Research advances on causes and prevention for the continuous cropping obstacle of Pinellia ternata北大核心CSCD

半夏是一味传统常用中药材,但连作障碍导致其产量和品质下降,从而严重制约产业可持续发展.究其成因,半夏连作导致土壤酸化、酶活下降和营养失衡,特别是酚酸类、醌类、醛类和酮类化合物等化感物质积累,抑制半夏种子萌发和幼苗生长,并造成根际镰孢霉(Fusarium)、产酸克雷伯氏杆菌(Klebsiella oxytoca)和胡萝卜软腐果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum)等致病菌增加,而土壤微生物多样性降低.目前半夏连作障碍的防治措施主要包括轮作与间作、土壤和块茎灭菌以及施用微生物制剂和有机物料等,但这些措施存在运转周期长、成本高、操作困难等缺点或机制不清、效果不稳定等问题.因此建议将半夏植株-根系分泌物(如化感物质等)-根际土壤-根际微生物群落视为一个整体,系统研究其互作关系,并拓展半夏连作障碍防治技术及原理研究,为保障和促进半夏种植产业的可持续发展提供理论与技术参考.(图1参96)     

塔里木盆地北缘绿洲不同连作年限棉田土壤有机碳组分特征及其与理化因子的相关性

开展绿洲连作棉田土壤有机碳组分研究,有助于阐明干旱区农田土壤有机碳稳定性机制在人地关系作用下变化特征.以塔里木盆地北缘阿拉尔垦区为研究区,以空间代替时间序列法分析了2、5、12、20和35 a等不同连作年限棉田土壤有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量特征,结合冗余分析探讨了土壤有机碳组分与土壤其它理化因子（含水量、容重、pH值、全盐、全氮、有效磷和速效钾）的相互关系,结果表明：①不同年限的连作对研究区土壤有机碳组分含量具有显著影响,土壤有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳含量整体表现为连作12、20和35 a棉田高于连作2 a、5 a棉田和荒草地,ω（土壤有机碳）在20 a棉田达到峰值（7.06g ·kg^-1）,高出荒草地76.91%,各土壤有机碳组分含量均随着土层的加深而下降.②基于对土壤有机碳组分含量与土壤其它理化因子的冗余分析结果表明,土壤有机碳组分含量与全氮、有效磷和含水量呈正相关关系,与pH值和容重呈负相关关系.土壤其它理化因子对土壤有机碳组分含量解释的重要性排序为：全氮>有效磷>pH值>容重>含水量>速效钾>全盐.     

紫云英-早稻-晚稻农田系统的生态功能服务价值评价

紫云英是南方双季稻区最主要种植的冬季绿肥作物,是我国传统农业的精髓,曾对我国粮食安全做出了重要贡献。针对紫云英-早稻-晚稻系统的生态功能服务价值进行综合评估,有助于人们更深入了解紫云英对现代生态农业发展的重要性及其直接贡献,有利于恢复发展与推广种植紫云英等稻区冬季绿肥作物和政府部门制定相关政策。论文以连续8 a的大田定位试验数据为基础,选取农产品与轻工业原料供给、大气调节与净化、土壤养分累积和水分涵养等功能服务价值,采用生态经济学方法,构建紫云英-早稻-晚稻系统的生态功能服务价值评价体系。结果表明：冬闲-早稻-晚稻和紫云英-早稻-晚稻系统生态功能服务总价值分别为64 230.89元/（hm²·a）和87 438.46元/（hm²·a）,后者较之前者平均显著增加36.13%。该评价体系的各项功能服务指标中,冬闲-早稻-晚稻和紫云英-早稻-晚稻生态系统的农产品与轻工业原料供给服务价值分别达到38 777.03元/（hm²·a）和56 635.83元/（hm²·a）,占系统功能服务总价值的比例均超过60%;其次为大气调节与净化和水分涵养服务价值（占比15%~22%）,而土壤养分累积服务价值最低（占比<2%）。紫云英-早稻-晚稻系统的土壤养分累积服务价值主要表现为土壤有机质、速效钾和碱解氮的累积价值。由此可见,紫云英-早稻-晚稻系统能更好地兼顾经济和生态价值,而且评估结果还可为恢复发展与推广种植紫云英等稻田冬季绿肥作物的生态补偿政策提供理论依据。     

植物篱枝叶中P、K、Ca和Mg的矿化过程

对新银合欢、山蚂蝗等6种植物篱枝叶中养分矿化过程的研究结果表明：枝叶中P、K、Ca和Mg随不同树种和不同处理而异，以圣庭树和黑荆树的矿化最慢，埋入土壤的新银合欢枝叶比置于地表的矿化快；在前4－6wk内矿化均较快，累积矿化量达到比较稳定的水平，在12wk内所有枝叶中K矿化比例为80％－95％，P为60％－85％，Ca为25％－72％,Mg为20％－64％。除K外，埋入土壤的枝叶中P、Ca和Mg累积矿化量在矿化过程中波动较大，而覆盖地表的枝叶则随时间平稳上升，枝叶分解过程中残余物的P、K、Ca和Mg存在一个相对富集时期，P和K含量在前12wk趋于降低，而残余物中Ca和Mg含量趋于升高。植物篱枝叶中P、K、Ca、Mg的矿化过程可用单指数模型Mt%=M0%[1-exp(-κt)]较好拟合（式中Mt%和M0％分别为t时刻枝叶中某养分矿化百分比和该养分的矿化势，κ为该养分的矿化常数），P、Ca和Mg在矿化过程中波动较大，通过单指数模型拟合所得到的这6种植物篱枝叶中矿质元素矿化的半减期与实际观测结果接近。在实际应用中，可以根据相应植物篱枝叶养分矿化的半减期、初始矿化势率，以及农作物生长对养分的需要，合理制定植物篱的刈割时间和枝叶的使用时间与方式，充分发挥枝叶养分的作用和提高农作物产量。图4表6参16。     

3种水稻种植模式的减氮效应和经济性评估

为探讨不同种植模式对水稻田氮素污染流失的影响和经济效益差异,于2016年4—10月在盘锦市鼎翔米业幸福农场内布设试验样地,采用对比试验、费用效益分析、情景分析等方法,开展了常规种植、低化学品和有机生态3种水稻种植模式的减氮效应和经济性评估.结果表明:①3种模式中有机生态种植模式的农田排水总氮含量最低,为1.94 kg/hm2,低化学品种植模式次之,为3.67 kg/hm2,常规种植模式最高,为5.87 kg/hm2.②有机生态种植模式单位面积经济净现值及经济净现值率最高,分别为23 302.53元/hm2和1.13;低化学品种植模式次之,分别为15 310.42元/hm2和1.06;常规种植模式最低,分别为14 855.92元/hm2和0.93.③在水稻价格上浮5%时,有机生态种植模式的经济净现值和净现值率最高,分别为21 218.14元/hm2和0.86,分别比低化学品种植模式及常规种植模式高7 425.26元/hm2和0.07及7 972.01元/hm2和0.17.④在水稻价格下调5%时,有机生态种植模式的经济净现值和净现值率依然最高,分别为16 872.82元/hm2和0.68,分别比低化学品种植模式和常规种植模式高6 030.87元/hm2、0.06和6 715.17元/hm2、0.15.研究显示,有机生态种植模式的减氮效应和经济效益明显高于低化学品种植模式和常规种植模式.      

连续施硅对双季稻镉硅累积效应的影响

为研究硅肥对土壤镉生物有效性以及双季稻对镉硅积累的影响,在稻田土壤镉较高［ω（总Cd）为1.03 mg·kg^-1］污染条件下,开展双季稻连续基施硅肥180 kg·hm^-2（以SiO₂计）的田间定位试验.结果表明,双季稻田连续施用硅肥能够增加土壤有效硅含量,增幅为108.1%~275.0%,同时提高土壤1.15~1.33个pH单位,施用硅肥早、晚稻土壤DTPA-Cd含量降幅分别为12.3%和15.9%,差异达显著水平;施硅促进了土壤镉向稳定形态的转化,土壤可交换态EXC-Cd含量降幅为2.6%~5.1%,QW处理降低达显著水平;施硅肥处理,碳酸盐结合态CAR-Cd含量降低,降幅为8.6%~24.9%,显著增加了铁锰氧化态FMO-Cd含量,增加了土壤有机结合态OR-Cd含量,增幅为2.3%~12.8%,残渣态RES-Cd含量增幅为2.3%~6.0%;连续施硅肥降低了水稻对镉的积累,早稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为38.4%、49.7%和50.9%,晚稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为30.6%、34.4%和39.2%;硅处理显著降低了水稻根吸收系数（AF_土/根）,降幅为25.5%~49.6%,同时降低了水稻根向茎叶的转运系数（T_根/茎叶）,降幅为13.5%~52.6%,差异显著,早、晚稻稻米镉富集系数（BAF）分别平均降低6.0%和8.0%,其中粉末状硅肥对降低水稻镉吸收效果最佳.综上表明硅肥能够降低水稻对镉的吸收积累,然而硅肥持续性降镉效应不明显.     

生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

Dynamics of Typical Agricultural Landscape and its Relationship With Water Resource in Inland Shiyang River Watershed, Gansu Province, Northwest China

Shiyang River basin is located in Hexi Corridor, central-west Gansu province, northwest China. It is an area of typical arid to semiarid features. Based on the TM image of Liangzhou oasis and Minqin oasis in 1986 and 2000, this paper calculated and analyzed the changes of percentage and area of land use/cover types, and also have got the transformation matrix of the landscape mosaics. Dynamics of runoff and exploitation of groundwater, the most important factors influencing land use changes were also analyzed. The ratio of utilized water quantity in upper and middle reaches to that in lower reaches has increased largely from less than 2 before 1970 reached up to more than 8 since 1995; groundwater exploitation has developed progressively. As a result of overuse of groundwater, the groundwater table lowering obviously, the lowering rates reached up to 0.6–0.8 m/year in some place. In addition, the cropping patterns in study area were also distributed irrefficiently that if the planting percentage of water-wasting grain crops dropped to 50% in both oases, it could save irrigating water by 1.2×10⁸ m³ in Liangzhou oasis and 0.2×10⁸ m³ in Minqin oasis one year.