不同高度层冬小麦叶片水分利用效率对CO2浓度变化的响应

大气CO2浓度升高会给地球生态系统带来一系列环境问题,植物能够通过气孔调节光合作用和蒸腾作用,对环境变化做出响应。本研究以评价植物光合作用和蒸腾作用相互关系的指标水分利用效率为切入点,以冬小麦为研究对象,在灌浆期将冠层按距离地面高度分上、中、下三层,采用LI-6400便携式光合作用测量系统测定数据对各层叶片光合、蒸腾特性随CO2浓度变化的响应进行了对比分析。结果表明：随着CO2浓度的增加,（1）各层叶片净光合速率呈直角双曲线形式增加,不同层叶片之间净光合速率对CO2浓度响应的差异不显著（P〉0.05）,但各层羧化速率、光合能力、光呼吸表现不一致,均为上层〉中层〉下层;（2）各层叶片蒸腾速率总体下降,不同层叶片之间蒸腾速率对CO2浓度响应的差异显著（P〈0.01）,蒸腾速率的变化是气孔导度随CO2浓度变化的结果,两者呈显著正相关（P〈0.01）;（3）净光合速率提高与蒸腾速率降低,共同使叶片水平水分利用效率提高。研究工作有利于加深气候变化对农业影响的认识,也为农田生态系统碳、水耦合循环的多层模型研究奠定基础。     

基于GIS/RS的灾区土壤保持功能恢复效应评价

土壤侵蚀是土地退化的根本原因,也是导致生态环境恶化的重要影响因素,随着地震等重大地质灾害的发生,灾区土壤保持功能遭到严重破坏,因而进行地震灾区土壤保持功能恢复效应评价具有重大意义。选择"5·12"汶川大地震极重灾区为研究区,以2007年、2009年、2011年研究区Landsat5 TM数据及DEM数据为主要数据源,结合降雨信息数据等其他数据,运用修订的通用土壤流失方程(RUSLE),以ArcGIS软件作为平台,建立了灾区土壤保持功能恢复效应评估模型。研究结果表明:灾区2007年平均土壤侵蚀模数为3 389.57 t/(hm~2·a),年侵蚀总量为8.75×10~7 t,2009年土壤侵蚀模数增加了64.64%,平均为5 580.60 t/(hm~2·a),年侵蚀总量为1.44亿t,相比2009年、2011年土壤侵蚀模数减少了24.08%,年侵蚀总量为1.09亿t,土壤保持功能有所恢复;从土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数两个角度来看,灾区土壤保持功能也达到了一定的恢复;此外,离地震中心越近的地方,土壤保持功能受到的削弱程度越大,其恢复能力也越差,因而,建议有关部门在进行灾后重建的工作中,应当重点加强对震中及其周边地区的改善。     

不同利用方式红壤磷素有效性的深度变化——以江西省余江县孙家小流域为例

在江西省鹰潭市余江县孙家红壤小流域的典型红壤区随机选取了具有代表性的林地(F)、花生旱地(PU)、新稻田(NP,<30 a)和老稻田(OP,> 200 a),在0~40 cm深度每隔5 cm采集分层土样,分析了土壤全磷(TP)、有效磷(Bray P)、磷素活化系数(PAC)及有机磷(Po)、无机磷(Pi)与各组分磷的深度变化,探讨了土壤pH与土壤有机质(SOM)对红壤磷素有效性的影响。研究结果表明:孙家小流域不同利用方式红壤TP含量大小依次为:老稻田>新稻田>林地>花生旱地;除林地外,花生旱地与稻田土壤TP、Bray P、Pi和Po含量随着土壤深度的增加呈显著降低趋势,且稻田土壤Po含量及其占全磷的比例显著高于林地和花生旱地。花生旱地与稻田0~20 cm土壤中极有效磷(EAP)、中等有效磷(MAP)及EAP、MAP中的无机磷与有机磷的比值均显著高于林地土壤。林地转为旱地和稻田,尤其是长期植稻可以促进土壤非有效磷(NAP)向利于作物吸收的EAP与MAP转化,因而提高土壤磷素有效性。相关分析表明,随着SOM累积量的增加,四种利用方式红壤中EAP、MAP含量均显著提高。     

长期配施有机肥对旱地红壤微团聚体中有机碳含量的影响

以连续种植花生26年的旱地红壤为研究对象,选取了有机无机配施试验区的NPK(对照),NPK+花生秸秆(还田)、NPK+稻秆(稻秆)、NPK+鲜萝卜菜(绿肥)及NPK+猪厩肥(厩肥)等5个肥料处理土壤,采用吸管法逐级提取了大小粒级微团聚体土壤样品,分析了各粒级微团聚体的有机碳含量变化及其对土壤总有机碳的贡献率,探讨了微团聚体的粒级组成与土壤有机碳含量及分形维数的相关关系。结果表明:长期配施有机肥未能显著改变旱地红壤中大小粒级微团聚体比例的分布格局,即0.25~0.05 mm2~0.25 mm0.05~0.01 mm(0.005 mm)0.01~0.005 mm,其中优势粒径0.25~0.05 mm微团聚体所占比例为44.3%~50.0%。配施有机肥可以显著增加旱地红壤2~0.25 mm,0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级团聚体有机碳含量,提高特征微团聚体比例,增大分形维数,且随着0.05 mm粒级微团聚体数量的增多,分形维数均显著增大。各粒级团聚体有机碳的平均含量大小依次为:(0.005 mm)0.25~0.05 mm(2~0.25 mm)0.05~0.01 mm0.01~0.005 mm,其中0.25~0.05mm与0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳受施肥的影响差异显著。土壤有机碳总量与2~0.25 mm、0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,其中0.25~0.05 mm粒级微团聚体对土壤总有机碳的贡献率为55.4%,显著高于其它粒级微团聚体。     

两系杂交稻两优培九粒重因子的环境模型解析及生态特征分析

为探究两系杂交稻两优培九粒重对气候的反应和生态适应性,用2006年和2007年在南方稻区8个生态点29点次的田间种植试验资料,将粒重解析为谷粒长、宽、厚和比重4个因子,组建了谷粒面积(S)、厚度(H)和比重(ρ)的环境预测模型。相关分析表明,谷粒面积S的影响期在颖花分化期(III~IV期)至花粉母细胞减数分裂期(VI~VII期),温度是其主要影响因子,有利于谷粒长度和宽度发育的日平均气温( )为27~29℃,最高气温(T_max) 34℃,最低气温(T_min) 24℃。谷粒厚度H与抽穗后1~30 d的Tmax呈二次曲线关系,与 呈负相关。谷粒比重ρ与日照时数(SH)呈正相关,影响时期在抽穗后1~10 d;与Tmax呈负相关,影响时期在抽穗后1~30 d。有利于增加ρ的气象指标是SH达到8 h,T_max低于30℃。用1951—2002年的气候资料模拟计算了95个地区的两优培九千粒重,按7个水稻生态区归纳,平均值变化在25.93~28.01 g之间。千粒重的区域分布明显随纬度而递增,由于地形影响,在湘、赣、粤北地区还表现出一定的经向影响。晚季稻的千粒重则比早季稻高1.39 g。幼穗分化期的温度和灌浆结实期的温度、日照时数是造成两优培九粒重区域和季节特征的主要生态原因。     

广东省气候干湿状况及其变化特征

随着全球气候变暖,全球及区域性水分平衡、干湿状况及其时空特征将发生变化,有关在气候变暖大背景下区域水分循环及干湿状况的变化成为研究热点。本文根据广东省86个气象站资料,利用FAO推荐的Penman—Monteith公式计算了该地区1954—2005年逐日潜在蒸散量,采用国家标准（BG／T20481—2006）《气象干旱等级》推荐的相对湿润度指数（MI）对全省进行干湿状况评价,分析降水量、潜在蒸散和相对湿润度指数的时空分布和变化规律。结果表明：（1）广东总体较为湿润,但干湿状况空间分布不均。MI的空间分布特征与降水一致,即以恩平、龙门和海丰为三个相对湿润中心。（2）MI季节变化主要受降水影响,呈明显的汛期、非汛期特征。（3）春季和秋季平均MI均呈纬向分布,但变化趋势相反：春季干旱南部重于北部;秋季干旱北部重于南部。全省秋旱重于春旱。（4）近50a来MI呈缓慢减小趋势,即广东地表干湿状况总体呈缓慢暖干趋势。研究结果对于应对气候变化,开发利用气候资源,调整种植区划和农业生产布局具有参考价值。     

江淮流域稻麦轮作蒸散特征及其影响因子

蒸散(ET)是水分交换的重要过程,对理解地表水平衡至关重要。基于安徽省寿县国家观测站多年的通量和气象数据,分析了江淮流域稻麦轮作作物ET变化特征,并利用通径分析方法分别对冬小麦和水稻ET的影响因子进行辨识。结果表明:①江淮流域稻麦轮作田多年均ET年总量为740.3 mm,其中冬小麦、水稻、裸地分别占比40.7%、52.3%、7.0%。冬小麦ET的日均值为1.40 mm/d,在生长季内ET变化表现为弱"双峰型"特征,两峰值分别位于出苗-三叶和开花期。水稻ET的日均值为3.23 mm/d,在生长季内ET变化表现为"单峰型",峰值位于拔节期。②冬小麦ET主要受净辐射(R_n)和叶面积指数(LAI)影响,R_n的直接作用最明显,而LAI主要通过R_n路径对ET产生间接影响。水稻ET主要受R_n和20 cm土壤体积含水量(VSWC_(20))影响,R_n直接作用更明显。对比两种作物,R_n对其ET都起决定性作用,LAI对冬小麦ET作用明显高于水稻,而VSWC_(20)对水稻ET促进作用明显,对冬小麦ET变化促进作用可以忽略。     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

3种遥感产品检测黄土高原森林变化及差异比较

基于Landsat Vegetation Continuous Fields（LVCF）、MODIS Vegetation Continuous Fields（MVCF）和MODIS Land Cover（MODLC）等遥感产品和森林清查数据（NFI）检测2000-2015年黄土高原森林分布及变化。结果表明:1）2000-2015年黄土高原森林覆盖度升高,基于LVCF和MVCF的全区森林覆盖度均值分别由2000年的7.8%和9.6%增加到2015年的9.7%和13.2%。2）遥感产品估算的森林分布空间格局和面积差异较大,基于LVCF、MVCF和MODLC估算的黄土高原森林面积在2000年分别为726.6×10⁴、604.7×10⁴ hm²和325.1×10⁴ hm²,2015年分别为926.2×10⁴、998.3×10⁴ hm²和400.1×10⁴ hm²。3）遥感产品估算的省级尺度上森林面积与NFI的不一致性因省份和年份而异,LVCF与NFI一致性整体略优于MVCF,MODLC与NFI差异最大且估算的森林面积远低于LVCF、MVCF和NFI。4）遥感产品检测的陕西和山西2省的森林面积增加值与NFI一致性高于宁夏;基于遥感产品估算的宁夏森林面积及增加幅度均远低于NFI。     

稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH4和CO2累积排放量的影响

为明确稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH₄和CO₂累积排放量的影响过程与机制,本研究以稻田红壤为对象,通过室内培养试验,按土壤质量的1%等碳添加量设置对照(CK)、稻秆(RS)及300、400℃和500℃下制备的稻秆生物炭(RSB300、RSB400、RSB500)5个处理,对比分析了稻秆及稻秆生物炭添加0、30 d与120 d时,稻田红壤中可溶性有机碳(DOC)、总有机碳(TOC)、游离态粗颗粒有机碳(fcPOC)、游离态细颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)、游离态矿物结合态有机碳(fMOC)及闭蓄态矿物结合态有机碳(oMOC)的变化差异,并探讨了稻田红壤CH₄和CO₂累积排放量与各有机碳组分含量的相关关系。结果表明:稻秆生物炭添加后稻田红壤中DOC、TOC、fcPOC、ffPOC、oPOC和fMOC含量均显著增加;其中,oPOC与oMOC含量随着培养时间的增加而显著增加,但fcPOC与fMOC含量则显著降低(P<0.05)。与CK处理相比,RS处理的稻田红壤中CH₄和CO₂的累积排放量均显著且持续增加;RSB各处理的稻田红壤中CO₂的累积排放量显著降低;只有RSB300和RSB400处理的稻田红壤中CH₄的累积排放量显著增加,且在培养120 d时分别增加了188.5%和32.7%(P<0.05)。相关性分析表明,添加稻秆及稻秆生物炭的稻田红壤中CH₄和CO₂累积排放量虽与DOC、ffPOC和fcPOC含量均呈极显著正相关关系,但其中DOC和fcPOC含量起主导作用(P<0.01)。研究表明,添加稻秆生物炭可以有效提高稻田红壤中各有机碳组分的含量与稳定性,且500℃热解制备的稻秆生物炭添加对稻田红壤中CH₄、CO₂累积排放量抑制效果最好。