中国粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局现状

首先分析了1949－2008年中国粮食生产发展过程特点,随后以粮食为判据,基于人口与粮食关系,建立土地资源承载力模型和土地资源承载指数模型,从分县尺度对中国土地资源承载力空间格局现状进行了分析。结果表明： 1949－2008年中国粮食生产呈台阶式上升特征,且伴随周期性波动,具有明显的不稳定性;人口增幅小于粮食产量增幅,人均粮食占有量从建国初期的不足209 kg,增长至21世纪初期的400 kg,呈稳步提升态势;2007年我国分县土地资源承载力主要以人口超载、粮食短缺为主要特征。东北平原、华北平原、长江中下游、河西走廊、河套地区及四川盆地等主要粮食生产区表现为粮食盈余,而人口压力较大的东南沿海以及粮食生产水平较低的西北干旱半干旱地区则表现为人口超载。国家尺度上,中国粮食尚处于盈余状态,因此粮食短缺地区需通过贸易、调配来满足超载人口的粮食需求。东、中部城市密集地区人粮关系尤为紧张,随着城市化进程不断加快,这些地区人粮矛盾会进一步加剧,粮食贸易和调配趋势也会越来越明显。该研究可为国家粮食安全与区域可持续发展提供科学依据和决策支持。     

移栽秧龄对机插杂交稻产量及群体质量的影响

为探明中、迟熟型杂交稻品种在不同机插秧龄条件下的适应性及品种间生长发育及产量的差异,研究了不同移栽秧龄对机插中、迟熟杂交稻产量及群体质量的影响。结果表明,21 d适龄移栽杂交稻的产量、各生育时期的群体茎蘖数、分蘖成穗率、叶面积指数、抽穗后剑叶光合、群体透光、抽穗期的有效叶面积、高效叶面积、有效叶面积率以及高效叶面积率显著大于迟栽处理。品种选择上,迟熟杂交稻品种无论在产量还是在各群体指标方面均优于中熟品种,尤其是迟熟型中F优498分蘖力中等,株型好,这些特征改善了机插条件下杂交稻群体光合生产和通风透光状况,穗型大且穗粒数较多,茎蘖成穗率较高,秧龄弹性较大,可适当延长秧龄到28 d也能保持较高产量。中熟型中辐优838虽然穗数多,但其穗粒数限制了产量的增加,且其分蘖力过强,导致无效分蘖过多,对机插产量的发挥造成一定影响。研究结果为生产中选择机插适栽秧龄及高产杂交稻品种提供参考。     

土壤改良剂对冷浸田土壤特性和水稻群体质量的影响

以南方典型冷浸田为研究对象, 在明沟排水的基础上, 通过田间定位试验, 以不施土壤改良剂为对照, 研究了施用不同土壤改良剂(自研的脱硫灰改良剂、生物活性炭, 市售的土壤改良剂石灰、硅钙肥、腐植酸)对冷浸田氧化还原电位、土壤呼吸强度、土壤微生物数量、水稻群体构建及产量构成因素的影响。结果表明, 施用改良剂能够改善土壤理化性状, 提升土壤速效养分和pH,但除脱硫灰处理外, 其他改良剂处理对土壤Eh未产生显著影响。施用不同土壤改良剂在水稻各生育期均能有效增强土壤微生物呼吸强度和放线菌数量, 并且放线菌数量达到差异性显著水平(P<0.05), 生物活性炭处理下土壤呼吸强度和放线菌数量分别较对照增加67.6%和127.6%。各土壤改良剂处理与CK相比较均有助于提高叶片SPAD、茎蘖数、水稻干物质积累量、成穗数、穗粒数、产量结实率和根系伤流速率。其中以脱硫灰和生物活性炭处理改良效果最佳, 抽穗后29 d时,根系伤流速率较CK分别提高45.4%和39.1%, 叶片SPAD分别增加27.4%和22.5%; 成熟期水稻成穗数较对照提高12.1%和10.7%,干物质积累量增加68.8%和50.5%,产量分别增加12.8%和10.3%。综上所述, 土壤改良剂可有效改善冷浸田土壤特性及水稻群体质量, 脱硫灰和生物活性炭处理的改良效果最明显, 增产幅度最大。     

高原鼠兔干扰强度对高寒草甸土壤碳氮分布的影响

采用高原鼠兔(Ochotona curzoniae)有效洞口数差异划分其干扰梯度的方法,研究其不同干扰强度对高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸土壤有机碳和速效氮分布特征及耦合关系的影响。结果表明:随着高原鼠兔干扰强度的增加,植被覆盖区和裸斑生境窗区各土层有机碳含量均先升高后降低,在干扰强度Ⅱ(有效洞口数密度为192个hm~(-2))时显著升高达到最大值(p0.05),相比干扰强度Ⅰ时增加了21.51%和46.03%;裸斑生境窗区速效氮含量先升高后降低,在干扰强度Ⅱ时最大且显著高于植被覆盖区(p0.05),高于植被覆盖区155.63%。高原鼠兔干扰下植被覆盖区0~10 cm土层有机碳、速效氮和铵态氮含量均显著高于10~20 cm土层,而硝态氮含量显著低于10~20 cm土层(p0.05),且表层土壤有机碳占整个土层的69.74%;裸斑生境窗区0~10 cm土层速效氮和铵态氮含量均显著低于10~20 cm土层,硝态氮含量显著高于10~20 cm土层(p0.05),而不同土层间有机碳含量仅在干扰强度Ⅰ时差异显著。高原鼠兔干扰下,土壤有机碳与速效氮、硝态氮、铵态氮在植被覆盖区为极显著的负相关关系(p0.01),而在裸斑生境窗区为极显著正相关关系(p0.01)。这说明高原鼠兔改变了土壤碳氮的耦合关系,适宜的干扰强度能明显提高高山嵩草草甸土壤有机碳的含量和形成氮素含量较高的裸斑生境窗区。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。     

外源四环素对菜田土壤微生物活性及数量的影响

通过向土壤中添加四环素溶液的方法研究了油菜种植条件下,不同浓度(0.3,0.6,0.9mg/kg)的外源四环素对土壤微生物活性及数量的影响,以评价其环境生态效应。结果表明,土壤中加入四环素后,不同浓度的四环素药物对微生物量碳的影响表现为抑制作用,在27d达到最低,为空白的6.25%～11.97%;而对土壤代谢商qCO2却表现出明显的激活作用,7d达到最高,为空白的550%～622%,且微生物活性的受抑制—激活程度及持续时间与处理浓度成负相关,50d后施药土壤和对照组土壤的代谢商qCO2基本趋于一致。土壤中加入四环素后,各浓度处理对土壤微生物数量有强烈的抑制作用。     

草甸土近地表解冻深度对坡面降雨侵蚀影响研究

采用室外人工模拟降雨实验,研究了春季解冻期近地表草甸土解冻深度对该时期坡面降雨侵蚀过程的影响。结果表明:土壤解冻深度对入渗、产流以及侵蚀量有较大影响。由于降雨过程中冻土层逐渐向下移动,解冻土层厚度增加,坡面产流和入渗也随之经历着此消彼长的过程。对同一降雨强度,解冻深度愈小,坡面初始产流时间愈早,前期侵蚀率愈大,土壤侵蚀总量也愈大,但降雨后期侵蚀率增幅减小。随着降雨时间的延长,坡面随解冻深度不同发生不同程度的细沟侵蚀。降雨前期解冻深度越小,降雨过程中发展为细沟侵蚀的时间越早,侵蚀强度也越严重,降雨过程中侵蚀率大小的变化也受到细沟发育程度的影响。     

青藏高原高寒草甸土壤有机质、全氮和全磷含量对不同土地利用格局的响应

草地土地利用格局的变化强烈影响着其土壤营养元素的含量与垂直分布。对青藏高原东北隅高寒草甸不同土地利用格局（封育植被、放牧利用和人工种植）下不同深度（0—10cm、10—20cm和20—40cm）的土壤有机质、全氮和全磷含量的对比研究表明：封育植被下土壤营养元素在表层和深层之间有显著差异（P〈0．05）,与土壤深度表现出一定的负线性相关（R2〉0．40,P〈0．05）。放牧利用和人工种植对营养元素在不同土壤层次的分布无显著影响（P均值〉0．05）,前者的有机质和全氮含量与土壤深度略呈负线性,后者则无此关系。放牧利用和人工种植较显著地（P均值〈0．05）降低了土壤表层有机质和全氮的含量,但增加了土壤表层全磷的含量,对土壤深层的影响较小。人工种植对营养元素含量的影响效果略大于放牧利用,但两者差异不显著。     

五台山南台山地草甸种群对旅游干扰的生态响应

以五台山南台为例,利用生态位的宽度指数,研究了草甸种群对旅游干扰的生态响应。结果表明:(1)紫羊茅、珠芽蓼和北方嵩草的生态位宽度较大,是群落的建群种。随着距离的增加,旅游干扰减小,不仅物种的数量越来越多,而且其生态优势也趋于增强,说明旅游干扰限制了种群对其周围资源的利用。其中,紫羊茅的相对优势在下降,而北方嵩草的相对优势却不断增强。(2)两种划分方法表明,北方嵩草、雪白委陵菜、零零香、歪头菜、小红菊和兰花棘豆是增长型的种类;扁蓄是衰退型的种类;地榆是波动型的种类。     

高寒草甸土壤微生物功能多样性对氮肥添加的响应

采用Biolog-ECO生态板法研究了4个施N水平[0 g/m²（CK）,10 g/m²（N₁₀）,20 g/m²（N₂₀）,30 g/m²（N₃₀）]下土壤理化性质和微生物功能多样性的变化规律。结果表明:中高水平氮肥添加显著增加了速效氮、速效磷含量和根土比,但降低了土壤含水量。施N肥0-10 cm土层平均颜色变化率降低,而10-20 cm土层则被提高,且N₂₀最大。施N肥后降低了0-10 cm土层土壤微生物Shannon-Wiener指数、Pielou指数和McIntosh指数,但10-20 cm土层则被提高。PCA分析表明,施N肥改变了土壤微生物代谢功能类型,糖类、氨基酸、酸类是土壤微生物主要利用的碳源类型。RDA分析表明,在0-10 cm土层,土壤含水量和全氮是影响土壤微生物功能多样性的主要因子,而10-20 cm土层主要受土壤含水量和速效磷的影响。综上,施N肥增加了土壤的有效养分含量,进而改变土壤微生物功能多样性、碳源利用能力和数量。