中国东北黑土地研究进展与展望

东北黑土区是世界四大片黑土区之一,它以高有机质和高肥力而著称,不仅是东北农业发展的基础,也是中国的粮仓,在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。针对东北黑土自身的特色和面临的问题,首先描述了东北黑土地形成的条件及自然黑土的属性特征;其次阐述了黑土被开垦后农田化过程中土壤属性和肥力的演化情况,土壤有机质大幅度下降,土壤肥力降低,已严重影响到东北黑土地农业的可持续发展;在此基础上分析了黑土区耕作土壤不同保护途经及其对土壤肥力的影响机制;最后展望了未来黑土地理论研究的侧重点：应加大新技术、新方法和跨学科交叉理论的研究,培育更适合东北黑土地气候条件的高产优质作物品种,并结合目前黑土地保护的技术调控模式,优化作物种植模式,提升作物品质和产量,提高黑土区农业的综合生产力和竞争力、保证黑土区农业的永续利用。     

保护性耕作改善东北农田黑土土壤生物多样性及其生态功能

保护性耕作是攻克黑土地保护和利用的核心技术之一。研究立足中国科学院黑土区农业生态重点试验室保护性耕作长期定位试验基地,系统梳理总结了农田黑土土壤生物多样性对保护性耕作的响应特征。与传统耕作相比,保护性耕作显著增加各生物类群（微生物、线虫、跳虫、螨类及蚯蚓）的物种丰富度（1%~8%）、数量（25%~57%）和生物量（30%~50%）,提高食物网网状结构的复杂性及各营养级间的连通性（14%~32%）,促进土壤生物在固土蓄水、土壤碳固存、氮素高效利用以及稳定作物产量四方面生态功能的可持续性发挥。研究结果表明,实施保护性耕作可有效利用土壤生物的功能潜力,实现东北黑土区农田生态系统的健康发展、服务国家粮食安全产业带建设和现代农业发展。     

玉米秸秆还田和有机配施提高黑土酸中和容量

长期施用化肥导致农田黑土酸化、盐基离子耗竭、养分失衡及作物重金属污染等诸多问题。本文依托吉林公主岭国家黑土肥效监测基地25 a的施肥试验,研究了不施肥对照（C）、N、NP、NK、PK、NPK、厩肥—化肥配施（MNPK）、玉米秸秆还田（SNPK）等8个施肥处理对土壤酸中和容量（ANC）的影响,N、P、K施用量分别为165 kg hm^-2 a^-1、36 kg hm^-2 a^-1、68.5 kg hm^-2 a^-1,MNPK和SNPK处理与NPK处理为等N量。结果表明,施化肥导致表土pH下降0.37~1.39,MNPK和SNPK处理分别提高土壤pH值0.21和0.53。以pH 5.0为参比,N、NP、NK、PK、NPK各处理的酸中和容量ANC_{pH 5.0}分别为对照的42.85%、61.79%、54.05%、82.26%、63.68%;MNPK处理的ANC_{pH 5.0}是对照的1.86倍;加酸160 mmol kg^-1,SNPK处理的土壤pH值仅从7.65降至6.42,表现出极强的酸中和能力。SNPK和MNPK处理的土壤交换性盐基总量SEB分别是对照的1.37和1.14倍,土壤有机质SOM分别是对照的1.32和1.63倍,二者是提高土壤ANC主要原因。总之,有机物料添加显著提高了黑土抗酸化性能及土壤基础肥力水平,研究结果可为东北黑土区玉米秸秆还田保护性耕作及有机肥部分替代化肥实践提供长期试验的理论依据和数据支撑。     

中国超级杂交稻在孟印缅地区的生产潜力模拟

水稻是孟加拉国、印度和缅甸最重要的粮食作物,研究中国超级杂交稻对孟印缅地区的水稻增产潜力,对于保障孟中印缅经济走廊的粮食安全与区域可持续发展具有重要的现实意义。在全面收集孟印缅地区气候、土壤、田间管理信息和农业统计数据的基础上,结合中国籼型杂交稻F优498和丰两优4号的品种信息和区试数据,通过EPIC模型模拟了1996-2005年雨季孟印缅3国在不同情景下的超级稻生产潜力,并分析了孟印缅地区主要胁迫因子对超级稻单产潜力的影响。研究表明：① 中国超级杂交稻在孟印缅地区2000年的灌溉和施肥水平下单产潜力为10.22 t/ha,在充分灌溉且合理施肥的水平下单产潜力为11.33 t/ha。② 孟印缅地区雨季稻的增产空间达22771万t,水稻增产潜力最大的地区是印度的恒河平原东部、印度半岛东南沿海与缅甸的伊洛瓦底三角洲。③ 印度德干高原东北部、西南部和印度大平原西北部需要进一步完善灌溉设备以满足高产水稻用水,缅甸的中南部平原地区和印度的东北地区则需要增施氮肥以满足高产水稻用肥。     

沙坡头地区农田灌溉和施肥对氮淋溶量影响的研究

对沙坡头农田不同土壤类型养分和水分供给下0~2 m土壤层淋溶液的分析结果表明:不同类型土壤氮淋溶量差异显著(P < 0.05);同一类型土壤随水肥供给强度的增加,氮淋溶有增加的趋势,特别是灌水次数、土壤水分含量处理和总灌溉量与氮淋溶量间有强正相关关系(P < 0.05);低灌溉水平,氮淋溶量与施肥间无显著相关关系,而高灌溉水平下施肥和灌溉均是主导因子;灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分所有施肥水平,氮淋溶量间差异不显著(P > 0.05);风沙土低水低肥(保持田间持水量20%土壤水分)处理与灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分处理所有施肥水平无显著差异(P > 0.05),而风沙土高水高肥处理与灌淤土所有水肥处理间差异均显著(P < 0.05),低水低肥将是风沙土最低的氮淋溶界限,在传统农业条件下对该类土壤进行改良是必要的。     

灌溉和施氮对甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的影响

为了解水、氮供应水平对河西绿洲灌区甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的调控效应,研究了灌溉量(常规灌溉,320mm;节水20%,灌溉256mm;节水40%,灌溉192mm)和施氮量(0、100、200、300kg·hm-2)对甜叶菊光合特性和产量的影响。结果表明:与不施氮相比,施氮可显著提高甜叶菊不同生育期光合速率和产量,施氮处理间光合速率和产量差异均不显著;灌溉量从192mm增加到320mm,甜叶菊产量随灌溉量的增加先增加后降低。施氮100、200、300kg·hm-2下甜叶菊产量分别较不施氮增产6.00%、9.17%、9.76%,256mm灌溉量和300kg·hm-2施氮量为甜叶菊高产的最优组合,产量达到4 177.50kg·hm-2。     

不同施肥对黑河中游边缘绿洲沙地农田玉米产量及土壤硝态氮积累影响的初步研究

在黑河中游边缘绿洲的沙地农田进行不同施肥对玉米产量及土壤硝态氮积累的试验研究表明,有机肥与化肥配合施用增加作物产量。不同肥料处理,玉米籽粒产量由高到低的顺序依次为NPK3M1（高量氮磷钾肥低量有机肥配施:N-P2O5-K2O-M,300-225-225-15 000 kg·hm-2）>NPK2M2（中量氮磷钾肥中量有机肥配施:N-P2O5-K2O-M,225-135-135-22 500 kg·hm-2）>NPK3（高量氮磷钾肥配施:N-P2O5-K2O-M,300-225-225-0 kg·hm-2）>NP1M3（低量氮磷肥高量有机肥配施:N-P2O5-K2O-M,150-90-0-30 000 kg·hm-2）>NP3（高量氮磷肥配施:N-P2O5-K2O-M,300-225-0-0 kg·hm-2)>NPK1M3（低量氮磷钾肥高量有机肥配施:N-P2O5-K2O-M,150-90-90-30 000 kg·hm-2）>NPK2（中量氮磷钾肥配施:N-P2O5-K2O-M,225-135-135-0 kg·hm-2）>NPK1（低量氮磷钾肥配施:N-P2O5-K2O-M,150-90-90-0 kg·hm-2）>M3（单施有机肥:N-P2O5-K2O-M,0-0-0-30 000 kg·hm-2）。高量氮磷钾肥配合低量有机肥处理玉米产量最高,单施有机肥处理产量最低。与只施有机肥处理相比,各处理产量分别增加37.68%、33.43%、28.32%、25.10%、24.60%、23.84%、21.46%、11.30%。在不施有机肥的3个氮磷钾施肥处理中,玉米产量和氮肥农学利用效率（AE）随施肥量的增加而增加,但当施肥量超过225-135-135 kg·hm-2（N-P2O5-K2O）时,玉米产量和AE不再随施肥量的增加而增加。与不施有机肥处理不同,在氮磷钾配施有机肥的3个处理中,AE随化肥施用量的增加而减少,有机肥的施用使得化肥利用效率增加。不同施肥处理对土壤硝态氮的积累与分布有显著的影响,土壤硝态氮受土壤质地影响主要分布于0~40 cm土壤层次内,与化肥单施相比,有机肥导致土壤中硝态氮的积累。因此,从持续农业发展及保护生态环境等方面考虑,有机无机肥配合施用是增加绿洲农田土壤生产力,维持和提高土壤质量的有效途径,与当地农户普遍采用的施肥量相比,有机无机配施的情况下,适度减少化肥投入33%是合理的施肥对策。     

农业化肥减量及生物肥料替代可行性研究——来自新疆棉区调查数据的实证

推进化肥减施增效是实现中国农业绿色高质量发展的关键途径。本文以新疆棉花为例,基于2000—2020年棉花化肥施用量及技术、资本、劳动力投入时序数据,构建生产函数考察了新疆棉花单位面积化肥施用强度变化及其对棉花单产提升的贡献作用,并利用2015—2020年不同植棉区化肥和生物肥料施肥区的微观定位调查数据,采用熵权法构建肥料应用效益评价指标体系,对两种肥料的综合效益做出总体评判,并对经济效益（棉花产量、黄萎病害发生率）和生态效益（土壤有机质、微生物数量）及两种肥料施用成本进行具体比较,探讨了生物肥替代化肥的可行性及其实现机制。研究表明：① 2000—2020年间新疆棉花单位面积化肥施用强度呈不断上升态势,高于同期国内大部分植棉省份,自2016年起趋于减缓和平稳,施肥量浮动在585 kgN/hm²左右。② 2000—2010年随着单位面积化肥施用强度的增加,对棉花单产增加呈正向促进作用;而2010—2020年,单位面积化肥施用强度增加对棉花单产提高的贡献率为-21.29%,表明持续增加化肥用量对棉花单产提高已呈现负效应。③ 生物肥料施肥区生态效益优势更突出,但经济效益低于化肥区,两种肥料的综合效益随使用年限增加差距趋于缩小;较化肥组,研究期内不同植棉区生物肥组棉花单产降低3%~8%,黄萎病害发病率降幅27.75%~58.20%,土壤有机质含量提高了14.59%~28.54%,土壤微生物数量显著增加;生物肥单位施用成本高于化肥14%~19%。根据生物肥生态属性及作用机理,结合农户经济理性及传统的化肥依赖,建议在生物肥推广初期,实行一定的政策激励或生态补偿,同时积极引导和培育农户亲环境意识,农业化肥逐步减量及生物肥替代具有理论与实践可行性。     

施肥对新垦绿洲风沙土肥力及碳积累的影响

利用2005年安排在临泽边缘绿洲沙地农田的长期施肥定位试验，研究不同用量有机肥、化肥、有机肥和化肥配施对绿洲沙地土壤肥力及有机碳积累的影响。试验包括高量有机肥单施（M3），氮磷化肥单施（NP3），低、中、高量氮磷钾化肥单施（NPK1，NPK2，NPK3），及低、中、高量氮磷钾化肥配施高、中、低量有机肥9个处理（NPK1M3，NPK2M2，NPK3M1），测定分析10年后不同施肥处理耕层（0~20 cm）土壤物理化学性状特征及有机碳动态。结果表明：施有机肥及有机无机配施处理较单施化肥处理容重下降0.13 g·cm^-3，田间持水量提高6.7%，单施有机肥、有机无机配施较单施化肥，土壤有机碳（SOC）和全氮含量分别提高64.8%、36.3%和64.9%、49.5%。高量施用氮磷化肥和氮磷钾化肥处理全磷含量最高，有机肥及有机无机配施较单施化肥有效氮含量显著增加，有机无机配施及高量施用磷肥土壤有效磷积累明显，高量施用有机肥能显著提升有效钾含量。连续施肥处理10年后，SOC含量提高了1.68~2.84倍，土壤全氮、全磷、碱解氮及有效磷均有一定程度的提高，但单施化肥及有机肥与氮磷化肥配施有效钾含量下降。SOC的积累速率单施化肥、有机无机配施，单施有机肥处理分别为0.27、0.59，0.87 g·kg^-1·a^-1。增施有机肥、适量减少化肥投入、氮磷钾化肥的平衡施用是绿洲沙地农田土壤肥力持续提升的施肥管理对策。     

苏中平原南部土壤有机质空间变异特征研究

在江苏省中部平原南部选取一个30 km×45 km方形区域为研究区,按照套合采样方法,采集178个耕作层土样,分析土壤有机质含量和机械组成,运用地统计学和GIS技术研究苏中平原区表层土壤有机质含量空间变异特征,利用相关分析和方差分析探讨区域内土壤有机质含量空间变异的影响因素。统计结果表明,研究区土壤有机质含量为28.51±7.80 g/kg,变异系数为27.31%,属中等变异强度;地统计分析表明,研究区土壤有机质含量存在强烈的空间自相关性,结构变异占主导作用,各向异性显著,在39°和219°方向上变异程度最剧烈,土壤有机质含量自东北向西南呈递减趋势。研究区土壤有机质含量空间变异主要受土壤质地、成土母质、地形等因素影响,其中土壤质地是空间变异的主要影响因素。     

东北地区水稻延迟型冷害时空特征及其与气候变暖的关系

利用水稻延迟型冷害分级指标和1951-2010 年东北地区101 个气象台站的逐日气温资料,采用累计距平、相关系数、气候倾向率、趋势系数等方法分析东北地区水稻延迟型冷害时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：蒙东地区西部、吉林东部和黑龙江交界延迟型冷害出现的频率较大,辽宁中南部延迟型冷害出现的频率较小。东北地区严重冷害出现频率高于轻度冷害和中度冷害。轻度、中度、严重延迟型冷害都呈下降的趋势,特别在1994 年后延迟型冷害呈快速下降的趋势,东北地区水稻延迟型冷害与气候变暖有着较好的对应关系,5-9 月平均气温和延迟型冷害呈明显反相关,5-9 月平均气温升高1℃,水稻延迟型冷害减少约45次。     

东北地区土地利用多功能性演化的时空格局

土地利用多功能性是根据社会经济目标进行土地利用的过程,是确保社会经济与生态环境协调发展的关键。本文通过构建“社会—经济—生态”三维土地利用多功能性评价指标体系,对1990-2013年东北地区土地利用多功能性进行综合评价,旨在阐释其土地利用多功能性演化的时空格局。研究表明：1990-2013年东北地区土地利用功能值均呈现上升态势但增速有所差异,黑龙江、吉林、辽宁土地利用功能发展程度依次递增,其年均增长率分别为2.976%、2.725%、2.261%;黑龙江和吉林社会功能值呈现波动性增长,辽宁则表现为阶段性变化;黑龙江经济系统功能值逐渐增大,而吉林和辽宁经济功能值总体呈现上升趋势,但在2000-2005年有所波动;黑龙江与吉林生态系统功能值呈现由基本稳定转变为波动增长的趋势,而辽宁则始终具有较大波动性;经济功能中的土地的生产功能与交通功能对东北地区省域土地利用功能均有较大影响,经济和社会因素对黑龙江与吉林土地利用功能多样性影响较大,生态因素则对其影响较小,而经济、社会和生态因素对辽宁土地利用功能均有较大影响。     

东北三省粮食主产区农业比较优势与增长 优势时空演变研究

采用区位商和增长商指数,对1990—2018年黑龙江、吉林和辽宁三省的农业,及种植业、林业、畜牧业和渔业的比较优势和增长优势进行研究。结果表明：①从比较优势看,黑龙江省的农业、种植业、畜牧业和林业,吉林省的畜牧业,以及辽宁省的渔业和畜牧业,在全国具有突出的比较优势;东北三省的玉米、黑龙江省的大豆,及黑龙江和吉林省的牛肉生产具有显著的比较优势。②从增长优势看,1990—2018年,东北三省的种植业经济增速迟缓,而畜牧业经济具有明显的部门增长优势和区域增长优势,且增长优势突出,发展潜力较大。③从空间格局看,东北三省有75%的地级市农业具有比较优势;72%的地级市畜牧业产值增速高于全国平均水平,具有部门增长优势,优势突出。尽管东北三省种植业在全国的比较优势较强,但其产值增长速度相对迟缓。为推进粮食主产区农业发展,应提高现代农业发展水平,促进农业综合发展。     

东北三省农业旱灾风险评估研究

气候变化背景下,干旱对农业生产造成的损失已不容忽视。明晰粮食主产区面临的旱灾风险特征有利于保障中国粮食生产安全。东北三省是中国最重要的粮食主产区之一,明晰该地区的农业旱灾特征对农业生产具有十分重要的作用。基于自然灾害系统理论针对东北三省构建了农业旱灾风险评估模型,并在县市尺度对不同等级农业旱灾风险进行了分区。研究中分别从省份尺度和县市尺度对农业旱灾危险性、暴露性、脆弱性、抗旱能力及农业旱灾综合风险进行评估。结果表明：省份尺度上,农业旱灾综合风险由高到低分别为黑龙江省、吉林省及辽宁省。其中危险性年际间差异明显,暴露性则相对稳定。2010-2015年间脆弱性呈增加趋势,三省抗旱能力均随年际变化而波动。空间范围上,东北三省农业旱灾风险由南向北递增。农业旱灾综合风险等级上,中级及其以上级别县市占对应省份的比例由高到低分别为黑龙江省（75.81%）、吉林省（41.30%）与辽宁省（0%）。值得注意的是,农业旱灾综合等级最高的地区主要集中在三江平原及松嫩平原区。     

东北三省旅游经济差异的时空特征分析

区域旅游经济差异是旅游业“竞合”关系的主要影响因素之一,利用加权变异系数、基尼系数、锡尔系数等方法,以2002~2012年东北三省的国内旅游收入和旅游外汇收入为分析对象,揭示东北三省区域旅游经济差异的时空特征,以期为优化区域旅游经济结构,避免恶性竞争造成的不利影响提供依据。结果表明：① 东北三省旅游经济省间绝对差异不大,相对差异逐渐增大;② 三省省内各地市的国内旅游收入差异和旅游外汇收入差异都较大,黑龙江省的国内旅游收入差异在扩大,辽宁和吉林在减小;吉林省的旅游外汇收入差异基本保持不变,辽、黑两省在减小;③ 三省的地带间旅游经济差异基本保持不变。     

当前我国文武人才的地理分布与南北差异

作为一种文化现象，人才的空间分布规律体现着人才与经济、历史及地理环境之间的关联性。本文选取１７０００多名教授和１６００多名将军作文武人才的地理分析。教授工作地集中的地区依次为北京、上海、四川、湖北、辽宁、江苏、陕西、广东、吉林、天津，籍贯集中的地区依次为江苏、浙江、四川、辽宁、广东、湖南、山东、河北、天津，主要流入地区为北京、上海、陕西、吉林、黑龙江、天津，主要流出地区为浙江、江苏、河北、河南、福建、广东、山东。将军籍贯分布集中程度比教授更为突出，主要集中在江西、湖北、湖南、安徽、河南、四川、山东、福建、河北、陕西。如以县计，则集中在江西的兴国、永新、吉安，湖北的红安、大梧，安徽的金寨、六安，河南的新县，前面三县属中央苏区，后面五县属鄂豫皖苏区。工作在南方和北方教授数基本平衡，但籍贯在南方的约为北方的两倍，籍贯在南方的将军数为北方的两倍多。这种格局反映了文化大革命前的人才流向。近十年，人才流向和人才格局发生变化，不仅国内毕业生，而且国外留学人员也被吸引到南方沿海开放地区，为此，需要新的办法和政策。     

中国粮食主产区农业碳排强度估算及其分析

粮食主产区在我国农业生产中具有举足轻重的地位,也是我国农业碳排放的主要来源.科学地把握当前我国粮食主产区农业碳排强度、区域差异及成因是合理构建农业碳减排政策体系、实现农业碳减排的重要前提.本文首先基于8 方面指标,运用主成分分析法对我国13 个粮食主产省(区)农业碳排强度进行测度,结果表明,湖南、山东、湖北农业碳排强度居前三位;吉林、黑龙江、内蒙古则位于后三位.在此基础上,构建农业碳排效应区域差异评价矩阵,对13 个地区进行聚类,结果显示,湖南、江西、河南、安徽4 省属于“高强度-低效益”地区;湖北、江苏、山东3 省属于“高强度-高效益”地区;四川、河北2 省属于“低强度-低效益”地区;黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古4 省区属于“低强度-高效益”地区.最后,基于研究结论展开讨论.     

论中国主要沿边省区地域开发战略的调整*——以新疆、云南、黑龙江三省区为例

从区域开发的理论模式及其评价入手,结合沿边省区经济发展所处的阶段以及国家沿边开放政策的实施,以新疆、云南、黑龙江三省区为例,提出了中近期中国主要沿边省区的外向性地域开发战略。     

基于母子企业联系的东北三省城市网络特征

基于母子企业联系数据构建城市关联矩阵,借鉴社会网络分析法从网络密度、中心性、凝聚子群3方面分析东北三省城市网络结构特征,并对企业联系视角下的区域组织结构特征进行深入探讨。结果表明：① 区域网络发展处于逐步完善阶段,省域尺度下的网络密度（D）存在明显差异、总体呈现出“ D_{\mathrm{吉}} > D_{\mathrm{辽}} > D_{\mathrm{黑}} ”格局,省内联系普遍较高而跨省域联系则相对不足;② 网络中心性呈现出极化特征、区域中心城市在网络中处于主导地位,受中心城市的“虹吸效应”、其周边地区存在明显的“灯下黑”现象;③ 区域企业联系的小团体现象突出,四大城市是区域联系中心且发展速度快,边缘城市缺乏核心而经济发展缓慢。基于母子企业联系,认为东北三省城市网络总体呈“多核心网络状”组织结构,而在省域尺度上则显示出“单核放射状”“轴-辐”式和“双核”结构组织模式。