江淮平原小麦渍害预警系统(WWWS)

针对江淮平原小麦生长期常见的渍害问题,对笔者等早先自主研制的小麦栽培模拟优化决策系统（WCSODS）加以精简与改造,即删去小麦栽培优化模型部分,增加渍害对小麦光合作用、干物质分配和叶片衰老等生理生态过程的影响模块,并结合土壤水分的计算,实现了渍害逆境下冬小麦生长与产量的模拟。在此基础上,围绕研制目标,就建立渍害警级预警指标、生成支持小麦生长模型（WMOD）运行的未来天气文件、调试与确定地区性参数,以及WMOD与区域性气候模式（RGCM）的结合等,论述了小麦渍害预报的实现途径。利用南京、南通地区近10年（1991—2000）的气候与产量资料,对建成的小麦渍害预警系统（WWWS）进行了可靠性检验,历史渍害的拟合率达到90%;还利用WWWS和RGCM的输出值对南京、南通、合肥3地区近3年（2002—2005）的渍害发生程度进行了试预报,取得了满意的结果。     

晚冬早春田间阶段性覆膜增温促进冬小麦产量提高

针对华北平原北部冬春温度变化与冬小麦生长发育所需适宜温度间的矛盾,以及由此造成的冬小麦相对低产问题,于2012-2013和2013-2014连续两个生长季,通过大田试验研究了晚冬早春搭建棚室阶段性升高田间温度对小麦产量的影响。结果表明,2月20日前后麦田塑膜覆盖每提前1周积温提高23.0~49.7℃,1月下旬至3月上旬的整个升温阶段内可增加积温167.7~176.8℃,从而小麦生长发育提前。塑膜揭除后形成的相对低温环境使后续各生育阶段持续时间延长4~10 d。与常规种植（对照）相比,最早增温处理的开花期干物质产量提高18.8%,叶面积指数提高14.7%,花后光合势增加43.6%,花后净光合速率高值持续期延长10 d以上;返青后各生育阶段的延长促进了干物质积累和向籽粒转移,有效穗数增加48~98万hm^-2、单穗粒数增加3.9~4.5粒、千粒重增加2.5~5.6 g。在全生长季积温较少的2012-2013年度,最早增温处理的籽粒产量提高37.5%,在积温较多的2013-2014年度增产18.2%,并提前5 d成熟。晚冬早春农田阶段性覆膜增温是有效提高小麦籽粒产量的新型方法,提前并延长了生长发育和干物质累积的时间是改善小麦产量构成因素和获得高产的原因。     

海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应

于2012—2013年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站,以郑单958为供试品种,设置夏玉米深松播种和免耕播种两个处理,从玉米出苗开始,根据生育进程定期观察玉米根系形态、生理指标及微观结构、玉米冠层光合特性和叶面积指数,成熟期测定产量,计算水分利用效率和2 m土体水分储蓄情况。结果表明,0~60 cm土层,深松播种处理可提高玉米根系干物质积累、表面积、根长和活跃吸收面积比例,全生育期分别比免耕播种处理提高30.5%、24.6%、29.7%和56.3%。0~60 cm土层,深松播种处理玉米根系脯氨酸含量、硝酸还原酶活性和根系活力分别比免耕处理高140.0%、37.0%和36.5%。全生育期,深松播种处理根系伤流液总量比免耕播种处理提高15.2%。0~40cm土层,深松播种处理单根和整株根系导水率分别提高15.8%和17.0%。0~40 cm土层,深松播种处理玉米根系中柱导管直径增大,中柱鞘细胞壁及中柱内薄壁细胞的细胞壁增厚栓化,髓细胞数量增多但整体在髓腔横切面积中所占比例偏小,后生木质部导管直径增大、数量增多,皮层厚度降低;0~20 cm土层,深松播种处理根系皮层中部细胞虽也较大但层数较少,相当于免耕处理的86.2%。深松播种处理可提高玉米叶面积指数,全生育期平均比免耕处理高12.5%;深松播种处理还可提高叶片光合速率和光合势。深松播种处理玉米籽粒灌浆速率全生育期平均比免耕播种处理高5.0%。与免耕处理相比,深松播种处理2年平均穗粒数、千粒重和产量分别比免耕播种处理提高2.4%、3.9%和8.2%,耗水量降低9.1%,产量和水分利用效率分别比免耕处理高8.2%和14.4%,2 m土体贮水量提高31.7%。     

江汉平原杨树林下土壤肥力因子的关联性研究

通过对土壤酶活性、土壤微生物数量和土壤养分的分析,研究江汉平原上游10个县(市)杨树林下土壤肥力因子之间时空变化及其相互关系。结果表明:无论是林下相对于林外,还是生长季相对于落叶季,细菌数量与磷酸酶活性、真菌数量与蛋白酶活性总是正相关;而在杨树的生长季节,土壤AA含量与各类微生物数量均呈正相关;土壤NO3--N、有效Ca含量与各类微生物数量均呈负相关;Mg/K与真菌数量显著正相关;土壤NO3--N含量与有效B含量呈极显著正相关;有效Ca含量与有效Mg含量呈显著正相关,与Mg/K呈极显著正相关。     

APSIM玉米模型中辐射估算的误差传输

以华北地区3个典型站点(山东省莒县站、河南省郑州和南阳站)为研究对象,分析计算玉米生长期间Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、日照百分率和气温日较差综合模型(简称综合模型)和刘可群等太阳总辐射估算模型的相对误差,分别将该5个模型估算结果和太阳辐射实测值(依次命名为模拟方案1-5和模拟方案0)输入APSIM玉米模型,计算各模型驱动APSIM玉米模型模拟产量的相对误差,分析由于太阳辐射估算误差对模型产量模拟结果造成的误差传输。结果表明,5个日太阳辐射模型在生长期内的平均估算误差(εi)在莒县站以A-P模型最小,在郑州和南阳站点以综合模型最小;各辐射估算模型对APSIM模型的产量模拟结果均有明显影响,综合模型模拟结果最好,其驱动APSIM模拟的玉米产量误差最小;5个辐射模型估算误差对APSIM模型模拟玉米产量的误差均有放大效应,Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、综合模型和刘可群等模型辐射误差分别以2.23、2.28、1.63、1.85、1.90倍传输到APSIM玉米模型模拟的产量误差,可见,一定要重视辐射模型的选取和辐射模型经验系数的确定;评价5个辐射模型的误差传输到产量的误差,要综合考虑辐射模型本身的误差和辐射误差传输到产量误差中放大的效应两方面的影响,综合模型传输到产量的误差最小。因此,在华北地区无太阳总辐射实测值的地区使用APSIM模型时,本研究推荐辐射方案4即综合模型为首选模型。     

基于多年MODIS NDVI 分级的河北平原农田生产力评价

根据中等分辨率航天成像光谱仪(MODIS)遥感数据计算的归一化植被指数(NDVI)被广泛用于作物长势监测和产量预报, 但由于NDVI 数值在不同年份的同一时期变化较大, 直接用于评价农田生产力会有较大误差。本文以河北平原所在的北纬37°~39°之间连续种植的冬小麦农田为研究区域, 通过对多年冬小麦MODISNDVI 数据进行比较和分级, 尝试用每季NDVI 在区域内的高低级别评估区域农田生产力。Landsat 卫星数据用于对不同时相MODIS 图像进行精确配准, 从而实现像素尺度上长时间序列数据的统计分析。首先, 对区域内2000~2008 年间每年作物返青期到成熟期的NDVI 平均值及各生育阶段NDVI 平均值分别进行高低分级, 以了解河北平原农田生产力的空间变异, 结果显示其中高水平农田分布在太行山山前平原, 指数等级水平并没有完全按南北走向趋势分布, 表明该研究方法受纬度差异的影响较小。不同年份分析结果显示, 2008 年东部地区也出现了较高等级的田块。其次, 利用NDVI 分级结果计算出9 年间NDVI 等级的变异系数, 对采用不同生育期NDVI 可能带来的误差进行了分析, 结果显示不同小麦生育期NDVI 等级的变异系数不同, 返青期和成熟期变异系数较大, 且具有一定的地理差异。最后, 利用GIS 空间分析方法以9 年NDVI 分级结果为基础制作了以县为单元的麦田生产力等级图, 结果显示河北平原农田生产力高低分区, 同时也表明中低水平区块有较大提升空间, 为河北县级土地管理和耕地质量管理提供理论依据。     

Oxygen isotope ratios of plant available phosphate in lowland tropical forest soils

Phosphorus (P) cycles rapidly in lowland tropical forest soils, but the process have been proven difficult to quantify. Recently it was demonstrated that valuable data on soil P transformations can be derived from the natural abundance of stable oxygen isotopes in phosphate (δ¹⁸O_P). Here, we measured the δ¹⁸O_P of soils that had received long-term nutrient additions (P, nitrogen, and potassium) or litter manipulations in lowland tropical forest in Panama and performed controlled incubations of fresh soils amended with a single pulse of P. To detect whether δ¹⁸O_P values measured in the incubations apply also for soils in the field, we examined the δ¹⁸O_P values after rewetting dry soils. In the incubations, resin-P δ¹⁸O_P values converged to ∼3.5‰ above the expected isotopic equilibrium with soil water. This contrasts with extra-tropical soils in which the δ¹⁸O_P of resin-P matches the expected equilibrium with soil water. Identical above-equilibrium resin-P δ¹⁸O_P values were also found in field soils that did not receive P additions or extra litter. We suggest that the 3.5‰ above-equilibrium δ¹⁸O_P values reflect a steady state between microbial uptake of phosphate (which enriches the remaining phosphate with the heavier isotopologues) and the release of isotopically equilibrated cell internal phosphate back to the soil. We also found that soil nutrient status affected the microbial turnover rate because in soils that had received chronic P addition, the original δ¹⁸O_P signature of the fertilizer was preserved for at least eight weeks, indicating that the off-equilibrium δ¹⁸O_P values produced during microbial phosphate turnover was not imprinted in these soils. Overall, our results demonstrate that ongoing microbial turnover of phosphate mediates its biological availability in lowland tropical soils.     

华北平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡与闭合研究

准确量化分析地气之间的物质和能量交换对于水资源管理和农业可持续发展是十分重要的。能量平衡闭合是评估观测数据准确性和分析地表能量平衡的一个重要的评价指数。本研究利用开路涡度相关系统和全要素自动气象站对华北平原典型冬小麦农田生态系统2013—2014年度的能量通量及常规气象要素进行了连续观测,分析了冬小麦农田各能量通量的日变化和年变化特征,计算冬小麦在4个生育时期(出苗期、越冬期、拔节期和灌浆期)的能量闭合和波文比。结果表明:在日尺度上,选取的4个生育时期净辐射和各能量分量的日变化趋势均为单峰二次曲线,净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在12:00—13:00,土壤热通量的峰值出现在14:00—15:00。在年尺度上,净辐射和潜热通量的变化趋势较为一致,均在越冬期达到最低值114.51 W·m~(-2)和13.47 W·m~(-2),而在灌浆期达到最大值327.02 W·m~(-2)和116.56 W·m~(-2)。选取的4个生育时期的代表性观测日期能量闭合良好,能量闭合率分别为0.49、0.77、0.81和0.76。4个生育时期内波文比值日变化趋势均呈倒"U"型,出苗期波文比在14:00达到最大值2.12;越冬期、拔节期和灌浆期在10:00左右达到最大值,分别为1.48、0.31和0.58。本文的定量化结果可为华北平原农田生态系统水热通量等研究提供依据。     

洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险及脱钩效应

[目的]推动实现农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩,为有效治理耕地面源污染和耕地可持续利用提供理论支持。[方法]基于生态环境风险评价模型,从县域尺度评价洞庭湖平原各地区化肥面源污染生态环境风险程度,采用非参数核密度估计洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险区域差异,进而采用脱钩模型进一步分析了洞庭湖平原农业经济增长与耕地化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系。[结果](1) 2009—2019年洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险指数呈现先升后降的趋势,化肥面源污染生态环境风险指数先由2009年的0.749升至2014年的0.762,然后降至2019年的0.732,经历了由中度风险转为高度风险,后又降为中度风险的过程;中部地区污染更严重;(2)化肥面源污染生态环境风险区域差异明显,呈现两极分散化集聚特征,内部差距先扩大后缩小;(3)洞庭湖平原农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系呈现出明显的阶段性特征：第一阶段为波动期(2009—2013年),第二阶段为强脱钩期(2014—2019年)。[结论]在面源污染治理工作的推进下,洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险经历了先上升后下降的...     

秸秆还田方式和氮肥类型对黄淮海平原夏玉米土壤呼吸的影响

为了研究黄淮海平原不同秸秆还田方式和施氮类型对夏玉米农田生态系统土壤呼吸的影响,于2010年6—10月,采用LI-COR-6400-09土壤气室连接红外线气体分析仪(IRGA)对玉米农田行间掩埋秸秆区的土壤呼吸作用进行了连续测定。结果表明,常规施肥下,玉米生育期内秸秆行间掩埋处理(ISFR)的平均土壤呼吸速率显著高于秸秆移除(NSFR)和秸秆覆盖(SFR)处理(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥处理中,配施50.4 kg(N).hm 2处理(ISF3)的平均土壤呼吸速率为(178.85±46.60)mg(C).m 2.h 1,显著高于配施33.6 kg(N).hm 2处理(ISF2)的(124.11±23.18)mg(C).m 2.h 1(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用鸡粪处理中,鸡粪施用量为33.6kg(N).hm 2(ISOM2)处理的平均土壤呼吸速率为(208.08±31.54)mg(C).m 2.h 1,施用16.8 kg(N).hm 2(ISOM1)和50.4 kg(N).hm 2(ISOM3)处理的为(135.07±21.97)mg(C).m 2.h 1、(171.43±43.31)mg(C).m 2.h 1,相比ISOM2处理,ISOM1和ISOM3处理的平均土壤呼吸速率降低了35.09%和17.61%。ISOM2处理玉米季CO2排放累积量为499.39 g(C).m 2,显著高于ISF2处理的297.86 g(C).m 2。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥对土壤呼吸速率的影响小于配合施用鸡粪的影响,配合施用16%总氮的鸡粪,即33.6 kg(N).hm 2时C/N比最适宜土壤微生物的代谢活动。