近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。      

松辽流域水土流失综合防治成效显著

<正>松辽流域是我国重要的商品粮基地,但由于东北黑土区垦殖指数很高、自然因素制约和长期以来不合理的土地利用,黑土区水土流失呈日益加剧的趋势。据测算,黑土区土壤有机质每年以1‰的速度递减,黑土层以每年0.3~1cm的速度流失。严重的黑土流失导致耕地面积减少,土地生产力下降,已威胁到国家的粮食安全。为了保护珍贵的黑土资源,改善生态和生产生活条件,在实施国家水     

自然和人为因素对耕地土壤有机质含量影响的研究

【目的】以江西省泰和县为研究区域,揭示县域尺度耕地土壤有机质(SOM)的空间分布规律。【方法】设计覆盖整个泰和县耕地的采样网络,采集361个表层(0～20 cm)土壤样品。使用普通克里格插值法探究研究区耕地土壤有机质含量的空间分布特征,利用随机森林模型结合经典统计方法探究泰和县耕地土壤有机质空间分异的主要影响因素。【结果】研究区耕地土壤有机质含量均值为31.05 g kg^-1,处于较丰富水平,表明泰和县耕地土壤肥力水平较好。泰和县耕地土壤有机质具有中等程度的空间自相关性,具有中部低、东西高的空间分布特征。秸秆还田和海拔是耕地土壤有机质含量的主要影响因子,解释率为56.37%和18.73%。土壤pH、成土母质、施肥量和灌溉能力对土壤有机质含量也具有显著影响,解释率分别为9.66%、9.47%、6.76%和5.45%。【结论】采取秸秆还田、合理施用石灰和完善排水设施等田间管理措施可以有效提高耕地土壤有机质含量,改善土壤保肥固碳能力,对促进农业可持续发展,助力实施国家“碳达峰”和“碳中和”战略具有重要价值和意义。     

东北黑土区玉米秸秆还田对土壤肥力及作物产量的影响

东北黑土区是我国重要的优质商品粮生产基地,在保障国家粮食安全中起着重要的作用。但是黑土开垦以来,由于高强度利用和不合理耕作出现了土壤肥力下降,理化性质恶化,水土流失严重和生态环境脆弱等一系列问题,已经成为影响粮食安全保障的潜在威胁。秸秆还田是一项能够提高土壤肥力、改善土壤物理性质和提高微生物活性的农业管理措施,但是也有研究发现秸秆还田对作物产量有一些负面的影响。本文综述了东北黑土区进行秸秆还田对土壤物理性质、有机质及养分含量、微生物活性和作物产量的影响,旨在为该区域内秸秆还田应用提供理论支撑。     

“耕地保护与粮食安全”专题导读

2020年新冠肺炎在全球蔓延、自然灾害频发、国际形势复杂多变,全球粮食安全面临诸多风险。“仓廪实,天下安”,确保国家粮食安全,把中国饭碗牢牢端在自己手中是事关国家长治久安的重大战略。保障国家粮食安全的根本在耕地,耕地是粮食生产的命根子。因此,开展耕地质量保护与提升行动具有战略性、重要性和紧迫性。 为更好地宣传报道“藏粮于地、藏粮于技”战略,提高农业生产能力,保障国家粮食安全方面的研究成果,本刊特策划“耕地保护与粮食安全”专题。东北黑土区是我国重要的粮食生产优势区,保护黑土地是保障国家粮食安全、促进农业绿色发展的迫切需要。本专题刊发的5篇文章中有3篇是分别关于东北黑土区种植业生产结构调整、保护性耕作技术和农田土壤养分平衡的研究。其中,宋戈等在国家出台的一系列关于统筹调整种植业生产结构政策背景下,研究种植结构调整政策实施期间东北粮食主产区典型地域种植主要粮食作物的耕地利用分化特征,研究结果对于松嫩平原粮食主产区粮食种植结构调整具有一定的参考借鉴意义;邹文秀等通过6年的田间定位试验,较为系统地研究了黑土区耕翻深度和秸秆混合还田深度对土壤物理性质的影响,以及改善黑土物理性质效果最优的农艺措施,研究可为东北黑土区建立以“土壤质量提升、秸秆高效利用”为核心的秸秆还田模式提供理论依据;楚天舒等采用农田土壤养分平衡法从宏观角度对黑龙江垦区2000－2018年农田土壤氮、磷、钾养分资源收支平衡情况进行分析,研究结果对指导当地农田养分管理和面源污染的控制具有重要意义。此外,另外2篇是关于陕西地区耕地细碎化整治和土壤性质空间变异研究。张蚌蚌等系统剖析了陕北榆林市榆阳区的“一户一田”和“一组一田”两种耕地细碎化整治创新模式,通过整合农户土地,对改善农地细碎化问题、提升农地经营效率、推动小农户和现代农业有机衔接具有重要的理论意义和实践价值;王捷等研究了不同田块表层土壤养分的空间变异特征及其原因,结合生产实践进一步明确了表征土壤养分变异度的合理采样方法,研究结果可为田间养分监测设施布设以及农业生产精细化提供重要的科学理论依据。 本专题集中刊发的5篇系列文章,分别来自东北大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、西北农林科技大学等机构,源于国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金重大项目等的研究成果,研究具有创新性、系统性、实用性等特点,对统筹调整农业生产结构、提升土壤质量、优化土壤养分管理、破解耕地细碎化难题等具有重要参考价值,对促进农业现代化发展、提高农业生产能力,农业绿色发展、保障国家粮食安全等具有重要的理论意义和现实意义。     

东北黑土地区耕地质量现状与面临的机遇和挑战

东北黑土地区是世界四大黑土区之一,耕地总面积3584万hm2,粮食产量占全国粮食总产量的1/4、商品粮的1/3,为保障国家粮食安全做出了重要贡献。由于土壤侵蚀和长期高强度重用轻养等原因,黑土地区土壤耕层变薄、有机质含量降低、土壤酸化、结构变差、功能退化,导致黑土“变薄、变瘦、变硬”。通过分析明确了该地区耕地后备资源较少、中低产田比例偏高、农田基础设施不足等问题,指出保证国家粮食安全是黑土地区面临的最大机遇,提升黑土地区耕地质量是面临的最大挑战。进一步明确了提升黑土地区耕地质量主要对策,包括加强水土流失治理,确保黑土地耕层不变薄;加强有机物料投入,确保黑土地有机质不下降;重视平衡施肥和酸化土壤改良,遏制土壤酸化;加强高标准农田建设,确保黑土地质量不降低;完善耕地质量建设管理制度,确保黑土地保护有法可依。     

东北黑土有机质组分与结构的研究进展

在全球气候变化背景下研究土壤有机质的转化过程对于评价陆地生态系统碳截获潜力具有重要意义,而土壤有机质的循环特征及其稳定性与土壤有机质的组成和结构密切相关.东北黑土区是我国重要的商品粮基地,近年来,黑土有机质含量呈显著下降趋势,造成黑土肥力和质量的严重退化.本文通过文献资料的整理,总结了不同农田管理措施下黑土土壤有机质的消长动态、组分变化以及结构特征的研究现状,并探讨了研究中存在的问题.开垦和耕作导致土壤有机质总量、活性组分以及腐殖物质含量的显著降低,而平衡施用化肥和有机肥是维持和提升土壤有机质数量和质量的有效途径,长期有机无机配施使土壤有机质结构趋于简单化,有利于土壤肥力的保持.黑土有机质组分化学结构变化的驱动机制是值得人们长期探索的问题.     

近30年来海伦市耕地土壤有机质和全氮的时空演变

土壤有机质和全氮含量是衡量黑土肥力质量的重要指标。本研究采用基于土壤学专业知识的属性数据和空间数据连接方法,在GIS技术支持下,研究了黑龙江省海伦市1981、2000和2008年3个时期耕地土壤有机质和全氮含量的时空变化规律。结果表明:1981—2008年,海伦市有超过60%的耕地土壤有机质和全氮含量下降,主要分布在中部和西南部。有机质的下降主要发生前20年(1981—2000),且降幅较大,超过15 g/kg,而近10年(2000—2008)耕地土壤有机质的下降幅度和下降区的面积均有所减小;但近10年(2000—2008)耕地土壤全氮含量下降问题依然严重,中部和西南部累计有超过70%的耕地土壤全氮含量呈下降趋势,其中全氮降幅超过0.50 g/kg区域约占耕地面积的38%。     

阿克苏市耕地地力评价与改良利用研究

为了掌握阿克苏市耕地地力基本情况和科学指导农业生产,运用GIS技术和综合指数法对阿克苏市耕地土壤进行了地力评价与改良利用分区研究.结果表明,阿克苏市1,2,3级耕地面积占耕地总面积的63.81％,绝大部分耕地处于中上等水平,耕地生产潜力总体较高.地力等级相对较低的耕地主要障碍因素是土壤盐渍化,其次是土壤中有机质、全氮、碱解氮、有效锌和有效锰的含量相对较低.利用评价结果对阿克苏市现有耕地进行改良利用分区,并提出相应的改良利用措施,实现了耕地改良利用分区的定量化.     

耕地数量、质量、生态“三位一体”视角下我国东北黑土地保护现状及其实现路径选择研究

保护东北黑土地对于构建我国耕地保护新格局和国家粮食安全意义重大。本研究在对耕地数量、质量、生态“三位一体”视角下我国东北黑土地保护内涵解析基础上，利用2017 ~ 2019年在省域、县域和村域三个层面获取到的东北黑土地典型区域调查数据，采用统计分析、对比分析和总结归纳等方法进行实证研究，结果表明:东北黑土地耕地数量减少趋势明显，建设占用是最大威胁。质量退化现象严重，有机质补充缺乏是主要表现。生态环境不容乐观，水蚀风蚀是主要风险；其现实障碍主要源于地方政府“心口不一”、农户“有心无力”和部门间“缺乏有效统筹协调”三大逻辑本体。基于以上的研究结果，本研究认为应该从设立黑土资源保护区、建立耕地保护区域间补偿机制、加强耕地保护执法执政与督察等方面激发地方政府转变用地方式的能动性，实现对东北黑土区耕地的数量管控。从探索对耕地保护的农户给予直接经济补偿、完善耕地保护性耕作和生态保育补贴政策、建立土壤碳汇“市场化”交易机制等方面调动农户转变土地利用方式的积极性，实现对东北黑土区耕地的质量管理。从统筹整合各项涉农资金、统筹协调各类建设项目和建立政府职能部门协作体系等方面提高部门间协调机制的有效性，实现对东北黑土区耕地的生态管护。     

黑土农田土壤有机碳演变研究进展

在我国, 由于国家粮食安全的需要, 关注黑土、研究黑土的人越来越多, 尤其是黑土可持续利用及其与环境的关系已成为当今研究的热点问题。黑土研究领域中最活跃的部分是黑土农田土壤有机质(碳)的研究。基于此, 本文依据有关文献资料, 简述了我国黑土的分布、黑土开垦历史、农田土壤有机碳的演变及其在农业上的贡献, 系统分析了国内外农田土壤碳研究的方法及其进展, 指出了开展我国黑土农田土壤碳演变及其预测研究的现实意义及其潜在价值, 建议未来应侧重黑土农田土壤有机碳的变化与调控方面的研究, 即在黑土农田土壤有机碳的定向培育技术、指标体系和量化表征评估方法、预测模型等方面有所突破, 最终形成黑土农田土壤有机碳保护和利用的理论和方法。     

江苏北部县域土壤有机质空间变异特征

苏北地区是江苏省的粮食主产区,掌握该地区的土壤有机质空间变异特征对苏北乃至全省农业生产均有重要意义。以江苏省沛县为案例,利用网格法采集了324个土壤样品,通过经典统计和地统计方法研究了该县的土壤有机质空间分布特征。结果表明:该县土壤有机质含量均值为20.10 g/kg,变异系数为0.42,属中等变异程度;土壤有机质空间自相关性为中等程度,自相关距离为26 700 m;全县土壤有机质含量主要集中在12～18,18～24 g/kg和24～30 g/kg三个等级,且在空间上由东向西逐渐降低,分布规律明显,主要受土壤类型与土地利用方式的空间分布的影响,并分析了该县不同区域土壤有机质含量的提升潜力,为该县乃至苏北地区制定合理的农业管理措施提供参考。     

Spatial distribution of soil organic matter in a coal mining subsidence area

ABSTRACT

Underground mining has caused drastic disturbances to regional ecosystems and soil nutrients. Understanding the three-dimensional (3D) spatial distribution of soil nutrients in mining area farmland is crucial for agricultural production and environmental management. However, few studies have reported the 3D spatial distribution of soil organic matter (SOM) in coal mining subsidence area. In our study, a sequential Gaussian simulation (SGS) algorithm was used to analyse the spatial distribution of SOM based on observations of 180 soil samples in the Zhaogu mine in China. The results showed that the SOM content had considerable variation in spatial distribution at different soil depths (0–20, 20–40, 40–60?cm) and decreased with the increase in soil depth. The spatial variability of surface organic matter was the largest, and the coefficient of variation was 29.38%, which was moderately mutated. The spatial distribution of SOM also varied among slope locations. The SOM content was higher upslope and downslope than on the middle slope. In addition, given a threshold, SGS can be used to calculate the probability that the organic matter content at any position is lower or higher than the given value. The research results provide a reference for land reclamation and precision agriculture.     

县域土壤有机质动态变化及其影响因素分析

本文以河北省曲周县为例, 采用 1980 年和 1999 年两次全县的土壤肥力监测以及农户调查数据和统计数据, 系统分析了过去 20 年中土壤有机质的动态及其与之相关的农作管理方式的变化。 结果显示, 在过去的近 20 年 间, 曲周县土壤表层的有机质含量呈现增长的趋势, 导致这种变化的农作管理方式有化肥施用量的大幅度提升、秸 秆还田量的增加、盐碱地的开垦利用、灌溉面积和复种指数的提高以及主要种植模式和种植作物的土壤有机质处 于正平衡状态。 然而当前的生产管理方式尽管有利于土壤有机质积累, 但是也带来了一系列的生态环境问题。 实 施保护性耕作、降低化肥用量、提高秸秆还田量和有机肥的用量成为今后农业生产管理方式调整的主要方向。     

Impact of intensive agricultural management on carbon and nitrogen dynamics in the humid tropics

ABSTRACT

The concern about global climate change continues to increase research interest regarding carbon and nitrogen dynamics in the soil. This is based on their role in maintaining soil fertility, which can instead be a source of greenhouse gas emissions if not managed properly, while threatening food security. Humid tropical conditions enable intensive agricultural cultivation with various cropping systems to fulfill the demand for agriculture products. Such climate accelerates the soil organic matter decomposition rate so that it strongly influences soil carbon and nitrogen dynamics. However, inappropriate implementation of intensive agricultural systems that does not consider the balance between carbon and nitrogen input and output, negatively affects soil fertility, mainly decreasing soil organic carbon and total soil nitrogen, changing the composition of carbon and nitrogen owing to the loss of soil organic matter through erosion and leaching, thus, causing soil degradation. Mitigation strategies can be performed by using organic matter and crop residue, crop rotation and improvement of crop pattern, soil tillage and fertilization, cover crops and mulch. Sustainable land management for maintenance of soil organic carbon and total soil nitrogen dynamics should be locally and globally developed and adopted for a more sustainable agricultural system. Recovery of soil capacity to accumulate carbon is a strategic step to reduce the impact of climate change. Hence, an intensive study on efficient soil organic carbon management is required to improve food production and mitigation of climate change to attain sustainable development goals in 2030.     

保护性耕作下土壤动物群落及其与土壤肥力的关系

保护性耕作不仅能改善土壤特性,增加作物产量,也是缓解农田生物多样性损失的重要措施之一。为了探讨保护性耕作下土壤动物群落结构及其与土壤肥力的关系,试验采用裂区设计,主区为翻耕和免耕,副区为3种秸秆还田处理。结果表明：秸秆还田显著增加了土壤动物优势类群弹尾目和蜱螨目,耕作方式和秸秆还田量之间存在显著的交互效应。免耕和秸秆还田的结合增加了土壤有机质含量,但pH值下降;秸秆还田增加了土壤全氮和速效磷;与初始条件相比,过氧化氢酶和蔗糖酶活性下降,而尿酶活性有所增加。土壤有机质和全氮对土壤动物特别是弹尾目和蜱螨目有显著的正效应,土壤速效磷含量也与优势类群表现为正相关;鞘翅目、双尾目和唇足纲表现了能适应相对较高pH值的土壤环境。总之,保护性耕作在一定程度上增加土壤碳库,缓解温室效应,同时也提高了土壤动物丰富度;土壤动物与土壤养分密切相关,表现其在作物对养分利用的有效性上起着重要的作用。     

生物质炭对茶园土壤改良及茶叶品质的影响

近年来,茶树种植过程中化肥的超量施用造成茶园土壤酸化加剧和有机质含量降低等一系列问题,进而影响到茶叶的产量和品质。生物质炭一般呈碱性,具有含碳量高、比表面积大、高度生物化学稳定性和较强的吸附性能等特性,能够增加土壤碳储量,提高土壤pH值和养分有效性,对于茶园土壤固碳、土壤改良和抑制土壤氮磷流失、改善农产品品质等方面有较大作用。针对我国茶园土壤存在的主要问题,以生物质炭的特性及生物质炭改良土壤的作用机理为研究对象,重点阐述了生物质炭在茶园酸化土壤改良、土壤氮素淋失阻控、土壤固碳增汇等方面的效应,以及生物质炭提高茶叶产量和提升茶叶品质方面的作用机理。基于以上研究,展望了生物质炭在茶园管理方面的理论研究方向,为生物质炭在农业生产中的应用和推广提供科学依据。     

松嫩高平原黑土区典型地域耕地生态安全评价及驱动力分析——以黑龙江省绥化市为例

对一定区域的耕地生态安全进行评价,分析影响耕地生态安全的因素,有利于指导区域耕地合理、可持续利用。以我国重要的商品粮生产基地松嫩高平原黑土区典型地域——黑龙江省绥化市为研究区,基于“P-S-R”模型建立耕地生态安全评价指标体系,运用多因素综合评价法,评价2001-2009年绥化市耕地生态安全状况,并借助SPSS软件提取影响研究区耕地生态安全的敏感因素。结果表明:2001年绥化市耕地生态安全处于恶劣等级;2002-2004年绥化市生态安全等级为风险级;2005-2009年生态安全处于敏感等级,生态环境虽然受到一定破坏,但可以维持基本功能。自然灾害频发,水土流失严重以及人地矛盾的日益突出,是导致绥化市生态安全问题突出的主要原因。社会经济压力、农业科技进步和生态环境是影响耕地生态安全的三类因素。     

生态农业景观与生物多样性保护及生态服务维持*

现代集约化的农业生产极大地改变农业景观生物多样性状况及生态系统服务功能,进而影响到农业可持续发展。大量研究显示,农业生态系统中物种多样性维持、害虫控制、传花授粉等生态系统服务功能受到景观结构的影响,仅仅改变集约化的生产方式,并不足以促进生物多样性的恢复及生态系统服务的维持,尚需考虑景观结构的调整和管理。从不同尺度上优化景观要素的空间配置和景观管理方式、建设生态农业景观成为促进农业景观生态系统服务功能维持、保护生物多样性和农业可持续发展的重要措施,具体包括:1)在区域和景观尺度上合理规划和配置种植区域和非种植区域以确保生态安全与稳定性;2)在地块间尺度保护、建设和管理甲虫带、野花带等生态设施,为农业生产提供必要生态系统服务;3)在地块内尺度通过多样化的种植和优化管理措施以获取农业生产和自然保护之间的平衡;4)整合景观规划设计与生态循环工程以促进农业景观资源的高效利用。     

环境与人为因子对水稻土有机质变化的影响——以长江中下游平原为例

Changes in soil organic matter (SOM) can affect food security,soil and water conservation,and climate change.However,the drivers of changes in SOM in paddy soils of China are not fully understood because the effects of agricultural management and environmental factors are studied separately.Soil,climate,terrain,and agricultural management data from 6 counties selected based on representative soil types and cropping systems in China were used in correlation analysis,analysis of variance,and cforest modeling to analyze the drivers of changes in SOM in paddy soils in the Middle and Lower Yangtze River Plain from 1980 to 2011.The aims of this study were to identify the main factors driving the changes in SOM and to quantitatively evaluate their individual impacts.Results showed that the paddy SOM stock in the study area increased by 12.5％ at an average rate of 0.023 kg m-2 year-1 over the 31-year study period.As a result of long-term rice planting,agricultural management practices had a greater influence than soil properties,climate,and terrain.Among the major drivers,straw incorporation,the most influential driver,together with fertilization and tillage practices,significantly increased the accumulation of SOM,while an increase in temperature significantly influenced SOM decomposition.Therefore,to confront the challenge of rising temperatures,it is important to strengthen the positive effects of agricultural management.Rational fertilizer use for stabilizing grain production and crop straw incorporation are promising measures for potential carbon sequestration in this region.