管理措施对农田生态系统土壤呼吸的影响

为研究管理措施(氮肥施用和耕翻措施)对农田土壤呼吸的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对农田生态系统的土壤呼吸作用进行了5个生长季(2002~2003年小麦,2003年玉米、大豆,2003~2004年小麦,2004年玉米,2004~2005年小麦)的野外观测试验.结果表明,冬小麦基肥(2002-11-09)、返青肥(2003-02-14)和拔节肥(2003-03-26)施用后2周内氮肥施用处理的土壤呼吸速率明显高于对照,但不同施氮水平间的土壤呼吸速率无显著差异.耕翻对土壤呼吸的影响效应受到前茬作物类型的制约.在2003~2004年的冬小麦生长季(其前茬种植的作物为水稻),不耕和浅耕处理的平均土壤呼吸速率之间无显著差异(p>0.05).在2004年玉米生长季浅耕比不耕处理显著增加了土壤呼吸速率(p<0.05),而在后茬的2004~2005年小麦生长季浅耕比不耕又显著降低了土壤呼吸速率(p<0.05).在前茬作物为水稻的麦田(2004~2005年小麦生长季),深耕比不耕处理显著增加了土壤CO2排放量.不同管理措施下,农田土壤呼吸与土壤温度的关系均可用指数方程描述,针对不同管理措施下拟合得到的指数方程求得的Q10值在1...     

UV-B辐射增强与秸秆施用对大豆田土壤呼吸的影响

利用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸,研究了UV-B辐射增强和秸秆施用对大豆田土壤呼吸的影响.结果表明,UV-B辐射增强20%使土壤呼吸速率降低了30.31%,秸秆施用使土壤呼吸速率提高了14.51%,UV-B辐射增强+秸秆施用复合处理对土壤呼吸速率没有显著影响.UV-B增强提高了施用秸秆的碳转化率.对照、UV-B增强、秸秆施用和UV-B增强+秸秆施用4种处理的土壤呼吸与土壤温度都存在极其显著的指数关系(p0.01),拟合方程的决定系数R2分别为0.434、0.563、0.451和0.513.土壤呼吸温度敏感系数Q10值分别为1.55、1.91、1.80和1.71.可见,UV-B辐射增强、秸秆施用和UV-B辐射增强+秸秆施用提高了大豆田土壤呼吸的Q10.     

UV-B增强对稻田呼吸速率、CH4和N2O排放的影响

于水稻生长季进行室外盆栽试验,人工模拟UV-B辐射增强20%,采用静态箱-气相色谱法测定稻田生态系统的呼吸速率、CH4和N2O排放通量,研究UV-B辐射增强对稻田生态系统呼吸速率、CH4和N2O排放通量的影响.结果表明,UV-B辐射增强没有改变稻田呼吸速率、CH4和N2O排放通量的季节变化规律;与对照相比,平均呼吸速率...     

短期保护性耕作措施对大豆-冬小麦轮作系统温室气体排放的影响

通过田间试验,在大豆和冬小麦生长季,进行常规翻耕(conventional tillage,T)、免耕(no-tillage with no straw cover,NT)、常规翻耕+秸秆(conventional tillage with straw cover,TS)、免耕+秸秆(no-till with straw cover,NTS)4种耕作措施处理,采用静态箱-气相色谱法测定土壤-作物系统CO_2和N_2O排放通量.结果表明:在大豆生长季,与T相比,NTS在开花-结荚期显著增加了CO_2累积排放量(P=0.045),增幅达27.9%;NT在鼓粒-成熟期显著降低了CO_2累积排放量(P=0.043),降幅达28.9%.与T相比,NT在鼓粒-成熟期的N_2O累积排放量降低了28.3%(P=0.042).在冬小麦生长季,与T相比,TS、NT在拔节-孕穗期使CO_2累积排放量降低了24.3%(P=0.032)和36.0%(P=0.041),在成熟期降低了26.8%(P=0.027)和33.1%(P=0.038).在返青期,NT、NTS、TS的N_2O累积排放量与T比较均没有明显差异,NTS比NT的N_2O累积排放量降低了42.0%(P=0.035).可见,保护性耕作措施对土壤-作物系统CO2排放的影响较大,对N2O排放的影响不明显.     

模拟氮沉降对大豆萌发和幼苗生长的影响

氮沉降是当今倍受关注的全球性环境问题.采用大田试验和室内培养的方法,研究大豆种子萌发和幼苗生长对氮沉降的响应.实验设4组处理(CK、T1、T2、T3),所施氮肥为NH4NO3,在室内培养实验中,4组处理的浓度分别为0、0.08、0.16、0.24mol/L.大田实验中,4组处理的氮施入量分别为0,50,100,150 kg·hm-2·a-1.结果表明:过量氮沉降对种子萌发有一定的抑制作用,降低了种子的发芽速度和发芽率;抑制了幼苗的生长速度,降低了植株的株高、叶面积和生物量,并减小了根冠比;随着氮施入量的增加幼苗的蒸腾速率逐渐降低,但叶片叶绿素含量逐渐增加.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

水稻叶绿素荧光特性对CO_2浓度升高的代际响应研究

为研究不同CO_2浓度升高水平对水稻叶绿素荧光特性的代际影响,基于CO_2浓度自动调控系统开展田间试验,以上一生长季经CO_2浓度升高处理(CO_2浓度比自然环境高40μmol·mol~(-1))的粳稻(Oryza sativa L.)种子(SI)和没有经过CO_2浓度升高处理的粳稻种子(SII)为试验材料,设置3种CO_2浓度水平:以背景大气CO_2浓度为对照(CK)、CO_2浓度比CK分别增加80μmol·mol~(-1)(T_1)和200μmol·mol~(-1)(T_2),测定叶片叶绿素荧光参数。结果表明,与CK相比,T_1处理使SI和SII蜡熟期的基础荧光(F_o)分别下降了8.6%(P=0.004)和8.0%(P=0.033),T_2处理使SI和SII扬花期的F_o分别下降了12.5%(P=0.033)和18.0%(P=0.015)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的最大荧光(F_m)分别上升了10.1%(P=0.001)和11.0%(P=0.001),T_2处理使F_m分别上升了12.0%(P=0.000)和10.6%(P=0.001)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的可变荧光(F_v)分别上升了16.2%(P=0.001)和17.7%(P=0.001),T_2处理使F_v分别上升了18.2%(P=0.000)和17.6%(P=0.000)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的最大光化学效率(F_v/F_m)分别上升了6.2%(P=0.001)和6.5%(P=0.005),T_2处理使F_v/F_m分别上升了6.2%(P=0.001)和6.8%(P=0.003)。与CK相比,T_1和T_2处理使SI和SII的单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、单位反应中心捕获用于还原QA的能量(TRo/RC)、单位反应中心以热能形式耗散的能量(DIo/RC)在乳熟期、蜡熟期和完熟期下降,单位面积光合反应中心的数量(RC/CSo)在蜡熟期上升。SI与SII相比,它们的F_o、F_m、F_v、F_v/F_m、ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC、RC/CSo、ETo/RC没有显著差异。研究表明CO_2浓度升高有利于提高水稻叶片光合系统的光能转换能力,对光合功能有促进作用,而叶绿素荧光特性对CO_2浓度升高的响应没有代际差异。     

不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳和转化酶的关系

为研究不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳(DOC)和转化酶的关系,设置了室内培养实验.采集南京市周边老山、紫金山、宝华山的土壤,研究不同土壤的微生物呼吸对温度升高的响应规律,并分析土壤DOC含量及转化酶活性.结果表明,不同土壤的累积微生物呼吸与土壤温度之间的关系均可用指数方程描述,其P值均达到极显著水平(P0.001),不同地点土壤的微生物呼吸温度敏感系数(Q10值)在1.762~1.895之间变异.累积土壤微生物呼吸的Q10值随着土壤温度升高表现出降低的趋势.培养后27 d土壤微生物呼吸的Q10值与培养后1 d的Q10值无显著差异(P0.05),这表明难分解有机质的温度敏感性与易分解有机质的温度敏感性一致.对于所有土壤而言,累积土壤微生物呼吸与DOC含量之间存在极显著(P=0.003)的线性回归关系,DOC可以解释累积土壤微生物呼吸31.6%的变异性.无论是单独分析不同土壤还是综合所有土壤的测定结果,累积微生物呼吸与土壤转化酶活性均存在极显著(P0.01)的一元线性回归关系,由此说明转化酶活性是衡量土壤微生物呼吸大小的一个较好的指标.     

昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响

通过田间试验,用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响.结果表明,增温没有改变大豆田土壤N2O排放通量的季节性变化规律.整个生长季,与对照相比,增温土壤N2O平均排放通量增加了17.31%(P=0.019),累积排放量显著增加了20.27%(P=0.005).对照与增温处理土壤N2O排放通量与土壤温湿度均呈显著性相关关系,对照与增温土壤的N2O排放温度敏感系数分别为3.75和4.10.整个生育期,增温显著增加了植株地上和总生物量、叶片硝酸还原酶活性和全氮含量,显著降低了叶片NO3--N含量;显著增加了土壤NO3--N含量,但对土壤有机碳及全氮含量没有显著影响.本研究表明,昼夜增温显著增加了大豆田土壤N2O的排放.     

不同大气CO2浓度升高处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田中分解特性的影响

为研究大气CO₂浓度逐渐增加和稳定高浓度处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田土壤中分解特性的影响,进行田间试验,设置3个浓度水平——背景大气CO₂浓度(CK)、每个生长季CO₂浓度比CK逐渐增加40 μmol/mol(T1)、每个生长季CO₂浓度均比CK高200 μmol/mol(T2),处于上述3个浓度水平下连续3个生长季的水稻秸秆处理编号分别用CK-OTC、T1-OTC、T2-OTC表示,第3个生长季T1-OTC的CO₂浓度为120 μmol/mol,3个生长季中前两个生长季处于开顶箱(OTC)外且第3个生长季处于OTC内的处理分别表示为CK、T1、T2.将不同处理下的水稻秸秆埋入麦田土壤中,于填埋后30、60、84、119、149 d测定剩余秸秆的质量以及总碳(TC)、总氮(TN)含量.结果表明:填埋后30 d不同处理下秸秆的分解率为33.2%~38.2%,至149 d填埋结束,不同处理下秸秆的分解率为57.3%~60.3%.填埋试验后期(填埋后84、119、149 d)的秸秆分解率与粗纤维含量之间存在显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)相关关系.T1、T2处理下水稻秸秆在分解过程中的TC含量与CK无显著(P>0.05)差异,而OTC-T1处理下水稻秸秆在整个分解阶段的TC含量显著(P < 0.05)高于CK,且在填埋后60~119 d这一阶段T2处理下TC含量与OTC-CK处理之间存在边缘显著(0.05 < P < 0.10)差异.所有处理下的TC含量在填埋后比填埋前均明显降低,特别是对于TN含量而言,大部分处理下TN含量均随时间的线性增加程度达到极显著(P < 0.01)水平,C/N均在分解过程中随时间呈线性降低趋势(P < 0.05).研究显示,一个生长季尺度上CO₂浓度的升高会提高秸秆分解率,秸秆分解过程中TC分解速率比TN快,从而造成C/N下降.