白洋淀芦苇湿地生态系统中植硅体的产生和积累研究

植硅体(phytoliths),又称植物蛋白石,存在于大部分植物组织细胞中,主要是依靠植物的根系吸取土壤溶液中的可溶性二氧化硅,在植物细胞或细胞内沉淀硅化而形成的一种固体的非晶质含水二氧化硅颗粒物[1].植硅体主要组成部分是二氧化硅(67％～95％)、水(1％～12％)、碳(0.1％～6％)及少量的无机元素Na、K、 Ca、 Fe、 AL、 Ti等[2],由于其具有较强的抗分解、抗腐蚀和耐高温等特性,可以长时间较稳定地保存在一些岩石和土壤中[3-5],在硅的生物地球化学循环中有着重要的作用,是全球硅循环的重要参与者[6].虽然植硅体作为生物硅的重要组成部分,在全球硅的生物地球化学循环中占据着重要地位,但在湿地生态系统中植硅体产生和积累研究则鲜见报道[7].     

模拟径流条件下工程堆积体陡坡土壤侵蚀过程

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及复杂的下垫面条件,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系及有机质缺乏等,导致其土壤抗冲性极差,径流条件下堆积体陡坡坡面的土壤侵蚀过程亦表现出不同的特点,该文通过野外放水试验,对高速公路沿线典型堆积体陡坡（36°）在模拟径流冲刷条件下的土壤侵蚀过程进行了研究,结果表明,次径流过程中径流强度变化与放水强度及径流含沙量密切相关,三者之间呈多元线性相关;重力侵蚀对径流含沙量的变化具有重要影响,试验条件下重力作用的临界放水条件在20～25 L/min之间;坡面产沙过程存在产沙量的突变、波动变化和稳定发展3个阶段;不同坡段产沙量的空间分布存在持续稳定减小和震荡式波动衰减2种变化形式;土壤剥蚀率与单宽流量呈线性关系,与时段产沙量及流宽呈幂函数关系;最后,时段产沙量与时段径流量呈幂函数关系,累积产沙量与累积径流量呈线性关系。     

Nutrient leaching from the plow layer by water percolation and accumulation in the subsoil in an irrigated paddy field

To estimate the impact of water percolation on the nutrient status in paddy fields, the seasonal variations of the concentrations of cations, anions, inorganic carbon (IC), and of dissolved organic carbon (DOC) in percolating water that was collected from just below the plow layer (PW-13) and from drainage pipes at the 40 em depth (PW-40), as well as in irrigation water were measured in an irrigated paddy field. Total amounts of Ca, Mg, K, Fe, and Mn leached from PW-13 during the period of rice cultivation were estimated to range from about 390 to 770, 65 to 130, 33 to 66, 340 to 680, and 44 to 87 kg ha^-1, respectively. Amounts of losses that were estimated from the differences between the input by irrigation water and the output by percolation water from the plow layer corresponded to 11 to 26, 22 to 47,5.9 to 12, and 13 to 26% of exchangeable Ca and Mg, amorphous Fe, and easily reducible Mn in the plow layer, respectively. The concentrations of Ca, Mg, K, Fe, and Mn in PW13 were higher than those in PW-40. The amounts of these nutrients that were retained in the subsoil between the 13 em and 40 em soil depth corresponded to 83, 86, 61, 99, and 89% of the amounts that percolated from the plow layer, respectively. Total amounts of IC and DOC that percolated from the plow layer ranged from 750 to 1,500 and 85 to 170 kg-C ha^-1, which corresponded to 5.0 to 10.0% and 0.6 to 1.1% of the total carbon content in the plow layer, respectively. Eighty eight % of IC in the percolating water from the plow layer was also retained in the subsoil.     

Environmental effects on soil NO concentrations and root N uptake in beech and spruce forests

This study aimed to investigate the shifts in net nitrogen (N) uptake and N compounds of fine roots over the vegetation period (i.e., spring, summer, autumn) and correlate this with NO concentration in the soil. Soil NO concentration was measured using gas lysimeters for collection and a chemiluminescence analyzer for quantification. Net N uptake by the roots was determined using the ¹⁵N enrichment technique. N pools were quantified using spectrophotometric techniques. Soil NO concentrations at beech and spruce forest sites were highest in spring (June), and lowest in winter (December). Total N of the roots was similar during the seasons and between the two years under study despite considerable variation of different N compounds. Net N uptake generally increased with higher N supply. Correlation analysis revealed a positive relationship between soil NO concentration and net N uptake only for spruce trees. This relationship seemed to be modulated by environmental factors and tree species.     

基于高光谱的冬油菜植株氮素积累量监测模型

为无损和定量研究高光谱技术在冬油菜植株氮素积累量(PNA,plant nitrogen accumulation)时空变化监测的适宜性及准确性,该文以两年田间氮肥水平试验为基础,采用单变量线性和非线性回归方法,建立基于特征光谱参数的冬油菜P NA高光谱估算模型。结果表明,采用比值光谱的方法可显著提高冬油菜冠层光谱反射率与PNA间的相关性,其最佳的波段组合为1 259 nm与492 nm处光谱反射率比值(R1259/R492),决定系数R2为0.85。高光谱参数间,以比值植被指数(RVI-5)、归一化光谱指数(NDSI)、线性内插法红边位置(REIP)、三角植被指数(TVI)、742 nm处一阶微分光谱值(FD742)和红边面积(SDR)等光谱参数与PNA相关性较好(平均R2和标准误SE分别为0.69和42.70),且以FD742表现最优(R2=0.79,SE=35.66)。精度分析结果显示,以光谱参数R1259/R492和FD742为自变量的指数方程模型作为高光谱监测油菜PNA的最佳模型,各生育期Noise Equivalent(NE)均较低且表现稳定,同时模型估测精度较高,R2分别为0.98和0.98,相对均方根误差RRMSE分别为0.73和0.72,相对误差MRE分别为14.42%和10.31%。该方法为快捷和精确评估冬油菜PNA提供了新的研究思路。     

氮肥形态对香蕉种植土壤中氨氧化细菌与古菌的影响

氨氧化微生物通过影响氮素在土壤中的转化而间接影响作物对不同氮素形态的吸收。因此,本实验采集了海南省种植香蕉的滨海土壤,通过施用硫酸铵和硝酸钙,研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量与群落的变化,并测定了香蕉的生长与氮营养状况。通过构建氨氧化细菌和古菌的功能基因amo A文库后发现:施用硫酸铵的土壤中AOB的amo A基因拷贝数显著高于施用硝酸钙的土壤和不施肥的土壤,而AOA的拷贝数低于硝酸钙与不施肥处理。但是氨氧化古菌AOA的绝对数量都高于AOB。施用硫酸铵的土壤中AOB的群落多样性和丰富度明显增加,而施用硝酸钙的土壤却没有发生显著变化。施用硫酸铵和硝酸钙的土壤中AOA群落结构相似,但丰富度和多样性均高于不施肥处理。从施肥效果看,相比硫酸铵,硝酸钙显著提高了香蕉植株的生物量和全氮含量。上述结果表明,在南方酸性土壤中AOA占优势,虽然施用铵态氮肥可以促进AOB的丰度与多样性,但是很可能会抑制AOA的数量。因此,在海南滨海土中施用铵态氮肥后,通过硝化作用以满足香蕉吸收硝态氮的需求达不到理想的效果,应直接补充硝态氮肥来促进香蕉生长。     

化学调控和施磷对玉米/花生间作磷吸收利用和间作优势的影响

为了研究化学调控和磷肥对玉米/花生间作体系磷营养的调控效应,于2012—2013年在河南科技大学农场进行田间试验,试验设单作玉米、单作花生、玉米/花生间作和玉米/花生间作+化学调控4种种植方式,分别施磷[180 kg(P2O5)·hm–2]和不施磷共8个处理,研究了间作玉米和间作花生不同器官磷含量、磷积累分配的特点,分析了化学调控和施磷对间作体系磷间作优势的影响。结果表明:间作显著提高了玉米籽粒磷含量、茎和籽粒磷积累量,促进了磷向籽粒分配;明显降低了花生各器官磷含量、磷积累量,不利于磷向果仁分配;与单作玉米和单作花生相比,间作提高了玉米/花生间作体系磷吸收量,磷吸收间作优势为15.99~19.54 kg(P)·hm–2。在玉米小口期喷施化学调控剂提高了间作玉米籽粒磷含量,降低了茎、叶和籽粒的磷积累量,提高了磷向籽粒分配比例;提高了间作花生果仁磷含量和茎、叶和果仁磷积累量,促进了磷向果仁分配。化学调控间作玉米施磷肥显著增加了间作玉米和花生各器官的磷含量以及磷积累量,提高了磷向玉米籽粒和花生果仁分配比例,促进了间作体系对磷的吸收;磷吸收间作优势为19.50~22.00 kg(P)·hm–2,比不施磷提高16.51%~57.51%,达到显著差异水平。这表明玉米/花生间作具有明显磷间作优势,化学调控间作玉米再施磷有利于间作体系磷吸收量增加,显著提高磷间作优势。因此,生产上可以采用化学调控同时施磷肥来进一步提高磷间作优势。     

红芸豆养分限制因子及养分吸收、积累和分配特征研究

研究红芸豆养分限制因子、植株干物质和氮、磷、钾养分积累及分配规律,可为红芸豆合理施肥及高产栽培提供理论依据。大田试验条件下,以‘英国红’红芸豆为试材,设置缺素试验,采集全施肥区植株样品,分析研究红芸豆不同生育时期各器官干物质量、养分含量及积累量。结果显示,氮磷钾配合全施显著提高红芸豆产量;缺氮、缺磷、缺钾处理与全施肥处理相比,产量分别降低14.2%、8.0%和11.3%,表明影响红芸豆产量的限制因子为氮钾磷。在整个生育期,红芸豆干物质累积速率先升高后降低;根、茎、荚皮和豆粒干物质累积量呈上升趋势,叶干物质在收获期有下降趋势,收获时不同部位干物质量为豆粒茎≈荚皮叶片根。随生育期推进,茎、叶和荚皮中氮含量呈递减趋势,豆粒中氮含量呈递增趋势,而各器官磷、钾含量呈递减趋势。盛花期到结荚期是养分累积最大期,其氮、磷、钾吸收量分别占整个生育期吸收总量的28.14%、49.22%和56.20%;不同器官吸收累积氮、磷、钾量不同,成熟期豆粒、叶、茎和根中均为累积氮最多、钾次之、磷最少,荚皮中累积钾最多、氮次之、磷最少。每生产100 kg红芸豆需供给N 4.37 kg、P2O5 2.38 kg、K2O 3.53 kg,比例为1∶0.54∶0.81。     

基于黄金分割法的双季稻合理密植研究

为了验证水稻合理密植的黄金分割法在长江中下游双季稻区和华南双季稻区的适用性,在湖南长沙和广东怀集以生产上大面积种植且具有代表性的双季稻品种为材料,运用黄金分割法分割秆高(50、65、80、95、110 cm)得到5种预设黄金密度(67.9、40.1、26.5、18.8、14.0穴·m-2),研究不同密度下株高和秆高的变化,实际黄金密度下齐穗期部分冠层特性、干物质积累、产量及其构成。结果表明,在不同密度下,长沙水稻的株高和秆高,怀集早稻玉香油占的秆高及晚稻Y两优1号的株高和秆高变化不显著,而早稻Y两优1号株高和秆高变化显著,其余品种无一致的规律。在实际黄金密度下,长沙各品种有效和高效叶面积指数及其冠层光辐射截获率最高,或者低于最高密度处理,但冠层光辐射截获率与最高密度处理无显著差异;长沙和怀集各品种齐穗期和成熟期的干物质积累及其产量在实际黄金密度下最高,或者低于最高值,但产量与最高值差异不显著。长沙双季稻和怀集晚稻的矮秆品种(49.4~74.5 cm),其产量的主要贡献来源于有效穗数,而怀集早稻的高秆品种(80.4~84.6 cm),其产量的主要贡献来源于有效穗数和每穗粒数。本研究结果为合理、简便、精确确定水稻适宜的种植密度(即合理密植)提供了理论和实践依据。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N_2O和CO_2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO_3~--N与不同碳源组合对土壤N_2O和CO_2排放的影响。结果表明,NO_3~--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO_3~-+纤维素,其余土壤N_2O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO_3~--N和不同碳源组合的CO_2累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO_3~-+果胶的N_2O排放量在第1 d达到最大值1 383.42μg N·kg~(-1)·d~(-1);NO_3~-+葡萄糖的CO_2排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg~(-1)·d~(-1),CO_2累积排放量顺序为:葡萄糖果胶秸秆纤维素淀粉木质素。土壤NO_3~--N含量与N_2O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N_2O的排放,促进CO_2排放,并增加土壤中NO_3~--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N_2O和CO_2排放。