论全球生态经济系统的不可持续性——基于农业生态系统承载力视角

运用3种方法预测的作物产量潜力分别为：（1）利用作物历年单产回归拟合后进行趋势外推,得出多数作物的未来产量潜力极限大约将是现在单产的2～3倍;（2）运用＂国际应用系统研究所＂（IIASA）与＂联合国粮农组织＂（FAO）共同开发的＂农业生态区划＂（AEZ）模型计算我国主要粮油作物的区域单产最高潜力,得出水稻、小麦、玉米、马铃薯、油菜和大豆的单产潜力分别是它们2005年全国平均单产的1.2、2.2、2.2、2.9、2.0、1.9倍;（3）运用自然界中植物的最大光能利用率计算世界主要粮油作物单产的光合潜力,得出水稻、小麦、玉米、马铃薯、油菜、大豆产量的最大光合生产潜力大约分别是目前高产地区单产的1.4、2.5、1.2、1.8、1.9、2.2倍。据此：从作物产量潜力极限出发,阐述了农业生态系统的承载力;再从＂封闭＂系统特性出发,论述了全球生态经济系统的不可持续性。人类所能做的是尽力延缓＂终点＂的出现：行动越早,效果越好。     

基于黄潮土长期定位试验的作物产量演变特征分析

为探讨徐淮地区黄潮土长期施肥条件下作物持续高产、稳产的途径,利用始于1980年的肥料长期定位试验,对连续32 a作物产量的演变特征、可持续性以及与土壤有机质含量的相关关系进行分析。结果表明,长期施肥条件下,受气候等因素的影响,作物产量年际间存在波动,不同处理间小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)历年产量由高到低均表现为化肥与有机肥配施(MNPK),施N、P、K肥(NPK),施N、P肥(NP),施有机肥(M),施N肥(N)和不施肥(CK),而甘薯(Ipomoea batatas)产量年际间和处理间的变化差异较大。在小麦和玉米的施肥处理中,N处理产量最低,随施肥年限增加产量下降速度快,可持续性指数分别比CK低0.161和0.063;MNPK处理比NPK和M处理分别增产14.9%和102.3%、11.5%和24.4%,且产量变异系数低,可持续性好。玉米产量的稳定性整体上高于小麦和甘薯。平衡施肥或有机肥与无机肥配施可降低作物产量对基础地力的依赖程度。增施有机肥处理(M和MNPK)土壤有机质含量呈递增趋势,积累速度为0.31~0.37 g·kg-1·a-1,小麦和玉米轮作制下砂壤质黄潮土有机质含量的适宜平衡值约为15.0 g·kg-1。化肥配施有机肥具有培肥土壤和促使作物高产、稳产的效果。     

灰色关联分析在玉米高产施肥技术上的应用

通过施肥因子对玉米产量的分析，研究影响作物产量的各施肥因子的影响程度．通过关联因子和关联序分析，提出一套切实可行的施肥方案．并为今后研究作物施肥提供一条新的行之有效的研究途径和一种新的方法．研究结果表明：在玉米高产施肥中，施肥与产量之间的关联序为：基N＞追N＞总N＞总K＞追K＞基P＞追P＞总P（总N＞总K＞总P），粒N＞苗N＞穗N＞穗K＞粒P＞苗K＞苗P＞穗P＞粒K．这为玉米高产施肥提供了重要的理论依据，并为作物施肥技术研究开辟了一条新路．     

施肥量剧减会造成作物大幅度减产吗？

利用匈牙利Balaton湖流域200多个农场田块1981-2002年的作物产量、施肥量和土壤养分历史资料,分析施肥量和作物产量的关系,探讨施肥量剧减对作物产量的影响.结果表明,该区在经历上世纪80年代末社会经济变革之后,几种作物施肥量剧烈下降,其中氮肥降低了256%,而磷钾肥降低了80%以上;但这种剧烈降低并没有引起作物大幅度减产,小麦产量变化不大,其他作物产量降低幅度不到10%,也远远低于肥料降低幅度;同时,土壤有效磷钾含量也有下降;并且,化肥用量的下降也对Balaton湖水质量改善有一定贡献.该区的经验对我国改变目前这种过量施肥的局面、减少土壤养分过量积累、调整化肥发展方向等均有一定借鉴作用.     

提高玉米秸秆厌氧消化产气能力的预处理技术研究进展

我国农作物秸秆年产量居世界之首,其中玉米秸秆分布最广,产量最高。厌氧消化产沼气是利用作物秸秆的有效手段,但玉米秸秆自身木质纤维素紧密的结构会导致产气周期长以及产气量和生物降解率偏低等问题。因此,需要对玉米秸秆进行预处理以破坏其原有结构,提高玉米秸秆的可生物利用性。综述了目前国内外包括物理法、生物法和化学法等玉米秸秆预处理技术的最新研究进展,并对其进行比较,为玉米秸秆厌氧消化产沼气预处理方式的选择提供参考。     

覆膜和灌水对科尔沁沙地垄沟种植玉米产量和水分利用特征的影响

在半干旱区,有限的水资源影响着灌溉农业的可持续发展,探索作物产量-水分关系是确定作物合理灌溉制度的研究重点。该试验设计11个处理:垄沟全覆膜雨养处理,QF;全生育期分别供水650、500、400 mm(灌溉+降水)的膜下滴灌(垄覆膜)处理,SMD、MMD、LMD;浅埋滴灌(埋于垄面)处理,SDD、MDD、LDD;传统平作漫灌处理,SGG、MGG、LGG;对照为当地平作充分漫灌处理,NM。通过2018年田间试验研究不同覆膜方式结合不同灌溉水平的垄沟种植模式对玉米产量-水分关系的影响,探索有利于提高科尔沁沙地玉米产量和水分利用效率的高效节水模式。结果表明:灌水量(A_i)与玉米耗水量(ET_c)、产量及水分利用效率(WUE)分别呈正线性关系(R~2=0.95—1)、二次曲线和负线性关系。相比NM处理,垄沟种植模式提高了玉米产量和WUE,减少了ET_c和作物系数(k_c)。其中,QF的ET_c(292 mm)极显著低于其他节水模式(P0.01),和NM处理相比,A_i节省了649 mm,产量增加了2.24%,WUE达到最大值6.30 kg·m~(-3),极显著高于其他种植模式(P0.001)。同时,QF处理的玉米净经济效益(NP)高达20 874.69 yuan·hm~(-2),投入产出比达到2.01。DD处理的玉米产量和投入产出比均最大,但是WUE极显著低于QF处理(P0.001)。综上所述,垄沟全覆膜雨养(垄沟比为50:30,灌溉量为38 mm)为获得高产、高水分利用效率以及高经济效益的最佳节水种植模式,可在科尔沁沙地可以适当推广该种植模式。研究结果可为缓解区域地下水过度利用状况、确定生态农业灌溉制度和科学规划作物种植结构提供理论依据,以期实现区域生态农业可持续发展。     

红壤立体栽培模式中玉米氮、磷、钾配方施肥数学模型的研究

采用氟、磷、钾化肥三因素通用旋转组合设计，通过计算机模拟寻优，建立了湘南砂岩红壤玉米－大豆立体栽培模式中玉米施肥量－产量、玉米施肥量－利润数学模型；优选出玉米产量和利润最高的各10套施肥方案；计算出玉米最高产量的施肥量为：尿素750kg／hm2，过磷酸钙1125kg／hm2，氯化钾332kg／hm2，N∶P2O5∶K2O＝1∶0.39∶0.58；计算出玉米最佳经济效益施肥量为：尿素712.8kg／hm2，过磷酸钙1125kg／hm2，氯化钾285.2kg／hm2，N∶P2O5∶K2O＝1∶0.41∶0.52．玉米与大豆的产量间以及两者的利润间均呈极显著正相关．     

有机肥对塌陷复垦土壤玉米产量和磷生物有效性的影响

采煤塌陷土地复垦是补充耕地资源的有效途径之一,然而土壤磷有效性低是限制矿区土地复垦和作物生产的重要因子之一.为了解施用有机肥后矿区复垦土壤中磷的有效性变化,基于作物磷素需求的有机肥施肥模式,进行采煤塌陷复垦土壤(山西省孝义市偏城村)田间试验,分析连续两年施用相同磷量(100 kg/hm~2)的鸡粪、猪粪、牛粪和化肥对玉米产量和磷肥利用效率的影响.结果表明:(1)有机肥处理显著提高了玉米的籽粒产量和地上生物量.施肥第一年鸡粪处理增产效果显著高于猪粪和牛粪处理,第二年各施肥处理间差异不显著.玉米产量增加主要是提高了百粒重.(2)各施肥处理0-60 cm土壤剖面有效磷(Olsen-P)含量随土层深度增加呈下降趋势.其中0-20 cm土层有效磷含量鸡粪处理显著高于猪粪和牛粪处理,20-40 cm土层鸡粪和猪粪处理显著高于牛粪处理,40-60 cm土层处理间差异不显著.(3)连续两年施用有机肥及化肥后玉米磷肥利用效率为鸡粪≥猪粪≈牛粪≈化肥.施鸡粪处理磷肥回收率最高,2017年和2018年分别为23.97%和26.99%.鸡粪处理农学磷有效性系数最高(1.47),明显高于猪粪处理(1.00)和牛粪处理(0.89).总之,施用鸡粪显著提高了玉米产量和磷肥利用效率,可作为培肥矿区复垦土壤或与本研究区土壤类型相似的低产农田改良的推荐有机肥.(图4表5参31)     

桂花林下间种人参果高产栽培配套技术研究

为探索桂花和人参果生物学特征及适生环境,在桂花林下间种人参果,研究桂花和人参果的高产栽培配套技术.结果表明在湖南省影响桂花林下间种人参果成活的主要因子是气候条件,温度对桂花、人参果生长发育呈显著相关,种植蜜度直接影响到桂花和人参果的产量.桂花林下间种人参果高产栽培配套技术,需营造适应人参果生长的小气候,桂花和人参果才会生长发育良好,且经济效益显著.     

晋南两熟半干旱区“粮药”（半夏）农田生态抗旱耕作模式效益研究

采用大田试验,设计冬小麦（Triticum aestivum Linn.）在春季起身后套作半夏[Pinellia ternata（Thunb.）Breit.]（小麦/半夏）、冬油菜（Brassica campestris L.）收获后复播半夏[Pinellia ternata（Thunb.）Breit.]（油菜-半夏）和春玉米（Zea mays L.）与半夏[Pinellia ternata（Thunb.）Breit.]间作（玉米＋半夏）3种耕作模式,探讨晋南两熟半干旱区适宜半夏的＂粮药＂耕作模式。结果表明：与油菜-半夏、玉米＋半夏耕作模式相比,小麦/半夏耕作模式经济产量最高,生态效益最好;不同半夏品种中,西河半夏（原产地温度相对最低）产量最高,新绛半夏（原产地温度相对较高）产量最低。表明半夏适宜于从低温地区引种到高温地区栽培,可提高产量。与商洛半夏和新绛半夏相比,西河半夏分别增产19.1%和41.9%;小麦/半夏耕作模式为最佳＂粮药＂耕作模式,其半夏产量与油菜-半夏和玉米＋半夏耕作模式相比,分别增产53.4%和70.8%。     

湘潭镉污染稻田全年粮食作物替代种植模式研究

为明确湘潭中度镉污染稻田全年粮食作物替代种植的可行性和理想替代种植模式,于2016年开展了双季稻、双季玉米、双季高粱等3种种植模式的生育进程、产量构成、产品镉含量与经济效益比较研究.结果表明:(1)3种种植模式下,晚季作物均能在10月下旬成熟,两季作物总产量以双季稻最高,双季高粱次之,双季玉米最低;(2)两季总纯收入双季稻最高(17 285.2元/hm2),双季高粱降低2.4%,双季玉米降低44.6%;(3)早、晚稻糙米镉含量远超国家标准,而玉米籽粒镉含量仅0.10 mg/kg左右,高粱籽粒镉含量在0.25 mg/kg~0.45 mg/kg之间,低于国家饲料镉含量标准.综合来看,双季高粱(旱季+再生季)虽经济效益较双季稻略有下降,但其产品安全,且具有省工节本优势,是中度镉污染稻田的理想替代种植模式.     

我国近地层O3污染及其风险评估研究进展

近地层O_3污染及其对作物生长和产量的影响已经引起人们的广泛关注.本文简要回顾了我国地表O_3污染水平,重点介绍了O_3对作物影响的评估指标和模型的发展及其在风险评估中的应用,深入综述了有关评估O_3污染造成作物产量损失方面的工作.此外,对我国未来该领域的研究工作进行了展望,指出今后需要更加有力的控制O_3前体物,尤其是VOC的排放.为了准确地评估O_3的农业风险,未来还需要在郊区布置一些监测站点,同时在我国主要作物种植区建立当地的O_3浓度/通量响应关系模型.另外,今后还需加强基于气孔O_3通量指标进行区域尺度O_3风险评估的研究工作.     

施用烟嘧磺隆对不同生育期玉米生长、产量和营养品质的影响

玉米是中国第一大作物,在中国粮食安全和粮食经济中占有重要地位。除草剂烟嘧磺隆在保证玉米稳产和高产上发挥着重要作用,但因农民不正确或超量施用烟嘧磺隆,导致玉米除草剂药害问题与日俱增,引起玉米大量减产甚至绝产。通过在玉米不同生长发育时期施用不同剂量烟嘧磺隆,分析烟嘧磺隆对玉米药害发生程度、生长、产量、营养品质的影响,探讨在玉米生产中应如何正确施用烟嘧磺隆,以期为玉米的安全生产提供参考。本试验选择玉米不同生育期(2-4叶期、4-6叶期和6-8叶期)分别施用不同剂量除草剂烟嘧磺隆(5个剂量),系统研究了烟嘧磺隆对玉米生长、产量和营养品质的影响。研究结果表明,在玉米不同生育期施用烟嘧磺隆对玉米植株生长发育、产量和营养品质都有一定的影响,2-4叶期处理,不同剂量处理对植株株高和产量没有显著影响,但4-6叶期和6-8叶期处理,不同剂量处理对植株株高和叶片长宽都产生了显著的影响,超正常剂量显著降低植株的株高和叶片的长宽。不同施药时期和施药量对玉米产量没有显著影响,但高剂量和晚期处理可造成玉米明显减产,减产率达到15%以上;同时对玉米的品质也有一定影响,高剂量处理降低玉米蛋白质的含量。因此,采用除草剂烟嘧磺隆防除玉米田杂草时,最好在4叶期施用且不要超量(3 000mL·hm~(-2)),才能保证玉米的产量和营养品质。     

稀土肥料在农业可持续发展中的应用

阐述了农作物施用稀土肥料的效果和作用机理，提出了农业生产中合理使用稀土肥料应注意的问题，强调指出，只有在加强农田施肥和栽培管理的基础上配以高产栽培技术，按照不同农作物的生长规律和丰产规律适时适量地施用稀土肥料，才能有效地发挥稀土肥料的作用，达到以提高作物产量、改善作物品质、增强作物抗逆能力的效果。     

水稻与水合欢间作对作物群体产量、氮素吸收及土壤氮素的影响

豆科与禾本科作物间作有利于提高氮素利用率及作物群体产量。旱地条件下豆科与禾本科作物间作产量优势的研究已多见报道,但水田环境下水稻(Oryza sativa)与豆科水生作物间作模式的研究报道甚少。在华南地区水田条件下分别构建了2015年晚稻和2015年早稻水稻与水合欢(Neptunia olerace)间作模式,并探讨该模式对产量和稻田土壤氮素的影响。试验设常规施氮水稻单作(N 180 kg·hm~(-2),CK)、低氮水稻单作(N 140 kg·hm~(-2),LRM)、水稻-水合欢间作(N140 kg·hm~(-2),LRN)和水合欢单作(N 140 kg·hm~(-2),NOM)4种处理,测定不同种植模式下的作物产量、吸氮量、土地当量比及稻田土壤全氮含量的变化。结果表明,间作栽培模式下的水稻茎蘖数、叶面积指数和地上部生物量均显著高于CK和LRM,其中与水合欢相邻的边行水稻茎蘖数、叶面积、地上部生物量和产量均显著高于内行。水稻实地面积产量表现为LRNCKLRM,LRN处理下水合欢实地面积产量低于NOM。2014年晚稻和2015年早稻,以LRN、NOM和CK计算的土地当量比分别为1.01和1.20,以LRN、NOM和LRM计算的土地当量比分别为1.12和1.25,表明间作模式下作物整体产量明显提高。LRN处理下水稻群体总吸氮量显著低于CK和LRM,经过两季种植后,LRN处理下土壤全氮含量分别比CK和LRM提高了0.21%和1.69%。在水田环境中,水稻与水合欢间作在低氮投入下能维持较高的土地当量比,且提高了作物群体产量和土壤全氮。     

生物复混肥后茬土壤的生物效应

为了进一步研究生物复混肥后茬土壤的生物效应 (主要是土壤微生物学特性和作物生长性状),在对香蕉 (Musa paradisica ) 枯萎病防治作用研究结束后,让其盆栽土壤闲置了半年, 然后再分别对其各试验处理的土壤施等量的尿素 (N 0.2 g﹒kg-1土壤), 进行种植玉米(Zea mays L)试验研究.研究结果表明: 生物复混处理的对后茬作物玉米生长呈显著的促进作用,并对土壤微生物的生物学特性产生不同程度的影响.生物复混肥的后茬土壤能显著提高玉米的生物产量和玉米苞棒重,比对照增加66.11%～73.40% 的生物重量和96.96%～128.96% 的苞棒重,比有机肥增加16.45%～21.56% 的生物重量和44.21%～67.63% 的苞棒重; 比生物有机肥增加9.49% 14.30% 的生物重量和7.51%～24.98% 的苞棒重.与对照相比,具有使土壤细菌、耐高温细菌、放线菌、三大微生物总数增加和使真菌下降的趋势;与其它施肥处理的相比则显著增加耐高温细菌数.比对照显著增加土壤微生物量碳和氮,能增加土壤诱导呼吸以及基础呼吸 诱导呼吸,降低呼吸商.     

环境暑焦点

由于气候的变化,一些重要地区的世界最重要的大宗生产的粮食作物可能会减产三分之一.在最近在摩洛哥马拉喀什举行的一轮气候变化商谈中,KlausTopfer（联合国环境署执行主任）强调了近来有关全球变暖对农业的影响的研究的重要性. 全球人口增长固然使增加产量变得空前紧迫,而国际大米研究协会（IRRI）的研究者们引用证据说明与温室气体排放有关的气温升高会削弱作物开花和结籽的能力.在热带地区气温每升高1℃,大米、玉米和小麦等粮食作物的产量就会下降10％.政府间气候变化专家小组（IPPC）估计到2001年全球热带地区的平均气温将升高3℃.IRRI的科学家们说他们的初步概算显示到2050年热带地区的产量将减少30％.     

施肥对华北高产区土壤NO-3-N淋失与作物NO-3-N含量及产量的影响

利用4a的平衡施肥定位试验，研究太行山山前平原高产区冬小麦、夏玉米轮作制度下施肥对潮褐土中硝态氮的分布、移动、积累、植株吸收以及作物产量的影响。结果表明，土壤剖面中硝态氮含量与施肥量直接相关，过量施用氮肥使硝态氮在土壤中大量积累并向下层快速移动；氮磷对作物的养分供应存在着既相互促进又相互竞争的关系，施用适量磷肥可以促进小麦、玉米对氮素的吸收，提高作物产量，减少氮素在土壤中积累和淋失，但施磷量太高，由于氮磷之间的竞争作用，作物吸氮量反而下降，从而导致土壤中硝态氮的积累和淋失加剧，施用钾肥抑制了土壤硝态氮积累，促进了两季作物植株对氮素的吸收，从减少土壤硝态氮积累和淋失的角度，提出该区合理的施肥配比为组合N2P2K2，即ρA(N)=200kg hm^-2，ρA(P)=32．5kg hm^-2，ρA(K)=150kg hm^-2。图6参13。     

间作栽培对连作马铃薯根际土壤微生物区系的影响

为探究不同间作栽培模式缓解马铃薯（Solanum tuberosum）连作障碍的可行性及作用机制,以马铃薯单作为对照,研究马铃薯间作玉米（Zea mays）、蚕豆（Vicia faba）和荞麦（Fagopyrum esculentum）3种模式对连作马铃薯根际土壤养分含量及微生物区系的影响.结果表明,间作种植模式下马铃薯根际土壤全氮、全磷、速效磷和速效钾含量显著低于马铃薯单作,根际土壤速效磷降幅最大,达45％以上,土壤pH值明显下降.间作栽培模式改变了马铃薯根际土壤微生物群落结构,降低了根际土壤真菌的数量;间作栽培模式对马铃薯根际土壤微生物群落的碳源利用能力也有明显影响,其中马铃薯间作蚕豆和间作玉米处理马铃薯根际土壤微生物培养120 h的平均颜色变化率分别比对照高13.39％和4.30％.马铃薯根际土壤微生物群落总体上对碳水化合物利用率较高,对芳香化合物的利用率较低.间作蚕豆明显促进了马铃薯根际土壤微生物群落的碳源代谢强度,而且能维持较稳定的产量,因而可能是一种有利于改善马铃薯连作栽培根际微生态环境、缓解连作障碍的栽培模式.     

玉米/花生间作条件下土壤环境因子的相关性和主成分分析

玉米/花生间作具有明显的间作优势,对作物生长和产量均有促进作用。为了阐明玉米/花生间作效应机制,测定了玉米/花生间作根际土壤养分含量、酶活性和微生物数量的变化规律,并对这些环境因子进行相关性和主成分分析。结果表明,与单作玉米和单作花生相比,玉米/花生间作显著提高了根际土壤的全氮、有效氮、有效磷含量以及脲酶和酸性磷酸酶活性,促进了间作玉米根际土壤细菌和微生物总数量显著增加。相关分析表明,有效磷含量与脲酶和酸性磷酸酶活性呈极显著正相关(P<0.01),脲酶活性和酸性磷酸酶活性显著正相关(P<0.05),真菌和放线菌数量显著正相关(P<0.05)。总钾含量和p H值、蔗糖酶活性呈显著负相关(P<0.05),蛋白酶和过氧化氢酶呈极显著负相关(P<0.01)。主成分分析获得3个主成分,解析贡献率分别为48.981%,43.617%和7.402%。第一主成分主要是放线菌、真菌、有效磷等组成,第二主成分主要为有机质和p H,第三主成分主要是总氮和细菌。经标准化后计算栽培措施得分显示:间作花生得分最高1.937,其次是间作玉米1.008,两者均显著高于单作玉米和单作花生。该研究表明玉米/花生间作系统的生态环境优于单作系统,机制解析为玉米/花生间作可明显促进土壤有效氮磷含量、脲酶和酸性磷酸酶活性及微生物数量的增加,进而改善土壤微生态环境。