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。     

不同尺寸蒸渗仪测定作物蒸散的田间试验研究

称重式蒸渗仪测定作物蒸散量（ET）是公认的一种标准测定方法。大型称重式蒸渗仪因单点独立安装而无法进行不同处理的重复试验,小型蒸渗仪则可解决该问题,但目前对于小尺寸蒸渗仪的适用性尚无统一结论。本文利用1m2（SL）、2m2（ML）和4m2（LL）3种不同面积的蒸渗仪在冬小麦（2012年11月21日播种,2013年6月20日收获）和水稻（2013年6月22日移栽,2013年10月28日收获）整个生长季进行连续蒸散量观测,筛选无有效降水日的数据进行对比分析。结果表明：（1）在冬小麦和水稻生长季内,SL（小）蒸渗仪所测蒸散量日内变化均表现出较大的变化幅度,ML（中）蒸渗仪所测蒸散量日内变化趋势均与LL（大）蒸渗仪所测一致,日内变化比较平稳;（2）ML蒸渗仪所测日蒸散量与LL所测结果的相关性最好（P<0.01）;（3）SL蒸渗仪所测水稻日平均蒸散量和蒸散总量与LL接近,所以可将SL蒸渗仪替代LL测定水稻日平均蒸散量和蒸散总量;ML所测冬小麦和水稻的日平均蒸散量及蒸散总量均比LL明显偏小,蒸散总量偏小主要由于拔节后较大的日蒸散量偏差导致。     

土壤改良剂对冷浸田土壤特性和水稻群体质量的影响

以南方典型冷浸田为研究对象, 在明沟排水的基础上, 通过田间定位试验, 以不施土壤改良剂为对照, 研究了施用不同土壤改良剂(自研的脱硫灰改良剂、生物活性炭, 市售的土壤改良剂石灰、硅钙肥、腐植酸)对冷浸田氧化还原电位、土壤呼吸强度、土壤微生物数量、水稻群体构建及产量构成因素的影响。结果表明, 施用改良剂能够改善土壤理化性状, 提升土壤速效养分和pH,但除脱硫灰处理外, 其他改良剂处理对土壤Eh未产生显著影响。施用不同土壤改良剂在水稻各生育期均能有效增强土壤微生物呼吸强度和放线菌数量, 并且放线菌数量达到差异性显著水平(P<0.05), 生物活性炭处理下土壤呼吸强度和放线菌数量分别较对照增加67.6%和127.6%。各土壤改良剂处理与CK相比较均有助于提高叶片SPAD、茎蘖数、水稻干物质积累量、成穗数、穗粒数、产量结实率和根系伤流速率。其中以脱硫灰和生物活性炭处理改良效果最佳, 抽穗后29 d时,根系伤流速率较CK分别提高45.4%和39.1%, 叶片SPAD分别增加27.4%和22.5%; 成熟期水稻成穗数较对照提高12.1%和10.7%,干物质积累量增加68.8%和50.5%,产量分别增加12.8%和10.3%。综上所述, 土壤改良剂可有效改善冷浸田土壤特性及水稻群体质量, 脱硫灰和生物活性炭处理的改良效果最明显, 增产幅度最大。     

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%。     

种植翻压紫云英配施化肥对稻田土壤活性有机碳氮的影响

依托长期种植紫云英定位试验,以不施肥(CK)为对照,研究化肥(100%F)、紫云英配施100%、80%、60%和40%化肥(G+100%F、G+80%F、G+60%F、G+40%F)以及紫云英(G)对土壤活性有机碳氮、水稻产量、氮肥利用率及其他土壤养分的影响。结果表明,与对照不施肥相比,单施化肥对土壤水溶性有机碳(WSOC)的影响很小,土壤水溶性有机氮(WSON)和微生物生物量碳氮(SMBC、SMBN)含量分别增加了20.61%、10.49%和2.20%;单施紫云英处理土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN含量分别增加了25.52%、36.30%、19.16%和10.37%;紫云英配施化肥增加了土壤WSOC、WSON、SMBC和SMBN的含量,增幅分别为12.99%~22.80%、26.66%~56.61%、19.01%~29.56%和16.08%~32.90%。施肥提高了土壤活性有机碳氮占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)的比例,紫云英配施化肥和单施紫云英效果优于单施化肥。土壤活性有机碳氮与水稻产量、SOC、TN和铵态氮(NH_4~+-N)呈显著或极显著正相关。施肥增加水稻产量,G+80%F最高(10026kg hm~(-2))。与100%F相比,化肥减施20%~40%水稻不减产,同时氮肥农学效率和氮肥偏生产力提高,增幅分别为11.64%~149.65%和2.66%~149.92%,土壤SOC、TN和NH_4~+-N含量增加,土壤有效磷和速效钾降低。综合考虑水稻产量、氮肥利用率和土壤肥力,紫云英翻压22500 kg hm~(-2)、磷钾肥常规用量、氮肥减施20%时最优。     

基于产量的稻田肥力质量评价及障碍因子区划——以进贤县为例

土壤肥力质量评价及土壤肥力障碍因子分析,对于区域土壤利用和改良、指导农业生产结构布局具有重要意义。以江西省进贤县为研究区,通过水稻遥感解译测产,结合主成分分析进行土壤质量评价;采用综合指数法表征土壤肥力质量水平,分析该区域低肥力质量区域主要障碍因素,并进行障碍因子区划。结果表明,该地区土壤肥力质量评价的最小数据集(MDS)指标包括:有机质、阳离子交换量(CEC)、全钾(TK)、交换性钙(Ex.Ca)、容重、粉黏比;土壤质量综合指数与水稻产量相关系数达到0.73(p0.01),以当地水稻平均产量7.215 t hm~(-2)确定土壤质量综合指数阈值为0.65。分析得出,该地区影响土壤肥力的主要障碍包括有机质含量低和容重较大反映的低熟化度障碍、中量元素缺乏反映的酸化障碍、全钾含量低和高粉黏比反映的结构障碍等。根据障碍因素将研究区域划分为三大障碍区:东南部丘陵区主要障碍因子为酸化和土壤结构障碍;中西部低岗平原主要为土壤酸化障碍;北部滨湖区主要障碍为水稻土熟化程度低。通过对不同区域施行针对性改良措施有益于提高土壤肥力。     

不同施肥方法对双季稻区水稻产量及氮素流失的影响

为保障粮食安全,减少稻田生态系统氮肥投入,提高氮肥利用率和减少氮素流失成为重要的农业和环境措施。本研究在位于湖南岳阳的农业部岳阳农业环境科学观测实验站开展为期1年的早稻、晚稻田间试验,比较了不施肥(T_1)、尿素常规施肥(T_2,施N 280 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、控释肥常规施用(T_3,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 165 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、高量控释肥侧条施用(T_4,施N 230 kg·hm~(-2)、P_2O_5 138 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))、中量控释肥侧条施用(T5,施N 180 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120kg·hm~(-2))及低量控释肥侧条施用(T6,施N 140 kg·hm~(-2)、P_2O_5 123 kg·hm~(-2)、K_2O 120 kg·hm~(-2))下氮肥的养分利用率、作物产量及氮素流失情况,以期为稻田氮素合理利用提供理论依据。研究结果表明,控释肥侧条施用可有效提高水稻的产量和氮肥利用率,减少面源流失。1)在减少稻田秧苗数量和氮肥施用量的条件下,T_4处理的水稻早晚稻产量分别比T_2处理增加13.17%和4.72%,与T_3处理相比亦分别增加7.27%和1.74%;2)侧条施肥处理有效降低了稻田氮素流失量,年氮流失量为0.466~0.673 kg×hm~(-2),比常规施肥处理降低地表径流氮流失量3.54%~29.36%;3)侧条施肥有效提高了氮肥利用率,T_4处理的氮肥利用率分别是T_2、T_3处理的1.70倍和1.22倍。因此,采用合适的施肥方式、配施适量控释氮肥可获得较高的产值和收益。高量控释肥侧条施用(T_4)是本研究区域最佳的施肥模式,对实现现代化农业生产的高产高效、资源节约和生态环境保护具有重要意义。