浙江省农地规模化的空间潜力与减氮增效研究

我国农业以小农经营为主,为解决浙江省细碎化经营带来的收益和资源利用效率低、面源污染严重等问题,本研究通过分析浙江耕地分布格局,量化浙江农地规模化潜力和空间优化路径,结合农田氮平衡和成本收益分析,评估农地规模化对浙江农业生产和环境效应的影响。结果表明:浙江耕地平均田块面积为0.4 hm^(2),面积低于0.6 hm^(2)的耕地占70%。通过土地整理,73%的耕地连片面积在16 hm^(2)以上。耕地连片规模化经营可以使氮肥投入减少53%,促进氮素利用效率从38%增加至56%。农业劳动力需求从每公顷4人减少至1人,农业投入成本降低77%,劳动力农业年均收入可提高9 457元。浙江省推动实施农地规模化具备良好的资源条件,在全省范围内推行有助于发挥农业生产提质增效和环境资源保护作用。政府应当加强政策引导、加大财政支持、推动农业转型,以农地规模化提升浙江农业可持续发展潜力。

硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土壤的改良效果

为了明确新型土壤调理剂——硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土的改良效果,通过连续3 a的田间小区试验,研究硅钙钾镁肥不同用量与化肥配施对水稻产量及土壤养分含量的影响。结果表明,与习惯施肥相比,施用硅钙钾镁肥水稻增产明显,以施用硅钙钾镁肥1 500 kg·hm^(-2)增产效果较好。在土壤改良方面,施用硅钙钾镁肥可以提高土壤p H值,降低土壤交换性氢和交换性铝含量,提高土壤有效硅和盐基离子含量。

浙江省温岭市土壤pH及氮磷钾养分时空动态变化特征

采用数理统计和反距离权重空间插值分析方法,分别对浙江省温岭市2006年和2017年间隔11年的土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾含量数据进行时空动态变化趋势分析。结果表明:土壤呈现一定的酸化趋势,pH下降达5.40%;土壤有机质和氮磷钾养分总体上呈现增加趋势,其中土壤有效磷含量增幅最为明显,增幅高达50.34%;其次是土壤速效钾,增幅达到26.23%;同时,土壤有机质和全氮含量也有一定程度的增加,增幅分别为13.97%和10.76%。空间分析结果表明,土壤pH总体上呈现西降东升的趋势,土壤全氮含量总体上呈现北减南增现象,土壤有效磷和速效钾含量总体上都显著增加。因此,在后续全市域土壤培肥过程中,需依据土壤p H及氮磷钾养分丰缺情况,并结合所种作物的需肥规律,进行合理平衡施肥,实现全市耕地土壤质量的全面提升和土壤的可持续发展。

土壤有机氯污染风险与调控:基于多过程耦合的视角

传统和新兴有机氯污染物(Organochlorine pollutants,OCPs)在环境中易形成持久性污染源,可对人类健康和生态环境造成巨大影响。已有大量研究证实,厌氧条件下由土壤微生物胞外呼吸电子传递介导的生源要素循环对OCPs的生物地球化学过程具有重要影响,将进一步调控土壤健康演变方向。从多过程耦合角度厘清残留OCPs的潜在土壤健康风险,在全球“一体化健康”的需求下显得尤为必要。有鉴于此,本文先简明扼要梳理近42年关于土壤中残留OCPs的研究进展与现况,明确热点领域与学术前沿;再从微生物介导的土壤氧化还原多过程耦合角度,梳理OCPs还原脱氯与土壤中关键元素生物化学循环过程之间的潜在关系,深入认识OCPs残留土壤的地下生态环境与健康风险;最后对我国土壤OCPs污染调控的未来研究方向提出建议和展望,为实现OCPs残留土壤的污染治理提供研究思路,以支撑完善土壤健康理论。

长期化肥与不同有机物料配施对土壤微生物生态化学计量特征和群落结构的影响

【目的】研究长期化肥与不同有机物料配施对黄泥田土壤养分含量、土壤微生物生物量化学计量特征以及土壤微生物群落结构的影响,探讨微生物群落结构对养分变化的响应特征及其与微生物生物量化学计量变化的关系。【方法】田间试验开始于2011年,种植制度为单季稻。选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施紫云英(NPKGM)、化肥配施牛粪(NPKCM)和化肥配施水稻秸秆(NPKRS)5个处理。2022年水稻收获后采样,测定土壤有机质(SOM)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)及全氮(TN)、全磷(TP)和有效磷(AP)、无机氮(IN)含量以及微生物生物量碳、氮、磷含量,并计算化学计量比;利用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,分析微生物群落结构并计算相应指标。【结果】与NPK处理相比,化肥与紫云英、牛粪、水稻秸秆配施均能提高土壤有机质和养分含量,其中与牛粪配施的提升效果最好,SOM、TN、AP含量分别提高了40.7%、41.6%、108.6%。与CK相比,化肥与不同有机物料配施均显著提高了土壤MBC/MBN,降低了MBC/MBP和MBN/MBP,以配施牛粪处理的MBC/MBP最低。与NPK处理相比,化肥与不同有机物料配施均增加了土壤细菌、真菌、放线菌和总微生物生物量,降低了真菌/细菌(F/B)和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G^(+)/G^(−))。冗余分析表明,土壤TN(P<0.05)是影响土壤微生物群落的最为关键环境因子,其次是土壤TP(P<0.05)。线性回归分析表明,MBC/MBN与DOC/(DON+IN)呈显著负相关,MBC/MBP与DOC/AP、MBN/MBP与(DON+IN)/AP均呈显著正相关。相关性分析表明,微生物生物量化学计量比的变化可能与F/B、G^(+)/G^(−)的值的变化密切相关,说明真菌与细菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌等优势种群发生变化,可以在一定程度上引起微生物生物量化学计量比的变化。【结论】化肥与紫云英、牛粪、秸秆等有机物料配施,不仅可有效提高黄泥田土壤有机质和养分含量,还可改变土壤微生物生物量化学计量特征和微生物群落,其中与低化学计量比的牛粪配施效果最好。F/B、G^(+)/G^(−)的值与土壤微生物生物量化学计量比有相关关系,这种群落结构的重塑可能是黄泥田中土壤微生物响应底物化学计量比变化的有效策略。

长期覆膜旱作和施用包膜尿素对水稻产量、氮肥利用率及土壤养分的影响

水稻覆膜旱作栽培(non-flooding plastic film mulching cultivation,PM)是以地膜覆盖为核心来实现水稻节水生产的综合集成创新技术。然而,在覆盖地膜后,氮肥只能在移栽前作为基肥一次性施用,导致水稻前期营养生长过盛和生育后期潜在缺氮,从而限制了水稻高产。聚合物包膜尿素(polymer coated urea,CR)是一种控释氮肥,在传统淹水栽培(traditional flooding cultivation,TF)模式下已成为提高作物产量和氮肥利用率的最佳管理措施之一,但尚未在PM模式下进行长期定位试验评估。本研究以高产中熟籼型杂交稻‘两优培九’为供试水稻品种,比较在PM和TF 2种栽培模式下施用CR和普通尿素(urea,UR)对水稻产量、氮肥利用率及土壤养分含量的影响。结果表明:与UR相比,在TF和PM模式下施用CR使水稻氮肥利用率分别提高9.2%和15.4%(P<0.05),使水稻产量分别提高8.6%和15.0%(P<0.05)。与TF模式相比,PM模式加速了土壤有机质的分解,降低了土壤全氮、碱解氮含量。与施用UR相比,在PM模式下施用CR能缓解土壤全氮、碱解氮含量的下降,并使经济效益提高16.8%。综上所述,施用CR是解决在PM模式下水稻生育后期缺氮问题的有效途径。

1991—2022年全球土壤重金属污染评价研究热点及演变

为了解近30年国内外土壤重金属污染评价领域的研究状况,利用VOSviewer、CiteSpace及HistCite等文献计量工具对Web of Science核心合集数据库中该领域研究结果进行知识图谱分析。结果表明:中国是土壤重金属污染评价研究领域的主要发文国家,该领域研究重点关注健康风险评价、生态风险评价、污染物空间分布、源解析等;常用评价方法为地积累指数、污染指数、基于地理信息系统(GIS)的地统计学评价。其中,地积累指数与污染指数的评价结果受背景值准确性影响较大,基于GIS的地统计学评价方法受限于变量相关性;评价指标呈现从土壤中重金属含量向生物有效性发展的趋势,不同形态重金属的毒性等相关研究仍呈上升趋势;土壤铅、镉的污染评价相关研究最多,近些年对于砷、锌与铜等的污染评价逐渐受到更多关注;源识别、空间分析、生态风险仍将是近期内研究热点。

新形势下大豆产地土壤环境保护与功能提升的研发建议

大豆在我国农业和人体膳食结构中具有重要的不可替代性。本文系统梳理了影响大豆高产创建和品质安全的土壤环境与微生态障碍相关研究进展。文献计量结果表明,近20年国际研究热点主要聚焦于除草剂的土-水界面吸附与迁移过程、重金属污染的食物链安全风险、大豆生长与污染毒理、地下病害防治等方面,更多关注大豆抵抗污染胁迫和病害的逆境适应性生理调节机制,缺少对影响大豆生长和引起大豆减产的地下土壤过程的研究,中国对大豆产区的地下土壤环境过程与微生态效应的关注也较少。在国家粮食安全战略调整及农业供给侧结构性改革新形势下,围绕大豆产业研究的后续工作迫切需要有机结合粮食丰产增效和污染耕地安全利用攻坚战,注重从只聚焦土壤肥力、优化育种及栽培生理、追求大豆产量,向同时关注土壤安全与微生态健康、保障大豆质量安全、支撑大豆产业高质量绿色发展进行转变,开展协同大豆产地土壤健康与污染防控的高产创建系统研究,更加凸显产地土壤环境保护与功能提升在大豆绿色生产和高质量发展中的作用。

基于面向资源架构的土地资源管理WebGIS的设计与实现

结合具有表述性状态转移(REST)风格的Web Service与开放地理信息联盟(OGC)开放标准规范,提出一种面向资源的WebGIS架构及其设计方法.在该架构中,为实现信息共享和功能互操作,采用OGC规范作为服务接口标准,服务采用REST风格加以实现,并以资源的形式对外公开.所有的资源共享统一的界面,在服务器与客户端之间进行状态的传输.为验证该架构,构建了一个基于网络的土地资源管理原型系统,该系统可在多元异构的网络环境下进行信息发布和信息获取,并实现查询、变更等土地利用管理常用功能.

干湿变化调控稻田土壤活性细菌群落与潜在功能

大量研究发现干湿变化显著影响土壤微生物群落和温室气体排放。然而,土壤干湿变化下活性微生物和温室气体排放的瞬时动态变化仍不清楚。因此,本实验首先观察稻田土壤在干旱、湿润和干湿变化三种情况下细菌群落和温室气体排放的动态变化,然后运用基于18O的稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP)和高通量测序探讨干湿变化下土壤活性细菌群落的多样性、构建与潜在功能。相比于干旱和湿润处理,干湿变化显著促进二氧化碳的排放和含有更高相对丰度的放线菌门和浮霉菌门。干湿变化下变形菌门、放线菌门和浮霉菌门的相对丰度均随着培养时间呈现显著增长。而DNA-SIP试验结果表明干湿变化处理活性细菌的alpha多样性随着培养时间显著降低,变形菌门和放线菌门细菌是最主要的活性细菌,其中变形菌门中黏球菌目的相对丰度随培养时间呈显著增加。活性细菌的群落构建由确定性所主导,且随着培养进行,确定性的主导作用进一步加强。活性细菌的功能预测进一步发现碳水化合物代谢潜能随培养时间显著降低。综上,干湿变化处理显著改变土壤细菌群落,并促进稻田土壤二氧化碳排放,干湿变化处理的活性细菌由变形菌门和放线菌门细菌主导,活性细菌的群落构建由确定性过程主导。

土壤可溶性有机硫的微生物分解与植物利用机制

硫(S)是植物生长必需的营养元素,但是近年来植物的潜在缺硫现象在全球范围内普遍发生。可溶性有机硫(DOS)作为土壤硫的一种重要形态,可被微生物快速分解为硫酸盐而被植物吸收,因此,明确土壤DOS含量、组成、微生物分解机制和植物利用过程有利于解决潜在缺硫问题。本文综述了土壤DOS[可溶性蛋白质、含硫氨基酸蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)]的微生物分解过程及植物吸收利用机制。可溶性蛋白质可以在数天内分解成无机硫(SO42-),而含硫氨基酸可以在数分钟到数小时内被分解。微生物吸收含硫氨基酸后的几分钟到几小时内,可将含硫氨基酸中的碳、氮和硫分别以CO^(2)、NH^(4+)和SO_(4)^(2-)的形式释放到微生物体外,释放的无机硫会被微生物再次利用以满足其生长发育。微生物能迅速利用DOS(Met、Cys),当其被微生物同化时,其原始分子结构决定了其转化成的生物大分子,从而影响DOS与SO_(4)^(2-)之间的转化速率。Cys的硫醇基(H-S-C)易被氧化,因此微生物吸收利用Cys后SO_(4)^(2-)释放量高于Met。小麦和油菜对Met和Cys的摄取量随着其供应量的增加而增加,田间条件下小麦和油菜可吸收0.63%~2.2%的外源Cys和0.4%~2.1%的外源Met。Met和Cys在植物氮营养中的作用有限,但它们在植物硫营养中的作用非常重要,约占植物硫吸收总量的10%。土壤DOS可被微生物快速分解,产生的SO_(4)^(2-)可被植物快速吸收利用。即使存在土壤微生物的激烈竞争,植物也能够吸收完整的分子态有机硫(Met和Cys),DOS是植物生长的重要硫源,其吸收主要发生在富含有机质的土壤中。

叶面喷施氨基酸和钾肥对安吉白茶产量与品质的影响

早春冷害是影响春茶生产的主要危害因子之一,通过叶面施肥提高茶树的耐寒性和早期鲜叶产量具有广泛的实际意义。本文通过田间试验研究了叶面喷施氨基酸(AA1、AA2)、钾元素(K1、K2)和两者的混合液(AA-K1、AA-K2)对安吉白茶产量和品质的影响。结果表明,与喷施清水(CK处理)相比,叶面喷施氨基酸与钾元素混合液(AA-K1和AA-K2处理)显著提高了安吉白茶早期鲜叶产量和总产量(P<0.05)。对叶绿体超微结构观察发现,AA-K1处理的叶片在复绿期淀粉粒明显增大。K1、K2处理能明显增加安吉白茶白化前期和复绿期叶片总叶绿素含量,K2处理能明显增加安吉白茶白化前期、白化期、复绿期叶片类胡萝卜素含量。K2、AA-K1处理的可溶性糖含量差异不显著,但均显著高于其他处理(P<0.05)。与CK处理相比,氨基酸与钾元素混合液(AA-K1和AA-K2处理)能提高幼叶氨基酸总量,儿茶素含量也显著提高,但咖啡碱含量差异不显著。综上所述,叶面喷施氨基酸与钾元素混合液(AA-K1和AA-K2处理)提高了安吉白茶早期鲜叶产量且改善幼叶品质的效果明显,对含氨基酸大量元素水溶肥料的研制具有实际参考价值。

我国农田有机和生物污染研究工作展望:基于“农田有毒有害化学/生物污染与防控机制研究”国家重点研发计划项目工作的思考

农田生态健康问题关乎国计民生,开展农田污染的驱动机制及防控修复研究,获得针对中国农田的第一手资料,是保障国家农产品安全与人体健康的重大需求。本文将基于国家重点研发计划项目"农田有毒有害化学生物污染与防控机制研究"的工作进展,谈一些后续研究中需要重点关注的研究工作思考,以为我国十四五期间的重点科技规划提供科学支撑。

养分综合管理模式对葡萄产量及土壤养分含量的影响

为了研究生物有机肥和葡萄专用水溶肥在葡萄上的施用效果,连续2 a(2020年和2021年)采用小区试验,以常规施肥为对照(FP处理),分别设置了施用生物有机肥(SR处理)和施用生物有机肥+专用水溶肥(ISSM处理),研究其对葡萄产量和土壤养分含量的影响。结果表明,连续2 a试验ISSM处理产量均显著高于其他处理(P<0.05),分别为11985和10939 kg·hm^(-2),与FP比,ISSM处理增产效果最明显,增幅分别为2550和2528 kg·hm^(-2),增产率达到了27.03%和30.05%。在葡萄园地土壤养分含量方面,ISSM处理对提高土壤pH值、有效磷含量、速效钾含量、交换性钙镁含量效果显著,但对提高土壤全氮含量和有机质含量效果不明显。在土壤养分含量与葡萄产量相关性方面,2 a的葡萄产量与土壤速效钾含量和交换性钙含量存在显著或极显著差异。综合分析,生物有机肥配施专用水溶肥(ISSM处理)效果最佳。

有机肥部分替代化学氮肥的安全施用比例及环境容量研究--以典型土壤生菜种植为例

通过对浙江省9种不同典型土壤进行生菜种植盆栽试验,并联合多元线性回归和土壤环境静态容量模型,研究不同有机肥替代化学氮肥比例对土壤环境质量、农产品产量及质量和土壤环境容量变化的影响。结果表明:有机肥部分替代化学氮肥施用增加了土壤全氮和有机质的含量(除黄松土外),且显著增加了生菜产量。不同施肥处理下不同土壤类型及其生菜地上部重金属累积差异明显,有机肥施用显著增加了小粉土、培泥砂土和黄斑田的镉(Cd)含量。施加有机肥后,在黄斑田、小粉土和培泥砂土上种植的生菜地上部Cd、铬(Cr)、砷(As)和铅(Pb)含量显著上升,但黄红壤中的显著下降。在培泥砂土和小粉土上种植生菜的有机肥部分替代化学氮肥的安全施用推荐比例均为10%,青紫泥田和黄红壤均为20%,黄斑田和黄松土均为30%,淡涂粘田为40%。随着有机肥替代施用年限的增长,土壤重金属环境容量逐渐降低,因此,严格管控有机肥的施用量及施用年限有助于保障土壤环境质量和农产品的安全。

土壤氨基酸生物有效性及其环境调控研究进展

土壤中种类繁多的小分子和大分子有机氮,是土壤氮素的重要组成成分。大多数植物可以直接吸收氨基酸乃至多肽和蛋白质,不是完全需要经过传统理论认知的微生物分解为无机氮的过程。植物根系具有吸收、转运和代谢外源吸收的有机氮的能力。土壤微生物是植物根系有机氮的主要竞争者,不同土壤中,参与竞争的微生物组成存在较大差异。环境对植物根系吸收和后续代谢有机氮都具有重要的调控作用。未来应着重于精准定量化分析土壤有机氮组成及含量,确定土壤有机氮对植物生长的长期效应,探索环境变化尤其是复杂环境变化对植物吸收利用有机氮的影响及其关键步骤,进一步确定土壤有机氮对植物氮营养的贡献。

基于数据同化的土壤水力参数反演方法:研究进展与展望

土壤水力参数及其非均质性刻画关乎到诸多土壤与地下水等领域的量化模拟研究问题。受限于时间和采样成本,传统的直接测定方法并不能很好地解决这个问题。随着物联网技术的发展,与土壤水运动有关的一些状态表征量(如含水量和水头)已经能够通过传感器实时获得。如何充分融合这些观测数据信息,反演出土壤水力参数是当前的一个研究热点。数据同化方法能够通过融合观测数据与模型预测值信息,实现对模型参数的反演估计。本文系统分析了土壤水力参数不确定性的来源及测定方法,阐述了常用数据同化方法的基础理论及其在土壤水力参数反演方面的应用,并从计算效率和反演精度两方面着重论述了数据同化方法的最新前沿进展,最后探讨了数据同化方法未来的发展方向。研究表明:数据同化方法能够突破传统测定方法的限制,用于土壤水力参数及其非均质性刻画。尽管如此,由于土壤非饱和流模型的强非线性以及原位观测数据的相对稀缺性等问题的存在,当前数据同化方法的计算效率和反演精度还有待进一步提升。未来可从发展监督式降维方法、多源多尺度数据融合以及耦合物理机制的机器学习等方面深化土壤水力参数反演方法研究,这有利于农业土水管理、污染防治和修复等工作的合理开展。

西苕溪流域菜地土壤肥力状况与磷素流失风险

菜地土壤集约化利用程度高,容易出现养分不平衡和过量积累等问题,严重影响蔬菜产业的可持续发展。本文基于西苕溪流域露地和设施栽培模式下菜地土壤肥力状况和主要障碍因子分析,探究了菜地土壤磷素流失风险阈值。结果表明:露地菜地土壤pH值显著低于设施菜地(P<0.05);设施菜地土壤全钾、速效钾、有效磷、水溶性磷含量和水溶性盐总量、电导率显著高于露地菜地(P<0.05)。2种栽培模式下95.8%菜地土壤处于Ⅱ级肥力水平。土壤水溶性磷与Mehlich 3-P的关系可用分段线性回归方程表征,估算得出露地和设施菜地土壤磷素流失风险阈值分别为102.7、128.7 mg/kg,超过对应阈值的样本数分别占总数的65.0%和83.3%。综上所述,西苕溪流域内露地和设施菜地土壤酸化状况较为严重,磷素潜在流失风险非常高,其中设施菜地土壤次生盐渍化问题更为突出。

红壤坡面土壤团聚体特性与侵蚀泥沙的相关性

借助室内人工模拟降雨试验为研究手段,以强降雨过程中红壤丘陵区坡菜地侵蚀泥沙颗粒组成及土壤团聚体稳定性变化特征与规律为研究目的,分别在不同坡长(2,3,4m)、不同植被覆盖度(0,30%,60%,90%)条件下进行了有效模拟降雨试验共计12场次,每场次降雨试验的产流历时设计为30min,固定雨强为2.0mm/min。试验结果表明:1)侵蚀泥沙中颗粒粒径以<2μm粘粒和2—20μm细粉粒为主。在原土中,粘粒(0—2μm)和细粉粒(2—20μm)含量之和占总量的43.92%,在泥沙中粘粒和细粉粒之和占总量的约57.08%,均出现不同程度的增加;2)在不同处理中,坡面土壤>1mm干筛法团聚体含量明显大于湿筛团聚体(>1mm)的含量,可认为水稳性团聚体的含量更能作为衡量土壤结构的稳定性的指标。>0.25mm团聚体分散度(PAD0.25)和>2mm团聚体分散度(PAD_2)含量均出现增大,而>0.25mm水稳性团聚体含量(WAS_(0.25))减少,植被覆盖度对土壤团聚体稳定性影响明显强于坡长;3)WAS_(0.25)含量是影响侵蚀泥沙的颗粒粒径分布的主要因素,随着坡面土壤中WAS_(0.25)的增加,侵蚀泥沙的平均重量直径逐渐降低。同时,泥沙颗粒平均直径与土壤团聚体平均重量直径(MWD_(团聚体))含量呈极显著负相关,可知坡面大团聚体越稳定,坡面土壤的粗化过程越不易形成。

一种基于分块的遥感影像并行处理机制

高性能计算的基础是集群体系下的大规模并行计算.遥感图像处理效率的提高,依赖于并行计算技术的运用.在分析了已有网格计算环境下分布式任务分配方法的基础上,针对远海遥感影像目标物数量相对较少的特点,从软件角度利用四叉树结构对目标区域进行划分,同时采用动态负载均衡的任务分配策略与并行计算的思想,提出了对影像进行并行处理的集群体系任务分配算法模型,实验表明该集群体系下任务分配模型能有效提高图像并行处理的速度.