四川省主要农业投入品时空变化特征及影响因素

当前资源环境约束日益严峻,农业投入品合理利用事关绿色发展与农业供给侧改革的推进。对四川省5个不同农业区主要农业投入品(化肥、农药、农膜)使用现状进行调查,结合往年统计数据并建立主成分回归模型,分析3大投入品施用强度的影响因素。结果表明:(1)研究区化肥使用总量近60 a间呈递增趋势,其中4个区化肥施用量现状超过发达国家上限标准(225 kg·hm^(-2)),有机肥投入量大小趋势与化肥相反。化肥投入结构失衡,各区总体表现为偏氮少钾。各农业区肥料利用效率有分异,川西北高原区最高(25.72 kg·kg^(-1)),攀西山地区最低(13.14 kg·kg^(-1));(2)1993—2013年间农药施用总量增加了56.96%。成都平原区农药投入量(6.17 kg·hm^(-2))是攀西山地区(2.10 kg·hm^(-2))的3倍。农药投入结构不合理,偏重杀虫剂;(3)1993—2013年间农膜总投入量增长了290%,地膜所占比例较大,可降解地膜只占10%;(4)种植便利度、城镇化率与3大农业投入品强度均呈正相关关系,种植结构与投入品强度均呈负相关关系。市场经济导向下种植结构快速调整,生产周期短、复种指数高的经济类作物大面积播种,化学投入品强度增加,并造成环境风险。针对四川省投入品用量不断上升、区域失衡和结构不合理等问题,提出应继续推广投入品高效环保施用技术;因地制宜优化种植结构,发展循环农业;普及适度经营管理模式,依托农业机械化对农户统一指导管理;实施以新型产品和服务为重点的减量增效补偿试点的措施。

成都市建设用地结构特征研究

应用计量地理模型和分形理论分析建设用地数量及空间结构特征:(1)成都市建设用地结构多样化指数和集中化指数平均值分别为0.453和0.120,组合类型数为2种;(2)成都市各类建设用地区位熵极差值最大为其他建设用地(5.485),最小为城镇建设用地(1.512),全市建设用地总体图斑的分维数为1.229,稳定性指数为0.271。研究表明:建设用地数量结构的多样化程度较高,集中化程度较低,整体功能性有待增强;从主城区向远郊区,多样化和功能性整体呈现不断递增的态势,集中化程度不断递减,建设用地的空间展布趋于离散化,斑块形态趋于复杂不稳定化。

3种有机物料对宅基地复垦土壤易变有机碳的影响

在成都平原宅基地复垦土壤上,以秸秆、菌渣和猪粪3种物料为有机肥料,配施化肥来平衡氮磷钾总用量,分小麦（春）和玉米（夏）两季开展田间试验,研究有机物料对土壤有机碳及易变有机碳的影响。结果表明：（1）3种物料配施化肥处理对复垦土壤TOC含量有提升效果,随土层的加深效果减弱,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为0.15-0.26,0.08-0.20g/kg,提升效果为菌渣〉猪粪〉秸秆。（2）3种物料配施化肥处理对复垦土壤微生物碳（MBC）含量提升效果最好,并随土层的加深效果增强,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为21.42%-54.59%,116.59%-150.12%,提升效果为菌渣〉猪粪〉秸秆。（3）3种物料配施化肥处理对土壤易氧化有机碳（POXC）的提升效果居中,并随土层的加深效果减弱,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为41.51%-51.90%,18.77%-29.68%,提升效果为菌渣=秸秆〉猪粪。（4）3种物料配施化肥处理对土壤可溶性有机碳（DOC）的提升效果最差,并随土层的加深效果增强,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为-1.89%-3.61%,6.77%-17.31%,提升效果为菌渣〉猪粪〉秸秆。（5）5种处理在麦—玉轮作下均能增加宅基地复垦土壤TOC、POXC、MBC及DOC的含量,且3种有机物料处理更加显著,单施化肥（CF）和不施肥（CK）对土壤TOC及易变有机碳组分含量有一定的提升效果。（6）宅基地复垦土壤的POXC、DOC和MBC与TOC均呈显著相关（P〈0.05）;POXC、DOC和MBC与土壤养分在0—20cm比20—40cm土层相关性强。据此,在麦—玉轮作下＂菌渣堆肥还田＂处理对于改良宅基地复垦土壤、提高土壤肥力具有较好的效果。

不同种养废弃物还田对复垦宅基地土壤酶活性和微生物数量的影响

以成都平原复垦宅基地土壤为对象,研究3类种养废弃物（秸秆、猪粪和菌渣）与化肥配施下土壤酶活性、微生物数量的动态变化及其相关性。结果表明：（1）3类＂种养废弃物＋化肥＂配施相比空白（CK）和常规施肥（CF）方式,均能显著提高复垦宅基地土壤微生物数量和土壤酶活性。（2）小麦成熟期,0—20,20—40cm土层土壤微生物总数分别在猪粪还田（MCF）和菌渣还田（FCF）下达到最大值26.89×10~6 cfu/g和17.82×10~6 cfu/g。MCF和FCF处理下3种微生物（细菌、真菌和放线菌）数量都显著高于SCF处理,但MCF和FCF处理之间基本无显著差异。（3）归一化的土壤酶活性值除在0—20cm土层MCF处理达到最高值0.140外,其余均在FCF处理下达到最大。在小麦成熟期,土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性基本呈现出FCF〉SCF〉MCF的规律（除0—20cm土层土壤脲酶）。（4）5种处理下的土壤酶活性、微生物数量、土壤有机碳及全氮之间均表现出显著相关。（5）0—20cm土层种养废弃物配施处理下微生物数量、脲酶及蔗糖酶活性在小麦生育期内呈倒＂U＂型变化趋势,过氧化氢酶活性呈不断上升的趋势;20—40cm土层微生物数量和土壤酶活大致呈递增趋势。（6）综合分析表明,＂菌渣＋化肥＂配施处理（FCF）为成都平原复垦宅基地土壤培肥较适宜方式。

成都平原典型秸秆循环利用模式的生命周期评价

运用生命周期评价理论,对成都平原典型秸秆循环利用模式的环境影响进行评估,探讨了不同农田生产模式的资源消耗与环境影响特征。结果表明:"稻–(菌废料)–麦"模式(FR模式)的温室气体排放总CO2当量为1.44×107 g CO2-eq,为3种模式中最小值,而"稻–(秸秆)–麦"模式(CFS模式)排放量最高;与传统农田生产模式(CF模式)比较,CFS和FR两种秸秆循环利用模式的环境酸化潜力,分别由6.44×104 g SO2-eq降至3.10×104 g SO2-eq和1.21×104 g SO2-eq,分别下降了51.85%和81.21%;CFS和FR模式的水体富营养化潜力相比CF模式,分别降低了24.21%和52.28%。从CF、CFS到FR模式,土壤毒性潜力逐渐下降,但3种模式中土壤重金属的残留比例仍然较高。3种秸秆循环利用模式的农作系统是造成潜在气候变暖、环境酸化、富营养化和土壤毒性的主要环节。由此,"稻–(菌废料)–麦"模式有利于节能减排,缓解全球气候变暖,降低环境影响潜力。

近30年来川中紫色丘陵区土壤碳氮时空演变格局及其驱动因素

基于1981年全国第二次土壤普查数据和2012年555个表层土壤实测数据,探讨近30年来川中紫色丘陵区土壤碳氮时空演变特征及其驱动力。运用方差分析和回归分析对比了地形、成土母质、土壤类型、土地利用方式、植被对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)时空演变的影响。结果表明研究区1981年和2012年表层SOC含量上升110%,TN含量上升27.27%,变异系数均呈下降趋势。近30年来,SOC、TN由于受结构性因素和随机性因素共同影响变为更倾向于受随机性因素的影响,时空演变上大部分区域SOC、TN含量均有增加。近30年来土地利用方式对研究区SOC、TN时空变异的影响增强并成为主导因素,土壤类型的影响下降,地形因子的影响程度大幅下降而植被贡献率上升。全区碳氮含量及碳氮比值上升,碳氮之间的相关系数有所下降。

近30年川中丘陵区不同土地利用方式土壤碳氮磷生态化学计量特征变化

基于1981年第二次土壤普查数据和2012年实地采样数据,分析了紫色丘陵区1981—2012年不同土地利用方式下表层土壤碳氮磷含量及生态化学计量特征变化。结果表明:研究区近30年来土壤碳、氮含量增幅分别为109.98%、27.27%,磷含量基本稳定。1981年土壤C︰N︰P比为7.28︰1︰1,2012年C︰N︰P比为16.41︰1.37︰1。各土地利用方式土壤碳、氮含量均有不同程度提升,尤以林草地、园地提升最为明显;水田、旱地、园地土壤磷含量基本稳定而林草地下降明显;土壤C/N、C/P、N/P均有提升。30年来表层土壤碳储量明显增加,氮储量基本稳定而磷储量有所下降。

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N2O排放产生影响。本研究通过室内培养试验,研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%,m/m)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N2O排放特征的影响。结果表明:①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7%~93.7%和7.5%~40.9%,生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用,在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强,在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比,酸性紫色土N2O累计排放量在1%生物质炭和2%生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%,在5%和10%生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%;石灰性紫色土生物质炭各处理N2O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑,在酸性紫色土中1%、2%生物质炭施用对硝化作用抑制和N2O减排综合效果最好,但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。

川中丘陵-盆周山地过渡带土壤碳氮空间变异特征及其主控因素

以宜宾县为案例区,运用地统计学、方差分析、回归分析等方法,探讨了川中丘陵-盆周山区过渡带有机碳(SOC)和全氮(TN)含量的空间分布特征及其主控因素。结果表明,研究区SOC、TN含量平均值分别为11.23、1.45 g·kg-1,均为中等强度的空间变异性。在空间上均表现为东南部高而中北部地区低的趋势。土壤类型、土壤质地、灌溉水源、土壤侵蚀程度、种植制度均对SOC和TN的空间变异有极显著影响(P<0.01)。其中耕作制度和土壤类型共同主导着该区SOC和TN的空间变异。

气候和土地利用变化对成都市植被NPP时空分布的影响

以2001-2010年MOD17A3数据集的年均NPP数据为基础,分析成都市植被净初级生产力的时空变化及其影响因素,并借助回归分析方法对引起植被NPP变化的影响因素进行量化分析.结果表明:研究区植被净初级生产力年际变化特征明显,年净初级生产力分布在560~699gC/(m2·a)之间,平均值为663gC/(m^2·a),总体来看10年间成都市植被净初级生产力呈波动减少趋势,年际减少为5.04gC/(m^2·a).空间分布上表现为由西南向东北逐渐减少的趋势,不同地形区植被NPP变化程度各异,其中平原区植被NPP下降趋势最为显著,其次为山区,而丘陵区植被NPP呈上升趋势.温度、降水量、耕地面积和建设用地面积对整个成都市植被NPP时空变化的独立解释能力分别为2.3%,16.4%,1.0%,10.5%,即研究区植被NPP受到自然因素和人为因素共同作用,而自然因素对植被NPP时空变化的主控作用总体上大于人为因素.对各地形区而言,山区NPP变化主要受到温度和降水量影响,降水量是主控因素(gk立解释能力为6.6%);平原区NPP变化主要受到降水量、耕地面积和建设用地面积影响,建设用地面积为主控因素(独立解释能力为10.3%);丘陵区NPP变化主要受到温度、降水量、建设用地面积影响,建设用地面积为主控因素(独立解释能力为5.2%).研究结果为区域生态环境的建设,以及合理的城市土地利用规划提供依据.

四川龙溪-虹口常绿阔叶林凋落物与土壤碳、氮、磷化学计量特征分析

以龙溪虹口海拔873～2 211 m的常绿阔叶林为研究对象,通过野外采集和室内分析,探讨了常绿阔叶林土壤与凋落物有机碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征对海拔、土层和森林类型的响应特征。结果表明:①随着海拔的上升,不同土层的土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量均呈现出增加的趋势;土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量与海拔呈极显著正相关关系。②土层厚度与土壤N/P和C/P显著负相关,海拔和森林类型与凋落物C/P显著负相关,森林类型仅与凋落物N/P显著负相关。③研究区内土壤和凋落物C/N高于中国森林系统土壤和凋落物C/N,表明凋落物分解速度较慢,矿化和腐殖化程度较低,土壤硝酸盐淋溶风险较低,养分贮藏能力较好。土壤氮、磷含量与凋落物C/N和C/P显著负相关,说明该地区凋落物分解受土壤氮、磷元素共同的限制。研究结果可为探讨森林土壤养分供应和限制因素以及研究区域内土壤质量评价和森林管护提供科学依据。

平原村落空心化特征分析及类型识别

成都平原村落空心化日趋成为影响区域土地资源可持续利用的重要问题。本研究以社会经济数据、实地调查数据和航拍影像图为基础,从空心化程度、空废宅基地聚集程度和空心化驱动导向三个维度建立村落空心化类型识别体系,对5个典型样本村落进行空间特征分析与驱动导向判定,将其识别为高度离散外援型空心化等5种类型。结果表明,秦家庙村、中平村和先锋村空心化程度高于7.15%,属高度空心化,永和村和永盛村空心化程度低于7.15%,属低度空心化;各村落平均最邻近距离系数均大于1,空废宅基地聚集程度均为离散;秦家庙村与永盛村空心化驱动导向为外援型,永和村与先锋村为内核型,中平村为外援内核型。本研究对于成都平原农村土地综合整治具有现实意义。

川芎对镉、铅及其复合处理的生理响应

选取四川道地产区的川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)为研究材料,采用盆栽控制进行模拟镉(Cd)、铅(Pb)及其复合处理实验,研究重金属在川芎体内的吸收和分配规律,探讨Cd、Pb及其复合处理下川芎的生理响应机制.实验包括4个处理,分别为对照处理(0 mg/kg Cd和0 mg/kg Pb)、镉处理(5 mg/kg Cd)、铅处理(500 mg/kg Pb)及其复合处理(5 mg/kg Cd+500 mg/kg Pb).结果表明,Pb主要富集在根部,而Cd富集在根部与根茎;Pb促进了Cd从地下部向地上部的转移,但抑制了Cd在根茎和叶片中的富集,复合处理显著降低了川芎根茎和地上部分Cd的积累.与对照处理相比,Cd、Pb单一处理抑制了川芎叶片的光合作用,显著降低了净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、叶绿素a(Chla)、叶片瞬时水分利用效率和根系活力,其中Cd处理对植株的胁迫相较于Pb处理负面影响更加显著.与Cd处理相比,复合处理显著提高了植株的实际光化学量子产量(YⅡ)和光化学淬灭(q_P),降低了非光化学淬灭(NPQ),川芎叶片具有更强的光合潜力.在次生代谢产物合成中,Cd处理显著降低根茎中阿魏酸和川芎嗪含量,Pb处理显著降低根茎中藁本内酯含量;相较于Cd单一处理,复合处理显著增加了根茎中阿魏酸的含量.本研究表明川芎受到Pb处理的毒害效应弱于Cd处理;复合处理下,川芎通过提高叶片的光合潜力、水分利用效率和根系活力缓解重金属的毒害;结果可为评价川芎遭受重金属污染风险提供科学依据.(图4表6参32)