水氮耦合对黑土稻作产量与氮素吸收利用的影响

为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌（F）、浅湿灌溉（W）和控制灌溉（C）3种灌溉模式,0、85、110、135kg/hm2（N0、N1、N2、N3）4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、产量、氮素吸收转运、水氮利用效率的影响。结果表明：常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部各器官干物质累积量随施氮量的增加而增大,而控制灌溉模式随施氮量的增加先增大后减小;水稻地上部不同器官氮素累积量随施氮量的增加而增大,相同施氮水平,控制灌溉模式的叶、茎鞘和穗氮素累积量较常规淹灌提高了27.80%~43.42%、18.32%~24.97%、13.85%~24.25%,较浅湿灌溉提高了0.96%~13.18%、10.73%~12.86%、10.53%~12.61%;3种灌溉模式下,水稻地上部干物质、氮素累积速率均随施氮量的增加而增大,且控制灌溉模式高于浅湿灌溉和常规淹灌模式,干物质、氮素累积始盛期随施氮量增加而提前;水稻植株平均氮素累积速率达到峰值时间比平均干物质累积速率达到峰值时间提前11.39d;相较于常规淹灌和浅湿灌溉模式,控制灌溉模式更有利于提高水稻产量,其中CN2处理产量最大,为10272.57kg/hm2;控制灌溉模式显著提升氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力;相同灌溉模式下,叶、茎鞘氮素转运率以及穗部氮素转运贡献率随施氮量增加而减小。水稻产量与灌溉水分利用效率、水分生产效率、氮肥农学利用效率、百千克籽粒吸氮量之间呈极显著正相关（P<0.01）,与氮素籽粒生产效率之间呈极显著负相关（P<0.01）。适宜水氮耦合模式可提高水稻产量和氮素吸收利用,综合考虑CN2处理为最佳水氮耦合模式。     

水炭运筹下水稻根系对氮素吸收利用的15N示踪分析

为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与15N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模式施加秸秆生物炭对水稻根系形态特征和生理特性的影响,以及根系对肥料和土壤氮素的吸收利用情况。结果表明：施加秸秆生物炭改变了水稻根系形态特征和生理特性,适量的秸秆生物炭提高了根系的主根长、根体积、根鲜质量、根系活跃吸收面积、根系伤流强度和根系活力,优化了根冠比,有利于根系对氮素的吸收;浅湿干灌溉模式水稻根系对肥料-15N和土壤氮素的吸收量与根系伤流强度和根系活力呈极显著正相关(P<0.01),与活跃吸收面积呈显著正相关(P＜0.05),与根冠比呈显著负相关(P＜0.05);浅湿干灌溉模式根系形态特征和生理特性的变化促进了水稻根系对肥料-15N和土壤氮素的吸收,提高了水稻产量和氮肥利用率。其中,浅湿干灌溉模式施加12.5t/hm2秸秆生物炭处理的水稻经济产量、氮肥吸收利用率(NUE)、氮肥农学利用率(NAE)、氮肥偏生产力(NPFP)较不施加秸秆生物炭处理分别提高了13.05%、30.54%、11.67%和13.05%。本研究可为秸秆生物炭在寒地黑土区稻田的应用提供理论依据和技术支撑。     

吉兰泰盐湖盆地土壤重金属铬、汞、砷分布的多方法评价

选择西北旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,以随机布点法对表土层(0～10 cm)、心土层(50 cm)、底土层(100cm)的重金属铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)以及主要化学成分进行空间采样测定,揭示Cr、Hg、As的空间分布特征,研究确定其土壤环境背景值,并以此背景值为评价基准,利用单因子污染指数、地累积指数、生态风险指数、内梅罗综合污染指数、潜在生态风险综合指数、污染负荷指数等六种常用方法对表土进行评价及对比分析。结果表明:盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As总体具有相似的空间分布特征;盐湖盆地土壤Cr、Hg、As背景值分别为27.89 mg·kg~(–1)、0.039 mg·kg~(–1)、12.83 mg·kg~(–1),对比宁夏、新疆等相关地区,盆地Cr背景值较低,Hg背景值较高,As元素相近;以背景值为基准进行污染评价,盆地表层土壤重金属污染顺序依次为Hg、Cr、As,简单指数法呈现Cr、Hg、As整体处于轻微污染状态,Hg存在的生态风险较Cr、As大,类似的,综合指数法表明盆地整体上处于轻微污染状态,综合生态风险相对较大;单因子污染指数法的土壤污染等级评价结果大于综合污染指数法;三种综合指数法均与三种简单指数法对Hg的评价结果具有显著相关性,表明盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As形成受到成土母质、天然水文地球化学作用和气候特征条件等综合作用的影响,局部受到人类活动的扰动。     

近50年半干旱典型草原区域不同时间尺度上的降水、径流研究

以内蒙古锡林河流域典型草原区域为研究区,采用1963—2015年气温、相对湿度、降水量、风速、日照时数、蒸发量、径流日数据,应用统计分析、趋势检验和Spearman相关分析等方法对研究区区域7项水文气象要素的平均最高值、平均值、平均最低值突变前后变化及突变后停滞特征进行了分析,结果表明;(1)内蒙古锡林河流域典型草原区域的降水量最大月(7月)与径流量最大月(4月)不同,降水天数明显小于径流天数,且降水量远大于径流深,多年丰水季降水总量近似于枯水季的3倍,而多年枯水季径流总量是丰水季的2倍;(2)径流量多年来呈现显著减少的趋势,而降水的整体变化趋势不太明显,存在1998—2011年处于由丰变枯阶段,2011年后有由枯转丰的迹象;(3)年、丰水季、枯水季径流发生突变年份均为2004,同一时期发生突变,年、枯水季径流天数发生突变年份为2007年、2004年,丰水季在此期间未发生突变;(4)该区年径流天数枯水季所占比例居多,径流量年、丰、枯水季突变年限一致,造成突变的驱动因数接近,枯水季径流天数相对于年径流天数突变年份较早,枯水季对引起突变的驱动因数更为敏感;(5)影响该区降水大小的主要气象因素依次为日照时数相对湿度平均风速平均气温降水量=蒸发,影响该区径流大小的主要气象因素依次为蒸发相对湿度平均风速平均气温=降水量日照时数。     

水氮耦合下黑土稻作碳氮磷累积分配和化学计量特征

为阐明黑土稻作碳氮磷吸收累积分配对水氮耦合模式的响应机制并解析氮磷养分限制状况,设置常规淹灌（F）、浅湿灌溉（S）和控制灌溉（C）3种灌溉模式,0、85、110、135kg/hm2（N0、N1、N2、N3）4个施氮量水平,共计12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻各生育期植株碳氮磷含量、累积量、分配比例、化学计量比以及氮磷养分限制状况的影响。结果表明：不同水氮耦合处理下,生育期内茎鞘碳氮磷含量分别为35.87%~39.43%、0.44%~2.19%、0.14%~0.32%,叶碳氮磷含量分别为36.34%~40.83%、0.76%~3.70%、0.14%~0.36%,穗碳氮磷含量分别为37.05%~41.72%、0.82%~1.63%、0.24%~0.39%。控制灌溉可提高拔节孕穗期至成熟期碳氮累积量,常规淹灌生育期内磷累积量始终高于浅湿灌溉和控制灌溉。3种灌溉模式下,成熟期N1、N2、N3处理较N0处理碳累积量分别提高31.46%、52.55%、57.37%,氮累积量分别提高52.98%、117.63%、144.88%,磷累积量分别提高50.28%、79.85%、93.89%。水稻茎鞘碳氮磷分配比例先增后减,叶碳氮磷分配比例持续减小,穗碳氮磷比例持续增加。与常规淹灌和浅湿灌溉相比,控制灌溉模式对水稻植株碳含量影响较小,但能提升水稻植株生长中后期氮含量,并降低植株磷含量,从而降低水稻植株C/N,提高水稻植株C/P和N/P。施氮处理显著提高水稻植株氮含量,小幅提升水稻植株磷含量,对水稻植株碳含量影响相对较小,进而降低水稻植株C/N、C/P,提高水稻植株N/P。常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部植株从磷限制过渡到氮磷共同限制再到氮限制状态,控制灌溉模式下,水稻地上部植株仅从磷限制过渡到氮磷共同限制状态。总体上,控制灌溉可促进氮素吸收并提升水稻产量,综合考虑CN2为最佳水氮耦合模式。     

吉兰泰盐湖盆地土壤铬、汞、砷污染的负荷特征与健康风险评价

选取西北旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,土壤按照表土层(0~10 cm)、心土层(10~50 cm)和底土层(50~100 cm)分层取样,系统采集了120个土壤样品,测定了重金属Cr、Hg和As以及主要化学成分的含量,以数理统计法、Tomlinson污染负荷指数法、US EPA健康风险评估模型,解析评价了盐湖盆地Cr、Hg和As的污染及污染负荷特征、潜在健康风险水平及空间分布特征。结果表明:(1)吉兰泰盐湖盆地土壤各层均含有Cr、Hg、As,以内蒙古地区背景值为基准,盐湖盆地土壤存在Cr、Hg、As的局部超标点或超标区域,Hg和As的超标率高达60%以上;Cr、Hg和As在不同土壤深度重金属含量差异性不显著;相对内蒙古整个地区来说,盐湖盆地土壤Cr、Hg、As含量较高;而对比《土壤环境质量标准》(GB 15618─1995)二级标准值,盐湖盆地的Cr、Hg、As含量均属于国家标准范围以内;(2)基于内蒙古地区背景值,吉兰泰盐湖盆地土壤污染负荷整体属于轻微污染,主要在西南图格力高勒沟谷和低山台地区域,为中度污染或强度污染;不同土壤深度污染负荷依次为:表土层心土层底土层;(3)盐湖盆地的土壤对于Cr、Hg、As不存在非致癌的健康风险,而对于Cr、As,在沿巴彦乌拉山—贺兰山存在人体可耐受的致癌风险;非致癌风险或致癌风险对于儿童或成人在土壤各层差异不明显,非致癌风险儿童在所有土壤层均大于成年,致癌风险成人均大于儿童;(4)研究成果对于西北旱区盐湖盆地土壤或地下水的安全合理开发利用具有一定实际参考意义。     

不同饲料作物对苏打盐碱土改良效应研究

为探明不同饲料作物种植对苏打盐碱土改良的影响，以内蒙古科尔沁旗苏打盐碱地为研究对象，设置3个土壤等级(中、良、优)和5个饲料作物种类(高丹草、稗草、青贮玉米、湖南稷子、甜高粱)，共计15个处理，研究不同土壤等级下，饲料作物对土壤盐化碱化、养分含量变化的影响，并根据模糊物元-熵权模型进行土壤改良效应评价。结果表明：饲料作物收获后土壤平均p H较播种前降低1.64%，种植前后土壤p H差异不显著；土壤EC、总可溶性盐、碱化度显著降低(P<0.05)。不同饲料作物种植降低土壤Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^–+CO₃^2–含量，提高土壤K⁺+Na⁺、Cl^–含量，对土壤SO₄^2–含量影响存在差异，收获后土壤碱解氮和速效钾含量比播种前分别降低15.15%、24.06%。基于模糊物元-熵权模型得出，青贮玉米对土壤盐渍化程度较高的土壤改良效果更佳，而甜高粱与高丹...