不同连作年限设施农用地土壤有机碳与细菌群落功能特征

为探明不同连作年限设施农用地土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)与细菌群落功能变化及其动态响应关系,以北京市南郊设施农业集中地为研究区,采用时空替代法系统分析了未种植(CK)、连作年限0~5年(0~5 a)、5~10年(5~10 a)、10~20年(10~20 a)和20年以上(20 a+)SOC、细菌群落结构及其代谢功能的变化。结合冗余分析(RDA)、典型相关分析(CCA)、PICRUSt2功能预测及Mantel test探究了SOC及其活性组分与细菌优势菌群的动态响应,以及与细菌代谢功能的相互关系。结果表明:连作使研究区微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、易氧化有机碳(Easily oxidizes organic carbon,EOC)、SOC含量及土壤有机碳密度(Soil organic carbon density,SOCD)均随种植年限先增后减,可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)含量在20 a+时最高,微生物熵(Q)随连作年限增加而减小。连作降低了土壤细菌的多样性,但提高了细菌种群间差异,PICRUSt2预测不同连作年限土壤细菌功能均以新陈代谢为主,5~20 a土壤细菌二级代谢功能丰度明显高于0~5 a、20 a+、CK。相对丰度前10的细菌群中Acidobacteriota与SOC及其活性组分含量均呈负相关,主导和参与SOC累积循环的关键菌群在连作20 a+后出现由富营养型菌群向寡营养和致病类菌群转变的趋势;Mantel分析显示,第3层级有53类与土壤有机碳含量呈显著相关的代谢功能(p<0.05),其中23类隶属于第1层级的新陈代谢,与EOC呈显著相关的代谢功能高达51类。本研究结果可为优化碳循环相关细菌功能群,提升小尺度设施农用地土壤碳汇功能提供参考。

北京市农田土壤有机碳密度空间变异及影响因素

探明区域农田土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)空间分布特征及其影响因素对增加农田土壤碳汇、实现“双碳”目标具有重要意义。该研究以北京市为研究区,基于2022年采样实测的0~60 cm各层SOCD数据,采用3D概念模型、Mantel test、地理加权回归、地理探测器模型开展SOCD空间变异分析,探究不同因素对SOCD的影响程度及各因素间交互后的作用力。结果表明:1)研究区SOCD在空间上呈自表层向深层逐渐降低的趋势,其中0~15 cm土层的SOCD显著高于30~60 cm(P<0.05),0~60 cm土层的有机碳储量约为10.80 Tg。2)土壤含水率、土壤亚类、地形部位分别对0~15、15~60、45~60 cm土层的SOCD产生了显著影响(P<0.05);土壤亚类、土壤母质、土壤质地、地形部位与SOCD的空间关联性较强,关联程度自表层向下逐渐增大。3)各重要因子交互后对研究区SOCD的解释能力呈双因子增强或非线性增强的关系,土壤亚类与其他各因子交互后对SOCD的解释能力提升最为突出。今后研究区内开展土壤有机碳空间变异等相关研究时应尽可能综合考虑多因素间的交互作用,其中土壤亚类(土壤类型)可作为重点指标。研究结果可为优化农田资源空间结构,制定农田固碳增汇措施提供科学参考。

不同腐熟度有机肥对麦玉轮作系统土壤肥力及作物产量的影响

【目的】探究施用不同腐熟度有机肥对麦玉轮作系统土壤的影响及有机肥对土壤肥力的调控作用。【方法】将堆肥过程与施肥过程相结合,通过2年连续田间定位试验,设置单施化肥(CK-H,对照)。腐熟度70%有机肥(GI70)、腐熟度100%有机肥(GI100)共3个处理,测定堆肥完成后不同腐熟度有机肥的养分差异,对施用有机肥后麦玉两季轮作土壤的有机质、全氮、有效磷、速效钾及小麦、玉米产量进行测定,通过结构方程模型明确施肥对土壤肥力和作物产量的影响。【结果】堆肥结束时,与有机肥GI70处理相比,有机肥GI100处理的有机质、全氮、全钾、含水率显著高于前者(P<0.05),GI100有机质含量为GI70的2.90倍,GI100全氮含量为GI70处理的1.37倍,GI100全钾含量为GI70的1.77倍,GI100处理含水率为GI70处理的1.68倍,且有机肥GI00处理比有机肥GI70处理的清洁度更好。小麦第1季有机肥处理土壤有机质、有效磷含量均高于CK-H处理,玉米第1季有机质、全氮、有效磷均高于CK-H处理;土壤速效钾含量在第1季小麦、玉米收获期呈下降趋势;小麦、玉米第2季收获期类似,有机肥处理组均高于CK-H处理,土壤速效钾含量则低于CK-H处理。小麦-玉米轮作第1年,GI100、GI70处理小麦分别增产17.00%、9.90%,玉米分别增产11.97%、1.41%。小麦-玉米轮作第2年,小麦季GI100、GI70处理产量分别增产12.89%、9.59%,玉米季GI100、GI70处理产量分别增产19.44%、17.17%。结构方程模型显示,有机肥的肥力指标、技术指标、重金属含量对麦玉轮作系统土壤、作物产量的路径系数分别为0.75(0.94)、0.13(0.40)、-0.32(-0.61)。【结论】施用较高腐熟度的有机肥对土壤肥力和小麦、玉米产量具有正向调控作用,有机肥的肥力指标、技术指标、重金属含量是影响土壤肥力、作物产量的关键因素。研究可为土壤培肥提供科学依据和技术参考。

北京市新增耕地农业生产符合性评价工作探讨

为落实补充耕地“数量相等、质量相当、产能不降”的要求,北京市在全国较早启动了新增耕地联合验收。本文通过总结北京市新增耕地联合验收机制实施以来农业生产符合性评价工作的主要做法和成效,分析存在问题及成因,探讨优化解决路径,以期为全国农业部门参与新增耕地质量验收探索道路、提供借鉴。

基于时间切片模型的设施农业时空数据研究

为实现北京市设施农业信息管理系统由静态GIS向时态GIS的转变,解决设施农业时空数据动态存储与表达的问题,针对设施农业数据的时空动态变化特征与情况,结合时间切片模型的思想与方法,提出了设施农业时空数据模型,以实现设施农业时空数据的重组与管理.阐述了设施农业时空数据的组织、存储结构与查询方法.研究表明,设施农业时空数据模型能很好地表达设施农业时空对象的空间信息、属性信息以及变化关系,为设施农业时空数据管理提供了新的思路与方法.

农业信息系统开发支撑平台的设计与应用

为了改变传统农业信息系统"交钥匙"的建设模式,统一开发技术规范,缩短开发周期,便于系统运行维护,研究提出了构建统一的农业信息系统开发支撑平台,重点阐述了平台的总体设计思路、关键技术及应用效果。该平台定位于一套随需而变的信息系统实现工具,解决了业务信息系统开发和应用的通用性问题,提高综合运维能力,提高系统建设效率和质量。其核心特点是利用平台集成的共用组件和农业业务组件或第三方组件能够快速搭建基本的信息系统,生成的数据库表结构和开放的服务接口对技术人员透明,业务流程能够灵活定制,数据库配置和视图设计可视化操作,后台程序自动生成。

论农业信息共享交换平台的构建

农业信息资源的整合与交换是解决资源共享,促进农业各职能部门协同办公的根本出路。结合北京市农业信息化建设的具体情况,从信息共享交换方式、信息共享交换过程和建立共享交换规范框架等几方面论述了如何构建农业信息共享交换平台,提出了完整的建设思路,并阐述了应用情况及意义。

基于希尔伯特-黄变换的覆土层厚度动态探测

准确揭示动态沉降过程中土层厚度及其变化情况对合理确定覆土层厚度,科学评价复垦土体稳定性具有重要意义。通过野外试验,结合探地雷达数据,基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)进行信号处理,根据希尔伯特谱确定覆土层所在的时域范围;提取由HHT获取的多个固有模态函数(Intrinsic mode function, IMF)的时间-瞬时频率信息,建立IMF2分量与相对介电常数的关系模型,进而获取覆土层厚度;将所建立的关系模型进一步应用于时间序列上的覆土层厚度的探测之中,实现覆土层厚度的动态探测。研究结果表明:覆土层下沉会引起层状介质之间的介电常数差异,进而导致分界面处的振幅变化;瞬时频率平均值与相对介电常数之间存在较高相关性,其利用多项式回归的建模决定系数R2达到0.887 0;综合考虑时域下的振幅与瞬时频率变化的联合时频分析可有效探测覆土层厚度,随覆土层厚度的增加和时间的推移探测精度整体略有下降,探测结果的平均相对误差为3.65%。

不同土地利用方式耕地土壤养分及其推荐施肥

为了解不同土地利用方式对土壤养分的影响,明确其施肥量,以北京市大兴区耕地为研究区,基于最新的土地利用现状图、土壤类型图、大兴区耕地质量评价图和数字高程图等资料,共布设642个采样点,采集0~30cm土层土壤样品,测定并分析了包括有机质、速效钾、有效磷和全氮4个关键指标。结果表明:不同耕地类型对土壤养分含量产生影响,其中有效磷存在显著性差异,而有机质含量仅在菜地-耕地间存在显著性差异;不同施肥量下土壤养分含量也存在一定的差异性,但施肥量超过一定阈值后增长不再明显。

手持GPS设施农业数据采集方法与实践

随着信息技术的发展,3S技术为设施农业信息的获取、管理、分析和应用提供了技术支撑。介绍了设施农业的数据采集方法,并针对北京市设施农业分布现状,重点介绍了手持GPS设施农业数据采集方法与实践经验。

北京市设施农业物联网应用模式构建

该文围绕北京市农产品质量安全和生态环境安全问题,结合北京市"菜篮子"工程要求,按照设施农业产前、产中、产后全产业链条,采用生物、传感器、无线通信和自动化控制等技术,研究构建符合北京市设施农业现状和发展需求的物联网应用模式,主要包括利用具有自主知识产权的物联网技术,建设基于设施农业的感知环境,搭建低成本无线自组织传输网络,建设北京设施农业物联网云服务平台、智能决策服务和反馈控制系统,实现病虫害远程诊断、监控预警、指挥决策,实现肥、水、药智能控制和设施农产品质量安全监管与追溯等,并制定出配套的相关技术标准,为中国设施农业物联网技术标准制定提供参考。北京市设施农业物联网应用模式的成功构建将为国内外其他地区设施农业物联网体系建设提供可借鉴模式。

基于粒子群-随机森林模型的采样布局优化

采样设计是获取土壤有机质空间分布信息的关键环节,直接影响有机质预测空间分布的精度。目前常用的采样设计方法大多存在样本量大、效率低的问题。因此采用最少数量和最优空间布局的采样方案对于长时序准确监测土壤有机质的时空变化至关重要。以北京市延庆区耕层土壤有机质为研究对象,基于525个原始样点采用变异系数和相对偏差计算确定合理样本数量。通过植被指数、土壤质地类型、土壤母质类型、地形湿度指数、坡度、年均降水量等辅助变量建立随机森林模型,利用粒子群算法收敛随机森林预测误差,对各样点的空间布局进行优化,确定监测点最小数据集的最优空间分布格局。结果表明,利用粒子群-随机森林模型制定的土壤采样方案是可行的。优化后的样本数量减少至37个,减幅达92.95%;粒子群-随机森林均方根误差和模型拟合效果均优于随机抽样和粒子群-地统计抽样方法,R^(2)为0.51,RMSE达到10.66g·kg^(-1);优化后生成的空间分布图与原始数据接近,相对误差为4.71%,估计较为准确。采用的粒子群-随机森林模型较为准确的反映区域耕层土壤有机质的空间格局,且兼顾抽样精度和抽样成本,能为后续采样方案提供科学建议。

土壤调理剂及其配施微生物菌肥对设施菜田次生盐渍化土壤改良效果研究

针对设施菜田土壤次生盐渍化问题,研究分析不同用量土壤调理剂及其配施微生物菌肥对促进土壤脱盐、改善土壤理化性质及土壤微生物多样性的改良效果。试验结果表明,施用土壤调理剂和微生物菌肥后,土壤理化性质明显改善,土壤容重、EC、全盐量均有不同程度下降,Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Cl^(-)、HCO_(3)^(-)含量降低,有效抑制土壤返盐;且施用土壤调理剂和微生物菌肥后,土壤细菌群落多样性和丰富度趋于增加,尤其是固氮菌和分解有机质菌属的数量显著增加,土壤有益菌含量的增加对黄瓜生长起到促进作用。土壤调理剂及其配施微生物菌肥在改善土壤理化性质、降低土壤表层盐分、提高土壤微生物细菌群落多样性方面具有显著效果,可为设施菜田次生盐渍化土壤缓解盐胁迫提供参考。

农业空间决策支持系统的设计与实现

为提高首都农业决策分析速度和准确度,依据北京农业现状及行业管理特点,利用全球定位系统(GPS)和遥感(RS)技术数据获取工具,以网络为信息传输与共享通道,采用农业业务流、时空分析、中间件等技术方法,建立起农业数据采集、处理、传输、存储、分析、应用的高效信息技术服务体系,重点突破了多源异构数据融合、空间数据在线增量更新和农业业务辅助决策方法与技术难题,建立了基于地理信息系统(GIS)的首都农业决策支持系统。该研究选取设施农业和动物疫病为技术应用对象,实现了设施农业建设规划和结构调整辅助决策以及在线编辑管理功能,同时实现了动物疫病应急防控辅助决策。促进了首都农业由传统型、粗放型、经验型向精细化、协同化、科学化的综合管理决策模式转变,为农业管理部门开展快速、科学决策提供了充分依据。

北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统VPRDES的研究

以软件工程原理和专家系统技术为基础,采用LUBAN模型和JSP编程语言,通过构建农业病虫害辅助诊治推理机,研制了北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统VPRDES。VPRDES是一个针对北京地区140余种蔬菜常见病虫害进行远程辅助诊治和信息查询、管理的网络型专家系统。该系统对实时推广北京地区主要蔬菜病虫害的无公害治理技术、促进农户合理用药、提高蔬菜产品的安全性等具有重要作用。

轻度盐胁迫下土壤调理剂对设施黄瓜土壤肥力及生长发育的影响

以房山日光温室黄瓜次生盐渍化土壤为供试土壤,在轻度盐胁迫条件下,设置不同用量土壤调理剂(750、1500、2250kg·hm^(-2))与有机肥、微生物菌肥配施,研究分析土壤调理剂对提升土壤肥力及黄瓜生长发育的影响,以期为土壤调理剂在设施蔬菜的种植应用上提供参考依据。结果表明:施用土壤调理剂和微生物菌肥后,土壤有机碳和速效养分含量增加,土壤肥力提升;黄瓜植株株高、茎粗、叶片数以及叶绿素含量增加幅度显著,丙二醛含量降低,脯氨酸含量显著增加,最高增幅为24.1%,土壤调理剂和微生物菌肥混施对缓解黄瓜所受盐胁迫效果较好;黄瓜茎叶全氮、全钾和钙、铁、锰、锌、硼元素含量均有显著增加,黄瓜体内维生素C、可溶性固形物含量以及黄瓜产量较对照组CK分别增加22.4%、12.6%、36.8%,对黄瓜的品质提升和产量增幅显著。土壤调理剂在提升次生盐渍化土壤肥力、降低盐胁迫程度、促进黄瓜植株生长发育和增产提质方面具有显著效果。

设施菜田土壤磷素累积特征与风险调控方法

为了研究设施菜田土壤磷素累积特征与风险调控方法,笔者综述了国内外近20年的设施菜田土壤磷素累积与损失方面的研究。发现中国设施菜田由于磷素的过量投入,导致表层土壤磷素过量累积,有效磷含量远远超出50~80 mg/kg的磷素损失环境拐点值。从磷素损失途径着手,讨论了源头调控(控制磷肥投入数量、改进磷肥施用方法)、过程调控(优化种植制度、施用磷素螯合剂)、末端控制(植物篱拦截)和经济、法规策略等方法对控制磷素损失的影响。最后探讨了该研究领域存在的若干问题,今后需要加强有机肥使用管理和环保重点区域磷素风险评估等方面的研究。

基于GIS的农业土壤环境监测系统设计与应用

农业土壤环境是农业生产赖以生存的前提,农业土壤环境的优劣直接影响农业产品的质量和产量。本文运用GIS的交叉定位、逻辑查询、空间分析及空间数据库匹配等技术,建立基于GIS的农业土壤环境监测系统,实现对农业土壤环境监测点的管理、质量评价、预警提示以及对农业产品信息和质量的管理与评价,实现对农业土壤环境的动态监测,可以为管理者提供宏观决策支持。本文重点阐述系统的设计。

农业信息化标准基础服务平台的研究

针对农业信息化传统信息系统建设工程的系统协同性低、监管难度大、建设投入大,维护成本高等不足,结合国内外的先进经验,提出并实现了农业信息化中标准基础服务平台,很大程度上避免了以上问题,较好地满足了新形势对农业信息化的要求。

连续多年施肥后设施土壤N2O排放通量特征

为了研究连续多年施用有机肥、化肥后设施土壤N2O排放通量特征,设不施肥(T0)、有机无机配施(T1)、单施有机肥(T2)、单施化肥(T3)等4个处理,采用密闭式静态箱-气相色谱法测定了长期不同施肥处理对设施菜地N2O排放通量的影响。结果表明,设施菜田土壤有机肥和氮肥基施均会显著增加土壤N2O排放,追施氮肥后0~3 d也会出现明显的排放高峰。各处理在种植季内土壤N2O排放总量的次序是:T2(N 5.72~5.85 kg/hm^2)>T1(N 4.06~4.21 kg/hm^2)>T3(N 3.08~3.68 kg/hm^2)>T0(N 0.53~0.76 kg/hm^2)。可见,有机肥的施用可以增加设施菜地N2O排放,在氮素总量投入相同的前提下,连续10年有机无机配施后,土壤N2O的排放量比单独施用有机肥低,但比单独施用化肥高,因此,合理施用有机肥是减少温室气体N2O排放的重要措施。