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Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展

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地学前缘 2024年第2期31卷 103-110页

作者：李杉杉张荣费杨梁家辉杨兵王萌师华定陈世宝生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室北京100081

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与... 详细信息

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示:(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金属复合污染修复的推广应用提供参考与借鉴。

关键词：稻田土壤重金属复合污染 Fe 土壤修复

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东北黑土地保护利用“北安模式”及推广建议

北方园艺 2024年第19期 142-147页

作者：徐珂怡易小燕张泽蔚北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

北大荒集团是东北大粮仓的重要组成部分，为国家粮食安全做出了重要贡献，总结其黑土地保护模式，为黑土地保护利用提供借鉴，为保障国家粮食安全提供路径选择。该研究利用典型案例调查法，通过实地调研与关键人物访谈，梳理黑土地保护... 详细信息

北大荒集团是东北大粮仓的重要组成部分，为国家粮食安全做出了重要贡献，总结其黑土地保护模式，为黑土地保护利用提供借鉴，为保障国家粮食安全提供路径选择。该研究利用典型案例调查法，通过实地调研与关键人物访谈，梳理黑土地保护做法与经验，总结凝练成“北安模式”。“北安模式”黑土地保护做法体现在，一是修建防护工程解决黑土变“薄”问题，打造绿色屏障，防止黑土地遭到风蚀水蚀；二是采取用养结合解决黑土变“瘦”问题，提高土壤中的有机质；三是运用深松整地解决黑土变“硬”问题，提高土壤结构的稳定性，缓解耕地板结情况。该模式取得明显的保护成效，水土流失治理面积超8 000 hm2,黑土地有机质含量提高了2.8 g·kg-1,耕地质量平均已经提高0.5个等级。在运行机制上，“北安模式”黑土地保护采取“3+1”田长制、规范化生产流程与技术措施以及智慧化监测土壤墒情。为进一步推广黑土地保护的“北安模式”,建议加强高标准农田建设筑牢防护工程以促进耕地的保护和绿色利用；协同农业减污与提质增效以促进农业绿色发展；加强校企合作强化耕地科技以促进农业高质量发展；发挥服务主体优势提升社会化服务水平以协同周边地区共同保护。

关键词：东北黑土区黑土地保护耕地保护

河流水质采样策略与频率对氮磷负荷估算的影响

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2111-2118页

作者：贾临东胡宏祥杜新忠雷秋良张天鹏刘宏斌蒋跃林安徽农业大学资源与环境学院农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室安徽合肥230036 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室农业农村部面源污染控制重点实验室北京100081

为探究适合的流域水质监测频率与采样策略,提高氮磷污染物负荷估算的精度,基于云南省洱源县凤羽河流域2011~2013年间逐日流量与总氮､总磷浓度的每日数据,在7d/次,14d/次,21d/次,28d/次4种采样频率下设定了3种不同的采样情景(情景a:普通... 详细信息

为探究适合的流域水质监测频率与采样策略,提高氮磷污染物负荷估算的精度,基于云南省洱源县凤羽河流域2011~2013年间逐日流量与总氮､总磷浓度的每日数据,在7d/次,14d/次,21d/次,28d/次4种采样频率下设定了3种不同的采样情景(情景a:普通随机取样､情景b:随机取样的基础上增加降水量超过10mm的水样样品采集,情景c:随机取样的基础上增加降水量超过25mm的水样样品采集).基于采样频率与采样情景的组合,利用LOADEST模型估算的总氮与总磷负荷,并与逐日连续水量水质数据计算的实测值进行比较,评估了不同取样频率和取样情景下LOADEST模型的负荷估算精度.结果表明:在LOADEST模型的估算过程中,同种采样频率下,增加降雨时期的浓度数据将会提高LOADEST模型的模拟精度;在降雨事件期间进行加密采样,不仅加大了工作量,且增加的采样次数过多(如情景b)使总氮的RMSE值由1.92增至2.26,总磷的RMSE值由0.08增至0.19,高估氮磷负荷,模型模拟精度降低.在四种不同的采样频率下,情景c中总氮的RMSE值范围为1.92~2.07,总磷的RMSE值范围为0.06~0.13,均取得了该频率下最低的RMSE值,模型估算精度最高;从不同频率与采样情景对模型估算结果的影响来看,对总氮负荷估算结果(RMSE值范围为1.92~2.52)影响要大于总磷(RMSE值范围为0.06~0.18).其中,情景a与情景b的负荷估算结果精度随着采样频率降低而降低.情景c的估算结果受现有取样频率降低的影响不明显.本研究表明,在常规固定频率水质监测基础上结合气象预报适量增加降雨时的采样可在28d/次的较低取样频率下得到较高的氮磷负荷估算精度,符合我国各地区环境水质采样频率,可为相关研究的水质采样策略提供一定的参考作用.

关键词： LOADEST模型总氮总磷采样情景负荷估算

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中国耕地种植制度遥感探测及其时空特征

中国农业科学 2024年第8期57卷 1469-1489页

作者：张素心申格余强毅吴文斌中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部农业遥感重点实验室浙江财经大学土地与城乡发展研究院

【目的】耕地种植制度是农业生产方式的具体体现，其形成受自然资源要素与人类土地利用行为综合影响，反映了“人类-自然”的耦合关系。本研究旨在科学掌握全国耕地种植制度格局，为优化农业生产布局、提高农业生产能力、推动农业可持... 详细信息

【目的】耕地种植制度是农业生产方式的具体体现，其形成受自然资源要素与人类土地利用行为综合影响，反映了“人类-自然”的耦合关系。本研究旨在科学掌握全国耕地种植制度格局，为优化农业生产布局、提高农业生产能力、推动农业可持续性发展提供依据。【方法】结合遥感监测与空间决策树模型等手段，构建适合我国农情的跨年度种植制度探测方法体系，并开展空间格局分析。首先，通过辨析种植强度、复种指数等概念，从长期性、周期性、稳定性等方面，定义种植制度的内涵；其次，构建连续度、频度指标，并利用基于时序遥感的2001—2018年中国复种指数监测结果，结合时间滑动窗口方法，在像元尺度分别计算两个指标的具体值；最后，评估耕地的种植强度与种植制度特征的显著性，利用决策树方法确定种植制度类型，从区域差异、动态规律等方面分析不同区域种植制度的时空异质特征。【结果】（1）面积上看，一年一熟所占面积最大，占53.52%，超过耕地总面积的一半；其次是一年两熟，占23.28%，季节性休耕（如两年三熟）与年度休耕分别占12.80%和6.94%。（2）空间上看，一年一熟、一年两熟、季节性休耕与年度休耕的集中分布区分别为东北地区、华北地区、长江以南地区与“镰刀弯”地区。（3）时间上看，动态稳定的种植制度从时间维度上揭示了静态复种指数背后的异质性，例如，2018年复种指数为1的区域，其中75.18%属于一年一熟、6.60%属于一年两熟、8.92%属于季节性休耕、8.02%属于年度休耕。【结论】本研究提出了一种结合时序遥感监测与空间决策树模型的跨年度分类体系，揭示了中国耕地种植制度分区聚集、种植强度南高北低的空间格局，直观展现了松嫩平原、“镰刀弯”等空间聚集区；分析了耕地复种与种植制度的时空差异特征，主要表现在种植制度与年度复种指数的空间不一致性，以及种植制度特有的周期性。研究结果可为合理提高耕地复种强度、推动实施“藏粮于地”战略提供案例支撑。

关键词：耕地种植制度复种休耕轮作跨年度时空格局

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我国“土特产”农产品土宜研究进展

中国农业资源与区划 2024年第6期45卷 159-170页

作者：吴静吴克宁黄勤苗凌菁陈章全吴文斌卢昌艾中国地质大学(北京)土地科学技术学院农业农村部农田建设管理司国务院第三次全国土壤普查领导小组办公室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

[目的]为全面摸清我国土壤质量家底，服务国家粮食安全、生态安全，促进农业农村现代化和生态文明建设，国务院启动了第三次全国土壤普查工作，开展名特优农产品的土宜研究是此次普查工作的重要组成部分。[方法]文章以“土宜”和“种植... 详细信息

[目的]为全面摸清我国土壤质量家底，服务国家粮食安全、生态安全，促进农业农村现代化和生态文明建设，国务院启动了第三次全国土壤普查工作，开展名特优农产品的土宜研究是此次普查工作的重要组成部分。[方法]文章以“土宜”和“种植适宜评价”为主题或题名进行在CNKI中进行检索，检索时间跨度为1993—2023年，经整理筛选得到324篇文献作为该文的研究样本，使用CiteSpace6.2.R4 (64 bit)版本软件对研究样本进行关键词分析。运用文献分析法对土宜的内涵、影响“土特产”农产品土宜的因素、我国“土特产”农产品土宜条件和土宜评价进行综述研究。[结果]（1）影响“土特产”农产品土宜的因素主要有气候、地形、成土母质、土壤和养分元素。（2）在冲积平原地区，土体质地构型是影响“土特产”生长发育的最主要性质之一；（3）在山地丘陵地区，成土母岩母质可能是土壤影响“土特产”生长发育的主要性质之一。[结论]开展“土特产”土宜评价，应先收集前人有关作物品质和种植现状土壤特性，进而根据分析结果筛选评价指标体系，开展土特产的现状与适宜性评价，为种植区划调整优化提供科学依据。

关键词：土特产农产品土宜土地适宜性评价第三次全国土壤普查

我国主要耕地后备资源时空变化特征及可持续利用战略

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植物营养与肥料学报 2024年第8期30卷 1437-1446页

作者：宋大利丁文成周卫中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

【目的】耕地是粮食生产的基石,保证耕地数量的稳定,是守住粮食安全战略底线的必要条件。通过分析我国主要耕地后备资源时空演变规律,为科学统筹耕地资源的保护和管理提供理论依据。【方法】中国科学院资源环境数据中心以Landsat遥感影... 详细信息

【目的】耕地是粮食生产的基石,保证耕地数量的稳定,是守住粮食安全战略底线的必要条件。通过分析我国主要耕地后备资源时空演变规律,为科学统筹耕地资源的保护和管理提供理论依据。【方法】中国科学院资源环境数据中心以Landsat遥感影像数据作为主数据源,通过人工目视解译构建了国家尺度多时期土地利用/土地覆盖专题数据库(CNLUCC)。本研究基于该数据库,将全国分为东北、华北、长江中下游、西北、西南和东南六大区域,运用GIS空间叠加分析方法,分析了我国2000、2010和2020年主要耕地后备资源面积变化和空间分布格局。【结果】2000、2010和2020年我国主要耕地后备资源面积分别为11774.57万hm^(2)、11803.50万hm^(2)和12932.22万hm^(2),以西北和西南地区面积最大,长江中下游地区最小。2000—2010年与2010—2020年间,我国主要耕地后备资源数量全国范围内总体呈增加趋势,其中2010年比2000年增加了28.93万hm^(2),2020年比2010年增加1128.72万hm^(2),但不同区域的变化幅度具有较大差异。2000—2010年间,华北地区和西北地区主要耕地后备资源在减少,西北地区的减少幅度大于华北地区;2010—2020年间,东南、西北、华北和东北地区均在减少,其中以东北地区减少幅度最大。通过耕地的新增和流失平衡分析,草地和未利用地流向耕地的面积高于耕地流向草地和未利用地的面积,流向建设用地是研究期内耕地净流失的主要原因。【结论】我国耕地保护形势依然严峻,耕地后备资源区域分布极不平衡,占补空间越来越小。因此,需严格统筹规划耕地资源,因地制宜地有序开发利用,加强耕地重点区域和用途的监管。

关键词：耕地耕地后备资源空间分布转变

放牧强度约束下黄土高原生态系统服务时空变化特征

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生态与农村环境学报 2024年第3期40卷 313-324页

作者：李婷乔志宏冯玮含杨亚东西安科技大学测绘科学与技术学院陕西西安710054 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

明确放牧强度对生态系统服务的影响是实现可持续牧业管理的重要基础。北方农牧交错带横贯黄土高原,其生态恢复成效仍受到放牧干扰的影响。利用全球放牧牲畜密度数据和遥感植被指数,对封禁后黄土高原地区放牧强度进行量化;通过提取的约... 详细信息

明确放牧强度对生态系统服务的影响是实现可持续牧业管理的重要基础。北方农牧交错带横贯黄土高原,其生态恢复成效仍受到放牧干扰的影响。利用全球放牧牲畜密度数据和遥感植被指数,对封禁后黄土高原地区放牧强度进行量化;通过提取的约束线明确放牧强度对产水量、草料供给和土壤保持服务的制约作用;在此基础上探究2000—2020年不同放牧强度下生态系统服务权衡/协同关系的时空异质性。结果表明:(1)截至2020年,研究区以低度放牧和中度放牧为主,高度放牧面积占比仅为5.30%;(2)放牧强度对生态系统服务均呈显著负向约束关系,但在一定阈值范围内产水量随放牧强度的增加呈递增趋势;(3)2000—2020年,高度放牧区生态系统服务协同关系削弱程度最为剧烈,中度放牧区生态系统服务协同关系均有不同程度增加,其中,产水量与草料供给由权衡转为协同关系,但低度放牧区产水量与草料供给相关系数由0.29变为-0.14。退耕20年来,严格禁牧模式下生态系统功能的改善逐渐呈现边际效应递减趋势。综合考虑放牧牲畜类型及恢复生态系统的空间异质性是开展适度放牧并促进旱地生态恢复效果的必要前提。

关键词：生态系统服务放牧强度约束线权衡分析时空特征黄土高原

不同生物质炭的镉吸附特征及对云南土壤镉污染的调控效应

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土壤学报 2024年第1期61卷 151-162页

作者：王一锟梁婷周国朋常单娜高嵩涓付利波范洪黎曹卫东中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081 南京农业大学资源与环境科学学院南京210095 云南省农业科学院农业环境资源研究所昆明650205

研究不同植物源生物质炭的性质,评价其对云南东川地区镉(Cd)污染应用效果。开展了稻秆炭(RBC)、麦秆炭(WBC)、玉米秆炭(MBC)、麻秆炭(HBC)、田菁炭(TBC)、花生壳炭(PBC)的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析、X射线衍射(XRD... 详细信息

研究不同植物源生物质炭的性质,评价其对云南东川地区镉(Cd)污染应用效果。开展了稻秆炭(RBC)、麦秆炭(WBC)、玉米秆炭(MBC)、麻秆炭(HBC)、田菁炭(TBC)、花生壳炭(PBC)的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析、X射线衍射(XRD)分析;通过盆栽试验分析了上述生物质炭对东川Cd污染土壤的Cd赋存形态和油麦菜Cd吸收的影响。结果表明,Langmuir吸附等温线及准二级动力学曲线能较好模拟生物质炭对Cd的吸附,TBC饱和吸附量最大分别为37.1和27.9mg·g^(-1);WBC、RBC、TBC解吸率较低,各浓度梯度下均不超过10%;FTIR分析表明田菁炭含有较多的含氧官能团;XRD分析表明各生物质炭元素种类存在差异。与不添加生物质炭处理(CK)比较,TBC处理土壤有效Cd降幅最大为24.3%,且达显著水平(P地区修复Cd污染土壤的较优材料选择。

关键词：生物质炭重金属固定吸附-解吸镉吸收与转运

基于物候信息图谱的耕地种植模式遥感监测方法

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中国农业科学 2024年第4期57卷 663-678页

作者：陶建斌王昀张馨月姜启樾吴文斌华中师范大学城市与环境科学学院/地理过程分析与模拟湖北省重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室

【目的】种植模式是作物种植的前后茬顺序的概括，反映耕地资源的利用方式和效率。本研究通过分析不同种植模式的物候特征，构建江汉平原地区的耕地物候信息图谱和种植模式谱，并实现该地区主要种植模式的提取。【方法】在地学信息图谱... 详细信息

【目的】种植模式是作物种植的前后茬顺序的概括，反映耕地资源的利用方式和效率。本研究通过分析不同种植模式的物候特征，构建江汉平原地区的耕地物候信息图谱和种植模式谱，并实现该地区主要种植模式的提取。【方法】在地学信息图谱理论支持下，根据农作物种植的先验知识和不同种植模式所表现的物候差异，将植被指数变化过程和耕地利用方式的空间差异进行图谱合一的表达，组成包含耕地不同利用方式的耕地物候信息图谱；以江汉平原地区的主要种植模式为例，将关键物候期植被指数的状态进行排列组合，建立植被指数状态到种植模式的信息重映射规则，并在此基础上根据农作物特有的物候知识进行物候特征挖掘，进行江汉平原地区种植模式谱的构建；进而利用朴素贝叶斯网络融合关键物候期影像和物候知识实现江汉平原种植模式的提取。采用基于知识概率编码的方法，对关键物候期的植被指数状态进行定量表达。【结果】构建了江汉平原地区的种植模式谱，发现江汉平原地区的种植模式谱由8种种植模式构成：春单季、夏单季、春夏双季、夏秋双季、双季稻、经济作物、鱼塘、苗木或撂荒。提出的种植模式谱及基于朴素贝叶斯网络的种植模式提取方法能够准确地提取出所有种植模式，并具有良好的精度和适用性。江汉平原地区在研究时段内呈现显著的夏秋双季扩张，以及春夏双季和夏单季减少的趋势。【结论】种植模式谱全面反映了江汉平原地区种植模式的总体特征，提升了耕地利用方式监测的准确度，丰富了耕地资源利用方式的内涵。本文方法得到的种植模式分布图可以作为作物制图的基础底图数据，也是种植强度制图的重要依据。

关键词：物候信息图谱种植模式种植模式谱贝叶斯网络江汉平原