良好农业规范(GAP)及其在中国作物安全生产中的应用现状与展望

良好农业规范(GAP)是在人们对食品安全与健康关注程度日益加深的背景下产生和发展起来的,在安全健康的食物和非食物农产品生产以及保障国际贸易中食品质量安全与相互认可方面,日益受到国际社会的认可。介绍了国内外GAP的产生与发展,阐述了GAP的内涵和主要内容,并探讨了GAP在中国作物生产中的应用现状及未来发展趋势。总体来看,我国作物GAP生产最早应用于中药材生产,有关研究也较为广泛和深入;近年来在茶、烟草和个别蔬菜与果树生产中也有研究报道,但在粮食等大田作物的生产中还没有相关研究报道。

农作措施对中国稻田氧化亚氮排放影响的研究进展

农业是全球最主要的温室气体排放源之一,稻田不仅是全球重要的甲烷(CH4)排放源,亦是氧化亚氮(N2O)的重要排放源。灌溉、施肥、耕作等农作措施能够改变稻田生态系统土壤微环境,影响土壤硝化与反硝化过程,进而影响N2O的排放。目前,关于农作措施对农田生态系统N2O排放特征研究很多,但系统地综述农作措施对稻田N2O排放影响的研究还比较少。该文着眼于中国的农业发展趋势,基于稻田灌溉、施肥及耕作等方面的新技术,综合分析新型农作措施对中国稻田生态系统N2O排放的影响及其机制,为相关研究提供参考。在此基础上,提出了中国稻田生态系统N2O排放深入研究的方向:1)加强研究新型农作措施下稻田N2O产生及排放途径;2)系统研究稻田生态系统直接与间接N2O排放的影响及其机制;3)开展农作措施集成技术对稻田生态系统N2O排放影响的研究;4)加强模型模拟的调参验证并进行相关预测分析。

北京市水足迹及农业用水结构变化特征

运用水足迹的理论和方法计算评价了1990—2005年北京市水足迹及水资源利用的可持续性,在此基础上进一步分析了北京市农业用水结构的变化特征。结果表明:(1)北京市水足迹从1990年的81.5亿m3上升至2005年的168.6亿m3,人均水足迹由750.1m3上升为1096.0m3;(2)北京市水资源匮乏度不断升高,1995年以来水资源自给率呈下降趋势,与之相对应的水资源依赖度越来越高;(3)农业部门用水量在本地用水量中的比例平均每年为55.1%,虚拟水净输入量在虚拟水净输入总量中的比例平均每年达到89.1%;(4)高耗水型作物产品生产用水比例升高加大了农业用水压力,动物产品生产用水量呈增加趋势,2001—2005年动物产品生产引入的虚拟水占到其虚拟水总量的81.3%。北京市水资源利用呈不可持续状态,通过农业系统内部结构的优化调整,实现农业部门水资源的高效利用是缓解北京市水资源紧缺问题的关键。

农业措施对农田土壤碳影响研究进展

大量研究表明耕地具有巨大的固碳潜力,如何通过合理的农业措施使耕地变为有效碳汇,成为农业生态学研究的焦点。笔者对近年来各种农业措施,如耕作方式、施肥措施、种植制度等对于土壤碳固定影响的研究进行了全面综述,总结了当前农业土壤固碳研究现状,分析了不同农业措施对于土壤固碳效应的影响及其机理,及目前研究中存在的问题,指出未来研究中需要加强和深化的方向,并提出相关建议。

中国农田秸秆还田土壤N_2O排放及其影响因素的Meta分析

农田N2O排放是全球人为温室气体主要的来源之一,了解农作措施对其排放的影响对中国农田减排具有重要的意义。该研究采用Meta分析方法,定量分析了秸秆还田对中国农田土壤N2O排放的影响,并对其影响因素进行解析。研究结果表明,在中国不同区域秸秆还田对土壤N2O排放有一定的差异,其中华东地区显著减排18.61%(P<0.05),而华中和华北地区则分别显著增加排放62.3%和27.73%(P<0.05)。同时,施氮量介于0~240 kg/hm2(以N计,下同)时,随着施氮量的增加,秸秆还田对土壤N2O影响的效应值逐渐由负值增加为正值;当施氮量介于241~300 kg/hm2时,秸秆还田有显著降低土壤N2O排放的趋势。当土壤p H值介于6.5~7.5时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值;当黏粒质量分数为15%~25%时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值,当黏粒质量分数<15%时,秸秆还田显著降低土壤N2O排放。秸秆的碳氮比与秸秆还田量对N2O的排放也有不同程度的影响,另外,秸秆还田下不同的种植制度间N2O的排放也有差异。因此,秸秆还田下实施农田N2O减排措施应综合考虑区域农业资源特点、种植制度、土壤类型和水肥管理因素。研究可为科学管理秸秆与减少农田N2O排放提出理论支撑。

耕作方式对华北农田土壤固碳效应的影响

研究不同耕作方式对华北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响,可为探寻有利于农田固碳的耕作方式提供科学依据。该研究在中国农业大学吴桥实验站进行,试验于2008年设置了免耕秸秆不还田(NT0)、翻耕秸秆不还田(CT0)、免耕秸秆还田(NT)、翻耕秸秆还田(CT)和旋耕秸秆还田(RT)5个处理。研究测定分析了土壤容重、有机碳、易氧化有机碳含量及不同耕作方式下的碳库管理指数。通过对不同耕作方式下0～110cm土壤的分析,结果表明,随着土层的加深,土壤有机碳含量不断下降,NT显著增加了表层(0～10cm)土壤有机碳含量,而>10～50cm有机碳含量较其他处理(NT0除外)有所下降,深层(>50～110cm)处理间差异不明显;土壤容重与有机碳含量呈显著的负相关关系(P<0.01);0～30cm土层有机碳储量以NT最高,CT与其无明显差异,二者较CT0分别高出13.1%和11.0%,而至0～50cm土层,CT的碳储量最高,但与NT无显著差异(P<0.05);与CT0相比,NT0降低了各层土壤易氧化有机碳含量,而NT则在0～10cm土层表现为增加;RT、CT分别显著增加了0～10、>10～30cm土层的碳库管理指数。结果表明,秸秆还田可改善土壤质量,提高农田碳库管理指数,同时碳库管理指数受耕作方式的影响也较大,尤其是CT和RT;NT通过减少土壤扰动、增加有机质的输入,可提高上层土壤有机碳的储量。

不同轮作模式对砂田土壤微生物区系及理化性状的影响

砂田是干旱半干旱地区具有综合效能的旱作覆盖技术,有明显改良和调节农田小环境的功效,近年来随着砂田产业化的快速发展,西瓜连作现象非常普遍,连作障碍明显。针对砂田西瓜连作障碍明显的现状,基于定位试验,研究了西瓜连作(对照,CK)和西瓜→花豆、西瓜→辣椒、西瓜→南瓜3种轮作方式对砂田土壤微生物群落和理化性状的影响,结果表明:与连作相比,3种轮作模式均可改善土壤微生物区系结构,增加土壤微生物多样性指数,增加细菌、放线菌数量及细菌数量与真菌数量比值(B/F),减少真菌数量;其中以与辣椒轮作效果最为明显,多样性指数(McIntosh指数,0.247)较CK(0.146)显著增加,放线菌数量比例(31.98%)较CK(14.22%)显著增加,但真菌数量及占总菌数的比例(0.06%)相对CK(0.43%)明显降低。轮作能改变土壤微生态环境,提高砂田土壤微生物多样性,缓解西瓜的连作障碍,西瓜与辣椒轮作是有效预防和克服连作障碍的较佳种植制度。

保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展

作物产量的高低主要取决于土壤肥力,如何保持并提高土壤肥力是确保我国粮食安全和农业可持续发展的重要任务,也是众多学者关注的焦点。土壤有机碳和氮素是评价土壤质量的重要指标,其动态平衡直接影响土壤肥力和作物产量。随着全球气候变化及环境污染问题的愈加突出,农田土壤固碳及提高氮效率成为各界科学家研究的热点。目前,保护性耕作已成为发展可持续农业的重要技术之一,对土壤固碳及氮素的利用具有很大的影响。深入了解保护性耕作对土壤有机碳固持与氮素利用效率提高的影响机制,对于正确评价土壤肥力有着重要意义。但由于气候、土壤及种植制度等条件不一致,关于保护性耕作对农田碳、氮效应结论不一。阐述了国际上保护性耕作对农田系统土壤有机碳含量变化及其分解排放(如CO2和CH4)、氮素变化及其矿化损失(如NH3挥发、N2O排放与氮淋失)和碳氮素相互关系(如C/N层化率)影响的研究进展,并分析了其影响因素和相关机理。尽管国内保护性耕作的研究已进行30多年,但在土壤有机碳与氮素方面与国外相比依然有较大的差距。保护性耕作对土壤固碳与氮素利用的影响机制,碳素和氮素在土壤-植株-大气系统中的转移变化,及结合农事管理等综合评价其生态效应的研究很少。在此基础上,提出未来我国保护性耕作在土壤有机碳固定和氮素利用方面的重点研究方向:(1)在定位试验基础上进一步探讨保护性耕作对土壤有机碳及氮素利用的影响机制;(2)深入研究土壤有机碳和氮素的相互关系及其对土壤肥力的影响;(3)结合环境保护与土壤可持续管理对保护性耕作农田土壤固碳及氮素高效利用的系统评价研究;(4)加强保护性耕作对农田碳、氮效应的宏观研究,合理评价保护性耕措施下对农田碳、氮综合效应。

保护性耕作对农田碳效应影响研究进展

土壤碳循环在全球气候变暖上具有重要的作用,也越来越受到人们的关注。保护性耕作具有减少土壤侵蚀、提高秸秆利用效率和增加土壤有机质等特点,对土壤碳汇效应具有重要的影响。国内外在保护性耕作上对土壤碳循环等方面取得了丰硕的成果。随着保护性耕作碳循环方面研究的深入,人们对保护性耕作的农田碳效应及其机制的认识也越来越深入。本文对国内外保护性耕作对农田碳效应的影响进行了比较客观详尽的阐述,并再此基础上提出了未来本领域的研究重点,以期对中国开展相关的研究提供借鉴。

松辽平原中部地区应对气候干旱变化的土壤耕作技术

近30a松辽平原中部地区气候变化显著,该地区玉米生产干旱风险增加。论文利用四平、长春等7个站点的逐日气候数据,分析了近30a松辽平原中部地区玉米季(5-9月)气候变化情况,研究发现该地区玉米季降雨量呈现减少趋势,平均温度、最高温度和最低温度均呈增加趋势;整体上玉米季干旱风险加剧,近10a发生频率为60%,增加幅度尤为明显。在此基础上,该文从土壤耕作技术应对角度分析了免耕(NT)、旋耕(RT)、翻耕(CT)和宽窄行(DL)等技术对土壤蓄水能力、透水性和紧实度的影响,探讨了不同耕作措施对土壤耕层结构的影响,比较了不同耕作技术下玉米产量差异,分析了土壤耕作措施对气候干旱变化的适应性。结果表明:以免耕和宽窄行技术为核心的保护性耕作技术是松辽平原中部地区应对干旱气候最为合理的土壤耕作技术,对于减小该地区玉米季干旱风险,提高玉米产量具有重要意义。

京郊地区主要农作物需水特征与农田水量平衡分析

本文利用FAO56灌溉分册推荐的作物系数法计算了京郊地区20个站点近46年10种主要农作物的需水量,并计算了需水量与亏水量的变化趋势,并以2006年北京种植结构为基础,对自然状态下的农田水量平衡状况进行了分析。结果表明:10种主要农作物的多年平均需水量在308.6-729.2mm之间;除冬小麦外,其他作物的需水量变化均呈显著上升趋势,每10年增加量在0.49-1.17mm之间,而亏水量变化则表现为夏玉米、春玉米、大豆、水稻和花生等作物显著上升,每10年上升1.10-1.45mm;10种主要农作物在自然状态下的多年平均总需水量为1293.8×106m3,蔬菜、春玉米、冬小麦和夏玉米的需水量分别为379.1×106m3(单位面积折合530.6mm)、291.7×106m(3400.8mm)、285.1×106m(3452.2mm)和194.6×106m(3308.6mm),占总需水量的88.9%;不同水文年型下,降水均不能满足作物生长需要,农田水分以亏缺为主。

耕作方式对华北冬小麦田土壤微生物生物量碳分布特征的影响

土壤微生物生物量碳(SMBC)反映了土壤有机碳(SOC)情况,其值大小代表了土壤肥力的高低,研究不同耕作方式SMBC的变化特征及其影响因素具有重要意义。试验于2001年在中国科学院栾城农业生态系统实验站开始,试验设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、免耕(NT)三个处理。利用熏蒸提取-容量分析法研究了不同耕作处理2007～2008年冬小麦生育期的SMBC分布特征及影响因素。结果表明SMBC具有时空变化特征:在冬小麦生育期中,各SMBC处理均随着时间波动起伏,并在小麦返青期和扬花期达到峰值;空间分布上SMBC含量随土壤深度的增加而降低。不同耕作处理间差异显著,0～5 cm土层SMBC以NT最高,CT最低;5～10 cm土层RT与CT相当,NT最低;10～20 cm土层以CT最高,NT最低;20～30 cm各处理均较低,NT亦为最低。对不同处理SMBC层化率分析显示:NT具有明显的表层富集现象;RT处理0～10 cm SMBC分布均匀;CT处理0～20 cm SMBC分布均匀。对SMBC的影响因素分析表明:土壤有机碳是SMBC空间分布的主要影响因素,二者呈显著正相关。而土壤温度和土壤含水量是影响SMBC季节变化的主要外界因素。

耕作方式对华北农田土壤有机碳储量及温室气体排放的影响

耕作方式能够改变土壤有机碳在土层中的分布,进而对土壤有机碳及土壤碳储量产生影响。该研究在模型调整的基础上选取了土壤有机碳(SOC)、土壤碳密度(SCD)、土壤呼吸(SR)以及生物量碳(BC)4个指标对DNDC(denitrification-decomposition)模型在华北麦-玉两熟农田的适用性进行验证,并用该模型模拟当地土壤碳储量(SCS)动态变化以及温室气体排放特征。结果表明,模型模拟值与实测值吻合良好,此模型可以适用于华北麦-玉两熟农田土壤有机碳的模拟研究;2001-2010年SOC和SCS逐年递增;对未来100a模拟发现,前15a旋耕(RT)和翻耕(CT)处理SOC增长迅速,而免耕(NT)SOC的剧烈增长趋势要持续近40a;对比各处理100a碳储量变化可知,前20aCT处理SCS最大,20a后NT处理SCS最大;各处理土壤全球变暖潜势(GWP)大小为CT>RT>NT。通过验证该文证明了DNDC模型可以较好地研究华北麦-玉两熟农田土壤碳循环;长久来看NT有利于农田SCS的积累以及GWP的降低。该研究能够为华北麦-玉两熟农作区固碳减排提供依据。

节水农作制建设的战略意义与途径

节水农作制是以改善农业用水结构和生产模式优化为核心,从技术、管理、政策等综合角度推进旱作节水农业发展。其主要内容包括节水型及适水型的区域农业生产结构和生产布局,高效用水与节水型的农业生产模式,与生产模式配套的旱作节水技术集成应用,以及相应的管理制度和政策支持措施。在分析国内外旱作节水农业技术发展趋势的基础上,提出建立节水高效农作制度的重要意义及其技术途径。

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+扬花水(W2)和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水(W4)4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】(1)小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率(WUE)与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。(2)W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低(即土壤水分库容不断变大),且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178—188 mm(W0)、124—160 mm(W1)、38—93 mm(W2)和-30—21 mm(W4)。(3)随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。(4)降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm(W0、W1)、181 mm(W2)、253mm(W4)和13 mm(W0、W1、W2)、45 mm(W4),丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。

耕作措施对双季稻田CH_4与N_2O排放的影响

随着全球气温的不断升高,温室气体减排成为研究的热点。该文旨在研究不同耕作措施下双季稻田CH4及N2O排放特征及其消长关系,为稻田温室气体减排及土壤固碳潜力评价提供依据。试验在湖南省宁乡县进行,通过静态箱法测定翻耕秸秆还田(CT)、旋耕秸秆还田(RT)、免耕秸秆还田(NT)的稻田CH4及N2O排放。结果表明:CH4排放主要来自于晚稻田,翻耕、旋耕和免耕晚稻田CH4排放分别占研究时段CH4排放的69%,67%,73%;各处理冬闲季CH4排放均不到研究时段排放量1%,冬闲CH4排放量为RT>CT>NT,差异显著;N2O排放时间变异性较大,早稻稻田N2O排放量为RT>NT>CT,晚稻稻田N2O排放量为NT>RT>CT,冬闲期各处理稻田N2O均为负排放;从研究时段排放量分析,翻耕秸秆还田有利于减少N2O排放,免耕秸秆还田有利于减少CH4排放;CH4与N2O排放呈显著负相关,冬闲季稻田CH4与N2O排放相关性不显著。总之,NT减少了CH4排放,虽N2O排放略有增加,但CH4与N2O引发的综合温室效应有所减弱。

长期施肥管理对红壤稻田土壤微生物量碳和微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在地球化学循环及维持土壤肥力和作物产量方面发挥了重要作用,为了研究长期不同施肥制度对土壤肥力状况的影响,明确施肥制度与土壤微生物的关系。【方法】采用土壤熏蒸和磷脂脂肪酸分析方法,研究了湖南宁乡不施肥处理、施用化肥、常规施肥、秸秆还田、30%有机肥+化肥和60%有机肥+化肥6个长期肥料定位试验的土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸。【结果】与不施肥对照相比,施用化肥、秸秆还田及有机肥与化肥配合施用可以显著的提高土壤微生物量碳及总磷脂脂肪酸的量。长期施用化肥后,群落中含有iC15:0的微生物明显增多,长期施用有机肥和秸秆还田后,群落中含iC15:0微生物明显减少,而含aC15:0微生物则显著增加。通过对21种测得磷脂脂肪酸进行主成分分析,结果表明,前两个主成分可以解释总变异的87.6%。除C12:0和C15:0外,大部分的非饱和脂肪酸和环式脂肪酸的变异可以在第一主成分中反映出来。从肥料处理的主成分分析结果看,第一主成分及第二主成分可以解释肥料处理变异的89.8%,相比较而言,化肥处理和常规施肥处理相互间的差别较小,60%有机肥处理与秸秆还田处理几乎重合。【结论】不同施肥处理对土壤微生物量碳和微生物多样性有重要影响,肥料处理差异可以在微生物结构与多样性变化上得以体现。

中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响

为了研究东北地区春玉米不同生育阶段干旱时空分布规律及其对产量的影响,基于研究区域1961—2012年69个气象站点逐日气象资料和春玉米生育时期及产量资料,采用Penman-Monteit法计算潜在蒸散量,在此基础上利用农业干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEIPM)划分干旱等级-最后利用干旱等级权重及发生概率评分等级计算每个站点的干旱危险指数(DHI);利用Mann-Kendall检验法计算5个生育阶段的SPEI变化趋势,利用回归分析进行SPEI与玉米气候产量的关系分析。结果表明,吉林省西部和辽宁省西部在玉米生长季内始终为干旱高风险区,吉林省东部和辽宁省东部则为干旱低风险区,黑龙江省东部干旱风险随生育进程增大;近52 a玉米苗期干旱强度和范围有减小趋势,而生育后期在增加;1991—2012年辽宁省西部玉米气候产量与SPEIPM3-7(5—7月份的SPEIPM)以及吉林省西部、吉林省东部和松嫩平原气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)的关系达极显著(P<0.01),吉林省中部气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)关系达显著水平(P<0.05)。春旱严重地区如松嫩平原、吉林省西部、辽宁省西部和南部的干旱强度和范围正在减小,而东北干旱程度在玉米生育后期整体呈增强趋势,其中东部最明显。在降水充沛的吉林省东部,气候产量与干旱指数的回归方程对称轴在0附近,表明正常降水情况下即能保证高产和稳产。降水较少的地区如辽宁省西部和吉林省西部等地,回归方程对称轴在1附近,提高玉米产量需增加灌溉和提高水分利用效率。

华北平原主要作物生产的碳效率研究初报

提高农作物生产的碳效率是实现低碳农业的重要途径之一。为探明农业生产中的碳效率,本文以河北吴桥县为例,基于农户生产调查数据,利用投入产出法,对华北平原冬小麦、夏玉米和棉花3种主要作物生产的碳投入、碳产出和碳效率进行了评价。结果表明,冬小麦、夏玉米和棉花生产的碳投入总量分别为943.47±225.14、525.74±134.73和513.60±138.94kg CE hm-2,其中化肥和电能占总量的大部分,分别约占60%和25%。3种作物碳的产出总量分别为8430.70±774.45、7194.50±754.58和5486.00±547.69kg CE hm-2,其中秸秆约占总量的50%,经济产量约占34%,根约占17%。冬小麦、夏玉米和棉花碳的生产效率分别为7.95±2.55、15.90±4.34和7.60±2.92kg kg-1 CE,碳的经济效率分别为13.28±4.56、21.47±5.86和76.70±29.45 CHY kg-1 CE,碳的生态效率分别为9.59±3.07、14.57±3.98和11.69±4.49kg C kg-1 CE,作物间的碳效率差异显著,初步表明在华北平原,夏玉米生产的碳综合效率最高,棉花次之,冬小麦最低。

耕作方式对冬小麦田土壤呼吸及各组分贡献的影响

【目的】探讨不同耕作方式对冬小麦农田土壤呼吸组分及碳平衡的影响,比较不同耕作方式下农田的碳汇强度。【方法】试验于2006-2008年冬小麦生长季进行,共设3个处理:翻耕(CT)、旋耕(RT)、免耕(NT),采用静态箱法测定农田土壤CO2的排放速率,同时利用根去除法区分根系对土壤呼吸的贡献率,通过计算净生态系统生产力(NEP),来判断不同耕作方式下农田碳汇强度。【结果】耕作方式对冬小麦农田土壤CO2排放具有显著影响,且表现出明显的季节性排放特征,即先下降再升高,其中排放最低值出现在冬小麦越冬期。整个小麦生育期间农田CO2平均排放速率表现为翻耕>旋耕>免耕,其中根系呼吸所占比例平均为翻耕26.18%、旋耕29.96%、免耕36.44%。冬小麦生育期3种处理条件下,土壤呼吸中根系呼吸的贡献率波动在15%～85%,其中冬小麦拔节期农田土壤根系呼吸贡献率最高。【结论】3种耕作方式下农田土壤均表现为大气CO2排放的"汇",但不同耕作方式下农田碳汇强弱不同,表现为免耕>旋耕>翻耕。