丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范——模式设计、技术集成与机制创新

2017年5月，中国农业科学院科技创新工程协同创新任务“丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范”正式启动。项目在农业绿色高效生产、种养耦合、生态循环、面源污染控制、多功能田园生态系统构建等方面开展协同创新。按照单一技术规范化、复合技术集成化、体系技术系统化的思路，任务创新集成水源涵养区生物多样性利用与农业种植结构调整、主要农产品全产业链绿色高效生产、种养循环新模式、生态型高效设施农业、农村生活污染物控制等环节的十大关键技术，总结形成一套水源涵养区绿色高效农业全域综合性的技术解决方案，可为其他同类地区提供可复制、可推广的经验、模式和示范样板，为保障南水北调水质安全，推动水源涵养区农业绿色发展、农民增收及区域脱贫攻坚提供有效的科技支撑。     

丹江口水源涵养区退耕还草土壤线虫群落变化特征

为评估丹江口水源涵养区退耕还草的土壤生态效应，2017年9月，选取3块同一土壤类型、退耕3年的紫花苜蓿（Medicago sativa）草地作为退耕还草的代表样地，以相邻未退耕的玉米（Zea Mays）田为对照，比较分析退耕还草土壤线虫群落的变化特征。结果表明：退耕还草样地0~10 cm土层含水量显著提高15.86%（P<0.05），pH值显著降低5.06%（P<0.05）；10~20 cm土层pH值显著降低4.57%（P<0.05），有效磷含量显著降低26.83%（P<0.05）。退耕种植紫花苜蓿草地共鉴定出土壤线虫18 307条，49个属，未退耕玉米田共鉴定出土壤线虫10 706条，45个属，退耕还草后土壤线虫c-p类群由短世代型向长世代型转移，土壤环境受到扰动降低，土壤线虫群落的多样性和稳定性增加，结构指数（SI）和富集指数（EI）表明退耕还草提高了土壤健康程度，同时降低了土壤所受的干扰程度。土壤线虫数量与土壤pH值、含水量、全氮和硝态氮含量呈极显著相关（P<0.01）；食细菌线虫和食真菌线虫相对丰度与土壤有效磷含量呈极显著相关（P<0.01），植物寄生性线虫和捕/杂食线虫相对丰度与有机碳和铵态氮含量呈极显著相关（P<0.01），与全氮含量呈显著相关（P<0.05）。研究表明，退耕还草改变了土壤pH值及全氮、有效磷养分含量，改变了土壤线虫群落结构和多样性，提升了土壤健康水平。     

铁锰镁离子改性生物炭对溶液硝态氮的吸附性能研究

为突破生物炭对硝态氮吸附的局限性,以花生壳为原料,在600℃条件下热解制备生物炭(BC),分别用FeCl₃、MnCl₂、MgCl₂对其进行金属负载改性(BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg),设计批量吸附试验,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等进行表征分析。结果表明,铁、锰、镁离子改性使生物炭的比表面积增大6.67~12.16倍,孔容增加3.30~6.00倍,并显著增强了对硝态氮($\text{NO}_{3}^{-}$-N)的吸附性能(P<0.05),吸附量较BC增加11.5%~17.1%,BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的最大吸附量分别为41.58、39.04、39.58 mg·g^-1,铁、锰、镁离子与炭的最佳质量比分别为0.80、0.20、0.20,铁离子改性效果最好;酸性条件有利于改性生物炭对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的吸附,吸附动态符合Langmuir方程(R²=0.935~0.961),吸附过程符合准一级动力学方程(R²=0.971~0.980)。综上,通过金属离子改性,增大了生物炭的比表面积和孔容,优化了表面结构。此外,改性生物炭表面的含氧官能团和金属离子能通过形成氢键或静电作用吸附$\text{NO}_{3}^{-}$-N,进而增强对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的吸附能力。本研究结果为生物炭吸附材料的制备及吸附性能优化提供了理论依据。     

农田管理措施对土壤有机碳周转及微生物的影响

农田管理措施对农田生态系统碳循环影响显著，进而制约土壤肥力、农业生产及粮食安全，影响气候变化和环境健康。本文综述了不同农田管理措施（施肥方式、种植制度、耕作模式）对农田土壤有机碳、含碳温室气体排放和土壤微生物的影响。发现有机肥与无机肥配施情景下土壤有机碳增速最快，且施肥量与土壤碳库存在阈值效应；有机肥的施用增加了土壤中CO₂排放通量，磷、钾两种肥料的施用与施用氮肥相比更能降低农田土壤排放温室气体产生的全球增温潜势；提高有机肥和磷肥的施用比例有利于土壤中微生物丰富度的提高和微生物量碳的积累。种植结构和种植密度均会影响农田土壤的碳储量，种植结构对农田生态系统温室气体排放影响显著，轮作和间作的种植模式与传统单一作物种植相比可有效减少农田含碳温室气体的排放，同时，轮作与连作相比更有利于土壤微生物多样性的增加。保护性耕作措施有利于农田土壤固碳效率的提高，可降低农田温室气体的排放，且对微生物活性、多样性、群落结构以及碳源利用情况均有积极影响。最后总结了国际主流碳模型在农田生态系统的应用概况，并提出了未来发展展望。     

苕溪流域不同施肥条件下稻田田面水氮磷动态特征及产量研究

本研究设计了不同肥料和不同施肥管理方式等8种处理,以期通过研究不同减量施肥处理下稻田田面水中氮素和磷素的动态变化来了解研究区面源污染状况及风险。结果表明,各减量化处理均能有效保证水稻产量,同时不同程度降低了田面水中的氮磷浓度,降低流失潜能。总氮和铵氮分别在施肥后第1天和第3天达到峰值,一周之后降至较低水平,铵氮是田面水中氮素流失预防的主要监测对象。总磷和可溶态磷均在施肥后第1天便达到峰值,之后迅速降低至稳定,5天后总磷浓度降至1 mg/L以下,可溶态磷/总磷基本在0.5以下,田面水中磷素的主要流失形态为悬浮颗粒态磷。此外,后期的施氮行为会引起田面水中可溶态磷/总磷的上升,使可溶态磷相对流失潜能增大。     

林分密度对马尾松林下土壤养分及酶活性的影响

以退化马尾松林下土壤为对象,通过调查我国红壤丘陵区典型林分密度的马尾松人工林,研究林分密度对土壤养分和土壤酶活性的影响。3种林分密度中,1 560株/hm2 左右中等林分密度的马尾松土壤有机质、全氮、全钾、速效钾、全磷、交换性钙和交换性镁等较高,但土壤酸化也较严重;同时,1 560株/hm2 左右马尾松林的土壤转化酶活性、脲酶活性和多酚氧化酶活性均较高,但过氧化氢酶活性表现最低;林分密度对马尾松土壤酸性磷酸酶活性影响不明显。因此,适宜林分密度的马尾松人工林一定程度上可改善该区林下土壤肥力及生化强度。     

我国南方地区典型红壤有效磷测定方法研究

通过油菜和水稻的盆栽试验,研究不同耕作方式下红壤有效磷的测定方法。结果表明:不同方法测得的土壤有效磷值差异较大,其中以Olsen法测定的有效磷值最小,各方法测得的土壤有效磷值之间均达到极显著的相关水平;各方法测得的有效磷值与作物吸磷量和生物量的相关性在旱地土壤上均达到极显著水平,在水田土壤上达到显著水平;其中以Bray I法测定的值与作物吸磷量及生长相关性最好,建议将Bray I法作为南方酸性土壤的有效磷测定方法。     

红壤丘陵区人工林恢复措施对土壤酶活性和微生物学性质的影响

我国红壤丘陵区水土流失较严重。本文研究人工林对土壤(0～20和20～40 cm)酶活性和微生物学性质的短期(13～14年)影响。土壤转化酶、脲酶、多酚氧化酶活性在次生天然林和湿地松樟树混交林中高于其他林分。次生天然林和湿地松樟树混交林土壤微生物生物量和土壤呼吸值较大、有机碳活性较强、土壤微生物基质利用效率较高。因此,短期影响下,湿地松樟树混交林较之针叶纯林和针叶混交林可改善土壤生化强度和微生物活性。     

用计算机模型验证土壤有机碳周转负反馈作用现象与机理

有机物料腐殖化系数（h）与有机碳降解系数（k）是控制土壤有机碳周转过程的两个关键参数，为研究有机碳含量对该两参数的影响，应用计算机模型探讨有机碳含量对自身周转作用的影响以及相应的机理。结果显示，有机碳含量的动态变化不能反映有机碳含量是否对自身周转造成影响，但有机碳含量与碳输入水平的关系可以反映有机碳含量的作用：即不管该两参数是否与有机碳含量有关，有机碳含量均随着时间延长而渐近线增加或降低至平衡值；当假设两参数与有机碳含量无关，则有机碳含量随碳输入水平增加呈直线增加；但当假设有机碳含量通过有机碳周转负反馈作用影响该两参数，即h随有机碳含量增加而降低，且k同时增加，则有机碳含量随碳输入水平增加而渐近线增加。进一步验证该负反馈作用机理分析也发现，当考虑负反馈作用的机理时，有机碳含量随着碳输入水平增加而渐近线增加。因此有机碳周转负反馈作用合理，在计算机模型构建中考虑该影响因素是必要的，也是可行的。