长江中下游地区水稻生长季节内农业气候资源变化

基于长江中下游地区1960-2016年153个气象台站的地面观测资料,分析了长江中下游地区水稻生长季节内热量、光照和水分资源的时空变化特征。结果表明:1960-2016年长江中下游地区水稻生长期内≥10℃积温平均为4 944.53℃·d,10年倾向率为47.76℃;积温有效率平均为86.920%,10年倾向率为-0.279%;高温日数平均为21.93 d,10年倾向率为0.84 d;低温日数平均为5.81 d,10年倾向率为-1.26 d;日照时数平均为1 228.94 h,10年倾向率为-41.04 h;降水量平均为1 048.91 mm,10年倾向率为7.52 mm;降水日数平均为61.04 d,10年倾向率为-1.38 d;降水强度平均为11.24 mm/d,10年倾向率为0.25 mm/d。长江中下游地区水稻生长期在1960-2016年热量资源增加明显,但积温有效率呈下降趋势,光照资源呈减少趋势,降水量及降水强度呈现增加趋势,这将对该地区水稻生产产生负面影响。     

围垦对滨海稻田土壤N2O还原潜力的影响

稻田湿地生态系统的N₂O还原消耗潜力对缓解大气温室气体效应具有重要意义，而滨海自然湿地围垦改造成稻田后耕层土壤的N₂O还原速率及其微生物机制却鲜有报道。选取崇明岛光滩湿地为对照（WK0），比较研究不同围垦年限（19、27、51、86 a）的围垦区稻田耕作层土壤N₂O还原速率演替规律及其微生物数量变异特征。结果表明，土壤总有机碳含量（TOC）随围垦年限增长而显著增加，而土壤pH值、SO₄^2-浓度和EC值则均随围垦年限增长而呈逐渐下降趋势。土壤N₂O还原速率随围垦年限增长而显著增加，其中围垦86 a稻田土壤达到25.5 μg N₂O·g^-1·d^-1，与光滩湿地相比增加了58.4%。定量PCR结果发现，功能基因nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ拷贝数也随着围垦年限增长而显著增加，其中围垦86 a的稻田土壤功能基因分别为1.72×10⁸ copies·g^-1和4.36×10⁸ copies· g^-1，比光滩湿地稻田高出一个数量级。相关性分析发现土壤N₂O还原速率与功能基因nosZ Ⅰ拷贝数呈显著正相关，而功能基因nosZ Ⅱ拷贝数随围垦年限的增加率远高于功能基因nosZ Ⅰ；N₂O还原速率、功能基因nosZ Ⅰ、nosZ Ⅱ拷贝数与3个土壤理化指标（pH、EC、SO₄^2-）均呈负相关。因此，围垦造田促进了滨海湿地土壤N₂O还原过程，而功能基因nosZ Ⅰ数量的大幅增加是N₂O还原速率增加的重要原因。     

2种时间尺度下稻田蒸散模型比较

准确估算稻田蒸散量,对于提高稻田灌溉管理精度和水资源利用效率具有重要意义。根据波文比系统与自动气象站实测数据,利用FAO-Penman-Monteith、FAO-17-Penman以及Priestley-Taylor模型对稻田蒸散量进行模拟,探究2种时间尺度上蒸散模型对蒸散量的估算精度差别。结果表明,各模型估算值与波文比计算值的整体变化趋势一致,但逐时、逐日尺度上各模型估算蒸散值与实测值的拟合效率差别明显。逐时尺度上,Priestley-Taylor模型的拟合效率较高,FAO-PM模型次之,FAO-17-Penman模型的最差。但在逐日尺度上,FAO-PM模型和Priestley-Taylor模型的拟合效率均较高,FAO-17-Penman模型的最差。研究结果对于局地地区在不同时间尺度上选取合适蒸散模型具有一定的指导意义。     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

3种遥感产品检测黄土高原森林变化及差异比较

基于Landsat Vegetation Continuous Fields（LVCF）、MODIS Vegetation Continuous Fields（MVCF）和MODIS Land Cover（MODLC）等遥感产品和森林清查数据（NFI）检测2000-2015年黄土高原森林分布及变化。结果表明:1）2000-2015年黄土高原森林覆盖度升高，基于LVCF和MVCF的全区森林覆盖度均值分别由2000年的7.8%和9.6%增加到2015年的9.7%和13.2%。2）遥感产品估算的森林分布空间格局和面积差异较大，基于LVCF、MVCF和MODLC估算的黄土高原森林面积在2000年分别为726.6×10⁴、604.7×10⁴ hm²和325.1×10⁴ hm²，2015年分别为926.2×10⁴、998.3×10⁴ hm²和400.1×10⁴ hm²。3）遥感产品估算的省级尺度上森林面积与NFI的不一致性因省份和年份而异，LVCF与NFI一致性整体略优于MVCF，MODLC与NFI差异最大且估算的森林面积远低于LVCF、MVCF和NFI。4）遥感产品检测的陕西和山西2省的森林面积增加值与NFI一致性高于宁夏；基于遥感产品估算的宁夏森林面积及增加幅度均远低于NFI。     

低温寡照条件下黄瓜叶片光合作用减弱的机理分析

以黄瓜品种‘津优101’（Jinyou101）为试材,于2020−2021年在南京信息工程大学利用人工气候箱开展低温寡照双因素环境控制试验。昼/夜温设置13℃/3℃、16℃/6℃、19℃/9℃、22℃/12℃共4个水平,光合有效辐射（PAR）设置200和400μmol·m−2·s−1两个水平,各处理均分别持续3、6、9、12d,以28℃/18℃和800μmol·m−2·s−1的光温设置为对照（CK）。测定不同处理下幼苗期黄瓜叶片的叶绿体色素含量、光合参数和快速叶绿素荧光诱导动力学参数,以探究低温寡照条件下黄瓜幼苗叶片光合作用减弱的机理。结果表明：（1）不同处理下黄瓜叶片的各叶绿体色素含量均随温度和PAR降低而降低,随处理时间延长而降低。（2）不同处理下叶片最大光合速率（Pmax）、光饱和点（LSP）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）均随胁迫程度和时间的增加呈降低趋势,光补偿点（LCP）随胁迫程度和时间的增加呈上升趋势,说明低温寡照胁迫程度越深、胁迫时间越长,黄瓜叶片光合作用越弱。（3）随着胁迫程度加深和时间延长,黄瓜叶片快速荧光诱导动力学曲线（OJIP曲线）的JIP相逐渐下降;能量分配比率参数（φPo、ψEo和φEo）均逐渐减小;单位活性反应中心所吸收（ABS/RC）和捕获（TRo/RC）的光能逐渐增加,但用于电子传递的光能（ETo/RC）仍逐渐减少。本研究证实,低温寡照处理使黄瓜叶片气孔导度下降,气体交换受阻;天线色素含量降低,叶片吸收和捕获的光能减少;PSII性能降低,用于光化学反应的能量减少,因而叶片光合作用减弱。     

未来气候情景内蒙古蒸散和产水量的变化特征

评估预测区域蒸散变化趋势及其影响因素对干旱半干旱区的可持续发展至关重要。基于4种来自CMIP 5的全球气候模式数据和CLM 4.5模型,研究了在RCP 6.0和RCP 8.5情景下内蒙古地区2020—2099年的蒸散和产水量的时空变化特征及其影响因素。结果表明：在RCP 6.0和RCP 8.5情景下,未来内蒙古蒸散分别以0.37,0.69 mm/a速度增加（p<0.05）,呈西低东高分布。2种情景下产水量均无明显变化趋势（p>0.05）,但是存在明显显著的空间差异。空间上看,到21世纪末,在RCP 6.0情景下,全境产水量大部分地区呈增加趋势,在南部温带半干旱和半湿润区增加超过10 mm/a;但是在RCP 8.5情景下产水量减少区域占全境的46.32%,特别是干旱半干旱区和半湿润区产水量显著减少。蒸散影响因子存在较大区域差异,干旱半干旱区蒸散变化的主要影响因素是降水,半湿润区蒸散变化受降水和温度的共同影响,湿润区蒸散变化由温度主导;且在更高的升温情景下,增温影响进一步增加。同时,植被也是蒸散重要的影响因子,但其影响程度小于气候因子。     

CO2浓度升高对稻麦轮作农田氨挥发的影响

氨挥发不仅造成农田氮素损失,还加剧了大气灰霾污染。二氧化碳(CO₂)浓度升高和气候变化对农田氨挥发的影响尚不清楚。采用OTC(Open-Top Chamber,开顶式气室)模拟研究CO₂浓度渐升和骤升200 mg/L对南方稻麦轮作农田氨挥发的影响,探明在21世纪末CO₂浓度背景下农田氨挥发的响应特征。本研究分别设置CK对照组、T1渐增组和T2骤增组,通气式氨气捕获法测定农田氨挥发,并比较各处理之间的差异。试验结果表明:(1)两年田间试验后,在CO₂浓度升高下,小麦田累积氨挥发为7.87 kg/hm²,水稻田累积氨挥发为80.38 kg/hm²,小麦季氨挥发量较少,全年氨挥发量主要由水稻季贡献。(2)小麦季氨挥发持续时间较长,峰值出现与降水情况有关;水稻季氨挥发峰值出现在施肥后1～4 d,随后下降,氨挥发持续时间较短,两周之后降至背景值。(3)本试验影响氨挥发的主要因素是气温、降水和土壤铵态氮含量。(4)2018年冬小麦、2019年水稻、2019年冬小麦和2020年水稻的农田氨挥发量各处理之间均无明显差异。由此推论,到21世纪末,无论CO₂浓度渐升或骤升200 mg/L,均对稻麦轮作农田氨挥发无明显影响。