长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素

基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比, NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤p H以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤p H、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中p H是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤p H是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。     

半干旱黄土区地上生物量对立地因子的响应

半干旱黄土区地形破碎、沟壑纵横、生态环境脆弱,其生态恢复过程受到全世界生态学者的普遍关注.生物量是生态系统获取能量的表现形式.以位于黄土丘陵沟壑区的植被自然恢复10a的合沟流域地上生物量为研究对象,分析不同立地因子对地上生物量的影响规律.结果表明:1)不同立地类型地上生物量从大到小依次为沟底、阴向沟坡、阴向梁坡、阳向沟坡、梁顶、阳向梁坡;2)梁坡和沟坡的地上生物量随坡度升高均呈现反S形态,梁坡的地上生物量最大值出现在20°～25°处,最小值出现在35°～40°处,沟坡的地上生物量的最小值出现在30°～35°处,最大值出现在40°～45°处;3)坡向对地上生物量的影响是显著的(P=0.049),其余因素的影响不显著.可知,该区地上生物量的分布规律是植被对不同立地类型水分、光照等自然条件综合利用的结果.     

不同气候条件下潮土微生物群落的变化

针对气候变化的背景研究农田土壤微生物对气候变化的响应机制是调控农田土壤养分循环的理论基础。本研究基于设置在3个气候带(冷温带海伦、暖温带封丘和中亚热带鹰潭)的潮土移置试验,利用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了移置第6年土壤微生物群落的变化特征。结果表明,在3种气候条件下潮土移置6年后土壤部分理化性质显著变化,土壤有机质含量表现为冷温带最高而中亚热带最低;在种植玉米的不同施肥处理中,土壤中微生物总PLFAs、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、细菌和放线菌PLFAs含量均表现为海伦封丘鹰潭,真菌/细菌比值在冷温带最低;PLFA图谱的主成分分析显示气候条件显著影响了土壤微生物的群落结构,海伦和封丘位于PC1正轴,而鹰潭位于负轴,受气候影响较大的特征PLFA包括18:1ω7c、16:1ω5c、16:0、18:0和18:2ω6,9c;逐步回归分析显示温度、降雨和土壤有机质是影响微生物群落的主要因子。总体上,气候条件的变化在短期内(6年)改变了土壤微生物的群落结构,可以影响农田生态系统的生物地球化学循环。     

水稻拔节期根系呼吸对臭氧污染和厌氧—有氧环境变化的响应

依托O3FACE(Free-Air O3 Enrichment)研究平台,研究了大气臭氧(O3)浓度增加对拔节期水稻根系呼吸和生物量积累分配的影响,利用特制集气装置分析了厌氧—有氧条件对根系呼吸的影响。结果表明,O3浓度升高水稻冠层和总生物量略有降低,而根干物重和根/冠比分别显著降低14.7%和10.4%。9∶1和9.5∶0.5的纯N2∶O2配比利于根系呼吸,纯N2或空气、CO2饱和蒸馏水条件不同程度降低了根系呼吸速率;高臭氧处理、对照处理的水稻根系呼吸速率分别在CO2饱和蒸馏水、纯N2条件下最小,表明尽管不同根系测定条件影响根系呼吸速率,但影响程度也受植物生长的大气环境制约。臭氧污染处理水稻根系的呼吸速率在气态测定条件下显著高于正常大气处理23.6%～52.7%,在CO2饱和蒸馏水测定条件下未达到显著水平,臭氧污染效应明显降低。两个环境生长的水稻根系呼吸均随测定根系气态环境供氧量的增加呈凸二次函数变化,5%～10%比例的氧气供应促进了根系呼吸,较强的厌氧环境(纯N2)和有氧环境(Air)均不利于水稻根系呼吸。     

稻田中藻类的生长状况及其对肥料氮的固持

为了确定藻类对稻田生态系统中氮素固持与迁移过程的影响程度,本研究采用田间小区和15N微区试验,在水稻生长的不同时期,观测了藻类在稻田中的生长状况,定量测定了藻类的生物量和氮素固持量.结果显示,稻田中的藻类具有明显的群落演替特征,水稻生育初期以球状藻为主,中后期则以丝状藻为主.藻类的生长可分为两个阶段,即生长期和衰亡期,其中,生长期从稻秧移栽初期至拔节期,衰亡期从拔节期至水稻收获.在衰亡期,藻类生物量随时间的变化符合生长曲线模式.藻类生物质干重在2007和2009年水稻生育期的变化范围分别为205～610 kg/hm2和12～353 kg/hm2,而藻类氮素固持量则分别为N 5.4～17.5 kg/hm2和N0.4～11.0 kg/hm2.15N微区试验结果显示,藻类对15N的固持量为N 0.3～6.0 kg/hm2,占氮素总固持量的54％～68％,平均为57％,表明藻类固持的氮素中大部分来源于当季施入的氮肥.     

引入地形因子的黑土区大豆干生物量遥感反演模型及验证

为了对田块尺度农作物地上干生物量进行估测,提高大豆地上干生物量反演模型的精度和稳定性,该文获取了研究区地块2016年7、8月份的SPOT-6多光谱数据,并测定不同地形坡位的大豆地上干生物量,以归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)为输入量,建立田块尺度大豆地上干生物量一元线性回归模型;加入与地上干生物量相关的地形因子,建立逐步多元回归和神经网络多层感知反演模型.结果表明:1)使用传统的单一植被指数模型预测大豆地上干生物量有可行性,但模型精度和稳定性不高.2)加入地形因子(海拔、坡度、坡向)的神经网络多层感知器模型,有较高的精度和可靠性,模型准确度达到90.4％,验证结果显示预估精度为96.2％.反演结果与地块的地形、地貌、气温和降水特征基本吻合,反映了作物长势的空间分布特征,可以为田块尺度大豆地上干生物量动态监测和精准管理,提供借科学依据.     

玉米栽培模式对暗棕壤微生物学特性及养分状况的影响

玉米栽培模式的改变通过对暗棕壤形成不同程度的扰动,能够引发微生物学特性及养分状况的变化;反之,亦可通过两者的数量变化来定量评估玉米栽培模式对地力培肥的效果。以实施3a的定位栽培试验为供试对象,分别研究玉米高光效休耕轮作栽培(HPE)、地膜覆盖下的高光效休耕轮作栽培(PM-HPE)、宽窄行交替休闲栽培(WNR)以及农民等垄宽常规栽培(CC)4种模式对暗棕壤养分状况、酶活性及微生物量碳氮(SMBC、SMBN)的影响,并在此基础上进行种植带与休耕带的分类讨论,相关结果表明:(1)高光效栽培对暗棕壤全氮含量利用程度较高,栽培措施改变对全磷含量影响较小,休闲栽培能够显著提升暗棕壤全钾含量水平,但对有效磷及有机质含量有着明显的消耗作用;(2)常规栽培具有改善暗棕壤脲酶及碱性磷酸酶活性的双重作用,但对过氧化氢酶活性则表现为抑制作用。无论覆膜与否,高光效栽培对蛋白酶活性皆有所抑制。基于休闲栽培,密植玉米的种植带更有利于蛋白酶及碱性磷酸酶活性的增高,而过氧化氢酶活性在此过程中遭受抑制。高光效栽培下的休耕带,其脲酶活性略高于种植带,而宽窄行交替休闲栽培所表现的规律相反;(3)常规栽培更有利于暗棕壤SMBC成分的累积以及SMBN含量的消耗,休闲栽培下的种植带,其SMBC含量明显高于休耕带的结果;休闲栽培有利于土壤细菌的繁衍,而覆膜能够在同等栽培条件下增加真菌在微生物区系中的存在比例。     

等高反坡阶对滇中云南松林乔木层碳储量及碳增量分配格局的影响

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对布设等高反坡阶后滇中云南松林乔木层碳含量、生物量、碳储量及分配特征进行了估算,并分析了8年后各器官碳增量及分配格局特征。结果表明:布设等高反坡阶后云南松各器官碳含量变幅为41.01%～47.35%,平均碳含量高低排列依次为干叶枝皮粗根中根细根。10～15龄的云南松林在布设等高反坡阶后地上部分总生物量比对照高32.75%,等高反坡阶显著提高了10～15龄和15～30龄地下部分生物量(30.73%和35.71%),总生物量随着龄组的增加而显著增加。等高反坡阶显著提高了10～15龄云南松林地上部分碳储量(32.79%)和15～30龄地下部分碳储量(35.60%);布设等高反坡阶8年后显著增加了10～15龄、15～30龄地上部分碳增量(53.33%和20.45%)和地下部分碳增量(53.70%和73.43%)。综上,人工造林时应对等高反坡阶予以高度关注,适度发展等高反坡阶措施,在等高反坡阶基础上因地制宜地进行人工造林,增加山地造林面积和植被碳储量,从而保护当地生态环境。     

不同品种冬小麦生理耗水及产量特性研究

采用密闭式盆栽方法,于2006年10月—2007年6月在中国科学院栾城农业生态系统试验站,对4种较典型的生态型品种冬小麦进行不同水肥处理,生理耗水、产量和水分利用效率（WUE）等的进行比较研究结果表明,冬小麦品种间全生育期生理耗水在充足供水且施肥条件下存在显著差异,最大相差达9.9%,差异主要由返青后各生育期日耗水和总耗水的差异累积而致。施肥增加作物生理耗水量和干物质积累,提高植株水平WUE（蒸腾效率）,其促进作用随土壤水分含量的升高而增大;施肥略微降低产量水平WUE,但差异不显著。水分对籽粒产量的贡献大于肥料的贡献,水分胁迫提高各品种植株水平WUE。各品种全生育期生理耗水量和生物量在不同水肥条件下的表现更多的与品种自身特性有关。在类似于农业生产的正常年份的水肥条件（充足供水且施肥）下,对各品种在生理耗水、生物量、籽粒产量和WUE方面的比较表明,水旱兼用型品种石家庄8号在经济产量和产量水平WUE方面表现最优,有更大的推广价值。     

鸡枞菌形态学及其分子鉴定

在获得不同种鸡枞菌总DNA的基础上,利用分子生物学方法扩增并克隆出3种鸡枞菌ITS区序列,首次对不同种鸡枞菌ITS区进行了同源性分析及进化树的构建,为以后的鸡枞菌培养及鉴定奠定了良好的基础。