不同氮素水平下有机物料添加对陇中黄土高原旱作农田N2O排放特征的影响

为了探究不同用量氮肥配施生物质炭或小麦秸秆对旱作农田N₂O排放通量的影响，在陇中黄土高原半干旱区连续进行4年不同氮素水平配施不同有机物料的田间定位试验，试验以3种施氮用量（不施氮肥、50 kg（N）·hm^-2氮肥、100 kg（N）·hm^-2氮肥）配施2种有机物料（小麦秸秆S、生物质炭B）及无有机物料 (C)共组成9个处理，于2016年11月—2017年10月，采用静态箱-气相色谱法，对N₂O通量进行全年内连续观测。研究结果表明：观测期内，各处理N₂O年平均通量大小排序SN100>CN100>SN50>CN50>BN100>SNO>BN50>CN0>BN0，各处理N₂O排放通量变化趋势一致；相较N0处理（CN0、SN0、BN0）的年平均排放通量，N50（CN50、SN50、BN50）和N100（CN100、SN100、BN100）处理分别增加了6.92%和10.03%。相较CN0、CN50和CN100，与其相同氮素水平配施生物质炭后，N₂O年平均排放通量分别降低了0.49%、3.15%和4.67%；配施秸秆后，N₂O年平均排放通量分别增加了6.37%、3.44%和2.73%。单施氮肥或小麦秸秆配施氮肥均增加了N₂O排放的增温潜势，生物质炭配施氮肥减少了N₂O排放的增温潜势。主效应分析表明，氮素、秸秆均对提升N₂O排放通量发挥显著效应，而生物质炭具有降低效应。相关分析表明，土壤温度与N₂O通量表现为显著正相关关系，土壤含水量与N₂O通量表现为显著负相关关系（P<5%）。通径分析表明，土壤温度对N₂O通量的增大作用远大于土壤含水量对N₂O通量的减小作用。秸秆或生物质炭与氮素无交互效应，N₂O排放通量随氮素水平的增加而增大，秸秆还田促进了N₂O排放而生物质炭抑制了N₂O排放。因此，添加生物质炭对旱作农田固氮减排具有较大的潜力。     

怀豆和黑麦草绿肥残体还田对旱地土壤温室气体排放的影响

以怀豆和黑麦草两种绿肥为对象,分别进行了为期63 d的不同绿肥残体还田量和残体混合比例室内培养试验,其中绿肥残体还田量试验分别设0、1、2、4、6 t·hm^-2共5个水平;残体混合比例试验设100%怀豆、25%怀豆+75%黑麦草、50%怀豆+50%黑麦草、75%怀豆+25%黑麦草和100%黑麦草共5个处理,还田量均为4 t·hm^-2。采用气相色谱法观测了培养期间土壤温室气体（CO₂、N₂O、CH₄）通量变化。结果表明：（1）与未添加绿肥残体相比,绿肥残体还田土壤CO₂累积排放通量提高了11.3%~80.2%,土壤N₂O排放提高了15.8%~51.1%,综合增温潜势（GWP）提高了11.9%~79.4%（P<0.05）。随绿肥残体还田量的增加,土壤CO₂排放通量和综合增温潜势（GWP）均呈线性增加,土壤CH₄吸收通量则呈线性下降趋势,而土壤N₂O排放通量呈现先增后减趋势,并在还田量约为3 t·hm^-2时达到最大。相同还田量下添加黑麦草残体较怀豆残体具有更高的土壤CO₂排放和CH₄吸收,而添加怀豆残体较黑麦草残体显著促进了土壤N₂O排放;（2）土壤温室气体累计通量与绿肥残体混合物中黑麦草比例存在线性相关,随黑麦草添加比例的提高,土壤CO₂排放通量显著增加了5.8%~19.7%（P<0.05）,GWP显著增加了5.3%~17.7%（P<0.05）,而N₂O排放通量显著下降了11.2%~41.5%（P<0.05）,CH₄吸收通量则显著下降了13.4%~50.9%（P<0.05）。综合来看,选择非豆科作物比例较低的绿肥残体,并以较低生物量进行还田,能在保持低GWP的同时获得生态效益。     

生物炭与木醋液对中度盐土N2O和NH3排放的影响

为探究生物炭与木醋液对盐土尿素氮的硝化过程、N₂O排放和NH₃挥发的影响，以甘肃中度盐土为研究对象，设置不施尿素对照（CK）、单施尿素（N）、尿素+生物炭（N+B）、尿素+木醋液（N+WV）和尿素+生物炭+木醋液（N+B+WV）5个处理，开展室内好气培养试验。结果表明：（1）各处理在培养0~14 d的表观硝化率均呈上升趋势，其中N+B+WV处理较其他处理铵态氮含量最高、表观硝化率最低，培养后期表观硝化率明显提高；培养结束N+B+WV处理氨氧化细菌（AOB）amoA基因丰度较N处理显著提高，增幅为76.5%，氨氧化古菌（AOA）amoA基因丰度较CK显著降低，降幅为51.5%。（2）与CK相比，N处理N₂O和NH₃累积排放量显著增加；与N处理相比，N+WV、N+B和N+B+WV处理N₂O累积排放量分别增加10.0%、减少9.5%和减少18.2%，氧化亚氮还原酶nosZ基因丰度分别降低9.3%、26.1%和37.7%，NH₃累积挥发量分别减少30.5%、28.9%和49.0%。（3）综合计算各处理N₂O和NH₃排放的温室效应潜能发现，与N处理相比，N+B+WV处理降低温室效应潜能20.0%，减排效果最显著。综上，在中度盐土区采用生物炭与木醋液配施可以有效减少盐土中N₂O和NH₃排放，有利于减少土壤氮素损失并降低温室效应潜能。     

覆膜方式对旱作夏玉米产量和温室气体排放的影响

在西北半湿润易旱区雨养条件下，研究了不同覆膜方式对夏玉米土壤水分、温度、生长、产量及温室气体排放的影响。以平作无覆盖为对照（CK），设置4种覆膜方式：垄沟种植垄覆白膜（T1）、垄沟种植垄覆黑膜（T2）、连垄沟播白膜全覆盖（T3）和连垄沟播黑膜全覆盖（T4）。结果表明：与平作无覆盖相比，地膜覆盖显著增加了表层土壤温度和土壤含水量，促进了夏玉米生长；T1、T2、T3、T4处理产量比CK分别增加了19.32%、8.88%、25.59%、29.61%，水分利用效率分别增加了25.95%、14.71%、41.22%、44.20%；各处理N₂O和CO₂排放趋势一致，N₂O排放峰值出现在苗期，T1、T2、T3和T4处理N₂O各生育期排放总量分别比CK高178.26%、134.78%、334.78%、256.52%，T3与T4处理CO₂各生育期排放总量显著高于T1和T2处理，且各处理都显著高于CK；CH₄排放无明显趋势，T1、T2、T3、T4处理都增加了CH₄吸收总量；T1、T2、T3、T4处理温室气体增温潜势（GWP）均显著高于CK，T3与T4处理GWP无显著差异，但都显著高于T2处理；T1、T2、T3、T4处理气体排放强度（GHGI）分别比CK高151.93%、124.65%、246.53%、186.90%，T3处理GHGI显著高于T4处理。综合考虑产量与温室气体排放，连垄沟播黑膜全覆盖为该地区旱作夏玉米绿色高效生产适宜的覆膜方式。     

丰雨年旱作农业区不同耕作措施麦豆地N_2O、CH_4的排放

采用静态箱-气相色谱法采集丰雨年旱作农业区不同耕作措施春小麦-豌豆地排放气体并计算通量,研究耕作措施、土壤温度和土壤含水量对春小麦-豌豆地N2O和CH4排放的影响,其中,耕作措施包括免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)和传统耕作+秸秆还田(TS)以及传统耕作不覆盖(T)四种。研究结果表明:不同措施麦豆地均为N2O的排放源,春小麦地通量波动范围0.018~0.146 mg·m-2·h-1,豌豆地通量波动范围0.024~0.210 mg·m-2·h-1,全生育期春小麦地N2O平均排放通量大小顺序:TTSNTNTS,而豌豆地大小顺序:TNTSNTTS;不同耕作措施麦豆地均表现为CH4的吸收汇,春小麦地吸收通量的波动范围0.051~0.212 mg·m-2·h-1,豌豆地的波动范围0.057~0.193 mg·m-2·h-1,全生育期春小麦地CH4平均吸收通量大小顺序:NTSNTTST,豌豆地大小顺序:NTSTSNTT;不同耕作措施对N2O和CH4全生育期通量有明显的影响,TS、NT和NTS三种耕作措施较T措施而言,有效地减少了N2O的排放且增加CH4的吸收;丰雨年,土壤温度和土壤含水量对旱作农业区N2O和CH4排放综合影响权重有所降低。     

不同耕作措施下春小麦产量对温度变化的敏感性分析

为了研究温度变化对不同耕作条件下春小麦产量的影响,利用修正参数后的APSIM模型,自变量因子分别为最低温度、最高温度,在9种变化条件下对传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕覆盖(NTS)3种耕作措施下的春小麦产量进行了模拟,并利用Surfer软件对产量变化率进行了敏感性分析。结果表明:在三种不同耕作措施下,春小麦产量变化率对最高温度的变化更为敏感,最高温度升高,产量变化率呈负敏感;在传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖耕作措施下,春小麦平均产量分别是2 268.8 kg·hm-2和2 274.0 kg·hm-2,明显高于免耕耕作措施下的春小麦平均产量1 815.4 kg·hm-2;传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖耕作措施下,小麦产量随温度变化相对稳定;当最低温度和最高温度在一定区域范围内变化时,传统耕作+秸秆还田和免耕覆盖产量表现更稳定。     

不同品种春小麦耐旱性分析及鉴定指标筛选

为鉴定新疆不同品种春小麦的耐旱性，筛选耐旱关键性指标并建立可靠的耐旱性数学评价模型，以16个新疆主栽春小麦品种为研究材料，在干旱胁迫和充分灌溉两个条件下，测定全生育期15个相关指标，利用隶属函数、聚类分析和主成分分析等方法对新疆春小麦耐旱性进行综合评价。结果表明：与充分灌溉处理相比，干旱胁迫下灌浆初期叶绿素含量（SPAD₁）和灌浆中期冠层温度（CT）显著升高，其他指标不同程度降低。联合方差分析表明，水分和品种对春小麦的各项生理指标、农艺性状和产量性状等单项指标有不同程度的影响。通过主成分分析，以特征值大于1为标准得到6个主成分，可反映原耐旱指标信息的82.292%；通过隶属函数分析，得到不同品种小麦耐旱性综合评价值（D值）。根据综合得分进行聚类分析，将16个品种聚类为4种耐旱类型，其中强耐旱型3个、中耐旱型10个、弱耐旱型2个、旱敏感型1个。通过逐步回归分析法建立SPAD₁、成熟期干物质量（DM₃）、千粒重（TKW）的回归方程D=-2.258+1.299DM₃+1.148SPAD₃+0.475TKW，方程决定系数R²=0.962，P=0.0001，表明DM₃、SPAD₃和TKW可作为耐旱性的主要鉴定指标，利用回归方程可以进行春小麦品种耐旱性的快速鉴定和预测。     

保护性耕作对坡耕地粮豆草等高带状种植作物生长与水土保持效果的影响

为有效防治坡耕地水土流失,提高坡耕地水分利用率,选用多年生作物苜蓿及小麦、鹰嘴豆、马铃薯 等一年生作物作为供试作物,设置不同带状系统研究了各种种植方式和耕作方式对作物生长、土壤水分、WUE及 水土流失的影响。结果表明,(1)各处理保持水分的能力依次为：免耕+秸秆覆盖(NTS)>免耕(NT)>传统(T);(2) 保护性耕作具有良好的防止土壤侵蚀能力,依次为：NTS>NT>T;(3)免耕+秸秆覆盖和免耕方式与传统耕作相比, 均能提高半干旱地区土壤水分和作物对水分的利用效率,减少土壤侵蚀量。从不同处理保持水土效应来看,从优 至劣的顺序为NTS_PL>T_PL>NTS_CL>T_CL>NTS_WL>T_WL。由此可见,免耕秸秆覆盖是提高水分利用效率及控制水土流失的有效措施,粮草豆隔带种植,结合保护性耕作措施不但具有蓄水保土,减免侵蚀的生态作用,而且还能提高土地利用的经济效益,宜结合生产推广利用。     

水汽压差与钾素互作对高温下番茄营养吸收与光合特性的影响

空气水汽压差（VPD）是植物水分运输的主要驱动力，影响作物对营养的吸收。探究不同VPD与钾素对高温下作物营养元素的吸收与光合特性的影响对夏季番茄合理施肥与环境管理具有重要意义。试验以‘金棚14-6’番茄为试材，采用盆栽方式，设置2个VPD水平（高VPD、低VPD）与3个钾素水平 (2、4、8 mmol·L^-1)共6个处理，分析了VPD与钾素互作对高温下番茄幼苗氮磷钾吸收、气体交换参数、光合和CO₂响应等的影响。结果表明：与高VPD相比，降低VPD会对番茄植株各器官的氮、磷、钾含量产生稀释效应, 但随着钾素水平的提高，氮、磷、钾的积累量均会显著增加，各元素积累量分别增加了99.6%、98.1%和44.7%（氮），57.4%、50.4%和51.6%（磷），145.9%、71.5%和30.6%（钾）。在低VPD下，中钾水平更有利于干物质和氮、磷、钾元素的积累，其叶片的氮素积累量和叶片水势显著高于其他5个处理；且低VPD下的植株具有较大的光照、CO₂浓度适应区间和高光合及相关参数，包括光合速率P_n、气孔导度G_s、光饱和点LSP、表观量子效率AQY、暗呼吸速率R_d和初始羧化效率CE等，且均在中钾水平时取得最大值；同时蒸腾速率T_r、光补偿点LCP与光呼吸速率R_p等均显著降低。综上可知，高VPD下高钾水平和低VPD下中钾水平提高了番茄的光合性能、氮磷钾元素吸收量和干物质积累量，可作为夏季高温施肥与环境管理指标。     

不同耕作方式下旱作玉米田土壤CO2排放量及其与土壤水热的关系

为探讨不同耕作方式对旱作玉米田土壤CO_2排放量的影响,设置深松耕(DT)、翻耕(PT)和免耕(NT)3个处理,分析3种耕作方式下土壤CO_2排放量的动态变化及其与土壤温度和土壤水分间的关系。结果显示:2010-2011年夏玉米生长季,3种耕作方式下土壤CO_2排放量均呈先增后降的变化趋势,表现为DTPTNT,且不同处理间差异显著(P0.05);耕作方式可显著影响夏玉米生育前期土壤温度,且土壤CO_2排放量对不同耕作方式下土壤温度的敏感性不同,土壤温度分别可以解释PT、DT和NT处理土壤CO_2排放量季节变化的50.72%~53.90%、48.10%~59.63%和13.31%~19.90%;土壤水分和温度共同分别可以解释旱作夏玉米田DT和PT处理下土壤CO_2排放量季节变化的57.61%~76.83%和56.62%~67.12%。土壤温度和水分是影响旱作农田DT和PT处理下土壤CO_2排放量的关键因素。