长期施用氮肥对土壤细菌硝化基因多样性及组成的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站水稻长期定位试验为平台(28°55′49.8″N,111°26′25.7″E),运用PCR、克隆文库构建等分子生物学技术研究长期单施氮肥(尿素)对亚硝化基因(amoA和hao)多样性及其群落结构的影响.结果表明,长期单施氮肥使amoA基因多样性降低(Shannon指数减少了11%),而ha...     

湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)对镉的富集特征及生理响应

以人工湿地修复镉污染水体时,植物在镉离子的沉淀、吸收和积累等过程中起着关键作用,但当前报道的镉富集植物种类较少,湿地植物对镉胁迫的生长及生理响应缺乏系统研究,限制了湿地植物在镉污染水体修复中的应用。笔者以常见湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)为对象,设置了4个镉处理浓度(0、0.5、1和2 mg·L~(-1)),研究了水蓼对镉的富集特征以及生长和生理响应。水蓼根、茎和叶的镉含量(以干重计)随镉处理浓度的增加而升高,处理30 d时,在2 mg·L~(-1)处理下分别达到134、47和48 mg·kg~(-1)。处理30 d时,在1 mg·L~(-1)的镉处理下,水蓼的地上部及地下部富集系数和转运系数最高,地上部和地下部富集系数分别为45.6和111.7,转运系数为0.41。在处理15 d时,水蓼生物量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性在2 mg·L~(-1)处理下显著降低。在处理30 d时,水蓼的总生物量在不同镉浓度下无显著差异,但丙二醛(MDA)含量、SOD和过氧化氢酶(CAT)活性在0.5～2 mg·L~(-1)镉处理下均显著升高,叶绿素含量下降。这些结果表明,水蓼可以通过提高抗氧化酶活性等机理抵抗镉胁迫产生的氧化伤害,并且水蓼对镉的富集和转运系数较高,具有在镉污染水体修复中应用的潜力。     

三峡工程运行前后荆江三口水文情势的变化

基于1980～2015年荆江三口五站逐日流量数据,采用IHA指标体系分析度量三峡工程运行前后荆江三口水文情势的变化。除新江口和弥陀寺在枯水期1～3月有小幅增长外,三口各站点月均流量值均减小,汛期下降幅度较大。最大日流量值持续下降,但2003年后变化趋势相对平缓。沙道观和管家铺站断流天数显著上升,各站流量变化率明显降低。荆江三口水文情势变化受长江干流径流量减少、径流过程改变以及干流与口门河段河道冲淤不一致的共同影响,对长江中游四大家鱼种群以及洞庭湖苔草草洲的发展产生一定负面作用。     

湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋势

以湖南省沅江市(28°42′～29°11′N、112°16′～112°56′E)为代表,通过典型样区密集取样分析和同一区域的历史资料比较,研究了洞庭湖区农业用地土壤有机碳的演变趋势,发现稻田土壤有机碳在最近25a中稳步增加,而改为旱地的土壤有机碳含量减少.2004年典型样区土壤有机碳均值为(26.66±4.93)g·kg^-1,主要分布区间为20～35g·kg^-1,比1979提高22.64%;其中耕作制度为双季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的28.12g·kg^-1,年均增加量约313.5mg·kg^-1(年递增率为1.15%);耕作制度为一季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的27.25g·kg^-1,年均增加量约278.3mg·kg^-1(年递增率为1.16%),耕作制度为水旱轮作的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g·kg^-1提高到了2004年的23.90g·kg^-1,年均增加量约144.5mg·kg^-1(年递增率为0.78%),而改为旱地的土壤有机碳含量,由1979年的20.29 g·kg^-1降低到了2004年的18.40g·kg^-1,年均减少量约75.48mg·kg^-1(年递减率为0.37%).方差分析表明,稻田土壤有机碳的增加达到了极显著水平,改为旱地的土壤有机碳含量的减少未达到了显著水平.表明洞庭湖区不同利用类型的土地均是重要的固碳场所,农业用地的土壤有机碳库是大气CO₂循环的“汇”,而不是“源”.     

中亚热带红壤区不同土地利用土壤田间持水量估测

田间持水量是衡量土壤保水性的重要指标,也是进行农田灌溉、作物水管理和水文模型的重要参数,但其测定繁琐而耗时,迫切需要一种简捷精确的估测方法。采集了50个来自稻田和旱地的1 m深原状土壤剖面样,然后基于土壤基本理化性质,利用多元逐步回归方法对土壤田间持水量进行模型预测。结果显示:(1)对于稻田土壤,田间持水量主要受容重和有机碳影响,而对于旱地则主要受土壤质地影响;(2)构建的田间持水量传递函数,对于稻田土壤预测精确度较高,调整的确定系数达到0.79,对于旱地则相对较弱。研究表明土地利用方式对田间持水量精确估测影响较大,利用土壤传递函数法对田间持水量的快速获取有一定参考价值。     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.     

近50年江苏省粮食产量变化的小波分析

粮食产量变化关系到国家和地区的粮食安全问题。以往对粮食产量变化的研究多集中在单时间尺度上,对多时间尺度的研究很少。以小波诊断技术为基础,对近50年江苏省粮食产量变化进行了多时间尺度的分析。研究结果表明：①近50多年江苏省粮食产量生产大致经历了5个阶段;②江苏省粮食产量变化具有明显的5年、13年和25年的特征时间尺度和相应的周期性变化特征;同时特征时间尺度有逐步增加的趋势,即江苏省的粮食产量变化渐趋稳定;③小波方差分析发现江苏省粮食产量变化具有13年和25年的主要周期,并以25年周期最为显著; ④综合三个时间尺度上小波系数的演变趋势发现,无论是大尺度还是小尺度上,在未来的一段时间内,江苏省都将进入新的一轮粮食减产时期。针对粮食产量变化的这一趋势,进行了原因分析,并提出相应的建议。     

江南丘陵县域农业资源利用与农业结构优化--以湖南省桃江县为例

针对南方红壤丘陵区农业资源利用的现状,以湖南省桃江县为例,应用灰色关联度模型定量分析了农业各部门产值对农业总产值的影响程度.结果发现,近50年来桃江县农业各部门的关联序列为:种植业(0.887 5)>牧业(0.760 2)>渔业(0.675 6)>林业(0.543 3).种植业和牧业产值的变化对桃江农业总产值的波动起着主导作用.基于历史统计数据,利用灰色预测模型预测了2001～2005年5年内桃江县农业各部门产值的变化趋势.预测结果表明,各部门发展对农业总产值的关联度分别为:种植业(0.611 3)>渔业(0.358 7)>林业(0.347 6)>牧业\{(0.334 7)\}.比较两组关联序列可以清楚发现农业产业各部门的发展潜力.结合桃江农业资源和各部门的发展趋势,提出了桃江县农业结构优化调整的方向.