小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

长期定量施肥对玉米光合碳分配的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用13CO2脉冲式标记方法,研究了长期施肥对玉米光合碳分配机制的影响.结果表明,光合碳分配到玉米不同组织的δ13C值差异较大,地上部>根部>土壤>土体.施肥对玉米地上部δ13C影响较大,缺索处理CK、NK、PK的δ13C值较大,可以达到333.5‰～339.5‰,而养分均衡的NP、NPK和NPKM处理地上部占δ13C值较小,为168.8‰～196.0‰.NK处理在标记当天(0 d)地上部13C分配比例最大,为76.12%,标记第7天(7 d)后变为53.26%.NPKM处理土壤13C分配比例增幅较大,可由标记0 d的0.98%到增加到标记7 d后的3.50%,增加了2.52个百分点.标记0 d,根际呼吸将消耗转移到地下的光合13C的52.89%～94.38%,NPKM和NPK处理消耗最大,达94.38%和93.59%,在标记7 d后,13C光合产物分配达到平衡状态.     

两种形态氮源条件下磷对大豆结瘤固氮的影响

用营养液培养大豆7周,研究两种氮源条件下,磷对大豆结瘤固氮的影响.在本试验的各取样时期,随营养液中磷水平的增加,生物固氮植株的根瘤数增加较多,尤其是处理后第6周,磷对根瘤形成的影响最大.磷对硝态氮处理根瘤数的影响不大,但本试验条件下,在16μmol/L磷水平,根瘤数较多.硝态氮处理根瘤数远没有生物固氮处理多,表现出氮素对大豆结瘤的抑制作用,导致根瘤固定的氮量减少.因此,硝态氮植株体内含氮量随磷水平的增加而降低,而生物固氮植株增加.生物固氮处理根中N/P与根瘤数之间存在显著的负相关关系,r=-0.5816*,硝态氮处理根中N/P与根瘤数之间不相关.     

短期低温对大豆苗期生长和结瘤固氮的影响

采用早熟大豆品种“黑河43”、晚熟大豆品种“东农53”进行盆栽试验,出苗后进行连续7d的低温处理（LT）,昼夜温度设定为13℃/3℃,以25℃/10℃为对照,从大豆出苗28d开始,每7d进行破坏性取样共4次,测定地上部和根干物质量、根瘤生物量、全氮含量及根瘤固氮量,研究苗期短期低温对大豆生长、结瘤和固氮能力的影响。结果表明：（1）大豆出苗后7d短期低温胁迫会延缓大豆生长发育。出苗后28～42d大豆生物量显著低于CK处理,出苗后49d低温胁迫对两个大豆品种生物量均无显著影响。（2）与CK相比,低温对“东农53”和“黑河43”根瘤形成的显著抑制作用分别出现在苗后42d和35d,根瘤数量分别降低了58.8%和72.0%。出苗后49d,低温使“东农53”和“黑河43”根瘤干重分别减少48.9%和48.5%。（3）低温刺激了两个品种大豆的生物固氮能力。在出苗后49d,低温处理“东农53”和“黑河43”的生物固氮量、单位根瘤生物量的固氮量和单个根瘤的固氮量分别增加了89.9%、118.9%,249.3%、172.6%,150.6%、114.2%。生物固氮百分率分别增加了26.4个和24.5个百分点...     

不同基因型大豆生长和结瘤对羟基磷灰石的吸收利用

以来源于东北、西北和南方的15个不同基因型大豆品种作为供试材料,利用砂培培养方法,研究不同基因型大豆利用钙磷的差异。结果表明,钙磷对西北大豆生物量的促进作用最大,其次是南方品种,最后是东北品种。与东北品种比较,西北品种和南方品种生物量分别较东北品种增加32.9%和26.9%。垦农18、垦98-602和黑豆分别与相同来源的其它4个基因型大豆生物量达到5%的差异显著水平。通过比较和方差分析认为,钙磷对促进大豆根生物量增加比对地上部生物量增加的作用大。钙磷对南方和西北大豆根瘤形成的影响比东北的大。钙磷对南方大豆根瘤干重的促进作用最大,其次是东北大豆,最后是西北大豆。然而,方差分析表明,垦农18根瘤干重与东北的其它4个品种差异达到5%显著水平;西北的5个品种根瘤干重未达到差异显著水平;安选普定皂角豆的根瘤干重与其它4个南方品种差异达到5%的显著水平。相同来源的大豆地上部含磷量的平均值进行比较,东北品种地上部含磷量最高,达到2.23gkg-1,西北品种为2.14gkg-1,南方品种仅含有1.69gkg-1;根系含磷量是南方品种最高,达到2.03g kg-1,西北品种为1.66g kg-1,东北品种仅含有1.57g kg-1;根瘤含磷是西北品种最高,达到4.62g kg-1,东北品种为3.80g kg-1,南方品种为3.89g kg-1。不同来源大豆基因型根际pH差异较大,5个品种根际pH的平均值相比较,东北大豆根际pH最高,为6.17,其次是南方大豆为6.01,最低的是西北大豆,pH为5.81。方差分析表明,无论哪种来源的大豆,各品种根际pH都未达到差异显著水平。钙磷利用效率由高到低的顺序是南方、西北和东北品种,分析认为磷素利用效率并不能完全代表作物对钙磷的利用差异,综合作物对磷的吸收累积量将更有代表性。     

缺磷对已结瘤大豆生长和固氮功能的影响

磷对大豆生长起着非常重要的作用,然而区别磷在大豆生长和根瘤功能中的影响非常困难。为阐明根瘤形成后缺磷对大豆植株生长和固氮功能的影响,采用水培方法,营养液中供给正常磷酸盐浓度(30 µmol L^-1)条件下,待根瘤形成后,将营养液中的磷水平分别转换为0 µmol L^-1 (无磷)和4 µmol L^-1 (缺磷),研究缺磷对大豆生长和结瘤固氮的影响。结果表明,大豆根瘤具有固氮功能后,进行营养液中不同浓度的磷酸盐处理,从处理第9天开始,缺磷对大豆生物量的影响才表现出来,而缺磷对根瘤形成和生长的影响从处理开始就比较明显。处理第9天,无磷、缺磷和正常磷处理根瘤数比处理第3天分别增加11.8%、15.4%和20.0%,单位植株豆血红蛋白含量和单位根瘤豆血红蛋白含量都随磷浓度增加而增加。该结果表明,在保证大豆形成一定数目的根瘤后,缺磷会明显影响根瘤生长和固氮能力。     

磷影响大豆根系分泌有机酸总量和不同根区有机酸量

采用营养液培养的方法,设置由无磷转化为供磷(0-50)和由供磷转换为无磷(50-0)2个处理,分析了磷转换处理对不同根区有机酸的影响.结果表明:大豆生长对磷素的需求非常迫切,50-0处理根系可溶性磷含量相对较高,而0-50处理地上部可溶性磷含量相对较高;50-0处理根系有机酸分泌量较0-50处理大,而且分泌量随着距离根...     

模拟降雨对稻田氮素损失修复效果的影响研究

为探索减少稻田氮素流失的有效措施,研究暴雨下不同修复方式对稻田氮素流失的影响。采用盆栽试验和人工模拟降雨的方式,设置2个降雨强度(4、80 mm/h)和3个田面水层深度(2、5、8 cm),选取秸秆还田和生物炭添加2种修复措施,研究了降雨强度与修复措施对雨后和水稻不同生育期稻田氮素流失的影响。结果表明：在相同降雨量条件下,与对照处理(NPK)相比,模拟4 mm/h降雨后,添加秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度分别降低了15.1%和59.4%,然而,秸秆和生物炭处理田面水中NO₃^--N浓度略高于对照处理。当短时强降雨(80 mm/h)后,秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度比对照分别降低55.4%和63.9%,NO₃^--N浓度比对照分别降低了38.7%和48.1%。在2个降雨强度条件下,田面水中NO₃^--N和NH₄⁺     

行株距配置对水稻冠层光合特性及产量的影响

为揭示行株距与水稻冠层光合特性及产量的关系,为江苏稻区水稻生产选用适宜行株距提供科学依据,以南粳9108为试验材料,试验设置不同的行距、株距处理：CK(30 cm×12 cm)、R1(30 cm×14 cm)、R2[(20 cm+40 cm)×12 cm]、R3(25 cm×14 cm);R4(30 cm×10 cm),研究不同行株距配置对水稻灌浆期的叶面积指数(LAI)、冠层温度、剑叶光合特性、冠层光辐射(PAR)透过率、反射率、截获率及产量的影响。与常规对照处理相比较,R2、R3处理水稻产量分别增加29.96%和46.69%,但R2和R3处理间产量差异不显著。R2处理种植密度与常规处理一样,因为设置了宽窄行降低了冠层温度和表层光截获率,且提高了光透射率,从而提高了SPAD值和光合速率,最终提高了产量。R3处理通过降低行距和增加株距的办法,获得了2.84%种植密度的提升,从而提高了单位面积的光合速率和有效穗数,最终提高了产量。在不改变种植密度的前提下,宽窄行处理有助于改善行间小气候,增加行间通风透光性,提高水稻对高温环境的耐性,从而提高产量。此外,适当降低行距和提高株距的R3处理提高...     

增温对不同土壤上冬小麦保护酶活性的影响

为探究全球气候变暖背景下冬小麦生长发育情况,通过全生育期增温,研究温度升高对冬小麦叶片保护酶活性和产量的影响。2021年11月,在南京信息工程大学农业气象试验站进行框栽试验,以常温为对照（CK）,以开放式增温装置模拟大气增温1.5℃（eT）条件,以在南移的黑龙江黑土、北移的海南砖红壤和江苏南京黄棕壤上生长的冬小麦为研究材料,以成熟期小麦株高、单穗粒数、千粒质量等指标体现生长量的变化,以拔节期和开花期冬小麦叶片的叶绿素（SPAD）和丙二醛（MDA）含量,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性等指标表征保护酶系统的变化。结果表明：全生育期增温使生长在黄棕壤、黑土和砖红壤上的小麦叶绿素含量分别显著减少了9.51%、19.03%和4.60%,使开花期MDA含量分别显著增加了10.59%、14.83%和13.72%,说明增温通过影响光合作用和膜脂过氧化衰减了叶片功能使开花期叶片SOD、POD和CAT活性显著升高,这表明冬小麦叶片在增温条件下仍保持了较高的抗氧化能力。相关性分析表明,开花期MDA含量、POD活性与产量指标呈显著负相关（P<0.05）。此外,全生育期增温显著降低了生长在黄棕壤和黑土上冬小麦的株高、单穗粒数和千粒质量,最终导致产量分别减少33.86%和16.53%,然而黑土上生长的冬小麦各参数对增温的响应程度低于黄棕壤。增温导致砖红壤上生长的冬小麦千粒质量有所降低,但是最终产量未达到5%的显著差异。综合而言,增温能通过降低光合作用、提升膜脂过氧化水平导致冬小麦生长减缓,且这种减缓作用在黑龙江黑土冬小麦上的效应较弱,但对黄棕壤上的冬小麦影响较大。