農業綜合

白玲玉，曾希柏，李蓮芳，等

不同農業利用方式對土壤重金屬累積的影響及原因分析

白玲玉，曾希柏，李蓮芳，等

目的：土地利用方式變化通常也會引起土地管理措施的改變，這些改變對土壤質量產生深刻的影響。土壤重金屬含量由于關系到食物安全及人類和動物健康，作為土壤質量的一個重要評價指標越來越受到人們的關注。本研究以吉林四平市為研究區域，通過對設施菜地、露天菜地、玉米地及林地土壤中重金屬元素含量變化進行分析，探討不同農業利用方式對土壤中重金屬累積的影響及其成因。方法：根據吉林四平市主要土地利用方式，布點時以鄉鎮為單位，用蛇形5點法分別采集了設施菜地、露天菜地、玉米地及林地等4種利用類型的0～20 cm表層土壤樣品148個（不同年限設施菜地樣83個、露天菜地樣18個、玉米地樣37個、林地樣10個）。采用美國國家環保局（USEPA）推薦HNO3-H2O2消煮法，加入國家標準土壤參比物質（GSS-1、GSS-4）進行質量控制，用ICP-MS（PQ-ExCell，TJA Solutions，USA）測定待測液中的重金屬元素含量。以單項污染指數法Pi＝Ci/Si作為土壤重金屬累積評價方法（Pi為土壤單項重金屬污染指數，Ci為土壤中重金屬i的實測值，Si為重金屬i的評價標準）。結果：4種不同利用類型土壤中重金屬元素Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn含量分析統計結果表明，土地利用方式對土壤重金屬累積產生了顯著影響：（1）在4種不同土地利用類型中，除Pb外，土壤中重金屬元素Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn含量平均值排列順序均為設施菜地＞露天菜地＞玉米地＞林地；（2）與林地相比，設施菜地中Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的含量均達到顯著或極顯著水平，露天菜地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Zn平均含量達到極顯著或顯著水平，玉米地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Zn含量達顯著水平。與玉米地相比，設施菜地中Cr、Cu、As、Cd、Zn平均含量達極顯著或顯著水平，露天菜地土壤中Cr、Cu、As、Zn平均含量達到極顯著或顯著水平。與露天菜地相比，設施菜地土壤中Cr、Cu、As、Cd、Zn平均含量達到極顯著或顯著水平；（3）以四平市20世紀80年代調查的土壤重金屬背景值為依據，用單因子污染指數法對4種土地利用方式下土壤中7種重金屬的現狀進行評價，表明4種利用方式中林地土壤的7種重金屬Pi值均未大于1.0，林地未出現重金屬累積。玉米地Cd、Cu、Ni、Cr的Pi值均大于1.0，表明大田玉米地有一定程度的累積。露天菜地和設施菜地土壤Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的Pi值均大于1.0，表明露天菜地和設施菜地中等重金屬均出現了一定的累積，以Cd累積最為嚴重，其次是Cu；（4）以國家《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）II級標準為依據計算，林地、玉米地和露天菜地土壤Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn和設施菜地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Pb、Zn含量平均值低于國家土壤II級標準，但設施菜地土壤Cd平均值到達0.467 mg·kg－1，為林地土壤Cd含量平均值的5.2倍，超過了國家土壤II級標準（0.3 mg·kg－1，6.5＜pH＜7.5)，其中，分別有27.7%、12.1%的樣點超過了國家II級和III級標準；（5）研究區域不同土地利用方式的施肥量大小順序為設施菜地＞露天菜地＞玉米地＞林地，設施菜地中化肥（復合肥、氮肥為主）的投入量一般為1500～9000 kg·hm2，是玉米地的3～20倍，有機肥（以豬糞、雞糞為主）施用量（干重）為20 t·hm2左右，露天菜地次之，而玉米地則基本上不施用有機肥；（6）研究區域施用的豬糞中Cu、Zn、As、Cd平均值分別為337.97、528.86、32.63、1.79 mg·kg－1，最高值分別達到1006.8、830.87、66.80、6.12 mg·kg－1，復合肥中Cd含量平均值為6.26 mg·kg－1，最高達到54.12 mg·kg－1。結果表明，與土地利用年限相比，農用化學品、特別是肥料的質量和數量是導致不同利用方式下土壤重金屬含量差異的重要原因。結論：土地利用方式對土壤中重金屬累積具有顯著影響，其中以設施菜地中重金屬的累積最為顯著，其次是露天菜地、大田玉米地，而林地的影響則最小，未出現重金屬累積。土壤中重金屬累積以Cd最為嚴重，其次是Cu，部分設施菜地土壤中Cd的含量超過國家土壤限值，危及土壤質量安全，應對設施菜地中Cd的累積問題予以密切關注。重金屬高含量的化肥、有機肥的施用是土壤中重金屬累積的重要來源，施肥量的差異是導致調查區內不同利用方式下土壤重金屬累積不同的主要原因。避免施用重金屬高含量化肥、有機肥是防止土壤重金屬累積、促進土壤健康及可持續利用的重要保障。

來源出版物：中國農業科學, 2010, 43(1): 96-104

入選年份：2015

粳型超級稻產量構成因素協同規律及超高產特征的研究

吳桂成，張洪程，錢銀飛，等

摘要：目的：追求高產、超高產是水稻生產的主要目標。因生態區域、品種類型、產量水平、栽培技術等方面差異，水稻產量構成因素不盡相同，其相互間協同規律亦難尋。在立足長江中下游地區，在超高產栽培條件下，就不同產量等級進行分析，探索粳型超級稻產量構成因素協同規律，提出超高產特征。方法：2005—2006年，在國家糧食豐產科技工程江蘇省水稻項目實施區中，選取常熟、如東、興化、東海4個市（縣）千畝連片豐產方，以4個超級粳稻品種（武粳15、淮稻9號、徐稻3號、常優1號）為材料，在高產（8250～9750 kg·hm－2）、更高產（9750～11250 kg·hm－2）和超高產（＞11250 kg·hm－2）3個產量等級上，對群體產量及其結構、群體穎花量與產量的關系、穗數和每穗粒數與群體穎花量的關系以及群體庫容充實度與充實量進行系統的比較。結果：（1）產量水平由高產到更高產再到超高產，4個粳型超級稻品種的群體穎花量不斷提高（差異顯著），結實率與千粒重在3個產量等級間略有增減（差異不顯著）。（2）在高產、更高產2個產量等級上，穗數與群體穎花量呈正相關、每穗粒數與其呈負相關（水平均不顯著），與群體穎花量的通徑系數前者大于后者；在超高產水平上，畝穗數、每穗粒數與群體穎花量均呈正相關（水平不顯著），與群體穎花量的通徑系數后者大于前者。（3）對群體穎花量的凈貢獻率，在高產、更高產2個產量等級上，4個粳型超級稻品種的穗數起主要作用，每穗粒數則起弱的負作用；在超高產水平下，其穗數、每穗粒數均起作用，后者大于前者。（4）在高產到更高產水平上，4個粳型超級稻品種的穗數與群體穎花量呈顯著、極顯著正相關（相關系數分別為r武粳15＝0.817**、r淮稻9號＝0.685**、r徐稻3號＝0.713*、r常優1號＝0.783**），每穗粒數與其呈弱的正相關（水平不顯著）；在更高產到超高產水平上，其穗數與群體穎花量呈弱的正相關（水平不顯著），每穗粒數與其呈顯著、極顯著正相關（相關系數分別為r武粳15＝0.799**、r淮稻9號＝0.789**、r徐稻3號＝0.742**、r常優1號＝0.756*）。（5）在安全成熟條件下，粳型超級稻群體庫容充實度在3個產量等級間因種略有增減，差異不顯著，而群體庫容實際充實量則隨產量的增加而增加。結論：（1）在安全成熟的情況下，粳型超級稻群體穎花量與產量呈極顯著正相關；群體穎花量的增加在產量等級由高產提高到更高產的水平上，主要依靠單位面積穗數的增加，而由更高產提高到超高產水平上，則主要依靠足穗基礎上增加每穗粒數；隨產量的增加，群體庫容充實度正常，其實際充實量隨之增加。（2）以足量大穗構成群體安全大庫容（安全成熟的群體高穎花量），通過保持正常的充實度（即保證常年的結實率與千粒重），從而提高群體庫容總充實量是粳型超級稻超高產特征。

來源出版物：中國農業科學, 2010, 43(2): 266-276

入選年份：2015

溫室栽培系統的養分平衡及土壤養分變化特征

余海英，李廷軒，張錫洲

摘要：目的：中國自20世紀70年代中期引進溫室栽培技術以來，溫室生產在全國各地得到了大面積的推廣應用，其栽培面積及總產量均居世界首位。但長期以來，溫室栽培的數量增長很快但質量水平較低，實際應用中出現了諸多不同于露地常規栽培的生產問題，尤其是不合理施肥所產生的土壤質量惡化及相關環境問題，從而導致溫室生產越來越偏離其優質、高產、環境友好的發展方向。因此，本研究通過深入研究設施栽培系統的養分投入產出平衡和土壤養分的累積變化，為評判施肥制度的合理性，預測土壤肥力的發展方向和可能產生的環境影響，實現中國溫室栽培的可持續發展提供依據。方法：以中國典型溫室栽培地區山東壽光具有代表性的18個溫室大棚為研究對象，基于對不同使用年限溫室的肥料投入、作物種類及產量等情況的詳細調查與統計分析，結合土壤剖面不同土層的養分測定結果，對當前溫室生產中存在的施肥問題及養分的表觀平衡和土壤養分的累積變化特點進行全面剖析。結果：（1）在中國典型溫室栽培生產基地，大量施用有機肥和化肥是實現設施栽培高產的重要措施。設施生產每年氮、磷、鉀養分的平均投入量為4088、3656和3438 kg·hm－2，其中隨化肥投入的氮、磷、鉀養分分別為2539、2184、2202 kg·hm－2，占各養分總量的63%、61%和66%，是土壤養分的主要來源。（2）溫室栽培系統中，養分投入的總量及結構均不合理，高質量有機肥投入不足，高濃度復合肥使用較多，養分投入量遠高于作物需求量，氮、磷、鉀養分的利用率分別僅為24%、8%、46%，且施用比例（1︰0.9︰0.8）與作物的需求比例（1︰0.3︰1.4）嚴重不符，磷素投入比例過高，鉀素投入比例相對較低，從而造成溫室土壤普遍出現有機質缺乏而速效養分過剩的問題。具體表現為耕層土壤有機質的含量為10.8～30.1 g·kg－1，平均達16.7 g·kg－1（CV＝25%），其中88%處于缺乏水平（＜20 g·kg－1），而土壤氮、磷、鉀養分的理論盈余量分別高達3214、3401和2322 kg·hm－2。（3）溫室土壤全氮、硝態氮、速效磷、速效鉀的實際含量均顯著高于露地土壤，以耕層（0～20 cm）的累積量最高，其平均含量分別為露地土壤的1.9倍、21.2倍、5.4倍和3.7倍。各養分在土壤剖面存在不同程度的向下遷移現象，其中的大量累積和向下遷移是造成蔬菜硝酸鹽累積和當地地下水污染風險的關鍵因子。結論：溫室栽培系統中，盲目過量的施肥，不僅造成肥料資源的浪費，破壞土壤－植物的養分供需平衡，引發土壤由“肥害”導致的鹽漬化、酸化、蔬菜硝酸鹽累積等問題，同時氮、磷的隨水淋失也會帶來巨大的環境風險。溫室生產中不僅應重視高質量有機肥的投入，還應根據作物的需肥特性及土壤供肥能力進行計量施肥，以實現溫室生產高效、優質、環境友好的發展目標。

來源出版物：中國農業科學, 2010, 43(3): 514-522

入選年份：2015