含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

中国奶业全产业链绿色发展指标的时空变化特征

奶业是关乎国民健康和食品安全的战略性农业产业,本文从社会发展、经济效益、产品生产、资源投入和生态环境5个方面选取28项指标,发展和完善了中国奶业全产业链绿色发展指标体系和分级标准。基于该指标体系,利用NUFER-animal模型,定量分析了1990—2017年中国奶业绿色发展指标的时空分布特征,剖析了产业绿色发展的限制因素,阐明了优化途径。结果表明:中国人均奶制品消费量稳步提高,从2.0kg?cap.?1?a?1增加到12.5kg?cap.?1?a?1;奶牛单产水平不断提高,从2.4t?head?1?a?1增加到7.0t?head?1?a?1,种养系统氮素利用效率由8.4%提升至14.4%;单位牛奶的资源投入和环境代价均呈下降趋势,生产单位牛奶的蓝水足迹由0.5 m3?kg?1降低到0.2 m3·kg?1,耕地资源投入量由18.5 m2?kg?1降低到3.3 m2?kg?1;养殖系统氨挥发量指标由21.9 g(N)?kg?1降低到7.0 g(N)?kg?1,但仍远远高于欧美国家水平;牛奶生产和加工成本逐年增加,利润却低于欧美等先进国家的水平。空间特征分析表明:农牧交错带和东部沿海地区产品生产、资源投入和生态环境绿色发展水平相对较高,北方地区牛奶及奶制品的生产、消费水平均高于南方地区。发展种养一体化产业链融合绿色发展技术与模式、构建产销一体化产业链融合绿色发展利益共享机制和形成全产业链质量追踪服务体系与国民消费信任机制是促进中国奶业振兴和绿色发展的有效途径。     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

山西省畜禽粪污土地承载力及粪尿替代化肥潜力分析

为明确山西省畜牧业的发展规模,优化畜牧业发展的空间格局,进一步为山西省农牧业实现绿色发展提供科学依据。研究基于农牧生产系统养分平衡的方法,测算了山西省县域尺度的畜禽粪污土地承载力。结果表明,山西省的种植业与畜牧业发展规模在空间上存在一定的错位,种植业发达的地区主要分布在省域南部和中部的区县,而畜牧业发达的地区则分布在省域北部、中部和东南部的区县;山西省当前的畜牧业发展规模折合为2 371.77万猪当量,以粪尿氮作为约束指标,山西畜牧业可发展规模为5 976.01万猪当量;以粪尿磷(纯磷,下同)作为约束指标,山西畜牧业可发展规模为7 212.27万猪当量。综合粪尿氮磷承载力指数结果分析,超载区域主要分布在省域北部种植业欠发达的区县和省城太原周边的区县;全省粪尿氮、磷的有效供给量分别为18.28万t和3.15万t,可以分别有效替代氮、磷肥39.79%和33.21%。无论以粪尿氮或磷作为约束指标,山西畜牧业整体上仍有较大的发展空间,可适度增加畜禽养殖规模,但需要关注城市近郊区县的畜禽粪尿氮磷的环境排放和大中型养殖企业的点源污染问题。在畜禽粪尿养分资源管理策略上,则应考虑优化农牧业生产布局和区域间协同管理。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

适宜氮素提高萝卜干物质的累积

了解不同氮素供应水平对萝卜干物质累积特征及源库活性的影响，为萝卜生产的最佳氮肥管理提供理论依据。采用田间小区试验方法，以冀西北高寒半干旱区的萝卜主产区张家口市尚义县为研究区域，以当地主栽萝卜品种春雷为供试材料，每公顷设置0、84、126、168、252、336千克共6个施氮水平．分析不同施氮水平下萝卜干物质累积特征和源库活性的差异。     

滴灌施肥对红地球葡萄产量、品质及土体氮磷钾分布的影响

【目的】研究滴灌施肥对‘红地球’葡萄产量、品质与土体氮磷钾分布的影响，为科学合理制定河北省葡萄水肥管理策略提供理论及技术依据。【方法】以河北省怀来县15年生‘红地球’葡萄为试材，设置5个不同水肥投入水平，分别为传统灌溉施肥 (CK)、传统施肥 + 滴灌 (FCK + D)、滴灌施肥Ⅰ (F1 + D)、滴灌施肥Ⅱ (F2 + D)、滴灌施肥Ⅲ (F3 + D)。滴灌用水量为传统灌溉用水量的55%，CK与FCK + D施肥总量相同 (N、P₂O₅、K₂O总施入量分别为2708.7、2615.45、1315.2 kg/hm2)，与CK相比，F1 + D总N、P₂O₅、K₂O施入量分别降低了68.32%、87.61%、40.47%；F2 + D较F1 + D减少17.31%的磷和12.54%钾肥量，F3 + D又降低了18.53%的氮肥量。对葡萄的产量与品质和氮、磷、钾等养分在0—100 cm土体中的分布进行了分析，并计算了养分利用效率及成本收益。【结果】2012年和2013年CK处理葡萄产量分别为24115 kg/hm2和23020 kg/hm2，F1 + D处理显著高于CK，分别为28830、27272 kg/hm2，平均提高了19.0%，而F2 + D、F3 + D和FCK + D与CK处理间差异不显著。品质方面，F3 + D的千粒重显著高于CK，在2012与2013年分别为11.39、11.47 kg，平均提高了7.2%，而F1 + D、F2 + D和FCK + D与CK处理间差异不显著。2012年和2013年CK处理果实Vc含量分别为14.36、14.42 mg/100 g，F1 + D、F2 + D和F3 + D显著高于CK，分别平均提高了16.7%、15.2%和15.6%。在土体养分分布方面，土体中上层 (0—60 cm) 滴灌施肥处理养分含量与传统水肥处理不存在显著差异，但60—100 cm土层中，F1 + D的硝态氮、速效磷含量最低，分别为21.37、28.56 mg/kg，F1 + D、F2 + D和F3 + D的速效钾含量分别为126.11、117.75、139.00 mg/kg，均显著低于CK，但三者间无显著差异。滴灌施肥各处理的灌溉水利用效率和肥料偏生产力最高可比CK高出209.1%和266.3%；F1 + D、F2 + D、F3 + D在水肥投入及用工成本上较传统管理分别平均节省了17857.5、18547.5、17752.5元/hm2，实现了增产增效。【结论】葡萄生产中采用滴灌施肥技术，并根据葡萄生育期养分需求 (前期补充氮磷，膨大期后适当增施钾肥)，能够显著提高葡萄产量，改善果实品质，降低养分淋失，增加农民经济收益。综合比较，以不降低氮磷钾施肥量、以滴灌施肥代替土施的F1 + D在产量、品质及节本增效等方面综合表现最优，氮、磷向60 cm以下的土层淋洗量也大大减少，比CK增收47145～51024元/hm2。     

土培条件下外源硒对黄芪吸收和转运硒的影响

以黄芪(Astragalus membranaceus)和2种价态的硒为主要研究对象,采用土壤盆栽试验方法探讨了添加不同浓度(0,2,4,6,8mg/kg土)硒酸钠(SeVI)和亚硒酸钠(SeIV)对黄芪地上部和根系硒累积与分配的影响。结果表明:土壤中添加硒浓度为2~6mg/kg的亚硒酸钠有利于黄芪地上部和根部干物质的累积,比CK增加34.55%~38.24%,但是添加硒浓度超过2mg/kg的硒酸钠抑制了黄芪植株的生长;添加不同浓度的2种形态硒均可显著提高黄芪地上部和根部硒浓度,且土壤中添加硒酸钠和亚硒酸钠的硒浓度分别与黄芪植株硒含量呈极显著正相关关系(SeVI:r=0.884**,SeIV:r=0.973**);随着硒处理浓度的升高,添加硒酸钠和亚硒酸钠处理的黄芪根系对硒吸收能力高于对照,转移系数和富集系数均大于1,且硒含量地上部根部,这表明土壤中添加外源硒可以提高黄芪对硒的吸收和转运能力。综上所述,在中性偏碱性土壤上施用硒酸钠和亚硒酸钠均可促进黄芪对外源硒的吸收、转运和累积,且土壤施用2~6mg/kg的亚硒酸钠对黄芪的生长和硒的累积效果更好。     

河北省县域农业绿色发展指标时空变化特征

为剖析河北省县域农业绿色发展的主要问题及限制因素,本文以河北省135个县(区)为研究对象,围绕社会、经济、生产力、资源和生态环境5个维度,选取了26项农业绿色发展指标,基于专家意见和统计资料,参照农业绿色发展程度将入选指标从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级,并定量分析了1996年和2016年河北省县域尺度的农业绿色发展指标时空变化特征。结果表明, 20年间河北省农业生产条件不断改善,农业机械化水平与农田灌溉水平均有不同程度的提升;农业经济效益大幅增长,单位面积农业产值与人均可支配收入分别增长了1.96倍和3.05倍;农业生产能力持续提升,表现为单位面积热量产量及植物蛋白产量持续上升,氮素利用效率有所回升;资源投入持续增加,表现为氮、磷、农药及农膜的使用强度不断增加;环境风险仍处于较高水平。从空间变化来看,河北省东北部和南部地区社会发展、经济和农业生产的农业绿色发展程度呈提高趋势;而资源和生态环境指标绿色发展程度总体表现为下降趋势,呈现出西北部和东南部地区高的特征。5类指标绿色发展程度等级处于Ⅰ级水平的县域数量占比较高,呈现明显的空间差异。河北省农业绿色发展的主要瓶颈问题来自资源短缺、环境污染和生态破坏,造成以上问题的原因是资源投入过高、种养结构改变和农牧分离严重,下一步需要提高资源利用效率,保持产地环境的清洁和生态系统的稳定,快速推进河北省县域的农业绿色发展。