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豆科作物轮作强化农田生态系统功能的研究进展

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作物学报 2024年第8期50卷 1885-1895页

作者：刘春燕张利影周杰许依杨亚东曾昭海臧华栋中国农业大学农学院/农业农村部农作制度重点实验室北京100193 南京农业大学农学院江苏南京215000

集约化农业对保障国家粮食安全至关重要,但其导致的生态环境代价与绿色可持续发展之间的矛盾日益突出。引入豆科作物到农田生态系统对于实现地力保育、作物丰产稳产和资源优化利用等多目标协同具有重要意义。本文系统总结了豆科作物轮... 详细信息

集约化农业对保障国家粮食安全至关重要,但其导致的生态环境代价与绿色可持续发展之间的矛盾日益突出。引入豆科作物到农田生态系统对于实现地力保育、作物丰产稳产和资源优化利用等多目标协同具有重要意义。本文系统总结了豆科作物轮作对作物生产和土壤功能的主要影响:1)豆科作物通过生物固氮、高质量的根际分泌物输入、秸秆还田等过程改善了土壤氮素水平,产生正向的残留效应,有利于后茬作物增产,且增产效应在低产区更显著;2)豆科作物轮作可以通过氮肥减施降低系统N2O排放,但豆科的生物固氮过程有增加CO_(2)排放的风险;3)低C/N、高氮含量的豆科秸秆还田能够提高土壤微生物活性和残体积累,提高土壤固碳效率,但其固碳效应也受到较低的秸秆生物量投入限制;4)豆科作物可以提高后茬作物的水肥利用效率,同时利用前后茬作物根系深浅合理搭配,实现轮作周年水肥高效利用。因此,将豆科作物引入到轮作系统可实现氮肥减施和增产,但其产生的土壤固碳和温室气体减排效应受到作物种类、肥料投入、土壤和气候条件等多种因素的综合影响。为更好地发挥豆科作物轮作优势,应深入探究豆科促进后茬作物增产和驱动地下部生态功能提升的耦合机制,开发豆科作物轮作配套田间管理技术,并定向设计适合我国典型生态区的新型生态高效种植体系,对推动豆科作物轮作模式构建与应用及农业绿色发展具有重要理论意义和实践价值。

关键词：谷物豆科豆禾轮作作物生产力土壤功能经济效益

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轮作模式对冬小麦根际和非根际土壤氨氧化微生物群落多样性和组成的影响

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生态学报 2023年

作者：侯喜庆禹桃兵王培欣臧华栋曾昭海杨亚东中国农业大学农学院农业农村部农作制度重点实验室

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N2O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花... 详细信息

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N2O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的群落组成和多样性变化特征。结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量。豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P<0.05)。豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P<0.05)。根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P<0.05)。研究结果表明:豆禾轮作种植改变了AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离。

关键词：轮作模式根际土壤氨氧化古菌氨氧化细菌群落多样性冗余分析

微塑料对农田生态系统的影响:研究现状与展望

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中国生态农业学报（中英文） 2022年第1期30卷 1-14页

作者：吕一涵周杰杨亚东臧华栋胡跃高曾昭海中国农业大学农学院/农业农村部农作制度重点实验室北京100193

近年来,微塑料污染成为全球关注的热点问题。在农田生态系统中地膜覆盖、灌溉用水、有机肥施用等措施在提升作物产量的同时,都会导致塑料残留。因耕作和紫外线辐射,残留塑料逐步破碎降解,形成微塑料(直径<5 mm),进入土壤、作物与食物链... 详细信息

近年来,微塑料污染成为全球关注的热点问题。在农田生态系统中地膜覆盖、灌溉用水、有机肥施用等措施在提升作物产量的同时,都会导致塑料残留。因耕作和紫外线辐射,残留塑料逐步破碎降解,形成微塑料(直径<5 mm),进入土壤、作物与食物链系统,威胁生态系统健康。本文系统总结了农田微塑料的来源、丰度、迁移特点和检测方法,重点关注了微塑料在农田生态系统中对作物生长发育、微生物活性、土壤养分循环及温室气体排放等方面的影响。微塑料对作物-土壤-微生物系统产生的主要影响为:1)微塑料含有的毒性添加剂(即增塑剂)与携带的有害物质(如有机污染物、重金属和病原体)随塑料颗粒在土壤中迁移,可改变土壤理化性质,并为微生物提供新生态栖息地,对作物生长、土壤酶和微生物活性造成影响;2)微塑料含有大量碳(通常约为90%),影响其他元素(如氮和磷)循环,进而影响微生物活性。土壤性质改变也间接影响CO_(2)、N_(2)O和CH4形成。由于聚合物类型、大小、形状和浓度的高度可变性,微塑料对作物生产和土壤生物地球化学过程的影响及其机制有待深入探究。本文还展望了未来农田生态系统微塑料的研究方向和重点。

关键词：微塑料农田生态系统作物微生物土壤养分循环

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花生青枯病及其土壤微生态调控研究进展

中国生态农业学报(中英文) 2023年第11期31卷 1695-1707页

作者：方向阳禹桃兵杨磊臧华栋曾昭海杨亚东中国农业大学农学院北京100193

由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物,也是青枯病危害严重的作物之一。近年来,连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧... 详细信息

由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是世界范围内广泛传播、危害严重且难以防治的毁灭性土传病害之一。花生是我国重要的油料和经济作物,也是青枯病危害严重的作物之一。近年来,连续种植导致花生青枯病发生进一步加剧,严重威胁了花生产业的发展。本文以花生青枯病的危害及其土壤微生态调控为切入点,梳理了花生青枯病的发生现状、病原菌概况、发生条件与作用机制以及主要危害与防治措施等。首先,对茄科雷尔氏菌的分类方法和致病机理进行了系统、完整地梳理,总结了茄科雷尔氏菌的4种主流分类方法,并绘制了其发病机制图解。其次,我们重点从土壤微环境、土壤微生物两个方面分析了花生连作和青枯病发病土壤区系特征,并提出相应的土壤微生态调控对策,包括调控土壤理化性质、调控土壤养分、施用化学与生物农药、引入生防菌株等。最后,我们对基于土壤微生态调控的花生青枯病可持续防治进行展望,旨在为花生青枯病防治及花生产业的高质量发展提供参考。

关键词：连作障碍花生青枯病茄科雷尔氏菌土壤微生态可持续发展

轮作模式对冬小麦土壤氨氧化微生物群落多样性和组成的影响

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生态学报 2023年第23期43卷 9900-9911页

作者：侯喜庆禹桃兵王培欣臧华栋曾昭海杨亚东中国农业大学农学院农业农村部农作制度重点实验室北京100193

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N_(2)O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、... 详细信息

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N_(2)O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落组成和多样性变化特征。结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量。豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P<0.05)。豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P<0.05)。根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P<0.05)。研究结果表明:豆禾轮作种植改变了AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离。

关键词：轮作模式土壤氨氧化古菌氨氧化细菌群落多样性冗余分析

1961-2018年全球青豌豆生产时空变化及发展趋势

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作物杂志 2022年第3期 47-54页

作者：佟越强聂江文臧华栋杨亚东曾昭海中国农业大学农学院/农业农村部农作制度重点实验室北京100193

我国是全球最重要的青豌豆生产国和出口国,然而全球尺度的主要生产国青豌豆种植面积和产量的历史变化规律和发展趋势并不清楚,制约了我国青豌豆生产的可持续发展。基于1961-2018年全球青豌豆逐年的收获面积、总产量和单产等数据,利用一... 详细信息

我国是全球最重要的青豌豆生产国和出口国,然而全球尺度的主要生产国青豌豆种植面积和产量的历史变化规律和发展趋势并不清楚,制约了我国青豌豆生产的可持续发展。基于1961-2018年全球青豌豆逐年的收获面积、总产量和单产等数据,利用一元线性回归模型以及优势指数等分析了1961-2018年全球青豌豆生产的时空变化特征。结果表明,全球青豌豆生产在1990年前后出现明显的时空变化规律,1961-1990年全球青豌豆生产集中在欧洲,其收获面积和总产量分别占全球的42.5%和41.5%。1990年之后,全球青豌豆生产重心逐步转移到亚洲,其收获面积和总产量分别占全球的71.1%和77.9%。与美国、英国和印度等主产国相比,我国在1990年之前优势指数较弱,但1990年后生产规模优势显著高于其他主产国,效率优势指数逐步缩小。尽管近年来我国青豌豆种植面积的增加带动全球青豌豆生产重心逐渐向亚洲转移,但相较于其他主产国,我国的生产效率并未呈现显著优势。因此,优化和调整我国的青豌豆种植布局,提高单产水平,对提升我国青豌豆的国际竞争力和可持续发展具有重要意义。

关键词：青豌豆时空变化效率优势规模优势可持续生产

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全球燕麦生产时空演变规律及对中国的启示

麦类作物学报 2022年第7期42卷 902-910页

作者：冯文豪佟越强杨亚东葛军勇臧华栋曾昭海中国农业大学农学院北京100193 农业农村部农作制度重点实验室北京100193 张家口市农业科学院/河北省高寒作物研究所河北张家口075000

燕麦是世界第七大栽培作物,也是中国北方重要的粮饲兼用作物,因其具有抗旱、耐瘠薄等特性,在中国旱作区农业发展中占有举足轻重的地位。明确全球燕麦生产时空演变规律,可为中国燕麦种植结构调整和优化提供重要参考依据。本研究基于1961-... 详细信息

燕麦是世界第七大栽培作物,也是中国北方重要的粮饲兼用作物,因其具有抗旱、耐瘠薄等特性,在中国旱作区农业发展中占有举足轻重的地位。明确全球燕麦生产时空演变规律,可为中国燕麦种植结构调整和优化提供重要参考依据。本研究基于1961-2019年全球燕麦生产数据,利用线性回归模型、贡献率以及优势指数分析全球燕麦生产时空演变规律。结果表明,近59年来,全球燕麦收获面积和总产量均呈降低趋势。欧洲是全球燕麦生产中心,1961-1980、1981-1998和1999-2019年三个阶段的总产量分别占世界总量的58.2%、67.4%和62.6%;中国燕麦在这三个阶段的收获面积和总产量总体呈下降趋势,但同期总产量的世界占比却不断增加,从2.0%增长至3.0%。其中,2019年中国燕麦总产量达49.6万t,位列世界第十位。与美国、加拿大、芬兰和澳大利亚等主产国相比,中国燕麦生产的规模优势指数和效率优势指数虽处于不断上升趋势,但整体仍处于劣势地位。因此,优化调整燕麦种植规模,提高单产水平,对中国燕麦产业的可持续发展具有重要意义。

关键词：燕麦时空演变效率优势规模优势

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全球水稻生产时空变化特征及贸易趋势分析

南方农业学报 2022年第6期53卷 1776-1784页

作者：姚伟佟越强刘棋臧华栋杨亚东戚志强曾昭海中国农业大学农学院/农业农村部农作制度重点实验室北京100193 三亚中国农业大学研究院海南三亚572025 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南海口571101

【目的】对全球水稻主产区和主产国水稻生产及贸易的时空变化规律分析,可为我国水稻生产和粮食安全提供重要参考依据。【方法】基于FAO统计数据库,选取1961—2019年的水稻生产及进出口的数据,整理分析全球水稻生产的发展历程、产区分布... 详细信息

【目的】对全球水稻主产区和主产国水稻生产及贸易的时空变化规律分析,可为我国水稻生产和粮食安全提供重要参考依据。【方法】基于FAO统计数据库,选取1961—2019年的水稻生产及进出口的数据,整理分析全球水稻生产的发展历程、产区分布、种植面积及进出口情况;并利用优势指数分析我国与其他水稻主产国在水稻生产上的差距。【结果】1961—2019年全球水稻总产量和收获面积均逐年上升,亚洲始终是全球水稻生产和贸易中心,其中东亚、南亚和东南亚是亚洲水稻主产区,分别占全球水稻总产量的36.9%、29.8%和24.0%。尽管我国和印度的水稻总产量占全球的50%以上,但1980年以来我国水稻种植面积逐年下降,印度则逐年增加。与此同时,非洲水稻收获面积由1961年的277.7万ha逐年递增到2019年的1711.1万ha。全球水稻的进出口贸易量不断增加,2019年全球水稻贸易量比1961年增长近6倍,其中印度、泰国、越南和巴基斯坦是全球最大的水稻出口国,我国和部分非洲国家是全球水稻主要进口国,且进口需求急剧增加。我国由水稻净出口国变成了净进口国。【建议】平衡水稻种植面积,提升农田质量,实现耕地资源可持续利用;加大水稻生产的政策支持,保护农民种粮积极性;推进稻谷供给侧结构性改革,提高稻米质量,提升市场竞争力。

关键词：水稻生产时空变化国际贸易粮食安全

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燕麦与马铃薯带状间作产量优势及土地利用率

中国农业大学学报 2023年第3期28卷 38-49页

作者：彭良斌周杰马怀英臧华栋靳建刚薛志强杨亚东曾昭海中国农业大学农学院北京100193 山西农业大学生态农牧研究所山西右玉037200

为探究北方半干旱地区燕麦与马铃薯带状间作对作物产量和土地利用率的影响,于2019—2021年在山西省右玉县开展3年的大田试验,设置燕麦单作、马铃薯单作和燕麦与马铃薯带状间作3种种植模式,分析了3种种植模式产量效应以及间作模式的土地... 详细信息

为探究北方半干旱地区燕麦与马铃薯带状间作对作物产量和土地利用率的影响,于2019—2021年在山西省右玉县开展3年的大田试验,设置燕麦单作、马铃薯单作和燕麦与马铃薯带状间作3种种植模式,分析了3种种植模式产量效应以及间作模式的土地当量比(LER)和边行效应。结果表明:燕麦与马铃薯带状间作表现出明显的增产效应,3年试验期间的土地当量比分别为1.11、1.07和1.17。间作边1行燕麦籽粒产量显著高于间作其他边行和单作行,2019—2021年,间作边1行产量对间作燕麦籽粒产量贡献率为35.6%~38.5%。产量构成分析显示,地上部生物量、有效穗和穗粒数的增加是间作边1行燕麦籽粒产量提高的决定因素。与马铃薯单作相比,间作边1行马铃薯单株块茎重和商品薯重均降低,导致间作马铃薯产量下降1.0%~26.2%。综上所述,燕麦与马铃薯带状间作增加了土地利用率,具有较好的产量效应,燕麦边行效应是间作产量优势的重要原因。

关键词：燕麦‖马铃薯产量土地当量比边行效应