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基于可见-近红外光谱技术的广东典型地区耕地土壤养分含量预测模型评估

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华南农业大学学报 2024年第2期45卷 218-226页

作者：钟鹤森李玮张泽宇吴玲鄂东梅张孟豪许腾伟戴军张池华南农业大学资源环境学院广东广州510642 中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 福斯华(北京)科贸有限公司北京100081

【目的】可见-近红外光谱(Visible-near infrared spectroscopy,VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型,从而无损快速地预测土壤养分含量。然而,至今鲜见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIR... 详细信息

【目的】可见-近红外光谱(Visible-near infrared spectroscopy,VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型,从而无损快速地预测土壤养分含量。然而,至今鲜见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIRS技术对广东典型地区的耕地土壤进行分析,构建土壤全量及速效养分含量的VNIRS预测模型,并评估利用光谱分析土壤全量和速效养分含量的可行性,为广东省土壤养分的快速检测及质量评估提供科学参考。【方法】本研究采集了粤东(梅州)、粤西(湛江)、粤北(韶关)、粤西北(肇庆)和珠三角(惠州和珠海) 5个地区共514份耕地土壤样品,测量样品有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量,同时利用VNIRS在400~2 490 nm波长范围内探明其全光谱特征,筛选定标样品,结合偏最小二乘法和主成分分析,建立预测模型,并在此基础上进行反向验证,评估模型的可行性。【结果】各地区土壤有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量及光谱特征均存在显著差异。有机质和全氮的定标预测模型效果较好,其中,粤西北地区的有机质定标相关系数达到0.831 1,珠三角地区的全氮定标相关系数达到0.789 8;可溶性有机碳、碱解氮和速效磷的预测模型效果在地区间差异较大,粤西北和珠三角地区碱解氮和速效磷的定标效果远优于其他地区。反向验证结果表明,有机质和全氮的预测值与实测值具有较好的相关性,决定系数(R2)最高分别达到0.69和0.65;粤西北和珠三角地区碱解氮的反向验证结果也较好,R2达到0.63和0.62;而可溶性有机碳和速效磷的反向验证结果总体较差。【结论】VNIRS技术能够区分省域内不同地区的土壤来源,可以作为未来土壤分类和土壤质量调查的重要评价指标。VNIRS技术能够较好地直接预测耕地土壤有机质和全氮含量,对可溶性有机碳、碱解氮、速效磷含量的预测存在明显元素差别和地区差异,今后需进一步筛选光谱范围或采用更优方式构建模型。

关键词：可见-近红外光谱广东耕地土壤土壤养分偏最小二乘法

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氮肥施用下蚯蚓活动对农田氮转化影响的Meta分析

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农业环境科学学报 2024年第3期43卷 597-608页

作者：那立苹刘亚林熊兴军朱超亚王薇明润廷伍玉鹏华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国农业大学资源与环境学院北京100193 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

蚯蚓在自然土壤中既能促进植物氮(N)素利用、增加土壤N固持,也会导致土壤N素气逸和淋溶损失,但农田土壤中持续的N肥施用如何影响蚯蚓的这些作用却并不清楚。因此,本研究提取了52篇文献中的202对数据,利用Meta分析从N肥类型、施肥量和施... 详细信息

蚯蚓在自然土壤中既能促进植物氮(N)素利用、增加土壤N固持,也会导致土壤N素气逸和淋溶损失,但农田土壤中持续的N肥施用如何影响蚯蚓的这些作用却并不清楚。因此,本研究提取了52篇文献中的202对数据,利用Meta分析从N肥类型、施肥量和施肥方式3个方面进行研究,评估N肥施用下蚯蚓活动对农田N转化的影响。总体结果表明,N肥施用下蚯蚓活动显著增加了作物生物量(地上部、地下部分别增加了12.00%、19.30%)及作物总氮(TN)含量(地上部、地下部分别增加了20.35%、21.06%),显著增加了土壤可利用N(9.16%)、微生物生物量氮(MBN,23.19%)及脲酶活性(23.73%),但与此同时也导致土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放和N淋溶增加了16.41%和16.15%。蚯蚓活动对不同肥料类型、施肥量及施肥方式下土壤N转化过程的影响不同。有机-无机N肥配施时,蚯蚓活动对作物生物量和TN含量均有显著的促进作用(地上部、地下部生物量分别增加了17.90%、18.03%;地上部、地下部TN含量分别增加了37.62%、25.76%);无论N肥施用量为多少,蚯蚓活动均显著增加了作物地上部生物量和地上部TN含量,但对其他指标无显著影响;N肥深施时,蚯蚓活动显著增加了作物生物量(地上部、地下部生物量分别增加了16.75%、22.75%)、TN含量(地上部、地下部TN含量分别增加了33.24%、27.62%)和微生物活性(MBN、脲酶分别增加了27.87%、28.21%),而N肥表施时,蚯蚓活动仅显著增加了土壤可利用N含量(17.56%)和脲酶活性(9.03%)。蚯蚓活动显著增加生态系统多功能性(5.93%)。N肥深施相比N肥表施更有助于充分发挥蚯蚓在农田土壤N转化过程中的积极作用,而N肥类型和施用量对蚯蚓诱导的N转化过程的综合作用并无显著影响。

关键词：蚯蚓氮肥农田土壤氮转化生态系统多功能性 Meta分析

农业生产托管影响粮农增收的机制及环节异质性

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中国农业大学学报 2024年第8期29卷 300-313页

作者：李亚娟唐文慧马骥中国农业大学资源与环境学院/国家农业绿色发展研究院北京100193 中国农业大学经济管理学院北京100083

农业生产托管是解决粮农既要种地又想务工的双重矛盾的重要手段,针对其对粮农家庭收入的影响及其作用机制的环节异质性尚不清楚这一问题,构建“农业生产托管-要素替代-粮农家庭收入”的理论框架,基于中国11省44县的2060份粮农数据,采用... 详细信息

农业生产托管是解决粮农既要种地又想务工的双重矛盾的重要手段,针对其对粮农家庭收入的影响及其作用机制的环节异质性尚不清楚这一问题,构建“农业生产托管-要素替代-粮农家庭收入”的理论框架,基于中国11省44县的2060份粮农数据,采用内生转换模型和中介效应模型,深入剖析农业生产托管对粮农家庭收入的影响及其内在机制。结果表明:(1)粮农的农业生产托管决策受托管特征、种植特征等内外部因素影响。(2)农业生产托管可以优化粮农家庭收入结构,提高收入水平。其中,工资性收入的平均处理效应>粮食种植性收入>转移性收入。(3)农业生产托管从劳动力分工和物质资本配置2个维度促进粮农增收,且存在环节异质性,其中,劳动力分工的中介效应>非劳动力要素配置。耕地、收储等劳动密集型环节托管主要经优化劳动力分工提高粮农收入,防治等技术密集型环节则主要通过优化物质资本配置促进增收。

关键词：农业生产托管环节异质性粮农家庭收入劳动力分工物质资本配置

低磷信号调控独脚金内酯合成与水稻株型的核心机制

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科学通报 2024年第2期69卷 143-145页

作者：刘斌倪中福中国农业大学农学院北京100193

不开作物株型改良和化肥的大量施用[1,2].近年来,主要营养元素调控植物株型的分子机制逐渐成为研究热点.磷是植物生长发育必需的大量元素之一,土壤中易被植物直接吸收的无机磷盐含量较低,而生产磷肥所需的磷矿资源不可再生,磷矿的大量... 详细信息

不开作物株型改良和化肥的大量施用[1,2].近年来,主要营养元素调控植物株型的分子机制逐渐成为研究热点.磷是植物生长发育必需的大量元素之一,土壤中易被植物直接吸收的无机磷盐含量较低,而生产磷肥所需的磷矿资源不可再生,磷矿的大量开采在浪费资源的同时也造成了严重的环境污染.已有研究报道表明,在低磷胁迫下植物能够通过改变根系结构来促进磷的吸收.

关键词：大量元素水稻株型低磷胁迫根系结构无机磷磷矿资源独脚金内酯信号调控

东北地区未来春玉米干旱风险时空分布及对气候变化的响应

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中国农业科学 2024年第12期57卷 2336-2349页

作者：杨王华刘志娟巩敬锦付真真张太林张晓龙沈彦军杨晓光中国农业大学资源与环境学院中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

【目的】干旱是影响中国农业生产的主要自然灾害之一。东北地区作为中国最大的玉米生产基地，气候变化背景下干旱频发重发严重影响玉米的高产稳产。评估未来气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及其空间格局变化，为该地区春玉米防旱... 详细信息

【目的】干旱是影响中国农业生产的主要自然灾害之一。东北地区作为中国最大的玉米生产基地，气候变化背景下干旱频发重发严重影响玉米的高产稳产。评估未来气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及其空间格局变化，为该地区春玉米防旱避灾以及保障其高产稳产提供科学依据。【方法】选取东北地区春玉米潜在种植区为研究区域，基于ISIMIP输出的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5 3种气候情景的1981—2060年逐日气象资料以及53个农业气象观测站1981—2014年春玉米生育期资料，选取作物水分亏缺指数（crop water deficit index,CWDI）为农业干旱指标，分析东北地区春玉米不同生育时期不同等级干旱时空分布特征，选择最优概率理论分布函数进行干旱指数序列的概率估算，基于信息扩散理论估算得到各点春玉米不同等级干旱风险，构建干旱风险指数，评估未来不同气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及未来各等级风险区的空间格局变化。【结果】（1）1981—2014年东北地区春玉米全生育期干旱指数总体呈西南高东北低的特征，表现为内蒙古东四盟（57.3%）>黑龙江省（40.6%）>辽宁省（39.5%）>吉林省（38.9%）。（2）研究区域春玉米生育中期干旱指数整体高于生育前期和生育后期。其中，2030s和2050s研究区域春玉米生育前期干旱风险概率为轻旱>中旱≈重旱>特旱，生育中期干旱风险概率为特旱>重旱>轻旱≈中旱，生育后期干旱风险概率轻旱>中旱>重旱>特旱。（3）1981—2060年，SSP1-2.6低排放情景下，东北地区春玉米较高等级干旱风险发生概率将减少，极高和较高干旱风险区明显向西南收缩，2030s和2050s面积占比分别减少5.4%和9.6%、0.8%和2.5%；而SSP3-7.0和SSP5-8.5两个高排放情景下，较高等级干旱风险发生概率增加，且较高干旱风险区向东北扩张，2050s面积占比分别增加8.5%和9.7%。【结论】基于干旱风险指数的未来干旱风险时空分布格局中，东北春玉米干旱风险呈现由西南向东北减少的特征，且未来SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，较高干旱风险区向东北方向扩张，需关注作物关键生育时期提出针对性的防御措施。

关键词：干旱风险气候变化东北地区春玉米 CMIP6 作物水分亏缺指数

DNDC模型耦合遥感技术的保护性耕作下土壤有机碳模拟

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农业工程学报 2024年第9期40卷 108-118页

作者：刘泓君许昭辉周永馨孙君龄万炜刘忠中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 华北耕地保育农业农村部重点实验室北京100193 南昌大学资源与环境学院鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室南昌330031

不同耕作措施会改变土壤有机碳储量,影响农田生态系统的碳收支。揭示自实行保护性耕作以来农田土壤有机碳的响应规律,对增加土壤碳库具有重要意义。该研究基于遥感反演技术耦合DNDC(denitrification-decomposition)模型,从县域和栅格尺... 详细信息

不同耕作措施会改变土壤有机碳储量,影响农田生态系统的碳收支。揭示自实行保护性耕作以来农田土壤有机碳的响应规律,对增加土壤碳库具有重要意义。该研究基于遥感反演技术耦合DNDC(denitrification-decomposition)模型,从县域和栅格尺度,精细刻画保护性耕作下2000-2020年吉林省土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)的空间分布格局,并模拟不同秸秆还田情景下SOCD增长潜力。结果表明:1)20 a间土壤有机碳储量由6.08×10^(8)t增加到1.22×10^(9)t,增量主要与耕地面积扩大相关。县域尺度SOCD在4.46~98.09 t/hm^(2),栅格尺度SOCD在3.34~139.2 t/hm^(2),呈现中高北低的格局。2)保护性耕作对表层土的影响更大,0~10 cm土层的SOCD增长率最高达4.4%,>10~20 cm土层增长率最高为0.09%。3)吉林西南及中部具有巨大的SOCD增长潜力,达0.24~0.57 t/hm^(2)。研究结果可为保护性耕作政策制定提供科学参考。

关键词：秸秆遥感碳 DNDC模型情景模拟有机碳密度吉林省

社区堆肥在有机固体废弃物资源化中的应用综述

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环境污染与防治 2024年第10期46卷 1502-1507页

作者：王凌霄李扬阳仰颉常瑞雪罗文海李彦明中国农业大学资源与环境学院北京100093 中国农业大学教授工作站广东深圳518000

社区内产生的厨余垃圾和绿化垃圾是城市有机固体废弃物的主体,社区堆肥作为有机固体废弃物资源化利用的有效途径,为城市有机固体废弃物管理提供了社区尺度的解决方案,但目前仍存在认识不足和技术限制等问题。通过对社区堆肥的原料来源... 详细信息

社区内产生的厨余垃圾和绿化垃圾是城市有机固体废弃物的主体,社区堆肥作为有机固体废弃物资源化利用的有效途径,为城市有机固体废弃物管理提供了社区尺度的解决方案,但目前仍存在认识不足和技术限制等问题。通过对社区堆肥的原料来源与组成、设施、影响因素和腐熟度评价等方面的综述,促进人们对社区堆肥的认识。社区堆肥的原料以厨余垃圾和绿化垃圾为主,处理规模介于集中式堆肥和小型家庭堆肥之间,社区堆肥设施的容量一般为0.65~3.00 m^(3)。影响社区堆肥的主要因素有温度、碳氮比、电导率、pH、翻堆操作等。社区堆肥过程使有机质中的碳处于循环使用状态,而且收集和运输成本降低,大大减少了碳排放。堆肥过程中污染气体的排放特别是气味问题是阻碍社区堆肥推广的瓶颈,需要政府和社区携手解决。

关键词：社区堆肥厨余垃圾绿化垃圾温室气体碳减排

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不同水分供应条件下春玉米的适宜播期

中国生态农业学报（中英文） 2024年第7期32卷 1170-1182页

作者：李扬王靖王培娟尹红胡琦黄明霞陈仁伟中国气象科学研究院北京100081 中国农业大学资源与环境学院北京100193 国家气候中心北京100081

春玉米是半干旱区重要的粮食作物,但该区降水少且年际变异大,春玉米产量低而不稳。适宜播期的选择有利于作物稳产高产,但适宜播期会随水分供应条件的变化而变化。本文以半干旱区主栽春玉米品种‘郑单958’为研究对象,使用APSIM-Maize模... 详细信息

春玉米是半干旱区重要的粮食作物,但该区降水少且年际变异大,春玉米产量低而不稳。适宜播期的选择有利于作物稳产高产,但适宜播期会随水分供应条件的变化而变化。本文以半干旱区主栽春玉米品种‘郑单958’为研究对象,使用APSIM-Maize模型探究该区分期播种试验的适宜间隔以及不同水分供应条件下[雨养、灌溉60 mm、灌溉120 mm、灌溉180 mm、灌溉240 mm、潜在条件(灌溉量308 mm)]春玉米的适宜播期范围。结果表明:1)以不同供水条件下春玉米产量的5%分位为差异阈值划分播期时,该地区春玉米分期播种试验和模拟的时间步长建议设定为4 d;2)雨养条件下,干旱年、正常年和湿润年春玉米平均产量分别为0.9 t·hm^(-2)、2.3 t·hm^(-2)和5.5 t·hm^(-2),平均水分利用效率分别为0.4 kg·m^(-3)、0.7 kg·m^(-3)和1.5 kg·m^(-3),潜在条件、灌溉240 mm、灌溉180 mm、灌溉120 mm、灌溉60 mm和雨养条件下的适宜播期范围分别为5月6日—6月2日、5月6—29日、5月10—29日、5月14—29日、5月14—25日和5月14—17日,适宜播期范围随生育期供水量的增加而提前和扩大;3)潜在条件下春玉米产量的气象决定因子是生育期辐射量,灌溉240 mm和180 mm时产量的气象决定因子分别是营养生长阶段辐射量和降水量,灌溉120 mm和60 mm及雨养条件下的产量决定因子均为生育期降水量。本文探究了春玉米的适宜播期及其随生育期供水量的变化规律,研究结果可为半干旱区春玉米适水播种提供理论参考。

关键词：春玉米播种窗口适宜播期产量保证率水分利用效率灌溉降水年型

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不同产酸类型餐厨酸化液作为污水反硝化碳源的性能研究

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农业机械学报 2024年

作者：郑永辉任玉莹王珍宝卢艳娟董仁杰郭建斌中国农业大学工学院中国农业大学资源与环境学院北京时代桃源环境科技股份有限公司

餐厨酸化液有机酸含量高，作为碳源应用于污水反硝化脱氮过程潜力巨大，可缓解我国城市污水处理厂普遍面临的碳源不足的问题。基于全混式厌氧发酵反应器，探究在连续运行条件下不同pH值、有机负荷（OLR）和停留时间（HRT）对餐厨垃圾厌... 详细信息

餐厨酸化液有机酸含量高，作为碳源应用于污水反硝化脱氮过程潜力巨大，可缓解我国城市污水处理厂普遍面临的碳源不足的问题。基于全混式厌氧发酵反应器，探究在连续运行条件下不同pH值、有机负荷（OLR）和停留时间（HRT）对餐厨垃圾厌氧产酸特性的影响，通过调控厌氧产酸类型，获取不同产酸类型的酸化液，评估其作为外加碳源的反硝化性能。结果表明，中温条件下，控制pH值为6.0，OLR为15.0 g?L-1?d-1时获得最大TVFAs产量，为50.05 g/L，产酸类型为丁酸型发酵；控制pH值为5.0时，产酸类型为乙酸型发酵，具有最佳反硝化速率为7.62 mg?g-1?h-1，介于葡萄糖 (5.39 mg?g-1?h-1) 和乙酸钠 (9.47 mg?g-1) 之间；同等COD下，餐厨酸化液的反硝化能力 (0.21 g?g-1) 相当于乙酸钠的84%。因此，餐厨酸化液作为一种新的、可持续的、低能量和经济性要求的碳源具有巨大的市场和应用潜力。

关键词：餐厨废弃物产酸发酵外加碳源反硝化脱氮