生态学（ecology），传统上是研究有机体与环境相互关系及其作用机制的一门科学，侧重研究生物个体适应环境变化的机制、种群增长规律、群落演替规律、生态系统结构与功能及其调控等，属于生物学的一个分支学科。随着学科发展和社会推动，生态学逐步拓展成为一门交叉学科，综合自然科学、工程技术科学及人文社会科学的成果，不但重视生物与自然环境的关系，还重视人与自然的关系。在我国，自2011年起，生态学成为服务于社会健康、稳定、可持续发展的一级学科。农业生态学（agroecology）是生态学的一个分支学科，是研究农业生态系统中人类种养的生物与其他生物之间以及种养生物与环境之间的相互作用、协同演变、调节控制和可持续发展的一门学科。作为一门相对独立的学科，中国的农业生态学大约起步于20世纪70年代后期。除了与当时国际上生态学的昌兴与环境保护理念的发展及可持续发展思想在国内的传播有关，中国传统农业在现代化转型中所开展的讨论、精耕细作传统农业的生态学角度解析以及各种生态农业模式的实践探索，也为中国农业生态学科的建立提供了“土壤”“营养”与机会。

设施生态农业是指在设施种植和设施养殖中采用清洁、绿色、健康生产方式，以提高资源利用效率、农产品产量与质量、环境效益为目标的生态农业模式。2002年农业部重点推广的设施生态农业模式主要有两大类：一类是种养沼三结合的“四位一体”生态模式，从最初以农户为单位的单体日光温室到以村庄为单位的种养结合生态温室群模式，拓展到在一个大区域内将大型猪场的粪污进行工业化沼气并网发电，沼液通过管道输送到农田来减少化肥施用和改良土壤的宏观生态农业模式，相关的结构配置、配套的种养殖技术和装备也在不断研发和提升中。另一类是采用综合性生态农业技术的设施生态农业模式，包括：采用各类立体/垂直栽培技术提高土地资源利用率；通过各种轮作栽培技术减少设施蔬菜土壤连作障碍和降低农药使用量；采用土壤健康栽培技术，通过有机肥的合理施用改善土壤性状；采用有机基质栽培技术，用农林废弃物发酵后的物料作为栽培基质为作物提供养分；采用覆盖防虫网、色板诱杀、灯光诱杀、高温封棚、蒸气消毒、有色膜覆盖土壤、天敌昆虫生物防治等病虫草害生态防治技术来减少有害生物发生。期望通过相关配套装备技术的进一步研发提高设施生态农业的信息化、自动化水平，实现设施农业的可持续发展。

数据同化系统融合了遥感数据和作物生长模型的优势，是实时监测农业生产状况的有力手段。本文在简要介绍作物产量遥感估测方法的基础上，重点对数据同化算法的发展情况、多源遥感数据在数据同化上的应用潜力、数据同化系统的不确定性以及数据同化系统的尺度效应4方面进行论述。并且针对农业应用现状，提出未来应充分挖掘多源遥感数据、多作物生长模型集合和数据算法的优势，最终实现以机理模型为纽带的作物估产模式，并为制定田间管理策略、规划粮食产业布局和制定进出口贸易政策提供有力的数据和技术支撑。

土壤碳是陆地碳库的重要组成部分，碳输入及输出、矿化与固定的动态平衡是实现碳中和的关键因素。根际激发效应（rhizosphere priming effect, RPE）是指活体植物的存在会显著影响植物-土壤系统碳动态，其微小变化都会影响宏观尺度上的土壤-大气碳动态。因此，作物RPE是调控农田土壤碳动态和碳中和的主导因子。本文通过文献回顾，首先阐述了农业实践过程中各种生物因素和非生物因素对作物RPE影响的研究现状；其次，归纳总结了当前作物RPE研究中的热点、难点，并分析其对土壤碳排放调控的意义，阐明了当前研究普遍存在案例特异性且缺乏普遍规律；最后，基于已有的研究提出农田生态系统中土壤碳调控和管理优化的潜在策略，为农业实践中有目的地调控作物RPE，在田间、种植模式及区域尺度上提出可能的方案指明了方向。本文可为生态农业实践中保障粮食安全的同时助力碳中和这一双赢方案提供理论参考。

城市植被是城市环境的重要组成部分，城市植被遥感分类是对城市绿度空间监测分析的重要方式。本文通过梳理国内外城市植被遥感分类研究进展，从遥感数据源和分类方法入手，分析该领域目前面临的问题及发展趋势，以期为城市绿度空间研究提供参考。首先，概述了光学数据、激光雷达数据及地面传感数据等数据源在城市植被遥感分类领域的应用，对不同数据源的优势与不足进行了深入分析；其次，基于阈值分割、机器学习和深度学习3种分类方法的研究，总结了应用于城市植被遥感分类领域各方法的特点；最后，提出了城市植被遥感分类研究中现存问题和未来发展方向。

浙江省湖州市南浔区是目前桑基鱼塘保留最完整、规模最大的区域之一，该地的桑基鱼塘系统被列入全球重要农业文化遗产。随着社会经济发展、消费需求改变、农业现代化生产，桑基鱼塘系统的生产方式、经济及服务价值等发生了重大变化。本文利用遥感影像、社会经济等数据对1975—2019年南浔区桑基鱼塘的时空格局演变和驱动因素进行了研究，主要结果如下：1）从规模变化上看，鱼塘快速扩张，桑园明显减少，水田剧烈萎缩，桑基鱼塘规模明显减小，基塘比例严重降低；从形态变化上看，鱼塘呈集聚化、规模化趋势，桑园和水田呈破碎化趋势，且鱼塘逐渐脱离传统桑基鱼塘系统布局特色而独立存在。2）2012—2019年，鱼塘养殖的经济效益远高于蚕桑养殖和水稻种植，是导致桑园、水田明显萎缩及鱼塘大规模扩张的主要驱动力。因此，通过全球重要农业文化遗产的建立来进一步加强桑基鱼塘系统的保护与传承是非常必要的，也是支撑湖州市南浔区农业可持续发展的重要举措。

土壤水分是农作物生长的基本条件，本研究基于高分三号卫星C波段合成孔径雷达数据，提出新的土壤水分反演算法，并获取区域尺度8 m空间分辨率的农田区土壤水分。首先，通过PROSAIL模型、实测植被冠层含水量、Landsat-8光学数据优选光学植被水分指数，计算水云模型参数并获得土壤直接后向散射系数；其次，利用高级积分方程模型模拟雷达后向散射影响机制，采用雷达影像高低入射角特性计算地表组合粗糙度；最后，利用高分三号卫星同极化雷达数据反演农田区土壤水分，并基于实测数据开展精度验证。结果表明：土壤水分反演值与野外实测值具有良好一致性，垂直极化下反演精度更高，其决定系数为0.595 6，均方根误差为0.041 5 m³/m³。本研究成果可为我国自主研发的高分三号卫星获取高分辨率土壤水分信息提供算法参考。

现代农业绿色发展水平反映了农业综合实力，通过评估河南省农业绿色发展水平，可为河南省建设现代农业强省提供指导。本研究采用熵权TOPSIS模型，构建了包含资源节约、环境友好、生态保育、质量高效4个维度14个指标的农业绿色发展综合评价指数，对河南省2007—2021年农业绿色发展水平动态变化及河南省下辖18个地市2019—2021年农业绿色发展水平（3年的平均值）进行了综合分析。结果表明：反映河南省农业绿色发展水平的综合评价指数呈波动上升趋势，但该指数反映的整体水平仍然较低；河南省各地市之间农业绿色发展水平差异较大，西部地区明显低于其他地区；根据聚类分析结果，河南省不同地市可划分为Ⅰ区（现代农业区）、Ⅱ区（传统农业区）和Ⅲ区（都市农业发展区）3个区域类型。河南省各地市应依据本地资源禀赋，面向国家发展战略需要，因地制宜，重点突破影响现代农业绿色发展的薄弱环节，进一步推进农业绿色发展进程。

为探究轮牧对人工混播草地生态系统中植被群落及土壤丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌群落的影响机制，以宁夏盐池县人工混播草地为试验对象，采用单因素随机区组设计，设置T1（无芒雀麦+新麦草+紫羊茅+苜蓿+菊苣）、T2（垂穗披碱草+新麦草+早熟禾+苜蓿+鹰嘴紫云英）、T3（扁穗冰草+新麦草+蒙古冰草+苜蓿）3种混播组合模式，并通过Illumina高通量测序和生物信息学分析，开展轮牧影响下3种人工混播草地土壤AM真菌群落差异性研究，分析人工混播草地生态系统中植被-土壤-AM真菌群落的相互作用关系。结果表明：连续2年轮牧对植被群落生物量产生了显著影响，与轮牧第1年相比，豆科植被群落的相对重要值降低，但禾本科植被群落的相对重要值分别增加了51.16%、81.25%和33.33%。土壤AM真菌中球囊霉属和类球囊霉属为优势属；与轮牧第1年相比，连续轮牧2年后，T1处理的土壤AM真菌群落Chao 1指数较第1年显著降低了12.35%，T3处理的土壤AM真菌群落Chao 1指数、香农-维纳指数、均匀度指数和物种数较第1年分别提升了20.73%、12.80%、7.69%和31.16%（P＜0.05），说明T3处理的土壤AM真菌群落对轮牧的响应更加敏感。随轮牧年限增加，T1与T2处理的土壤AM真菌群落组成相似性增加，T1与T3处理的土壤AM真菌群落组成相似性差异较大。连续轮牧2年后，土壤养分对AM真菌群落丰富度的作用强度减弱，但植被群落多样性和植被群落生物量对AM真菌群落丰富度及其组成的作用强度增强；驱动AM真菌群落变化的环境因子由土壤有效磷（p=0.006）和碱解氮（p=0.016）转变为植被群落生物量（p=0.036）。综上所述，不同类型人工混播草地植被群落和土壤AM真菌群落对轮牧表现出不同的响应特征，其中以T3混播组合处理的效果较好。

普通油茶（Camellia oleifera）是我国总产油量最高、栽培面积最广的木本油料作物。为促进我国普通油茶良种资源的挖掘与利用，本研究使用主成分分析、相关性分析、聚类分析、巢式方差分析、多元回归分析等方法以及变异系数、表型分化系数、香农-维纳多样性指数，探究560份普通油茶良种资源的表型性状多样性及其与环境因子的相关性，并使用熵权TOPSIS法对560份普通油茶良种资源进行综合评价和排序。结果表明，560份普通油茶良种资源存在丰富的遗传多样性，34个表型性状的香农-维纳多样性指数为0.05～2.35，均值为1.06，数量性状的变异系数为3.02%～53.33%，均值为23.25%。普通油茶良种资源34个表型性状种源间和种源内的方差分量均值分别为53.591%和32.382%，说明普通油茶良种资源表型性状种源内相似性较高，其分化主要来自种源间。随着纬度的升高和年平均温度的降低，普通油茶良种资源平均单果质量、种仁含油率及饱和脂肪酸含量呈现下降趋势，而不饱和脂肪酸含量呈现上升趋势，表明纬度和年平均温度是限制普通油茶生长的主要因子。熵权TOPSIS法综合评价和排序结果显示，长林4号综合得分指数最高，浙江、云南、安徽、湖南等地区均有多个选育的良种综合排名在前30以内。本研究结果为普通油茶育种及良种推广提供了数据支撑。

水生蔬菜作物是长江流域农耕文明驯化作物中的独特类群，其野生近缘种是育种和品种改良的宝贵遗传资源。本研究从中国植物+物种信息系统和中国数字植物标本馆获取了10种水生蔬菜作物的36个野生近缘种的地理分布数据并进行了校对，结合相应的气候因子数据，使用最大熵模型（maximum entropy model, MaxEnt）构建生态位模型，并对物种未来分布变化进行预测。结果表明：水生蔬菜作物野生近缘种多样性热点区域主要位于长江中下游的洞庭湖和鄱阳湖流域，与长江流域农耕文明起源地相重合，表明农耕文明对植物资源的就近利用。在未来升温的气候情景下，水生蔬菜作物野生近缘种适宜分布热点区域可能会进一步扩张，多样性热点区域中心向高纬度地区迁移，这有利于水生蔬菜作物野生近缘种多样性的维持和提升，并为其保护提供了理论依据。

作物品种多样化种植是提高农业生态系统功能的有效措施，但不同品种混合种植能否影响温室气体排放仍然缺乏研究。本研究以水稻为例，通过原位盆栽试验，研究品种间隔种植（间作）对甲烷排放的影响。以甲烷高排放品种常农粳8号、皖稻153以及甲烷低排放品种苏香粳100、Ⅱ优084为供试材料，设置8个处理，包括4个水稻品种单一种植（单作），即常农粳8号单作（记作CN）、皖稻153单作（WD）、苏香粳100单作（SX）、Ⅱ优084单作（ⅡY），以及2个甲烷高排放品种与2个甲烷低排放品种间作，即常农粳8号+Ⅱ优084间作（CN+ⅡY）、常农粳8号+苏香粳100间作（CN+SX）、皖稻153+Ⅱ优084间作（WD+ⅡY）、皖稻153+苏香粳100间作（WD+SX）。间作品种按1∶1的株数比例间隔种植。结果表明，4个间作处理均能显著增加或维持水稻产量。不同间作处理的甲烷排放通量存在显著差异，与期望值相比，CN+SX处理显著降低甲烷的排放，而CN+ⅡY、WD+ⅡY处理则显著增加甲烷排放。与甲烷高排放品种的单作处理相比，苏香粳100与2个甲烷高排放品种间作时均能显著降低生长季土壤产甲烷古菌mcrA基因平均丰度，但Ⅱ优084仅在与皖稻153间作时有显著作用。除CN+SX外，其余3个间作处理下生长季土壤甲烷氧化菌pmoA基因平均丰度均显著低于所对应的单作处理。本研究认为可以通过水稻品种间作在获得增产的同时降低甲烷排放，但品种间作组合需要仔细筛选。

当前农业面临多重挑战，其中迫切需要提升产量以满足不断增长的人口需求。盐碱、干旱和极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育和产量的关键因素。油菜作为全球主要的油料作物，是食用植物油、生物柴油和动物饲料的重要来源，研究其遗传变异与生物学特性对于培育能够适应不同环境条件的新品种（基因型）至关重要。本文对近年来国内外油菜抗逆基因的相关研究进展进行了综述，重点总结了新兴分子育种工具和技术，包括全基因组关联分析、基因编辑等在油菜抗逆基因研究中应用的技术，以期为油菜高产抗逆基因的挖掘以及分子育种提供研究基础与技术支撑。

马铃薯Y病毒（potato virus Y, PVY）侵染烟草（Nicotiana tabacum）会引起烟草脉带病，造成烟叶品质下降。broad complex, tramtrack, and bric-à-brac/pox virus and zinc finger（BTB/POZ）是动植物体内广泛存在的蛋白质家族，在植物生长和发育的各个环节都起着非常重要的作用。本研究鉴定到90个烟草BTB/POZ家族蛋白，对应71个基因。在这些蛋白质的序列中，识别到9种保守基序（motif），并根据其出现顺序将BTB/POZ家族成员划分至6个亚家族。结构域分析表明，BTB/POZ同一亚家族成员的结构域具有一致性。对BTB/POZ蛋白的三维构象进行预测发现，所有亚家族成员结构都以α螺旋为主，同一亚家族成员的三维构象相似。烟草品种K326和突变体M867（抗PVY）的BTB/POZ家族基因表达模式分析显示，叶片接种PVY后，NtBTB2M、NtBTB2K、NtBTB2L、NtBTB6E基因的表达丰度显著增加，这可能与烟草M867对PVY的抗性较强有关。顺式作用元件分析显示，NtBTB2K、NtBTB2L、NtBTB2M和NtBTB6E基因的上游2 000 bp区域内含有若干逆境响应相关元件，包括水杨酸响应元件、MYB结合位点等，可能和这些基因的上调表达有关。本研究为BTB/POZ蛋白的功能研究提供了理论依据，为烟草抗病育种提供了一定参考。

随着生态和绿色农业建设不断推进，环保型低毒生物农药被广泛研发与利用。针对水稻主要病虫害，本研究探讨了不同有效成分用量阿维菌素和井冈霉素混配剂（以下简称阿?井混配剂）在室内试验和田间试验对水稻主要病虫害的防治效果。结果表明：阿?井混配剂对毒杀水稻纹枯病菌、稻飞虱（白背飞虱和褐飞虱）、二化螟、三化螟、黑尾叶蝉有显著的增效作用。其增效作用可部分中和病原菌和害虫的抗药性，从而延长药剂的使用期。使用阿?井混配剂对稻纵卷叶螟和稻螟蛉的毒杀效果与单独使用阿维菌素时的毒杀效果相当。综上所述，生物农药阿维菌素和井冈霉素混配具有提高对水稻主要病虫害防控能力的潜力，并且属于绿色防治方法，值得大力推广应用。