冷型小麦灌浆期农田小气候特征分析

根据农田小气候观测资料分析冷型小麦“陕229”和暧型小麦“9430”的农田小气候特征及成因结果表明，灌浆期冷型小麦“陕229”比“9430”光照度偏小0.3-6.8klx，0-0.2m土壤温度偏低0.2-3.5℃(8:00和20：00地面温度除外)，株间气温降低0.2-1.9℃，株间水汽压和相对湿度分别偏高20-170Pa和1％-9％，即冷型小麦的农田生态环境较冷温，该特征是由“陕229”的生物学特性所形成，有利于抗御小麦灌浆期干热天气的危害。     

冷型小麦氮素吸收积累特性的研究

2002至2004年,通过田间小区试验,研究了4种施肥条件下(不施肥、单施磷肥、单施氮肥和氮磷配施)冠层温度持续偏低的冷型小麦氮素吸收积累特性。供试小麦品种为小偃6号、陕229、NR9405和9430,前两者为冷型小麦品种,后两者为暖型小麦品种。结果表明,花前冷型小麦叶片具有较高的氮素积累量;花后氮素吸收积累量在单施磷肥、单施氮肥和氮磷配施条件下比暖型小麦分别高168.6%、144.6%和217.4%。成熟期冷型小麦子粒中氮素积累量大,功能叶片中氮素残留量多。冷型小麦叶片较高的氮素含量为维持叶片较高的光合速率奠定了良好的氮营养基础;花后氮素吸收积累量较多的特点,与冷型小麦灌浆结实期具有较高的代谢生理活性,根系吸收氮能力强有密切关系。     

半湿润区农田生态系统氮肥对不同基因型冬小麦产量构成的影响

施N对“NR9405”、“9430”、“偃师9号”、“小偃6号”、“陕229”、“西农2208”、“矮丰3号”和“商188”这8种不同基因型冬小麦产量构成影响的田间试验结果表明,单株分蘖成穗数、单位面积粒数和单位面积株数的差异同时受基因和N素营养水平控制。“矮丰3号”和“小偃6号”单株分蘖成穗数最多,分别为2.00分蘖穗/株和1.72分蘖穗/株,“9430”最少,为0.85分蘖穗/株。从不同基因型看,施N比不施N处理增加0.74穗/株,每穗粒数在不同基因型间存在极显著差异,以“西农2208”最多,为36.73粒/穗,“NR9405”最少,为24.35粒/穗,施N对每穗粒数无显著影响。单位面积株数主要受施N影响,基因型间差异相对较小。基因型和施N同时显著影响单位面积粒数和千粒重,但基因型对千粒重的影响程度大于N肥。从2个施N水平看,单位面积籽粒产量存在显著差异,“矮丰3号”、“西农2208”、“偃师9号”、“陕229”、“9430”、“小偃6号”、“商188”和“NR9405”依次减小,“矮丰3号”为435g/m2,“NR9405”为316g/m2,相差119g/m2。施N可极显著增加单位面积籽粒产量,不同基因型施N处理平均产量为463.38g/m2,不施N处理为296.13g/m2,相差167.25g/m2,N肥对产量的影响主要与施N增加了单位面积穗数和千粒重有关。     

祁连山海北地区两种高寒草甸植被类型的土壤热通量比较

对祁连山海北地区矮嵩草(Kobresia humilis)草甸和金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸两种植被类型土壤热通量观测和比较分析发现:晴天两种植被类型区土壤热通量日变化均表现为单峰型,夜间低午后高;阴雨天土壤热通量变化复杂,随降水或云层厚薄波动剧烈。金露梅灌丛草甸土壤热通量的日变化较矮嵩草草甸更为平稳。两种草甸土壤热通量的月际变化同样表现为单峰型,12月最低(矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸分别为-40.27MJ/m2和-16.85MJ/m2)、6月最高(矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸分别为20.47MJ/m2和18.98MJ/m2)。矮嵩草草甸与金露梅灌丛草甸土壤热通量的年总量差异明显,分别为-24.72MJ/m2和48.10MJ/m2。表现出前者由土壤深层向地表散热,而后者由地表向土壤深层输送热量。两种植被类型区不同时间尺度上的土壤热通量与冠层净辐射均有显著的线性相关关系。由于冠层厚度的影响,金露梅灌丛草甸土壤热通量所占净辐射的比例较小,同步性较差,反馈延时约2.5h,而矮嵩草草甸的土壤热通量与净辐射的相关性更加密切。     

冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和热通量的影响

为了研究冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和土壤热通量的影响,在2015年11月-2016年4月期间,设置了裸地(BL)、自然积雪覆盖(SC)、6 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM1)、12 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM2)和18 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM3)5种不同的处理,测定了20、40、60和100 cm土壤含水率和温度,并计算出土壤导热率和土壤热通量。研究结果发现:在土壤冻结期,土壤导热率随着土壤的冻结而增大,直至完全冻结后基本保持不变,而在土壤融化期则逐渐减小。冻融阶段,积雪和秸秆覆盖会延缓土壤导热率的变化,减小土壤导热率的变化。冻结期,裸地处理的土壤导热率最大,平均为1.55 W/(m×K);融化期,裸地处理的土壤导热率最小,平均为0.79 W/(m×K)。在冻结期,土壤热量向上传递,传递量先增加后减小;在融化期,土壤热量向下传递,传递量逐渐增加。积雪和秸秆覆盖可以减小土壤热通量及其变化。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤热通量比裸地少4.73~8.84 W/m~2。裸地处理的土壤导热率与水汽压的相关性最好,相关系数为-0.84,与风速的相关性最差,相关系数为-0.43。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤导热率与环境温度的相关性最好,相关系数为-0.67~-0.73,与风速的相关性最差,相关系数为-0.18~-0.25。土壤热通量与太阳辐射的相关性最好,相关系数为-0.88~-0.91,与风速的相关性最差,相关系数为-0.44~-0.53。整体而言,积雪和秸秆覆盖会减小大气环境对土壤导热率和热通量的影响。     

青海湖2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统水热通量比较

基于涡度相关技术,研究了2015年青海湖2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统水热通量的特征。结果表明:(1)2015年青海湖高寒藏嵩草和小嵩草湿草甸湿地生态系统日平均水汽通量分别为1.74,0.99mm,年水汽通量分别为633.3,362.1mm。(2)青海湖2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统感热、潜热和净辐射日变化均呈单峰曲线,感热和潜热月平均日变化最大值出现的时间均晚于净辐射。藏嵩草湿草甸湿地生态系统感热月均日变化最大值最大为179.06W/m~2,最小为46.02W/m~2;潜热最大为312.55W/m~2,最小为30.58 W/m~2;小嵩草湿草甸湿地生态系统感热月均日变化最大值最大为161.86 W/m~2,最小为31.60 W/m~2;潜热最大为215.44 W/m~2;最小为14.08 W/m~2。(3)通过波文比分析发现,2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统生长季能量分配以潜热为主,非生长季小嵩草湿草甸湿地生态系统能量分配以感热为主,藏嵩草湿草甸湿地生态系统则较为复杂。藏嵩草湿草甸湿地生态系统全年能量平衡率为0.82,小嵩草湿草甸湿地生态系统为0.89,增加土壤热通量项能改善能量平衡状况。     

基于集合卡尔曼滤波的地表水热通量同化研究

地表水热通量是研究地表能量转换与水文过程中的重要参数,本文借助通用陆面模式CLM3.0(Community Land Model3.0)为动力框架,利用集合卡尔曼滤波作为同化算法构建单站点的地表水热通量同化系统,并利用Ameriflux通量观测网上Chestnut Ridge、ARM SGP Main以及Tonzi Ranch三个站点的通量观测数据进行直接同化地表水热通量试验。结果表明,在三种不同下垫面下,RMSE直接同化水热通量能够很好地改善地表总水热通量的估算效果。经过同化通量观测值,模式输出的通量值的RMSE均有减小。在代表农田下垫面的ARM SGP Main站,感热通量的RMSE由67.49W/m2下降至14.07W/m2,潜热通量的RMSE由70.07W/m2下降至14.35W/m2;在代表森林下垫面的Chestnut Ridge站,感热通量的RMSE由82.56W/m2下降至48.56W/m2,潜热通量的RMSE由42.99W/m2下降至38.92W/m2;在代表草地下垫面的Tonzi Ranch站,感热通量的RMSE由62.99W/m2下降至17.85W/m2,潜热通量的RMSE由44.76W/m2下降至36.01W/m2。相对于通过同化地表温度和湿度间接改善地表水热通量预报的研究结果,直接同化地表水热通量的结果好于前者。但值得注意的是,针对集合同化方法,不同初始场误差、观测误差和大气强迫数据误差的扰动强度都会对同化结果造成影响。从同化系统对3种误差的敏感性分析结果来看:观测误差的影响最大且减小观测误差能够减小同化后的RMSE值,估计观测误差的方法是否合理会直接影响同化结果的好坏;初始场误差对同化后的RMSE值影响最小;另外,增加大气强迫数据误差和初始场误差能减小同化后的RMSE值。     

亚热带地区蔬菜地甲烷净交换通量研究

农田土壤是大气甲烷(CH_4)的重要源和汇,以往关于农田CH_4净交换通量的研究多关注水稻、小麦、玉米等作物,而蔬菜地的观测研究不足。本研究采用静态暗箱-气相色谱法对亚热带地区一块种植包菜的典型露天蔬菜地开展将近1年的田间原位CH_4通量观测,以揭示蔬菜地CH_4净交换通量的周年变化特征及其影响因素,估算CH_4年累积净交换通量,并定量评估CH_4净交换通量的误差。本试验在包菜地的垄上和垄间同时布设观测点进行CH_4通量观测,并对环境因子进行同步测量,观测期为2016年1月1日至12月8日。结果表明,所研究的蔬菜地为大气CH_4的微弱汇,年平均通量为(-9.9±7.0)μg(C)×m~(-2)×h~(-1),全年累积通量为-0.84kg(C)×hm~(-2),较高的土壤水分条件和高施氮量可能是导致本研究蔬菜地CH_4吸收较弱的主要原因。全年CH_4累积通量的总体误差为-48%~-16%,其中,由于通量计算方法引起的系统误差会使估算的通量偏低32%,年尺度上的随机误差大小为16%,主要来自CH_4通量的空间差异,因此可适当增加空间重复,以减小空间随机误差。研究还发现垄上的CH_4吸收通量显著高于垄间(P0.01),因此在开展农田温室气体通量观测时应兼顾垄上和垄间、种植行和行间等农田管理措施存在显著差异的区域,均布设观测点,避免对通量观测结果造成系统性偏差。     

冬小麦农田尺度瞬态CO2通量与水分利用效率日变化及影响因素分析

以华北平原冬小麦农田尺度为研究对象,采用涡度相关技术,研究冬小麦灌浆期瞬态CO2通量日变化特征及其与农田热量平衡各分量的关系。结果表明,非水分胁迫下CO2通量日变化(负值表示通量指向冠层)为U型,群体净光合速率最高值为-1.2~-1.4mg/m2.s,夜间瞬态CO2通量呈非稳定变化,最高值达0.4~0.54mg/m2.s。白天时段内CO2通量与净辐射、潜热通量呈高度相关,8:00~15:30时段内CO2和水汽通量呈同步日变化趋势,水分利用效率处于稳定状态,瞬态水分利用效率基本维持在0.012~0.014g(CO2)/g(H2O)范围内;但早晨和傍晚时段内水分利用效率变化较大。     

长三角地区稻麦轮作生态系统净碳交换及其环境影响因子

采用涡度相关技术对我国长三角地区典型稻麦轮作农田生态系统(2011年11月—2012年10月)的CO2通量进行连续观测,分析了农田生态系统净碳交换(NEE)的变化特征及其环境影响因子。结果表明:长三角地区稻麦轮作生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化特征,具有很强的固碳能力。NEE月平均日变化总体呈"U"型曲线,不同月份"U"型高度不同;NEE季节变化则呈显著的"W"型双峰特征,分别对应两季作物(小麦、水稻)的生长季节。小麦/水稻月平均最大碳吸收峰出现在4月/8月,分别达到-1.12 mg·m-2·s-1、-1.45 mg·m-2·s-1;日最大累积碳吸收量分别为-12.88 g(C)·m-2·d-1、-10.63 g(C)·m-2·d-1,长三角地区稻麦轮作生态系统年固碳量达到-769.61 g(C)·m-2·a-1。光合有效辐射是影响白天NEE的主要环境影响因子,Michaelis-Menten方程可以很好地表示作物生长季节两者之间的关系(R2=0.37~0.83);在同一光合有效辐射条件下,长三角地区稻麦轮作生态系统白天NEE随着气温的升高而增加,而当光合有效辐射大于1 800μmol·m-2·s-1时存在着一定程度的光抑制。温度是影响夜间农田生态系统呼吸特征的主要环境影响因子,长三角地区稻麦轮作生态系统夜间NEE与不同层次温度之间均存在显著的指数相关关系,但是不同作物夜间NEE的最适温度略有差异,小麦夜间NEE与土壤温度(10 cm)相关性最好(0.60),而水稻夜间NEE与气温相关系数最高(0.49)。