作物产量差研究与展望

作物实际产量与潜在产量间存在较大差距,地区间甚至同一地区不同田块间作物产量也存在显著差异,这种现象在世界范围内的农业生产中广泛存在.缩小该差距对于提高粮食产量,确保粮食安全具有重要意义.本文在阐述开展作物产量差研究重要性和必要性的基础上,从产量差的内涵、研究尺度的扩展及分析方法等方面介绍了目前国内外有关作物产量差的研究进展,并综述了作物生长模拟模型在产量差研究中的应用,最后分析了目前作物产量差研究中存在的问题和不足之处,并探讨了未来作物产量差研究的发展方向.     

典型农业区农田土壤重金属潜在生态风险评价

采用野外采样和室内分析相结合的方法,以典型农业区山东禹城的农田表层土壤（0-20 cm）为研究对象,分析了土壤中重金属Cr、Ni、Pb、As、Hg、Cd、Cu和Zn的含量,探讨了土壤中重金属的含量与不同人类活动的关系并进行了潜在生态风险评估。结果显示,8种重金属的含量均超过黄河下游潮土区的背景值。潜在生态风险评估表明,当地的农田土壤Cr、Ni、Pb、As、Cu、Zn有轻度的生态风险,Hg和Cd存在较大的生态风险。城市化进程、畜禽养殖和污灌是造成土壤Cd高生态风险的主要因素,城市化进程和污灌也是造成土壤Hg高生态风险的主要因素。禹城各区域土壤受8种重金属的综合潜在生态风险程度大小依次为城郊农田〉污灌农田〉典型施肥农田〉井灌农田〉引黄灌农田,不同人类活动区域土壤Cd生态风险和8种重金属的综合潜在生态风险存在显著差异。     

煤矸石等组成的无土栽培基质重金属污染及蔬菜安全评价

利用煤矸石、油菜秸秆等废弃资源为原料,按（煤矸石：腐熟秸秆）体积比为2：8、3：7、4：6、5：5和6：4的比例配制成5种混合基质,在人工光照室内以盆栽的方法栽培白菜、生菜、苋菜、菠菜、茄子、番茄、辣椒和萝卜8种蔬菜,采用尼梅罗综合污染指数和Hakanson潜在生态风险指数法对5种混合基质以及其上生长的8种蔬菜的重金属污染和潜在生态风险进行了综合评价。结果表明,5种混合基质中,煤矸石含量较少的T1、T2、T3基质的重金属污染程度较小,潜在生态风险程度较低,在这3种基质上栽种的蔬菜重金属综合污染评价等级为优良或安全,符合蔬菜绿色食品标准。重金属对混合基质产生的污染中,Cd和Hg是主要的重金属污染及潜在生态风险因子,其他重金属的污染能力较小。另外,在评价由煤矸石为无机原料组成的有机生态型无土栽培基质的重金属污染及潜在生态风险时,应选择国家土壤环境质量一级标准作为参比值,且煤矸石在混合基质中所占的体积比一般不应超过1/2。     

大沽河湿地表层沉积物重金属分布特征及污染评价

胶州湾属半封闭海湾,水体交换能力较弱,受多条河流入海影响,污染日趋加重,通过大沽河的径流量、输沙量和溶解污染物占到胶州湾入海河流的首位。根据区域特征,于2009年2、5、8、11月对大沽河湿地48个采样点表层沉积物中的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As、有机碳、粒度进行测定,探讨了重金属含量和污染特征与总有机碳、粒度的关系,利用污染评价法和潜在生态风险评价法进行污染和风险分析。结果表明：胶州湾大沽河湿地表层沉积物重金属含量较低,大部分测站符合海洋沉积物质量（GB 18668—2002）Ⅰ类标准的要求。表层沉积物中Cu、Pb、Zn含量8月份最高、2月份次之、5月份最低。Pb、Hg、As 3种重金属含量在2月份最高。Cu、Pb、Zn和Cd重金属之间存在显著正相关关系,Hg与As存在明显的相关关系;除Cd和As外的4种重金属与沉积物粘土、有机碳含量之间也存在显著正相关性。重金属单因子污染程度总体较轻,属于低污染水平,污染程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉Cu〉As〉Zn。大沽河河口区表层沉积物重金属潜在生态风险总体处于较低水平,风险程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉Cu〉As〉Zn。     

东江中上游4树种水势日变化特征及其与环境因子的关系

在东江中上游,以6a生树种木荷、红锥、火力楠和藜蒴为材料,采用PSYPRO露点水势仪对4树种在旱季与雨季的土水势、根水势、茎水势和叶水势日变化过程进行了测定,探讨了4树种在自然生境下的水势梯度变异及叶水势与气象因子的关系。结果表明,叶水势日变化均呈"单峰"型曲线,日均值表现为木荷>火力楠>红锥>藜蒴,旱季叶水势明显低于雨季;叶水势与大气温度(Ta)和光合有效辐射(PAR)呈极显著负相关(P<0.01),而与空气相对湿度(RH)和大气水势(Фa)呈极显著正相关(P<0.01),气象因子对东江流域主要造林树种叶水势直接作用由大到小结果如下:火力楠和藜蒴(Ta>RH>Фa>PAR),红锥(RH>Фa>Ta>PAR),木荷(Ta>Фa>RH>PAR)。     

渭河宝鸡段表层沉积物重金属污染研究

采用现场采样及室内分析方法,在对渭河宝鸡段表层沉积物基本理化性质分析的基础上,研究了沉积物中重金属的含量、赋存形态及迁移特征,并进行了污染评价。结果表明,沉积物中Zn、Co、Cd和Hg的平均含量均高于世界、中国和陕西土壤元素背景值,其中Cd（中国和陕西土壤元素背景值的4倍）和Hg（中国和世界土壤元素背景值的7~8倍、陕西土壤元素背景值的16倍）尤为突出。Cr、Ni、Zn、Cu和Co在沉积物中主要以残余态形式存在（50%以上）,Pb主要以可还原态形式存在（近55%）,Mn和Cd主要以乙酸可提取态形式存在（近50%）。重金属迁移顺序为Mn（56.70%）≈Pb（56.65%）〉Cd（53.66%）〉Co（48.82%）〉Cu（43.99%）〉Zn（21.93%）〉N（i15.49%）〉C（r11.43%）,其中Mn、Pb、Cd、Co和Cu的危害较大,有近45%~60%可以发生迁移转化。污染评价结果表明,沉积物主要受到Cd和Hg污染,具有高的潜在生态危害。     

长期不同施肥下太湖地区稻田净温室效应和温室气体排放强度的变化

利用田间观测和模型预测方法对太湖地区一个长期不同施肥处理的稻田生态系统进行了稻季温室气体排放观测和净温室气体排放强度分析。结果表明,不同施肥管理下,稻田土壤有机碳含量不同程度提高,有机无机肥料配施较单施化肥处理显著提高有机碳库储量,并且秸秆处理略高于猪粪处理。与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH4和CO2的排放量,有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳（CO2和CH4）排放增加,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4和CO2的排放没有显著差异。不同施肥处理下,稻田生态系统净温室效应表现为CFM≈CFS〉CF〉NF,但水稻生产的净温室气体排放强度并没有显著性差异。因此,在提高水稻产量的同时,有机无机配合施肥并没有提高净温室气体的排放强度。     

北京市基本农田保护区内耕地数量提升潜力研究

北京市已划定九大片基本农田保护区,对保护区内耕地数量提升潜力进行估算,可为北京市基本农田保护区内耕地保护和利用提供依据。基本农田保护区耕地数量的增加主要有三个来源:农用地中的非耕地通过农业结构调整和农田整理转化为耕地,建设用地中的农村居民点和废弃工矿通过整理和复垦转化为耕地,未利用开发转化为耕地。可调整地类可作为耕地增加的来源,规模约为4 789hm2,通过农田整治增加耕地规模约为3 300hm2;基本农田保护区内农村居民点腾退补充耕地约为7 500hm2,废弃工矿复垦退补充耕地的潜力约为272.24hm2;未利用地开发可补充耕地数量约为900hm2,主要分布在顺义东部片和平谷西南部片。     

干旱及复水对玉米叶片光合特性的影响

盆栽条件下,以玉米品种户单4号为材料,设正常供水(CK)、中度水分胁迫(MS)和重度水分胁迫(SS)三个水分处理,研究了拔节期和孕穗期水分胁迫及复水对玉米叶片光合、叶绿素荧光的影响,以期为玉米补偿机制的阐明提供理论依据。结果表明:(1)干旱胁迫使叶水势(ψleaf)降低,复水后拔节期重度胁迫叶水势迅速恢复并超过对照,而孕穗期则恢复缓慢;(2)拔节期和孕穗期重度胁迫降低了叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)及光化学猝灭系数(qP),但复水5d后可基本恢复至对照;Ci最低,气孔限制值(Ls)较对照分别增加了6.85%,9.52%,Fv/Fm值分别降低了1.72%和0.61%,表明气孔限制是Pn降低的主要原因;(3)拔节期重度胁迫叶的水分利用效率(WUE)高于对照,表现出补偿效应;孕穗期干旱胁迫下WUE表现为:MS>CK>SS,在复水第一天达最大值,随后趋于降低。说明拔节期和孕穗期光合特性变化存在差异性。     

玉米产量潜力及超高产物质积累途径优化分析方法

作物产量潜力估计对于作物生产及超高产创建具有重要的理论指导意义。本文以玉米品种‘先玉335’为试验材料,于2005—2013年在吉林省3个不同生态类型区(乾安县、公主岭市和桦甸市)布置密度试验进行玉米超高产研究,利用获取的田间试验资料结合FAO-AEZ模型提出了一种基于优化模式的玉米产量潜力估计方法,解决了FAO-AEZ模型中收获指数常数的选择问题,并进一步建立玉米超高产生产中干物质积累途径分析方法。结果表明,玉米的产量与描述其干物质积累过程的Logistic方程参数密切相关,所建关系模型达到极显著水平(P0.01),并通过2012年和2013年实际产量统计检验;基于非线性优化理论,利用所建产量关系模型估算出乾安县和桦甸市的产量潜力,较FAO-AEZ模型潜力估计值年平均提高17.5%和16.1%;以实际生产数据作为约束条件,进一步求出乾安县、公主岭市和桦甸市产量达到15 000 kg·hm-2时的最低种植密度分别为7.7万株·hm-2、8.2万株·hm-2和7.9万株·hm-2,同时求出各生态区相应的干物质积累参数和各生育阶段的干物质积累量指标,为玉米超高产栽培播前决策和生育期调控提供理论依据。本文分析结果可作为吉林省玉米产量潜力估计及高产与超高产创建的理论依据,所建模型及相关分析方法也可作为其他地区作物产量潜力估计的参考。