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。     

CO2浓度升高对毛竹和四季竹叶片主要养分化学计量特征的影响

运用开顶式气室(OTCs)模拟大气CO2浓度升高(500、700 μmol/mol),以目前环境背景大气为对照,研究CO2浓度升高对毛竹和四季竹叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)和钾(K)化学计量特征的影响.结果表明,毛竹和四季竹叶片C、N、P和K含量在不同的CO2浓度(对照、500、700 μmol/mol)条件下,变化范围分别为512.13～543.30、19.23～22.97、1.26～0.96和8.40～5.88 mg/g,492.13～498.02、17.97～15.37、1.05 ～0.81和4.25～5.62mg/g.相同的CO2浓度条件下,毛竹叶片C、N、P和K含量均高于四季竹,且受CO2浓度升高的影响较四季竹强烈.毛竹和四季竹叶片C/N、C/P、C/K、N/P、N/K和K/P变化范围分别依次为26.64～23.65、406.58～565.93、60.98～92.40、15.26～23.93、2.29～3.91和7.00～6.22,27.39～32.40、468.70～614.84、115.80～88.61、17.07～18.98、4.24～2.73和4.04～6.94.与环境背景大气比较,CO2浓度升高到500 μmol/mol,对毛竹和四季竹叶片C、N、P和K含量及其化学计量比并不会产生明显影响,这反映了毛竹和四季竹对高CO2浓度环境均表现出较强的适应能力.但CO2浓度升高到700 μ mol/mol,除四季竹叶片C含量无明显变化外,毛竹和四季竹叶片主要养分元素含量及其化学计量比会发生明显的适应性变化,且毛竹较四季竹变化剧烈.综上,CO2浓度升高改变了毛竹和四季竹叶片C、N、P、K含量及其化学计量比格局,尤其是CO2浓度升高到700 μmol/mol时极为明显;在养分供应上,对四季竹生长的N、P、K限制性作用和毛竹生长的N、K限制性作用没有明显影响,但明显增强了毛竹生长的P素限制性作用.     

水氮用量对设施栽培蔬菜地土壤氨挥发损失的影响

【目的】针对我国设施蔬菜生产中存在的水肥过量施用问题,研究不同水氮条件下黄瓜-番茄种植体系内的土壤氨挥发特征,探讨影响设施菜地土壤氨挥发的重要因子,为降低氮肥的氨挥发损失、 建立合理的灌溉和施肥制度提供参考。【方法】以华北平原设施黄瓜-番茄轮作菜地为研究对象,设常规灌溉(W1)和减量灌溉(W2)2个灌溉水平,每种灌溉水平下设不施氮(N0)、 减量施氮(N1)和常规施氮(N2)3个氮水平,共6个处理组合(W1N0、 W1N1、 W1N2、 W2N0、 W2N1、 W2N2)。采用通气法监测不同水氮条件下黄瓜-番茄轮作体系内的土壤氨挥发动态,分析与土壤氨挥发相关的主要影响因子。【结果】设施黄瓜-番茄种植体系内表层(0—10 cm)土壤铵态氮受施肥的影响波动较大,与常规施氮(N2)相比,相同灌水条件下减量施氮(N1)处理的0—10 cm土层铵态氮浓度最高值降低了25.1%~30.3%(P 0.05)。减量施氮可显著降低土壤氨挥发速率。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)在黄瓜季和番茄季内的氨挥发速率均值分别降低了21.1%~22.8%(P0.05)和16.5%~17.9%(P0.05)。整个黄瓜-番茄轮作周期内,土壤氨挥发损失量和氮肥的氨挥发损失率分别为17.8~48.1 kg/hm2和1.23%~1.44%。与常规施氮(N2)相比,减量施氮处理(N1)的土壤氨挥发损失量及氮肥的氨挥发损失率分别降低了19.3%~20.0%(P0.05)和0.85~0.92个百分点。各处理土壤氨挥发速率与0—10 cm土壤铵态氮浓度呈显著或极显著正相关,说明0—10 cm土壤铵态氮浓度是土壤氨挥发的重要驱动因子。与常规灌溉(W1)相比,减量灌溉(W2)条件下设施菜地土壤氨挥发速率及氨挥发损失量略有增加(P0.05)。适宜减少氮肥及灌溉量不仅能够维持较高的蔬菜产量,而且显著提高了灌溉水和氮肥的利用效率。其中减量施氮处理(N1)的氮肥农学效率比常规施氮(N2)提高了95.4%~146.4%; 减量灌溉(W2)的灌溉水农学效率比常规灌溉(W1)提高了27.7%~54.0%。【结论】通过合理的节水减氮措施可达到抑制氮肥氨挥发损失、 增加产量以及提高水氮利用效率的目的。在供试条件下,节水30%左右、 减施氮量25%的水氮组合(W2N1)具有较佳的经济效益与环境效应。     

Fertilizer location modifies root zone salinity,root morphology,and water‐stress resistance of tree seedlings according to the watering regime in a dryland reforestation

There is a direct relationship between soil nutrient concentration in localized zones and root proliferation and elongation under well‐watered conditions. However, in field studies under semiarid conditions this relationship can change due to higher salt accumulation and soil dryness that affect root growth, water stress resistance, and seedling survival. We assessed the effect of different locations of fertilizer placement in the soil profile and water availability on root zone salinity, root development and ecophysiological responses of Quillaja saponaria Mol. after outplanting. A single dose (6 g L^?1) of controlled‐release nitrogen fertilizer (CRF_N) was placed at 0 cm (top layer), 15 cm (middle layer), or 30 cm (bottom layer) depth in the containers in a greenhouse, in addition to an unfertilized treatment (control). After 6 months, seedlings were transplanted to the field and subjected to weekly watering regimes (2 L plant^?1 and unwatered). Morphological and ecophysiological parameters were periodically measured on seedlings, as well as soil electrical conductivity (EC). After 1 year, the shoot : root ratio of unwatered seedlings decreased as a function of CRF_N placement depth, which was attributed to lower shoot growth and not to greater root growth. The root morphology of the bottom layer treatment was negatively affected by high EC in unwatered seedlings. Greater total root length and root volume of the middle layer treatment was found only when well‐watered; however, this did not contribute to improve physiological responses against water stress. The lowest EC and the highest photochemical efficiency, net photosynthesis, and stomatal conductance were shown by unfertilized seedlings, independent of water availability. Our findings suggest that varying depth of CRF_N placement does not contribute significantly to improve root growth under water restriction. Water supplements, independently of the CRF_N location in the substrate, contribute to decrease root zone salinity, and consequently, improve root volume growth.     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

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。     

温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响

为探索温度、发酵料液总固体浓度和产气量之间的关系,确定最佳发酵温度以及进料量,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以5℃为梯度在20～40℃温度范围内,设置以4%为梯度,质量分数为4%～20%的5个总固体浓度,以鸡粪和玉米秆2∶1（干物质量比）混合物为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,进行批量厌氧消化试验,研究不同总固体浓度的发酵原料在不同温度下的厌氧发酵效果。结果显示,各总固体浓度发酵料液的产气速率均随着发酵温度的升高而加快;随总固体浓度增大,发酵料液产沼气的最适温度范围也随之扩大;各总固体浓度发酵料液的干物质产气率在5个温度的平均值依次为料液总固体质量分数8%＞20%＞16%＞12%＞4%;鸡粪和玉米秆2∶1混合原料厌氧发酵的理论最优总固体质量分数及发酵温度值分别为14.6%,32.8℃。可以看出,发酵料液浓度并不是越高越好,不同的温度有其最适的浓度或浓度范围。     

硅胶管气样原位采集技术研究土壤N_2O浓度及通量变化

箱法被广泛用于监测土壤N_2O排放通量,但在原位采集高浓度土壤N_2O、全天候监测N_2O通量变化、动态研究土壤剖面N_2O的行为等方面存在弊端.本研究通过室内模拟硅胶管对N_2O的通透性,探索硅胶管用于原位采集土壤气样的理论可行性.田间试验设施用铵态氮肥(NH_4~+)、施用硝态氮肥(NO_3~-)及施用硝态氮肥加葡萄糖(NO_3~-+C)等3个处理,同时安置硅胶管和采样箱,验证硅胶管法在原位采集高浓度土壤N_2O气样、监测土壤N_2O浓度以及排放通量的实际效果,并与箱法进行比较.结果表明,硅胶管内外的N_2O气体经2.9 h达到95%的平衡,完伞能满足大田采样要求;用硅胶管法原位采集高浓度土壤N_2O气样的效果显著优于箱法采样.其浓度变化表现出明显的时间规律,浓度梯度法计算的N_2O排放通量与箱法测定结果呈显著正相关,但数值偏低;偏低的程度取决于采样位置和土壤中N_2O产生位置的匹配程度.建议采用埋于土壤表层的硅胶管计算地面N_2O排放通量,或在不同土层埋人硅胶管研究土壤剖面N_2O行为的时空变异.     

不同高度层冬小麦叶片水分利用效率对CO2浓度变化的响应

大气CO2浓度升高会给地球生态系统带来一系列环境问题,植物能够通过气孔调节光合作用和蒸腾作用,对环境变化做出响应。本研究以评价植物光合作用和蒸腾作用相互关系的指标水分利用效率为切入点,以冬小麦为研究对象,在灌浆期将冠层按距离地面高度分上、中、下三层,采用LI-6400便携式光合作用测量系统测定数据对各层叶片光合、蒸腾特性随CO2浓度变化的响应进行了对比分析。结果表明：随着CO2浓度的增加,（1）各层叶片净光合速率呈直角双曲线形式增加,不同层叶片之间净光合速率对CO2浓度响应的差异不显著（P〉0.05）,但各层羧化速率、光合能力、光呼吸表现不一致,均为上层〉中层〉下层;（2）各层叶片蒸腾速率总体下降,不同层叶片之间蒸腾速率对CO2浓度响应的差异显著（P〈0.01）,蒸腾速率的变化是气孔导度随CO2浓度变化的结果,两者呈显著正相关（P〈0.01）;（3）净光合速率提高与蒸腾速率降低,共同使叶片水平水分利用效率提高。研究工作有利于加深气候变化对农业影响的认识,也为农田生态系统碳、水耦合循环的多层模型研究奠定基础。     

低浓度镉对大白菜苗期生长及营养元素吸收积累的影响研究

在实验室用水培模拟轻度污染土壤,研究低浓度 Cd(5 1.μmol/L)对不同Cd耐性的4个大白菜品种苗期生长及营养元素吸收积累的影响.结果表明,低浓度Cd对耐性强的品种的生长有促进作用,对耐性差的品种的生长有抑制作用.5umol几Cd显著促进大白菜根系对S、Cu的吸收,分别增加22.0%～58.0%、45.9%～116.0%,但抑制S、Cu向地上部转运;大白菜地上部K、P、Ca、Mg、Mn、Zn含量受到Cd的较强抑制,且抑制程度存在品种差异.