不同水肥条件下夏玉米/冬小麦农田生态系统碳平衡研究

农田生态系统碳平衡取决于农作物固定碳量和土壤异养呼吸排放碳量。为揭示水肥用量对农田生态系统碳平衡的综合影响，设置3个灌水水平：高水、中水和低水（W1、W0.85、W0.7夏玉米季分别为90、76.5、63mm，冬小麦季分别为140、119、98mm），4个施氮水平：高氮、中氮、低氮和不施氮（N1、N0.85、N0.7、N0夏玉米季分别为300、255、210、0kg/hm2，冬小麦季分别为210、178.5、147、0kg/hm2），4个施磷水平：高磷、中磷、低磷和不施磷（P1、P0.85、P0.7和P0夏玉米季分别为90、76.5、63、0kg/hm2，冬小麦季分别为150、127.5、105、0kg/hm2）进行了田间试验。结果表明：不同水肥处理下夏玉米/冬小麦农田生态系统表现为碳汇，夏玉米季净生态系统生产力固碳量（CNEP）为6805~7233kg/hm2，冬小麦季CNEP为5842~6434kg/hm2，夏玉米CNEP高于冬小麦。在高、中、低肥水平下，增加灌水量，夏玉米/冬小麦周年净初级生产力固碳量（CNPP）提高2.48%~5.96%，土壤微生物异养呼吸碳释放量（CRm）增加2.15%~15.20%，净生态系统生产力固碳量（CNEP）增加1.16%~6.47%。在高、中、低供水水平下，增加施肥量，夏玉米/冬小麦周年CNPP增加2.95%~3.43%，土壤CRm增加5.23%~18.67%，CNEP增加0.93%~2.79%，CNEP增加比例与供水水平呈负相关。在低水条件下，氮磷肥配施处理夏玉米/冬小麦农田周年CNEP较单施氮、磷肥分别增加4.86%、7.34%，且氮磷肥交互作用显著（P<0.05），水肥供应水平相差15%时对冬小麦农田CNEP有显著的正交互作用。氮磷肥配施、水肥协调供应均有助于促进夏玉米/冬小麦农田生态系统的净碳输入，在节水节肥原则下，夏玉米和冬小麦分别在W0.85N0.85P0.85和W0.7N0.85P0.85水肥供应条件下有利于增加农田CNEP。     

不同胁迫时长后玉米幼苗对局部复水的响应

【目的】揭示前期不同水分胁迫条件下局部恢复供水时玉米生长及水分吸收的动态变化,了解玉米生长对土壤水分条件变化的响应特征。【方法】以PEG 6000模拟水分胁迫,采用分根方法,以玉米幼苗整个根系均持续正常供水为对照(CK),在全部根系经受-0.4 MPa预水分胁迫0,1,3和6d后,对1/2根区恢复正常供水,另1/2根区维持-0.4 MPa胁迫水平,在局部供应0,0.25,0.5,1,3,5,7和9d后,测定幼苗各部分的生长及水分吸收状况。【结果】胁迫0d,即前期正常供应后局部-0.4 MPa胁迫,会在一定时间内刺激供应区根系导水率与根干物质量的补偿效应;局部供应3d内维持玉米幼苗地上部干物质量与CK持平,继续局部亏水会使地上部干物质量及根系导水率、尤其胁迫侧的根系导水率、根长和根干物质量明显降低,而对供应区根干物质量、根长、根面积无显著影响。对于-0.4 MPa胁迫1,3,6d,玉米叶片相对含水量分别在局部复水3,5,5d时恢复至CK水平(胁迫0d始终与CK持平);地上部干物质量不能完全恢复,但其占CK的相对比例最终趋于稳定;复水侧根系导水率、根干物质量、根长与根面积会有一定的恢复,但复水9d时仍不能恢复到CK水平,恢复程度均随胁迫时长的增大而减小;持续胁迫侧根系仍持续下降。根冠比有所不同:胁迫时间越长根冠比越大,局部复水后各处理根冠比均呈增大趋势,胁迫0,1,3,6d各处理显著大于对照的时间分别为局部复水后7,3,1和1d,增幅随局部复水时间延长而减缓(除胁迫0d外)。【结论】作物对局部复水的响应与前期亏水持续时间有关,适当的亏水可通过局部复水得到恢复。     

基于方法集的番茄营养品质组合评价模型构建及其对水肥供应的响应

为探索番茄营养品质综合评价方法，分析综合评价指标对水肥供应的响应，以灌水量、有机肥及氮、磷、钾肥用量为试验因素，按照五元二次通用旋转组合设计，进行番茄温室试验，监测番茄可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、番茄红素和维生素C等6项单一品质指标。应用方法集的思想，以主成分分析法、隶属函数分析法、基于组合赋权的TOPSIS模型和灰色关联度分析法4种独立的评价方法为基础，运用基于整体差异的组合评价模型，构建番茄营养品质组合评价模型，并探索综合评价指标对水肥供应的响应。结果表明，采用4种独立评价方法得到的评价值两两之间呈现出良好的相关性，通过KENDALL-W一致性检验。组合评价模型与各独立方法的评价值的相关系数均在0.943以上，表明组合评价模型的有效性。因此，以此建立番茄综合营养品质指标对水肥用量的响应函数。各水肥因子对番茄综合营养品质的主效应表现为：有机肥用量＞施磷量＞施氮量≥灌水量＞施钾量。当其他因素为中间水平时，番茄综合营养品质随灌水量、施氮量、施磷量和有机肥用量均呈开口向下的抛物线型变化，随施钾量呈开口向上的抛物线型变化。交互作用表现为，灌水量与施钾量、灌水量与有机肥用量之间存在一定的负交互作用，施氮量和施磷量存在一定的正交互作用。将灌水量、有机肥及氮、磷、钾肥用量依次控制为447.9~462.6 mm、23.2~24.0 t·hm^-2、 532.6~581.0 kg·hm^-2、418.0~454.3 kg·hm^-2、712.6~776.9 kg·hm^-2，是理论最优方案，可望获得较高的番茄综合营养品质值。     

基于模糊Borda组合模型评价番茄产量及品质对水肥供应响应

为构建番茄产量-品质组合评价模型,分析综合评价值对水肥供应的响应,该文采用温室番茄五元二次通用旋转组合设计的水肥试验数据,选取番茄可溶性糖、可溶性固形物、可滴定酸、番茄红素、维生素C、糖酸比6个品质指标及产量数据作为评价指标。研究表明:主成分分析法、隶属函数法、基于组合赋权的TOPSIS模型和灰色关联度法4种单一评价方法的评价值排名存在明显的不一致性;在Kendall-W协和系数事前检验的基础上,运用Broda法、Copeland法、模糊Borda法和基于整体差异的组合评价方法,构建番茄产量-品质组合评价模型。事后检验表明,针对32个处理,4种组合评价模型与各单一评价方法的排序值具有很好的相关性,以模糊Borda组合评价模型表现最优。进一步,根据模糊Broda组合评价模型的番茄产量-品质综合评价指标与水肥用量间的回归模型,各因子的主效应表现为:施氮量≥灌水量有机肥用量施磷量施钾量。其他因素为中间水平时,番茄产量-品质评价值随灌水量、施氮量、施磷量或有机肥用量的增加呈开口向下的抛物线变化,随施钾量无显著变化。而且,灌水量和有机肥用量存在负交互作用,施氮量和施磷量为正交互作用,表明灌水量过高不利于番茄产量-品质的提高,合理增施有机肥及氮、磷肥可有效提高番茄的产量和品质。该试验条件下,将灌水量、有机肥及氮、磷、钾肥用量依次控制为488.3～508.7 mm、19.3～21.8 t/hm2、498.4～565.6 kg/hm2、399.7～447.1 kg/hm2、698.1～777.9 kg/hm2,可望获得较高的番茄产量,同时兼具较高的品质。     

局部恢复水氮供应对玉米根系氮素吸收与分配的影响

【目的】水分或养分胁迫后恢复供应能显著提高根系吸收能力,且局部水分或氮素供应可以有效刺激供应区根系吸收的补偿效应,进一步揭示水氮双重胁迫后局部恢复供应条件下影响根系氮素吸收能力的因素以及玉米各器官氮素分配状况有重要意义。【方法】采用分根技术,水培模拟局部根区水氮同时恢复供应,其中以聚乙二醇6000（PEG 6000）模拟营养液的渗透势,并用相应的供氮水平模拟氮素胁迫。试验设置4个水氮双重胁迫（也即4个局部恢复供应）处理：正常供应水氮、轻度水氮胁迫、中度水氮胁迫和重度水氮胁迫。双重胁迫6 d后一半根区恢复正常供应,于处理后0、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系氮素吸收速率、含氮量以及氮素累积量。【结果】水氮双重胁迫后局部恢复供应,持续胁迫区根系吸收速率、含氮量以及氮素累积量均显著小于恢复供应区（P＜0.05）。1-3 d时,轻度和中度胁迫处理持续胁迫区根系氮素吸收速率比恢复供应区分别减小38.2%和48.7%;7-9 d时分别减小84.9%和86.4%。对于恢复供应区,局部水氮同时恢复供应1 d内,根系氮素吸收速率较前期胁迫明显增大,且在0-1 d和7-9 d时,经中度及其以下胁迫程度时,根系氮素吸收速率显著大于对照（P＜0.05）,产生根系氮素吸收能力的补偿效应,但3-7 d 时消失。而且,恢复供应区根系含氮量和氮素累积量分别于1 d和5 d后恢复到对照水平,导致植株氮素生产效率最终与对照无显著差异。另外,各处理地上部氮素来自¹⁵N肥料的分配比例显著小于对照（P＜0.05）,且随胁迫程度而逐渐减小,恢复供应区根系则有相反的规律,持续胁迫区根系表现为,轻度胁迫与对照无明显差异（P＞0.05）,中度和重度胁迫显著大于对照和轻度胁迫（P＜0.05）,且3-9 d时,中度和重度胁迫间无明显差异（P＞0.05）。【结论】前期中度以下程度（水分−0.4 MPa+氮素1 mmol·L^-1）的水氮双重胁迫后局部恢复供应,恢复供应区根系氮素吸收速率在时间和空间上均可得到恢复,产生根系氮素吸收的部分补偿效应,但这种补偿效应与恢复供应的时间有关（轻度胁迫为1 d,中度胁迫为7 d）;玉米各器官氮素分配比例与胁迫程度和局部恢复供应时间有关。该研究可为调节植物与土壤环境的相互作用,充分挖掘植物自身对环境变化的适应潜力提供理论依据。