温与补光都能显著促进番茄的生长发育，提早番茄上市时期与提高番茄的营养品质，其中补光密度为40 μmol/(m2·s)更能显著提高番茄的生长与产量以及果实品质；而补光光质红蓝比为3:2时更能促进番茄生长以及提高番茄的产量，但光质红蓝比为1:1时，更有利于提早番茄果实前期转色日期，且能增加番茄果实的糖度。另外，根区加温与光强耦合相比于根区加温与光质耦合效应更能促进番茄生长以及提高番茄的产量。总体表明，根区加温与光密度为40 μmol/(m2·s)及光质为红蓝比3:2的耦合处理更符合日光温室番茄生产需要。