生物降解地膜性能及对棉花产量的影响评价研究

地膜残留污染是新疆棉花生产面临的最突出的环境问题,而生物降解地膜是解决地膜残留污染问题的重要手段。采用一种新型生物降解膜,在棉田开展了连续两年的评价试验研究,系统评价了生物降解地膜(BD)的田间降解特性、物理机械性能、增温保墒功效以及对棉花生长发育及产量形成的影响,并结合生物地膜经济效益分析了生物降解膜在棉花生产中的应用前景。结果表明,BD降解性能稳定,于覆膜51-62 d开始降解,基本满足前期棉花生长需求,直至棉花收获BD降解率为78.2%。随着覆膜时间的增长和降解进程的发展,地膜拉伸负荷与断裂伸长率均明显下降。BD保水性能明显低于普通地膜(PE)。整个生育时期内BD日平均温度较PE降低0.46℃,苗期和蕾期BD土壤温度较PE分别降低0.91℃和0.39℃,花铃期和吐絮期BD土壤温度较PE分别提高0.35℃和0.50℃。2015年和2016年BD较PE分别减产237.6 kg·hm~(-2)和181.5kg·hm~(-2),2 a平均减产209.6 kg·hm~(-2),平均减产率为4.86%,因生物降解地膜不断改进,每年产量差异逐渐减小,在忽略普通地膜回收成本的前提下,2 a BD较PE净利润收入减少1 802.49 yuan·hm~(-2),产投比下降0.08。综上,降解地膜要实现大面积的推广和应用,在功能和产品价格上仍需不断改进。     

甘肃省农田地膜污染及防控措施调查

根据甘肃省第一、二次污染源普查结果和78个监测点数据,采用问卷调查与实地调研相结合的方法,分析了甘肃省农田残膜污染现状和防控措施.结果表明,2013年全省地膜使用总量152 025 t,年残留总量44 574 t,地膜污染地区差异明显,从大到小依次为中部黄土高原区、陇东黄土高原区、河西走廊、陇南山区、天水地区和甘南牧区.不同覆膜作物的污染量不同,污染最严重的是玉米.残膜碎片面积越大,残存在田间的数量越小.种植年限1～＜10、10～ ＜20、20～ 30 a的0～30 cm田间地膜残留量分别为27.62、30.78和42.26 kg· hm-2.耕地利用类型不同,残膜量大小则不同,从大到小依次为粮食作物、花卉、蔬菜和经济作物.不同年限、不同种植作物及不同覆膜方式的田间地膜残留系数不同,综合残留系数为4.64 kg·hm-2·a-1.影响地膜残留量的因素主要有残膜碎片大小、地膜厚度、种植模式、农田距村庄距离、土壤质地、地膜重复利用和捡拾方式.2013年甘肃省已建立起了完整的废旧地膜回收体系,有回收企业231家,回收网点2 130个,残膜回收率为70.7％.同时采取了增加地膜厚度、调整种植模式、增施有机肥改变土壤质地、减少地膜重复利用、采用人工加机械捡拾、建立废旧地膜回收体系等农艺农机技术,大幅度减少了地膜残留量,有效防治了农田残膜污染.     

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。     

基于DNDC模型覆膜马铃薯N_2O减排增产的优化施氮量研究

为了探究马铃薯(Solanum tuberosum)田苗期不覆膜和苗期覆膜处理下土壤N_2O减排和增产兼顾的最优施氮量,并验证DNDC模型对于马铃薯田土壤N_2O排放和产量预测的适用性,以沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮肥(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4种施氮水平,每种氮肥水平包括苗期不覆膜与苗期覆膜两种处理,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型进一步探究马铃薯田减排增产最优施氮量,结果对于促进马铃薯田温室气体减排和增产协调兼顾的旱地农业可持续发展具有积极意义。结果表明,DNDC模型可以准确地模拟马铃薯田不覆膜处理下不同施氮水平N_2O排放状况,模型效率指数在0.72~0.94之间;在覆膜处理中,低、中、高施氮量模型效率指数较苗期不覆膜处理分别下降0.21、0.52和0.50,不施氮肥处理下,模型效率指数为负值,模型不能模拟N_2O排放;DNDC模型对于各处理下马铃薯产量均有较准确的模拟效果。DNDC模型进一步表明,不覆膜状态下马铃薯田增产兼顾减排的施氮量为90~105 kg·hm~(-2);减排兼顾增产的施氮量为75~90 kg·hm~(-2)。由于DNDC模型对于覆膜处理下马铃薯田N_2O排放模拟效果不佳,通过大田实验数据分析得出:苗期覆膜可以有效增产和减少土壤N_2O排放,综合马铃薯产量和土壤N_2O减排的环保施氮量可在75 kg·hm~(-2)的基础上有所增加,但需低于150 kg·hm~(-2)。     

河套灌区葵花农田生物地膜覆盖下土壤水-热-氮-盐分布特征

探明河套盐渍化地区生物降解地膜覆盖下土壤水热氮盐的分布规律以及生育期的降解特征,明确生物地膜覆盖下盐渍化地区节水控盐机理,为提高作物产量、水氮利用效率提供理论依据。在内蒙古河套干旱盐渍化地区设置普通塑料地膜覆盖(PM)、生物可降解地膜覆盖(BM)及无覆盖(NM)3个处理,探索BM降解过程及覆盖后对葵花Helianthus annuus农田不同生育期土壤温度、含水率、盐分和硝态氮含量的影响效应。结果表明,(1)BM的降解率和破损面积比率在葵花生育期呈抛物线增长趋势,在崩解期降解率和破损面积比率分别为23.15%和28.88%,是PM的32.2倍和7.6倍,显著高于PM处理。(2)覆膜显著提高土壤上层(0~40 cm)地温和含水率,随着BM破损面积比率增加,BM与PM处理地温和土壤含水率差异逐渐增大。在作物生长后期(7月下旬—9月),PM、BM和NM处理0~20 cm土层地温差异显著,分别为22.17、20.94和19.49℃;在作物生长期,PM与BM处理土壤含水率差异不大,仅BM在崩解期(9月)0~20 cm土层存在显著差异。(3)覆膜能有效降低0~40 cm土层电导率(EC),而对40 cm以下土层的EC影响较小。PM与BM处理在葵花生长前中期差异不显著,仅在崩解期0~40 cm土层PM处理EC显著低于BM处理,PM处理分别比NM和BM处理低27.34%和11.66%(P0.05)。(4)地膜覆盖仅对0~40 cm土层硝态氮有影响。覆膜120 d后,PM与BM处理差异逐渐变大,崩解期PM、BM和NM处理0~40 cm土层硝态氮质量分数分别为20.63、14.48、11.84 mg·kg~(-1)(P0.05)。(5)BM处理和PM处理葵花干物质和籽粒质量均无显著差异,且BM处理千粒质量、每株籽粒质量分别比NM处理提高了15.65%和20.85%。综上所述,在干旱盐渍化地区,BM处理和PM处理在葵花生长前期和中期,覆膜效果无显著差异,在BM崩解期差异明显。因此,覆盖降解膜是缓解农田残膜污染的有效措施。     

农田残留地膜累积生态效应研究进展

地膜覆盖是一项优良的现代农业生产技术,显著提高生产力,但随着使用年限的持续增加残留在土壤中的地膜不断累积,对土壤环境与生态健康构成巨大威胁。为系统了解残留地膜带来的生态环境影响,本文基于残留地膜污染特征,通过查阅国内外文献,初次引入累积生态效应概念,总结了残留地膜对土壤健康、动植物生长发育甚至人类健康产生影响的相关工作,并对目前研究中存在的问题和未来发展方向进行了探讨。结果表明:随着覆膜时间的增加土壤中地膜残留量不断增加,受耕作、老化与降解等因素的影响残留地膜的大小、形状和状态不断改变,产生的直接和间接累积生态效应也不断变化;残留地膜老化与降解过程会加重其累积生态效应,残留地膜类型不同、老化程度与降解过程不同产生累积生态效应的程度也不同;随着生物降解地膜使用量的增加,残留地膜累积生态效应的多样化增加,而残留生物降解膜累积生态效应的危害程度不亚于普通残留地膜;残留地膜的直接和间接累积生态效应都对人类健康构成威胁。总之,残留地膜累积生态效应是一个长期动态变化的过程。目前残留地膜累积生态效应的研究多以短期的、静态的效应研究为主,对长期系统性的研究不够深入,应在未来的研究中开展长期性、时空动态...     

不同施肥管理对“多花黑麦草-水稻”轮作系统杂草防控效应的影响

为解决我国南方冬季稻田闲置造成资源浪费、杂草丛生问题,在湖南湘西地区引入"多花黑麦草(Lolium multiflorum L.)-水稻(OryzasativaL.)"轮作(IRR)系统,探讨冬种黑麦草施肥管理对农田杂草的影响。黑麦草季设置不同施肥量和肥料种类处理:种草无肥(NF)、种草施复合肥(F1、F2、F3)、种草施尿素(N1、N2、N3),并设置冬闲田为对照(CK)。黑麦草生长期间对农田杂草进行了跟踪调查,同时采用镜检法对不同处理的表层土壤(0-20 cm)杂草种子进行鉴定与计数;后作水稻生长期间,调查了不同处理的杂草种类与密度。结果表明:冬种黑麦草期间施用复合肥1 500kg·hm~(-2)(F2处理),黑麦草干草产量显著高于其它处理,达12.93 t·hm~(-2)(鲜草达80.21 t·hm~(-2)));前作黑麦草期间,种草处理组的杂草密度相比于CK最多降低了81.94%(P0.05),土壤杂草种子库密度降低了65.49%(P0.05),后作水稻杂草密度降低了58.14%(P0.05);而单施尿素超过540 kg·hm~(-2)有增加杂草种子库的趋势,并显著增加了后作水稻的杂草发生。黑麦草生长期间的土壤肥力与杂草密度有一定的相关性,冗余分析结果表明施肥措施引起土壤全K含量的差异是影响冬季杂草群落的主要因素,与杂草总密度呈正相关;而土壤P、N含量差异是影响土壤杂草种子库的主要因素,两者呈正相关。可见,冬种黑麦草可在冬季提供青饲料的同时,有效控制农田杂草,且平衡施用NPK对IRR系统中的黑麦草产量和杂草防控具有极为重要的作用。     

国内外农用地膜使用政策、执行标准与回收状况

农用地膜覆盖技术具有良好的增温、保墒、除草等作用,已成为中国农业生产上不可或缺的农艺措施,为作物增产增收和保障中国粮食安全做出了巨大贡献。由于长期重使用、轻回收,随着农用地膜的用量和覆膜年限增加,废旧地膜在土壤中的残留量逐年增多,残膜污染已严重影响农业生产和自然环境,成为影响中国农业可持续发展的突出问题。中国的农用地膜污染防治工作总体起步较晚,虽然取得了一定成效,但还面临着政策不健全,监管有难度,执行不到位,回收、替代技术不成熟等困难和问题,防治任务依然艰巨。文章通过深入分析欧美与日本发达国家农用地膜推广使用方面的相关政策及标准,总结归纳了国内外农用地膜管理和回收经验,为今后制定出台适应中国国情的农用地膜管理政策提供参考。建议:(1)推进全程监管,出台相关法律规章,明确生产、流通、使用等各环节的监管责任,建立全程监管体系,从源头上杜绝脱标地膜进入市场、铺进农田;(2)推进源头减量,开展地膜覆盖技术适宜性评价,强化地膜使用控制,对水热资源条件较好的地区,减少地膜覆盖或不再使用地膜,对资源禀赋较差的地区,提高地膜使用效率,降低使用强度;(3)推进回收利用,推动完善政府扶持、市场主导的农膜回收利用体系,探索农膜回收利用长效机制,推动建立区域性绿色补贴政策;(4)推进技术创新,依托科技平台,加大新产品、新设备的研发力度,加强可降解地膜产品和技术跟踪,制定完善评价标准体系。     

基于DNDC模型多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响研究

如何在确保粮食保产增产的同时,减少农田温室气体排放,是中国应对全球气候变化的当务之急。为了探究氮肥对马铃薯(Solanum tuberosum)田土壤N_2O排放和产量的影响,以及更全面验证DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量预测的适用性,选择沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型探究多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响。结果表明,(1)DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量均具有较好的模拟效果。2017年和2018年N_2O排放模拟结果,模型效率指数EF分别在0.45-0.76和0.41-0.73之间。产量模拟结果,2017年:EF=0.91,R2=0.97,P=0.017;2018年:EF=0.85,R~2=0.95,P=0.027。(2)年降雨量、土壤有机碳含量(SOC)、土壤容重、土壤pH值对马铃薯生育期N_2O累计排放的影响较明显,且均呈现正相关关系。年降雨量、年均温度、CO2质量浓度、施氮水平对马铃薯产量的影响较明显,其中年降雨量、CO_2质量浓度、施氮水平与马铃薯产量呈正相关关系,年均温度与马铃薯产量呈负相关关系。(3)保持水分正常供给的前提下,该地区五日滑动平均温度稳定通过10℃后的5 d内播种马铃薯,即可保证马铃薯正常生长的温度条件,达到保产增产的目的。     

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。     

改性生物炭对小白菜生长和磷素吸收的影响

华南地区蔬菜地土壤磷极易被固定,磷的生物有效性极低。生物炭作为一种土壤改良剂,能够改善土壤的理化性质,提高磷的生物有效性,促进植物磷素吸收和生长。采用田间小区试验,设置5个改性生物炭施用水平:F0(0)、F1(2 250kg·hm~(-2))、F2(4 500 kg·hm~(-2))、F3(6 750 kg·hm~(-2))、F4(11 250 kg·hm~(-2)),研究改性生物炭对小白菜生长和磷素吸收的影响,以期为改性生物炭在蔬菜保质保量生产上的应用提供理论依据。结果表明:在施用改性生物炭处理中,土壤有机质含量均呈增加趋势,增加幅度为3.28%～17.98%,仅F4(11 250kg·hm~(-2))处理与其他处理相比差异达显著水平(F=4.28,P=0.028);改性生物炭可以提高小白菜产量,提高幅度为6.92%～32.04%;改性生物炭的施用可以降低硝酸盐含量,与对照相比,F2(4 500 kg·hm~(-2))和F3(6 750 kg·hm~(-2))处理小白菜硝酸盐含量显著降低,分别降低幅度14.86%和9.92%;改性生物炭的施用可以提高维生素C和可溶性糖含量,提高小白菜的吸磷量,其中F3(6 750 kg·hm~(-2))和F4(11 250 kg·hm~(-2))处理提高幅度最大,且与对照差异显著(F=11.71,P=0.001)。总体而言,改性生物炭可以提高蔬菜的产量,改善蔬菜品质,提高蔬菜对磷的吸收。     

硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响

为明确硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响,采用静态箱-气相色谱法和荧光定量PCR技术研究了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(Nitrapyrin,CP)两种硝化抑制剂的配施(处理为:覆膜施用尿素,PM;覆膜施用尿素配施DCD,PM+DCD;覆膜施用尿素配施CP,PM+CP)对覆膜栽培下稻田CH_4和N_2O排放及其相关功能菌群落丰度的影响。结果表明:整个水稻生长期,配施DCD(PM+DCD)显著降低N_2O季节总排放(P0.05),降幅达24%,提高CH_4季节总排放(P0.05);配施CP(PM+CP)同时降低CH_4和N_2O的季节总排放,降幅均为11%。CH_4排放主要集中在水稻分蘖盛期,此阶段,配施DCD显著提高产甲烷菌群落丰度,降低甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),而配施CP则降低产甲烷菌群落丰度,显著提高甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),这可能是由于配施DCD提高了CH_4排放总量而配施CP降低了CH_4排放。在N_2O排放集中时期(水稻生长前期),配施DCD和CP均降低了氨氧化菌群落丰度,显著提高了反硝化菌群落丰度的趋势(P0.05)。配施DCD(PM+DCD)、配施CP(PM+CP)和覆膜栽培(PM)处理的碳交易成本GWP-cost分别为831、735和822 yuan·hm~(-2);温室气体排放强度GHGI分别为0.69、0.61和0.70 t·t~(-1);产量分别为9.20、9.24和9.00 t·hm~(-2)。因此,综合考虑温室气体效应和经济效益,覆膜栽培稻田模式下,配施CP可以保证增产和减排,值得推广。     

微咸水膜下滴灌对白僵土盐碱地水盐特性及油葵生长的影响

为了解滴灌条件下不同微咸水矿化度及覆膜与否对盐碱地土壤水盐特性及油葵生长的影响,在宁夏平罗西大滩盐碱地进行不同灌水矿化度(0.2、1、2、3 g/L)膜下滴灌田间试验.结果表明,地膜覆盖比不覆盖处理土壤含水量高约2%,盐分表聚减缓,油葵株高、产量及其构成均高于不覆膜处理,产量最高增幅达82.5%;不同矿化度微咸水之间比较发现,利用矿化度为1 g/L的微咸水进行灌溉时,下层土壤含水量较高,微咸水滴灌不但没有为上层土壤带去过多盐分,反而由于土壤有一定的渗透性能,灌水将土壤上层盐分逐渐淋洗至下层.膜下滴灌微咸水矿化度为1 g/L时,油葵产量最大.因此在适宜条件、合理措施下,微咸水覆膜滴灌技术可以促进作物生长,确保作物产量,在淡水缺乏而微咸水较为丰富的盐碱地地区应积极推广利用.     

科尔沁沙地东南缘不同生态恢复模式下生态系统服务经济价值估算

植被恢复与重建是遏制沙化过程的有效措施,生态恢复的最终目标是使退化生态系统恢复并维持生态系统的服务功能。基于生态系统服务价值的植被恢复工程效益分析研究有助于提高植被恢复工程的评估水平,以及植被恢复工程的进一步开展。该研究采用市场价值法、替代市场法、影子工程法、碳税法等手段对科尔沁沙地4种典型退化草地恢复方式下的生态系统服务经济价值进行了估算。结果表明,4种恢复方式下,有机质生产价值和生态系统碳贮存价值排序为北京杨(Populus×beijingensis)围草地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)疏林草地榆树(Ulmus pumila)疏林草地撂荒草地;土壤保持价值和营养物质循环价值排序为北京杨围草地榆树疏林草地樟子松疏林草地撂荒草地;四项生态系统服务的总价值排序为北京杨围草地(8 109.78 yuan?hm~(-2)?a~(-1))樟子松疏林草地(7 774.52 yuan?hm~(-2)?a~(-1))榆树疏林草地(5 941.34yuan?hm~(-2)?a~(-1))撂荒草地(1 893.46 yuan?hm~(-2)?a~(-1)),与撂荒草地比较,3种恢复方式均显著提升了生态系统服务价值,平均增幅为57.92%,其中土壤保持价值与生态系统碳贮存价值占总价值的比例较高,分别为11.38%~12.78%,82.30%~83.28%。综上,科尔沁沙地东南缘营造防护林和稀疏林地有效提高了生态系统服务价值,是较适合降水不足和土壤有效营养元素缺乏的科尔沁沙地的植被恢复模式。     

氮肥施用对西藏青稞产量及氨挥发损失的影响

为了解西藏农田系统氮肥施用对青稞产量和氨挥发氮损失的影响规律,通过田间随机区组试验,设置了N0～N3共4个施氮水平,采用田间原位测定-通气法,研究了土壤氨挥发通量、变化规律及其与产量的关系。结果表明:青稞产量与施氮量呈显著正相关(P0.05),氮肥贡献率高达32.13%,氮肥农学效益为3.62～4.78 kg·kg~(-1)。氨挥发总累积量为3.38～21.51 kg·hm~(-2),氨挥发导致的氮肥损失率为10.75%～15.49%,与施氮量呈极显著相关(P0.01)。青稞农田氨挥发主要发生在基肥期,基肥氨挥发周期44 d,第10天开始陆续出现挥发峰,追肥氨挥发集中在施肥后7 d内。综合考虑生产效益和以氨挥发为指标的环境安全,该区域青稞农田纯N建议施用量为:基肥40.02 kg·hm~(-2),拔节追肥13.32～26.70 kg·hm~(-2),抽穗追肥40.02 kg·hm~(-2)。     

农田沙漠化过程对土壤性质和作物产量的影响

地处北方半干旱农牧交错带东端的科尔沁沙地,是我国现代沙漠化最严重的地区之一。选择科尔沁沙地不同沙漠化阶段（非沙漠化、轻度、中度、重度和严重沙漠化）农田,研究了沙漠化发展过程对土壤有机碳、全氮、颗粒组成、土壤温度、土壤持水能力以及作物生物量的影响。结果表明,随着农田的风蚀,土壤发生粗化和有机质含量下降,土壤环境明显恶化,导致生物产量大幅度下降。从非沙漠化农田分别到轻度、中度、重度和严重沙漠化农田,100 cm深土壤有机碳含量下降34.4%、52.8%、81.6%和90.9%,全氮含量下降42.4%、58.5%、82.7%和92.6%。从非沙漠化农田到严重沙漠化农田,2～0.1 mm的土壤颗粒含量从64.4%增加到96.1%,0.1～0.05 mm的颗粒含量从28.8%减少到2.7%,小于0.05 mm的颗粒含量从5.9%减少到0.7%。严重沙漠化农田土壤温度比非沙漠化农田高3.0℃,土壤饱和持水量和田间持水量分别比非沙漠化农田低45%和53%,单株地上部生物量比非沙漠化农田低31%。非沙漠化、轻度、中度和重度沙漠化农田单位面积玉米产量分别比严重沙漠化农田高3.4、3.5、2.5和1.5倍。在科尔沁沙地,加强农田防护林建设,实施保护性耕作和增施有机肥是防止农田沙漠化和提高作物产量的根本措施。     

气候变暖对半干旱区马铃薯产量的影响

基于西北典型半干旱区马铃薯定位观测试验,结合气候要素平行观测资料,研究了半干旱区马铃薯产量对气候变化的响应。结果表明,1957—2015年间(59 a),西北半干旱区在气温显著上升,气温和降水量气候倾向率分别为0.238℃/10 a、-10.517 mm/10 a。马铃薯产量与苗期(6月)呈显著负相关(P0.01),与块茎膨大期(8月)气温也呈负相关(P0.10),6—8月气温每升高1℃,马铃薯产量下降4 391.39~6 798.46 kg·hm~(-2)。产量与生育期≥0℃积温呈显著负相关(P0.05),适宜≥0℃积温阈值为2 307.4℃。产量与苗期降水量呈正相关(P0.10),适宜降水量阈值为47.8 mm。产量与9月中旬日照时数呈显著正相关(P0.01)。马铃薯生育期干燥指数与产量呈显著负相关(P0.05),适宜阈值为1.88。研究还发现气温变化对马铃薯产量影响的敏感期在出苗至分枝期,而水分影响马铃薯产量敏感期分别在分枝到开花期和块茎膨大期,同时,块茎膨大期也是日照变化影响产量的敏感期。因此,气候变暖对西北半干旱地区马铃薯的生产形成了负面影响。     

不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响

耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CTRTNTRTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CTRTNTRTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CTRTNTRTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。     

农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

河南省不同生态区小麦-玉米两熟制农田碳足迹分析

农业碳足迹分析是衡量整个作物生产过程中碳排放的重要方法,对指导农业低碳生产具有重要意义。为了解河南省不同地区小麦(Triticum aestivum L.)-玉米(Zea mays L.)轮作周年生产过程中碳足迹来源,于2018—2019年间,在河南省豫南、豫中、豫北及豫西4个不同类型的生态区开展田间试验。每个地区分别设置示范区和农民常规区采样点,采用静态箱法-气相色谱法检测土壤中CH_4和N_2O的排放,并采用用全球增温潜势(GWP)衡量不同区域的增温效应。同时利用碳足迹分析方法定量分析粮食生产中各项碳排放源的相对贡献。结果表明,河南省农田CH_4的年吸收量为203.53—332.76 mg·m~(-2),N_2O的年吸收量为231.86—2 96.12 mg·m~(-2)。相比于常规区,豫南、豫中、豫北及豫西示范区农田的GWP降低4.79%、15.24%、5.08%和9.32%。小麦-玉米周年碳足迹表现为豫北最高为5 229.63 hm~(-2),豫南最低为3 046.52 kg·hm~(-2),其中碳足迹主要来源是灌溉电力和化肥投入,占总排放量的52.71%—74.04%,其次是土壤直接排放和机械耗油。示范区的单位产量碳足迹平均为0.21 kg·kg~(-1),常规区为0.26 kg·kg~(-1)。总体来看优化氮肥投入及合理灌溉管理是降低小麦-玉米周年生产的碳排放的重要途径,而针对不同生态区的环境特点仍需因地制宜的制定减排措施。