孔隙结构对水稻土温室气体排放的影响

土壤结构影响水分和气体的运动和土壤生物活动,进而影响稻田温室气体排放.为探明土壤结构对水稻生长过程中温室气体排放的影响,选取江苏宜兴的湖白土和江西进贤的红壤性水稻土进行盆栽试验.设置不搅动(NP)、搅动(PD)和搅动后掰土回填(RP)3个处理.应用X射线CT成像技术分析不同处理土壤孔隙结构,通过静态箱法测定水稻生长过程...     

增减施有机肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及胶结物的影响

利用具有35a的长期定位试验,在保证原定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或增施有机肥,分析增减施有机肥后耕层土壤团聚体稳定性总有机碳(TOC)及其组分和铁铝氧化物的变化与作用关系,探究胶结物对红壤性水稻土团聚体稳定性变化的影响。结果表明:化肥(CF)及常量有机肥(NOM)处理增施有机肥后,团聚体平均重量直径(MWD)变化不明显,易氧化有机碳(EOC)分别升高87.44%和20.53%;高量有机肥(HOM)及NOM处理减施有机肥后,MWD分别显著降低8.39%和6.80%,高改化(H-C)处理的TOC、轻组有机碳(LFOC)及粗颗粒态有机碳(cPOC)含量显著降低,而常改化(N-C)处理的TOC及其组分变化不明显。无论增施还是减施有机肥,铁铝氧化物含量的变化规律不明显。相关及结构方程模型分析表明,大于0.25mm团聚体含量是影响团聚体稳定性的唯一直接影响因素;影响MWD及大于0.25mm团聚体含量的效应系数由大到小依次为:易氧化有机碳、轻组有机碳、游离氧化铁、络合态铁。因此,大于0.25mm大团聚体在红壤性水稻土的团聚体稳定性中发挥主导作用,有机碳活性组分对大团聚体的形成与破坏具有重要影响。     

CO2浓度升高条件下不同程度豌豆蚜危害对紫花苜蓿叶片营养物质和次生代谢物质的影响

由于人类大量开采使用石油、煤炭、天然气等化石燃料,使大气CO₂浓度升高,这不但加速全球变暖,还将影响地球上动植物的生存和分布,从而对整个生态系统产生深远影响。为探明CO₂浓度升高与豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）虫口密度对紫花苜蓿（Medicago sativa）叶片内化学物质的影响,明确CO₂浓度升高和蚜虫密度在紫花苜蓿生理生化中的作用,试验在CO₂光照培养箱内设置380 μL·L^-1（对照）、550 μL·L^-1和750 μL·L^-1 3个CO₂浓度培育苜蓿幼苗并接入10日龄成蚜10头·株^-1、20头·株^-1、30头·株^-1,并以0头·株^-1作为空白对照,1周后测定植物体内营养物质和次生代谢物质含量。结果表明,随CO₂浓度升高,蚜虫密度为30头·株^-1时紫花苜蓿可溶性蛋白、可溶性糖以及淀粉含量均上升,在750 μL·L^-1 CO₂浓度下分别比CK上升11.62倍、0.49倍和0.24倍;黄酮、总酚和简单酚含量也显著上升。随蚜虫危害程度加重,同一CO₂浓度下紫花苜蓿淀粉、简单酚含量先上升后下降,高CO₂浓度蚜虫密度为30头·株^-1时比0头·株^-1时可溶性糖、总酚以及单宁含量上升1.66倍、1.49 mg·g^-1和1.09 mg·g^-1,差异均显著（P<0.05）。说明具有固氮作用的豆科植物更易于适应CO₂浓度升高的变化,从而在受到刺吸胁迫后增强自身诱导抗虫性以抵御害虫为害。     

基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

西双版纳长期橡胶种植对土壤固碳和氮的影响研究

为加强西双版纳地区环境友好胶园的建设,以不同林龄的橡胶林为研究对象,分析橡胶林生长过程中土壤碳氮含量与储量的变化。结果表明:在34年的橡胶种植过程中土壤碳、氮含量与储量均有不同程度的降低,碳分别减少3.33 g kg-1和21.23 t hm-2,氮分别减少0.20 g kg-1和1.3 t hm-2;土壤碳的消耗主要发生在橡胶林种植早期(≤9年林龄),橡胶种植9年以后土壤固碳量逐渐增加,并在21年林龄后达到相对稳定的状态;相比而言,土壤氮含量的降低持续时间较长(3~21年林龄),土壤容重轻微的变化即可对土壤氮储量产生影响,土壤氮储量随时间的变化没有明显的规律性;在1 m深土壤剖面上,土壤碳、氮的变化主要发生在30 cm以上的土层(每层按10 cm计);协方差分析表明,年干胶产量对土壤碳氮含量与储量没有显著影响,但在割胶初期(9年林龄)土壤碳氮含量均明显降低,割胶极有可能引起一些生理生态方面的变化,从而影响土壤的碳氮含量与储量。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。     

加工番茄连作对土壤理化性状及微生物量的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄土壤理化性状、微生物生物量和酶活性的影响。结果表明,随着连作年限的延长,土壤p H升高,全磷、速效磷及全钾含量呈先升后降的趋势,土壤容重无明显变化。连作7 a时土壤有机质、全氮及速效钾含量较对照分别下降了8%、21%和29%(p0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物商(q MB)呈显著下降趋势,与对照相比分别降低了52.3%、78.8%和48.2%(p0.01);微生物量磷(SMBP)呈先升后降趋势,连作3a时,SMBP含量达到最大值,是对照的1.65倍(p0.01)。土壤过氧化氢酶活性呈显著升高趋势,而脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶及磷酸酶活性的变化则相反。连作导致加工番茄产量显著下降,连作7 a时产量下降达34%(p0.01)。相关分析表明,p H、微生物量、q MB、酶活性及养分之间相关性极为密切,说明土壤微生物量和酶活性相结合,可以反映土壤质量的变化。加工番茄连作导致土壤p H和电导率升高,显著抑制了土壤微生物活性,降低了土壤肥力,最终造成产量下降,连作障碍明显。     

施用农家肥和化肥对盐碱地桑树生长和叶片光合日变化的影响

研究了施用化肥和农家肥对盐碱地桑树生长和叶片光合及叶绿素荧光日变化的影响,结果表明:盐碱地桑树的生长、光合和叶绿素荧光日变化明显受施肥的影响。施用化肥在一定程度上改善了盐碱地桑树的生长状况,但其作用效果没有农家肥明显。施用农家肥不但促进了桑树地上部生长,而且增加了桑树的根冠比,说明施用农家肥可促进盐碱地桑树根系生长。施用农家肥提高了盐碱地桑树叶片光合能力,表现在桑树的光合日积累量增加和光能原初转化效率提高,维持了盐碱地桑树叶片在中午时PSⅡ反应中心的活性,减缓了盐碱地桑树叶片中午的光抑制。施用农家肥桑树叶片在1天之中可以维持较高的气孔导度和蒸腾速率,以保证光合碳同化原料(CO2)的供应,且降低了桑树叶片中午时的叶面温度和叶片的卷曲程度,从而保持了叶片对光能的捕获和利用能力。     

镉污染下不同类型水稻土氮素供应特征及其影响因素

污染条件下的土壤氮素供应影响了作物生产和植物生态修复。采用温室盆栽试验,研究了两种剂量镉污染下我国21种水稻土无机氮的供应特征和影响因素。结果表明：淹水10天后,不同水稻土土壤溶液无机态氮含量变幅为1.42 ~ 70.40 mg/L （(平均值为16.76 mg/L）),其中NH4+-N和NO3--N分别占62.5% 和33.7%;与施肥对照相比,镉污染降低了大多数水稻土土壤溶液无机态氮的含量,平均降幅为58.4%,主要是由土壤溶液NH4+-N含量下降所致;土壤溶液NO3--N含量受镉污染的影响程度则因土壤类型而异。基于典范对应分析的偏因子分析（(VPA）)表明镉污染对水稻土土壤溶液无机氮含量的影响最大,其次是土壤类型,施肥影响最小,三类因子单独作用的影响比例分别为40.38%、6.51% 和0.05%。镉污染下,pH、CEC和土壤质地显著影响水稻土无机氮供应,其中土壤pH是镉污染条件下影响NH4+-N含量变化的首要因子。     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。