2000—2016年四川省耕地种植指数时空变化及其自然潜力分析

种植指数是反映耕地利用强度的基础性指标,明确其空间格局、时间演变是合理制定农业决策的基础。本文以四川省2000-2016年MODIS-NDVI长时间序列数据为数据源,通过提取耕地NDVI时序曲线峰值频数,进而提取四川省2000-2016年耕地种植指数,分析其时空格局及演变,并结合积温-降水模型对区域耕地潜力种植指数分布进行了分析,为明确四川省耕地种植指数时空特征及演变和引导耕地合理集约利用提供科学依据。结果显示：研究时段内,一年1熟一直是四川省主要的熟制制度,其面积占耕地面积比达78.05%,主要分布在川西北高原区、川东北和川南的低山丘陵区以及攀西河谷区;一年2熟/3熟制主要分布在成都市及其周边地区,空间分布上呈现由成都市及其周边地区向四周下降的态势。可提升潜力种植指数（PMCI_p）方面,省内89.7%的耕地仍具有较高的可提升潜力;成都市及其周边地区可提升潜力较低（PMCI_p<50%）,且实际种植指数年际变化剧烈（标准差>60%）;川东北和川南地区可提升潜力种植指数在50%以上,面积占耕地面积比达65.6%,是未来耕地种植潜力挖掘的理想区域;川西北高原区、攀西河谷区和川东北大巴山中山区为过度耕作的主要分布区（PMCI_p<0）,面积占耕地面积10.3%,是未来农业生态退耕的重点区域。本文结合农作物节律性,利用长时间序列的遥感数据反演,实现对区域耕地种植指数的动态监测,并分析区域耕地种植指数的潜力及可提升潜力的空间格局,为区域农业政策制定提供有益参考。     

水稻分蘖期沼液施灌对农田水体氮素的影响

沼液作为农牧生产废弃物能源化的副产物,是农业面源污染物的重要来源,又是水环境保护亟待解决的薄弱环节。为研究农田安全消纳沼液技术,本文通过设置BS10(一次性基施沼液1 000 t·hm?2)、300%BS(沼液300%常规施N替代,分蘖期施灌沼液635.29 t·hm?2)、200%BS(沼液200%常规施N替代,分蘖期施灌沼液423.53 t·hm?2)、100%BS(沼液100%常规施N替代,分蘖期施灌沼液211.76 t·hm?2)、CF(常规施肥)、CK(不施肥)等处理,监测了稻麦两熟制农田稻季分蘖期田面水及不同深度下渗水水体氮素动态变化情况。结果表明:水稻分蘖期沼液施灌明显增加了田面水总氮和铵态氮浓度,且随沼液施灌量的增加而增大。各沼液施灌处理田面水中氮素含量以铵态氮为主,浓度随着时间推移明显降低。与施灌后1 d比较,各处理总氮浓度在施灌后3 d下降达46.67%~73.26%,铵态氮浓度下降达47.52%~67.60%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理26.59%、26.43%、24.38%、10.25%,铵态氮下降速率分别高出CF处理14.73%、17.29%、20.08%、6.47%;施灌后7 d总氮浓度下降69.15%~86.43%,铵态氮浓度下降75.25%~83.73%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理13.16%、12.27%、11.60%、5.96%,铵态氮下降速率分别高出CF处理6.05%、6.21%、8.48%、3.55%。因此认为沼液施灌后的前3 d是稻田消解沼液的关键时期,也是通过控制灌排水减少径流氮损失的关键时期。与常规施肥处理比较,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理对40 cm处下渗水总氮和铵态氮含量的影响不明显,但增加了60 cm处下渗水总氮和铵态氮浓度,施灌后7 d,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理60 cm处下渗水总氮含量分别高出CF处理0.37 mg·L–1、0.67 mg·L–1、0.13 mg·L–1、0.23 mg·L–1。BS10、200%BS处理60 cm处下渗水铵态氮含量分别高出CF处理0.02 mg·L–1、0.36 mg·L–1。施灌3 d后100%BS处理对田面水影响最小,对不同深度下渗水的影响也较低。40 cm处下渗水和60 cm处下渗水总氮浓度各处理重复值之间变化幅度较大,方差分析显示在0.05水平下无显著性差异。结合水稻安全生产,建议分蘖期沼液施灌应控制在211.76 t·hm?2范围内。     

田间原位试验分析长期机械作业下稻麦轮作地块土壤入渗性能

田间原位不同深度入渗试验是表达土壤分层状态、展示土层物理分异以及定量土壤剖面水功能变化的关键。为了探究不同深度水稻土的入渗能力及保水作用,该研究以华东稻麦轮作区小农户长期机械化耕整模式下代表地块的土层分异为目标,设计田间原位不同深度入渗试验。在试验地块内开挖7个不同深度的入渗坑并在坑底进行入渗试验,然后渗透48 h分层测取土壤含水率,研究不同坑底深度（坑深）土壤的入渗能力和入渗后各土层含水率的变化。结果表明,不同深度入渗试验准确表达了不同坑深土壤的水分入渗及土层持水分异,同时也能清晰地鉴别出犁底层所在位置和厚度,犁底层始于15 cm深,且耕作层与犁底层分异明显,耕作层平均紧实度为1 005.79 kPa,犁底层平均紧实度为1 910.73 kPa;土壤剖面分析表明,耕作层土壤形态疏松,根系分布稠密,犁底层土壤容重大,孔隙度小,透水性差,心土层土壤铁锰斑点较多,结构性差;土壤入渗参数随坑深的增加而减少,其中0～15 cm坑深范围内平均的平均入渗速率和累计入渗量分别为>20～30 cm的17.04倍和18.06倍;通过对比初始含水率和渗透48 h后含水率,得到坑深在15 cm范围内的...     

长期秸秆还田下土壤铵态氮的吸附解吸特征

【目的】研究长期秸秆还田对不同轮作区域耕层和亚耕层的土壤铵态氮 (NH₄+) 的吸附、解吸特征差异,通过 Langmuir 等温吸附方程拟合得到 NH₄+ 最大吸附量 (q_max) 和吸附系数 (b),分析长期秸秆还田对不同土壤 NH₄+ 的吸附、解吸特征差异及影响因素。 【方法】2015 年 10 月水稻收获后,在湖南望城 (稻–稻轮作)、江西进贤 (稻–稻轮作)、重庆北碚 (稻–麦轮作) 三个长期定位试验点 (25 年) 采集不施肥 (CK)、长期施用化肥 (NPK) 和长期秸秆还田配施化肥 (NPKS) 三个处理、0—20 cm 和 20—40 cm 两个土层的土样,进行土壤 NH₄+ 的吸附–解吸室内试验,吸附试验为添加不同浓度的 NH₄Cl 溶液振荡、离心后,测定滤液 NH₄+ 浓度;解吸试验采用吸附试验后的土壤样品,经无水乙醇淋洗至无 NH₄+ 后,再加入 0.01 mol/L 的 KCl 溶液振荡、离心后测定滤液 NH₄+ 浓度。 【结果】长期秸秆还田对不同试验点土壤 NH₄+ 吸附–解吸特征的影响差异较大。处理间的差异主要表现在耕层土壤。当平衡溶液 NH₄+ 浓度 < 400 mg/L 时,不同试验点耕层和亚耕层处理间差异均不明显;当平衡溶液浓度 > 400 mg/L 时,处理间耕层土壤对 NH₄+ 吸附表现出差异,其中望城试验点土壤对 NH₄+ 的吸附表现为 CK > NPK > NPKS,北碚试验点则表现为 CK > NPKS > NPK,且北碚试验点的紫色土对 NH₄+ 的吸附显著高于望城和进贤试验点的红壤性水稻土。进贤试验点不同处理间差异不明显,且土壤对 NH₄+ 的吸附量最低。 通过相关性分析发现,q_max和土壤 pH、阳离子交换量 CEC 呈显著正相关,而与土壤有机质和全氮含量呈显著负相关;b 与土壤性质的相关性与q_max 则相反。从土壤对 NH₄+ 的解吸曲线来看,耕层和亚耕层土壤对 NH₄+ 的解吸在各试验点不同处理间均表现为差异不显著,其中望城和进贤试验点的红壤性水稻土 NH₄+ 的最大解吸量高于其吸附量,而北碚试验点的紫色土 NH₄+ 的最大解吸量 (541.89～742.38 mg/kg) 则远低于其吸附量 (1003.83～2014.79 mg/kg)。 【结论】长期秸秆还田对不同土壤 NH₄+ 的吸附–解吸作用影响不同,对于土壤吸附位点较多且钾离子含量丰富的紫色土而言,长期秸秆还田有利于土壤对氮的吸附;而对于土壤偏酸性的红壤性水稻土而言,长期秸秆还田则可能因为增加了土壤有机质含量而减少了土壤对铵态氮的吸附位点,从而降低了土壤对氮的吸附保持能力。     

不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响

为揭示稻麦轮作系统不同秸秆还田年限下温室气体排放特征及减排调控机制,本研究采用大田小区试验,考察了稻麦轮作不同秸秆还田年限[空白对照(CK)、常规处理秸秆不还田(NT)、1年秸秆还田(SR1)和5年秸秆还田(SR5)]对CH4、CO2和N2O 3种温室气体排放规律的影响,同时测定了土壤固碳量,估算了秸秆焚烧产生的温室气体排放量,综合计算了4种处理对全球变暖的贡献。试验结果表明,SR1和SR5均显著提升CH4和CO2的排放通量,分别高出NT、CK处理73.52%、309.49%和13.29%、13.06%;同时显著降低N2O排放通量,较NT降低29.68%和42.55%;但SR1和SR5之间温室气体排放通量差异不显著;与NT相比,SR1和SR5可以显著提高土壤固碳量517.9%和709.03%,SR5土壤固碳量高出SR1达30.93%;NT秸秆焚烧产生的全球气温变暖贡献为9 698.49 kg(CO2-eqv)·hm?2,比CK高126.98%。综合分析温室气体排放、土壤固碳以及秸秆焚烧3个因素,SR1全球升温贡献最低,显著低于NT 4.72%。短期全量秸秆还田有助于降低总体温室气体排放,长期进行秸秆还田后降低幅度会逐步减小。     

长期施磷稻田土壤磷素累积及其潜在环境风险

应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0(不施磷)、30 kg.hm 2.a 1(低磷)、60 kg.hm 2.a 1(适磷)、90 kg.hm 2.a 1(高磷)]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引发的环境风险。在本试验区土壤环境条件下,可能发生稻田磷素淋溶及径流的土壤耕层(0~15 cm)Olsen-P临界值分别为26.0 mg.kg 1和24.8 mg.kg 1。连续13年适磷、高磷施肥,土壤耕层Olsen-P含量分别达到26.9 mg.kg 1和33.2 mg.kg 1,均高于临界值浓度,且已导致稻田田面水与30 cm渗漏水中总磷浓度显著升高,大大提高了稻田磷素淋溶及径流的风险。低磷施肥土壤Olsen-P长期稳定在(10.1±2.0)mg.kg 1水平,并且每年的稻麦产量与高磷、适磷处理相比并无显著差异,而长期低磷施肥土壤磷的流失风险也较小。因此,在太湖地区稻麦轮作体系下,磷肥不宜以常规适磷水平长期施用,建议以低磷水平(30 kg.hm 2.a 1)长期施用或以适磷水平(60 kg.hm 2.a 1)间歇式施用。     

不同粮草复种方式下土壤养分动态研究

对6种不同的粮草复种方式下土壤养分的季节变化进行了比较研究.结果表明:冬季种植牧草与种植粮食作物比较降低了土壤pH值、增加了土壤有机质和速效养分,特别是冬季种植多花黑麦草和黑麦明显增加了土壤有机质、碱解N、速效K和速效P含量,促进后作生长,为后季作物增产提供可能性.土壤pH值随土层增加而增加,土壤养分随土层增加而减少.经过一个复种周期,各复种方式土壤pH值稍有提高;有机质、全N、碱解N含量稍有降低,变化不大;土壤速效P和速效K含量有较大幅度的降低.     

巢湖圩区再生稻田甲烷及氧化亚氮的排放规律研究

为明确巢湖圩区再生稻田甲烷(CH_4)及氧化亚氮(N_2O)的排放规律,采用静态箱-气相色谱法对比观测了巢湖圩区2019—2020年再生稻田(RR)和稻麦轮作田(SW)的CH_4和N_2O排放通量,测定了土壤氧化还原电位(Eh)、土壤溶解性有机碳(DOC)、土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)。研究结果表明:SW处理在水稻返青期和分蘖期出现较大CH_4排放峰,RR处理的CH_4排放峰不仅出现在中稻季返青期和分蘖期,还出现在成熟期和再生季前期。SW处理N_2O排放峰主要出现在麦季降雨之后、稻季烤田及排水落干时,而RR处理N_2O排放峰主要出现在促苗肥施用后。与SW处理相比,RR处理的全年CH_4排放量、N_2O排放量、总温室气体排放量(TGHG)和温室气体排放强度(GHGI)分别降低了22.3%、86.5%、36.3%和15.9%(P0.05)。RR处理无小麦产量,但水稻产量增加了16.2%(P0.05)。稻季CH_4排放通量与土壤Eh呈显著负相关(P0.01),但与土壤DOC含量无显著相关性(P0.05)。RR处理的稻季N_2O排放通量与土壤NH_4~+-N浓度呈显著正相关(P0.05)。综合来看,在巢湖圩区种植再生稻不仅能提高水稻产量,还大幅减少总温室气体排放量和温室气体排放强度。     

稻麦两熟制不同耕作方式与秸秆还田对小麦产量和品质的影响

为给稻套麦的高产栽培和秸秆科学还田提供理论依据,通过大田小区和网室水泥池微区的3年定位试验,比较研究了稻麦两熟条件下免耕套播秸秆覆盖、免耕套播高茬、翻耕秸秆还田、翻耕秸秆不还田(CK)4个耕作方式处理对小麦产量和品质的影响.结果表明,在同期同量播种条件下,免耕套种小麦穗数较少,千粒重较高,第一年实际产量略低.但随着连续免耕时间的延长,残留秸秆较多,稻田水绵严重,影响套种小麦出苗,免耕处理产量明显降低,免耕秸轩覆盖还田比翻耕不还田平均降低7.27%,因而必须改变播种方式或轮耕.耕翻秸秆覆盖还田在麦季的产量有增有减,比翻耕不还田平均减产1%左右.免耕与秸秆还田条件下虽然小麦容重降低,但出粉率提高,小麦的加工品质改善.在土壤肥力较低时,免耕处理小麦的蛋白质和湿面筋含量有降低趋势;而秸秆覆盖还田可提高蛋白质和湿面筋含量,有利于改善中强筋专用小麦的品质.