Effects of Continuous Plastic Film Mulching on Soil Bacterial Diversity, Organic Matter and Rice Water Use Efficiency

Two field experiments were conducted to study the effects of 6-year plastic film mulching on bacterial diversity, organic matter of paddy soil and water use efficiency on different soils with great environmental variabilities in Zhejiang Province, China, under non-flooding condition. The experiment started in 2001 at two sites with one rice crop annually. Three treatments included plastic film mulching with no flooding (PM), no plastic film mulching and no flooding (UM), and traditional flooding management (TF). Soil samples were collected and analyzed for bacterial diversity by DGGE and organic matter content, and water use efficiency (WUE) was calculated. The results showed that PM treatment favored the development of a more total bacterial community compared with TF management, the total number of bands was 33.3, 31.7 at tiller stage and heading stage (p < 0.05*). Hence, organic matter content was decreased by 36.7% and 51.4% under PM at two sites. PM also produced similar rice grain yield as TF at Duntou site and Dingqiao site, the average was 7924 kg?ha?1 and 7015 kg?ha?1 for PM and 8150 kg?ha?1 and 6990 kg?ha?1 for TF, respectively. Compared to TF, WUE and irrigation water use efficiency were increased significantly by 70.2% - 80.4% and 273.7% - 1300.0% for PM. It is essential to develop the water-saving agriculture.

Effects of biodegradable mulch on soil water and heat conditions,yield and quality of processing tomatoes by drip irrigation

To combat the problem of residual film pollution and ensure the sustainable development of agriculture in oasis areas,a field experiment was carried out in 2019 at the Wuyi Farm Corps Irrigation Center Test Station in Urumqi,Northwest China.Four types of biodegradable mulches,traditional plastic mulchs and a control group(bare land;referred to as CK)were compared,including a total of six different treatments.Effects of mulching on soil water and heat conditions as well as the yield and quality of processing tomatoes under drip irrigation were examined.In addition,a comparative analysis of economic benefits of biodegradable mulches was performed.Principal component analysis and gray correlation analysis were used to evaluate suitable mulching varieties for planting processing tomatoes under drip irrigation.Our results show that,compared with CK,biodegradable mulches and traditional plastic mulch have a similar effect on retaining soil moisture at the seedling stage but significantly increase soil moisture by 0.5%-1.5%and 1.5%-3.0%in the middle and late growth periods(P<0.050),respectively.The difference in the thermal insulation effect between biodegradable mulch and plastic mulch gradually reduces as the crop grows.Compared with plastic mulch,the average soil temperature at 5-20 cm depth under biodegradable mulches is significantly lowered by 2.04°C-3.52°C and 0.52°C-0.88°C(P<0.050)at the seedling stage and the full growth period,respectively,and the water use efficiency,average fruit yield,and production-investment ratio under biodegradable mulches were reduced by 0.89%-6.63%,3.39%-8.69%,and 0.51%-6.33%(P<0.050),respectively.The comprehensive evaluation analysis suggests that the black oxidized biological double-degradation ecological mulch made from eco-benign plastic is the optimal film type under the study condition.Therefore,from the perspective of sustainable development,biodegradable mulch is a competitive alternative to plastic mulch for large-scale tomato production under drip irrigation in the oasis.

Assessment of Nutrient Leaching Losses and Crop Uptake with Organic Fertilization,Water Saving Practices and Reduced Inorganic Fertilizer

The increasing world population has forced excessive chemical fertilizer and irrigation to complete the global food demand,deteriorating the water quality and nutrient losses.Short-term studies do not compile the evidences;therefore,the study aimed to identify the effectiveness of reduced doses of inorganic fertilizer and water-saving practices,hence,a six-year experiment(2015-2020)was conducted in China to address the knowledge gap.The experimental treatments were:farmer accustomed fertilization used as control(525:180:30 kg NPK ha^(-1)),fertilizer decrement(450:150:15 kg NPK ha^(-1)),fertilizer decrement+water-saving irrigation(450:150:15 kg NPK ha^(-1)),application of organic and inorganic fertilizer+water-saving irrigation(375:120:0 kg NPK ha^(-1)+4.5 tones organic fertilizer ha^(-1)),and application of controlled-release fertilizer(80:120:15 kg NPK ha^(-1)).Each treatment was replicated thrice following a randomized complete block design.The results achieved herein showed that control has the highest losses in the six-year study for total nitrogen(225.97 mg L^(-1)),total soluble nitrogen(121.58 mg L^(-1)),nitrate nitrogen(0.93 mg L^(-1)),total phosphorus(0.57 mg L^(-1)),and total soluble phosphorus(0.57 mg L^(-1))respectively.Reduced fertilizer and water application improved crop nutrient uptake,nitrogen concentration was significantly enhanced with organic and inorganic fertilizer+water-saving irrigation,P concentration was increased with fertilizer decrement+water-saving irrigation,and K concentration was improved with fertilizer decrement+water-saving irrigation.Hence,this study concludes that reduced inorganic fertilizer dose combined with water-saving practices is significantly helpful in reducing nutrient leaching losses and improving nutrient uptake and water pollution.Further studies are needed to explore the impacts of reduced fertilization and water-saving irrigation on leaching losses.The benefits at different climatic conditions,soil types,and fertilizer types with application methods are also a research gap.

新疆农业水资源绿色效率时空演变及影响因素研究

通过对农业面源污染、农业净碳汇等变量测算构建指标体系,采用超效率SBM模型、Malmquist指数模型方法计算2011—2020年新疆14个行政区农业水资源绿色效率值及其分解指数值,绘制标准差椭圆并构建马尔科夫链概率矩阵分析其空间格局变化,并用Tobit模型分析其影响因素。结果表明:(1)新疆各地州研究期内农业水资源绿色效率均值为0.865;各地区农业水资源绿色效率水平、提升效果及速度存在明显差异。(2)研究期内重心坐标始终在巴音郭楞蒙古自治州和静县巴音布鲁克镇内移动,先向东北移动后西南最终又向东北方向折回;较低、较高、高效率类型地区之间具有相互转移或跨类型转移的概率,低效率地区难以快速或跨类型增长。(3)经济发展水平、农业经济、供水结构对农业水资源绿色效率有显著的正向影响,资源禀赋与节水设施对农业水资源效率有显著的负向影响。研究结果对新疆农业水资源可持续利用、建设绿色高效农业具有重要的现实意义。

Water use efficiency data from 2000 to 2019 in measuring progress towards SDGs in Central Asia

Central Asia,located in the hinterland of the Eurasian continent,is characterized with sparse rainfall,frequent droughts and low water use efficiency.Limited water resources have become a key factor restricting the sustainable development of this region.Accurately assessing the efficiency of water resources utilization is the first step to achieve the UN Sustainable Development Goals(SDGs)in Central Asia.However,since the collapse of the Soviet Union,the evalua-tion of water use efficiency is difficult due to low data availability and poor consistency.To fill this gap,this paper developed a Water Use Efficiency dataset(WUE)based on the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)Gross Primary Production(GPP)data and the MODIS evapotranspiration(ET)data.The WUE dataset ranges from 2000 to 2019 with a spatial resolution of 500 m.The agricultural WUE was then extracted based on the Global map of irrigated areas and MODIS land use map.As a complementary,the water use amount per GDP was estimated for each country.The present dataset could reflect changes in water use efficiency of agriculture and other sectors.

水足迹框架下稻田水资源利用效率综合评价

为综合评价稻田水资源利用效率,优选高效灌排模式,本文基于水足迹理论,考虑水资源利用率、水资源产出效益和水量及环境效益3个方面,构建稻田水资源利用效率综合评价指标体系,利用层次分析法和模糊综合评价模型对2015—2018年各处理稻田水资源利用效率进行综合评价,并与单个指标的评价进行对比。结果显示:各处理作物水足迹年均值分别为976.8(浅水勤灌)、1008.7(浅湿灌溉)、954.4(控制灌溉)和792.6 mm(蓄水-控灌),蓝、绿及灰水比例年均值分别为16.4%、40.9%和42.7%;水资源产出效益在水资源利用效率评价中占据首要位置;各处理稻田水资源利效率综合评分值在2.8058~3.9432之间,等级为中或中高,优选出的高效灌排模式为蓄水控灌;作物水分利用效率、作物水足迹与综合评价的对比表明水资源利用效率综合评价至关重要。基于水足迹的稻田水资源利用效率评价能够为农业用水效率评价提供一种新视角,为农业节水尤其是水稻节水的科学研究和决策提供实践依据。

农业绿色高效节水研究现状与未来发展趋势

农业绿色高效节水是保障中国食物安全、农产品有效供给和农业可持续发展的重要措施。笔者分析了国内现代农业发展面临的新形势和国内外农业高效节水研究发展态势,指出了国内农业高效节水发展遇到的瓶颈和应关注的问题,提出了国内农业节水发展中应实现"四个转变",即由单一节水灌溉技术向与农艺技术相结合转变,由单一高效节水向节水节肥节药一体化转变,由单一节水高产向节水提质高效转变,由重视节水面积数量向重视工程质量和效益转变;搞好"四个完善",即完善节水科技推广与技术服务体系,完善农业节水试验与用水监测网络,完善农业节水补偿机制,完善节水产品市场准入机制;以及加强变化环境下农业高效节水科学研究工作的建议。指出了未来中国节水高效农业研究的关键科学问题,包括作物生命需水及对变化环境的响应、作物精量高效用水的多过程协同调控、作物生产-水资源-生态系统的互馈机制。

基于三阶段超效率SBM-Malmquist指数分解的洞庭湖区农业水资源绿色效率研究

近年来,洞庭湖区农业用水供求矛盾日益凸显,提升农业水资源绿色效率对实现洞庭湖生态经济区高质量发展具有重要意义。基于2011—2019年农业水资源投入与产出数据,运用三阶段超效率SBM-Malmquist指数模型对洞庭湖区农业水资源绿色效率进行测度。结果表明:剔除外部环境和随机误差项影响,2011—2019年洞庭湖区农业水资源绿色效率均值为0.5832,农业水资源绿色效率存在较大的提升空间;人均GDP和政府农林水事务支出增加可以促进农业水资源绿色效率的提升,人均水资源量增加会降低农业水资源绿色效率;洞庭湖区农业水资源全要素生产率指数经历上升—下降—上升三个主要阶段,农业水资源全要素生产率指数与技术进步变化指数基本同步。最后提出了洞庭湖区农业用水绿色效率的相关对策建议。

淮河生态经济带农业水资源绿色效率的时空差异与影响因素

基于兼容径向与非径向特点的EBM模型、Malmquist指数法和Tobit面板回归模型,使用淮河生态经济带38个地级市2007-2016年的面板数据,测算淮河生态经济带农业绿色水资源利用的相对效率并检验其影响机制。结果显示:研究期内淮河生态经济带农业绿色水资源效率整体不高,不同地区的效率指数存在显著差异;农业用水效率10年间呈下降的趋势;经济发展水平、农业用水强度、农作物种植结构、有效灌溉指数和资产投资力度对淮河生态经济带农业绿色水资源效率均有一定影响。

农业绿色水资源利用效率及其影响因素研究

农业绿色水资源利用效率的提升对于缓解水资源供需矛盾、改善区域水环境质量以及保障农业可持续发展具有重要意义。基于方向距离函数,构建了包含面源污染非期望产出的农业绿色水资源利用效率评价模型,并对2003-2018年我国大陆地区31个省份效率结果的时空特征和驱动贡献进行测算;在此基础上,使用固定效应模型实证检验了我国农业绿色水资源利用效率的影响因素。研究发现:(1)研究期内,我国农业绿色水资源利用效率经历了波动下降、快速上升和上升收敛3个阶段,且大部分省份效率水平有所上升,省际差异不断缩小。(2)技术进步是导致农业绿色水资源利用效率变化的主要贡献来源,而技术效率提升对效率变化的驱动贡献较小。(3)水资源供给压力、农田水利建设水平与农业绿色水资源利用效率具有显著正相关关系,而水资源需求水平、政府管控力度以及耗水作物在农业生产体系中比重的增加则会抑制效率水平提升。研究认为,应从同步扩大技术进步和技术效率贡献以及协调使用市场机制和政府调控手段两个方面实现农业绿色水资源高效利用。

中国农业用水绿色效率的区域差异及收敛性

环境约束下提升农业用水绿色效率对于缓解水资源供需矛盾和实现农业高质量发展具有重要意义。基于全局参比的非期望产出SBM(Slack-Based Measure)模型测度中国农业用水绿色效率(Green Efficiency of Agricultural Water,GEAW),采用Dagum基尼系数探究区域差异的来源,运用Markov矩阵分析GEAW的时空演变,通过回归模型检验其收敛性。研究结果显示,中国及各区域GEAW呈波动上升趋势,东部地区效率水平最高,西部地区效率水平最低;地区间差异的贡献逐渐上升至主要贡献;农业用水绿色效率存在“俱乐部趋同”和“马太效应”,受“邻居”用水效率和自身效率等级的影响;除中部地区外,全国及其他三大区域GEAW均存在σ收敛现象,除东北地区外,全国及其他三大区域GEAW均存在绝对β收敛和条件β收敛。据此提出推广农业节水技术、加大区域间协作、发挥市场作用提升整体农业用水绿色效率。

污染排放约束下长江经济带农业绿色水资源利用效率研究

基于超效率SBM模型和GML指数对2011—2019年长江经济带农业绿色水资源利用效率进行了时空差异分析及动态演变趋势分析,并在此基础上运用Tobit回归模型实证检验了农业绿色水资源利用效率的影响因素。研究结果表明:2011—2019年长江经济带农业绿色水资源利用效率整体时序变化平稳,但内部空间差异显著;多数地区的技术效率水平未跟上行业技术变革的步伐;政府管控水平、农田水利建设水平等对农业绿色水资源利用水平呈显著正向影响。指出长江经济带各地区应通过创新农业用水方式、挖掘节水减排潜力等方式来改善其农业水资源利用现状。

粮食主产区农业用水绿色效率区域差异及影响因素研究

探究农业用水绿色效率的区域差异及影响因素,为农业水资源可持续利用、推进农业绿色转型提供决策参考。采用SE-SBM模型测度2006-2020年粮食主产区13省份的农业用水绿色效率水平,在此基础上通过Dagum基尼系数考察区域差异及来源,并运用面板数据模型检验其影响因素。研究发现:粮食主产区农业用水绿色效率整体呈现波动下降态势,多年均值为0.922,且不同流域具有鲜明的异质性特征;粮食主产区农业用水绿色效率空间非均衡性显著,区域差异贡献率呈现超变密度(47.760%)>区域内差异(32.097%)>区域间差异(20.043%),超变密度成为总体差异的主要来源;农业用水绿色效率受多因素共同影响,其中水资源禀赋、经济发展水平和农业对外开放对农业用水绿色效率存在显著正向影响,而产业结构、财政支农政策及有效灌溉水平的影响作用显著为负。粮食主产区各流域应根据资源禀赋与生产条件因地施策,探索农业水资源绿色高效利用的路径,推动农业用水绿色效率的区域协同发展。

基于水足迹的中国农业用水效果评价

为兼顾灌溉用水效率和总量控制评估区域农业用水效率,结合水足迹与灌溉发展状况构建了农业用水效果评价指标(agricultural water use effect,AWE),AWE越小农业用水效果越好。在核算2000—2014年间31个省区农作物水足迹的基础上,分析了中国AWE的时空格局及其与灌溉用水效率指标之间的关系。结果显示:中国年均农作物水足迹为1.097 2×10^(12) m^3,蓝水、绿水足迹分别占13.1%和86.7%,且均随时间增加;单位耕地面积农作物水足迹及绿水比例均呈现由东南向西北递减,研究时段内灌溉效率稳步提升,而由于灌溉用水规模的扩大和蓝水足迹比例的增长,AWE由2003年的0.113增长到2014年的0.137,中国农业用水效果呈恶化趋势;AWE空间差异大,且在不同年份均表现为黄淮海平原和西部省区较大而东南沿海较小;经济发达地区农业用水效果有明显改善趋势,而粮食增产任务加大的黑龙江省AWE的增速最大;AWE与传统灌溉用水效率评价指标无空间一致性,灌溉效率和水分生产率高的北方农业主产区应注重农业生产用水效果的评估与提升。农业用水效果评价可为区域灌溉用水效率提升与总量控制的科学研究与决策实践依据。

水足迹分析中国耕地水资源短缺时空格局及驱动机制

为全面评估区域农业水资源供需关系,基于水足迹理论构建了耕地水资源短缺指数(arable land water scarcity index,AWSI)。在分析1999-2014年中国AWSI时空分布格局的基础上,借助偏最小二乘法揭示了AWSI的主控因子。结果显示:中国AWSI的年均值约为0.413,总体上处于高度水资源压力状态,且有随时间加剧的趋势;各年份AWSI以华北平原为中心向外递减式扩散;面临极高水资源压力(AWSI>0.800)的省区均分布在北方地区,长江以南省区均面临中度水资源压力(0.100<AWSI<0.400);降水量与日照时数是与耕地水短缺最为密切的气象因子,农业机械总动力、粮食面积比重以及人均GDP是影响AWSI的主要社会经济条件。农业生产水平较高的粮食主产区应以水足迹调控为重要内容进行农业水管理策略的制定。

黄河流域农业用水效率的动态演进与收敛性

提高农业用水效率是缓解水资源短缺的重要举措,更是促进农业绿色转型升级的内在要求。在绿色发展内涵下,基于全要素生产框架构建全局超效率SBM模型,分析2009-2018年黄河流域87个地市(州、盟)的农业用水效率动态演进特征,并进一步检验农业用水效率的空间收敛性。结果表明:(1)黄河流域农业用水效率在研究期内呈稳定上升的走势,但仍存在提升空间。分流域间表现出“下游领先、中游追赶和上游落后”的分布态势;(2)研究期内黄河流域农业用水效率存在显著正向的集聚和依存特征,效率重心呈波动式向西北方向转移;(3)从空间收敛性来看,黄河流域及其上中下游农业用水效率均表现出较强的β收敛特征,但相关变量收敛显著性影响具有异质性。

基于作物需水量的城市农业水资源评估——以贵州省贵阳市为例

[目的]对贵阳市城市农业绿水和蓝水的水足迹与灌溉效率进行定量研究,为科学定量评估城市农业用水和管理监测提供依据。[方法]利用实地调查数据、贵阳市气象数据与农业统计数据,基于作物需水量、水足迹的方法进行农业水资源评估。[结果]①作物水足迹极值取决于调查样地作物单位面积产量的极值。②贵阳市城市农业不同作物生长的消耗绿水量均高于蓝水量,绿水量和蓝水量的比例范围从最低53.81%(豇豆)到最高63.60%(番茄)。③贵阳市城市农业3种灌溉效率(沟灌、喷灌和滴灌)分别为27.23%,69.45%与80.32%。④2017年贵阳市城市农业蓝色水量灌溉需求量在4.81×10^5 m^3(完全滴灌)与6.93×10^5 m^3(完全沟灌)之间。[结论]2017年贵阳市城市农业总用水需求为1.29×10^6 m^3,其中8.84×10^5 m^3为绿水,4.02×10^5 m^3为蓝水。灌溉方式对贵阳市城市农业用水有较大的提升空间,滴灌方式对贵阳市城市农业水资源管理贡献率达53.09%。

黄河流域农业水资源绿色效率动态演化及驱动机理

遵循绿色发展理念,构建包含非期望产出的投入产出指标体系,基于EBM模型,测度2000—2020年黄河流域农业水资源绿色效率,分析其时空演化特征,采用Tobit模型,探究其驱动机理。研究表明:黄河流域农业水资源绿色效率低于全国平均水平且低于长江流域,但效率差距呈收敛态势;黄河流域农业水资源绿色效率历年均值下游最高、上游最低;研究期内,青海、甘肃、宁夏、陕西、河南、山东的农业水资源绿色效率显著提高,山西持续低下,但四川、内蒙古均存在不同程度的退化;人均水资源量、节水农业发展水平、水库总库容量、经济发展水平对农业水资源绿色效率呈现显著正向影响,固定资产投资力度呈现显著负向影响,其中经济发展水平对效率的影响程度最高。

基于蓝绿水核算的稻田水资源利用效用评价

为了科学区分和评价稻田蓝、绿水资源利用效用,开展了每日蓝、绿水交互迁移过程的试验观测,基于作物全生育期蓝、绿水资源迁移机制,建立了蓝、绿水分解方法和用水效率评价指标体系,揭示了不同降水条件下的稻田蓝、绿水利用表现。结果显示:试验期2015-2018年稻田水资源收入为1322.9 mm(蓝水占30.7%),其中572.3、246.0和375.2 mm分别以蒸散发、地表排水和田间渗漏的形式流出。全生育期绿水利用效率(GE)、蓝水利用效率(BE)分别为0.425、0.490,干旱年的利用效率明显高于湿润年。净蓝水生产率(BP)和绿水生产率(GP)分别为4.334与2.301 kg/m 3,后者受降水影响不大。相较于本文的结果,不考虑蓝、绿水迁移过程的传统方法得到的BE、GP分别高46.2%和29.7%。忽略蓝、绿水交互迁移过程会高估稻田的灌溉效率,同时也会低估降水在作物生长中的贡献。本研究的方法为作物生产水足迹和农田蓝、绿水资源效用评价提供了新路径。

黄淮海平原农业水资源绿色效率时空差异与影响因素研究

提高农业水资源绿色效率对促进黄淮海平原农业可持续发展和保障粮食安全极其重要。通过超效率SBM模型和Tobit模型对黄淮海平原农业水资源绿色效率和其影响因素进行了研究。结果发现:黄淮海平原农业水资源绿色效率整体趋于上升且存在明显的地区差异;技术进步变化是导致农业水资源绿色效率变化的主要动因;除农作物种植结构外,经济发展水平、节水农业发展水平、供水结构等因素均对农业水资源绿色效率有着显著影响。基于以上结论,提出以绿色发展理念指导农业产业结构和用水结构升级、充分发挥节水潜力提高农业水资源绿色效率水平和完善水价水权市场机制优化农业水资源配置等对策建议。