太湖地区水稻土长期不同施肥条件下油菜季土壤呼吸CO2排放

利用长期定位试验研究了太湖地区不同施肥处理下油菜生长期间水稻土CO_2排放通量,耕作方式为水稻-油菜轮作,并对CO_2排放通量和土壤(5 cm)温度、土壤水分含量进行了回归模拟.结果表明,不同施肥处理平均土壤呼吸CO_2排放速率在49.37～85.97 CO_2-C mg·m~(-2)·h~(-1)之间,与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了土壤呼吸CO_2排放速率,且在油菜的两个生育期,施肥对土壤呼吸释放CO_2的促进作用,花角期显著高于角果发育成熟期.相关分析表明,土壤呼吸CO_2排放强度与土壤水分、土壤温度有显著的正相关关系.通过计算Q_(10),无肥处理(NF)较其他肥料处理(CF、CFM、CFS)对土壤温度有更大的敏感性.     

蚯蚓作用下不同C/N秸秆还田对土壤CO2及N2O排放的影响

为探讨蚯蚓作用下不同C/N秸秆还田对土壤CO_2及N_2O排放的影响,利用室内培养实验,选取不同C/N的四种秸秆(油菜饼、玉米叶、水稻秸、玉米秆)为材料,以无秸秆的处理为对照,比较有、无蚯蚓(Metaphire guillelmi)作用下不同秸秆施入土壤后的CO_2及N_2O排放规律。为期60 d的培养显示,无论添加何种秸秆,土壤CO_2和N_2O的累积排放量均不同程度增加,且CO_2排放系数(EFs-C)与秸秆C/N呈显著的负相关关系(R2=0.827 3)。蚯蚓活动刺激了土壤CO_2和N_2O的产生,接种蚯蚓后的油菜饼、玉米叶、水稻秸、玉米秆和对照处理CO_2累积排放量较相应的无蚯蚓处理分别增加了0.3、0.5、0.9、1.0、1.8倍,N_2O累积排放量较相应的无蚯蚓处理分别增加了1.4、1.7、1.7、1.4、9.5倍。然而,进一步的分析显示,蚯蚓提高了低C/N油菜饼处理的N_2O排放系数(EFs-N),却降低了其他秸秆处理的EFs-N。此外,低C/N油菜饼混入土壤后在培养前期即产生了较高含量的无机氮和可溶性碳,而其余秸秆混入土壤后却导致无机氮含量低于对照处理;虽然接种蚯蚓在培养后期缓慢增加了高C/N秸秆处理的无机氮,但仍低于无秸秆的蚯蚓对照处理。研究表明,接种蚯蚓和施入秸秆均能促进土壤CO_2及N_2O的排放,但蚯蚓作用下不同秸秆施用对EFs-N的影响却可能因秸秆C/N的不同而产生差异。     

油菜素内酯对玉米叶片捕光、CO_2固定及有机物运输的影响

【目的】明确油菜素内酯(BR)对玉米光合特性的影响及作用机制,为油菜素内酯在玉米田的高效利用提供理论依据和技术参考。【方法】于玉米8叶期喷施100 nmol·L~(-1) BR,对其叶片进行叶绿体结构、淀粉粒积累、叶绿素含量、PEPC活性、光合速率、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性的检测与分析。【结果】油菜素内酯处理8叶期玉米15 d后,与对照相比,玉米叶片的净光合速率提高了32.6%,同时,叶绿体中淀粉粒的积累明显变多变大,叶绿素含量高出对照28.57%,以上结果说明BR处理可提高玉米叶片的捕光能力;PEPC是C4植物中催化PEP固定CO_2的酶,本研究结果表明BR处理可提高玉米叶片中PEPC的活性,与对照相比,其活性提高了14.52%,这说明BR处理可提高玉米叶片固定CO_2的能力;光合产物运输是决定产量的重要因素,通过对玉米叶片疏导组织细胞的超微观察,发现BR处理后韧皮部输导组织的细胞内含物增加;蔗糖是光合产物的主要运输形式,蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成的关键酶,其活性可反映同化物向籽粒运输能力和强度,本研究发现BR处理后SS和SPS的活性分别提高了28.26%和30.20%,上述结果说明BR处理可提高玉米光合产物的输出能力。【结论】油菜素内酯通过提高光合色素含量来提高玉米叶片的光能利用率;通过提高PEP羧化酶活性提高玉米叶片固定CO_2的能力;通过提高蔗糖合成酶和蔗糖磷酸酶活性,促进玉米叶片光作用产生的有机物的运输和分配。     

日光温室CO_2加富对番茄叶片光合特性的影响

为探讨CO_2施肥对番茄光合作用的影响,确定有利于番茄生长发育的最适CO_2浓度。以"兴海12号"番茄为试材,设4个CO_2处理,分别为(400±25)μmol/mol(CK)、(600±25)μmol/mol(T1)、(800±25)μmol/mol(T2)、(1 000±25)μmol/mol(T3),用Li-6400光合仪测定不同CO_2浓度下,相同叶位叶片的光合参数,研究不同浓度CO_2对番茄叶片光合特性的影响。结果显示:(1)随着处理天数的增加,光合速率呈先增大后减小的趋势,生长前期以T2、T3处理下光合速率最大,30 d以后T2条件下光合速率最大。(2)CO_2浓度对气孔导度和蒸腾速率的影响无规律性变化,可能是不同叶龄受CO_2影响不同,也可能与处理时间有关。(3)高CO_2浓度下水分利用效率明显高于对照,T3处理优势明显。(4)高CO_2浓度对叶绿素a含量影响显著,对叶绿素b、类胡萝卜素而言,处理50 d时T3条件下明显低于对照,其他处理与对照无显著差异。结果表明,一定范围内提高CO_2浓度可以弥补环境CO_2不足,(800±25)μmol/mol CO_2浓度更有利于番茄光合作用积累有机物。     

CO_2施肥对设施黄瓜生长和土壤氮素转化的影响

在开顶式生长箱(OTCs)内,以津美3号和津绿婉美2个黄瓜品种为材料,研究添加不同氮条件下CO_2施肥对黄瓜干物质积累、土壤微生物生物量的影响。结果发现:(1)与对照大气CO_2浓度相比,CO_2施肥显著提高了黄瓜产量,其中施氮时的津美3号产量提高27.0%,不施氮时津绿婉美产量提高123.2%;CO_2施肥更能促进根系生长量小的津绿婉美根系的生长;CO_2施肥与不施氮更能促进津绿婉美黄瓜茎叶中干物质向果实的分配。(2)CO_2施肥显著提高土壤微生物生物量氮含量,但对土壤微生物生物量碳及土壤有机碳的影响并不显著;CO_2施肥同时提高施氮时土壤铵态氮含量,降低硝态氮含量;CO_2施肥下较高的土壤铵态氮含量与黄瓜产量有显著正相关,正常CO_2供应时土壤铵态氮含量与黄瓜产量无显著相关性。以上结果表明,CO_2施肥对不同设施黄瓜品种生长发育的影响差异很大,同时土壤中氮含量对CO_2施肥效果有较大的影响。     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)是重要的温室气体,研究免耕稻田CO_2和CH_4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响.本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO_2和CH_4的排放规律和排放量,及其稻田碳(C)的收支状况.研究表明,施肥提高了CH_4排放,而不影响CO_2的排放;免耕显著影响稻田CH_4排放,而CO_2的排放不受耕作影响.对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的"汇".表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用.     

大气CO2浓度和温度升高对麦田土壤呼吸和酶活性的影响

以同步模拟大气CO_2浓度和温度升高的田间开放式气候变化平台为依托,研究大气CO_2浓度和温度的对照处理(CK)、CO_2浓度升高(CE)、试验增温(WA)以及两者同时升高(CW)对小麦土壤呼吸、脲酶和转化酶的影响。结果表明:与对照相比,CE处理的小麦季土壤呼吸速率没有显著变化,而升温处理(WA和CW)的土壤呼吸速率显著提高;在分蘖期土壤脲酶和转化酶活性没有明显变化,在抽穗和成熟期,升温处理显著提高了转化酶活性,而CE处理显著提高了抽穗期转化酶活性;与对照相比,CE处理土壤脲酶活性没有变化,而WA处理显著提高了抽穗期的土壤脲酶活性。可见,大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的土壤呼吸和酶活性影响存在差异,而且土壤呼吸、脲酶和转化酶活性对温度升高的响应比较敏感。     

大气CO_2浓度升高和干旱的交互作用对大豆光合作用的影响

研究大气CO_2浓度升高和水分胁迫对大豆的影响,有助于了解在未来气候条件下,大豆生产的变化,提前采取必要的应对措施。试验利用开顶式气室开展高CO_2浓度(大气CO_2浓度增加200μmol/mol)和干旱条件下大豆光合生理指标变化的研究。结果表明,开花期,大气CO_2浓度升高后,大豆的净光合速率、水分利用率显著增加,干旱条件下增幅明显小于湿润条件下增幅;干旱使大豆叶片PSⅡ有效光量子效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和PSⅡ光化学有效量子产率(ΦPSⅡ)显著降低,非光化学淬灭系数(NPQ)显著增加;CO_2浓度升高对大豆叶绿素荧光参数影响不显著。未来大气CO_2浓度升高会提高开花期大豆净光合速率和叶片水分利用效率,但对大豆抗旱能力提升效果有限。     

高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对西葫芦幼苗生理及光合特性的影响

研究了高温胁迫下不同质量浓度的2,4-表油菜素内酯(EBR)处理对西葫芦幼苗生长、叶片抗氧化酶活性和光合作用的影响。结果表明,0.5~1.0 mg·L~(-1) EBR处理能有效缓解西葫芦幼苗在高温胁迫下受到的伤害,显著提高叶绿素含量,提高叶片抗氧化酶活性、脯氨酸和可溶性蛋白含量、净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs);降低了丙二醛(MDA)含量,蒸腾速率(Tr),但是对胞间CO_2浓度(Ci)影响不大。0.5 mg·L~(-1)的外源EBR有利于西葫芦幼苗在高温胁迫下抗氧化酶活性的维持和对光能的捕获与转换,并促进其生长。     

气候变化对谷子生育期土壤碳氮磷转化相关酶活性的影响

为研究气候变化对作物不同生育期土壤碳氮磷循环相关酶活性的影响,采用盆栽控制试验,通过人工气候室控制环境CO_2浓度和温度,设计对照(CO_2浓度为400μmol·mol~(-1)、环境温度为22℃)、CO_2浓度升高(CO_2浓度升至700μmol·mol~(-1)、环境温度22℃)、CO_2浓度和温度升高(CO_2浓度升至700μmol·mol~(-1)、环境温度升至26℃)3种气候情景和2种水分条件(充分供水和轻度干旱),研究谷子(Setaria italica)开花期、开花后10 d、灌浆期和成熟期4个生育期土壤β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨肽酶(LAP)和碱性磷酸单脂酶(ALP)活性对CO_2浓度和温度升高的响应。结果表明:CO_2浓度升至700μmol·mol~(-1)时对土壤LAP酶有显著的抑制作用,其对土壤NAG酶活性仅在充分供水条件下有促进作用,而对ALP酶活性仅在轻度干旱条件下有促进作用。增温4℃显著抑制土壤βG和ALP酶活性,其对土壤NAG酶活性的影响与土壤水分条件有关。生育期与CO_2浓度升高的交互作用对4种土壤酶活性均具有显著影响,生育期与增温的交互作用在充分供水条件下仅对土壤βG酶活性有显著影响,而在轻度干旱条件下其对土壤βG和NAG酶活性有显著影响。研究表明,在谷子生育不同阶段,CO_2浓度升高、增温和干旱对土壤碳氮磷转化相关酶活性的影响不尽相同。     

改良剂对复合污染红壤中镉锌有效性的影响及机理

采用盆栽试验,研究了施用石灰、有机肥、海泡石对红壤上小油菜生物量、Cd与Zn吸收量、土壤Cd、Zn形态转化、pH等的影响。结果表明,改良剂对无污染红壤小油菜的生长影响不大,但能显著提高污染土壤上小油菜的生物产量,同时明显降低小油菜对Cd、Zn的吸收浓度。改良剂单施的效果是有机肥>石灰>海泡石,而有机肥和石灰配施或3种改良剂配合施用优于单施。改良剂降低复合污染红壤Cd、Zn生物有效性的主要原因是,施用改良剂后,土壤重金属形态和pH值发生显著变化。施用改良剂,土壤Cd、Zn转变为植物不易吸收的形态,与植物生长有良好相关性的土壤有效态重金属含量显著减少;施用石灰使土壤pH升高约2个单位,施用海泡石和有机肥使土壤pH增加1.2个单位以上。     

有机物料与外源锌对油菜生长和锌含量分布的影响

通过盆栽试验研究了不同有机物料与不同浓度外源锌对油菜(Brassica campestris L.ssp.Chinensis L.)生长和锌含量分布的影响。结果表明,油菜生长随着外源锌浓度增加而降低,草坪草和玉米秸秆可有效缓解高浓度锌对油菜的毒害作用,猪粪、牛粪和鸡粪高浓度锌仍对油菜产生毒害作用,泥炭和风化煤高浓度锌的毒害作用表现最强。不同供试有机物料均不同程度增加了油菜地上部和地下部锌含量的比值,表明供试有机物料均促进了油菜对锌的吸收和积累。     

复合菌肥对锌污染土壤中油菜生长的影响

通过盆栽试验,研究了复合菌肥对锌污染土壤中油菜生长的影响。结果表明:在一定量的锌浓度下,油菜鲜重、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量均随复合菌肥用量的增加而升高,而油菜锌含量则随复合菌肥的增加而下降。并且叶绿素a+b含量、叶绿素a/叶绿素b与锌在一定浓度范围内也存在一定的负相关。     

钝化剂对铅锌尾矿砂中重金属的固化作用

铅锌尾矿砂重金属含量高,对环境危害大。为了减缓铅锌尾矿砂的重金属污染风险,采用室内培养实验方法,在铅锌尾矿砂中添加油菜秸秆、芒草秸秆、水稻秸秆、石灰和磷酸一铵等钝化剂,并通过DTPA及Tessier连续提取铅、锌、镉的化学形态,评价钝化剂对铅、锌、镉的移动性和生物有效性的影响。结果表明,油菜秸秆、芒草秸秆、水稻秸秆、石灰和磷酸一铵均显著地降低Cd的生物有效性及其迁移能力;磷酸一铵、油菜秸秆均能有效地降低尾矿砂中Pb的生物有效性及其迁移能力,尤其是磷酸一铵有极显著的效果;油菜秸秆、芒草秸秆、水稻秸秆和磷酸一铵均能有效地降低尾矿砂中Zn的生物有效性及其迁移能力。尾矿砂中DTPA态Cd、Zn与交换态、碳酸盐结合态Cd、Zn极显著正相关,DTPA态Pb与碳酸盐结合态Pb极显著正相关。从Pb、Cd、Zn生物有效态含量的减少方面考虑,油菜秸秆和磷酸一铵是较好的铅锌尾矿砂原位钝化剂。     

北温带干旱地区土壤-大气界面CO_2通量的变化特征

采用箱法对栗钙土、灰钙土、粗骨土和山地灰褐土4种有代表性的干旱土壤表面CO2通量进行观测和研究。结果表明:森林土壤(粗骨土和山地灰褐土)的通量显著大于草原土壤(栗钙土和灰钙土)。干旱区土壤表面CO2通量的平均值为230.05μmol/(m2·h),变化范围为-147.27～2319.55μmol/(m2·h)。不同土壤类型之间存在差异,粗骨土(351.82μmol/(m2·h))>山地灰褐土(347.33μmol/(m2·h))>栗钙土(193.36μmol/(m2·h))>灰钙土(162.37μmol/(m2·h))。土壤表面CO2通量存在季节变化,趋势呈"S"形。9月份最高(516.79μmol/(m2·h)),以土壤向大气释放为主;1月份最低(-7.09μmol/(m2·h)),以大气进入土壤为主;具有春夏秋冬交替规律,与气候变化趋势基本一致,土壤表面CO2通量稍有后滞。全天候土壤表面CO2通量呈"山峰"形变化,04:00最小(154.13μmol/(m2·h)),12:00最大(349.65μmol/(m2·h)),具有昼夜交替规律,比气候日变化稍有滞后。影响土壤表面CO2通量的环境因子有地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)、土壤含水量(0～10cm、10～20cm和20～30cm);其中,地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)和土壤含水量(0～10cm)分别与土壤表面CO2通量呈正相关关系,而10～20cm和20～30cm深度的土壤含水量与土壤表面CO2通量呈负相关关系,地表空气相对湿度与土壤表面CO2通量的关系不显著。大气与土壤之间的CO2存在双向转移机制,CO2不仅从土壤向大气转移,而且也从大气向土壤转移,热量在地球表面的差异性分布,导致温带和寒带地区的土壤具有平衡大气CO2浓度的功能,是温带、寒带地区的显著特征。     

过量锌对油菜生长、产量和养分吸收的影响及锌在植株地上部器官中的富集特征

以甘蓝型油菜品种‘秦优九号’为材料,通过盆栽试验研究了不同浓度锌处理对油菜生长、产量和养分吸收的影响及其在植株地上部器官中的富集特征。结果表明：低浓度锌处理(100 mg·kg-1),一定程度刺激了油菜的生长,植株的花期生物量、光合速率、产量和主要矿质元素含量等指标均与对照差异不显著。随着土壤中锌浓度的增大,植株的花期生物量、光合速率、产量、主要矿质元素含量、株高和主花序长等指标均显著下降（P<0.05）,而一次分枝数变化不明显。油菜地上部不同器官对锌的富集特征差异显著,总体上呈现出茎秆中的含量大于籽粒中的趋势。     

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。     

作物根系对CO_2的吸收与同化

为探索CO_2气肥随水施用技术,本文研究了作物根系对气态和水溶态~(14)CO_2气肥的吸收、同化,随水吸收的~(14)CO_2在水稻植株内的运行以及CO_2在水中的溶存、逸散。结果表明,作物经根系能吸收气态和水溶态~(14)CO_2;水稻随水吸收的~(14)CO_2在植株体内以气态运行;水中CO_2的溶存和pH值呈动态变化。     

北温带干旱地区土壤剖面CO_2通量的变化特征

采用开放式样杆方法,对干旱土纲的4种土壤类型(栗钙土、灰钙土、粗骨土、山地灰褐土)进行土壤剖面CO2通量的观测研究,结果表明:1)在0～60cm深度范围内土壤剖面CO2通量随土壤深度的增加而增加,60cm为转折点,之后,随土壤深度的增加而减小。2)土壤剖面CO2通量平均值为660μmol/(m2·h),在-9076～16988μmol/(m2·h)范围内变化,如果土地利用/土地覆盖发生改变(0～70cm深度),将可能有254.6t/(km2·a)CO2从土壤向大气释放。3)土壤种类不同,CO2通量明显不同,森林土壤释放量大于草原土壤。4)在通量-深度曲线中,各土壤类型均出现1～2个拐点,变化原因与土壤剖面结构和根系分布有关,钙积层的有无、厚度起决定作用。5)存在季节变化,植物生长季节的CO2通量远大于其他季节,其他季节可能存在土壤吸收CO2现象。因此,应避免在植物生长季节施工动土,以减少土壤CO2向大气中释放。