CO_2驱油技术对作物生长的影响——以某示范工程区内玉米为例

以某CO_2驱油技术(CO_2-EOR)示范工程为研究对象,通过对CO_2-EOR示范区内玉米长势的监测,采用对比分析、显著性检验等方法,定量分析了CO_2-EOR对玉米生长的影响。结果表明,和对照区相比,监测区内玉米的指标均值波动为0.23%~5.39%,但长势没有显著差异;油井附近的玉米长势总体优于其他区域,指标均值的波动幅度在0.33%~3.00%,但是也没有显著差异。究其原因,CO_2-EOR过程中从抽油井中携带出来的CO_2轻微提高了油井近地表的CO_2浓度,产生施肥效应。这一结果显示,该CO_2-EOR示范区内玉米没有受到CO_2溢出的负面影响,反而在一定程度上促进了农作物的生长。     

CO_2浓度升高对水稻和玉米叶片光合生理特性的影响

以水稻品种南粳45与玉米品种郑单958为试验材料,利用开顶式气室(OTCs)法研究二氧化碳(CO_2)浓度升高处理下,水稻和玉米的叶片光合生理特性的变化,揭示CO_2浓度升高对水稻和玉米生理特性的影响机理。结果表明:随着CO_2浓度升高,水稻和玉米叶绿色度比值(soil and plant analyzer development,SPAD)呈现增加趋势。各处理间差异不显著(P0.05)。水稻和玉米的净光合速率(net photosyntheic rate,Pn)和胞间CO_2浓度(intercellular CO_2concentration,Ci)随着CO_2浓度的增加而增加,但是水稻和玉米的气孔导度(conductance to H2O,Cs)和蒸腾速率(transpiration rate,Tr)随着CO_2浓度的增加而降低。郑单958比南粳45更快达到CO_2饱和点,出现光适应性现象。在较高CO_2浓度下,C3作物的Pn、Ci、Cs和Tr的影响幅度大于C4作物。     

高通量测序助力地质封存CO2泄漏情景下土壤细菌群落信息的挖掘

CO_2地质封存过程复杂,存在CO_2泄漏风险,进而会影响土壤生态系统,为研究地质封存CO_2泄漏应对措施,以玉米为研究对象,采用人工控制释放CO_2系统研究了玉米对地质封存CO_2泄漏的响应特征,并应用高通量测序技术分析了玉米土壤细菌群落结构及遗传多样性。结果表明:土壤CO_2浓度为30×104μL·L~(-1)(30 cm埋深处CO_2浓度)时,玉米表现出较好的适应能力,当CO_2泄漏量增加到40×104μL·L~(-1)以上时,玉米叶片等各项生长指标均表现为受胁迫特征;高通量测序结果显示试验共获得4个土壤样本的70 948个OTUs,但仅3.32%为4种泄漏条件下土壤所共有;遗传信息表明土壤细菌多样性和丰富度变化与CO_2泄漏浓度密切相关;变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门等为土壤优势菌群,而酸杆菌门在土壤CO_2浓度达40×104μL·L~(-1)下相对丰度大幅增加,暗示其可用作地质封存CO_2泄漏对土壤生态系统影响的指示菌。可见泄漏的CO_2会影响农作物生长及土壤细菌群落特征,而变化的土壤细菌多样性会影响农田生态系统功能等。     

玉米秸秆还田对黑土碳排放的影响

采用静态箱法测定不同秸秆还田方式、耕作措施下东北春玉米生长季土壤CO_2排放。结果表明,种植玉米的黑土CO_2排放通量日变化呈单峰曲线,最大值出现在14:00,最低值出现02:00—06:00;秸秆还田处理CO_2排放通量日变化较不还田处理波动大。玉米生育期土壤CO_2排放量呈显著的季节变化:春季玉米播种期及秋季玉米收获期土壤CO_2通量低,排放峰值出现在温度、降水量较高的7月末,秸秆还田处理的CO_2排放峰值高于相应不还田处理。土壤CO_2排放总量受秸秆还田和耕作措施影响显著,免耕秸秆还田、翻耕秸秆还田、翻耕、免耕等4个处理的总排放量分别为9.41、8.91、7.33、6.43 t/hm2,免耕排放总量最小;秸秆还田处理CO_2排放总量较相应的不还田处理多排放1.59~2.98 t/hm~2;但若将不还田处理秸秆焚烧,其CO_2排放总量达到17.78~19.48 t/hm2,是秸秆还田的2倍左右。秸秆还田能够有效减缓因秸秆焚烧而增加的CO_2释放量,且对玉米产量无显著影响。     

陇中半干旱区玉米对光和CO_2浓度的响应模型

为挑选出最适合陇中半干旱区玉米的光响应和CO_2响应模型,以甘肃省白银市会宁县种植的玉米为试验材料,使用Li-6400型便携式光合仪测定玉米在不同光合有效辐射和CO_2浓度下的光合数据,采用应用较多的非直角双曲线模型、直角双曲线模型、指数模型、M-M模型以及叶子飘建立的光响应模型(以下简称叶子飘模型)与CO_2响应模型对光响应数据和CO_2响应数据进行拟合。结果表明,无论是光响应还是CO_2响应,叶子飘模型均能较好地拟合玉米的光响应和CO_2响应数据,可以较准确地描述玉米的光响应和CO_2响应曲线,并且对光响应过程中的最大净光合速率(P_(n,max))、光补偿点(I_c)、光饱和点(I_(sat))、暗呼吸速率(R_d)、CO_2响应过程中的光合能力(P_(n,max))、CO_2补偿点(C_(ic))、CO_2饱和点(C_(isat))、光呼吸速率(R_p)等光合参数的计算也较可靠。     

寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的关系

为探讨寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放规律,研究不同秸秆还田方式下农田土壤CO_2与耕层土壤温度的关系,采用静态箱法测定了不同秸秆还田方式下寒地黑土区春玉米生长季土壤CO_2排放及土壤温度的变化情况。结果表明:玉米生育期土壤CO_2排放量与土壤温度均呈现明显的季节变化,春季及秋季CO_2排放通量小、土壤温度低,而CO_2排放峰值及土壤温度最高值均出现在夏季,不同土层土壤温度在6月末达到最高值,而排放峰值出现在7月末至8月初;秸秆还田的排放通量显著高于不还田处理。对二者进行指数方程拟合,发现秸秆不还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的相关性要高于秸秆还田处理;在5~25cm耕层范围内,随着土层深度的增加,土壤CO_2排放与土壤温度的相关性逐渐增加,且10、15、20、25cm四个层次的相关性显著高于5cm土层,表明10~25cm土层的土壤温度变化能够更好地表述黑土农田CO_2排放通量的变化趋势。     

喷涂吡啶尿素对夏玉米/冬小麦轮作体系温室气体排放的影响

过量施用氮肥增加农田温室气体的排放,通过监测农田温室气体排放量寻求合理的氮素减排措施对农业生产有重要作用。本研究设置3个不同梯度喷涂吡啶尿素水平(N1-3)及不施氮肥(N0),在夏玉米和冬小麦生长期间采用静态箱法收集气体,研究土壤CO_2、CH_4和N_2O的排放特征,定量评价不同用量喷涂吡啶尿素的综合增温潜势。结果表明:不同喷涂吡啶尿素用量下的温室气体排放具有明显的季节性变化特征。玉米和小麦季土壤CO_2排放通量具有明显的季节性排放规律。CO_2平均排放通量小麦季明显低于玉米季,而CO_2累积排放量小麦季则高于玉米季;各施氮处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N_2O排放峰。整个轮作季,随喷涂吡啶尿素用量的增加,土壤对大气CH_4的交换通量有所降低,而土壤排放CO_2和N_2O的量有所增加。CO_2的综合增温潜势(GWP)对轮作系统总GWP贡献最大,而CH_4很小。玉米和小麦季各喷涂吡啶尿素处理的总GWP均高于对照;玉米季各处理的净GWP均为正值,是温室气体排放的一个源;而小麦季各处理的净GWP均为负值,是温室气体排放的一个汇。说明玉米/小麦轮作体系的综合增温潜势随施氮肥量的增加而增加,合理减施氮肥可以有效降低大气增温效应。     

田间条件下模拟CO2浓度升高开顶式气室的改进及其效果

为提高传统开顶式气室(Open-top chamber,OTC)在田间条件下原位模拟大气CO_2浓度升高对作物生长影响的适用性和精度,通过尺寸放大(长×宽×高=4.0 m×4.0 m×3.0 m)、形状调整(正四边形棱柱状)、新材料应用(塑钢PC结构)及内部CO_2浓度优化控制等措施对其进行了改进,并利用改进的OTC分别于2015—2016年在旱作春玉米农田原位模拟大气CO_2浓度升高的情形,通过对比玉米生育期内OTC内外CO_2浓度、温度和空气相对湿度,探讨了其模拟效果。结果表明:可控CO_2OTC内部CO_2浓度能够控制在预期值范围内,2015年控制误差范围为-17.2~0.2μmol·mol-1,2016年为-5.4~0.1μmol·mol-1,控制效果良好;可控CO_2OTC对室内气温产生了一定的影响,与气室外相比,在白天2015年平均增温0.8℃,差异显著(P0.05),2016年平均增温0.4℃,差异不显著(P0.05);可控CO_2OTC内部空气相对湿度与大田相比有所降低,2015年约降低2.4%,2016年降低了3.1%,差异均不显著(P0.05)。研究表明,改进后的开顶式气室性能稳定,模拟精度高,能够较为准确地反映CO_2浓度升高后的旱作春玉米生长,可用于今后的大田模拟试验研究。     

吉林省玉米保护性耕作机械化生产的碳足迹研究

基于吉林省中部地区机械化保护性耕作的调查数据,利用基于农业生命周期评价(LCA)分析的碳足迹分析研究,对不同保护性耕作模式进行的碳足迹分析。结果表明:玉米均匀垄机械化保护性耕作模式碳足迹为516.38 kg·CO_2~(-eq)/hm~2,宽窄行机械化保护性耕作模式为522.30 kg·CO_2~(-eq)/hm~2,高光效玉米栽培机械化保护性耕作模式的碳足迹最大,可以达587.1kg·CO_2~(-eq)/hm~2。分析发现,氮肥的施用和农机机械的使用对玉米生产机械化保护性耕作的碳足迹分析有最大的影响。因此,需要加大玉米种植的规模效应,提高农机的使用效率,定量施肥并增强单位面积上氮肥的使用效率。     

沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO2、N2O排放规律的影响

为探究沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO_2和N_2O排放特征及土壤理化性质的影响,设置不同的灌溉模式,即空白对照处理CK、常规施肥处理CF、灌溉两次(小麦季一次+玉米季一次)2∶1沼液处理T1、灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T2与灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T3共五个处理,采用静态箱-气相色谱法,研究牛场沼液灌溉条件下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O的排放特征,同时监测气象条件、土壤铵态氮、硝态氮、土壤可溶性有机碳等因子以及作物产量,分析并探讨了轮作周期内农田土壤CO_2和N_2O的排放特征及相关影响因子。试验结果表明,沼液灌溉没有改变轮作周期内土壤CO_2和N_2O排放通量的季节性变化规律,但会造成灌溉后短期内CO_2和N_2O排放通量增加;轮作周期内沼液灌溉处理在一定程度上提高了CO_2的排放水平,但除T3处理外,差异性均未达到显著水平;沼液灌溉处理没有明显提高N_2O排放水平。沼液灌溉提高了土壤可溶性有机碳含量,施用化肥会降低土壤可溶性有机碳含量;与常规施肥处理CF相比,T2、T3处理作物籽粒产量无明显差异,T1处理严重减产。综合考虑作物籽粒产量与CO_2和N_2O累积排放量,T2处理为本试验条件下最合理的沼液灌溉模式。     

苕子、花生根瘤菌种的选育和应用

激光对生物效应的研究和在工、农、医方面上的应用有很大发展。国内使用激光技术诱变短小芽孢杆菌AS1.271等均取得一定效果。本研究的CO_2激光诱变的苕子根瘤菌株4′—004,1′—006和CO_2、N_2激光诱变的花生根瘤菌株CO_2—5′、N_2—01具感染性强,结瘤数多,固氮率高的优良特性。     

Effects of plastic film mulching on soil greenhouse gases(CO_2,CH_4 and N_2O) concentration within soil profiles in maize fields on the Loess Plateau,China

To better understand the effects of plastic film mulching on soil greenhouse gases(GHGs) emissions,we compared seasonal and vertical variations of GHG concentrations at seven soil depths in maize(Zea mays L.) fields at Changwu station in Shaanxi,a semi-humid region,between 2012 and 2013.Gas samples were taken simultaneously every one week from non-mulched(BP) and plastic film-mulched(FM) field plots.The results showed that the concentration of GHGs varied distinctly at the soil-atmosphere interface and in the soil profile during the maize growing season(MS).Both carbon dioxide(CO_2) and nitrous oxide(N_2O) concentrations increased with increasement of soil depth,while the methane(CH_4)concentrations decreased with increasement of soil depth.A strong seasonal variation pattern was found for CO_2 and N_2O concentrations,as compared to an inconspicuous seasonal variation of CH_4 concentrations.The mean CO_2 and N_2O concentrations were higher,but the mean CH_4 concentration in the soil profiles was lower in the FM plots than in the BP plots.The results of this study suggested that plastic film mulching significantly increased the potential emissions of CO_2and N_2O from the soil,and promoted CH_4 absorption by the soil,particularly during the MS.     

乙草胺玉米苗后除草技术田间试验研究

为了明确乙草胺玉米苗后化学除草对玉米的安全性及除草效果，进行了乙草胺玉米苗后不同生育期除草试验。结果初步表明玉米播后苗前和玉米4叶1芯期以前喷施50％乙草胺乳油1500、2250、3000ml／hm^2对玉米均有轻微的灼烧状接触性药害，但未发现玉米有抑制生长、畸形或黄化等其它药害现象，且不影响后期新生叶片。比空白对照增产2．84％～10．35％，比人工除草减产4．79％～10．70％。玉米2叶1芯期，马唐3叶1芯，反枝苋4叶期前施药，对杂草具有较好的防除作用。     

无CO_2气流中光下C_3植物叶片长时间CO_2气体交换特性研究

由于无CO_2空气中,光合CO_2固定受阻,光合环中间产物无法正常再生,以往有关无CO_2空气中C_3植物叶片CO_2猝发研究报道都是测定预光合处理的叶片迅速移入无CO_2空气中,断光后瞬间的CO_2猝发,且仅作为光呼吸强度的测定指标。在探讨无CO_2空气中C_3植物叶片光合碳代谢与光抑制相互关系时,作者观察到经光合预处理的小麦、水稻叶片,在无CO_2空气中随光暗交替,CO_2猝发可长时间进行。其强度及持续时间受氧气浓度、光强及光合产物积累量的显著影响,并受到光合能量代谢抑制剂DCMU的显著抑制。暗呼吸抑制剂碘乙酸等无明显影响。饥饿(暗处理)叶片在无CO_2空气中,CO_2猝发活性需经一定时间的光诱导方可表现。诱导过程与气孔导度变化不完全相关。诱导所需时间与光强成反比,与饥饿程度成正比。叶片光合CO_2固定以及高于2％的氧气浓度非诱导过程所必需。上述结果清楚表明:无CO_2空气中,C_3植物叶片CO_2猝发其碳源不仅来源于Calvin循环中活跃的中间产物,而且还可能经某种转化途径来源于贮藏性光合产物。本研究结果不仅揭示了无CO_2空气中C_3植物光合碳代谢的复杂性,其重要意义还在于揭示了在无CO_2空气中,甚至在相当长一段时间内,C_3植物光合碳循环并非停止,而是维持某种特殊运转。其作用可能在于通过重新动员贮藏性光合产物,“回迁”光合碳循环,参与光合机构对光抑制的适应。     

保水剂对玉米出苗率及土壤水分的影响

盆栽试验结果表明,施用保水剂的土壤持水量在田间持水量45%以下时玉米种子不能出苗,而对照处理在土壤持水量达到田间持水量45%时能够保证100%的出苗率。盆栽试验和田间试验证明了保水剂对玉米出苗率有一定的负面影响,但是施用保水剂的处理在积蓄土壤水分,减轻表层土壤水分散失方面有一定的作用,尤其在雨后测量结果更为明显。     

砂姜黑土区秸秆还田对玉米生育及水分利用效率的影响

为了在淮北砂姜黑土区推广小麦玉米秸秆全量还田技术,采用大田定位试验,设置小麦玉米秸秆不还田、小麦玉米秸秆单季还田和小麦玉米秸秆两季还田4种秸秆还田方式,研究了小麦、玉米秸秆全量粉碎还田对机播夏玉米出苗、生育、产量和水分利用效率的影响。结果表明:小麦玉米秸秆两季还田处理2008和2009年玉米出苗数分别比对照高3.25%和11.98%;出苗均匀度、株高整齐度、幼苗素质和耕层土壤含水率均高于对照,最终2008和2009年玉米产量分别较对照提高了7.92%、9.51%,土壤水分利用效率分别提高了8.15%、9.48%。可见,砂姜黑土区小麦玉米秸秆两季全量还田有利于玉米生长发育,提高籽粒产量。     

诸葛菜试管苗的光合特性及其对CO2浓度升高的响应

用Li-840 CO2/H2O气体分析仪对诸葛菜试管苗的光合特性及其对CO2升高的响应进行研究。结果表明:诸葛菜试管苗的光合速率日变化不大,午间没有明显的“午休”现象。在不同光源下实际光合速率的比较,在相同的光强下LED-红光下的试管苗的光合速率最高,LED-蓝光次之。正常大气条件下,LED-蓝光在70μmol/(m2.s)光强下的诸葛菜试管苗的CO2饱和点为5 058μmol/mol,CO2补偿点为266μmol/mol。     

不同土壤质地与干旱程度对玉米出苗的影响

为了进一步调整细化黑龙江省干旱等级划分范围,以郑丹958为试验材料,采用盆栽称重控水法,研究不同土壤质地、不同干旱程度对玉米出苗及苗期生长的影响。结果表明:不同的土壤干旱程度对玉米出苗率、出苗时间、株高和苗期作物表象影响显著,不同质地的土壤干旱等级也各不相同。壤土土壤相对湿度在70%、粘壤土土壤相对湿度在75%、砂壤土土壤相对湿度在65%时,玉米出苗率、株高、叶面积等指标较高,适宜培育壮苗。当壤土土壤相对湿度在60%~70%、粘壤土土壤相对湿度在65%~75%、砂壤土土壤相对湿度在55%~65%时,玉米出苗率、株高、叶面积等指标均明显降低,生长受到抑制;壤土60%以下的土壤相对湿度、粘壤土65%以下的土壤相对湿度以及砂壤土55%以下的土壤相对湿度,不适宜玉米播种。     

玉米光周期反应的敏感时期研究

采用长日照15h、短日照9h和长短日照相互挪移处理玉米自交系黄早4和CML288,利用激光扫描共聚焦显微镜观察了玉米茎尖的形态变化,调查了玉米的主茎叶片数、抽雄散粉期和吐丝期等主要生育性状.结果表明,短日照能促进玉米茎端分生组织向生殖生长转化,促进开花,减少玉米的主茎叶片数,缩短玉米的生育期,而长日照则相反;当从短日照挪移到长日照时,黄早4在第五和第六片展开叶之间、CML288在第六和第七片展开叶之间的挪移,玉米的主茎叶片数突然减少,同时在短日照条件下黄早4和CML288的茎端分生组织也分别在第五和第六片展开叶、第六和第七片展开叶之间发生了形态变化,茎端生长锥伸长变成圆锥体开始花的发育,而当从长日照挪移到短日照时,玉米的主茎叶片数呈现连续性变化,因此光周期诱导玉米开花的敏感时期因光照条件和品种有一定差异,长日照条件下玉米的光周期反应不敏感,短日照条件下光周期诱导的敏感时期黄早4在第五和第六片展开叶之间,CML288在第六和第七片展开叶之间.     

用“半密闭系统注入法”测定CO_2浓度

将改装的ＣＤ—１型大气采样器串接在密闭气路中，采样器的出口端串接干燥管和钠石灰管，其后接三通并与红外线气体分析仪的工作室和参比室的进气口相连，气体的出口经另一三通与采样器的进气口相连，形成自动循环的密闭系统。待测气体从入口端注入工作室．根据记录仪的峰高计算ＣＯ２浓度。为保持系统内的气压不因注入待测气体而升高，在工作室的出口端插入一支注射针头，从而成为半密闭系统。此法便于应用在田间取样气法测定植物的光合速率，更适用于测定组培瓶、保鲜袋、种子或果蔬储藏库内的ＣＯ２浓度。半密闭系统注入法测定ＣＯ２浓度时，所用待测样气量少（每份样品ｌ～４０ｍＬ），测定快速（每份样品３～５ｍｉｎ），测定的ＣＯ２浓度范围较宽，系统稳定可靠。