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A NEW APPROACH TO HOLISTIC NITROGEN MANAGEMENT IN CHINA

Frontiers of Agricultural Science and Engineering 2022年第3期9卷 490-510页

作者： Xuejun LIU Zhenling CUI Tianxiang HAO Lixing YUAN Ying zhang Baojing GU Wen XU Hao YING Weifeng zhang Tingyu LI Xiaoyuan YAN Keith GOULDING David KANTER Robert HOWARTH Carly STEVENS Jagdish LADHA Qianqian LI Lei LIU Wim DE VRIES fusuo zhang Key Laboratory of Plant-Soil Interactions of Ministry of Education National Academy of Agriculture Green DevelopmentCollege of Resources and Environmental SciencesChina Agricultural UniversityBeijing 100193China Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China College of Environmental&Resource Sciences Zhejiang UniversityHangzhou 310058China College of Tropical Crops Hainan UniversityHaikou 570228China State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Nanjing Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China Department of Sustainable Agriculture Sciences Rothamsted ResearchHarpenden AL52JQUK Department of Environmental Studies New York UniversityNew YorkNY 10003USA Department of Ecology&Evolutionary Biology Cornell UniversityIthacaNY 14853USA Lancaster Environment Centre Lancaster UniversityLancasterLA14YQUK Department of Plant Sciences University of CaliforniaDavisDavisCA 95616USA School of Life Sciences Jiangsu Normal UniversityXuzhou 221116China College of Earth and Environmental Sciences Lanzhou UniversityLanzhou 730000China Environmental Systems Analysis Group Wageningen University&ResearchPO Box 476700 AA Wageningenthe Netherlands.

Since the 1980s,the widespread use of N fertilizer has not only resulted in a strong increase in agricultural productivity but also caused a number of environmental problems,induced by excess reactive N emissions.A range of approaches to improve N management for increased agricultural production together with reduced environmental impacts has been *** 4R principles(right product,right amount,right time and right place)for N fertilizer application have been essential for improving crop productivity and N use efficiency while reducing N *** example,site-specific N management(as part of 4R practice)reduced N fertilizer use by 32%and increased yield by 5%in ***,it has not been enough to overcome the challenge of producing more food with reduced impact on the environment and *** paper proposes a new framework of food-chainnitrogen-management(FCNM).This involves good N management including the recycling of organic manures,optimized crop and animal production and improved human diets,with the aim of maximizing resource use efficiency and minimizing environmental *** could meet future challenges for food demand,resource sustainability and environmental safety,key issues for green agricultural transformation in China and other countries.

关键词： 4R technology food chain N management N use efficiency soil-crop system sustainable management

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大豆和蚕豆苗期根系生长特征的比较

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应用生态学报 2005年第11期16卷 2112-2116页

作者：陈杨李隆张福锁中国农业大学资源与环境学院农业部植物营养与养分循环重点开放实验室植物-土壤相互作用教育部重点实验室北京100094

大豆和蚕豆是西北地区间套作生产中广泛种植的豆科作物,但二者在与禾本科作物间作时差异十分明显,蚕豆相对于大豆具有更强的竞争能力.从大豆和蚕豆的根系入手,研究了大豆和蚕豆在苗期根系生长发育和形态的差异.采用PVC管砂培装置,通过... 详细信息

大豆和蚕豆是西北地区间套作生产中广泛种植的豆科作物,但二者在与禾本科作物间作时差异十分明显,蚕豆相对于大豆具有更强的竞争能力.从大豆和蚕豆的根系入手,研究了大豆和蚕豆在苗期根系生长发育和形态的差异.采用PVC管砂培装置,通过扫描仪扫描根系,用图像分析软件WinRHIZO进行了研究.结果表明,出苗42 d时,蚕豆根表面积是大豆根表面积的2.61倍;出苗14 d时,大豆根系在整个砂层中均有分布,而蚕豆根系只分布在表层;大豆根较细,大部分根的直径为0.25～1.0 mm,相对于大豆而言,蚕豆根较粗,大部分根直径为0.5～1.5 mm.蚕豆根较粗,所以有更大的表面积,而且它的根系分布在上层的比例大于大豆,这些因素决定了它的吸收能力强于大豆,能更好地利用上层土壤养分.这是蚕豆竞争能力强于大豆的原因之一.

关键词：大豆蚕豆根系形态参数空间分布

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三种集约化种植体系氮素平衡及其对地下水硝酸盐含量的影响

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应用生态学报 2005年第4期16卷 660-667页

作者：寇长林巨晓棠张福锁中国农业大学资源与环境学院教育部植物土壤相互作用重点实验室农业部植物营养与养分循环重点实验室北京100094 河南省农业科学院土壤肥料研究所

选取中国北方3种重要的集约化种植体系小麦玉米轮作、大棚蔬菜和果园,研究了3种体系年度氮素输入输出关系、土壤硝酸盐的累积、不同体系地下水硝态氮含量的动态变化.结果表明,大棚蔬菜年度化肥氮、有机肥氮、灌水带入的氮和总氮输入量... 详细信息

选取中国北方3种重要的集约化种植体系小麦玉米轮作、大棚蔬菜和果园,研究了3种体系年度氮素输入输出关系、土壤硝酸盐的累积、不同体系地下水硝态氮含量的动态变化.结果表明,大棚蔬菜年度化肥氮、有机肥氮、灌水带入的氮和总氮输入量分别为135. 8、1881、4 0 2和36. 5 6kg·hm-2 ,分别为小麦玉米田的2 5、37. 5、83. 8和5 . 8倍,为果园的2 .1、10 . 4、6. 8 2和4 . 2倍.不同系统降水输入的氮在14 2～18 9kg·hm-2 之间.3个体系氮输出量分别为2 80、32 9和12 1kg·hm-2 .氮素年度盈余分别为349、332. 7和74 .6kg·hm-2 .0～90cm土层硝态氮累积量分别为2 2. 1～2 .75、1173和6 13kg·hm-2 ,90～180cm土层硝态氮累积量分别为2 .13～2. 4 2、10 .32和976kg·hm-2 .在0～180cm剖面中,小麦玉米田各层土壤硝态氮处于相对均一分布,大棚蔬菜以表层最高,30cm以下各层也远高于大田,果园土壤硝态氮累积随土壤深度而增加.3种体系均表现出硝酸盐的明显淋洗.大棚蔬菜区浅井地下水硝态氮含量99%超过了10mg·L-1.而大棚深井和果园浅井超标率均为5 % ,小麦玉米深井为1% .大棚蔬菜区地下水硝态氮含量与井深呈指数函数降低关系.

关键词：集约化种植体系氮素平衡土壤硝酸盐累积地下水硝酸盐污染

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GREEN AGRICULTURE AND BLUE WATER IN CHINA:REINTEGRATING CROP AND LIVESTOCK PRODUCTION FOR CLEAN WATER

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Frontiers of Agricultural Science and Engineering 2021年第1期8卷 72-80页

作者： Maryna STROKAL Annette BGJANSSEN Xinping CHEN Carolien KROEZE Fan LI Lin MA Huirong YU fusuo zhang Mengru WANG Water Systems and Global Change Group Wageningen University&Research6708 PB Wageningenthe Netherlands College of Environment and Resource Southwest UniversityChongqing 400715China Development Economics Group Wageningen University&Research6706 KN Wageningenthe Netherlands Key Laboratory of Agricultural Water Resources Hebei Key Laboratory of Soil EcologyCenter for Agricultural Resources ResearchInstitute of Genetic and Developmental BiologyThe Chinese Academy of SciencesShijiazhuang 050037China School of Environment Tsinghua UniversityBeijing 100084China Center for Resources Environment&Food SecurityChina Agricultural UniversityBeijing 100193China

Crop and livestock production are essential to maintain food *** China,crop and livestock production were integrated in the ***,small backyard systems are still integrated but the larger livestock farms are landless and largely geographically separated from crop production *** a result,there is less recycling of animal manures and there are lower nutrient use efficiencies in the Chinese food production ***,in turn,results in considerable losses of nutrients,causing water pollution and harmful algal blooms in Chinese lakes,rivers and *** turn the tide,there is a need for agricultural“green”development for food production through reintegrating crop and livestock *** additional wish is to turn the Chinese water systems“blue”to secure clean water for current and future *** this paper,current knowledge is summarized to identify promising interventions for reintegrating crop and livestock production toward clean ***,social,economic,policy and environmental interventions are addressed and examples are *** paper highlights recommended next steps to achieve“green”agriculture and“blue”water in China.

关键词： agriculture green development China clean water crop-livestock reintegration

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Phosphorus status, use and recycling in a Chinese peri-urban region with intensive animal husbandry and cropping systems Results from case study in a Sino-German applied research collaboration project

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Frontiers of Agricultural Science and Engineering 2019年第4期6卷 388-402页

作者： Marco ROELCKE Lisa HEIMANN Yong HOU Jianbin GUO Qiaoyun XUE Wei JIA Anne OSTERMANN Roxana Mendoza HUAITALLA Moritz ENGBERS Clemens OLBRICH Roland W.SCHOLZ Joachim CLEMENS Frank SCHUCHARDT Rolf NIEDER Xuejun LIU fusuo zhang Institute of Geoecology Technische Universitat Braunschweig38106 BraunschweigGermany Institute of Crop Science University of Hohenheim70599 StuttgartGermany College of Resources and Environmental Sciences China Agricultural UniversityBeijing 100193China College of Engineering China Agricultural UniversityBeijing 100094China Editorial Committee&Editorial Office of PEDOSPHERE Institute of Soil ScienceChinese Academy of SciencesNanjing 210008China China Agricultural Science and Technology Press Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China Institute for Crop and Soil Science Julius Kuhn Institute(JKI)-Federal Research Centre for Cultivated Plants38116 BraunschweigGermany Institute of Agricultural Engineering University of Hohenheim70599 Institute of Ethics and Transdisciplinary Sustainability Research Leuphana University of Ltineburg21335 LiineburgGermany Department of Business Administration Economics and LawCarl von Ossietzky University of Oldenburg26129 OldenburgGermany Department for Knowledge and Communication Management Danube University Krems3500 KremsAustria SF-Soepenberg GmbH 46569 HiinxeGermany Institute of Agricultural Technology Johann Heinrich von Thiinen Institute(TI)-Federal Research Institute for Rural AreasForestry and Fisheries38116 BraunschweigGermany

The Sino-German research collaboration project,"Recycling of organic residues from agricultural and municipal origin in China"(2008–2012),comprising different interdisciplinary research groups,and also German small and medium-sized enterprises,aimed at developing integrated strategies and solutions for the recycling of organic residues in *** an intensive crop-livestock agricultural region in the Shunyi District of Beijing,five typical cropping systems were *** research was conducted in the form of analyses of phosphorus(P)in soil,plants,animal feed,animal products,manures,mineral and organic fertilizers and the derivation of the corresponding nutrient balances and P *** mean annual P balance surplus was492 kg·ha–1·yr–1 P for the vegetable production system,significantly higher(P30 mg·kg–1)that can lead to increased risk of P loss was exceeded in all five cropping *** feed additives,the"natural background value"(Chinese Environmental Quality Standard for Soils)of copper and zinc in topsoils was exceeded at several *** for several substances in the veterinary antibiotic classes of sulfonamides,tetracyclines,and fluoroquinolones revealed widespread topsoil *** livestock densities were 10.6 livestock units per ha arable land in *** husbandry is increasingly conducted in large operations,making traditional ways of reuse difficult to *** three management systems for treatment of organic

关键词： cropping systems life cycle assessment North China Plain balances and nutrient flows transdisciplinary approach

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小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化 Ⅱ.土壤Olsen-P及各形态无机磷的动态变化

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应用生态学报 2000年第3期11卷 365-368页

作者：刘建玲张福锁中国农业大学植物营养系北京100094

研究了冬小麦夏玉米→春玉米轮作的长期肥料定位试验中 ,不同磷肥、有机肥用量下土壤Olsen P及各形态无机磷的动态变化 .结果表明 ,土壤Olsen P及各形态无机磷含量增减决定于土壤磷素的积累与消耗量 .长期不施磷肥 ,土壤Olsen P含量... 详细信息

研究了冬小麦夏玉米→春玉米轮作的长期肥料定位试验中 ,不同磷肥、有机肥用量下土壤Olsen P及各形态无机磷的动态变化 .结果表明 ,土壤Olsen P及各形态无机磷含量增减决定于土壤磷素的积累与消耗量 .长期不施磷肥 ,土壤Olsen P含量逐渐下降并趋向于临界水平 ,磷肥用量与作物吸磷量基本持平时 ,可以维持土壤Olsen P动态平衡 .磷肥用量高于作物的吸磷量时 ,土壤Olsen P及各形态无机磷均有不同程度的积累 .土壤无机磷的积累以Ca2 P ,Ca8 P为主 ,平均占无机磷积累总量的 5 2 .3 % ,其中Ca8 P占二者积累磷总量的 78.3 % .其次为Al P ,Fe P的积累 ,平均占无机磷积累磷总量的 2 6.1% ,O P、Ca10 P平均占 2 0 .4% .长期有机肥、化学磷肥配合施用明显地增加了磷肥的有效性 .

关键词：土壤磷素长期定位试验轮作 Olsen-P 无机磷

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户用沼气工程发展对农田养分流动的影响

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农业工程学报 2009年第8期25卷 192-199页

作者：汤云川张卫峰张福锁马文奇中国农业大学资源与环境学院北京100193 河北农业大学资源与环境学院保定071001

该文采用养分流的分析方法,对比分析2007年中国13个沼气发展省份沼气农户和非沼气农户农田养分管理行为的差异。结果显示:两类农户单位面积化肥用量和秸秆还田率方面没有明显差异,部分地区沼气农户生活燃料比例明显减少,但地头秸秆燃烧... 详细信息

该文采用养分流的分析方法,对比分析2007年中国13个沼气发展省份沼气农户和非沼气农户农田养分管理行为的差异。结果显示:两类农户单位面积化肥用量和秸秆还田率方面没有明显差异,部分地区沼气农户生活燃料比例明显减少,但地头秸秆燃烧情况加剧;粪尿养分还田率有较大不同,非沼气农户粪尿直接还田率达到96%,沼气农户只有39%,沼气农户大量粪尿进入沼气池,但只有33%的养分被利用,沼肥养分仅占沼气农户养分输入总量的9%。综合比较,沼气农户家庭有机养分比重仅有24%,而非沼气农户达到了43%;这导致了沼气农户单位面积养分输入总量为781.62kg/hm2,显著低于非沼气农户的850.82kg/hm2。沼气农户的废弃物养分循环利用率只有45%,而非沼气农户达到70%。研究结果表明中国沼气农户并没有因为沼气发展而提高养分再利用,沼肥对化肥的替代效果没有表现出来,导致有机资源浪费。因此,必须加强沼气农户的技术培训,加强沼肥的还田力度,提高养分循环利用率,充分发挥沼气对家庭养分资源再利用的优势。

关键词：养分沼气作物农户行为循环利用

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玉米、小麦和大麦与蚕豆间作体系不同根系分隔方式对蚕豆结瘤的影响

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植物学报 2009年第2期44卷 197-201页

作者：苗锐张福锁李隆中国农业大学资源与环境学院北京100083

本实验选取3种对土壤氮素竞争能力不同的禾本科作物大麦(Hordeum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)分别与蚕豆(Vicia faba)间作,建立对土壤氮素竞争能力不同的作物组合;并采用3种分隔方式(塑料膜分隔、尼龙网分隔和... 详细信息

本实验选取3种对土壤氮素竞争能力不同的禾本科作物大麦(Hordeum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)分别与蚕豆(Vicia faba)间作,建立对土壤氮素竞争能力不同的作物组合;并采用3种分隔方式(塑料膜分隔、尼龙网分隔和无分隔)建立同一作物组合条件下作物种间根系相互作用的不同强度,来研究不同作物组合及种间根系相互作用强度对蚕豆结瘤的影响。结果如下:(1)蚕豆的结瘤并未随3种禾本科作物氮素竞争能力的增强而增加,但是3种间作体系蚕豆的结瘤却均表现出无分隔处理多于塑料膜分隔处理,即同一间作体系种间根系相互作用越强,越有利于蚕豆结瘤的产生,存在种间互利作用;(2)在玉米/蚕豆间作体系中,无分隔处理的蚕豆根瘤数目和根瘤重显著高于塑料膜分隔处理,分别高出67.5%和70.1%;在大麦/蚕豆间作体系中也表现出无分隔处理的根瘤重显著高于塑料膜分隔处理(高出46.3%);(3)玉米/蚕豆间作体系与小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系相比,无分隔处理时土壤氮素含量显著高于后2个间作体系,但是玉米/蚕豆间作体系对蚕豆结瘤的促进作用更强。上述结果表明,在蚕豆/玉米间作体系中,玉米促进蚕豆生物固氮除了氮素竞争机制外,还可能存在其它机制。

关键词：大麦/蚕豆间作根系作用玉米/蚕豆根瘤小麦/蚕豆

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小麦/玉米间作根系相互作用对氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响

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农业工程学报 2005年第11期21卷 33-37页

作者：叶优良孙建好李隆张福锁中国农业大学资源与环境学院植物营养系甘肃农业科学院土壤与肥料研究所兰州730070

通过在甘肃河西灌区的田间试验,该文探讨了地下部分隔作用对小麦/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响。研究结果表明:小麦/玉米间作,间作小麦和间作玉米吸氮量在没有地下部分隔条件下都高于分隔。小麦收获后,间作小麦地下部分隔与... 详细信息

通过在甘肃河西灌区的田间试验,该文探讨了地下部分隔作用对小麦/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响。研究结果表明:小麦/玉米间作,间作小麦和间作玉米吸氮量在没有地下部分隔条件下都高于分隔。小麦收获后,间作小麦地下部分隔与没有地下部分隔之间土壤硝态氮累积量接近;间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量高于分隔。玉米收获后,小麦不分隔土壤硝态氮累积量低于分隔,间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量都高于分隔。小麦/空带和玉米/空带间作时,作物氮素吸收和土壤硝态氮含量都没差异。

关键词：小麦/玉米间作地下部分隔氮

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Enhancing phosphorus uptake efficiency through QTL-based selection for root system architecture in maize

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Journal of Genetics and Genomics 2016年第11期43卷 663-672页

作者： Riliang Gu Fanjun Chen Lizhi Long Hongguang Cai Zhigang Liu Jiabo Yang Lifeng Wang Huiyong Li Junhui Li Wenxin Liu Guohua Mi fusuo zhang Lixing Yuan Key Lab of Plant-Soil Interaction MOECenter for ResourcesEnvironment and Food SecurityCollege Resources and Environmental SciencesChina Agricultural University College of Agronomy and Biotechnology China Agricultural University Institute of Agricultural Resource and Environment Jilin Academy of Agricultural Sciences Cereal Crops Research Institute Henan Academy of Agricultural Sciences

Root system architecture （RSA） plays an important role in phosphorus （P） acquisition, but enhancing P use efficiency （PUE） in maize via genetic manipulation of RSA has not yet been reported. Here, using a maize recombinant inbred line （RIL） population, we investigated the genetic relationships between PUE and RSA, and developed P-efficient lines by selection of quantitative trait loci （QTLs） that coincide for both traits. In low-P （LP） fields, P uptake efficiency （PupE） was more closely correlated with PUE （r = 0.48 -0.54）, and RSA in hydroponics was significantly related to PupE （r=0.25-0.30） but not to P utilization efficiency （PutE）. QTL analysis detected a chromosome region where two QTLs for PUE, three for PupE and three for RSA were assigned into two QTL clusters, Cl-bin3.04a and Cl-bin3.04b. These QTLs had favorable effects from alleles derived from the large-rooted and high-PupE parent. Marker-assisted selection （MAS） identified nine advanced backcross-derived lines carrying Cl-bin3.04a or Cl-bin3.04b that displayed mean increases of 22%-26% in PUE in LP fields. Furthermore, a line L224 pyramiding Cl- binB.04a and Cl-bin3.04b showed enhanced PupE, relying mainly on changes in root morphology, rather than root physiology, under both hydroponic and field conditions. These results highlight the physiological and genetic contributions of RSA to maize PupE, and provide a successful study case of developing P-efficient crops through QTL-based selection.

关键词： Maize Quantitative trait loci Phosphorus Root system architecture Marker-assisted selection

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