土壤水分时间变异对玉米生长及水分效率的影响

为探究土壤水分时间变异对玉米生长发育和水分利用效率的影响,在盆栽条件下采用负压灌溉（-5、-10、-15 kPa、）和手工浇灌（artificial irrigation,AI）两种方式分别形成稳定性土壤水分和波动性土壤水分,分析了不同处理对玉米拔节期至成熟期的土壤含水量动态变化及其总耗水量、农艺性状、光合作用、干物质量、水分利用效率等指标的影响。结果表明：①玉米拔节期至成熟期,-5、-10、-15 kPa、AI的平均土壤体积含水量分别为53% FC（field capacity,田间持水量）、47% FC、38% FC、78% FC,负压灌溉处理为弱时间变异的稳定性土壤含水量,AI为中等时间变异的波动性土壤含水量。②与时间变异性中等的78% FC相比,时间变异性弱的53% FC和47% FC的株高、茎粗、叶面积较大,更有利于玉米的生长发育;时间变异性弱的53% FC的玉米叶片SPAD值和净光合速率较高,更有利于玉米的光合作用。③相比变异性中等的78% FC,时间变异性弱的53% FC的玉米干物质量、籽粒干重、生物量水分利用效率和产量水分利用效率分别显著提高了39.0%、1066%、28.8%、87.3%。④在稳定的弱时间变异条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米的农艺性状、光合作用、水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。综上所述,平均土壤体积含水量为47% FC~78% FC时,弱时间变异性的土壤水分条件更有利于玉米的生长发育和水分利用效率的提高;相同土壤水分时间变异性条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米生长发育和水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。     

基于三种空间预测模型的海南岛土壤有机质空间分布研究

为探索适合热带地形复杂区土壤有机质(SOM)含量的空间预测方法,以海南岛为研究区域,结合地形因子、归一化植被指数、土壤类型、土地利用类型变量,选用普通克里格法(OK)、回归克里格法(RK)、随机森林模型(RF)三种方法对训练集128个样点SOM含量的空间分布规律进行预测,并通过验证集32个验证点比较了三种方法的预测精度。结果表明:(1)0~5 cm土层三种方法的平均预测误差(ME)均接近于0,从均方根预测误差(RMSE)来看,RF(0.8867)RK(0.910 4)OK(0.9641),从决定系数(R~2)来看,RF(0.214 1)RK(0.171 5)OK(0.070 8)。综合以上三个参数,该土层最优拟合模型为RF。同理得出0~20、20~40、40~60 cm土层的最优拟合模型分别为RF、RF、OK。RK和RF能够更好地描述SOM含量局部变异信息;(2)四个土层SOM含量的均值分别为19.67、15.89、10.30、8.07 g kg~(-1),呈现出西南、东北高,西部、东南沿海地区低的空间分布趋势。     

中国烤烟中部叶矿质营养元素浓度状况

于20012～004年,从重点植烟县采集了410个烤烟中部叶样品,运用ICP测定方法和概率密度分布函数对其氮、钾、磷、钙、镁、硫、锰、铜、锌、硼、钠、铁、氯13个矿质元素的浓度特征进行了分析。结果表明:1)大量元素的变异系数较小,中量元素其次,微量元素较大;2)除氮、镁、硫、铜、锌、钠、铁外,其他元素的浓度在品种之间的差异显著,但不同指标在品种之间的高低秩序不同,例如,云烟87的磷浓度显著地高于云烟85、K326的磷浓度,而钾浓度按K326、云烟87、云烟85依次降低;3)所有元素在省份之间的差异极显著,但不同元素在地区之间的高低秩序不同,例如,河南烟叶的钾浓度显著地低于其他省份,贵州烟叶的氯离子浓度显著地高于其他地方;4)钾、磷、钙、硫、硼、钠在烟叶中的浓度符合正态分布,氮、镁、氯、锰、铜、锌、铁在烟叶中的浓度符合对数正态分布;5)氮、磷、钾、钙、镁、硫、锰、铜、锌、硼、钠、铁、氯的正常浓度范围分别为1.18～2.34、0.11～0.30、0.87～2.83、0.99～3.64、0.1～0.8、0.25～0.9、25.18～601.65、2.1～37.271、3.11～105.421、2.6～55.62、163.02～503.11、97.6～384.2、0.07～0.53(氮、磷、钾、钙、镁、硫、氯的单位为%,其余为mg/kg);6)氮、钾、氯、钾/氯比四个因素符合国际型优质烟叶质量标准的概率只有0.726、0.379、0.193、0.829,目前我国烤烟营养不够协调的主要方面是养分浓度偏低。     

无公害农产品产地土壤质量描述性指标体系刍议

土壤质量是影响农产品质量安全的源头因素。基于国内外土壤质量评价指标及评价方法的研究文献,将产地土壤质量评价与无公害农产品产地认定相结合,从保障农产品质量安全的角度出发,筛选出27个便于进行土壤质量现场评价的描述性指标,并提出了各项指标的量化方法,以便能够快速地、相对量化地了解产地土壤质量状况,为保障农产品质量安全提供一种源头技术手段。     

我国种植业无公害农产品产地环境标准特征分析

根据有关文献资料,从基本架构、指标体系、指标限制条件、指标标准值等方面比较分析了我国无公害农产品产地环境标准的基本特征。结果如下：（1）我国无公害农产品产地环境标准体系包括通则类和细则类标准,通则类标准冠名为“XX准则（或规范）”,细则类标准冠名为“XX产地环境条件”,而且包括空气、灌溉水、土壤3个方面。（2）现有细则类标准覆盖了大多数种植业农产品,但经济作物类目前尚无相应的产地环境标准可依。（3）不同农产品标准相互之间存在“指标名称不一致”、“同一指标的单位不一致”、“相同指标数据精确度要求不一致”等几个方面的不协调。（4）不同农产品的环境指标体系差异较大,对指标的要求程度也不尽相同,总体而言,空气环境质量涉及二氧化硫、二氧化氮、氟化物和总悬浮颗粒物4项指标,灌溉水环境标准涉及重金属、有机化合物、无机化合物、微生物以及pH共15项指标,土壤环境标准涉及6项重金属、2项有机化合物指标。（5）产地空气环境标准受检测时限“日平均”、“1 h平均”限制,土壤环境标准受土壤“pH值域”限制。（6）产地环境指标以数值描述为主,不同农产品标准值在数值大小和精确度     

施氮量与灌水上下限对黄秋葵产量和养分吸收的交互作用

探讨施氮量与灌水上下限对黄秋葵养分吸收的交互作用,为黄秋葵的水肥管理提供理论及参数依据。采用土壤盆栽试验,设置田间持水量的45%~55%即45%~55% FC(W1)、35%~65% FC(W2)、25%~75% FC(W3) 3种灌水上下限及0 kg/hm²(N0)、110 kg/hm²(N1)、330 kg/hm²(N2) 3个氮水平,观测不同施氮量和灌水上下限对黄秋葵生长发育、生理响应及养分吸收的影响。结果表明,相同施氮水平下,黄秋葵不同器官生物量、果实产量、灌溉水分生产率及氮磷钾养分积累量以W1最高。相同灌水上下限,黄秋葵不同器官生物量、果实产量、谷氨酰胺合成酶活性、灌溉水分生产率及氮肥偏生产力以N1最高,各处理之间差异显著。水、氮之间表现显著的互作效应,N1W1处理的黄秋葵总生物量、果实产量、灌溉水分生产率和氮肥偏生产力最高,分别为446.4 g、201.3 g、6.9 g/kg和108.7 kg/kg,显著高于最低处理N2W3(190.3 g、64.9 g、2.4 g/kg和11.7 kg/kg),分别提高了57.4%、67.8%、65.2%和89.2%。综合分析表明,高氮高水处理(N2W3)显著降低黄秋葵产量及水肥利用效率,黄秋葵产量、灌溉水分生产率及养分吸收综合体现的最优模式为110 kg/hm²的施氮量、45%~55%FC的灌水上下限(N1W1),此研究可为丰富黄秋葵高产栽培提供理论依据。     

中德农业源污染管控制度比较研究

已有许多研究证实防治农业生产过程中氮磷进入水域以及氮素进入大气环境已成为现代农业面临的最大挑战之一。为分析中国在农业源污染防控中存在问题,本文对中国和德国近年来颁布的相关法律、法规、技术标准和实施效果进行了综述和比较分析。研究显示,与中国相似,德国人均耕地资源比较少,以家庭农场为单元的经营方式是德国农业的主要生产方式。农业存在经营规模相对小而分散,受气象条件和市场影响风险大、利润薄、需要财政补贴才能生存等问题。对于农业源污染治理,既要实现环境目标,也要顾及农民利益、农业发展和粮食安全,难以简单采用关、停、并、转等行政指令和惩罚性措施,主要是建立和实施农业源污染管控制度。为提高农民施肥技术水平,减少农田化肥养分投入量,德国最有效的做法是在长期试验研究基础上,为农民专门设计和制作了一套比较完整的分区、分类、量化施肥技术指标和规程,这些指标简单、易记、易懂,对不同地区土壤和气候条件有良好适用性,易于推广和普及,对于提高农民施肥技术水平,实现减肥增产、减肥高产发挥了重要作用。在防治农业源氮磷进入水环境,化合态氮进入大气环境方面,德国主要做法是研究、建立和实施一系列与经济奖惩措施关联的限定性技术标准,对农田氮素养分投入量、农田氮磷盈余量、施肥期、施肥方法、种植作物类型等给出了明确的规定和技术指标。同时不断探索新的、更有效的监管和监测方法,充分发挥经济杠杆作用,鼓励、帮助和疏导农民广泛采用更先进、更精准和环境友好的替代技术。农业源污染管控制度的实施使得自20世纪80年代以来,德国农田化肥养分投入量减少了一半,以农田面积（耕地面积与长期作物面积之和）计化肥养分量从404 kg·hm ^-2减少到目前的192 kg·hm ^-2,仅为目前中国的53%,同期粮食单产仍提高了56%,从4 779 kg·hm ^-2增加到目前的7 464 kg·hm ^-2,比中国目前粮食单产仍然高37%。中国至今缺少为农民专门设计、适合农民认知和直接采用的量化施肥技术指标。目前也无与国家及地方政府奖惩政策关联的限定性技术标准出台,无论在全国范围,还是在重点流域,至今难以形成有制度性保障的农业源污染管控体系。在占作物总播面23.6%的蔬菜、水果、花卉等高收益作物农田上,农民盲目施肥、过量施肥情形普遍,在这类农田上,氮磷养分盈余量远超过德国肥料法规所规定的环境安全限量（50 kg N·hm ^-2、10 kg P₂O₅·hm ^-2）。比较研究还显示,实施农业源污染管控制度的核心是以创新研究带动法律、法规、相关技术标准和监管方法的出台和广泛实施。而中国近年来公益性土壤肥料专业科研机构的均质化、碎片化,以及科研机构在绩效考核中对SCI论文点数、发文量等量化指标的过分倚重,使得相关研究薄弱,亟需加以改进。     

太湖水网地区原位模拟降雨条件下不同农田类型氮素流失特征研究

为探索太湖流域水网地区农田土壤氮素通过地表径流与耕层渗漏的流失特征及其影响因素,在浙江省嘉兴市、上海市的松江县和青浦县,选择稻田、种植年限短的菜地、种植年限长的菜地3种类型农田,采用原位模拟降雨,研究渗漏与地表径流方式下的农田氮素流失量、流失形态特征,以及土壤养分含量对氮素流失的影响。结果表明,3种农田在地表径流方式下农田总氮流失量差异不显著;渗漏方式下种植年限长的菜地和种植年限短的菜地总氮流失量差异也不显著。渗漏方式下总氮流失量显著高于地表径流方式。农田0—5、0—20 cm土壤硝态氮含量分别为31.24~72.9和33.21~71.1 mg/kg时,与渗漏液硝态氮、水溶性总氮、总氮的流失量、流失浓度呈极显著正相关。     

土壤水分时间变异对玉米生长及水分效率的影响

为探究土壤水分时间变异对玉米生长发育和水分利用效率的影响,在盆栽条件下采用负压灌溉（-5、-10、-15 kPa、）和手工浇灌（artificial irrigation,AI）两种方式分别形成稳定性土壤水分和波动性土壤水分,分析了不同处理对玉米拔节期至成熟期的土壤含水量动态变化及其总耗水量、农艺性状、光合作用、干物质量、水分利用效率等指标的影响。结果表明：①玉米拔节期至成熟期,-5、-10、-15 kPa、AI的平均土壤体积含水量分别为53% FC（field capacity,田间持水量）、47% FC、38% FC、78% FC,负压灌溉处理为弱时间变异的稳定性土壤含水量,AI为中等时间变异的波动性土壤含水量。②与时间变异性中等的78% FC相比,时间变异性弱的53% FC和47% FC的株高、茎粗、叶面积较大,更有利于玉米的生长发育;时间变异性弱的53% FC的玉米叶片SPAD值和净光合速率较高,更有利于玉米的光合作用。③相比变异性中等的78% FC,时间变异性弱的53% FC的玉米干物质量、籽粒干重、生物量水分利用效率和产量水分利用效率分别显著提高了39.0%、1066%、28.8%、87.3%。④在稳定的弱时间变异条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米的农艺性状、光合作用、水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。综上所述,平均土壤体积含水量为47% FC~78% FC时,弱时间变异性的土壤水分条件更有利于玉米的生长发育和水分利用效率的提高;相同土壤水分时间变异性条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米生长发育和水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。     

中国土壤调查结果的地统计特征

【目的】我国于1979—1987年进行了第二次土壤普查（以下简称“二普”）,2005—2017年进行了农田耕层土壤养分调查。两次调查均为地面采样量大的全国性调查。两次调查生成数据是我国目前最精细的土壤资源与质量时空数据。通过地统计检验方法,探讨我国在这两次调查中所获土壤质量数据的地统计检验特征,为这些数据用于表征土壤资源与质量时空分布状况,及其在其他行业和研究领域的应用提供参考。【方法】检验方法是在我国东、南、西、北、中不同地域选取7个代表性类型区,提取7片区在两次调查中获得的土壤剖面点和耕层采样点0—20 cm土层的土壤有机质含量。选择土壤有机质含量作为检验指标的原因之一是有机质含量是最重要土壤质量性状之一,其二该要素可量化表达。剖面点数据源于二普对典型土壤类型的剖面采样,采样特征为优先选取典型土壤类型,全国完成了10万个0—100 cm剖面分层采样、化验。经数据整合和多要素匹配,有6万个剖面点获得坐标。耕层采样点数据源于2005—2017年农田耕层养分调查,采样为网格化均衡分布的大样本量,全国完成了1 000万个有GPS定位坐标的耕层样本。每片区含土壤剖面点500—1 300个,耕层采样点50 000—250 000个。用普通克里格插值方法进行地统计分析和检验。对每片区剖面点和耕层采样点数据分别随机选取80%数据作为训练样本集建模,20%作为验证样本集。将验证样本预测值与实测值进行线性回归,计算R ²（决定系数）和RMSE（均方根误差）,以此评价两组数据表达土壤要素空间分布特征的可靠性和误差。【结果】剖面数据的地统计检验显示,7片区二普剖面点数据表达的有机质含量分布状况可靠性均达极显著水平,但校验集预测值与实测值相关性较差,R ²值较低,为0.223—0.380,RMSE较高。2005—2017年耕层采样点数据地统计检验显示,通过网格化均衡分布和大样本量的地面采样,耕层采样点所获有机质含量分布图的可靠性和预测精度优于剖面点数据,R ²提高,RMSE下降。两组数据地统计结果还显示：尽管相隔30年,两时段调查展现的土壤有机质含量有一定变化,但两组数据反映的各片区土壤有机质含量空间分布总体规律相似。【结论】当土壤调查为网格化均衡分布的大样本量采样时,就表征土壤要素空间分布特征而言,其可靠性和精度较好;二普生成大比例尺土壤专题图数据（土壤图,有机质含量图,pH图,土壤氮、磷、钾养分含量图）和2005—2017年农田耕层养分调查数据均源于网格化均衡分布的大样本量地面调查,可靠性和精度优于二普剖面点数据。但剖面点含数据类别多,具有点坐标,也有可靠的土壤专题图表达,对了解多类别土壤要素空间分布特征极具价值。二普与农田耕层点养分调查间隔约30年,两时段数据有利于了解土壤质量时空演变。本研究还显示,获取精细土壤质量数据需要进行大样本量地面调查和采样,对于表征土壤类型、土体构造等稳定性要素而言,若地面采样量较小,将难以获得可靠性和精度优于二普的数据。从实际需求和我国已有工作基础考虑,今后土壤调查重点可考虑以土壤功能调查或缺区补漏调查为主。