大气CO2浓度升高对东北主栽作物种子活力的影响

大气CO2浓度升高是全球气候变化的重要特征之一,为揭示未来气候变化对作物种子活力的影响,进行种子发芽对CO2增加的适应性响应研究.2019年在中国科学院海伦农业生态实验站进行开顶式气室(OTC)模拟CO2增加试验,选取东北三大主栽作物大豆、玉米和水稻为供试作物,设置两个CO2处理,分别为aCO2 (400 μmol· mol-1)和eCO2(700 μmol·mol-1).结果 表明:相比于对照(aCO2)处理,CO2浓度升高后,大豆种子的体积、百粒重、24 h吸胀速度、浸出液电导率、发芽率、发芽势和发芽指数分别降低了11.24％、10.53％、2.51％、27.72％、15.85％、19.75％和10.17％;虽然CO2升高未显著影响玉米种子百粒重,但其24 h吸胀速度和浸出液电导率分别降低了3.69％和8.62％,而发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数分别提高了81.03％、75.00％、56.14％和81.68％;水稻种子的体积降低了21.35％,而其千粒重、发芽势、发芽指数和活力指数分别提高了5.62％、5.19％、26.11％和32.21％.综合以上结果表明,大气CO2浓度升高对不同作物种子活力的影响存在差异,从发芽指标来看,大气CO2浓度为700 μmol· mol-1时,种子活力表现为玉米＞水稻＞大豆.     

施用生物炭对黑土各组分有机质结构的影响

  【目的】  生物炭还田已经成为培肥土壤的重要农艺措施之一,研究生物炭还田对黑土各粒径水稳性团聚体中有机碳的分配,以及对不同密度组分有机质化学结构的影响,以深化认识施用生物炭增加农田土壤固碳潜力的机理。  【方法】  选取中国科学院海伦农业生态实验站内长期定位试验中施用化肥(?BC)和化肥配施生物炭(+BC) 的两个处理,采集土壤样品以常规方法分析了有机质总量,并将土壤样品分离为>2 mm、2～0.25 mm、0.25～0.053 mm和 <0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体,测定其中的有机碳含量。将土壤样品中的有机质分为游离态轻组(free light fraction, LF)、闭蓄态轻组(occluded light fraction, OF)和矿物结合态组(mineral-associated fraction, MF) 3个密度组分,利用元素分析仪和傅里叶红外光谱技术分析了有机碳含量和化学结构。  【结果】  与?BC处理相比,+BC处理的土壤有机质含量增加19.72%,密度组分中LF和OF有机质含量分别增加了73.50%和192.66%,团聚体>2 mm和2～0.25 mm两个粒级的有机质含量分别显著增加了12.54%和21.35%。土壤中除芳香族C=C和羰基C=O相对丰度分别减少了18.18%和21.95%以外,其他官能团均增加,?CH/C=C和?CH/C=O值分别增加66.67%和62.11%;在>2 mm团聚体中,脂肪族?CH的相对丰度增加了55.11%,芳香族C=C减少17.06%,致使>2 mm团聚体中的?CH/C=C和?CH/C=O值增加;在<0.25 mm粒级中,芳香族C=C相对丰度增加27.63%～49.83%,脂肪族?CH减少了16.58%～20.80%,致使?CH/C=C和?CH/C=O值下降。在>2 mm的团聚体中—CH/C=C和CH/C=O值的增幅最大。此外,与?BC相比,+BC处理各密度组分中脂肪族?CH和芳香族C=C相对丰度均增加,其中OF组分中增幅分别达125.74%和29.06%,?CH/C=C值增加了74.19%。  【结论】  施用生物炭增加了黑土有机质含量,促使土壤特别是大团聚体中的有机质结构趋于脂肪化,促进了微团聚体中有机质的稳定性。闭蓄态轻组中脂肪族?CH的相对丰度增幅最大,有利于促进有机质活性的增强,加快土壤有机质的周转更新。     

土地利用方式影响黄棕壤有机质周转和分配

土地利用方式影响土壤有机质平衡和周转。选取南京信息工程大学农业气象实验站长期定位试验的3种利用方式即水稻小麦(稻麦)轮作、大豆小麦(豆麦)轮作和自然植被(休闲)土壤作为研究对象。将土壤筛分团聚体和进行密度分组,测定全土有机质含量和13C丰度、各组分有机质含量,计算全土有机质周转率和半衰期,以揭示土地利用方式对土壤有机质含量及稳定性的影响。结果表明:与休闲处理相比,稻麦轮作对全土有机质含量无明显影响,而豆麦轮作降低了全土有机质含量。稻麦轮作促进了微团聚体黏结形成大团聚体,增加了土壤团聚体的平均重量直径。密度组分的结果表明,稻麦轮作中土壤游离态轻组和闭蓄态轻组有机质含量均未见明显变化,这是保持全土有机质含量无明显增加的主控因素。稻麦轮作处理土壤有机质的高周转率和较短半衰期有利于土壤有机质的更新和养分的释放。豆麦轮作破坏了大团聚体,且有机质源输入较少,土壤有机质的周转率相对较低,不利于有机质的周转和保持其含量稳定。相关分析的结果证实,粒径大于1 mm团聚体、游离态轻组和闭蓄态轻组中有机质含量都与全土有机质含量显著正相关。上述结果表明,在黄棕壤区,稻麦轮作不仅可以保持土壤有机质的含量,还会促进土壤有机质的更新周转,从而提高土壤肥力水平,是未来农业可持续发展需要的科学有效耕作方式。     

生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响

[目的] 探讨生物炭对侵蚀黑土团聚体的修复效果,揭示生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响机制,为修复侵蚀黑土提供科学依据。[方法] 以侵蚀黑土为研究对象,研究未剥离农田（CK）、未剥离农田施生物炭（CK+BC）、模拟侵蚀土壤（RS）、侵蚀土壤施生物炭（RS+BC）4个处理生物炭对黑土团聚体的影响。[结果] 与CK处理相比,CK+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量增加了14.01%,RS+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量比RS处理增加了12.11%,生物炭提高了团聚体的几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量,增加了CK+BC和RS+BC两个处理的原土和>0.25 mm粒级团聚体中的土壤有机碳含量（SOC）,GMD分别与SOC和交换性钠呈正相关和负相关,且SOC对团聚体的胶结作用大于交换性钠的分散作用,提高了侵蚀黑土团聚体稳定性。[结论] 生物炭改善黑土侵蚀后的结构,促进了土壤团聚化,对侵蚀土壤具有良好的修复作用,是修复侵蚀黑土的有效措施。     

大气温度和CO2增加对黑土有机碳稳定性的影响

[目的]从有机碳分子结构角度来揭示气候变化对黑土有机碳(SOC)稳定性的影响,阐明未来气候变化对黑土有机碳稳定性以及土壤肥力的影响。[方法]以中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验为平台,对当前大气温度和CO₂浓度(aTaCO₂),增温2℃和当前大气CO₂浓度(eTaCO₂),增温2℃和CO₂浓度增为(700±25)μmol/mol(eTeCO₂)3个处理条件下0—20 cm黑土耕层土壤的团聚体和密度组分的有机碳含量和红外光谱特征进行分析。[结果]与aTaCO₂相比,eTaCO₂和eTeCO₂均未对全土有机碳含量产生显著影响(p>0.05),但是eTaCO₂使<0.053 mm团聚体和闭蓄态轻组(occluded light fractionation, OF)中SOC含量分别增加了13.45%和52.89%(p<0.05...