Asymmetric warming effects on N dynamics and productivity in rice (Oryza sativa L.)

Climate warming exhibits strong diurnal variations, with higher warming rates being observed at nighttime, which significantly affects rice (Oryza sativa L.) growth and grain yield. The objective of this study was to determine the effects of asymmetric warming (all-day warming, AW; daytime warming from 07:00 to 19:00, DW; nighttime warming from 19:00 to 07:00, NW, and a control, CK) on rice nitrogen (N) dynamics and productivity. Two rice bucket warming experiments were performed in Nanjing in Jiangsu Province, China, using the free air temperature increase (FATI) technique. The daily mean temperatures in the rice canopy in the AW, DW and NW plots were 2.0, 1.1 and 1.3ºC higher than those in the rice canopy in the CK plots, respectively. The results indicated that the total N accumulation of rice was 8.27–40.53% higher in the warming treatment than in the control during the jointing, anthesis and maturity stages. However, there was no significant difference detected among the three warming treatments. The warming treatment substantially decreased N translocation efficiency, leading to the retention of more N in the plant stems during grain filling. The warming treatment also decreased the N harvest index, N utilization efficiency based on grain yield and N utilization efficiencies based on biomass in both growing seasons. The warming treatment significantly increased the aboveground biomass (9.26–16.18%) in the jointing stage but decreased it (2.75–9.63%) in the maturity stage. Although DW increased the carbon (C) gain by photosynthesis and NW increased the C loss by night respiration, the daytime higher-temperature treatment affected rice photosynthesis and reduced its photosynthetic rate and product. This effect may be one of the primary reasons for the insignificant difference in the aboveground biomass between the DW and NW treatments. In the AW, DW and NW plots, the grain yield was reduced by an average of 10.07, 5.05 and 7.89%, respectively, across both years. The effective panicles and grains per spike tended to decrease in the warmed plots, whereas irregular changes in the 1000-grain weight were observed. Our results suggest that under the anticipated climate warming, rice productivity would further decline in the Yangtze River Basin.     

基于土壤水分异质性的小麦滴灌试验小区布设方法

科学合理地确定适宜的试验小区规格,对于经济、高效地获取具有较高精度和代表性的试验数据具有重要现实意义.该研究以确定滴灌条件下适宜的试验小区规格为目标,采用幂函数建立土壤含水率方差与不同小区面积之间的相关关系,计算土壤水分异质性指数以表征试验小区内土壤含水率的相关程度;利用土壤含水率异质性指数,采用Hatheway法确定小麦滴灌试验小区适宜的面积和重复数;根据不同方向上土壤含水率异质性指数研究形状对试验结果的影响,确定试验小区适宜的长宽比.结果表明:增大试验小区面积可以提高试验数据的准确性,但不同面积区间数据离散程度的降低幅度变化较大:面积由1 m2增大到50~100 m2,灌水定额30 mm处理田块间土壤含水率方差降低77.4%~82.6%,灌水定额45 mm处理降低78.6%~83.7%,面积从100 m2增加到500 m2,方差降低幅度显著变小,灌水定额30 mm处理降低17.4%,灌水定额45 mm处理降低16.3%;增加试验重复数可以增加试验对处理间土壤含水率差异的区分能力,试验小区面积在50~100 m2时,重复数由2增加到3能检测出的处理间土壤含水率差异由23.2%~26.5%提高到13.1%~15.0%,表明增加试验重复数可以检测出试验处理间更小的土壤含水率差异,提高试验精度.通过研究滴灌试验小区土壤水分异质性指数与滴灌试验小区规格之间的关系,综合考虑试验精度、代表性和田间实际操作得出以下结论:若试验为高、低水2处理时,试验布设宜为3重复,每重复小区面积为50 m2,可在80%的概率下检测出15%的真实差异;若试验为高、中、低3处理时,试验布设宜为3重复,每重复小区面积为100 m2,可在80%的概率下检测出12%的真实差异.滴灌试验小区适宜的形状为沿滴灌带方向布设的长方形,长宽比在1:1到5:1之间可使试验小区所得数据更具代表性.     

风沙吹蚀与干湿循环作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀机理

针对风蚀区盐湖及盐渍土环境下服役的混凝土,配制满足特殊环境下工程要求的风积沙混凝土.分析风沙吹蚀与干湿循环耦合作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀的损伤过程,借助超景深三维显微镜、X射线衍射物相分析、核磁共振孔隙分析等手段探讨风积沙混凝土抗氯盐侵蚀耐久性机理.研究表明风沙吹蚀对混凝土表面产生破坏,干湿循环对混凝土内部造成损伤;风沙吹蚀对混凝土表面造成的“吹蚀坑”可为盐离子入侵混凝土内部提供“通道”;氯盐侵蚀后生成以Friedel盐为代表的腐蚀结晶物,可填充1～4 nm胶凝孔,消耗Ca(OH)2等有效物质,迫使4～10nm小毛细孔增多,随盐蚀损伤程度加剧,10～20 nm中毛细孔和20～100 nm大毛细孔向＞100 nm非毛细孔发展,非毛细孔彼此贯通产生裂纹,致使混凝土加速破坏.该研究可为风积沙混凝土在风蚀区氯盐环境下农业水利工程建设与应用提供依据.     

大都市边缘区三级基本农田集中保护区分级划定及调控机制

针对大都市边缘区城市拓展与农地保护矛盾尖锐、景观破碎化、权属细碎化、整体布局稳定性差等问题,开展三级基本农田集中保护区分级划定及调控机制研究,对大都市边缘区保红线保发展促集约促创新具有重要意义。该文以北京市昌平区为例,提出三级基本农田集中保护区划定的总体思路,构建基本农田集中保护区识别指标体系,划定基本农田集中保护区,并将基本农田集中保护区分为市区乡三级,在此基础上探讨基本农田集中保护区分级调控机制。研究划定了1个市级基本农田集中保护区、6个区级基本农田集中保护区、6个乡级基本农田集中保护区,规划土地整治复耕1 149.97 hm2,使单位基本农田经营规模提高到38.76 hm2,使3 hm2以下细小图斑降低至1.21%,实现了昌平区内96.63%的基本农田集中连片保护,建立了规划调控、用途管制、奖惩联动分级调控机制。研究结果可为国家制定基本农田保护区分级保护政策和开展同类研究提供参考,为地方政府提高基本农田保护区保护质量和管理效率提供思路借鉴。     

甘蔗切割器螺旋提升机构输送性能分析与改进

为改善甘蔗收割机物流系统的堵塞问题,以切割器螺旋提升机构为主要研究对象,通过仿真模拟分析与试验研究手段,探讨了摩擦系数等因素对甘蔗物流堵塞的影响,通过UG和ADAMS建立虚拟样机仿真模型,仿真结果表明,增大螺旋的摩擦系数可以提高甘蔗的输送速度,减少甘蔗平均滞留时间。高速摄影试验表明,螺旋选用摩擦系数大的轮胎胶作为覆盖层时、当切割器转速在750 r/min左右时,甘蔗的滞留时间较原钢筋螺旋缩短了17%左右,可以改进切割器物流系统堵塞问题。基于上述机理,设计了平面螺旋结构,其与甘蔗的接触方式由原来的点接触变为线接触,仿真分析表明,面宽为20 mm的螺旋与原圆柱型螺旋相比,甘蔗滞留时间缩短了32%,说明平面螺旋可以有效地抑制前端输送系统的堵塞现象;适当加宽螺旋提升机构的面宽有利于减少甘蔗滞留时间,单位时间内甘蔗输送更快、更稳定。该研究为后续试验研究及物理样机的改进设计提供了参考。     

不同年限毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的演变

应用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(real time fluorescent quantitative PCR,q PCR)方法研究了不同年限毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的变化。结果表明:土壤p H、有机质、有效磷、速效钾和铵态氮含量在马尾松林改造成毛竹林5 a后明显提高,而后逐渐降低,并趋于稳定;土壤固氮菌多样性和nif H基因丰度也呈现相似的趋势。条带测序分析表明,毛竹林土壤固氮菌均为不可培养的固氮菌,与慢生根瘤菌(Bradyrhizobium sp.)具有较高的相似度。冗余分析结果表明,不同栽培年限毛竹林地土壤固氮菌群落组成发生了明显变化,长期栽培毛竹林引起的土壤养分变化对土壤固氮菌多样性具有重要影响。     

太行山前平原典型灌溉农田深层土壤水分动态

该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变化规律。结果表明:土壤水分动态自上向下具有明显的分带性,0~800 cm土壤层水分动态可分为3层:0~200 cm为入渗-蒸发交替变动带(水分增长和消退的较快,土壤含水率变化范围为0.14~0.47 cm3/cm3,基质势变化范围为-628.21~0 cm,200~600 cm为非稳定入渗带(土壤含水率变化范围为0.04~0.41 cm3/cm3,基质势变化范围为-311.79~0 cm,土壤水势梯度有一定变化范围在0.1~5.61 cm/cm之间),600~800 cm为相对稳定入渗带(土壤含水率在0.03~0.35 cm3/cm3之间变化,基质势变化范围为-138.18~-45.57 cm,土壤水势梯度在单位势梯度左右浮动)。在土壤质地和土壤含水率(维持在田间持水量水平)的影响下,深层土壤层的湿润锋运动速率较快(0.13 m/d),表明地下含水层会迅速地响应地表水分输入(降水和灌溉)。结果可为太行山前平原典型灌溉农田地下水分及可持续利用提供科学依据。     

灌水控制下限对冬小麦产量和品质的影响

为制定冬小麦的优质高效灌溉指标,通过3个生长季（2005－2008年）的人工控水试验,研究了不同灌水控制下限对冬小麦生长、产量和品质的影响。结果表明,与对照相比,播种—拔节前期水分胁迫对冬小麦生长、产量及品质的负面影响不明显,且可节水11.68%～18.18%,水分利用效率提高8.33%～12.5%;拔节—抽穗前期水分胁迫对冬小麦生长的抑制作用最明显,使籽粒出粉率、蛋白质质量分数显著降低,面团形成时间和稳定时间显著缩短,产量降低6.56%～9.08%,但可节水24.29%～31.95%,水分利用效率提高6.19%～10.63%;抽穗扬花期水分胁迫对冬小麦生长没有明显影响,虽显著提高了籽粒蛋白质、湿面筋、氨基酸质量分数和出粉率,但减产9.96%～11.35%,水分利用效率仅提高了4.12%～5.62%;灌浆成熟期水分胁迫对冬小麦生长影响最小,籽粒蛋白质、湿面筋、氨基酸质量分数和出粉率均显著提高,但大幅度降低了产量,水分利用效率只提高了1.03%～5.95%。华北地区冬小麦优质高效节水灌溉指标是：播种—拔节前期、拔节—抽穗前期、抽穗扬花期和灌浆成熟期的灌水控制下限分别为50%、65%、70%和65%田间持水率。     

基于人粮关系的土地资源承载力研究

随着我国人口的不断增长,土地的承载能力和粮食安全问题越来越受到广泛的关注。本文从人粮关系角度出发,基于可持续发展基本理论,运用土地资源承载力(LCC)模型,以我国农业和人口大省河北省为例,对河北省土地资源承载能力进行了计算,并以土地资源承载指数(LCCI)为指标,以县级行政地区为单元划分了土地资源的人口承载力等级。结果表明,河北省68.71%的县域为粮食盈余区,17.01%的县域为人粮平衡区,其余14.28%的县域为粮食超载区。在此基础上对河北省具有代表性的县域单元进行了讨论,并提出了提高土地资源人口承载力的对策。     

江淮丘陵和黄河故道不同施肥处理葡萄园葡萄十星叶甲Oides decempunctata与其天敌的关系

在运用葡萄丰产栽培措施的同时,为合理保护和利用自然天敌进行葡萄十星叶甲的综合防治,对安徽省萧县和肥东县喷施钕肥、镧肥、醋肥和清水的葡萄园葡萄十星叶甲及其主要天敌进行系统调查,并用灰色系统分析法和生态位分析法对两者之间在数量、时间和空间格局等方面的关系进行分析。经综合排序,萧县十星叶甲主要天敌喷水处理区为龟纹瓢虫、草间小黑蛛和拟环纹狼蛛,喷醋处理区为拟环纹狼蛛、龟纹瓢虫和异色瓢虫,喷钕处理区为草间小黑蛛、异色瓢虫和龟纹瓢虫,喷镧处理区为龟纹瓢虫、异色瓢虫和草间小黑蛛。肥东县十星叶甲主要天敌喷水处理区为草间小黑蛛、八斑球腹蛛和拟环纹狼蛛,喷醋处理区为拟环纹狼蛛、草间小黑蛛和龟纹瓢虫,喷钕处理区为草间小黑蛛、拟环纹狼蛛和八斑球腹蛛,喷镧处理区为八斑球腹蛛、草间小黑蛛和拟环纹狼蛛。萧县和肥东县两地间各处理的十星叶甲主要天敌的种类和位次差异明显。喷水区两地相同的两种主要天敌是草间小黑蛛和拟环纹狼蛛,喷醋区两地相同的两种主要天敌是拟环纹狼蛛和龟纹瓢虫,喷钕区和喷镧区两地相同的主要天敌都是草间小黑蛛。