福建省几种主要红壤性水稻土的硝化与反硝化活性

在实验室培养条件下,研究了4种红壤性水稻土硝化和反硝化活性的差异。结果表明,氮肥在4种土壤中的硝化率差异极显著,表现为灰泥土>浅灰黄泥沙土>灰黄泥土>黄泥土,培养642h后硝化率分别为85.6%、24.3%、22.5%和6.7%。不同土壤的硝化率与土壤中硝化细菌数(主要是亚硝酸菌)显著相关(r2=0.95),pH值最高和最低的土壤其硝化率分别表现出最高和最低,但浅灰黄泥沙土在pH5.1条件下,硝化率可达24.3%。在施氮肥条件下,不同土壤的反硝化活性差异也极显著,其中黄泥土反硝化活性最高,氮肥反硝化损失量达25.16μgN·g-1土,占施氮量的12.12%,反硝化作用可能是该土壤氮肥损失的主要途径之一;另外3种土壤间反硝化活性差异不显著,氮肥反硝化损失量仅占施氮量的-0.15%～0.27%。反硝化菌数量与氮肥反硝化损失量之间无明显相关性。可以认为反硝化作用在不同类型土壤氮肥损失中的作用和贡献有很大差异。     

水稻土氮素硝化-反硝化损失的直接测定初报

在施用高丰度的~(15)N 标记 KNO_3和(NH_4)_2SO_4的水稻根箱试验中,采用直接测定 N_2+N_2O 释放通量(直接方法)和结合~(15)N 亏缺值(间接法或差值法)的方法,评价了北京和江苏水稻土硝化-反硝化脱氮损失状况。结果表明:施用硝态氮肥时,直接法测得的损失量为施入氮量的10.7%,间接法测得的损失量为87.5%;施用铵态氮肥时,两种方法测得损失量分别为加入量的0.26%～0.32%和38.9%～45.4%。两种方法测得结果表明了江苏和北京水稻土均具有一定的硝化-反硝化活性,差值法测得的硝化-反硝化损失量远高于直接法的测定结果,硝化-反硝化气体在土壤中滞留未能在本试验中得到证实。     

开放式空气CO2浓度增高(FACE)对水稻灌浆动态的影响

 【目的】揭示大气CO2浓度升高对水稻籽粒灌浆动态的影响。【方法】利用农田开放式空气CO2浓度增高（FACE，free-air carbon dioxide enrichment）系统，以武香粳14为供试材料，CO2浓度设正常CO2（Ambient）和高CO2（FACE，Ambient+200μmol•mol-1）2个水平，施N量设低氮、中氮和高氮（150、250、350 kg•ha-1）3个水平，测定各处理稻穗不同部位籽粒的灌浆进程，利用Richards方程拟合。【结果】（1）FACE处理明显提高了低氮水平实测最终米粒重，稻穗上、中、下部米粒增重分别为11.1%、10.9%和9.4%，全穗平均增重10.6%，而对中、高氮水平下粒重的影响较小；（2）FACE处理普遍提高了稻穗各部位籽粒灌浆的相对起始势；（3）FACE处理明显提高籽粒最大灌浆速率，低、中、高3种施氮条件下，全穗平均增幅分别为32.9%、36.9%和40.4%，稻穗上部籽粒增幅高于中、下部籽粒；同时明显提高了籽粒平均灌浆速率，低、中、高3种施氮条件下增幅分别为20.3%、25.8%和31.0%；（4）FACE处理总体上延迟了灌浆速率峰值出现的时间，最大灌浆速率时间的粒重增加，实灌时间缩短；从水稻籽粒灌浆阶段划分特征来看，FACE明显延长了灌浆前期持续时间，缩短了灌浆中期及后期持续时间。【结论】FACE处理提高了灌浆相对起始势、最大及平均灌浆速率，灌浆前期时间延长而灌浆中、后期时间缩短，总灌浆时间明显缩短，各粒位米粒重在低氮条件下明显增加而中、高氮条件下无明显变化。     

温度和水分对Lou土反硝化的影响

温度和水分是制约Ｌｏｕ土反硝化作用的主要因子：３０℃饱和含水量下因反硝化造成的Ｎ２Ｏ－Ｎ产率可达３６．４μｇ·ｇ＾－１；降低温度、水分，Ｎ２Ｏ产率激剧下降；低于５℃和调萎系数时，Ｎ２Ｏ－Ｎ产率接近１．０μｇ·ｇ＾－１。室温及５０％饱和含水量时，硫铵和硝铵因反硝化造成的氮素损失不足投入氮素约１％。Ｌｏｕ土发生反硝化的主要层次为２０ｃｍ的表层土壤；低于６０ｃｍ，反硝化产率极低。     

开放式空气CO2浓度增高条件下水稻土生理生化指标及微生物区系特征的研究

利用座落于江都市小纪镇良种场的FACE平台,研究了FACE条件下,不同氮素水平水稻土壤的生理生化指标及微生物区系特征。结果表明,高N水平下,FACE圈土壤微生物生物量碳、基础呼吸作用、脲酶活性、过氧化氢酶活性、氨化作用及放线菌数量都比对照高,而低N水平下,除真菌、放线菌数量以及氨化作用外,其他指标均比对照低。FACE条件下,高氮处理与低氮处理相比较,土壤微生物生物量碳、基础呼吸作用、脲酶活性、过氧化氢酶活性、氨化作用以及细菌数量分别提高610.57%、56.55%、24.32%、9.43%、1.09%和225%,供氮水平对FACE条件下水稻土生理生化指标以及微生物群落有调节作用。     

氧气对水稻土N2O排放和narG型反硝化微生物的短期影响

选取第四纪红土发育水稻土,在0%(厌氧)、10%(兼性厌氧)和21%(好氧)等3个O2体积分数及40%和60% 2种土壤含水量条件下进行室内培养,探讨O2含量对土壤N2O排放及narG型反硝化微生物种群丰度和群落组成的影响。结果表明：40%和60% 2种土壤含水量条件下,厌氧处理的N2O排放通量均最高,且60%土壤含水量处理下的N2O排放通量略高于40%土壤含水量处理的;方差分析表明,相比于土壤含水量,O2含量是制约土壤中N2O排放更关键的因子;微生物narG基因丰度与O2含量呈极显著(P<0.01)负相关,与N2O排放通量和土壤NO3––N消耗质量分数呈极显著(P<0.01)正相关,与土壤含水量呈正相关,但不显著;O2含量和含水量均会造成土壤narG型反硝化微生物群落组成差异,40%土壤含水量处理,OTU1882(Pseudolabrys)、OTU1510(分枝杆菌属)的占比较大,60%土壤含水量处理,OTU1593(地杆菌属)的占比较大,当土壤含水量一定时,同一培养时间厌氧处理的优势OTU1882和OTU1510相对丰度偏低,且变化幅度较大,其相对丰度与N2O排放通量呈负相关,其中OTU1882的影响显著(P<0.05)。可见,土壤O2含量通过调控土壤微生物的narG基因丰度和群落组成而调控N2O的排放。     

开放式空气中CO2浓度增高（FACE）对常规粳稻蛋白质和氨基酸含量的影响

为了明确未来大气CO2浓度升高对水稻蛋白质营养品质的影响,2009年利用稻田开放式空气CO2浓度增高(FACE,FreeAirCO2 Enrichment)系统,以武运粳21、扬辐粳8号和武粳15为供试品种,研究大田生长期CO2浓度升高200μmol.mol-1对常规粳稻蛋白质营养品质的影响。结果表明:大气CO2浓度增加使所有供试品种精米蛋白质含量平均下降5.6%,使氨基酸、必需和非必需氨基酸总量平均分别下降7.6%、6.7%和7.9%,均达极显著水平。大气CO2浓度增加使供试品种精米必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著增加,使非必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著下降,但对精米中必需和非必需氨基酸的相对含量无显著影响。从氨基酸组分看,大气CO2浓度增加使供试品种精米中7种必需氨基酸和8种非必需氨基酸的含量均显著或极显著下降。CO2处理与品种对精米蛋白质含量、氨基酸总量、必需和非必需氨基酸总量以及部分氨基酸组分有一定的互作效应,武运粳21上述参数对高浓度CO2的响应大于扬辐粳8号或武粳15对应参数的响应。以上结果说明本世纪中叶大气中的CO2浓度将使粳稻蛋白质营养品质下降,不同品种下降幅度存在一定差异。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻磷吸收利用的影响

在大田栽培条件下,研究自由空气中CO2浓度增高(FACE)200μL·L-1时对水稻磷吸收利用的影响。结果表明:FACE处理后,水稻不同生育时期植株的含磷率(除移栽后28d外)和磷累积量显著提高;增加施氮量,抽穗期磷累积量显著提高。FACE处理后,磷干物质生产效率、磷籽粒生产效率略有下降,磷收获指数显著下降;施氮量对FACE处理与对照植株含磷率、磷干物质生产效率、磷籽粒生产效率、磷收获指数无显著影响。     

水稻磷素对开放式空气CO2浓度增高响应的研究

2001～2003年利用农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台，研究FACE对武香粳11号不同生育时期磷素含量、吸收、分配及其效率的影响。结果表明：①FACE处理使水稻不同生育时期植株磷素含量增加，增幅为2．48％～18．84％；②FACE处理使水稻不同生育时期磷素积累量显著或极显著增加，增幅为28．74％～59．11％，生育前期的增幅明显大于生育中、后期；⑧FACE处理对水稻抽穗前磷素在叶片、茎鞘中的分配比例无显著影响，但使抽穗后磷素在稻穗中的分配比例明显减少，在叶片和茎鞘中的分配比例明显增加；④FACE处理使水稻不同生育时期磷素物质生产效率增加，增幅为2．53％～16．58％；⑤FACE处理使水稻磷素籽粒生产效率和收获指数下降，降幅分别为6．53％～15．51％和1．48％～9．04％。     

磷化氢对反硝化的影响

本文通过分批试验,研究了磷化氢对反硝化的影响.当NO3--N浓度较低(70mg/L和140mg/L)时,高浓度(0.5mL/L和0.971 mL/L)磷化氢可对硝酸盐转化产生抑制作用;但当NO3--N浓度较高(210mg/L和280mg/L)时,高浓度磷化氢对硝酸盐转化的抑制不明显,提高硝酸盐浓度可缓解磷化氢的抑制效应.磷化氢对反硝化反应的抑制可能是竞争性抑制.磷化氢对反硝化菌的生长也有抑制作用;抑制效应随时间的延长而增强.     

FACE条件下O3浓度增高对小麦产量和籽粒充实的影响

 【目的】探讨近地层大气O3浓度增高对小麦生产的影响。【方法】2007—2009年度应用FACE研究平台,以O3自然浓度(A-O3)为对照,设计O3浓度增高50% (E-O3)进行对比试验,采用烟农19、扬麦16、嘉兴002、扬麦15和扬辐麦2号等5个品种为对象,研究大气O3浓度增高50%对不同基因型小麦品种籽粒产量及其构成因素的影响。【结果】O3浓度增高显著降低小麦籽粒产量,降幅为10.10%—34.51%,平均为19.74%,品种、年度间存在显著或极显著差异。O3浓度增高条件下千粒重降低17.88%(10.16%—29.47%);每穗粒数下降3.47%(-1.53%—11.90%),但穗数平均较对照增加0.95%(-14.58%—23.74%),处理、品种和年度间存在显著或极显著差异。O3浓度增高50%使籽粒长、宽、厚和籽粒体积分别减小0—4.16%、7.95%—20.24%、2.66%—11.00%和8.5%—31.5%;皱缩指数增大0.23%—36.66%,籽粒灌浆速率降低,籽粒充实度变化为-21.40%—3.76%,最终导致粒重降低。【结论】FACE条件下O3浓度增高使籽粒灌浆物质来源不足,籽粒库容变小,充实度降低,粒重变小,最终导致小麦籽粒产量下降。     

FACE水稻氮素动态的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高(FACE)对水稻氮素动态的影响,借助目前我国惟一的FACE技术平台,以武香粳14为供试品种,设置不同施N量处理,研究了大气CO2浓度比对照高200μmol.mL-1的FACE处理对水稻N素吸收利用动态的影响。结果表明,FACE处理使水稻各生育期N素累积量增加,而使含N率下降;增施N肥使FACE及CK条件下的N素累积量均有不同程度的增加。在此基础上建立了相应的模拟模型,模型以时间为驱动因子,描述了水稻N素累积量及含N率随移栽天数的动态变化过程,对CO2浓度增加及常规条件下水稻N素的动态变化均有很好的拟合性。通过不同年份试验数据对模型的检验,结果表明模型的预测性能好,具有很好的适用性。     

FACE水稻叶面积指数的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高（FACE）对水稻叶面积动态的影响,借助我国的稻/麦FACE技术平台,以武香粳14为供试品种,设置不同施N量处理,对FACE条件下水稻LAI动态进行研究,并构建了相应的模拟模型。模型以时间为驱动因子,以水稻叶片干物重（LDMW）及比叶重（SLW）为研究对象,确立了LAI随LDMW及SLW的动态变化过程。模拟结果表明,大气CO2浓度增加后水稻叶片干物重随之增加,而比叶重保持不变,因此LAI相应增加,施N量越大这种趋势越明显。通过不同年份试验数据对模型的验证,表明模型拟合程度高,具有较好的适应性和预测性。     

水稻结实期剑叶叶绿素含量和组成对FACE的动态响应

利用农田开放式空气CO_2浓度增高(FACE,free-air carbon dioxide enrichment)系统,以武香粳14为试验材料,CO_2浓度设正常CO_2(AMB)和高CO2(FACE,AMB 200μL·L~(-1))2个水平,施氮量设低氮(LN,150kg·hm~(-2))和高氮(HN,350kg·hm~(-2))2个水平,研究CO_2与N的互作对水稻结实期剑叶叶绿素a、b、a b含量以及叶绿素a/b值的影响。结果表明,不同施氮量平均,水稻抽穗后5d和10d,FACE处理剑叶叶绿素a、b以及a b含量平均较AMB增加2.8%￣3.9%、2.8%￣5.7%和2.9%￣4.3%,而抽穗后15￣25d,FACE处理剑叶叶绿素含量分别较AMB下降2.2%￣3.3%、4.6%￣10.9%、3.7%￣4.7%;对剑叶叶绿素a/b值而言,抽穗后5￣10dFACE处理较ABM下降了1.6%￣3.3%,但使抽穗后15￣25d增加了2.5%￣7.8%;与LN相比,HN处理提高了FACE水稻结实前期剑叶叶绿素a、b及a b含量的增幅,但使结实中后期的降幅变小;与此同时,HN处理使结实前期FACE水稻剑叶叶绿素a/b值的下降幅度增加,但使结实中、后期的增加幅度下降。上述结果说明,未来大气高CO2浓度情形下,水稻灌浆前期叶片的光合能力增强,但灌浆中后期稻叶的衰老加快;增施氮肥,可以促进水稻灌浆初期稻叶叶绿素含量的提高,延缓灌浆中、后期稻叶叶绿素含量的下降。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻茎蘖动态影响的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高（FACE）对水稻茎蘖消长的影响,借助目前我国惟一的FACE技术平台,通过不同的N肥处理,对FACE条件下水稻茎蘖消长的动态进行了模拟研究并建立了相应的模型。该模型由茎蘖增长动态和茎蘖消亡动态两部分组成,以时间为驱动因子,描述了水稻茎蘖数随移栽后天数的动态变化过程,对常规及CO2浓度增加条件下水稻茎蘖的变化均有很好的拟合性。通过相关试验数据对模型的检验,结果表明模型的拟合程度高,具有很好的适用性。     

FACE对武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响

开放式大气CO2浓度增加(Free-air CO2 Enrichment,FACE)的处理普遍降低了作物含氮率,研究作物体内各种氮形态尤其是可溶蛋白的含量特征,对于解析FACE条件下氮代谢机制具有重要意义。在大田栽培条件下,研究了开放式大气CO2浓度增加200μmol.mol-1的处理对粳稻品种武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响。结果表明:(1)FACE处理显著增加了高、中氮水平下抽穗期顶叶的可溶蛋白含量,增幅分别为4%和7%,相反,不同氮水平下成熟期顶叶可溶蛋白含量显著低于对照,而拔节期及孕穗期顶叶可溶蛋白含量与对照无显著差异;(2)FACE处理显著提高了高、中氮水平下抽穗期倒二叶可溶蛋白的含量,增幅分别为16%和14%,但明显降低了不同氮水平下拔节期、孕穗期和成熟期倒二叶可溶蛋白的含量;(3)FACE处理显著提高了拔节期、孕穗期和抽穗期根系可溶蛋白的含量,增幅分别达18%、19%和12%,而成熟期根系可溶蛋白含量与对照无显著差异;(4)CO2和N处理对水稻拔节期、抽穗期和成熟期倒二叶以及抽穗期剑叶可溶性蛋白含量的互作效应均达显著或极显著水平。在此基础上,对FACE条件下功能叶片及根可溶蛋白含量变化的可能机制进行了讨论。     

大气CO2浓度升高对水稻伤流液中矿质元素的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE平台技术,用伤流液的方法研究了在低氮和常氮两种水平下,大气CO2浓度升高对水稻在分蘖期、抽穗期和乳熟期的伤流量及其伤流液中矿质元素的影响,并阐述在FACE条件下,植物对矿质元素吸收的差异。结果表明,在分蘖期和乳熟期,FACE和N肥处理对伤流量没有显著性的影响;在抽穗期,FACE处理明显高于对照。FACE处理降低了伤流液中Ca、Mg、Si的浓度,但却增加了P的浓度,对K、Mn、Zn没有显著性的影响。在抽穗期,FACE处理显著增加了Ca、Mg、P、K和Mn在单位时间段内的吸收量;在分蘖期和乳熟期,FACE处理对Ca、Mg和Si的吸收量却有降低的趋势。     

开放式空气CO2浓度升高对中筋小麦扬麦14产量形成的影响

利用我国农田开放式空气CO2浓度增高（free-air CO2 enrichment,FACE）研究平台,研究大气CO2浓度增高对中筋小麦扬麦14号产量和产量构成因素的影响。结果表明,FACE处理显著增加小麦产量,平均增产13.83%;使小麦单位面积穗数、毎穗粒数和千粒重分别比对照增加8.14%、5.39%和2.7%,增产作用为穗数〉每穗粒数〉千粒重;FACE处理使小麦最高分蘖数、分蘖成穗率增加5.51%和7.02%,显著增加小麦成熟期生物产量,增幅达12.10%,使小麦经济系数增加8.77%。     

FACE对水稻产量形成的影响及其原因分析

2001～2003年,在大田条件下以武香粳14号为供试品种,设计高、中、低氮处理,研究开放式空气CO2浓度增加(FACE)200μmolmol-1对水稻产量形成的影响及其原因。结果表明,FACE处理使水稻产量平均比对照增加12.8%,其中2001、2002和2003年增幅分别为10.8、14.1和13.6%,高、中、低氮处理的增幅分别为17.6、12.4、10.9%,均达到显著或极显著水平;FACE和氮处理对水稻产量的互作效应,2001、2002年达到显著水平,产量最高的处理组合为FACE×NN;FACE处理使水稻穗数平均比对照增加18.8%,每穗颖花数平均比对照减少7.6%,均达极显著水平;FACE处理使水稻生物产量平均提高16.2%,达极显著水平,使经济系数下降但未达到显著水平。进一步研究表明,FACE处理使水稻穗数极显著多于对照是因其分蘖发生速度快,最高分蘖数多所致,而不是其分蘖成穗率高的缘故;FACE处理使水稻每穗颖花数极显著少于对照是因其分化颖花的大量退化所致,而不是分化颖花数少的缘故。