典型黑土区不同保护性耕作方式对玉米生长发育及产量形成的影响

实施保护性耕作对保护东北黑土和保障国家粮食安全具有重要意义。为明确东北典型黑土区保护性耕作对玉米产量的影响及其关键因素,开展了连续3年大田定位试验,设常规垄作秸秆不还田(CK)、免耕秸秆全量粉碎覆盖(T1)、免耕留高茬全量秸秆覆盖(T2)、少耕秸秆全量条带覆盖(T3)共4个处理,分析了不同处理对土壤理化特性及玉米生长发育、产量及其构成因素的影响。结果表明,与CK相比,保护性耕作处理(T1、T2和T3)0~20 cm耕层土壤有机质含量呈增加趋势;保护性耕作显著提高了播种至出苗期耕层土壤含水量,T1、T2和T3处理分别提高7.8%~30.4%、9.0%~18.7%和17.3%~20.0%,但显著降低土壤温度,分别降低2.56~3.11℃、2.02~2.27℃、0.94~1.93℃;分别延迟玉米出苗时间5~7 d、4~6 d和2 d;T3处理3年平均出苗率较CK增加3.2%,T1和T2处理出苗率分别降低4.3%和4.7%;T1、T2和T3处理均降低了苗期株高整齐度和植株干物质积累,但T3处理降低幅度明显小于T1和T2处理,6叶期之后干物质积累降低幅度逐渐减小;T1和T2处理显著降低玉米产量,降幅分别为7.5%~15.6%和5.5%~12.9%,T3处理产量与CK差异不显著。结构方程模型(SEM)揭示,保护性耕作通过调节土壤含水量和温度,间接影响玉米出苗时间、出苗率、穗数和百粒重,进而影响产量,也可通过直接影响出苗质量和产量构成因素进而影响产量。在东北典型黑土区,少耕秸秆全量条带覆盖(T3)不仅有利于提高土壤有机质含量,而且还有利于平衡土壤水分和温度矛盾,缩短出苗时间、提高出苗质量、高产稳产,是该区域适宜的保护性耕作方式。

玉米种植改变了引黄灌区盐渍化土壤细菌多样性与功能

为了明确植物修复对盐渍化土壤细菌群落结构及多样性的影响,本文对宁夏引黄灌区盐渍化土壤玉米种植地根际和非根际土壤以及荒地土壤细菌多样性、群落结构及功能、细菌群落与环境因子之间的相关关系等进行研究。结果表明:玉米种植能够增加盐渍化土壤细菌物种数(OTU, Operational Taxonomic Unit)和多样性,各土壤细菌总物种数和特有物种数(OTU)从高到低依次为:非根际土壤>根际土壤>荒地土壤;土壤细菌多样性(即ACE指数、Chao1指数、Simpson指数与Shannon指数)由大到小均依次为:根际土壤>非根际土壤>荒地土壤, 3种土壤细菌多样性之间差异不显著。玉米种植改变了盐渍化土壤细菌群落结构和功能多样性,玉米种植显著提高了变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)两种优势菌门的相对丰度;丛毛单胞菌属(Comamonadaceae)、丝状菌属(Hyphomircobiales)和根瘤菌属(Rhizobiaceae)为3种土壤组间差异贡献最大的物种;玉米种植增加了盐渍化土壤中细菌参与新陈代谢功能与遗传信息处理功能物种的相对丰度,且有效磷、全磷、速效氮、全盐和pH是影响二级功能相对丰度的重要因子。玉米种植后其根际和非根际土壤细菌群落在生态位上与荒地之间存在明显分异。种植玉米修复盐渍化土壤能够改变土壤细菌群落结构、功能和多样性,对改善盐渍化土壤微环境,促进盐渍化土壤微生物功能发挥和盐渍化土壤种植结构优化具有重要意义。

抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收利用特性

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据。以2个超级杂交稻品种(‘德优4727’‘泸优727’)和2个高产常规稻品种(‘金农丝苗’‘黄华占’)为材料,于2018—2020年在四川省德阳市(高产点)和泸州市(中产点)两个生态点进行大田和盆栽试验,研究两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收、转运及利用效率的差异。结果表明:大田条件下不同生态点间超级杂交稻产量、氮素吸收积累利用特性差异显著。高产点超级杂交稻产量、氮肥偏生产力较中产点分别增加8.3%~23.2%、8.3%~23.1%。高产点超级杂交稻播种(SO)—幼穗分化(PI)、PI—齐穗(HD)阶段氮素吸收量和氮素吸收速率(除2018年幼穗分化—齐穗外)均高于中产点,HD—成熟(MA)阶段仍保持较高的氮素吸收量。高产点超级杂交稻成熟期氮素总吸收量较中产点增加15.6%~33.7%。尽管高产点超级杂交稻氮素收获指数较中产点平均增加4.6%(2018年除外),但成熟期仍有大量氮素滞留在超级杂交稻的秸秆中,造成高产点氮素籽粒生产效率较中产点平均减少11.3%。方差分析表明,盆栽条件下土壤、土壤×地点、土壤×品种互作对超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率影响不显著。高产点盆栽超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率变化趋势与大田试验相似。高产点SO—PI平均温度高于中产点,HD—MA平均温度低于中产点;高产点SO—PI、PI—HD和HD—MA太阳辐射积累量(除2018年PI-HD外)均高于中产点。相关分析表明,高产点籽粒产量与PI—HD氮素吸收量、氮素收获指数呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI的氮素吸收量和平均温度呈显著负相关。中产点籽粒产量与氮素籽粒生产效率、总吸氮量呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI和HD—MA的平均温度呈显著负相关。因此,不同产量水平超级杂交稻产量和氮素吸收利用特性差异主要与不同生育期内的平均温度和太阳辐射有关。

东北三省农业碳排放时空分异特征及其关键驱动因素

推动农业低碳发展是应对气候威胁和农业面源污染的有效途径。本文基于IPCC和农用物资投入数据核算2000—2019年东北三省农业碳排放,利用空间自相关等方法分析其时空分异特征,通过LMDI指数分解模型和地理探测器探究农业碳排放驱动因素及其交互作用关系。结果表明:1)东北三省2015年农业碳排放总量达到峰值,约为1759.66万t,较2000年(1048.19万t)增加67.88%,年均递增4.53%;研究期整体呈现“先上升后下降”态势,碳排放增量变动可划分为“波动上升期(2000—2009年)—过渡期(2010—2015年)—平稳下降期(2016—2019年)”3个阶段。化肥施用是主要碳源,占比75.12%。2)分解模型测算结果表明,农业生产效率、农业产业结构和农业劳动力规模对碳排放具有抑制作用,其碳减排比例分别为207.31%、21.56%、20.72%;农业经济发展水平对碳排放表现出较强的推动作用,实现349.59%的碳增量。3)相较于单因子来说,农业经济发展水平、农业生产效率与农业产业结构之间交互结果对农业碳排放的影响呈非线性增强特征,农业劳动力规模与其他因素叠加均呈现出双因子增强的作用效果。以上研究结果表明东北三省农业碳排放受周边地区影响且影响程度不断加强,同时碳排放关键驱动因素之间存在协同作用。本研究成果为推动农业低碳发展提供理论基础与政策依据。

四川省大豆生产格局变化及驱动因素研究

四川省是我国13个粮食主产区之一,也是我国大豆种植的新兴地区和西南产区的重要组成,研究大豆生产格局对四川省落实粮食安全战略、推动西南地区大豆产业发展具有重大意义。文章基于2000—2020年四川省183个区市县的面板数据,运用空间基尼指数、地理集中度系数、空间转移系数、探索性空间数据分析、最优地理探测器分析了大豆生产的时空格局变化及驱动因素。研究结果发现:1)2000—2020年,四川省大豆产能波动上升,空间分布极不均衡,聚集水平逐步上升,并逐步向川中丘陵区集中;2)大豆生产存在较强的正向空间相关性,总体表现为高-高聚集和低-低聚集;3)资源要素、比较收益、地理气候、经济社会等因素对大豆生产格局变化的影响均高度显著,且呈现非线性增强、双因子增强的交互效应。资源要素投入、比较收益、海拔高程长期以来对大豆生产格局的影响较为显著且呈波动上升趋势,气温、乡村家庭规模的影响力提升较快,交通条件、地区GDP的影响力则总体呈下降趋势,耕作制度长期以来驱动力最弱。基于此,四川省大豆生产应着力破解耕地资源细碎化与劳动力短缺等资源环境约束,大力发展生产性服务业,全面提升大豆生产机械化水平。通过强化科技创新提升川豆单产,并进一步优化大豆生产、农机、服务、保险等环节的政策保障。同时,应重点关注气候变化引发的干旱等自然风险,健全农业领域自然灾害风险预警与防范机制,以进一步强化大豆产业的综合风险抵御能力。

极端降雨条件下淹水对农田土壤有机碳、可溶性有机碳的影响

随着气候变化的日益加剧,极端降雨事件的发生更为频繁,但目前针对极端暴雨对土壤有机碳(SOC)及其不同组分的影响还需更深入地研究。本研究以河南省“7.20”极端降雨事件为契机,选择暴雨事件发生后未淹水(CK)、淹水不超过1个月(Y1)及淹水超过2个月(Y2)3种不同淹水时长的农田为研究对象,探讨了极端暴雨事件对0~100 cm土层深度内SOC、可溶性有机碳(DOC)的影响及其主要影响因素。研究结果发现:1)极端暴雨事件发生后,农田SOC与DOC随淹水时长的变化呈现不同的变化规律,SOC表现为淹水农田整体高于未淹水农田,且40 cm以下土层增加比例高于40 cm以上土层。0~100 cm土层内SOC含量CK为3.41~14.25 g∙kg^(-1),Y1为5.45~18.11 g∙kg^(-1),Y2为4.68~15.15 g∙kg^(-1),随着淹水时长的增加,SOC呈先增加后降低的趋势;0~100 cm土层内DOC含量CK为414.19~580.39 mg∙kg^(-1),Y1为327.99~874.19 mg∙kg^(-1),Y2为242.34~301.93 mg∙kg^(-1);随着淹水时长的增加,DOC在0~40 cm土层表现为先增加后降低的趋势,40 cm以下土层则表现为逐渐降低的趋势,其中40~60 cm和80~100 cm土层DOC含量CK显著高于Y2。2)极端暴雨事件后,不同淹水时长下农田SOC和DOC垂直剖面上的分布规律存在差异:随着土层深度的增加,SOC均呈降低趋势;DOC在CK处理表现为先升高后降低,其中10~20 cm土层DOC含量最高,Y1的DOC整体表现为随土层深度的增加而降低,Y2的DOC在0~100 cm土层内变化趋势不明显。3)土壤水分能够显著影响SOC及DOC/SOC,但与DOC之间未见显著回归关系,土壤总碳、总磷、总氮等养分含量对SOC、DOC及DOC/SOC存在显著的影响,pH和电导率变化与SOC和DOC的分布未见显著相关性。

山东省农业绿色低碳转型评价及驱动因素分析

农业绿色低碳发展是实现农业现代化和经济高质量发展的重要途径,针对农业面源污染严重、农产品质量安全隐患凸显、农业碳排放增加等问题,山东省推动农业绿色低碳转型势在必行。本研究构建了山东省农业绿色低碳转型水平评价指标体系,采用熵权法对2011—2021年山东省农业绿色低碳转型水平进行测算,从整体、经济圈和地市3个层面分析了农业绿色低碳转型水平的时空分异情况,采用自然断点法对山东省进行分类分析,通过地理探测器揭示山东省及三大经济圈农业绿色低碳转型的关键驱动因素。研究发现:1)山东省农业绿色低碳转型的总体水平呈现稳步增长态势,年均增长率达2.310%。2)16个地市的农业绿色低碳转型水平均呈明显上升趋势,青岛、济南连续11年领跑,而临沂、潍坊、威海连续11年位居16个地市的尾部。3)省会经济圈的农业绿色低碳转型水平一直处于领先水平,其次为鲁南经济圈,胶东经济圈的水平则相对较低。4)财政支农政策、农业科技投入、农业产业结构调整是山东省农业绿色低碳转型的关键驱动因素。农业产业结构调整是省会经济圈最重要的驱动因素,城镇化水平是胶东经济圈最重要的驱动因素,政策扶持力度是鲁南经济圈最重要的驱动因素,且各因素交互产生的驱动作用程度高于单因素。基于此,山东省应以政策引领激发内生动力,强化头雁的示范带动作用,因地制宜地探索绿色低碳创新路径。

六价铬对红芸豆种子萌发和幼苗生长的毒害作用及外源NO的缓解效应

为了研究铬(Cr)对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用及硝普钠(SNP,NO供体)的缓解作用,以红芸豆品种‘红芸3号’为试材,采用纸间发芽方法和水培法,研究Cr和外源NO对红芸豆种子萌发、种胚和幼苗抗氧化系统、幼苗光合特性以及营养元素吸收转运的影响。结果表明,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫诱发红芸豆种胚和幼苗氧化损伤,抑制幼苗对营养元素的吸收和转运,降低幼苗光合作用,进而抑制红芸豆种子萌发和早期幼苗的生长。添加100μmol·L^(−1)SNP(外源NO)可减轻Cr对种胚和幼苗的氧化胁迫伤害,降低Cr在幼苗中的积累,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用。种子萌发生长72 h时,20μmol·L^(−1)K_(2)Cr_(2)O_(7)胁迫下添加SNP,种胚H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低36.15%、30.96%和34.97%;Cr胁迫下,添加SNP幼苗生长10 d,根系H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低55.25%、48.60%和33.54%,叶片H_(2)O_(2)、O_(2)^(-)和MDA含量分别比Cr胁迫处理降低27.71%、36.40%和53.85%,根系活力比Cr胁迫处理升高59.16%;幼苗根和叶中Cr含量比Cr胁迫处理降低69.14%和24.08%,幼苗根中Mg、Fe、Cu和Zn含量比Cr胁迫处理分别增加37.10%、17.96%、5.17%和13.60%,幼苗叶中Mg、Fe、Cu、Zn元素含量比Cr胁迫处理分别增加32.57%、29.49%、22.45%和36.07%;幼苗净光合速率和PSⅡ最大光合效率比Cr胁迫处理提高58.60%和11.27%。外源NO通过诱导种胚抗氧化酶活性提高,降低幼苗对Cr的吸收,促进幼苗对营养元素的吸收和转运,增强幼苗光合作用,缓解Cr对红芸豆种子萌发和早期幼苗生长的胁迫作用。

农业社会化服务对农业碳排放的影响及其空间特征

农业碳排放是中国实现“双碳”目标和高质量发展的重要议题,农业社会化服务充当了衔接小农与现代农业的重要角色,能显著抑制农业碳排放的增加。本文以2007—2021年省级面板数据为基础,综合利用因子测算法、拉开档次法、双向固定效应模型、中介效应模型、空间计量分析等方法测算中国各省份(除中国香港、中国澳门、中国台湾外)农业碳排放和农业社会化服务水平,检验了农业社会化服务对农业碳排放的影响机制、影响路径、空间溢出效应和效应溢出范围。研究发现:1)从总体上来看,随时间推移各地区农业碳排放量整体呈先上升后下降的趋势,而农业社会化服务水平则逐年提高,并对农业碳排放表现出显著抑制作用,但这种作用存在显著的地区差异性,呈由东向西逐渐减弱的态势;2)在农业社会化服务抑制农业碳排放的不同路径中,农地流转和农业经营规模均能发挥部分中介效应,分别达到总效应的13%和18%;3)从空间效应上来看,邻近地区的农业社会化服务作用具有空间溢出效应,并显著地抑制本地农业碳排放,其空间溢出效应随经济距离的增加而增强,2 d以上经济距离的空间溢出效应可达全部溢出效应的26.2%。基于以上结果,地方政府应因地制宜建设农业社会化服务体系;适度提高农地流转,降低农业经营规模,完善土地全程托管服务;发挥地区产业优势,鼓励跨区农业社会化服务,加强地区间经济一体化合作,推动资源的跨区高效配置。

耕作措施与有机肥施用对旱地麦田土壤重金属污染特征的影响

农田土壤重金属污染是当前突出的环境污染问题之一。为揭示不同耕作措施与长期施用有机肥对土壤重金属积累的影响及其生态效应,本研究以始于2007年的旱地小麦长期定位耕作与施肥试验为基础,分析了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)、免耕+鸡粪+化肥(NTM)4种处理对旱地小麦0~20 cm土壤pH、电导率(EC)、有机质和全氮含量以及Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu、Zn和Ni等重金属含量的影响,并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染状况及生态风险进行评价。结果表明:与T处理相比,TM、NT和NTM处理土壤pH显著降低1.10%~2.56%,电导率提高6.19%~57.08%;NTM处理下土壤有机质含量较T处理显著提高33.22%。施鸡粪显著影响土壤重金属含量,其中TM和NTM处理土壤总Hg含量较T处理分别显著提高123.60%和150.56%,有效态Cu、Zn和Cd含量分别显著增加16.89%~23.48%、219.04%~520.99%和2.90%~20.29%。耕作方式同样显著影响各土壤重金属含量,NTM处理下总Hg、总Zn、有效Cu、有效Zn、有效Cd含量较TM处理分别显著提高12.06%、8.11%、5.64%、94.65%和16.90%,总Pb、有效Pb和总Cr含量分别显著降低63.74%、70.00%和3.14%。4个处理Hg的潜在生态风险指数最高,表现为T(32.36)<NT(41.45)<TM(72.36)<NTM(81.09),其他重金属为轻微级别;综合潜在生态风险污染指数表现为T(79.05)<NT(82.33)<TM(115.27)<NTM(120.00),为轻度风险级别。综上,长期免耕和鸡粪施用能够显著降低土壤pH,增加电导率及全氮和有机质含量,并提高Cu、Zn和Cd的有效性;其中,鸡粪处理中Hg的潜在生态风险指数为中等-强级别,其他重金属为轻微级别,综合潜在生态风险污染指数为轻度风险级别,因此在农业生产过程中应加强有机肥的安全施用技术。

数字经济发展对种植业碳排放效率的影响研究——基于中介和门槛效应的实证检验

农业源温室气体排放量(碳排放)仅次于工业,种植业作为农业的基础,其碳排放量在农业中占据较大比重,种植业碳减排对于“双碳”目标的实现具有重要意义。在“碳达峰、碳中和”的碳排放格局下,数字经济已成为推动种植业绿色低碳高质量发展的新引擎。本文在理论探讨基础上,结合2011—2021年中国31个省(自治区、直辖市,不包括中国香港地区、澳门地区和台湾地区)面板数据,综合利用固定效应回归模型、工具变量模型、中介效应模型、门槛效应模型,实证考察了数字经济发展与种植业碳排放效率之间的内在关系。研究发现,数字经济发展对种植业碳排放效率具有显著的正向影响,且存在农业生产功能与区域异质性;数字经济发展通过促进技术创新和规模经营来抑制种植业碳排放,且“技术创新效应”的贡献份额大于“规模经营效应”;数字经济发展对种植业碳排放效率的促进作用还受经济发展水平的影响,当经济发展水平低于阈值时,数字经济发展对种植业碳排放效率的影响并不显著,当经济发展水平超过阈值后,数字经济发展能够对种植业碳排放效率产生显著的提升效应。

长江经济带粮食生态全要素生产率的时空特征

在资源环境约束趋紧、确保粮食安全底线多重压力下,厘清长江经济带粮食生态全要素生产率对深入推进长江大保护至关重要。基于2011—2020年长江经济带110个地级市数据,对粮食生产环节的碳排放、面源污染和生态价值进行测算,构建非期望产出框架下的投入产出体系,运用超效率Slacks-Based Measure模型和全局Malmquist-Luenberger指数考察长江经济带粮食生态全要素生产率的时空动态特征。研究发现:1)2012—2020年间长江经济带粮食生态全要素生产率总体呈增长态势,年均增长0.98%,且其增长主要源于技术进步而非技术效率提升所致。2)从时空特征看,2012—2020年长江经济带各地级市的粮食生态全要素生产率改善趋势明显,粮食综合技术效率变化的空间格局变化趋势无明显规律。3)在研究期内上游地区的粮食生态全要素生产率平均最高,然后依次是中游地区、下游地区。3个区域的粮食生态全要素生产率都处于递增状态。因此,在建设农业强国的征程中,要高度重视农业技术进步并不断提升粮食生产技术效率,以此来稳定提升长江经济带粮食生态全要素生产率,同时要根据区域禀赋差异设计针对性提升策略。

中国设施农业的减碳增汇效应分析——基于1828个县域面板数据的实证研究

设施农业作为中国现代农业的重要标志,揭示其时空格局演变及减碳增汇效应对实现“双碳”目标、促进绿色转型发展具有重要意义。本文应用空间经济计量方法,采用2013—2017年中国1828个县域面板数据,分析中国县域碳排放、固碳量及设施农业的时空演变特征,在此基础上实证分析了设施农业的减碳增汇效应,并从区域和粮食产区角度进行了异质性分析。结果表明:1)中国县域碳排放总体呈东高西低的空间格局,固碳量则显示出西高东低的特点,设施农业面积空间格局也为东高西低,三者均具有显著的空间正相关性及高-高空间集聚特征。2)设施农业面积对碳排放的直接和间接效应都呈“U”型,存在显著减碳效应,但设施农业面积对固碳量的直接和间接效应都显著为负,增汇效应不明显。3)设施农业面积对于减碳增汇的作用存在显著的异质性。就区域层面而言,设施农业面积显著促进东部和东北部地区碳减排,显著抑制中部和西部地区碳汇;就粮食产区而言,设施农业面积对粮食主产区和主销区存在显著的减碳效应,对三大粮食产区的增汇效应均不明显。研究认为,各县应当加快推进设施农业绿色发展,因地制宜发展低碳农业,加强区域间减碳增汇合作交流,以此有力地推进设施农业绿色可持续发展,实现减碳增汇的愿景。

棉-粮-油菜宽带轮作提升作物产量和光能利用率

棉-粮-油菜宽带轮作种植模式,能够充分利用农田资源,但种植体系内不同作物光能资源利用特性尚不明确。本研究在田间设置棉花单作(对照)、小麦-玉米一年两熟(对照)和棉花-小麦-玉米-油菜宽带轮作(以下简称“宽带轮作”) 3种种植模式,测定棉花、玉米和小麦的产量、地上部干物质重以及叶面积指数、消光系数、光能截获量等指标。结果表明,与棉花单作比较,棉花宽带轮作单位面积产量和地上部干物重分别显著增加15.20%和10.35%。与小麦-玉米一年两熟比较,玉米和小麦宽带轮作的单位面积产量分别显著增加21.61%和11.53%,玉米地上部干物质重显著增加6.17%。7月16日(盛花期)至9月13日(吐絮期),棉花宽带轮作叶面积指数比棉花单作显著增加7.21%~12.76%, 7月24日(盛花期)和8月4日(盛铃期),棉花宽带轮作光能截获率比棉花单作分别显著降低3.59%和3.24%。玉米和小麦宽带轮作的叶面积指数、消光系数和光能截获率未发生显著变化。与棉花单作、小麦-玉米一年两熟比较,棉花宽带轮作和玉米宽带轮作的全生育期光能截获量分别显著降低3.14%和显著增加0.76%,小麦宽带轮作的全生育期光能截获量未发生显著变化,棉花、玉米和小麦的光能利用率分别显著增加18.81%、6.76%和14.10%。本试验条件下,边行优势和轮作效应同时发挥作用增加了棉花、玉米和小麦的单位面积产量以及棉花和玉米的地上部干物质重,改善作物干物质的积累和分配,进而提升棉花、玉米和小麦的光能利用率。该研究明确了棉-粮-油菜宽带轮作对作物产量和冠层光能利用率的影响,可为该模式的推广应用提供理论基础。

浅埋滴灌下玉米秸秆不同还田年限土壤有机碳固存特征及其影响因素

外源有机物(秸秆)添加直接影响耕层土壤有机碳的周转,研究浅埋滴灌条件下玉米秸秆持续还田土壤有机碳固存及其影响因素对西辽河平原灌区玉米可持续生产与耕地地力提升具有重要意义。本文基于连续7年的田间定位试验,设置玉米连作秸秆连年全量还田0年(0a)、3年(3a)、5年(5a)和7年(7a)4个处理,探讨玉米秸秆不同还田年限对土壤结构、胞外酶活性、有机碳组分含量、碳储量、固碳量和碳库管理指数的影响。与0a处理相比,0~30 cm土层3a、5a和7a广义土壤结构指数分别增加1.65%、1.99%和3.33%,土壤三相结构距离分别降低5.55%、6.65%和12.7%;0~30 cm土层3a、5a和7a土壤β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和土壤β-葡萄糖苷酶活性分别提高4.34%、13.0%、15.9%和12.1%、16.3%、20.9%,土壤纤维素酶和土壤蔗糖酶活性分别提高5.86%、13.4%、19.2%和12.6%、21.3%、34.1%;不同处理间几何平均酶活性和总体酶活性差异显著,0~30 cm土层3a、5a和7a几何平均酶活性和总体酶活性较0a分别提高8.63%、15.90%、22.25%和9.12%、17.19%、25.09%。土壤有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物量碳含量及其储量均表现为3a、5a和7a显著高于0a,0~30 cm土层3a、5a和7a土壤有机碳和土壤易氧化有机碳含量较0a分别提高13.4%、32.7%、42.7%和17.5%、27.5%、42.5%,土壤水溶性有机碳和土壤微生物量碳含量较0a分别提高13.2%、18.5%、28.5%和33.9%、45.3%、56.1%;同时0~30 cm土层3a、5a和7a土壤有机碳和易氧化有机碳储量分别提高11.6%、29.5%、36.2%和14.9%、23.8%、35.5%,土壤水溶性有机碳和微生物量碳储量分别提高10.7%、15.2%、22.3%和31.0%、41.0%、48.5%。0~30 cm土层5a和7a土壤固碳量均显著高于3a;0~30 cm土层各处理碳库指数和碳库管理指数差异显著,5a和7a较3a分别提高17.0%、26.1%和7.00%、19.9%。土壤结构稳定性、胞外酶活性与土壤固碳量和碳库管理指数的相关分析和冗余分析结果表明,土壤β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性、液相体积分数、三相结构距离、纤维素酶活性和β-葡萄糖苷酶活性是影响玉米秸秆不同还田年限土壤有机碳固存的主要因素,其解释率分别为76.0%、4.10%、3.30%、1.70%和3.40%。浅埋滴灌下玉米秸秆连续还田7年改善了土壤结构的稳定性,提高了与土壤碳素相关的土壤胞外酶活性,进而提升了土壤有机碳固存和碳库指数。

不同耕作方式与有机肥施用对旱地麦田土壤磷组分的影响

为探讨耕作措施和有机肥施用对旱地麦田土壤磷组分的影响,本研究依托2007年布设的黄土高原旱地小麦耕作与施肥长期定位试验,采用Tiessen磷素分级方法,系统研究了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)和免耕+鸡粪+化肥(NTM) 4种农艺措施下麦田0~20 cm土层有效磷、全磷和磷组分分布特征。结果表明:1) NT处理有效磷含量较T处理提高58.37%,有机肥处理(NTM和TM)有效磷和全磷含量均显著高于不施有机肥处理(NT和T),NTM处理的有效磷和全磷含量较TM处理分别显著提高11.43%和43.41%。2)与T处理相比,NT、NTM和TM处理可不同程度提高0~20 cm土层活性无机磷组分NaHCO_(3)-Pi以及中活性无机磷组分NaOH-Pi含量,尤其以NTM和TM处理效果最好。3) NT处理的NaHCO_(3)-Po和NaOH-Po较T处理分别显著提高53.07%和55.56%,NTM处理的这2种组分含量较TM处理分别显著提高90.84%和60.31%,Residual-P NT处理较T以及NTM处理较TM分别提高12.90%和36.60%。4)长期定位试验地每年施入的磷肥在土壤中有盈余,残留的磷主要以NaHCO_(3)-Pi、D.HCl-Pi、NaHCO_(3)-Po和C.HCl-Po形态存在,免耕增施有机肥促进了稳定性磷(C.HClPo)向活性磷(NaHCO_(3)-P)和潜在活性磷(NaOH-P)的转化;偏最小二乘(PLS)回归分析结果表明,NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi是最有效的磷源,对小麦产量的提升贡献较大,NTM处理对这2种磷组分积累的促进效果最明显。综上免耕增施有机肥是发展黄土高原旱作农业值得推广的农艺措施,同时在推广应用时需要考虑减少化学磷肥用量。

彩色小麦农艺性状和微量营养元素相关回归分析

彩色小麦因富含多种微量元素已成为生物营养强化育种的研究热点,前人研究多集中在对少数彩色小麦品种进行农艺性状和微量元素硒、锌、铬含量的比较分析,但对彩色小麦农艺性状和微量元素的相关回归分析少见报道。2021年10月—2022年6月在中国科学院栾城农业生态系统试验站设置了大田品种比较试验,对来自黄淮麦区的19个彩色小麦种质资源和1个对照白粒小麦的10个农艺性状及16种微量元素进行考种检测、t检验和相关及逐步回归分析,探讨彩色小麦农艺性状和微量元素的相关性。研究结果表明,19个彩色小麦种质资源的穗长、单株穗数、收获指数和单位面积产量与对照白粒小麦差异极显著(P<0.01),其中‘紫瑞8号’和‘济紫麦2号’单位面积产量分别比对照白粒小麦品种提高7.31%和6.72%。彩色小麦单位面积产量和千粒重呈极显著正相关(P<0.01),和铜、锌含量呈极显著负相关(P<0.01),和银呈显著负相关(P<0.05)。锶→单株穗数→银→单位面积产量为1条相关路径,镍→钴→铁→钒→穗长为第2条相关路径,锰→锡→钼→穗粒数→千粒重→铜→锌→单位面积产量为第3条重要相关路径。钒、铜、锶、株高和穗粒数5个性状共同决定单位面积产量变异的83.4%。以上这些研究结果为彩色小麦生物营养强化育种提供了理论依据和技术支撑。

华北山前平原区厚包气带次降水入渗补给定量估算

降水入渗补给定量估算对于区域水资源评价具有重要作用。在干旱半干旱地区,年降水入渗补给量通常取决于年内几次集中的降水特性。因而,开展次降水入渗补给机理研究,建立次降水入渗补给量估算方法,有望提高干旱半干旱地区入渗补给量评估的科学性和准确性。本文以华北山前平原地下水深埋区为例,利用中国科学院栾城农业生态系统试验站和河北冉庄水资源实验站实测的土壤含水量、土壤水势、地下水补给量和降水量等长序列资料校准Hydrus-1D模型,模拟日降水入渗补给过程,构建具有物理意义的次降水入渗补给事件划分标准,深入研究华北山前平原地下水深埋条件下次降水入渗补给机理,定量估算次降水入渗补给量,建立次降水入渗补给量和次降水量间的定量关系。研究结果表明:次降水入渗补给量具有较大的变异性,次降水入渗补给量与次降水量或次总有效水量(次降水量+前期200 cm土壤储水量)呈显著相关关系(P<0.01),决定系数(R^(2))达0.801~0.962;但次降水入渗补给系数与次降水量无显著相关关系,这是由于次降水入渗补给系数不能反映降水前期土壤水分条件对补给的影响。因此,在地下水深埋区,不建议利用次降水入渗补给系数来估算次降水入渗补给量。本研究结果对区域地下水资源评价具有重要理论意义。

四川省种植业碳排放现状、动态演进及预测

加强种植业碳排放测算,可为推进种植业绿色低碳转型提供重要依据。本文针对种植业从投入到产出的全过程,基于农地利用碳排放、稻田CH4排放和农地N2O排放3类主要来源,运用碳排放系数法测算2010—2021年四川省种植业碳排放量,从时序特征和地区差异揭示四川省种植业碳排放特征,采用核密度分析法剖析四川省种植业碳排放动态演进趋势,运用灰色预测模型预测2022—2030年四川省种植业碳排放量和碳排放强度。结果表明:1)四川省种植业碳排放量在2010—2016年间呈波动上升趋势,2016年以后呈波动下降趋势,其碳排放强度在2010—2021年间持续降低,四川省种植业碳排放以农地利用和稻田CH_(4)碳排放为主,2021年较2010年农地利用碳排放和稻田CH_(4)排放比重均略有减少,而农地N_(2)O排放比重有所上升。2)四川省各市(自治州)种植业碳排放量和强度差异明显,2021年碳排放量最高的南充市比最低的甘孜高24.69倍,碳排放强度最高的巴中市比最低的甘孜高2.8倍。3)四川省五大区域种植业碳排放动态演进呈差异化特征,成都平原、川南、川东北、攀西和川西北五大区域种植业碳排放强度总体均呈下降趋势,但下降速度和变化幅度各异,总体上五大区域内碳排放强度的差距在逐步缩小。4)四川省种植业碳排放量和碳排放强度预计保持稳步下降态势,估计到2025年和2030年四川省种植业碳排放量将分别减少约68.72万t和137.84万t,碳排放强度将分别减少约0.13 t·万元^(-1)和0.26 t·万元^(-1)。基于此,四川省种植业碳减排应主要关注源于化肥投入和稻田CH4碳排放,因此需因地制宜采取差异化的减排措施,强化农业科技创新和推广,提升四川省种植业绿色低碳整体发展水平。