哈尼梯田生态系统森林土壤水源涵养功能分析

位于云南省哀牢山区红河南岸的红河哈尼稻作梯田系统是全球重要农业文化遗产之一,自上而下形成了垂直分布的“森林、村庄、梯田、河谷”四素同构的良性原始农业生态系统,使得该系统成功地抵御了多年的连续干旱。以哈尼梯田的核心区域撒马坝梯田上方的典型森林为对象,对其土壤水源涵养功能进行了系统分析和评价。结果表明,研究区平均土壤容重为1.09 g/cm³,总孔隙度为65.1%,非毛管孔隙度为18.7%,平均土壤蓄水容量达2 589 t/hm²,土壤滞留贮水量达739 t/hm²,表层土壤平均初渗率达13.57 mm/min,稳渗率达7.22 mm/min,充分说明了该区域的土壤水热交换条件和土壤渗透性都十分良好。与我国其他区域森林相比,哈尼梯田森林具有很高的土壤水源涵养能力,是其适应极端干旱气候的重要保障,其模式可为我国适应极端气候变化减少农业经济损失提供重要的经验借鉴。     

不同水肥管理对水稻分蘖期根系特征和氮磷钾养分累积的影响

为探讨节水灌溉与氮肥施用对水稻分蘖期根系特征和氮磷钾累积的影响,该试验采用防雨棚池栽试验,研究2个灌溉模式(常规灌溉与控制灌溉)与3个施氮量(90、180和270 kg hm-2)对水稻分蘖期根系活力、最长根长、根直径、根体积、水稻根、茎、叶的含氮、磷、钾量及累积量的影响。研究结果表明,随着施氮水平增加,水稻根茎叶及整株的氮含量、茎及整株的氮累积量、茎的钾含量增加,水稻根系活力、最长根长、根直径、根体积、整株生物干质量、根叶的氮累积量、根叶及整株的磷含量、根叶茎及整株的磷累积量、根叶的钾含量、根茎叶及整株的钾累积量呈先增加后降低趋势;与常规灌溉模式相比,水稻根系活力、根直径、根体积、叶氮累积量、根及整株的磷含量增加。在该试验条件下,以控制灌溉模式下施氮量180 kg hm-2利于水稻分蘖期根系生长和养分吸收利用,水稻根系活力、根体积、整株生物干质量、整株的氮含量、整株氮累积量分别达到0.94%、21.27 cm3、22.68 g plant-1、72.40 mg g-1、1.74 g plant-1。该研究为认识水氮调控下水稻分蘖期根系特征与氮、磷、钾吸收利用,指导水稻节水节肥栽培实践提供支撑。     

不同品种水稻的产量构成因素及其对氮磷吸收的差异研究

为筛选出适合江苏地区种植的高产、高效水稻品种,采用盆栽试验,测定了江苏地区常见的11个水稻品种的株高、产量、结实率、总干物质量以及不同部位N、P含量,分析了水稻产量与其构成因素、氮磷积累量、氮磷收获指数间的相关关系。结果表明,水稻平均产量为16.85 g pot~(-1),变化幅度为8.28~25.18 g pot~(-1),品种间产量差异显著(P0.05),其中泰瑞丰5产量最高。水稻各部位氮素含量从大到小依次为:籽粒叶≈根茎谷壳,其中苏秀9籽粒中氮含量显著高于其他品种。磷素在水稻各部位中的含量分布为:籽粒根≈茎叶≈谷壳,籽粒中的磷含量最多的是南粳5055。相关分析表明,水稻的产量与总干物质量、穗粒数、氮磷积累量及氮磷收获指数均存在显著的相关性。不同品种水稻的产量、籽粒氮磷含量存在显著差异,这为高产、高效水稻品种的筛选提供了重要的科学依据。     

四川盆地水稻不同生育期干旱频率的空间分布特征

将四川盆地按地理地貌类型及水稻种植区划分为5个区域即盆南、盆中、盆西、盆周和盆东,基于区内102个县(市)气象台站1980-2014年的逐日气象资料及32个农业气象观测站的水稻生育期资料,利用干旱评估指标分析四川盆地水稻各生育期干旱发生频率的空间分布特征。结果表明：水稻移栽-分蘖期干旱频率在盆中及盆南部分区域高达90%以上;分蘖-拔节期及拔节-孕穗期干旱频率也相对较高,大部地区集中在50%～90%;水稻孕穗-抽穗期和抽穗-成熟期的干旱发生频率与其它生育期相比较低,孕穗-抽穗期干旱发生频率除盆西部分区域、盆中及盆东北局部在70%～84%以外,其余大部在50%左右;抽穗-成熟期干旱发生频率大部分在50%～70%。     

尿素施用对稻田土壤甲烷产生、氧化及排放的影响

通过田间和培养试验研究了不施尿素(N0kg/hm2)和施用尿素(N300kg/hm2)对水稻生长期稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻全生育期内,施用尿素降低土壤CH4产生潜力,并推迟其达到最大值的时间;尿素作为基肥和穗肥施用抑制土壤CH4氧化,而作为分蘖肥施用短暂地促进然后抑制土壤CH4氧化;施用尿素降低稻田CH4排放量。施用尿素通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。     

氮肥品种和用量对水稻产量和镉吸收的影响研究

采用盆栽试验,研究了Cd污染土壤上,不同氮肥品种和用量对水稻产量和Cd吸收的影响。结果表明,与磷钾配施的4个氮肥处理中,施用尿素处理水稻产量最高,其次为施(NH4)2SO4和NH4Cl处理,施NH4NO3处理水稻产量最低。与施(NH4)2SO4、NH4NO3和尿素处理相比,施NH4Cl处理可显著增加水稻对Cd的吸收,并促进Cd由秸秆向籽粒的转移;而其他3种氮肥对水稻秸秆和籽粒中Cd含量的影响效应相当。适量尿素[0.2g(N)·kg-1]处理能显著降低水稻籽粒Cd含量,而不施尿素和高量尿素处理都显著提高了水稻籽粒中的Cd含量。研究表明,在Cd污染的水稻土上,采用抗Cd污染的水稻品种和优化肥、水管理措施,可使稻米中Cd含量低于国家无公害大米的限量指标。     

施肥对中日水稻品系土壤养分及食味品质的影响

采用田间试验方法,研究不同施肥方法对5种水稻品系土壤养分与稻米食味品质的影响。结果表明:日本优质水稻栽培的施肥方法(日本施肥)比常规施肥产量低,5个品系以ZR13产量最低,ZR63最高。与日本施肥相比,常规施肥显著提高了5个水稻品系土壤NH4+-N含量,降低了土壤速效磷含量;从食味品质指标的变化看,日本施肥比常规施肥蛋白质和淀粉含量低,具有较高的食味值。从不同品系看,ZR63的产量和蛋白质、直链淀粉含量均最高,但食味值最低。日本施肥下,ZR13的食味值比ZR63高17.2%;常规施肥下,ZR51的食味值比ZR63高56.1%。综合产量和食味品质,ZR32、ZR51是比较理想的品系,ZR6、ZR13食味值高,但产量低,ZR63产量高,食味品质差。     

水稻生育后期根系氮代谢生理活性变化的研究

以"两优培九"及其父本"9311"和"汕优63"为材料,测定不同水稻品种花后根系氮代谢相关酶[谷氨酰胺合成酶(GS)、谷-丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)]及蛋白水解酶活性、蛋白质和游离氨基酸含量、根系伤流液量以及伤流液游离氨基酸及糖含量.结果表明,"9311"的GPT和GDH活性高峰出现在开花前,GS和GOT峰值分别出现在花后第1、2周;"两优培九"除GS高峰在开花前,其余3种酶活性高峰均出现在花后1周;"汕优63"的4种酶活性高峰均出现在花后第2周."9311"和"两优培九"根系可溶性蛋白、游离氨基酸含量高峰出现在花后1周左右,"汕优63"的两峰值滞后于前两品种,分别推至花后第2周和第3周,这与3品种根系酶活性的变化趋势基本一致."两优培九"根系伤流液量的最大值出现在花后两周,早于"9311"和"汕优63"1周.伤流液的高峰和根系中游离氨基酸峰值相差1周,且滞后时间在品种间有所差别,"两优培九"相差1周,"9311"相差两周,而"汕优63"二者基本一致.3品种伤流液中"汕优63"糖含量显著高于其他两品种(P<0.01),而"9311"的氨基酸含量显著高于其他两品种(P<0.05).本试验结果表明,"两优培九"根系的氮代谢高峰早于其他两个品种,而峰值低于其他两品种,说明生育后期"两优培九"根系生理活性衰退早于其他两个品种;品种间根系的代谢高峰具有明显的强度和时间性差异;根系组织代谢高峰和伤流液峰值具有时间差,其差值因品种而异.     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻的抑草效应分析

研究了田间旱育条件下, 在土壤水分充足和适度干旱状态时, 化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"的抑草效应差异.结果表明, 在两种供水状态下, 化感水稻"PI312777"对田间杂草的控制效应显著高于非化感水稻"Lemont","PI312777"对各种杂草抑制效应指数的绝对值多在0.5以上, 而"Lemont"对各种杂草抑制效应指数的绝对值则多在0.5以下.进一步分析发现, 适度干旱胁迫下"PI312777"和"Lemont"对杂草的抑制效应都有增强趋势, 且"PI312777"稻田杂草生物量的降低幅度高于"Lemont"稻田; 以与非化感水稻"Lemont"共生下的杂草生物量为对照, 化感水稻"PI312777"对稻田杂草均表现出一定的化感抑制作用, 且适度干旱胁迫诱导下化感作用强度进一步增加.此外, 水稻对不同杂草的生物干扰强度不同, 化感水稻"PI312777"对夏熟稻田阔叶杂草有较强的控制效果, 干旱胁迫诱导"PI312777"对无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)的化感潜力明显增强.     

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。