分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-10 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 近年来白洋淀流域内经济高速发展、人口增加, 生活污水排放量增大, 严重威胁府河和白洋淀水质,其中硝酸盐浓度过高引发的水体富营养化是河流系统面临的重要难题。以白洋淀和唯一一条常年有水的入 淀河流——府河为研究对象, 结合水化学、水中氢氧同位素(2H、18O)和硝酸盐氮同位素(15N)的方法, 分析2008—2016 年水化学特征和水化学类型变化, 明确府河-白洋淀淀区硝酸盐污染来源以及沿程迁移转化规律, 为其水质富营养化管理提供参考。研究结果表明: 府河2008 年硝酸盐15N 值>10‰, 2014 年硝酸盐15N 值的变化范围是2.07‰~18.49‰, 府河硝酸盐主要来自于保定市和沿府河村落的生活污水; 但2009 年硝酸盐15N 值的变化范围是3.7‰~4‰, 府河硝酸盐主要来源于工业废水。白洋淀淀区2008 年和2014 年硝酸盐15N 值的变化范围分别是5.8‰~11.7‰和3.31‰~12.53‰, 2009 年15N 值的变化范围是3.8‰~0.7‰,说明府河的生活污水和工业废水是白洋淀淀区硝酸盐的主要来源。2008—2014 年Cl和SO4 2浓度比例逐渐减小, 工业废水和生活污水的排入受到控制; 2009 年因工业废水的排放NO3浓度超过50 mg·L1, 2014 年和2016 年NO3浓度未超标; 控制硝酸盐浓度变化的主要因素是降水稀释、外源输入及反硝化脱氮作用, 当溶解氧(DO)小于2 mg·L1 时, 硝酸盐的减少主要受反硝化作用影响。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-09 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 分析大城市郊区“土壤-饲料-奶牛”养殖体系养分流动和环境排放特征是合理控制养殖规模、促进农牧 结合、保护生态环境和保障畜禽产品供应等政策制定的基础。本研究选取北京市郊区28 个规模化奶牛农场, 调研包括饲料来源和投入、奶牛生产和粪尿管理以及产品输出情况。结合公开发表的文献数据和北京市统计数据, 利用NUFER-animal 模型对1980—2013 年北京市规模化奶牛农场“土壤-饲料-奶牛”生产系统养分流动特征、利用效率和环境损失的时空变化进行了定量化分析。结果表明, 1980—2013 年, 奶牛个体尺度(仅包括泌乳牛)氮利用效率从14.9%增加到21.2%, 磷利用效率从13.8%增加到27.3%; 群体尺度(包括犊牛、育成牛、青年牛、泌乳牛和干乳牛)氮利用效率从14.5%增加到18.2%, 磷利用效率从15.8%增加到24.9%; 系统尺度(土壤-饲料-奶牛)氮利用效率从11.3%增加到15.8%, 磷利用效率从13.3%增加22.3%。北京市奶牛养殖个体尺度、群体尺度和系统尺度氮利用效率在1985 年前减少; 而1985 年后逐渐增加。个体尺度、群体尺度和系统尺度磷利用效率均不断增加。系统尺度氮总损失从1980 年的1 516 t 增加到2013 年的16 973 t; 磷总损失从114 t增加到1 763 t。生产1 kg 氮磷产品造成的氮和磷损失均表现出不断减少的趋势。北京市“土壤-饲料-奶牛”生产系统氮磷流动特征发生了很大变化, 养分利用效率和总环境损失不断增加。产生这一变化的原因是养殖数量的增加、养殖模式从传统向集约化转变和环保管理措施的完善。因此, 调整奶牛养殖从数量型向质量型转变以及提高喂养技术和粪尿管理水平等是提高都市奶牛养殖可持续发展的必要措施。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 集约化农田通过投入大量化肥和灌溉提高作物产量, 过量的化肥养分通过淋溶损失到地下水, 对地下水环境产生巨大影响。这种高强度的人为干预, 形成了集约化农业特有的根层深层包气带地下水系统。我国农业主产区集约化程度和污染负荷居全球之首, 对环境影响为全球典型。我国地下水污染日益严重, 80%监测点地下水为Ⅳ和Ⅴ类, 与农田淋溶相关的“三氮”(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)是最主要的污染源。黑土、潮土和褐土区是我国粮仓, 氮磷肥、灌溉过量投入, 也是农田氮磷淋溶和地下水污染的易发区和高发区。因此, 开展氮磷在根层深层包气带地下水淋溶机理和阻控机制的理论研究, 是保障国家粮食安全和生态环境可持续的迫切需求。农田点污染控制向区域农田氮磷淋失风险控制分区及其相关氮磷消减政策法案的结合治理是国际上农田氮磷淋失污染控制的发展趋势。欧洲联盟(EU-27)制定硝酸盐指令(nitrate directive)和水指令(water framework directive),规范肥料与灌溉水的施用量和方式, 提高氮磷的利用效率, 减少氮磷淋失, 并通过划分硝酸盐脆弱敏感区, 进行重点防控。由此可见, 研究从农田到区域的氮磷淋溶规律和区域阻控途径意义重大。针对这一社会需求, 近日,科技部联合农业部启动了第一批“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”重点专项, “农田氮磷淋溶损失污染与防控机制研究项目”属于专项2016 年首批启动的基础研究项目之一。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 研究不同耕作措施下小麦-玉米轮作农田N2O、CO2 和CH4 等温室气体的综合增温潜势, 有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用, 为制定温室气体减排措施提供依据。基于2001 年开始的位于华北太行山前平原中国科学院栾城农业生态系统试验站的不同耕作与秸秆还田方式定位试验, 应用静态箱/气相色谱法于2008 年10 月冬小麦播种时开始, 连续两个作物轮作年动态监测了秸秆整秸覆盖免耕播种(M1)、秸秆粉碎覆盖免耕(M2)、秸秆粉碎还田旋耕(X)、秸秆粉碎还田深翻耕(F)和无秸秆还田深翻耕(CK, 代表传统耕作方式)5 种情况下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N2O、CO2 和CH4 排放通量, 并估算其排放总量。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量, 依据燃油、耗电和单位肥料量的碳排放系数统一转换为等碳当量, 测定作物产量、地上部生物量, 估算农田碳截存量, 根据每个分支项对温室效应的作用估算了5 个处理的综合增温潜势。结果表明, 华北小麦-玉米轮作农田土壤是N2O 和CO2的排放源, 是CH4 的吸收汇, 每年M1、M2、X、F 和CK 农田土壤N2O 排放总量依次为2.06 kg(N2O-N)·hm-2、2.28 kg(N2O-N)·hm2、2.54 kg(N2O-N)·hm2、3.87 kg(N2O-N)·hm2 和2.29 kg(N2O-N)·hm2, CO2 排放总量依次为6 904 kg(CO2-C)·hm2、7 351 kg(CO2-C)·hm2、8 873 kg(CO2-C)·hm2、9 065 kg(CO2-C)·hm2 和7 425 kg(CO2-C)·hm2,CH4 吸收量依次为2.50 kg(CH4-C)·hm2、1.77 kg(CH4-C)·hm2、1.33 kg(CH4-C)·hm2、1.38 kg(CH4-C)·hm2 和1.57 kg(CH4-C)·hm2。M1 和M2 处理农田生态系统综合增温潜势(GWP)均为负值, 表明免耕情况下农田生态系统为大气的碳汇, 去除农事活动引起的直接或间接排放的等当量碳, 每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm2;其他处理农田生态系统的GWP 值均为正值, 表明温室气体是由系统向大气排放, CK、F 和X 每年向大气分别排放等当量碳3 364 kg(C)·hm2、989 kg(C)·hm2 和343 kg(C)·hm2。故华北小麦玉米轮作体系中, 秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施, 其温室效应相对较低, 而又能保证较高的经济产量。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 华北低平原区有着巨大的粮食增产潜力, 同时也是粮食生产和农业水资源矛盾突出的地区。外来调水与浅层微咸水的联合利用是解决区域水资源问题的有效途径之一, 同时也将引起区域水循环和水环境的改 变。为明确外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响, 本研究在华北低平原区河北省南皮县域内对调水后不同季节地表水和地下水进行调查和采样, 利用水文地球化学和氢氧(2H、18O)稳定同位素相结合的方法, 研究外来调水对地表水和地下水转化及其水化学特征的影响。研究结果表明, 11 月至翌年7 月,受蒸发作用的影响, 地表水电导率(EC)和钠吸附比(SAR)增加, 2H、18O 同位素不断富集; 由于地表水和周围土壤的交换吸附作用使其水化学类型向Na+、Cl和SO4 2 增加、HCO3 减少的咸水转变。调水改变了地表水和浅层地下水之间的补给关系, 11 月至翌年3 月, 沟渠附近浅层地下水受外来调水直接或者灌溉补给, 使得3 月浅层地下水EC 降低, 埋深变浅, 部分采样点分布在外来调水的SAR-EC 区域。受调水影响, 3 月沟渠附近浅层地下水水化学类型为Na·Mg·Ca-Cl·SO4、Na·Mg-Cl·SO4·HCO3、Na·Mg-SO4·Cl·HCO3 等, 是11 月调水(Na·Mg·Ca-SO4·HCO3·Cl)和浅层地下水(Na·Mg-Cl·SO4)的过渡类型。 3 月至7 月浅层地下水补给沟渠水, 地下水埋深变深,7 月浅层地下水水化学类型与3 月相似。调水可以季节性地改善区域内沟渠水及其附近的浅层地下水水质, 而对深层地下水和坑塘水的水质无改善作用。调水对沟渠水水质的改善体现在调水季节, 对浅层地下水水质的改善存在滞后性, 2014 年11 月调水之后, 2015 年3 月浅层地下水的水质得到改善。因此, 采用调水和浅层地下水、坑塘水混合灌溉, 对合理开发利用区域咸淡水资源以及深层地下水压采, 恢复地下水位意义重大。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 河北低平原淡水资源短缺, 微咸水资源丰富, 合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015 年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行, 以冬小麦和夏 玉米一年两熟种植体系为研究对象, 开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014 年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1 水(F1)、拔节期用2 g·L1、3 g·L1、4 g·L1、5 g·L1 的微咸水灌溉1 次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g·L1 的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g·L1 微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g·L1 的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015 年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简, 冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g·L1 的微咸水灌溉)。结果表明, 一般年型下冬小麦生育期灌溉2 水就能获得高产和稳产, 平均产量为6 593.4 kg·hm2。利用小于5 g·L1 的微咸水灌溉, 与淡水灌溉相比, 不会造成冬小麦产量降低, 灌溉1 次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%, 可用微咸水替代1 次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累, 表层土壤含盐量大于1 g·L1, 影响下茬玉米的出苗和生长, 但夏玉米播种后用675~750 m3·hm2 淡水灌溉可满足耕层淋盐需求, 达到玉米生长的安全阈值, 与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨, 可使土壤盐分得到淋洗, 当夏季降雨量大于300 mm 时, 冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份, 夏季降雨量大于300 mm, 为土壤淋盐创造了条件, 保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 小麦是我国北方重要粮食作物, 在农业生产中经常受到干旱和盐分胁迫影响, 造成减产。种子引发是在种子萌发前用天然或人工合成试剂对种子进行处理, 从而提高植物抗逆性的一种简单而有效的方法。在干旱或高盐条件下, 利用引发剂对小麦种子引发后, 种子萌发提前, 幼苗生长发育代谢增强, 抗逆境相关生理指标提升, 作物抗旱耐盐能力增强, 最终产量及质量得到提高。本文阐述了水、有机物、植物激素、生物活性物质、生物、氧化物、无机信号物质等不同种类引发剂对小麦种子引发的作用机理和效果。并总结了种子引发的主要作用机制, 如: 减少植株对Na+的吸收, 增加对K+、Ca2+的吸收, 减少盐分对生长造成的阻碍; 促进可溶性蛋白和可溶性糖等渗透调节物质的合成和积累, 细胞内维持高渗透压, 有利于根系吸水; 诱使胁迫条件下细胞内超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶等抗氧化酶的合成增多、活性增强, 有效清除活性氧, 维持细胞内氧平衡; 调节植物内源激素合成与运输从而使激素水平处于更加适应胁迫条件的平衡状态等。并讨论了引发剂与植物逆境生理研究之间相互补充、相互促进的关系, 展望了种子引发在农业方面的发展及应用前景。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 为探讨畦长对冬小麦耗水及产量和水分利用特性的影响, 本试验以冬小麦品种‘科农2011’为试验材料, 在2014—2015 年中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦生长季, 畦宽为5 m 条件下, 设置4 m、5 m、10 m(农民习惯畦长)、50 m、100 m 共5 个畦田长度, 各处理均在拔节期和灌浆期用塑料软管从机井口引水到畦首灌水, 塑料软管出水口安装水表计量灌水量, 用秒表计量灌溉用时, 研究不同畦长处理对冬小麦水特性、灌溉定额及灌溉用时、畦田内不同部位土壤含水量差异、籽粒产量以及产量和灌溉水利用效率的影响。结果表明: 随着畦长增加, 灌水量和总耗水量逐渐增加, 灌水量占总耗水量的比例逐渐增加; 籽粒产量虽逐渐增加, 但未达到显著水平。土壤储水消耗量、产量水分利用效率和灌溉水利用效率随着畦长增加逐渐降低。与农民习惯的畦长10 m 相比, 4 m 畦长处理的灌水量减少34.50%, 多消耗深层土壤贮水58.92 mm, 总耗水量降低1.61%, 产量水分利用效率提高1.15%, 灌溉水利用效率提高51.96%, 次灌溉用时减少42.75%。100 m 畦长处理在产量没有显著提高的基础上, 总耗水量增加9.58%, 灌溉水增加38.08%, 产量水分利用效率降低9.88%, 灌溉水利用效率降低26.20%, 次灌溉用时增加65.61%。综合考虑籽粒产量、灌水量和水分利用效率, 4 m畦长是本试验条件下兼顾高产与节水的最优畦长处理。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大, 同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状, 以中国科学院南皮生态农业试验站最近3 年试验研究结果为基础, 综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植, 研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右, 通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE; 冬小麦通过拔节期灌溉关键水, 在促进地上部生物量积累同时, 显著促进地下根系生长, 使冬小麦充分利用土壤储水, 实现限水灌溉下稳产高效; 夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播, 可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性, 提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量, 比常规种植产量提高10%左右; 冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 gL1 的浅层微咸水替代淡水灌溉, 产量与淡水灌溉相同; 浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐, 可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施, 实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用, 在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 作为渤海粮仓主要增粮区的河北东部低平原中低产农田, 冬小麦夏玉米的产量主要受制于土壤肥力水平低、淡水资源短缺和气候异常造成产量的大幅波动。通过选择适宜的品种、播期与收获期的合理搭配、优化的种植方式和配套的耕作与田间管理技术, 提高作物生育期内对地上光热资源和地下水肥资源的利用潜力和效率, 平抑气候变化带来不利影响, 有着巨大的增产空间。该研究通过田间小区试验, 结合示范区试验示范, 研究了冬小麦与夏玉米生育期的优化、夏玉米种植方式调整、夏玉米深松播种、夏玉米增施钾肥与冬小麦增施磷肥及有机肥等措施对冬小麦、夏玉米产量的影响。主要研究结果如下: 冬小麦适期晚播(不迟于10月15 日), 同时适当增加播量, 不影响生育期群体构建和产量水平。早熟品种‘小偃81’提早进入灌浆期, 受后期干热风的危害小, 在不降低品质的同时粒重与产量稳定。夏玉米提早播10 d(6 月10 日与6 月20 日相比)平均增产17.2%, 晚收获8 d(10 月2 日与9 月24 日相比)粒重增加19.5%。根据冬小麦和夏玉米的品种特性, 合理搭配生育期, 在实现冬小麦稳产提质的同时, 使充分发挥夏玉米的产量潜力成为可能。改变夏玉米的种植方式, 适当增加种植密度, 明显地改善和提高了夏玉米产量, 更为适宜的种植方式是40 cm 与80 cm 大小行种植和38 cm 等行距种植, 不适宜的是20 cm 与100 cm 大小行种植, 更为适宜的种植方式下产量提高15%以上。长期旋耕机械压实了犁底层, 通过夏玉米深松播种种植, 产量提高达31.3%, 后茬小麦增产5.6%, 但连续深松没有明显的增产效果。夏玉米播种时增施钾肥产量提高2.6%。冬小麦增施磷肥产量提高7.4%, 增施有机底肥增产6.8%, 增施有机底肥和施磷肥产量提高8.8%, 但无明显的累加效果。因此, 通过适宜的品种选择与适期的生育期搭配、种植方式调整、适时深松打破犁底层的耕作措施、速效肥与有机肥合理施用等栽培和管理技术, 可实现冬小麦夏玉米产量的逐步提高和稳定, 充分利用玉米生长季丰富且集中的降水与光热资源, 挖掘夏玉米产量, 稳夏增秋的粮食增产模式更符合该地区未来发展需求。
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