农田土壤固碳与增产协同效应研究进展

农田土壤固碳是提升土壤肥力、保障和实现农田持续稳定生产能力的关键所在。明确农田土壤固碳与作物增产的协同效应可为不同区域土壤培肥、维持和提升作物产量提供依据。农田土壤固碳明显受到气候、土壤属性、管理措施 (尤其是施肥和耕作)、轮作制度等因素的影响,且与农田作物产量密切相关,二者具有明显的协同效应。农田土壤有机碳与作物增产协同效应存在一定的阈值,且该阈值具有一定的区域差异。东北地区土壤有机碳阈值约为C 44～46 t/hm2,西北和华北地区约为C 22～28 t/hm2,南方地区约为C 33～37 t/hm2。经验方程和模型模拟结果表明,在不同区域,农田土壤每固定C 1.0 t/(hm2·a)有机碳,粮食作物产量可平均提升约0.7 t/hm2,但该响应值在各地区明显受到相应的环境及农田管理措施等因素的影响。深入理解农田固碳过程及其与作物生产力协同作用的机理,是指导不同区域合理培肥、提高土壤肥力、提高养分资源利用效率的关键举措。未来的研究方向和重点是明确不同区域农田土壤可实现的固碳潜力,进一步揭示集约化种植下农田土壤有机碳的固存机制,关注深层土壤有机碳固定对作物增产潜力的影响及贡献,并深入分析表征环境、人为因素等对农田土壤固碳增产协同效应的影响机制及调控原理。     

中国科学院红壤生态实验站长期监测研究进展

针对红壤地区面临的一系列土壤问题,中国科学院红壤生态实验站围绕典型红壤地区水、土、气、生4个方面的各项指标参数进行了长期监测。每年共采集和分析整理各类数据约30 Mb。大量的监测数据信息为红壤生态系统的长期研究以及区域农业可持续发展提供了支撑服务。通过多年的监测研究,发现红壤地区土壤p H呈下降趋势,土壤有机质、全量氮、磷等养分含量不同程度增加,土壤速效养分含量增长速度缓慢。     

农田排水资源化利用的研究进展与展望

农田排水资源化利用对提高灌溉水资源重复利用率,减少化肥和农药的流失,防治农业排水对水体的污染,修复生态环境,促进节水与水资源可持续利用具有重要作用。该文根据已有研究成果,从农田排水资源化利用的实践、基础性研究和技术措施3方面进行了综合分析,并指出了该项研究需进一步探讨和解决的问题。     

农业生态足迹研究进展与展望

农业生态足迹作为一种有效衡量农业可持续发展状况的计量工具,具有模型可操作性和结果可比性强的优势。本文从农业生态足迹的概念内涵出发,对农业生态足迹的算法、参数调整及农业生态足迹的应用等方面的国内外相关研究进行了文献综述。算法上,介绍了农业生态足迹的4种计算思路,包括只考虑农业生物资源消耗、同时考虑农业生物资源消耗和能源消耗、考虑农业废弃物及污染物以及结合其他计量方法,并分别阐述了其具体算法,且总结了农业生态足迹参数调整的一般方法;应用上,梳理了不同农业技术及生产方式的合理性分析及农业系统的可持续性分析。综述发现,算法方面,已有研究从农业生态足迹的传统模型出发,依据不同研究目的设计计算思路,近几年,与其他计量方法的结合应用越来越受到关注;参数方面,从直接采用"全球公顷"方法中的均衡因子和产量因子,到依据研究区域修改两个因子参数,再到结合能值理论、净初级生产力等其他计量方法中相对稳定的参数,使得计算结果更加精确;应用方面,逐渐以农业生态为研究主线,结合农业社会、经济、科技等维度综合探究农业可持续发展问题。     

作物研究过程中生态场理论的应用

生态场理论是物理生态学的基本理论，现主要应用于森林生态领域研究，而在作物研究领域尚未应用。研究分析了近年来作物育种、生理和栽培的研究方向与特性，初步尝试如何在农作物育种、生理和栽培方面应用生态场理论，对现代育种研究和栽培理论发展具有指导意义。     

我国典型农田长期施肥土壤肥力变化与研究展望

【目的】施肥是农业增产的主要措施,显著影响着土壤质量的变化,因此,长期施肥与土壤质量关系一直是植物营养与肥料研究的热点。近30年来我国农业生产投入不断增长粮食产量自上世纪90年代起实现了十一连增对土壤的养分收支影响巨大。研究我国近30年主要农田土壤质量的变化对维持和提高土壤质量,保持粮食高产稳产有重要意义。【方法】我国持续进行的长期肥料试验约50个,覆盖了主要种植制度和土壤类型。依据本专辑论文有关长期施肥对土壤主要理化性状的影响,综述了我国长期不同施肥模式和施肥量土壤质量的变化特征,并依据研究内容和国际研究热点提出了我国今后长期定位试验研究的方向及驱动力。【结果】1)本专辑收集了论文31篇,60%以上研究内容集中在土壤有机质和磷素有效性的演变,表明土壤有机质质量和磷素库源平衡在我国农田土壤质量评估中起着决定性的作用。2)连续30年单施化肥,东北黑土有机质呈缓慢下降趋势,每10年下降1 g/kg左右,其他区域稳定缓慢上升,每10年上升1.4~2.5 g/kg。长期无机肥配施有机肥及秸秆还田,土壤有机质呈显著上升趋势,30年平均上升幅度西北和华北高达51%和68%,南方旱地和长江流域水田平均为24%。3)我国农田有机物料碳的利用效率平均为16.3%,呈现随水热梯度增加而降低的趋势。其中,西北和东北地区平均为22%~26%,明显高于华北的13%和南方旱地或水田的10%;4)土壤有效磷含量受施肥影响显著。每季作物施磷(P)20~33 kg/hm~2,土壤全磷和有效磷可维持平衡或明显增加,年平均上升速率因土壤类型和磷肥施用量不同存在较大差异,每年最大可提高2.1 mg/kg;化肥配施有机肥有助于活化土壤磷,对于有效磷有更大的提升空间最高可达9.3 mg/kg。5)施用化肥土壤磷素以有效性较高的无机形态(Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P)累积,化肥配施有机肥显著增加了活性较高的有机磷组分(活性有机磷、中活性有机磷),有利于土壤有效磷的稳定供给。【展望】我国目前集约化种植下,农田有机物料的投入仍是影响土壤有机质平衡的第一要素。我国土壤有机质和有效磷含量仍有增加的空间,还需加强有机物料的投入。土壤质量研究今后还应加强土壤生物指标和土壤生态和健康功能研究加强土壤质量演变趋势研究采用模型模拟、预测与预警土壤质量,并通过模型的选择和参数的确定促进模型在生产实践中的应用。     

银泰的试验研究与生态意义

农药,主要是化学农药,在防治农作物病、虫、草害,保证农作物正常生长,提高单位面积产量上具有重要的作用。农业生产上若不使用农药,全世界因病、虫、草害造成的经济损失,估计每年达800亿美元;我国由于防治农作物病、虫、草害,每年可挽回粮食损失150～200亿kg,挽回皮棉损失2．5～3．0万kg,水果、烟草、茶等经济作物,因使用农药而获得的经济效益则更为显著。     

旱地春玉米草纤维膜覆盖的农田生态效应

试验研究了革纤维膜覆盖旱地农田春玉米及其对土壤理化性状、土壤温度和水分状况及作物生长发育的影响。结果表明,草纤维膜覆盖在改善土壤结构、调节土壤温度、蓄水保墒、促进柞物生长发育等方面效果明星,是解决我国北方旱农地区干旱缺水与土壤瘠薄缺肥的有效途径之一．     

山区暖带的农业生态效应——以秦岭—黄淮平原交界带为例

分析了山区暖带对当地农业生态环境的影响和暖带资源利用中应注意的若干问题。     

长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响

当前,如何合理施肥、提高作物产量、维持土壤肥力、并兼顾生态环境效应是农业研究的主要挑战之一。本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程的影响,主要从土壤氮转化过程的初级转化速率角度综述肥料(有机肥和化学氮肥)对土壤氮素关键转化过程的影响。土壤氮素矿化-同化循环是自然界氮循环过程中两个至关重要的环节,是决定土壤供氮能力的重要因素。总体而言,长期施用氮肥,尤其是有机肥能显著提高初级矿化-同化周转速率;长期施肥可以刺激自养硝化作用,且有机肥的刺激作用更明显;施用化学氮肥和有机肥均能提高反硝化速率,且有机肥的刺激作用高于化学氮肥。有机肥一直被提倡和实践用来改善土壤肥力和提高土壤固碳能力,无论是单施有机肥还是有机-无机配施,均能有效地减轻硝酸盐污染,改善土壤肥力并提高作物产量。但是有机肥的施用并不是多多益善,有机肥过多施用也会增加氮损失的风险。因此,本文综述了长期施肥对农田土壤氮素关键转化过程初级转化速率的影响,讨论了各个氮转化过程之间的联系,以期增强人们对长期施肥措施影响农田土壤氮素循环的理解,并为合理施用氮肥、提高氮肥利用率、减少与氮相关的环境污染提供理论依据。     

河流生态环境需水量研究综述

在全面总结国内外河流生态环境需水量研究进展的基础上,对有关河流生态环境需水研究的概念、内容和定量计算方法做了概述,指出了目前河流生态环境需水研究中存在的主要问题并进行了分析.     

森林采伐对林地表层土壤主要特征及其生态过程的影响

森林采伐是森林经营过程中的一类常见作业,而森林重要生态过程都离不开林地表层(土壤及覆盖物),为此,理解和把握森林采伐对林地表层的影响对于合理经营和管理森林生态系统,实现生态系统的可持续发展等具有重要意义。本文在简单回顾了采伐对森林组成、结构及其功能的影响基础上;介绍了森林采伐对林地表层温度、湿度、土壤结构、pH值、养分(C、N、P、S)等理化特性的影响;分析了土壤生物对森林采伐的反馈过程;阐述了森林采伐对林地水文、C、N转化等生态过程的作用。最后,从研究方法、研究目标和研究内容三个方面提出森林采伐影响林地表层研究的发展趋势,指出森林采伐的边缘效应和空间异质性;森林采伐后土壤生物的响应;森林采伐后的水、C、N转化和循环等生态过程及其耦合作用是目前及今后研究的三大热点。     

长期定位施肥对作物效应的研究进展

本文对国内、外农业有关的长期定位试验站进行简要的介绍,系统的阐述了国内外的长期定位施肥对作物的生长发育、产品品质、产量以及肥料效率的影响,运用系统分析法分析了长期定位施肥在我国农业领域研究的分布概况;并在此基础上提出了未来本领域的研究重点,以期为开展长期定位在作物领域的相关研究提供参考。     

工程建设弃土弃渣水土流失过程试验研究

弃土弃渣是工程建设产生的最主要地面组成物质之一.采用野外放水冲刷试验方法,对黄河班多水电站工程区弃土弃渣水土流失过程进行了研究.(1)不同供水流量下,产流率随供水过程的动态变化整体呈增长趋势,可用幂函数方程描述,开始产流后的5 min内产流过程的变化幅度较大,随后较为平缓,并趋于基本稳定;(2)不同供水流量下,产沙率随供水历时的增长而减少,可用对数相关方程描述,小流量下变化过程波动较小,大流量下变化幅度较大;(3)不同供水流量下,含沙量随着供水历时的增长而减少,可用对数相关方程描述.各流量下的变化趋势基本一致;(4)次产流深、次产沙模数皆随供水流量的增大而增加,增加趋势基本相同,皆可用对数相关方程描述.平均含沙量随供水流量的增大先增加后减小,临界值为7.17 L/min,可用抛物线相关方程描述;(5)次产沙模数随次产流深的增大而增加,表现为很好的正相关关系,可用对数相关方程来描述.     

土壤冻融交替生态效应研究进展

土壤冻融作用是高纬度和高海拔地带性土壤热量动态的一种表现形式.国际上关于冻融的研究多集中在北方高纬度地带,特别是苔原、泰加林和北极生态系统,越来越集中在全球变化对冻融生态系统土壤过程的效应方面.已有研究表明冻融作用会引起土壤团聚结构破坏并导致冻融侵蚀、土壤溶液中养分浓度升高而导致土壤养分流失、土壤解冻后还可能导致土壤呼吸和N素矿化以及一些痕量气体短时间释放增加等,这些研究表明了冻融过程对土壤物理、化学、生物等各方面的效应.我国有大面积北方季节性地带冻土和青藏高原高海拔冻土,而在土壤冻融作用及生态效应方面的工作较少,值得关注和深入研究.     

长期施肥对西南黄壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响

为了解长期不同施肥措施下黄壤碳、氮、磷生态化学计量学特征,研究以贵州黄壤长期定位试验2003~2013共11年土样为研究对象,测定分析土壤碳、氮、磷养分及生态化学计量指标变化特征,旨为黄壤培肥、增加土壤碳汇提供重要理论依据。结果表明:(1)长期不同施肥措施下,有机碳、全氮、全磷含量变化较一致,均以有机肥处理较高,且随有机肥施用量增加而增加;(2)不同处理土壤C/N、C/P、N/P比变化范围为13.49~15.58、13.72~17.86、0.99~1.28,通过各处理变异系数和碳、氮、磷两两相关分析可知,黄壤C/N比较稳定,碳氮变化一致,而C/P、N/P比变化较大;(3)C/N、C/P比与有机碳呈极显著正相关关系,N/P比与全氮呈极显著正相关关系,但相关系数各不同;(4)与中国和世界土壤C/N/P比平均水平相比,黄壤碳、氮、磷比例失衡。     

The positive relationship between soil quality and crop production: A case study on the effect of farm compost application

In order to ensure sustainable agriculture, and for evaluating the effects of management practices on soil processes, tools for assessing soil quality are required. The development and use of a multiparameter index, which includes a wide range of soil properties, have been tested and found useful by several studies. However, soil quality measurements are ‘stand-alone’ tools unless they are either linked to important soil functions, used to characterize (agro)ecosystems or used to predict sustainability or productivity. In our study, the relationship between crop production and soil quality was assessed in a six year old field experiment studying the effect of farm compost (FC) amendment in a crop rotation of potato, fodder beet, forage maize and Brussels sprouts. To justify the hypothesis that repeated FC amendment results in both improved soil quality and consequently higher crop yields, a wide range of chemical, biological and physical soil properties were measured and integrated into a soil quality index (SQI). Next, crop yields were used as a functional goal to verify the causal relationship between SQI and crop production. Our results showed that there were significant changes in chemical, physical and biological soil quality as a result of repeated FC amendment. This was evidenced for example by a remarkable increase in both soil organic carbon (SOC) and total N content. Microbial biomass, the relative amount of bacterivorous nematodes and earthworm number were significantly increased as well and, together with SOC and total N, indicated as the dominant factors in assessing soil quality. The integration of these key indicators into the SQI revealed higher SQI values when FC was applied. In addition, crop yields were increased in all FC treated plots by which SOC was pointed out as the most important indicator influencing crop production. Finally, a causal relationship was observed between soil quality and the yield of potato and fodder beet. We conclude that our SQI may be a promising and useful tool to compare different (soil) management practices in relation to a strategic, regional goal, e.g., sustainable high yields. Before generalizing, we recommend a thorough validation of our SQI in other long-term field experiments.     

贵州水土保持生态建设回顾与发展对策

回顾贵州水土保持生态建设所取得的主要成效;根据新时期水土保持工作的要求,贵州水土保持生态建设的对策和措施为:一是以现有坡耕地为整治重点;二是典型引路,示范带动;三是水土流失治理必须与农村产业结构调整紧密结合,解决好治理区群众的吃粮、用钱和燃料问题;四是理顺管理体制,搭建水土保持生态建设平台;五是依靠科技进步,提高水土保持科技含量和治理水平;六是深化改革,创新机制,调动群众治理水土流失的积极性;七是做好水土保持的前期工作,争取项目投入;八是加大执法力度,控制人为新的水土流失。     

作物残体应用性及稳定性的研究进展

农业生产会产生大量的作物残体。对作物残体的安全利用与处理已经成为全社会十分关注的重要问题。作物残体作为土壤养分的重要来源,其在土壤中的稳定与转化对于增加其养分持续时间、提高土壤肥力具有非常重要的意义。论文介绍了作物残体均匀深还及堆肥等提高作物残体稳定性的技术,简述了促进有机物质稳定与转化的新方法,总结了不同作物残体处理方式对土壤性质的影响。以期为作物残体的高效合理利用提供参考依据。