水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

辽宁地区两种菊科入侵植物与本地植物光合特性比较

为明确外来植物生理生态学性状及其与其强入侵性的关系,本研究采用野外原位气体交换参数测定的方法,分析了菊科入侵植物豚草、三裂叶豚草与其共生本地植物紫菀光合特性和叶片性状的差异。结果表明,豚草、三裂叶豚草、紫菀3种植物的光饱和点(LSP)均高于800μmol·m~(-2)·s~(-1),且两种入侵植物的LSP显著高于紫菀,表观量子效率(AQY)则显著低于紫菀;3种植物的最大净光合速率(P_(nmax))大小顺序为豚草三裂叶豚草紫菀,其中,豚草和三裂叶豚草的P_(nmax)分别比紫菀高出151.28%、82.80%,且差异显著。两种入侵植物的比叶面积(SLA)、叶片的单位质量氮含量(N_(mass))、叶片单位质量磷含量(P_(mass))、光合能量利用效率(PEUE)、光合氮利用效率(PNUE)均显著高于紫菀,但3者叶片单位质量建成成本(CC_(_(mass)))差异不显著。综上所述,辽宁的两种菊科入侵植物相对于本地共生种来说有着较高的气体交换参数和叶片特性指标,且其光合特性和叶片特性也存在着密切的联系,表现在这些菊科入侵植物有着更高的P_(nmax)、PNUE、PEUE和水分利用效率(WUE)等光合特性指标和能量利用指标,使得入侵植物能够更有效地捕获和利用环境资源,成为其得以成功入侵的原因之一。     

化控剂对冬小麦茎秆抗倒性能、植株整齐度及产量的影响

2008/2009、2009/2010年度两个冬小麦生长季分别在田间设置3个化控处理试验,于冬小麦起身期（3月1日前后）进行喷雾处理,处理1喷多效唑（PP333,15%粉剂）、处理2喷矮壮素（CCC,50%水剂）,用量分别为600g·hm-2和1000mL·hm-2,处理3将多效唑和矮壮素浓度减半并复配后进行喷施（P+C）,以喷清水为对照（CK）,于乳熟期对不同处理小麦的株高、重心高度、基部第二节间长度、直径、厚度、充实度和机械强度及小麦基部第二节间的木质素含量、纤维素含量、含氮量和碳氮比（C/N）进行观测,于成熟期调查各小区实际倒伏面积,计算抗倒指数和倒伏率,通过考种分析小麦产量和植株整齐度的关系。结果表明：在控制株高、基部第2节间长度和重心高度以及增加基部第2节间直径、厚度、充实度和机械强度方面,P+C处理最优,其次为PP333和CCC处理。在反映基部第2节间抗倒性能的生化指标如纤维素含量、木质素含量、C/N和含氮量指标方面,也以P+C最优,PP333次之,CCC较差。在抗倒伏方面,P+C处理的抗倒指数最高,田间未出现倒伏现象,其次为PP333处理,田间亦未出现倒伏,CCC抗倒指数最低,2008/2009和2009/2010年度两个小麦生长季田间倒伏率分别达到11.3%和6.7%。在大田长势均匀度方面,P+C处理的作用最强,显著高于CK,其次为PP333,CCC略差。在产量方面看,也表现出同样的规律,而且各处理小麦株高、穗长、每穗小穗数、穗重整齐度与产量间均呈极显著正相关关系。说明多效唑与矮壮素配合施用处理可显著提高大田小麦的长势均匀度并进而提高产量。     

硝普钠对黄瓜幼苗缺镁和硝酸盐胁迫的缓解效应

【目的】设施栽培中土壤次生盐渍化严重,导致植株出现缺镁失绿症状。通过研究硝酸盐胁迫下外源NO供体(硝普钠,SNP)对缺镁黄瓜幼苗生长的影响,探究硝酸盐胁迫下外源NO对缺镁黄瓜幼苗的胁迫缓解效应,为解决设施生产中黄瓜幼苗的缺镁失绿症状提供理论指导。【方法】采用水培的方式培养黄瓜幼苗,幼苗长至三叶一心时进行处理。营养液采用山崎配方,镁离子浓度设两个水平为2 mmol/L(正常浓度)和1 mmol/L(缺镁胁迫);硝酸盐浓度设两个水平为14 mmol/L(正常浓度)和140 mmol/L(硝酸盐胁迫);硝酸盐和镁正常浓度为对照。用0.1mmol/L SNP分别缓解缺镁胁迫、硝酸盐胁迫以及缺镁和硝酸盐双重胁迫,用0.1 mmol/L SF(铁氰化钠)处理,观察SNP反应产物的影响;NO-3由Ca(NO3)2·4H2O和KNO3提供,各占1/2,p H由H2SO4调节,保持在5.5 6.5。【结果】1)缺镁胁迫下,黄瓜幼苗株高和叶面积增加值、干物质增长量较正常处理的黄瓜幼苗显著降低;电解质渗漏率、丙二醛含量和可溶性蛋白含量较正常处理的黄瓜幼苗显著升高。缺镁处理的黄瓜幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光及抗氧化酶活性与正常处理的黄瓜幼苗相比明显降低。2)硝酸盐胁迫下,黄瓜幼苗株高和叶面积增加值、干物质增长量、黄瓜幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光及抗氧化酶活性较正常处理的黄瓜幼苗显著降低;电解质渗漏率、丙二醛含量和可溶性蛋白含量较正常处理的黄瓜幼苗显著升高。3)缺镁和硝酸盐双重胁迫下,黄瓜幼苗的相关生长指标和抗逆指标较正常处理的黄瓜幼苗降低或增大更为显著。4)缺镁胁迫,硝酸盐胁迫以及缺镁和硝酸盐双重胁迫下,外施0.1 mmol/L SNP处理的黄瓜幼苗,株高和叶面积增加值、干物质增长量、幼苗根茎叶中镁离子含量、叶片光合色素含量、光合特性指标、叶绿素荧光、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性较未添加SNP处理的黄瓜幼苗显著提高,电解质渗漏率和丙二醛含量则明显降低。外施0.1 mmol/L SF则没有表现出明显的作用。【结论】硝酸盐胁迫下缺镁黄瓜幼苗生长受到明显抑制,出现失绿症状,通过添加0.1 mmol/L SNP,黄瓜幼苗的生长抑制得到明显缓解,说明在硝酸盐胁迫下外源NO对缺镁黄瓜幼苗的胁迫有显著缓解作用,增强黄瓜幼苗的耐盐性和对镁的吸收能力。     

黄瓜砧木对南方根结线虫生长发育的影响及其与根系分泌物的关系

黄瓜是设施主栽蔬菜,长期连作导致根结线虫病发生和危害加重;嫁接是提高黄瓜对根结线虫抗性的有效手段,但不同砧木品种间存在差异。为探明嫁接提高黄瓜抗根结线虫能力的机制,试验选用不同抗性的砧木品种‘云南黑籽南瓜’(低感)和‘甜砧南瓜’(高感),以‘新泰密刺’自根黄瓜为对照,采用人工接种,研究了黄瓜砧木对南方根结线虫生长和繁殖的影响,并探讨了根系分泌物与线虫卵孵化的关系。结果表明:线虫侵染初期,3个品种根内的二龄幼虫(J2)数差异显著,‘云南黑籽南瓜’最少,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最多;侵入根内的J2均能正常发育为成虫,根内线虫总数以‘云南黑籽南瓜’最少,‘新泰密刺’最多;根际J2数量以‘新泰密刺’最多,‘云南黑籽南瓜’最少;发生二次侵染前,根际卵粒数呈现出相同的特点。黄瓜及其砧木根系分泌物明显影响根结线虫卵的孵化,孵化率以‘云南黑籽南瓜’最低,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最高;接种根结线虫后,根系分泌物影响下的卵孵化率较未接种时明显增加,‘新泰密刺’增幅最大,‘云南黑籽南瓜’增幅最小;随着生育时间延长,三者根系分泌物对卵孵化的促进作用逐渐增强。低感砧木根系分泌物对南方根结线虫卵孵化具有明显的抑制作用,可显著降低线虫在其根内及根际的发育,可能是抗线虫的机制之一。     

改进施氮运筹对水稻产量和氮素吸收利用的影响

【目的】秸秆还田不仅可改良土壤和增加土壤有机质,还能提高作物产量和品质。但秸秆还田后,土壤有机酸积累和微生物固氮,抑制水稻前期生长。在长江流域稻麦两熟地区,当地农户往往通过增加施氮量来解决秸秆还田的负效应,造成肥料浪费和氮污染。因此,探索研究秸秆还田条件下水稻优化的氮肥运筹措施,阐明水稻产量形成和氮素吸收与利用对氮素响应特征,对于提高水稻产量和氮素利用效率具有重要意义。【方法】2012 2013年,以超级粳稻武运粳24号和宁粳3号为材料,在江苏省兴化市进行大田试验,在秸秆全量还田条件下,设置常规施氮300 kg/hm2(N1)、增加施氮量345 kg/hm2(N2)和常规施氮运筹(CFP,基肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶3∶4)、改进施氮运筹(MFP,基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3),以无氮处理为对照,研究施氮量和氮肥运筹措施对水稻产量及其产量构成、干物质积累、氮素积累、氮素吸收速率和氮肥利用效率的影响。【结果】随着氮肥水平提高,水稻穗数显著增加,每穗粒数、结实率和千粒重下降,最终增产不显著。与常规施氮运筹比较,改进氮肥运筹显著增加穗数,显著提高群体颖花量并增产,在N1水平下,改进施氮运筹增产幅度为5.18%7.10%,高于N2水平的2.70%4.29%。随着施氮量增加,水稻分蘖中期、拔节期、移栽期至分蘖中期、分蘖中期至拔节期干物质积累量、氮素积累量显著增加,最终成熟期干物质积累量和氮素积累量有所增加,但差异不显著,而氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和氮偏肥生产力显著下降。与常规氮运筹处理相比,改进氮运筹显著增加水稻移栽期至分蘖中期干物质积累量、氮素积累量和氮素吸收速率,增加成熟期干物质积累量和氮素积累量,提高氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率和氮偏肥生产力,在N1水平下成熟期干物质积累量和氮素积累量分别增加6.52%和5.55%,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率和氮偏肥生产力分别提高13.36%、8.55%、4.44%和5.29%,差异均达显著水平。【结论】秸秆全量还田条件下,增加氮肥用量水稻增产不显著,且氮肥利用效率低。不增加氮肥用量,通过适当提高基肥比例(基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3),可实现提高水稻产量、干物质积累量、氮素积累量和氮肥利用效率。     

氮肥形态对香蕉种植土壤中氨氧化细菌与古菌的影响

氨氧化微生物通过影响氮素在土壤中的转化而间接影响作物对不同氮素形态的吸收。因此,本实验采集了海南省种植香蕉的滨海土壤,通过施用硫酸铵和硝酸钙,研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量与群落的变化,并测定了香蕉的生长与氮营养状况。通过构建氨氧化细菌和古菌的功能基因amo A文库后发现:施用硫酸铵的土壤中AOB的amo A基因拷贝数显著高于施用硝酸钙的土壤和不施肥的土壤,而AOA的拷贝数低于硝酸钙与不施肥处理。但是氨氧化古菌AOA的绝对数量都高于AOB。施用硫酸铵的土壤中AOB的群落多样性和丰富度明显增加,而施用硝酸钙的土壤却没有发生显著变化。施用硫酸铵和硝酸钙的土壤中AOA群落结构相似,但丰富度和多样性均高于不施肥处理。从施肥效果看,相比硫酸铵,硝酸钙显著提高了香蕉植株的生物量和全氮含量。上述结果表明,在南方酸性土壤中AOA占优势,虽然施用铵态氮肥可以促进AOB的丰度与多样性,但是很可能会抑制AOA的数量。因此,在海南滨海土中施用铵态氮肥后,通过硝化作用以满足香蕉吸收硝态氮的需求达不到理想的效果,应直接补充硝态氮肥来促进香蕉生长。     

适应玉米的溶磷细菌筛选及其对玉米生长的影响

从石灰性土壤中分离获得4株高效溶磷细菌X5、X6、Z4和Z8,研究其生物学特征,探索其单独及复合的溶磷促生潜能。研究发现菌株X5、X6、Z4和Z8均可以利用玉米根系分泌物作碳源生长。菌株X6和Z4均能产生吲哚乙酸(IAA)和铁载体,菌株Z8可产生IAA不产生铁载体,菌株X5可产生铁载体不产生IAA。盆栽试验结果表明,接种单一溶磷菌及4株菌复合处理均可促进玉米生长,但复合菌群的溶磷促生效果显著高于单一菌株。通过16S r RNA基因序列分析研究菌株的分类地位,初步鉴定X5、X6、Z4、Z8分别为荧光假单孢菌(Pseudomonas fluorescens)、草假单胞菌(Pseudomonas poae)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。     

不同干扰方式对桂西北灌草植被物种多样性和生产力的影响

灌草植被在生态系统功能的维持中发挥着重要作用,不同的干扰方式可能改变退化土地灌草植被的多样性及其分布格局,甚至多样性与生产力的关系。以未受干扰的植被作为对照,研究放牧和火烧两种主要干扰对桂西北灌草植被的物种多样性和生产力的影响,并分析了两者之间的关系。结果表明:放牧和火烧处理均降低了灌木的物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数,但放牧处理的均匀度指数与对照相比无显著差异,火烧处理反而显著增加了其均匀度指数。对草本而言,放牧不影响物种丰富度指数,但显著降低了Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数;火烧显著降低了物种丰富度指数,但不影响Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数。与对照相比,放牧和火烧均降低了灌木的地上和地下部分生物量,但两者对草本的地上和地下生物量却产生了正面影响或无影响。此外,这两种干扰方式对灌木和草本多样性与生产力间关系的影响具有不一致性。     

基于碳足迹和碳承载力的新疆碳安全评价

[目的]探索新疆碳足迹和碳承载力的的变化,评价其碳安全程度,为新疆低碳经济的发展提供理论依据。[方法]利用碳足迹理论对新疆2000—2014年的碳足迹、植被碳承载力、净碳足迹进行计算分析,并利用碳压力指数(CTI)构建了碳安全评价模型。[结果]新疆碳足迹呈上升趋势,从2000年的1.08×108 t上升到2014年的5.04×108 t,其中化石能源碳足迹占总碳足迹的比重达到96%;碳承载力不断增加,草地固碳量所占的比重最大,其次是森林、农田、园地和城市绿地;人均净碳足迹、碳压力指数均呈现增长趋势,导致新疆碳安全程度不断下降,从2009年开始就处于极不安全的状态。[结论]化石能源消费的增加是导致新疆碳足迹升高和碳安全程度下降的主要原因,虽然其能源利用率不断提高,但在未来一段时间仍然面临严峻的生态环境问题。