多年覆膜改善冬小麦/油菜轮作地土壤提高产量

全膜覆盖已成为西北干旱半干旱地区农作物的最佳种植模式,可显著提高降水利用率和作物生产力,但目前对其土壤微生物环境效应缺乏系统研究分析。2012-2016年在甘谷采用田间试验方法,比较了露地穴播(M0)、全膜覆土穴播(M1)和全膜穴播(M2)冬小麦和油菜各生育期土壤含水量、温度、微生物量、酶活以及产量的变化。结果表明:与M0处理相比,M1和M2在冬小麦拔节和油菜开花前的土壤含水量分别提高3.83%~15.85%和2.53%~15.53%;土壤温度分别平均提高0.9~1.7℃和0.8~2.7℃。在冬小麦返青期-拔节期,M1和M2的土壤微生物量碳较M0分别平均增加25.64%和23.55%;在油菜返青期-开花期,M1和M2的土壤微生物量碳较M0分别平均增加24.70%和24.63%,显著差异。在冬小麦返青期-拔节期,M1和M2的土壤微生物量氮较M0分别平均增加20.42%和12.65%;在油菜返青期-苗薹期,M1、M2的土壤微生物量氮较M0显著增加。M1和M2冬小麦和油菜各生育期的脲酶活性显著高于M0(除2013年冬小麦的孕穗期和成熟期)。冬小麦和油菜各生育期的蔗糖酶均表现为M1高于M0,而碱性磷酸酶则表现为M1低于M0(除2013年冬小麦的成熟期)。且在2014-2015和2015-2016年全膜穴播增温保水,提高土壤微生物活性的效果较为明显。土壤微生物量碳、氮含量,脲酶,蔗糖酶与土壤含水量、土壤温度温度呈相关或极显著相关。基于对土壤水热环境和微生物活性的影响,M1和M2分别比M0的冬小麦产量增加,而且干旱年份的增加幅度更高。     

添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响

通过室内培育试验,研究了添加生物质炭对江西红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:红壤有机碳矿化速率在培育第2天达最大值后迅速降低,培养7天后下降缓慢并趋于平稳;添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量,培养结束时,不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外,生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5%～250.6%和11.6%～97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9%～243.6%和55.9%～110.4%。相同处理中,干旱的水分条件下(40%田间持水量)微生物生物量要高于湿润的水分条件(70%田间持水量)。同时,添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。     

侵蚀型红壤植被恢复后土壤微生物量碳、氮的演变

为了解侵蚀型红壤植被恢复后土壤生物学肥力的变化,采集了持续时间为17年和9年的2个定位试验点土壤样品。分析结果表明:侵蚀型红壤上木荷、杉木造林17年后,土壤微生物量碳、氮上升明显,木荷、杉木林表层(0～0.2m)土壤微生物碳、氮分别比对照增加了11.94,8.85,7.53,4.34倍。种植9年的黑麦草、杉木和胡柚3个处理表层土壤(0～0.2m)微生物量碳也比对照高出2.3～2.7倍,微生物量氮比对照高出0.7～1.4倍。从不同植被土壤比较来看,木荷、黑麦草土壤微生物碳氮比较低,表层土壤分别为7.03和7.24,而杉木土壤其微生物碳氮比相对较高,表层土分别为8.55(17年生)和8.68(9年生)。     

模拟增温对长江源区高寒草甸土壤养分状况和生物学特性的影响研究

采用增温棚模拟增温的方法,对比研究了青藏高原腹地的风火山地区典型的高寒沼泽和高寒草甸在两种增温梯度条件下的土壤养分状况、微生物生物量碳氮和酶活性对温度升高的响应。结果表明:(1)模拟增温显著提高了增温棚内的气温和5 cm土壤温度,高寒沼泽草甸区不封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照升高2.54℃和0.68℃,封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照提高4.99℃和1.43℃;高寒草甸区内不封顶和封顶增温棚5 cm土壤平均温度分别较对照提高0.31℃和3.93℃。(2)模拟增温对两种草甸土壤养分含量的变化表现不一致,高寒沼泽草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量降低,5~20 cm土层中却增加;相反的,高寒草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量增加,5~20 cm土层中减少。(3)模拟增温显著提高了土壤微生物生物量碳、氮的含量,但由于封顶式增温棚增温幅度过大,抑制了微生物的代谢活动,导致微生物生物量碳、氮降低。(4)模拟增温使土壤过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶的活性在两种草甸中均有不同程度的提高,碱性磷酸酶活性减小,蔗糖酶活性在两种草甸中表现出不一致的变化情况。同时,封顶增温棚内的过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶活性增加的幅度,蔗糖酶和碱性磷酸酶减少的幅度均小于开顶式增温棚内的酶活性。两种草甸土壤有机碳和全氮含量的变化对模拟增温的响应情况不一致,这与不同类型草甸中土壤理化性质、水热状况、土壤代谢、植物种类及土壤生物(动物和微生物)区系、数量和生物多样性等因子有关。     

生物有机肥对潮土物理性状及微生物量碳、氮的影响

[目的]研究生物有机肥对潮土不同土层土壤物理特性及微生物碳氮的影响,为生物有机肥在土壤改良、水土保持和促进设施农业可持续发展等方面提供科学依据。[方法]采用田间小区试验的方法,研究生物有机肥对潮土0—15和15—30cm土层土壤水力学性质、土壤团聚体及微生物量碳、氮的改善效果,其中生物有机肥施用量分别为0,10,20t/hm~2。[结果]施用生物有机肥可显著降低土壤容重,提高土壤孔隙度和各水力学指标,其中土壤容重降低了10.37%~19.26%,田间持水量和饱和导水率提高了13.12%~32.25%和37.28%~67.11%;生物有机肥可提高土壤大团聚体含量和平均质量直径,降低分形维数;生物有机肥提高了土壤微生物量碳、氮含量,增幅分别为33.66%~52.67%和11.52%~22.64%;土壤物理特性与微生物量碳、氮具有明显相关性。[结论]生物有机肥可有效改善潮土土壤结构和水力学特性,增加土壤蓄水供水能力,提高土壤大团聚体含量、稳定性和微生物量碳、氮含量。     

秸秆还田对酸性水稻土培肥增产、土壤微生物生物量及酶活性的影响研究

通过田间定位试验,研究了稻草秸秆还田对土壤有机质及其养分含量、土壤微生物生物量、土壤酶活性及水稻产量的影响。试验结果表明:秸秆还田显著提高了土壤有机质及养分含量,与对照相比,秸秆还田的处理土壤有机质含量提高了7.00%,土壤全氮、速效磷、速效钾和缓效钾含量分别提高了3.57%、3.49%、4.11%和3.39%;秸秆还田显著提高了土壤微生物生物量碳、氮,与对照相比,土壤微生物量碳、氮分别提高了37.4%和21.8%;秸秆还田显著提高了土壤酶活性,与对照相比,土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性分别提高了67.4%、12.4%和7.43%;秸秆还田显著提高了水稻产量,与对照相比,秸秆还田的处理和秸秆还田并配施腐熟剂的处理水稻实际产量分别增加了4.85%和5.96%。     

增温对结皮土壤系统氮转化速率及微生物生物量碳氮与酶活性的影响

探究增温对结皮土壤系统氮转化速率及微生物生物量碳氮与酶活性的影响,从不同水平（功能基因→微生物生物量→酶活性）揭示结皮土壤系统氮转化特征对增温的响应机制,为进一步认知未来气候变化背景下藓类结皮在土壤氮循环中的生态功能提供理论依据。以藓类结皮土壤为研究对象,采用野外培养原状土柱的方法,研究了温带荒漠生态系统藓类结皮土壤氮转化速率、微生物生物量、酶活性和功能基因对增温的响应。结果表明,增温和土壤类型对土壤净氮转化速率（净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率）、酶活性（N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和脲酶）、微生物生物量碳和氮转化功能基因（gdh、hao和amoA）丰度具有显著影响且两者间存在明显交互作用;此外,与对照相比,增温后藓类结皮土壤净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率分别降低49.5%、63.2%和59.7%;土壤酶活性（N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和脲酶）和微生物生物量碳氮均显著降低;除gdh基因外,增温显著抑制了藓类结皮土壤ureC、hao和amoA丰度;相同处理下,藓类结皮土壤净氮转化速率、酶活性、微生物生物量碳氮和氮转化功能基因丰度均显著高于无结皮土壤。综上,增温通过降低土壤酶活性、微生物生物量和功能基因丰度来抑制土壤氮转化过程,而藓类结皮的退化丧失了对土壤微环境的调节作用,进而加速了该过程。     

不同玉米秸秆还田量对土壤肥力及冬小麦产量的影响

通过田间随机区组设计试验,研究了不同玉米秸秆还田量对接茬麦田土壤碳、氮肥力及冬小麦产量的影响。结果表明,秸秆还田可以增加土壤有机质和缓解土壤氮流失,提高土壤微生物碳、氮的固持和供给效果,增加土壤微生物量C/N,提高土壤供肥水平。从不同玉米秸秆还田量的效应对比与回归分析,进一步明确在黄土高原有灌溉条件的地区,施N 138 kg/hm2,玉米秸秆还田量9000 kg/hm2,能有效提高土壤肥力,可使接茬冬小麦显著增产7.47%。     

施硅对夜间增温条件下水稻叶片生理特性的影响

通过大田试验,研究施硅对夜间增温条件下水稻分蘖期、拔节期、灌浆期、成熟期叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)及胞间CO_2浓度(C_i)的影响。夜间增温设常温对照(CK)和夜间增温(NW)2个水平;施硅量设Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200kg SiO_2·hm~(-2))2个水平。结果表明:(1)夜间增温可使水稻冠层和5cm土层温度升高,水稻冠层和5cm土层全生育期夜间平均温度分别提高1.21℃和0.41℃;(2)夜间增温处理可使生育期内水稻叶片P_n、T_r、G_s比对照分别下降11.0%、9.0%和20.2%,C_i比对照增加1.2%;施加钢渣硅肥处理可使叶片P_n、G_s比对照分别增加16.1%和25.8%,T_r、C_i比对照分别降低11.0%和2.0%;夜间增温条件下施硅比不施硅水稻叶片P_n、G_s分别增加22.0%和33.6%,T_r、C_i分别降低7.7%和2.3%。研究认为夜间增温降低了水稻叶片P_n、T_r、G_s,增加了C_i。施硅通过显著提高水稻叶片P_n、G_s,降低T_r、C_i,缓解了夜间增温引起的抑制效应。(3)夜间增温和施硅两种处理对水稻叶片叶绿素含量(SPAD值)影响不显著。夜间增温使叶片SPAD值平均下降3.0%;施硅使叶片SPAD值增加4.7%;夜间增温下施硅比不施硅叶片SPAD值增加5.7%。     

盐胁迫对设施土壤微生物量碳氮和酶活性的影响

采用室内恒温培养法,以合肥地区的黄褐土为研究对象,研究了盐分对土壤微生物量碳、氮和土壤酶活性的影响。试验设置了4个不同盐分(0.3%,0.6%,0.9%,1.2%)处理和对照处理,在25℃恒温培养箱中培养了75d,分别在15,30,45,60,75d取样分析。结果表明,随着盐分浓度的升高,微生物量碳、氮显著降低,其中培养45d时盐分的抑制作用最为明显,相对于空白处理,1.2%处理的微生物量碳、氮抑制率分别为65.62%和57.68%;盐胁迫对土壤酶活性的抑制作用明显,盐分浓度越高,土壤酶活性越低。对脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和纤维素酶的抑制作用相对较大,培养75d的1.2%处理的纤维素酶活性抑制率为62.20%。土壤微生物量碳、氮与土壤酶之间均有很高的线性相关性。     

气候变暖对山西南部典型植物物候的影响

选取山西省运城市、临汾市、晋城市和长治县农业气象试验站典型木本和草本植物1982-2004年物候观测资料及各地1970-2004年气温资料,运用距平、线性趋势等方法分析各地气温和植物物候期的变化特征,以及气温对植物物候期的影响。结果表明,(1)春季物候期普遍呈提前趋势,生长季呈延长趋势;木本植物秋季物候期呈推迟趋势,大部分地区草本植物黄枯始期表现为略提前趋势,黄枯末期表现为推迟趋势。(2)随着年平均气温的不断升高,植物春季物候期呈提前趋势;木本植物秋季物候期呈推迟趋势,草本植物黄枯末期大多呈提前趋势。气温每升高1℃,植物展叶始期提前1～18d。     

花后增温对双季优质稻产量和品质的影响

为明确未来气候变暖对双季优质稻产量和稻米品质的影响,采用开放式主动增温系统,早稻以金早47(常规籼稻)、两优287(杂交籼稻),晚稻以象牙香珍(常规籼稻)、万象优华占(杂交籼稻)和甬优5550(籼粳杂交稻)为试验材料,研究花后增温对双季优质稻产量和稻米品质的影响。结果表明,花后増温(早稻1.29℃,晚稻1.73℃)对早晚稻产量均无显著影响。增温条件下,早稻加工品质和垩白粒率均无显著变化,垩白度平均提高了16.0%;晚稻糙米率、整精米率、垩白粒率和垩白度分别平均提高了1.8%、3.5%、30.3%和27.2%;早晚稻蛋白质含量平均提高了6.27%,但直链淀粉含量平均降低了3.53%,淀粉颗粒的平均粒径提高了0.09 μm。增温对稻米RVA谱特征值的影响在季别和品种间存在较大变异。综上,花后增温对早晚稻产量无显著影响,有利于改善稻米的加工品质和营养品质,但降低了稻米的外观品质。本研究结果为未来气候变暖下双季优质稻的优质丰产栽培提供了理论依据。     

南方双季稻区不同复种方式对稻田综合温室效应的影响

为明确南方双季稻区不同复种方式对稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响,试验设置油菜-一季中稻(R-MR)、冬季绿肥(紫云英)-早稻-晚稻(GM-ER-LR)、冬闲-早稻-晚稻(WF-ER-LR)3个处理,采用静态暗箱-气相色谱法监测周年温室气体排放,探明不同复种方式对周年作物产量、稻田全球增温潜势(GWP)、籽粒能量产出(GEY)和全球增温潜势强度(GWPI)的影响。结果表明,与R-MR相比,GM-ER-LR和WF-ER-LR显著增加了CH₄累积排放量(分别提高1.27倍和1.18倍),显著降低了N₂O累积排放总量(分别降低34.1%和49.4%),GM-ER-LR和WF-ER-LR的CH₄和N₂O累积排放量无显著差异。与R-MR相比,GM-ER-LR和 WF-ER-LR显著提高了周年GEY(分别提高28.6%和27.0%)。在100年时间尺度上,GM-ER-LR和WF-ER-LR的稻田GWP分别是R-MR的1.27倍和1.18倍,GWPI分别较R-MR提高100%和50%。因此,GM-ER-LR和WF-ER-LR有利于提高作物产量,但会增加稻田综合温室效应和温室气体排放强度。鉴于双季稻区中稻面积有增大的趋势,综合环境效益和经济效益,油菜-一季中稻减排增效效果更好。     

民勤荒漠气候对全球变暖的响应特征

近年来,全球气候变暖已成为一个全社会广泛关注的课题,荒漠区是地球上极其重要的气候区之一,其对全球气候变暖的响应特征同样值得关注。本文以甘肃省民勤荒漠区为研究对象,对该区域1961-2009年的气温、降水、空气湿度、风速和日照的变化趋势进行了分析。结果表明,1961-2009年,民勤荒漠区年平均气温增高幅度高于全国水平,低于东北地区和西北干旱区水平,尤其春、冬季增温明显;当地年平均气温、年降水量、年平均空气相对湿度、年平均风速和年日照时数的变化均表现出一定的阶段性,但其变化阶段并不完全一致;年极端最高气温的波动显著增大,荒漠气候的不稳定性在增强。年平均风速为减小趋势,年空气相对湿度的波动为减小趋势,并与年降水量呈显著正相关(P0.05),与年平均风速呈极显著负相关(P0.01)。     

气候变暖对信阳地区水稻生育期的影响

利用1961-2008年信阳气象站气象资料和1981-2007年信阳农业气象试验站水稻生育期观测资料,分析了气候变暖对信阳地区水稻生育期的影响。结果表明:信阳地区近48a年平均气温整体呈上升趋势,但具有明显的阶段特征,1981年之前温度总体呈降低趋势,而1981年之后(含1981年)温度呈显著上升趋势;水稻生长季内4-5月变暖趋势最为显著,平均温度、最高温度和最低温度均显著上升,其它时段变暖趋势不明显。4-5月温度的显著升高使水稻播种和移栽日期呈显著提前的变化趋势;另一方面,由于生长季中后期温度变化不明显,水稻抽穗和成熟日期无显著变化,造成水稻移栽-抽穗期显著延长。播种期和移栽期提前,有利于水稻早生快发,培育适龄壮秧,移栽-抽穗期延长可相应延长水稻穗分化时间,有利于大穗的形成和产量的提高。     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国实际蒸散发时空变化特征

蒸散发是水文循环的关键过程,研究升温背景下的蒸散发对水资源综合管理有着重要意义。基于17个全球气候模式1961?2100年逐月蒸散发输出,分析了全球升温1.5℃和2.0℃情景下,中国实际蒸散发时空变化特征。结果表明：（1）全球升温1.5℃,年实际蒸散发呈现由东南沿海向西北内陆递减态势。与基准期1986-2005年相比,中国年实际蒸散发约增加4.4%,其中,西北诸河流域增长率最大,达7.7%。季节尺度上,冬季实际蒸散发增长速率最快,约5.2%。（2）全球升温2.0℃,中国实际蒸散发比1986?2005年上升7.8%,南方流域增长速率比北方流域小,珠江流域仅增长3.9%,实际蒸散发增长最为迅猛的辽河流域和西北诸河流域中部增长率达10%。春冬两季中国蒸散发增加最明显,达8.3%。（3）与全球升温1.5℃情景相比,全球平均气温额外增加0.5℃可能导致中国实际蒸散发增加3.4%。其中,西南诸河西北部、西北诸河西南部及辽河流域增加明显,而西北诸河东北部和西北部等地微弱减少。春季蒸散发增长速率最大,秋季最小。随着全球变暖,中国实际蒸散发呈现上升趋势,可能加剧区域干旱事件,对农业生产带来不利影响。     

Experimental Warming Effects on Soil Respiration,Nitrification, and Denitrification in a Winter Wheat-Soybean Rotation Cropland

A field experiment was conducted to examine responses of soil respiration, nitrification, and denitrification to warming in a winter wheat (Triticum aestivum L.)–soybean (Glycine max (L.) Merr) rotation cropland. The results showed that seasonal variations in soil respiration were positively related to seasonal fluctuations in soil temperature. Seasonal mean soil respiration rates for the experimental warming (EW) and control (CK) plots were 3.98 ± 0.43 and 2.54 ± 0.45 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the winter wheat growing season, and they were 4.59 ± 0.16 and 4.36 ± 0.08 μmol m^?2 s^?1, respectively, in the soybean growing season. There was a marginally significant level (p = 0.097) for mean nitrification rates between EW and CK plots. Soil temperature and moisture accounted for 58.2% and 58.1% of the seasonal variations observed in the winter wheat and soybean plots, respectively.     

Nitrous oxide emissions from a fallow and wheat field as affected by increased soil temperatures

 In order to determine the effects of increased soil temperature resulting from global warming on microbiological reactions, a 21-month field experiment was carried out in the Bavarian tertiary hills. The major objective was to focus on N₂O releases as either a positive or negative feedback in response to global warming. The soils of a fallow field and a wheat field were heated 3  °C above ambient temperature and N₂O fluxes were measured weekly from June 1994 to March 1996. During the experimental period, measured temperature differences between the control plots and the heated plots were 2.9±0.3  °C at a depth of 0.01 m and 1.0–1.8  °C at a depth of 1 m. Soil moisture decreased with the elevated soil temperatures of the heated plots. The mean differences in soil moisture between the treatments were 6.4% (fallow field) and 5.2%_DW (wheat field dry weight, DW), respectively. Overall N₂O releases during the experimental period from the fallow field were 4.8 kg N₂O–N ha^–1 in the control plot against 5.0 kg N₂O–N ha^–1 in the heated plot, and releases from the wheat field were 8.0 N₂O–N ha^–1 in the control plot and 7.6 N₂O–N kg ha^–1 in the heated plot. However, on a seasonal basis, cumulated N₂O emissions differed between the plots. During the summer months (May–October), releases from the heated fallow plot were 3 times the rates from the control plot. In the winter months, N₂O releases increased in both the fallow and wheat fields and were related to the number of freezing and thawing cycles. Received: 1 December 1997     

Appropriate experimental ecosystem warming methods by ecosystem, objective, and practicality

The temperature of the Earth is rising, and is highly likely to continue to do so for the foreseeable future. The study of the effects of sustained heating on the ecosystems of the world is necessary so that we might predict and respond to coming changes on both large and small spatial scales. To this end, ecosystem warming studies have been performed for more than 20 years using a variety of methods. These warming methods fall into two general categories: active and passive. Active warming methods include heat-resistance cables, infrared (IR) lamps and active field chambers. Passive warming methods include nighttime warming and passive field chambers. An extensive literature review was performed and all ecosystem warming study sites were compiled into a master list. These studies were divided by latitude and precipitation, as well as the method type used and response variables investigated. The goals of this study were to identify: (1) the most generally applicable, inexpensive and effective heating methods; and (2) areas of the world that are understudied or have been studied using only limited warming methods. It was found that the most generally applicable method, and the one that is most true to climate change predictions, is IR heating lamp installation. The least expensive method is passive chambers. The extreme lower and upper latitudes have been investigated least with ecosystem warming methods, and for the upper-mid-latitudes (60–80°) there have been limited studies published using methods other than passive chambers. Ecosystem warming method limitations and recommendations are discussed.     

Global warming over the period 1961-2008 did not increase high-temperature stress but did reduce low-temperature stress in irrigated rice across China

Climate change is recognized to increase the frequency and severity of extreme temperature events that lead to declining crop yield, but this impact has not been well evaluated in China. We examined the changes in extreme temperature stress over the past five decades by quantifying the indices of temperature stress (TSI) during different growth stages of irrigated rice across mainland China. Our results suggest that the indices of low- or high-temperature stress can be used to explain the year-to-year changes in rice yield. Analysis using the TSI indicated that low-temperature stress (LTS) in the seedling and heading-flowering stages of single rice in northeast China, the seedling stage of early rice and the heading-flowering stage of late rice in the double rice regions has reduced over the period of 1961-2008. No significant trends in LTS were detected during the booting stage. Moreover, global warming did not enhance high-temperature stress (HTS) in the heading-flowering stage over the same period, except in early rice in the mid-lower Yangtze River Valley where the HTS in the 2000s was higher than in previous decades.