不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放影响

为分析不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放的影响,采用静态箱气相色谱法对2014年秋冬季和2015年春夏季番茄地土壤CO_2排放进行原位观测。试验设置2个灌水水平分别为:充分灌溉(FI)和亏缺灌溉(DI)。结果表明:番茄两个生长季中,不同灌水处理下土壤CO_2排放通量均呈波动性变化。2015年春夏季试验各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量高于2014年秋冬季试验对应的各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量,且两个生育期内高灌水处理的土壤CO_2排放在番茄生育期绝大多数时间内均高于低灌水处理。以2015年FI处理土壤CO_2累积排放量最大(5 641.57kg/hm~2),分别较2014年FI处理、2014年DI处理和2015年DI处理增加了3.9%、54.2%和16.7%。此外,研究还发现春夏茬试验中不同灌水处理下,土壤CO_2排放通量与土壤水分呈显著负相关关系。这为评估设施菜地温室气体减排提供一定的科学依据。     

沼液灌溉麦地土壤CO_2和N_2O排放通量变化特征

为揭示奶牛场沼液灌溉后麦地CO2和N2O排放通量的变化特征及与相关环境因子相互关系,采用静态箱-气相色谱法对奶牛场沼液灌溉后第1d土壤CO2和N2O排放通量连续进行24h观测,同时观测灌前1d、灌后第2d、第4d和第7d排放通量。结果表明,沼液灌溉(SI)、习惯施肥(CF)、不施肥(CK)处理灌后第1d土壤CO2与N2O日排放通量范围分别为115.55~253.44、66.97~114.17、62.86~125.96mg/(m2·h)与115.79~401.1、4.15~21.04、1.44~28.32μg/(m2·h),日峰值和日谷值均出现在14:00和5:00;除CK外,各处理排放通量与地表及距地表5cm处地温显著相关(P0.05)。灌溉前后CK和CF处理CO2和N2O排放通量变化较小。灌溉后SI处理土壤CO2和N2O排放通量迅速升高且分别在灌后第1d和第2d达到排放峰值,此时CO2和N2O排放通量分别较SI处理灌溉前分别升高111.9%和890.0%,随后SI处理CO2和N2O排放通量开始下降,灌溉后第7d分别与CK和CF处理相比无显著差异。灌溉后7d内SI处理的CO2和N2O累积排放量均显著高于CK和CF处理。     

不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。     

施肥对河套灌区土壤CO_2和N_2O排放的影响

以河套灌区草甸碱化土为研究对象,设缓控肥(HK)、颗粒有机肥(F)、微生物菌肥(W)和农民习惯施肥(CK)4个处理,于2015年5—10月,利用静态箱-气相色谱法监测玉米整个生育期土壤CO_2和N_2O的排放量,并对玉米季农田温室气体排放量和产生的综合温室效应进行测算,研究了农田表层土壤温室气体的排放量和增温潜势。结果表明,(1)各处理N_2O的排放峰值均出现在施肥10 d后。玉米整个生育期HK处理的单位时间排放量最少(0.25 mg/(m2?h)),F处理的排放量最多(0.67 mg/(m2?h)),F处理N_2O累计排放量比CK高出62.40%;CK分别比W、HK处理N_2O排放量高出19.71%、54.26%。(2)各处理间CO_2排放差异显著(P0.05)。玉米整个生育期,W处理累积排放量最少(14 639.26 kg/hm2),F处理的排放量最多(18 603.4 kg/hm2),CK比W处理CO_2排放量高16.75%。(3)各施肥处理综合增温效应表现为HK处理W处理CKF处理。HK处理温室气体排放强度(GHGI)值最低,比CK低96%,同时保持了较高的产量水平;F处理氮肥量最大,且有较高的GHGI值,达到CK的1.70倍,同时产量较CK无显著变化;W处理氮肥量次之,且GHGI值较高,可产量较低。大量施用颗粒有机肥(F)会产生较多的温室气体,同时也会导致较强的温室效应。缓控肥(HK)处理氮肥量最小,作物产量增加,GHGI值最低,对农田温室气体减排具有较好的应用前景。     

土壤水分垂直非均匀分布下CO_2的日排放特征

以黏土为研究对象,利用地表灌水(SI)和不同深度的地下灌水(SDI12、SDI15和SDI18)实现了不同的水分垂直非均匀分布,研究了不同水分分布下的旱地土壤CO2日排放特征。结果表明:不同的处理的CO2排放呈现相同的日变化规律,但不同处理间排放量存在差异;两次灌水后CO2日平均排放通量之间的大小关系均表现为SISDI12SDI15SDI18,且SI处理在初次灌水后的排放通量显著大于SDI15和SDI18处理,而第二次灌水后各处理之间均有明显的差异性。各处理在两次灌水后同一观测日内,其0~12 cm土层的土壤水分WFPS之间的大小关系分别为:SISDI12SDI15SDI18和SISDI12SDI15SDI18。对同一处理来说,其土壤0~12 cm土层的平均含水率在不同观测日均呈现出逐渐递减趋势,相应的初次灌水后CO2日平均排放通量呈现出逐渐递增的趋势,而第二次灌水后SI和SDI12处理呈现出逐渐递增的趋势,SDI15和SDI18则呈现出先递减后递增的趋势。此外,比较第一次和第二次灌水后的CO2排放,发现季节温度变化是影响CO2日排放重要因素,CO2的排放随着温度的升高而增加,而温度过高时,CO2的排放随温度升高出现降低的趋势。     

冬小麦田春灌前后CO2排放通量的日变化特征及对比分析

[目的]分析冬小麦春灌前后CO2通量的变化特征,给农田生态系统的碳排放对大气中CO2通量的影响提供一定支撑。[方法]采用静态透明箱法,通过手持式CO2测量仪(testo 535)观测分析了冬小麦田春灌前后每天不同时段内静态透明箱箱体内的CO2通量变化,通过不同时段内的CO2通量变化计算冬小麦田春灌前后每天不同时刻的CO2排放通量,分析比较了冬小麦田春灌前后CO2通量的日变化特征。[结果]春灌前,冬小麦田CO2通量在-0.123~0.056mg/(m2 s)之间;春灌后,冬小麦田CO2排放通量在-0.345~0.276mg/(m2 s)之间。冬小麦田春灌后的CO2排放通量明显高于春灌前,其中光合作用吸收CO2和呼吸作用释放CO2同时增加,但吸收大气中CO2的速率增加的更大。冬小麦田在春灌前CO2排放通量的日变化特征为单峰型曲线,但在春灌后逐渐向双峰型曲线转变。[结论]春灌影响冬小麦CO2排放通量的日变化。     

时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定

为了评估时域反射仪测定水分非均匀分布土壤的含水率的性能，该研究在室内试验中将土柱纵向分为上下2层，设置土壤水分差为0.05、0.10和0.15 cm3/cm3 3种情况，进行不同含水率梯度下水分非均匀分布对该仪器测定土壤含水率的影响试验，并在田间试验中进行了实地测试。结果表明，在室内新型时域反射仪随着上下2层土壤含水率梯度差的增加，测定土壤含水率的均方根误差略有增大，在水分分布相对均匀的土壤中测定土壤含水率的均方根误差小于 0.028 cm3/cm3。在田间竖直埋设探头，上湿下干和上干下湿的土壤     

砾石覆盖条件下土壤水热效应对冬小麦田CO2排放的影响

通过2年田间试验,采用静态暗箱-气象色谱法监测冬小麦田CO_2排放速率和通量,并计算了生态系统净交换和收获指数。试验设置无覆盖对照(CK)、无覆盖补灌对照(WCK)、砾石覆盖(GM)和砾石覆盖补灌(WGM)4个处理。结果表明:2个生长季内砾石覆盖补灌处理各阶段土壤含水率和温度平均最高,其次为砾石覆盖处理,说明砾石覆盖的保水保温效果明显;土壤温度的变化规律与CO_2排放规律相同,土壤含水率变化规律与CO_2排放规律相反,土壤温度和含水率变化对CO_2排放具有显著的交互作用(P0.05);对影响农田生态系统CO_2排放的冬小麦生长参数和土壤理化特性进行相关矩阵和主成分分析,CO_2排放的分布与CK和WCK对照处理分布相似度较高,与GM和WGM砾石覆盖处理则完全相反;产量、收获指数、生态系统净交换的分布与WGM处理最为接近,其次为GM处理,说明砾石覆盖处理提高了产量,促进了生态系统净交换,降低了CO_2排放量。砾石覆盖结合关键生育期补充灌水的田间管理方式能有效改善土壤水热状况,减少农田生态系统CO_2排放。     

CO_2质量分数升高对水稻生长及水分利用效率的影响

以苏南地区单季水稻为研究对象,基于1961—2010年气象数据,结合经田间试验资料验证后的水稻模型ORYZA2000,研究分析了50年来不同CO2质量分数下水稻产量、水分利用效率和灌溉水利用效率的变化趋势。结果表明,过去50年,水稻产量、水分利用效率呈现出显著下降趋势;灌溉水利用效率呈略微上升趋势,但不显著。在CO2质量分数增加0.5、1.0、1.5倍3种情况下,水稻产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均有显著增加,且随着CO2质量分数的增加而逐渐增加。     

咸淡水组合灌溉模式对棉田土壤CO2日排放特征影响

【目的】探究咸淡水组合灌溉对棉田CO₂日排放通量的影响。【方法】采用4种水质,即淡水(CK)和矿化度分别为2(S1)、3(S2)、5 g/L(S3)的微咸水;4种咸水淡水灌溉配比,即微咸水∶淡水为1∶1(P1)、1∶4(P2)、4∶1(P3)和1∶0(P4),分析咸淡水组合灌溉对棉田灌水前后土壤CO₂日排放特征影响。【结果】①与CK相比,S1、S2、S3处理土壤CO₂日平均排放通量分别显著降低了12.64%~24.35%、18.30%~26.69%、22.16%~28.57%(P<0.05)。②CK的土壤CO₂累计排放量显著高于其他各处理,S1处理与S2、S3处理土壤CO₂累计排放量存在显著差异(P<0.05),但S2、S3处理之间无显著差异(P>0.05)。③相同微咸水矿化度条件下,4种咸水淡水灌溉配比对土壤CO₂日平均排放通量影响为P2处理     

大气CO_2浓度升高与土壤质量的变化

在分析大量国内外文献资料的基础上,综述了大气CO2浓度升高条件下,土壤养分、碳氮循环、有机质、酶活性等土壤质量指标的变化,指出大气CO2浓度升高对土壤质量的影响非常复杂。同时,土壤质量的变化也会反作用于大气,从而引起新一轮的CO2对土壤的作用,所以应将大气CO2浓度升高对土壤质量的影响研究扩展到更大的生态系统范围内,并对人类的实践活动提供指导。     

不同水分条件下温室番茄土壤呼吸变异性分析

利用日光温室田间试验的方法,研究了不同时期不同土壤相对含水率对樱桃番茄土壤呼吸的影响。结果表明,土壤含水率为90％～100％田持时,番茄在生长季大部分时间的土壤呼吸速率较高,当土壤温度下降到20℃后,水分处理土壤呼吸速率差异不显著;变水处理对土壤呼吸存在后效应,高水变低水处理的土壤呼吸速率与恒水处理和低水变高水处理差异...     

外加铵态氮对不同年限茶园土壤N2O排放的影响

以3种不同年限的茶园土壤为研究对象,设置室内培养试验,研究了外加铵态氮对高龄（50年以上）茶园土壤、中龄（20～25年）茶园土壤和低龄（8～10年）茶园土壤N₂O排放的影响。试验设置4种处理:对照（CK）、低氮（LN）、中氮（MN）、高氮（HN）。结果表明,较酸且有机碳含量较高的50年以上茶园土壤各处理N₂O排放均高于20～25年茶园土壤和8～10年茶园土壤。与对照相比,单施氮肥促进了3种茶园土壤的N₂O排放,20～25年茶园土壤与8～10年茶园土壤高氮（HN）处理N₂O排放最高,而50年以上茶园土壤MN处理N₂O排放最高。施用外源铵态氮促进了土壤pH值下降,其中50年以上茶园土壤和20～25年茶园土壤ΔpH变化为MN>HN>LN>CK,8～10年茶园土壤ΔpH变化为HN>MN>LN>CK。施用外源铵态氮对茶园土壤酸化有显著影响,外加铵态氮显著降低土壤pH值并提高土壤N₂O排放。      

土壤水分特征曲线在作物非充分灌溉适宜水分下限确定中的应用

SPAC系统中水总是从水势高处流向水势低处,土壤水势的高低是影响植物根系吸水速率的主要因素。相对于土壤含水量来说,用土壤水势作作物非充分灌溉的下限指标更具科学性,更利于水分下限指标的推广应用。试验结果表明,对于整个生育期来说,-200 kPa是比较适宜的大棚番茄土壤水势下限。在这一指标的推广过程中,须先测定当地土壤水分特征曲线,并从曲线上找出该适宜水势对应的土壤含水量,通过控制土壤含水量达到控制土壤水势的目的,从而实现精量灌溉。     

土壤盐分垂向非均匀分布下的番茄盐分生产函数研究

利用番茄盆栽试验,在土表以下17cm处布设秸秆隔层,有效隔断土壤毛管连续性,再结合灌溉水的淋洗作用,促使土壤盐分向下运移,盆栽土壤在垂直方向上趋于“上低下高”的非均匀分布状态,探究该盐分状态下番茄产量和作物不同生育阶段根系及盐分分布特征间的内在联系。结果表明,在土壤盐分垂向非均匀分布处理中,隔层以下土壤中过高的盐分含量抑制了番茄根系的生长与分布,而上层低盐区土壤中根系则呈现出补偿性生长。在盆栽土壤盐分含量一定时,盐分垂向非均匀分布处理的根系干物质量及果实产量均显著高于盐分均匀分布处理（P<0.05）,盐分“上低下高”的差异性分布缓解了作物整体所受盐分胁迫。在参照传统水分生产函数Stewart模型和Jensen模型的基础上,分别利用表层盐分因子、平均盐分因子及根系加权平均盐分因子构建作物盐分生产函数,经函数精度评估后发现,利用根系加权平均盐分因子结合Jensen函数构建的作物分阶段生产函数对番茄产量的预测精度最高,而不同生育阶段中,番茄坐果期土壤含盐量及根系分布状况对最终产量的影响最大。     

有机物对玉米田排放N2O的影响

为掌握玉米田的N2O释放规律,采用定位试验的方法,探讨增施有机肥和作物秸秆对农田N2O排放通量的影响。试验结果表明:N2O通量有明显的季节变化,夏季高于春秋两季;空地的N2O排放通量平缓;玉米的生长活动有利于N20的生成及排放;施肥能促进土壤N2O排放通量的增加。     

灌溉水盐分和灌水量对温室气体排放与玉米生长的影响

为揭示地下水与微咸水灌溉条件下灌水量对土壤CO2、N2O排放和春玉米生长的影响,设置2种灌溉水含盐量（1.1、5.0g/L）和3种灌水量（210、255、300mm）,于2019年4—9月在内蒙古自治区河套灌区进行了春玉米田间试验。结果表明,不同灌水量下,微咸水（含盐量5.0g/L）灌溉比地下水（含盐量1.1g/L）灌溉土壤N2O累积排放量提高了19.86%~44.21%,但利用微咸水灌溉并不会影响土壤CO2累积排放量与全球增温潜势。在相同的灌溉水盐分条件下,灌水量为300mm时土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势均最大,灌水量为210mm和255mm时并不会对土壤CO2、N2O的累积排放量和全球增温潜势产生显著影响。相关性分析表明,土壤含水率和无机氮含量是影响土壤CO2、N2O排放的重要因素,灌溉水盐分通过促进土壤的硝化作用促进土壤N2O排放。在微咸水灌溉条件下,春玉米产量较地下水灌溉减少了30.88%~37.32%。随着灌水量的增大,春玉米产量呈增加趋势,但255mm和300mm灌水量条件下的春玉米产量差异不显著。在地下水与微咸水灌溉条件下,灌水量为255mm时,土壤盐分累积较小,春玉米产量较高,土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势相对较小,是灌区适宜采用的灌溉定额。     

加气条件下土壤N2O排放对硝化/反硝化细菌数量的响应

为揭示加气灌溉及不同灌水量处理设施番茄地土壤N2O排放对土壤微生物的响应,于2016年8—12月在日光温室内进行试验,以充分供水的灌水量(W)为基准,设置0.6W、0.8W和1.0W 3个灌水定额,每个灌水定额又设置加气和不加气处理,共计6个处理:0.6W加气(AI0.6)、0.6W不加气(CK0.6)、0.8W加气(AI0.8)、0.8W不加气(CK0.8)、1.0W加气(AI1.0)和1.0W不加气(CK1.0)。结果表明,番茄生育前期,不同灌溉处理的土壤N2O排放通量呈下降的趋势;移植25 d后,N2O气体维持在较低且稳定的排放水平。与不加气处理相比,不同灌水定额的加气处理增加了土壤N2O排放,平均增加了4.7%;且随着灌水量的增加,土壤N2O排放也在增加,平均增加了1.9%,但处理间差异性均不显著(P0.05)。就番茄全生育期微生物数量均值而言,加气较不加气处理增加了土壤硝化细菌数量,平均增加了2.1%;但加气减小了土壤反硝化细菌数量,平均降低了9.7%(P0.05)。而随着灌水量的增加,土壤硝化细菌和反硝化细菌数量均逐渐增加(P0.05)。相关分析表明,土壤N2O排放与土壤水分和土壤温度呈极显著正相关关系(P0.01),与土壤反硝化细菌数量呈极显著负相关关系(P0.01)。试验结果为研究设施菜地土壤硝化和反硝化反应过程及氮循环奠定了理论基础。     

盆栽条件下不同灌水方式对移栽短季棉苗期生长发育的影响

为了明确不同灌水方式对麦后移栽短季棉缓苗进程的影响,在盆栽试验条件下,设置了滴灌、喷灌和地面灌溉3种灌水方式,研究了不同灌水方式下移栽短季棉苗期植株生长、耗水规律、根系生长、干物质累积及干物质水平上的水分利用效率(WUEm)。结果表明,3种灌水方式对短季棉苗期植株的地上部分生长没有显著影响;与地面灌溉方式相比,滴灌和喷灌灌水方式下短季棉苗期的耗水量分别减小了30.8%和14.4%;不同灌水方式的短季棉新生根数无显著性差异,但滴灌灌水方式显著提高了单株根长和根冠比,大幅度提高了WUEm。在不降低地上干物质生产的基础上,滴灌有效地促进了根系生长,为后期棉花营养生长和生殖生长奠定了良好的基础。     

秸秆还田配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响,于2023年开展大田试验,设置秸秆离田（S0,对照）、秸秆覆盖还田(S1)、秸秆旋耕还田（S2）3种秸秆还田方式,同时设置常规施加氮肥（N, 250kg/hm2）与不施加氮肥（W,0kg/hm2,对照）2种施氮模式,共计6个处理。测定不同处理下玉米生育期土壤CO2排放通量以及玉米收获后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）含量,探究土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量的关系,并分析黑土玉米田生态系统碳平衡状况。结果表明：各处理中土壤CO2累积排放量从大到小依次为S2N、S1N、S0N、S2W、S1W、S0W,其中S2N处理土壤CO2累积排放量较S0W处理显著增加70.31%（P<0.05）。在相同施氮模式下,秸秆还田能够有效增加SOC、DOC、MBC含量,且土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量呈正相关关系。不同秸秆还田方式配施氮肥下,S1N处理玉米产量最高,为13534.4kg/hm2,作物碳排放速率最低,为0.122kg/kg。不同秸秆还田方式配施氮肥下黑土玉米田生态系统碳平衡值均为正值,表现为较强的碳“汇”,其中S1N处理碳平衡值和土壤固碳潜力最大,较其他处理分别增加13.12%~94.05%、3.49%~25.32%。综上所述,在本试验条件下,秸秆覆盖还田+常规施氮（S1N处理）可以实现黑土玉米田土壤固碳减排和作物增产目的。