钝学累功 鸿业远图: 农业生态学与生态农业探索

生态学(ecology),传统上是研究有机体与环境相互关系及其作用机制的一门科学,侧重研究生物个体适应环境变化的机制、种群增长规律、群落演替规律、生态系统结构与功能及其调控等,属于生物学的一个分支学科。随着学科发展和社会推动,生态学逐步拓展成为一门交叉学科,综合自然科学、工程技术科学及人文社会科学的成果,不但重视生物与自然环境的关系,还重视人与自然的关系。在我国,自2011年起,生态学成为服务于社会健康、稳定、可持续发展的一级学科。

中国农业生态学与生态农业研究早期阶段的“燎原星火”——以1975年至2000年公开的部分资料为依据

20世纪的最后25年是中国内地的农业生态与生态农业理念推广、科研探索及人才队伍成长的早期阶段。本文基于中国知网系统、国家自然科学基金委员会大数据知识管理服务门户、中国生态学学会官网、中国科学院野外台站网,《中国生态农业学报》《农业环境科学学报》《农业资源与环境学报》《生态与农村环境学报》《农业现代化研究》《生态学杂志》等多种农业生态学与生态农业有关学术期刊网站及孔夫子旧书网,对1975—2000年期间,中国内地从事农业生态学与生态农业研究比较有影响力的学术平台(单位)和学者、公开出版的部分著作名录、国家自然科学基金生态学领域(C03)与农业生态相关的立项项目、中国知网系统内中文学术期刊发表的相关论文要素分析(发表年份、作者、所在单位、刊载期刊等)、被引次数及相关期刊创刊号特邀专论为依据的重要学术论文和学术论著题录进行了粗略的统计和分析,分析描述了早期阶段农业生态学及生态农业研究的热点及其变化过程。此外,本文还陈列和介绍了中国生态学学会农业生态专业委员会自成立至2000年期间组织和主办的十届全国农业生态学学术研讨会情况以及专业委员会的工作发展。本文为关心和支持中国农业生态学与生态农业建设的各界人士了解20世纪最后25年里中国农业生态学领域的大致概貌提供了一个粗略小结,也是对既往时代的认同、肯定和对现世同人的鼓励鞭策。

水分及秸秆覆盖对夏玉米土壤呼吸及碳平衡的影响

【目的】充分发挥秸秆覆盖与适宜灌溉对作物增产及土壤固碳减排的各自优势及二者协同效应,建立减排增产节水的高效农田管理模式。【方法】以豫东地区夏玉米为研究对象,设置覆盖方式(秸秆覆盖(S)和无覆盖(N))和灌水控制下限(田间持水率(FC)的50%(W1)、60%(W2)、70%(W3)、80%(W4))两因素试验,系统研究水分及秸秆覆盖对土壤碳排放总量、土壤微生物异氧呼吸碳释放量和农田净初级生产力固碳量影响。【结果】秸秆覆盖和灌水增加了土壤呼吸、农田净初级生产力固碳量和土壤微生物异氧呼吸碳释放量,其中SW4处理均最高,与SW3、NW4处理差异不显著。SW3处理净生态系统生产力(NEP)和碳排放效率均最高,分别较其他处理高3.99%~245.74%和2.35%~138.80%。与SW4处理相比,SW3处理在节约灌水的前提下,农田净生态系统生产力提高2.99%,碳排放效率提高2.35%。【结论】综合考虑农田净生态系统生产力和碳排放效率,SW3处理(灌水控制下限为70%FC+秸秆覆盖)可以作为节水、减排、增产的农田管理模式。

江苏省冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

为实现江苏省冬小麦科学灌溉、提高农业用水效率,明晰江苏省冬小麦需水量及气候影响因素的时空变化特征,为全省冬小麦灌溉管理及农业水资源高效利用提供科技支撑,基于江苏省共计12个地区2013-2022年冬小麦季相关气象资料,通过Penman-Montieth法计算近十年来江苏省冬小麦需水量,并利用Pearson相关分析法对近十年江苏省冬小麦需水量时空变化特征、需水特性以及气象影响因素进行了分析。近十年间江苏省年平均气温、日平均湿度、地表温度、降水量、蒸发量、平均日照时数均呈总体上升趋势,太阳总辐射量呈减小趋势。近十年来江苏省冬小麦本田期的需水量平均值为451.82~692.50 mm,年际变化范围在540.19~646.70 mm,不同年份间呈现减小的趋势,空间上则呈现由西北向东南递减的趋势。江苏省大部分地区冬小麦需水强度最小值出现在1月,5-6月抽穗期与灌浆期需水强度最大。江苏省冬小麦全生育期需水量与年均降雨量、日均湿度之间存在负相关关系,与年均水面蒸发量、年均日照时数、年平均气温间存在正相关关系,这其中以日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温对冬小麦需水量的影响最为明显。并且,近十年冬小麦全生育期需水量的总体下降趋势可能是由于其与日均湿度明显更高的负相关性所导致。总之,近十年来江苏省冬小麦需水量逐年有下降趋势,且由西北向东南递减,此外全省日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温是近年来冬小麦需水量变化的主要影响因素。

茭虾共作对土壤氮磷含量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响

为探究茭白种养模式的施肥策略,设置茭虾共作(ZC)、茭白单作(Z)2个处理,研究茭虾共作对土壤氮磷含量、茭白产量和茭白干物质积累及氮磷钾吸收分配的影响。2021-2022年的研究结果显示,茭虾共作模式较茭白单作模式采茭期土壤中全氮、全磷、速效磷的含量分别提高了10.85%~38.89%、5.45%~13.79%、6.19%~61.79%,净茭产量提高了5.10%~19.54%,采茭期茭白茎、叶、净茭的干物质积累量分别增加14.41%~16.58%、10.28%~15.15%、10.57%~21.45%。2021年茭虾共作处理较茭白单作处理在采茭期叶的氮含量显著增加了25.74%,但在孕茭期茎中磷含量显著减少了16.76%;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭虾共作处理较茭白单作处理在孕茭期茎的氮含量显著减少了23.75%,在分蘖期叶中磷含量显著减少了12.08%,2a全生育期同一器官的钾含量在2个处理间差异不显著。对于养分积累,2021年茭虾共作处理在分蘖期叶的氮、磷、钾积累量较茭白单作处理分别减少26.04%、27.27%、30.11%,但在采茭期茎的氮、钾积累量和叶的氮、磷积累量较茭白单作处理分别增加18.80%、38.41%和44.77%、35.71%;2022年在氮肥减量、饲料减量投喂下,茭虾共作处理在采茭期叶的磷积累量和茎的钾积累量较茭白单作处理显著增加30.0%和30.77%。关于养分分配,2种处理的茭白在孕茭期和采茭期氮素的分配均以茎、叶为主,而磷、钾元素的分配均以茎为主,茎分配比例在42%~66%。对于养分转运,2021年2种处理茭白的根、茎、叶在氮、磷转运上大多为表现为“库”器官,而在钾转运上大多表现为“源”器官;2022年氮肥减量、减量投喂下,茭白的根、茎、叶在氮、磷、钾转运量上大多表现为“源”器官。因此,在茭虾共作模式中适当减少肥料、饲料的投入,能促进形成合理的源库关系,有利于茭白产量的形成。

连作烟草根系分泌物鉴定及潜在化感物质的筛选研究

为探索长期连作状态下烟草根系分泌物内含有的化感物质组成成分,设置石英砂栽培和连作土壤栽培2种烟草培养处理,对2种烟草不同生长时期的根系分泌物进行提取,利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry,UHPLC-MS/MS)对提取的根系分泌物进行分析,通过数据库比对、差异分析和时间聚类分析等方法筛选连作烟草根系分泌物中潜在的化感物质。结果表明,共筛选出11类潜在化感物质,分别为生物碱、萜类、胺类、有机酸、苯酸及其衍生物、脂肪酸、酚类、氨基酸和多肽、香豆素、肉桂酸及其衍生物和其他。生物碱、萜类、胺类和有机酸4类化合物相对含量占所有化合物的73.3%。L-烟碱、熊果酸、β-氨基丙腈、5-羟基吲哚乙酸、早熟素Ⅱ、单乙基己基邻苯二甲酸、己内酰胺、姜酚、L-乳酸、邻苯二甲酸二乙酯和2,3-二氢-3,5-二羟基-2-氧代-3-吲哚乙酸甲酯是连作烟草根系分泌物中相对含量较高的潜在化感物质。研究结果为烟草根系化感物质的化感作用研究及缓解烟草连作障碍方法研究提供理论基础。

广西甘蔗碳汇测算方法研究及时空格局分析

为了实现广西全区植被减源增汇目标,对广西主要经济作物甘蔗的碳吸收和碳排放量进行科学的测算,并开展甘蔗碳汇时空格局的研究分析;利用广西全区14个地级市2010—2020年甘蔗产量、农资投入等相关统计数据测算广西全区甘蔗净碳汇量,并运用空间自相关分析法分析2005—2020年间广西各市时空分布格局。结果表明:2010—2020年,广西全区甘蔗净碳汇量逐步上升;2005—2020年,广西全区甘蔗碳汇量在地级市尺度下不存在明显的全局空间自相关关系;广西全区甘蔗碳汇量逐步形成以南宁市为核心的局部溢出格局,充分利用南宁市的技术、产业优势扩大甘蔗碳汇的空间溢出效应,对提高广西全区的甘蔗碳汇水平至关重要。

农业景观生物多样性保护的理论与实践

随着社会城镇化加速与人类活动的不断扩展,农业景观发生了前所未有的变化。农业景观不仅包括农作物生长的环境,还包括诸多野生生物的栖息地环境。农业景观变化导致野生生物栖息地丧失,生物多样性和生态系统服务功能降低。当前,如何在保证农业生产效率的同时保护恢复生物多样性,成了一个亟待解决的问题。《农业景观生物多样性保护的景观途径》一书从生态学、生物多样性保护规划、国土空间治理等视角探讨了农业景观生物多样性的保护策略,并介绍了国内外农业景观不同尺度生物多样性保护的管理与建设案例,为农业景观生物多样性保护策略制定提供理论支持。

人工湿地在乌梁素海水环境治理中的应用研究

本文根据河套灌区地理特点、农业面源污染产生、发生和发展的特征,以及造成乌梁素海水污染形成的成因,提出对河套灌区排水沟旁侧低洼地进行工程改造以形成表面流人工湿地沟塘系统,探索人工表面流湿地在河套灌区的适用性,并对表面流湿地构建的关键技术开展研究,以期为今后大面积利用人工湿地净化农田排水提供理论依据,以期最大程度削减当地农田排水中的排入乌梁素海的污染物总量,从根本上改善乌梁素海水环境。

旅游开发对梯田水稻景观生态环境的影响研究

梯田水稻景观因其独特的人文景观和生态系统而备受关注,然而,旅游开发对梯田水稻景观生态环境造成了一定影响,主要包括水资源利用、生物多样性、土壤健康等方面的影响,可能导致水资源过度利用、生物多样性丧失和土壤侵蚀等问题。本文针对旅游开发对梯田水稻景观生态环境的影响进行研究,提出改进策略,以期通过合理管理和保护措施的实施,实现梯田水稻景观生态环境的可持续发展,维护水稻景观独特的生态价值和旅游吸引力。

辽宁省农作物秸秆基料化利用现状与对策

农作物秸秆是一种重要的生物资源,辽宁省许多地区将农作物秸秆丢弃在田间地头或者焚烧,造成生物质资源的极大浪费,造成环境污染,极易引发火灾等。转化秸秆生产食用菌,促进秸秆栽培食用菌产业的健康持续发展,解决“菌林矛盾”,具有较大的社会效益和可观的经济效益。针对辽宁省秸秆基料化利用现状所面临的主要问题,提出了符合辽宁省实际的对策与建议,为促进辽宁省农作物秸秆转化提供理论依据。

基于深度学习的宏观风资源评估与风电场选址

开发和利用风能,可以减少对有限的化石燃料资源的依赖,减少环境污染,减缓气候变化,并为可持续发展提供可靠的能源供应,对促进人类社会和生态环境可持续发展具有重大战略意义。然而,我国风电场建立较晚,规模较小,选址技术有待进一步提高。本文基于深度学习进行宏观风资源评估与风电场选址,利用气象数据进行深度学习模型训练,评估风能资源,确定选址方案。对原始气象数据进行处理,采用拉格朗日插值法进行缺失值处理,并通过玫瑰图对风向与风力因子进行分析;采用深度学习方法搭建卷积神经网络模型进行风电场选址预测分析。通过实例仿真表明,所构建的网络模型能够快速准确地评估风能资源,并确定选址方案,具有较好的可行性和应用前景。

一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^(-2)。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus的优势一直持续至发酵的第120天。优势菌群相关性分析表明,随着低温沼气发酵进程的推进,优势菌群由细菌向古菌演变且二者之间具有紧密的互营关系。

区域三生系统协同发展水平评价及障碍因素分析——以河北省为例

河北“三生系统”实现协同发展,才能保障实现京津冀生态环境支撑区的定位。通过耦合协调度模型和障碍度模型分析了河北2011—2021年“三生系统”协同发展水平及障碍因素。结果发现:河北省2011—2021年“三生系统”耦合协调发展水平处于较低水平、逐渐改善的状态,可提升空间较大;河北省“三生系统”评价指标人均耕地面积、人均通讯设施、区域环境噪声值、单位GDP化学需氧量排放量、产业结构高级化、空气质量优良天数比率、城镇恩格尔系数是当前“三生系统”协同发展的主要障碍因素。

关于生态产品价值提升若干问题的研究

广义的生态产品可以定义成为某一个区域生态系统提供产品和服务的总称。生态产品价值是凝结在生态产品中各种要素价值的总和。生态产品价值实现为新质生产力发展壮大提供了广阔空间。提升生态产品价值需要做到综合设计,统筹落实;以人为本,共建共享;因地制宜科学推进。此外,进一步完善生态产品价值评价机制、建立并进一步完善生态产品利益保护与生态补偿机制、推进生态产品的多元产业化也至关重要。提升生态产品价值,助力乡村振兴,还需要建立健全生态利民惠民机制,强化生态产品经营与开发,依托生态产品畅通要素流通,促进城乡融合。

基于因子分析法的海南省生态农业绩效评价

生态农业绩效评价是生态农业发展水平的直观体现。基于海南省2020年的统计数据,利用因子分析法,探讨海南省18市县的生态农业发展绩效。结果表明,13个评价指标中,海南省83%的指标低于或反向于全国平均水平,17%的指标高于或优于全国平均水平;海口、三亚和儋州的生态农业建设较好,五指山、保亭和白沙的生态农业建设较弱。从18个市县在各主成分上的得分及综合得分来看,海南生态农业发展具有地区不平衡性特点,各市县的生态农业发展具有很大的差异;同时,海南生态农业的发展水平与各市县经济发展水平和综合实力息息相关。基于此,在自贸港建设背景下,提出加大农业基础设施投入、加大对农田水利有效灌溉面积的建设力度、进一步降低化肥和农药的施用量、加大农业机械的投入和大力发展精致农业等促进生态农业发展的建议。

南方丘陵地区景观格局与生态系统服务价值演变特征论文--以南宁市为例

南宁市是广西强首府战略的中心发展城市,本文根据土地利用类型的动态变化、景观格局指数分析与生态系统服务价值等研究,为南宁市的生态系统提供理论支撑。以南宁市2005—2019年4期土地利用数据为基础,运用ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2等软件,分析了景观格局指数,测算了生态系统服务价值。结果表明:南宁市土地利用类型变化较为明显,农田减少了1784.52km^(2),森林增加了1725.8km^(2),建设用地增加了235.83km^(2);景观格局呈波动性变化,南宁市内各斑块类型分布不均匀,有一定的破碎化程度,但破碎化情况正在逐步改善,斑块之间的衔接性一般,景观聚集程度有待提高,各土地类型的分布较分散;南宁市生态系统服务价值2005—2015年不断增长,但2015—2019年的服务价值基本稳定,由2005年的347.78×10^(8)元增加至2015年的358.55×10^(8)元,2019年的358.02×10^(8)元与2015年基本持平,略有下降,其中,气候调节、土壤形成及维护的生态价值最高,原材料生产及娱乐休闲比重较小。根据以上结论提出了相应的建议措施,为城市规划提供参考依据。

基于土地利用变化的洞庭湖生态经济区生态系统服务价值时空演变及相关性分析

土地利用变化是导致生态系统服务价值(ESV)变化的重要原因,以洞庭湖生态经济区为研究区,在3km×3km格网尺度下,基于2000—2020年土地利用变化定量测度洞庭湖生态经济区ESV并分析其时空特征及空间相关性。结果表明:洞庭湖生态经济区土地利用格局总体稳定,耕地、林地以及水域为主要用地类型。耕地在2000—2020年减少规模最大,建设用地始终保持增长态势;2000—2020年,研究区ESV呈先增加后减少趋势,价值总量共增长10.12亿元,水域和林地是ESV主要贡献者。ESV高值区主要集中于中部洞庭湖区及四水流域,四周林地为次高值区;研究区ESV空间分布具有正相关性,存在显著集聚效应,但ESV空间分异效应逐年增强。

衡阳市农业碳排放演化特征及影响因素研究

根据湖南省“三高四新”战略,研究衡阳市农业碳排放的特征及演化趋势、分析其影响因素可以宏观了解到衡阳市在湖南省整体发展中的作用,也可以为衡阳市作为湖南省省会副中心城市发展提供有力借鉴,对以后农业的发展也具有重要意义。本文使用碳排放因子测算以及LMDI因素分解模型,结果表明:衡阳市2012—2021年农业碳排放,总体是先上升后下降的趋势,碳排放总量从2012年的245.344万t到2018年256.023万t,达到了峰值,到2021年降到224.9009万t,较2012年下降20.4431万t,年增长率为-0.86%,从空间上看碳排放总量最高的是衡南县,最低的是雁峰区;从LMDI测算的总体上看,效率因素、结构因素和劳动力规模因素累积的效应值均为负值,表明这三者对衡阳市的农业碳排放量起着抑制作用,而经济发展水平和城镇化因素累积的效应值为正值,说明这两者在一定程度上对衡阳市农业碳排放量起着促进作用。

土地整治与农业碳排放减量——基于湖南高标准农田建设政策

基于2011—2020年湖南省土地整治和农业碳排放的时间序列数据,利用双重差分模型和中介效应模型进行分析。结果表明:湖南高标准农田建设政策显著抑制了农业碳排放,安慰剂检验结果显著;动态估计结果显示,高标准农田建设政策的减碳效应具有持续性和提前性;机制检验表明,高标准农田政策通过降低农业化学品投入强度和提高社会化服务抑制农业碳排放;因此,各地政府在推动高标准农田建设政策上应注重差异化、精准化,因地制宜实施高标准农田建设政策,同时关注农业化学化和社会化服务在减碳效应中的作用。本研究的结论对于推动区域农业碳减排和可持续发展具有一定的参考意义。