不同类型土壤大豆产量对增温2℃的响应差异

中国农业种植区是全球对气候变化较敏感的地区之一,不同类型土壤的温度敏感性对农田生产力与全球气候变化的反馈关系产生重要影响。为了揭示不同类型土壤大豆产量对未来大气温度增加的响应规律,本研究以常温为对照,采用红外辐射加热装置模拟大气增温2℃,研究增温对黑土、棕壤、盐碱土、风沙土、灰钙土、黄土、黄棕壤、紫色土、砂礓黑土、潮土、红壤和砖红壤上大豆产量的影响。结果表明：增温2℃促使红壤上大豆的一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数和总荚数显著增加,分别比对照处理增加152.3%、144.7%、206.9%和147.5%,但增温2℃使砂礓黑土上大豆瘪荚数增加42.8%。除了砖红壤上大豆的二粒荚数增加76.4%和紫色土上大豆总荚数增加50.5%,其它类型土壤上大豆荚数虽有变化,但均未达到5%的差异显著水平。此外,增温2℃显著提高了红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土上大豆的单株粒数,相应地,产量分别增加241.4%、59.2%、47.6%和75.2%。由此可见,中国主要农田土壤类型中红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土4种土壤上大豆产量及其产量构成因素对增温2℃响应敏感,且表现出正效应,其它8种类型土壤上大豆产量对增温2℃响应不敏感。表明大豆产量形成对大气增温的响应间接受到土壤类型的调控。     

不同生态恢复方式及施肥管理对退化黑土物理性状的影响

研究了不同生态恢复方式（苜蓿休闲、自然恢复、种植作物）和不同施肥管理（化肥＋有机肥、化肥＋秸秆还田、化肥、无肥）对退化黑土物理性状的影响。结果表明,与自然恢复相比,不同施肥管理对退化黑土物理性状改良效果皆较好,表现为容重减小,孔隙度、毛管持水量、最大持水量、田间持水量和水稳性团聚体含量增加,其中化肥与有机肥配施效果最好;而苜蓿休闲方式由于恢复年限较短,仅容重和孔隙度变化较明显。苜蓿和自然恢复对0-10cm土层的容重、总孔隙度、毛管持水量、最大持水量、田间持水量影响较大,而10-20cm土层由于恢复年限较短,变化不明显。0-20cm土层水稳性团聚体（〉0．25mm）含量和平均重量直径表现为不同施肥管理〉苜蓿休闲〉自然恢复。     

耕作模式对东北风沙土酶活性的影响

[目的]探讨不同集成耕作模式对东北风沙土土壤酶活性的影响。[方法]在东北风沙土区开展耕作模式的田间对比试验,以传统耕作模式(CT)为对照,研究3种集成耕作模式(ITP1、ITP2和ITP3)对风沙土土壤酶(脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶)活性、速效养分、有机质的影响及其相互之间的关系。[结果]与传统种植CT模式相比,ITP1模式显著增加脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,分别增加了68.57%、74.04%、31.44%和20.44%;ITP2模式增加脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性,但是降低过氧化氢酶活性;ITP3模式脲酶和蔗糖酶活性增加,过氧化氢酶活性降低。与传统种植CT模式相比,ITP1模式增加土壤速效养分(N、P、K)和有机质含量,ITP2模式显著增加土壤速效K和有机质含量,ITP3模式差异不显著。脲酶活性与土壤碱解氮、速效钾、有机质含量呈显著正相关;磷酸酶活性与土壤速效磷、有机质、碱解氮含量呈显著正相关。[结论]从耕作模式对土壤有机质含量、速效养分含量及酶活性影响的角度分析,ITP1模式最适合风沙土区玉米种植,ITP2模式次之,而ITP3模式不适合。     

增温背景下不同土壤对冬小麦产量品质影响评价

利用冬小麦品种‘镇麦168’,以黄棕壤、砂礓黑土、风沙土、红壤、潮土、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、砖红壤、盐碱土和棕壤共12种典型农田土壤为基质,在开放式增温系统开展模拟大气增温框栽试验。试验设置常温对照（CK）和增温1.5℃（eT）两个处理,增温处理为冬小麦全生育期增温。以成熟期冬小麦单穗粒数、千粒重等表征产量变化,籽粒淀粉、蛋白质及其组分等营养指标体现品质构成。结果表明：（1）全生育期增温分别使黄棕壤、风沙土、黑土、黄土、灰钙土和紫色土冬小麦较常温对照减产33.82%、20.96%、16.60%、55.92%、28.45%和21.19%,但潮土冬小麦增产16.13%(P<0.05),其他土壤条件下冬小麦产量无明显变化。（2）就冬小麦营养品质,直链淀粉和支链淀粉含量在增温作用下较常温对照存在不同程度下降,且直链淀粉降幅大于支链淀粉,在红壤、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、盐碱土和棕壤条件下冬小麦总淀粉含量显著降低（P<0.05）。籽粒蛋白质及其组分,清蛋白和球蛋白呈显著增加趋势,而醇溶蛋白和谷蛋白显著下降,且降幅大于前两者增幅,除红壤冬小麦总蛋白含量无显著变化以外,其他11种...     

生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响

[目的] 探讨生物炭对侵蚀黑土团聚体的修复效果,揭示生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响机制,为修复侵蚀黑土提供科学依据。[方法] 以侵蚀黑土为研究对象,研究未剥离农田（CK）、未剥离农田施生物炭（CK+BC）、模拟侵蚀土壤（RS）、侵蚀土壤施生物炭（RS+BC）4个处理生物炭对黑土团聚体的影响。[结果] 与CK处理相比,CK+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量增加了14.01%,RS+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量比RS处理增加了12.11%,生物炭提高了团聚体的几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量,增加了CK+BC和RS+BC两个处理的原土和>0.25 mm粒级团聚体中的土壤有机碳含量（SOC）,GMD分别与SOC和交换性钠呈正相关和负相关,且SOC对团聚体的胶结作用大于交换性钠的分散作用,提高了侵蚀黑土团聚体稳定性。[结论] 生物炭改善黑土侵蚀后的结构,促进了土壤团聚化,对侵蚀土壤具有良好的修复作用,是修复侵蚀黑土的有效措施。     

东北农田黑土N2O排放研究进展

农田是温室气体氧化亚氮（N2O）的重要排放源,位于东北地区的黑土地是我国重要的粮食生产基地。目前我国农田N2O排放增速正在放缓,但是东北黑土区仍在加快。针对我国东北黑土区的自身特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了黑土N2O排放特征、产生过程与影响因素。结果表明,东北农田黑土N2O-N背景排放量平均为0.56±0.29 kg·hm?2,施用化肥黑土N2O-N平均排放量为1.49±1.09 kg·hm?2,化肥氮诱导的N2O排放系数（EF）为0.45%±0.42%。与中国旱地和世界其他黑土区相比,东北农田黑土的背景排放量和EF均处于较低水平。这是因为在正常降雨条件下,东北黑土N2O主要是由硝化作用产生,反硝化作用受到活性碳缺乏的限制。冻融过程则可能促进反硝化作用进行,诱导春融期N2O出现爆发式排放。与我国其他农田相比,东北黑土N2O排放研究明显不足,今后应加强对不同区域黑土N2O排放的原位观测,阐明冻融过程N2O的产生机制,评估黑土N2O排放对气候变化的响应;同时应加强研究秸秆还田、有机肥施用等措施对N2O排放的影响效应,从而制定出黑土地质量提升和N2O减排的双赢措施。     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

大气温度和CO2增加对黑土有机碳稳定性的影响

[目的]从有机碳分子结构角度来揭示气候变化对黑土有机碳(SOC)稳定性的影响,阐明未来气候变化对黑土有机碳稳定性以及土壤肥力的影响。[方法]以中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验为平台,对当前大气温度和CO₂浓度(aTaCO₂),增温2℃和当前大气CO₂浓度(eTaCO₂),增温2℃和CO₂浓度增为(700±25)μmol/mol(eTeCO₂)3个处理条件下0—20 cm黑土耕层土壤的团聚体和密度组分的有机碳含量和红外光谱特征进行分析。[结果]与aTaCO₂相比,eTaCO₂和eTeCO₂均未对全土有机碳含量产生显著影响(p>0.05),但是eTaCO₂使<0.053 mm团聚体和闭蓄态轻组(occluded light fractionation, OF)中SOC含量分别增加了13.45%和52.89%(p<0.05...     

模拟降雨对稻田氮素损失修复效果的影响研究

为探索减少稻田氮素流失的有效措施，研究暴雨下不同修复方式对稻田氮素流失的影响。采用盆栽试验和人工模拟降雨的方式，设置2个降雨强度(4、80 mm/h)和3个田面水层深度(2、5、8 cm)，选取秸秆还田和生物炭添加2种修复措施，研究了降雨强度与修复措施对雨后和水稻不同生育期稻田氮素流失的影响。结果表明：在相同降雨量条件下，与对照处理(NPK)相比，模拟4 mm/h降雨后，添加秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度分别降低了15.1%和59.4%，然而，秸秆和生物炭处理田面水中NO₃^--N浓度略高于对照处理。当短时强降雨(80 mm/h)后，秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度比对照分别降低55.4%和63.9%,NO₃^--N浓度比对照分别降低了38.7%和48.1%。在2个降雨强度条件下，田面水中NO₃^--N和NH₄⁺     

增温对不同土壤上冬小麦保护酶活性的影响

为探究全球气候变暖背景下冬小麦生长发育情况，通过全生育期增温，研究温度升高对冬小麦叶片保护酶活性和产量的影响。2021年11月，在南京信息工程大学农业气象试验站进行框栽试验，以常温为对照（CK），以开放式增温装置模拟大气增温1.5℃（eT）条件，以在南移的黑龙江黑土、北移的海南砖红壤和江苏南京黄棕壤上生长的冬小麦为研究材料，以成熟期小麦株高、单穗粒数、千粒质量等指标体现生长量的变化，以拔节期和开花期冬小麦叶片的叶绿素（SPAD）和丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性等指标表征保护酶系统的变化。结果表明：全生育期增温使生长在黄棕壤、黑土和砖红壤上的小麦叶绿素含量分别显著减少了9.51%、19.03%和4.60%，使开花期MDA含量分别显著增加了10.59%、14.83%和13.72%，说明增温通过影响光合作用和膜脂过氧化衰减了叶片功能使开花期叶片SOD、POD和CAT活性显著升高，这表明冬小麦叶片在增温条件下仍保持了较高的抗氧化能力。相关性分析表明，开花期MDA含量、POD活性与产量指标呈显著负相关（P<0.05）。此外，全生育期增温显著降低了生长在黄棕壤和黑土上冬小麦的株高、单穗粒数和千粒质量，最终导致产量分别减少33.86%和16.53%，然而黑土上生长的冬小麦各参数对增温的响应程度低于黄棕壤。增温导致砖红壤上生长的冬小麦千粒质量有所降低，但是最终产量未达到5%的显著差异。综合而言，增温能通过降低光合作用、提升膜脂过氧化水平导致冬小麦生长减缓，且这种减缓作用在黑龙江黑土冬小麦上的效应较弱，但对黄棕壤上的冬小麦影响较大。