增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响及模拟

  【目的】  研究增温对不同作物秸秆在土壤中分解速率的影响。  【方法】  于2019年11月至2020年10月进行两个生长季的田间填埋试验,观测增温和对照处理下玉米、红薯、大豆秸秆在夏熟作物生长季的分解率以及冬小麦、大蒜、油菜秸秆在秋熟作物生长季的分解率,并以秸秆初始碳含量、氮含量、碳氮比、木质素含量模拟不同处理下不同作物秸秆的分解速率系数。利用模型模拟得到的分解速率系数k值进一步模拟增温和对照处理下不同作物在填埋后不同天数的剩余秸秆质量,将剩余秸秆质量的模拟值与观测值进行回归分析以评估模型模拟效果。  【结果】  增温对玉米、红薯、冬小麦秸秆初期分解率具有显著(P < 0.05)促进作用,而对这3种作物秸秆在其他时间段的分解率无显著影响。增温对油菜秸秆在整个生长季的分解率具有显著(P = 0.029)促进作用。增温对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率无显著(P > 0.05)影响。增温对6种作物秸秆分解速率系数均无显著(P > 0.05)影响,而不同作物秸秆分解速率系数之间存在显著(P < 0.05)差异。无论是对照还是增温条件下大蒜秸秆分解速率系数均最高,而大豆秸秆分解速率系数最低,大蒜秸秆分解速率系数超过大豆秸秆2倍。以不同作物秸秆碳含量(C)、氮含量(N)、碳氮比(C/N)、木质素含量(L)为因变量,采用多元线性回归,可得不同处理下不同作物秸秆分解速率系数的模拟方程 (k = ?1.073C+7.315N+0.223C/N?0.004L+33.900),该方程可模拟92.1% (R2 = 0.921, P < 0.001)的秸秆分解速率变异,描述模拟值和观测值之间关系的线性回归方程斜率非常接近1∶1线。利用模拟得到的秸秆分解速率系数k值对本研究填埋试验中观测的不同填埋天数后的剩余秸秆质量进行验证分析,可见增温和对照处理下不同作物剩余秸秆质量模拟值和观测值具有非常好的一致性(R2 = 0.922,P < 0.001),表明该模拟方程可有效模拟秸秆分解动态。  【结论】  增温比对照显著增加了玉米、红薯和冬小麦秸秆在分解初期的分解率,并增加了油菜秸秆在整个生长季的分解率,但对大豆、大蒜秸秆在整个生长季的分解率没有显著影响。作物秸秆的分解速率系数可用秸秆碳氮含量、木质素含量以及碳氮比进行模拟,用分解速率系数的模拟方程可有效估算对照和增温处理下不同作物秸秆在填埋后不同天数的剩余秸秆质量。     

冬小麦冠层叶色变化节奏及其与栽培措施的关系

以美制光谱辐射计EXOTECH 100BX的光谱指标，定量地监测到冬小麦扬麦158冠层叶色“三黑三黄”的变化节奏：出苗至分蘖末期为“第一黑”，拔节期至孕穗期为“第二黑”，始穗期至灌浆初期为“第三黑”；分蘖末期至拔节期为“第一黄”，孕穗期至始穗期为“第二黄”，灌浆初期至成熟为“第三黄”。经过长期栽培试验，人们的栽培措施与冬小麦冠层叶色变化节奏已基本统一。     

石羊河流域气候变化及对作物生育期的影响

〗利用石羊河流域5个农业气象观测站1951—2009年气象资料和武威市作物（春小麦、玉米）生育期观测资料,采用线性对比分析、Mann-Kendall趋势检验和突变检验分析、Arcgis空间统计分析、Morlet小波分析、SPSS统计分析等方法,分析了该地区的气候变化特征,以及气候变化对作物（春小麦、玉米）生育期的影响。结果表明：近60年来石羊河流域不同地区的气温呈不同程度的上升趋势,月、季、年平均降水增量不同程度地增（减）,并且气候变化显著周期分别为：平均气温3～5 a,降雨量1～3 a。从气象因素对作物生育期的影响可以看出,降水是影响春小麦乳熟期长短的主要气象因素,而气温和降水与玉米关键生育期的相关性不显著。     

石羊河流域气候变化及对作物生育期的影响

〗利用石羊河流域5个农业气象观测站1951—2009年气象资料和武威市作物（春小麦、玉米）生育期观测资料,采用线性对比分析、Mann-Kendall趋势检验和突变检验分析、Arcgis空间统计分析、Morlet小波分析、SPSS统计分析等方法,分析了该地区的气候变化特征,以及气候变化对作物（春小麦、玉米）生育期的影响。结果表明：近60年来石羊河流域不同地区的气温呈不同程度的上升趋势,月、季、年平均降水增量不同程度地增（减）,并且气候变化显著周期分别为：平均气温3～5 a,降雨量1～3 a。从气象因素对作物生育期的影响可以看出,降水是影响春小麦乳熟期长短的主要气象因素,而气温和降水与玉米关键生育期的相关性不显著。     

河南省近50年气候变化特征

利用河南省13个观测站点1961～2010年逐日气象观测资料,研究了近50年河南省气候的变化趋势和变化周期。结果表明,近50年来河南省气温表现为增加趋势;年平均气温和年最低气温表现为中部和西部升幅较小,中北部较大;年最高气温以西部升温幅度最大,中部最小。降雨量总体呈增加趋势,中部、东部降雨量呈增加趋势,北部、豫西、豫南降雨量呈减少趋势;年日照时数总体呈减少趋势,东部减少最多,西部减少最少;相对湿度总体呈减少趋势,南部中北部减少较多,中部、东部、最北和最西部地区相对湿度呈增加趋势。气候变化显著周期分别为平均气温3～5年,降雨量5～6年。     

UV-B辐射增强对冬小麦生态系统呼吸速率和N2O排放日变化的影响

通过田间试验,应用静态箱-气相色谱法测定了土壤-冬小麦系统以及土壤的呼吸速率和N2O排放通量,研究了UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统、土壤的呼吸速率和N2O排放日变化的影响.结果表明,土壤-冬小麦系统和土壤的呼吸速率存在着明显的日变化规律,UV-B辐射增强处理并没有改变其日变化规律,但对呼吸速率有抑制作用.在日温差较大的晴天,土壤-冬小麦系统和土壤的N2O排放通量也呈规律性日变化,UV-B辐射增强处理没有改变其日变化规律.在拔节至抽穗期,UV-B辐射增强对土壤一冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量均没有显著影响,但显著降低了土壤的日均呼吸速率;在开花期,UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统和土壤的日均呼吸速率、N2O排放通量均没有显著影响;在灌浆期,UV-B辐射增强显著降低了土壤-冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量,但对土壤的日均呼吸速率没有显著影响.     

不同作物农田的土壤呼吸与高光谱的关系

为研究种植不同作物的农田土壤呼吸与高光谱植被指数的关系,选取3种典型夏熟作物冬小麦、油菜籽、蚕豆,于2018年10月至2019年5月进行田间随机区组试验,观测土壤呼吸、土壤温度、土壤湿度的季节动态,并观测NDVI(归一化植被指数)、DVI(差值植被指数)、RVI(比值植被指数)、EVI(增强植被指数)、PRI(光化学植被指数)5种高光谱植被指数和叶绿素SPAD值。结果表明:冬小麦、油菜籽、蚕豆田土壤呼吸季节平均值分别为1.78±0.15、1.35±0.27、1.61±0.22μmol·m^-2·s-1,冬小麦田土壤呼吸显著高于油菜籽田(P<0.05),冬小麦与蚕豆田以及油菜籽与蚕豆田土壤呼吸无显著差异(P>0.05)。冬小麦田土壤呼吸残差(基于温度指数方程的模拟值与实测值的差值)与NDVI、RVI、EVI、PRI、SPAD值均存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系,蚕豆田土壤呼吸残差与NDVI、DVI、RVI、EVI、PRI均存在极显著(P<0.01)相关关系,而油菜籽田土壤呼吸残差与上述植被指数均不存在显著的相关关系,这可能与油菜籽3-4月份花期叶片退化有关。在冬小麦和蚕豆田,可分别建立基于土壤温度、NDVI、RVI、PRI、SPAD值以及土壤温度、RVI的土壤呼吸模型,而油菜籽田土壤呼吸的季节变化仅与土壤温湿度和SPAD值有关。     

气温及降水变化对江苏省典型农业区冬小麦、水稻生育期的影响

基于江苏省徐州、昆山、宜兴三地1992-2005年气温、降水资料,以及1992-2004年徐州、昆山两地冬小麦生育期和1993-2005年徐州、宜兴两地水稻生育期数据,分析了气温、降水的变异与冬小麦、水稻生育期的关系。结果表明：1992-2004年,江苏徐州、昆山两地冬小麦全生育期天数随气温上升而逐渐减少,冬小麦全生育期天数与生育期内总降水量的变异无显著相关性。1993-2005年,随着月平均温度升高,徐州、昆山两地冬小麦拔节、孕穗、开花期提前,而乳熟期随此阶段平均温度的升高而推迟。与冬小麦不同,徐州、宜兴两地水稻生育期天数与生育期内平均温度和总降水量无显著相关关系。并且,随着温度升高,徐州、宜兴两地拔节、孕穗、抽穗、乳熟期也无显著变化。这表明水、旱两种作物对气温的变化呈现出明显不同的变异规律,气温的年际间变化对冬小麦生育期的影响相对更大。     

不同品种对冬小麦秸秆分解系数的影响

选取6个品种的小麦秸秆,设置4个秸秆添加梯度,测定土壤添加秸秆后CO2－C的排放总量。结果表明,添加不同品种、不同量小麦秸秆的土壤C排放量明显高于未添加秸秆的处理（对照）,小麦秸秆的分解增加了土壤C的排放;不同品种冬小麦秸秆的分解系数存在较大差异,最高分解系数是最低分解系数的1．97倍;冬小麦秸秆的分解系数与土壤pH值存在极显著的一元线性回归关系,分解速度快的冬小麦秸秆其对应的土壤pH值越高。     

增温及模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸的影响

为研究增温及模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸作用的影响,在农田随机设置3个区组试验,每个区组中包含对照(CK)、增温(W)、模拟酸雨(A)、增温及模拟酸雨(WA)共4个处理,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对不同处理下的农田土壤呼吸速率进行观测,并同步观测土壤温度、土壤湿度。试验结果表明,冬小麦-大豆轮作农田的土壤呼吸速率存在明显的季节变异趋势,其变异性与土壤温度之间存在一致性。在冬小麦-大豆轮作阶段,CK、W、A、WA处理的平均土壤呼吸速率分别为(2.69±0.14)、(3.19±0.20)、(2.59±0.07)、(2.99±0.18)μmol·m-2·s-1。配对t检验结果表明:冬小麦田各处理的土壤呼吸速率之间无显著差异(P0.05);在大豆生长季,W和A处理土壤呼吸速率之间存在显著差异(P0.05),A和WA处理之间存在极显著差异(P0.01)。在整个冬小麦-大豆轮作阶段,CK与W处理农田土壤呼吸速率存在差异(P=0.054),且W与A处理农田土壤呼吸速率存在极显著差异(P0.01)。进一步的研究结果表明,每个处理的土壤呼吸与土壤温度之间的关系均可用指数方程描述。对于A处理而言,基于土壤温度和湿度的双因子模型比单纯指数模型提高了对土壤呼吸的可解释性。