超大城市高标准农田建设 高质量发展的推进路径探索——以北京市海淀区为例

高标准农田的生产功能在构筑现代化超大城市中具有不可或缺的重要作用,做好超大城市的高标准农田建设更具有重大的历史和现实意义。笔者团队基于对北京市高标准农田项目建设情况的深入调研,分析了超大城市高标准农田所具有的生产、生态、生活和带动功能及建设所面临的现实困境,以北京市海淀区的典型做法经验为例,探讨了超大城市高标准农田高质量发展的推进路径。     

基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。     

河套灌区玉米根系对残膜的响应及根系分布模型

为明确土壤中不同残膜量对根系生长和分布的影响，该研究于2019—2020年在河套灌区九庄农业综合节水试验站设置了5个农膜残留量水平，分别为CK（0 kg/hm2）、T1（150 kg/hm2）、T2（300 kg/hm2）、T3（450 kg/hm2）和T4 （600 kg/hm2），研究不同残膜量对玉米根长密度、不同径级根系分配及根系分布等影响，并引入残膜量，建立了适用于农膜残留农田的根系分布模型。结果表明，根系在水平分布时，侧根区的根系受残膜影响显著（P＜0.05），当残膜量为300 kg/hm2（T2）时根长密度出现突降现象，降幅为75.98%；垂直分布时，根系随残膜量增加呈明显下降趋势，特别是在0～30 cm土层，当残膜量达到450 kg/hm2时，根长密度降低50.02%。另外，残膜减小了玉米粗根比例（d﹥2 mm，d为根系直径），降幅为29.25%；增加了细根比例（d≤2 mm），为4.80%。构建考虑残膜量的相对根长密度（Residual Plastic Film-Normalized Root Length Density，RPF-NRLD）分布模型精度较高，其中决定系数（R2）为0.961，均方根误差（RMSE）为0.282，平均相对误差（MRE）为18.87%。同时考虑不同径级根系的RPF-NRLD分布模型模拟显示，玉米极细根和细根的MRE分别为14.91%和14.96%，粗根的MRE为35.41%。基于RPF-NRLD分布模型进行情景分析显示当农田残膜量控制在0～100 kg/hm2范围内，根系能够维持正常生长，特别是极细根和细根，根长密度未出现大幅下降。该研究对于残膜污染区作物生长的数值模拟研究及残膜回收政策的制定具有科学意义。