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。     

缺硼对脐橙幼苗硼分配及叶片细胞壁组分硼含量的影响

【目的】 硼在维持细胞壁正常结构方面具有重要的作用,前期结果证实缺硼严重的脐橙叶片细胞壁结构改变程度也更大,但这种变化与细胞壁组分中硼的含量变化是否有关尚不清楚。本研究通过分析缺硼对脐橙幼苗各部分硼分配及叶片细胞壁组分硼含量的影响,明确缺硼症状表现及细胞壁结构变化程度与细胞壁各组分中硼含量变化之间的关系。 【方法】 以纽荷尔脐橙幼苗为试材,利用营养液培养方法进行缺硼处理,测定根、砧木茎、接穗茎、上部叶、下部叶、叶片细胞壁以及细胞壁各组分硼含量的变化情况。 【结果】 缺硼处理9周后上部叶出现叶片卷曲及叶片失绿等症状,而下部叶没有出现任何可见的症状。缺硼处理的脐橙幼苗各部位硼含量和硼吸收量均显著降低,缺硼降低了硼向地上部的相对分配比例且上部叶受到的影响程度更大。在硼正常供应条件下,上部叶和下部叶游离态硼、原生质体硼和细胞壁硼的含量和相对分配比例没有显著差异,说明硼在不同类型脐橙叶片细胞各组分中的分配是相对稳定的。缺硼后水溶性硼 (包括游离态硼和原生质体硼) 在脐橙上部叶和下部叶中都降到极低的水平,尤其是原生质体硼百分含量下部叶甚至是低于上部叶的。缺硼后细胞壁硼占总硼的比例则由22%左右增加到80%以上。与叶片中硼含量的变化趋势一致,缺硼以后虽然上部叶和下部叶细胞壁硼含量都显著降低,但上部叶降低的程度远大于下部叶。进一步分析细胞壁组分硼含量变化,发现缺硼显著降低了上部叶细胞壁中离子结合态果胶硼含量而对下部叶的无明显影响,其他组分硼含量的变化趋势下部叶和上部叶一致。 【结论】 原生质体硼含量的高低并不是决定缺硼症状的主要因素,离子结合态果胶与硼的结合能力对缺硼条件下细胞壁的结构及缺硼症状表现起着至关重要的作用。      

黄土区退耕草地凋落物-土壤界面水分过程特征研究

为研究不同退耕年限草地下垫面层凋落物对土壤蒸发过程和表层土壤保水特征的影响,通过室内模拟试验,以黄土高原地区不同退耕年限草地凋落物质量为因子,依据野外退耕还草5a,15a,30a的草地凋落物覆盖特征,设3个凋落物处理水平,以裸地为对照,比较分析了不同草地枯落物特征对地表土壤界面的水分过程影响效应。研究结果表明:具有凋落物处理能够有效地延缓径流的产生,并能显著增加表层土壤持水量;凋落物持水量与凋落物质量呈显著线性正相关;在降雨后24h内,凋落物层抑制土壤蒸发作用比较明显;随着凋落物含量的增加,72h后表层土壤含水量显著提高。在黄土高原干旱半干旱地区,耕地退耕后凋落物的增加显著改善了地表土壤的持水能力,提高了表层土壤水分含量。     

低碳概念下武汉市生态足迹的动态分析与预测

社会的发展,使人类处于从工业文明时代迈向生态文明时代的转折期。大力倡导低碳经济,建设生态文明,成为这一时期的主旋律。以生态足迹模型为基础,对武汉市1996—2010年的人均生态足迹和人均生态承载力进行计算,并运用灰色系统GM（1,1）模型对2011—2015年的生态足迹状况进行预测。结果表明:（1）1996—2010年武汉市人均生态足迹有所增加;（2）可使用的人均生态承载力总体呈下降趋势;（3）武汉市一直处于生态赤字状态,生态压力指数持续较高;（4）2011—2015年武汉市人均生态足迹逐年增加,而人均生态承载力逐年减少,按照现行发展模式,到2015年,武汉市人均生态赤字率将达到253%。因此,大力推动低碳经济发展,建设资源节约型、环境友好型社会,已经成为武汉市可持续发展战略的重要组成部分。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤抗冲性研究

本文以紫色丘陵区坡耕地4种典型生物埂为研究对象,采用原状土冲刷水槽法系统分析各种生物埂的土壤抗冲性。结果表明:（1）各种生物埂径流含沙量随着冲刷时间的继续出现“先急剧减小后平稳减小直至稳定”的变化趋势。在冲刷0~3 min,各生物埂土壤的径流含沙量均较大,随后径流含沙量平稳变化并趋于稳定。（2）生物埂抗冲刷过程可划分为快速冲刷阶段（0~3 min）、慢速冲刷阶段（3~20 min）和平稳冲刷阶段（20~28 min）3个阶段。生物埂土壤抗冲性随着冲刷时间的增长而不断增强,两者之间可用幂函数表示,其R²值在0.848 7~0.989 9。（3）各种生物埂土壤抗冲性随着坡度的增大而降低,两者关系达到极显著水平（R²=0.790 7,N=12,p < 0.001）,可用幂函数表示。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地生物埂措施合理布置及其稳定性评价提供科学依据。     

龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

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)。     

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。     

不同水稳性团聚体测定方法的对比研究

水稳性团聚体是研究土壤肥力、质量及侵蚀强度的重要参考指标.研究目的不同,测定其含量的方法常常也不同.采用非真空快速浸润法、非真空快速滴水浸润法和非真空慢速气溶胶浸润法3种方法测定了黑土、褐土、黄土、红壤、紫色土共5种土壤的水稳性团聚体含量.通过配对样本t检验分析了各种方法的稳定性及不同方法的差异性.分析结果表明,非真空快速浸润法测定的各级团聚体含量和总含量均最小,非真空慢速气溶胶浸润法测定的各级团聚体含量和总含量均最大,非真空快速滴水浸润法则介于两者之间.分析了不同方法对团聚体的破坏机制及其适用范围,指出非真空快速浸润法、非真空快速滴水浸润法和非真空快速气溶胶浸润法对团聚体的破坏性呈减小趋势,它们分别适用于暴雨、中雨和小雨等情况.     

宝泉岭垦区农村居民点用地集约利用评价

运用层次分析法,结合多因素综合评价法、地理信息系统（GIS）技术对宝泉岭垦区农村居民点用地集约利用情况进行定量评价。结果表明:宝泉岭垦区所辖13个农场的农村居民点用地集约利用水平存在一定的差异,具体为:集约利用3个,适度利用6个,低度利用1个,粗放利用3个;垦区农村居民点用地集约利用仍有较大潜力。在充分考虑各级分区特征及主要限制因素的基础上提出了垦区土地集约利用的对策。研究结果可为其他垦区农村居民点用地合理利用提供参考。