耕作方式对稻田土壤有机碳组分含量及其分布的影响

为深入了解耕作方式对土壤碳组分含量的影响,以南方双季稻田为研究对象,研究了翻耕秸秆不还田(CT)、翻耕(CTS)、旋耕(RTS)和免耕(NTS)4种耕作处理对土壤轻组有机碳(LF-OC)、重组有机碳(HF-OC)、土壤轻组组分(LF)和重组组分(HF)的影响。结果表明,不同耕作方式下,土壤轻组中有机碳含量介于191.21～251.54gC·kg-1,fraction之间,轻组有机碳(LF-OC)含量介于3.01～9.27gC·kg-1之间,为土壤总有机碳(TOC)的11.84%～23.31%;耕作扰动导致土壤LF-OC的损失,而秸秆投入能够增加LF-OC;NTS处理利于表层土壤有机碳的积累,但不利于亚表层土壤有机碳的积累;RTS和CTS处理有利于有机碳增加,但LF-OC分解较快;CT处理则导致土壤有机碳的流失。LF-OC与TOC变化相似,呈显著正相关关系(R2=0.84),且LF-OC对耕作措施的响应比TOC更为剧烈,可以作为指示土壤有机碳库变化的灵敏指标。     

基于CERES-Wheat模型的沧州地区冬小麦需水量分析

作物生长模拟模型的应用为农田水资源分析和水分管理措施的优化提供了新的方法手段。本研究以CERES-Wheat模型为基础,通过情景分析的方法,分析了华北平原沧州地区冬小麦1981—2014年产量、大田蒸散量(ET)、作物蒸腾(EP)、土壤蒸发(ES)、水分生产率(WP)的年际变化特征,并建立了ET与WP定量化关系模型,利用该模型计算出了WP达到最大值的经济蒸散量为435 mm;利用ET多年平均值与多年平均降雨量差值计算出了T0(不灌溉)、T1(拔节期灌水75 mm)、T2(拔节期、扬花期各灌水75 mm)、T3(起身期、孕穗期和扬花期各灌水75 mm)4个水分处理不同产量目标下冬小麦多年平均的需水量分别为189 mm、264 mm、298 mm和319 mm,对应的平均产量分别为4 144 kg?hm?2、7 293 kg?hm?2、7 301 kg?hm?2和8 245 kg?hm?2;采取地膜覆盖等栽培管理措施扣除土壤蒸发,T0、T1、T2、T3水分处理可分别节水80 mm、71 mm、71 mm和70 mm。在此情况下,利用EP多年平均值与多年平均降雨量之间的差值计算出不同水分处理下冬小麦多年平均的需水量分别为109 mm(T0)、193 mm(T1)、227 mm(T2)和249 mm(T3)。以上研究结果可为沧州地区冬小麦水分定量化管理措施的制定提供参考。     

基于控制授粉技术的玉米籽粒建成与碳、氮供应关系

以郑单958和超试1号为材料,通过控制玉米果穗底部花丝不授粉使顶部籽粒正常结实,比较研究了玉米籽粒早期碳、氮含量动态变化及其与败育的关系。结果表明,控制底部花丝不授粉,提高了顶部穗轴的可溶性糖浓度,增加了对顶部籽粒的物质供应,顶部籽粒的可溶性糖、蔗糖含量提高,淀粉快速积累,顶部籽粒的氮含量增加,籽粒C/N比值提高,籽粒重量快速增加,发育转为正常,表现出与中部籽粒一致的碳、氮变化动态特征以及籽粒生长动态;相反,统一完全授粉处理顶部穗轴的可溶性糖浓度低,顶部籽粒的物质供应少,可溶性糖、蔗糖含量低,淀粉含量提高缓慢,氮含量也较低,籽粒的C/N比值偏低,表现为粒重增加缓慢,最后败育。2个品种表现出一致的规律性。总之,玉米顶部籽粒的正常发育伴随着碳、氮等物质的充足供应,物质供应不足可能是顶部籽粒不能正常发育的根本原因。     

气候变化背景下湖南省双季稻生产的敏感性分析

湖南省是中国主要的双季稻种植省份之一,为探索历史气候变化背景下双季稻生产的气候敏感性,该研究以湖南省双季稻种植区域为对象,运用多元回归方法分析了湖南省历史气候变化动态(1980-2012)及其对双季稻生产的影响。结果表明:近30多年该区域气候变化以温度升高为主,早稻和晚稻全生育期内平均温度的气候倾向率分别为0.47和0.32℃/(10a),早稻全生育期内降水量和辐射呈增加趋势,晚稻全生育期内降水量和辐射有所下降。早稻产量变化与生育期内降水量和辐射的相关性极显著(P0.01),晚稻产量变化与生育期内温度相关性显著(P0.05)。温度升高是水稻产量变化的主要影响要素,但不同生育时期水稻产量的敏感性存在差异,早稻和晚稻产量对气候变化的敏感性范围在-4.38%~2.07%之间。历史气候变化对早稻和晚稻产量的影响分别可能达到2.59%和-6.02%。研究表明气候变化增加了该区域双季稻生产的敏感性,对水稻生产有较大的影响。该研究可以为针对区域特点进行农业技术措施调整,适应气候变化提供依据。     

耕作措施对华北地区冬小麦田N2O排放的影响

为研究不同耕作措施对冬小麦田N2O排放的影响以及探明N2O排放季节性波动的原因,该研究选取河北栾城县中国科学院农业生态系统试验站不同耕作处理下冬小麦田为研究对象,利用静态箱法测定翻耕秸秆还田（CT）、旋耕秸秆还田（RT）和免耕秸秆还田（NT）下冬小麦田N2O的排放。结果表明,耕作初期72 h翻耕、旋耕及免耕处理N2O排放总量分别为3.83、10.27、10.55 mg/m2。秸秆还田条件下,不同耕作措施冬小麦田N2O季节排放总量为：CT＞RT＞NT。CT、NT处理下N2O排放通量与0～20 cm各层次土壤温度呈极显著正相关。CT、NT处理表层0～5 cm土壤N2O排放通量与土壤充气孔隙度显著性负相关。NT处理土壤具有较高的C/N比,可能有利于减少N2O的排放。因此,华北冬小麦田采用NT能有效减少N2O排放。     

耕作方式对华北农田土壤有机碳储量及温室气体排放的影响

耕作方式能够改变土壤有机碳在土层中的分布,进而对土壤有机碳及土壤碳储量产生影响。该研究在模型调整的基础上选取了土壤有机碳(SOC)、土壤碳密度(SCD)、土壤呼吸(SR)以及生物量碳(BC)4个指标对DNDC(denitrification-decomposition)模型在华北麦-玉两熟农田的适用性进行验证,并用该模型模拟当地土壤碳储量(SCS)动态变化以及温室气体排放特征。结果表明,模型模拟值与实测值吻合良好,此模型可以适用于华北麦-玉两熟农田土壤有机碳的模拟研究;2001-2010年SOC和SCS逐年递增;对未来100a模拟发现,前15a旋耕(RT)和翻耕(CT)处理SOC增长迅速,而免耕(NT)SOC的剧烈增长趋势要持续近40a;对比各处理100a碳储量变化可知,前20aCT处理SCS最大,20a后NT处理SCS最大;各处理土壤全球变暖潜势(GWP)大小为CT>RT>NT。通过验证该文证明了DNDC模型可以较好地研究华北麦-玉两熟农田土壤碳循环;长久来看NT有利于农田SCS的积累以及GWP的降低。该研究能够为华北麦-玉两熟农作区固碳减排提供依据。     

氮肥对两种沙性栽培基质中有机碳类物质含量的影响

为研究粗砂土与河沙2种栽培基质中连续施用氮肥对总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)、微生物量碳(SMBC)和水溶性有机碳(WSOC)含量的影响,本研究采用PVC管栽培柳枝稷开展相关的试验研究。结果表明,连续施用不同浓度的氮肥(CK:0.0 mg/kg、N₁:30.0 mg/kg、N₂:90.0 mg/kg、N₃:150.0 mg/kg,N₄:180.0 mg/kg)对不同土层中的柳枝稷根系生物量、TOC、POC、SMBC和WSOC均有显著性影响(P<0.05)。对于2种沙性栽培基质,不同土层中,TOC、POC、SMBC的最大值均出现在N₄梯度下,WSOC含量则随着氮肥浓度的升高而降低,各施氮水平下,2种基质中根系生物量和有机碳的垂直分布趋势一致,各指标最大值均出现在0~60 cm土层。     

不同耕作方式麦田土壤温度及其对气温的响应特征——土壤温度特征及热特性

 【目的】研究耕作方式对冬小麦田土壤温度和热特性的影响规律。【方法】于河北省栾城县设置翻耕、旋耕和秸秆覆盖免耕处理,采用热脉冲-时域反射技术监测2004－2005年冬小麦生育期土壤温度及热特性,探讨了不同耕作方式下的土壤温度效应。【结果】耕作方式对土壤温度主要集中在冬小麦拔节前。相对于其它处理,免耕在气温降低阶段表现“增温效应”,在升温阶段表现“降温效应”,且达到极显著水平;免耕在播种-分蘖期降低土壤日均温0.69～1.02℃,推迟了冬小麦出苗2 d、分蘖7 d,缩短了冬前分蘖时间7 d,分蘖活动积温减少54.12～55.55 ℃?d;免耕越冬期具有较高土壤平均温度0.02～0.09℃和耕层土壤负积温0.87～2.25℃?d,但在越冬期稳定通过0℃以上晚7 d,低温持续时间长2～3 d,并推迟返青2～6 d;免耕完成返青消耗了更多活动积温21.54～29.15℃,造成拔节推迟5 d;免耕在冬小麦营养生长阶段降低累积温差123.43～148.62℃和日平均温差1.17～1.42℃。旋耕相对于翻耕推迟了返青4 d,减少活动积温8.55℃,增加累积温差25.19℃。不同耕作方式农田土壤容积热容量、热导率和热扩散系数无明显差异。【结论】从冬小麦生育进程上来说,热量资源利用效率以翻耕最高、旋耕居中、免耕最低;免耕缩小温度变化幅度不利于冬小麦生长发育,但有利于冬小麦保苗。免耕表现增降温效应的主要原因是秸秆覆盖而不是土壤物理性质的变化。     

北京市近20年农业用水变化趋势及其影响因素

对1986-2007年北京市农业用水情况和影响其变化的相关指标进行主成分分析。结果表明:农作物播种面积、有效灌溉面积、种植业总产量、养殖业总产量和参考作物腾发量五大指标所代表的面积、产量、气候三大因素对北京市农业用水影响的贡献率依次为44.1%、35.2%和17.1%。具体分析各因素,发现近20年北京市农业用水量的降低主要是因为农作物播种面积和有效灌溉面积缩小,节水灌溉面积扩大以及节水技术进步;种植业单位产量用水量的减少,使农业用水量降低;种、养业等用水比例变化趋向合理,有利于北京市节水型农业结构的发展;但目前北京市参考作物腾发量呈上升趋势,将加大农业灌溉用水压力。     

湖南省水稻水足迹计算及其变化特征分析

本文运用水足迹的理论和方法计算了湖南省水稻水足迹,并分析了其历史变化和构成特征,以期为水资源合理利用和农业结构调整提供依据和建议。结果表明：湖南省水稻水足迹由1960年的22×109 m3上升至2008年的34.4×109 m3,增加了12.4×109 m3;水足迹构成以绿水为主,但所占比例逐渐降低,灰水足迹由7%增加到24%,说明所需稀释水量逐渐加大;早、中、晚稻的水足迹以晚稻最大,占到总水足迹的38%~48%,其次是早稻,最少是中稻;早、中、晚稻的绿水占各自水足迹的比重依次降低,蓝水比重依次增加,灰水比重均在21%以上;从单位产量水足迹来看,双季稻平均比中稻少23.3 m3/吨。综合考虑水资源和产量因素,双季稻在有效利用水资源和保障粮食安全方面比单季稻更有优势,建议减少单季稻,增加双季稻种植面积。