东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

湖南省双季稻生产系统碳效率

提高农作物生产系统的碳效率是实现低碳农业的重要途径之一.本文采用2004—2012年农作物产量、农田作物生产系统农资投入等统计数据,利用生命周期法和投入产出法,对湖南省双季稻生产系统碳排放、碳吸收和碳效率特征及其动态进行估算.结果表明:湖南省2004—2012年双季稻生产系统年均碳排放总量为656.4×107kg CE,其中化肥和农药生产运输碳排放占农资投入碳排放总量的大部分,分别约占70.0%和15.9%,碳排放总量年际间持续降低,年均降低率为2.4%,碳排放强度则表现为增长趋势;湖南双季稻生产系统2004—2012年年均碳吸收总量为1547.0×107kg C,也呈现逐年降低的趋势,年降低率为1.2%,单位面积稻田碳吸收强度则表现为增长趋势;碳生产效率呈现缓慢增加的趋势,碳经济效率随着年份递进增加幅度较大,年均增长率为9.9%,碳生态效率则表现为稳定且较低,保持在2.4kg C·kg-1CE左右.表明湖南近几年双季稻生产系统碳综合效率提高缓慢,降低肥料和农药的投入量,提高利用效率是提高双季稻生产系统碳效率的关键.     

保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展

作物产量的高低主要取决于土壤肥力,如何保持并提高土壤肥力是确保我国粮食安全和农业可持续发展的重要任务,也是众多学者关注的焦点。土壤有机碳和氮素是评价土壤质量的重要指标,其动态平衡直接影响土壤肥力和作物产量。随着全球气候变化及环境污染问题的愈加突出,农田土壤固碳及提高氮效率成为各界科学家研究的热点。目前,保护性耕作已成为发展可持续农业的重要技术之一,对土壤固碳及氮素的利用具有很大的影响。深入了解保护性耕作对土壤有机碳固持与氮素利用效率提高的影响机制,对于正确评价土壤肥力有着重要意义。但由于气候、土壤及种植制度等条件不一致,关于保护性耕作对农田碳、氮效应结论不一。阐述了国际上保护性耕作对农田系统土壤有机碳含量变化及其分解排放(如CO₂和CH₄)、氮素变化及其矿化损失(如NH₃挥发、N₂O排放与氮淋失)和碳氮素相互关系(如C/N层化率)影响的研究进展,并分析了其影响因素和相关机理。尽管国内保护性耕作的研究已进行30 多年,但在土壤有机碳与氮素方面与国外相比依然有较大的差距。保护性耕作对土壤固碳与氮素利用的影响机制,碳素和氮素在土壤-植株-大气系统中的转移变化,及结合农事管理等综合评价其生态效应的研究很少。在此基础上,提出未来我国保护性耕作在土壤有机碳固定和氮素利用方面的重点研究方向:(1)在定位试验基础上进一步探讨保护性耕作对土壤有机碳及氮素利用的影响机制;(2)深入研究土壤有机碳和氮素的相互关系及其对土壤肥力的影响;(3)结合环境保护与土壤可持续管理对保护性耕作农田土壤固碳及氮素高效利用的系统评价研究;(4)加强保护性耕作对农田碳、氮效应的宏观研究,合理评价保护性耕措施下对农田碳、氮综合效应。     

2004—2014年南方稻区双季稻生产碳足迹动态及其构成

南方稻作区是我国重要的粮食生产区,在国家粮食安全保障中起着至关重要的作用,探明南方不同省份双季稻生产的碳足迹差异,对促进低碳稻作农业发展具有重要意义.本研究采用2004—2014年农作物种植面积、农资投入等统计数据,运用碳足迹理论和生命周期法系统评价我国南方双季稻生产碳足迹时空分布状况及其构成.结果表明: 南方稻区各个省份早晚稻生产碳足迹大部分表现为增加趋势,早稻生产碳足迹较晚稻大.2004—2014年,安徽省双季稻平均碳足迹最高(1000 kg CO₂-eq·hm^-2),而福建、湖北和湖南省相对较小(750 kg CO₂-eq·hm^-2).碳足迹构成中以肥料的生产、运输及使用占比最大,占水稻生产总碳足迹的60%;柴油投入碳足迹贡献量次之,为26%左右.逐步回归分析表明,双季稻生产碳足迹大小与柴油、复混肥和钾肥的投入呈正相关.净利润收益纳入分析表明,湖北省为低排放-高收益省份,有利于农业低碳可持续性发展.随着农村劳动力非农化和作物生产机械化的快速递增,未来水稻生产中柴油等机械化碳投入将快速增长.因此,提升化肥利用效率、灌溉效率和机械化作业效率将是发展南方稻作区低碳农业的关键途径.     

宁夏中部干旱带不同作物根际土壤真菌群落多样性及群落结构

【背景】宁夏中部干旱带常年缺水,植被稀疏,土地沙漠化严重,生态环境十分脆弱。土地沙漠化导致土地生产力下降,制约着该区农业的发展,因此,改善宁夏中部干旱带农田生态环境具有重要意义。【目的】为该区土地资源的合理利用开发及干旱区土壤真菌多样性的深入研究提供基础数据和理论依据。【方法】运用IlluminaMiSeq高通量测序技术对宁夏中部干旱带农田作物土壤真菌种类进行预测,并对其进行真菌多样性和群落结构的分析。【结果】5个处理中真菌种类均较为丰富,丰富度指数无差异;真菌多样性指数分别以‘张杂谷5号’谷子最高,藜麦的多样性最低,且存在极显著差异。不同作物根际土壤中,子囊菌门(Ascomycota)为最优势菌门,相对丰度为73.00%-89.14%,且远远大于次优势菌门——担子菌门(Basidiomycota,3.9%-16.5%),表现出非常明显的优势;支顶孢属(Acremonium)和裂壳菌属(Schizothecium)为共有的优势菌属。土壤速效磷和土壤碱解氮会对土壤真菌群落结构和功能多样性产生影响,土壤微生物群落结构、功能多样性的变化是土壤理化性质与微生物相互作用的结果。【结论】休闲和种植作物的农田土壤养分均可不同程度的提高,土壤pH降低,真菌群落结构和多样性发生变化。说明合理的土地利用有利于丰富农田土壤微生物群落结构和多样性,改良土壤特性,进而促进该区域土壤生态系统的稳定,提高农田土地资源的合理利用。     

耕作方式对冬小麦灌浆期光合性能日变化和籽粒产量的影响

研究耕作方式对冬小麦灌浆期光合性能日变化的影响,对灌浆期干物质积累、转运以及产量形成具有重要的理论意义.本研究以中国农业大学吴桥实验站2008年设置的长期耕作定位试验为基础,分析了免耕秸秆不还田(NT)、免耕秸秆还田(NTS)、旋耕秸秆不还田(RT)、旋耕秸秆还田(RTS)、深松秸秆不还田(DT)、深松秸秆还田(DTS)、翻耕秸秆不还田(CT)和翻耕秸秆还田(CTS)耕作处理对冬小麦灌浆期旗叶光合特性日变化、光响应曲线和产量的影响.结果表明: 不同耕作方式对冬小麦灌浆期旗叶净光合速率日变化和气孔导度日变化的影响均呈双峰曲线变化趋势,秸秆还田下不同耕作方式的冬小麦旗叶净光合速率高于相应的秸秆不还田处理;各耕作方式对冬小麦旗叶胞间CO₂浓度日变化的影响均呈“广口V型”双峰曲线变化趋势;除DTS、RTS和RT处理冬小麦旗叶的蒸腾速率日变化规律呈单峰曲线变化外,其他各处理冬小麦旗叶的蒸腾速率日变化均呈“双峰曲线”变化趋势.模拟的最大净光合速率以DTS处理最大,分别比NT、DT、RT、CT、NTS、RTS和CTS处理增加了20.0%、21.7%、19.7%、21.5%、0.8%、12.1%和4.2%;秸秆还田条件下各处理的光响应曲线拟合程度均优于秸秆不还田处理.DTS籽粒产量最高,RTS次之,CTS再次,CT处理最小,DTS处理的籽粒产量分别比NTS、RTS、CTS、NT、DT、RT和CT处理高10.8%、1.3%、2.1%、5.4%、11.9%、12.4%和12.6%.通过光合速率和气孔导度日变化趋势可得,不同耕作方式下秸秆还田技术,特别是DTS和NTS处理可减缓光合午休现象,使冬小麦维持较高的光合速率,有利于干物质积累和产量的提高.     

不同耕作措施下冬小麦生长季农田二氧化碳排放通量及其与土壤温度的关系

利用长期定位试验研究了华北平原不同耕作措施下冬小麦生育期农田CO2排放通量,并对CO2排放通量和土壤温度进行了回归模拟.结果表明冬小麦生育期CO2排放速率表现为翻耕＞旋耕＞免耕,平均分别为343.69、337.54和190.47 mg·m-2·h-1.各处理冬小麦生育期CO2排放通量与土壤温度呈显著正相关;翻耕地CO2排放通量与10 cm地温相关性最高,旋耕地和免耕地则与10 cm和20 cm地温相关性较高.CO2排放通量和土壤温度呈指数函数关系(P＜0.01),利用10 cm地温对冬小麦生育期农田CO2排放通量进行估算表明,翻耕、旋耕和免耕地CO2排放分别为1.88、1.89和1.03 kg·m-2.     

长期不同耕作与秸秆还田对土壤养分库容及重金属Cd的影响

于2005—2013年在湖南宁乡双季稻田开展免耕秸秆还田(NTS)、翻耕秸秆还田(CTS)、翻耕秸秆不还田(CT)、旋耕秸秆还田(RTS)4种不同耕作方式与秸秆还田试验,分析不同耕作方式与秸秆还田对土壤养分含量、养分库容量及重金属Cd的影响,为稻田合理耕作与重金属Cd污染修复提供理论依据.结果表明:耕作措施与秸秆还田主要影响0~10 cm耕层土壤性状;长期翻耕和旋耕提高了土壤养分含量,增强了土壤通气性,但耕层变浅,养分库容降低,土壤Cd含量显著偏高,水稻植株地上部分富集Cd能力相对较低;长期免耕增加了表层土壤容重,土壤养分含量较低,但养分库容相对较高,水稻植株地上部分富集Cd能力较强;秸秆还田显著增加了土壤养分含量和阳离子交换量,增加了耕层深度和土壤养分库容量,增强了土壤的保肥能力,但同时也将秸秆中富集的Cd重新归还到稻田土壤中,不利于土壤Cd的转移修复.因此,长期单一耕作方式和长期秸秆还田均存在一定弊端,需改进耕作和秸秆还田方式,如实行翻耕、旋耕与免耕相结合的土壤轮耕或深松耕,以及减少秸秆还田量或实行秸秆轮还,在改善土壤肥力的同时,实现土壤污染的有效修复.     

冬季作物种植对双季稻根系酶活性及形态指标的影响

基于湖南长沙7a定位试验,以冬闲为对照,研究了冬种马铃薯、紫云英及油菜为前茬作物对早、晚稻根系酶活性、形态指标及产量的影响.结果表明,与冬闲相比,冬种作物后早、晚稻根系丙二醛(MDA)含量增加,但其根系的活性氧清除能力更强(SOD、POD和CAT活性高),能够在一定程度上缓解膜脂过氧化作用带来的伤害;冬种不同作物对早晚稻根系形态的影响表现不一.冬种马铃薯和紫云英处理在早稻生育后期的根系优势明显,并能在一定程度上促进晚稻根系生长,双季稻总产量较对照分别增加6.29％和7.76％,而冬种油菜抑制了晚稻根系生长,导致晚稻产量及双季稻总产分别降低6.31％和1.96％;相关性分析表明,灌浆期较高的根长、根数、根体积和根表面积是冬种作物改善双季稻产量的主要原因.综合来看,冬种马铃薯和紫云英对于促进双季稻根系生长,提高稻谷产量具有重要作用,而冬种油菜则不利于提高双季稻的稻谷生产力.     

北京市水足迹及农业用水结构变化特征

运用水足迹的理论和方法计算评价了1990—2005年北京市水足迹及水资源利用的可持续性,在此基础上进一步分析了北京市农业用水结构的变化特征。结果表明:(1)北京市水足迹从1990年的81.5亿m3上升至2005年的168.6亿m3,人均水足迹由750.1m3上升为1096.0m3;(2)北京市水资源匮乏度不断升高,1995年以来水资源自给率呈下降趋势,与之相对应的水资源依赖度越来越高;(3)农业部门用水量在本地用水量中的比例平均每年为55.1%,虚拟水净输入量在虚拟水净输入总量中的比例平均每年达到89.1%;(4)高耗水型作物产品生产用水比例升高加大了农业用水压力,动物产品生产用水量呈增加趋势,2001—2005年动物产品生产引入的虚拟水占到其虚拟水总量的81.3%。北京市水资源利用呈不可持续状态,通过农业系统内部结构的优化调整,实现农业部门水资源的高效利用是缓解北京市水资源紧缺问题的关键。