水稻光合同化碳在土壤不同粒径、密度分组中的分配特征

水稻生长影响土壤有机质在土壤及其各组分中的分布,是关系土壤有机质储量的重要因子.为量化水稻光合同化碳在土壤不同粒径和密度组分中的分布,进而为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供数据支撑,应用14C连续标记示踪技术,以当地主栽水稻品种"中优169"为供试作物,分别选取亚热带区4种典型稻田土壤,通过土壤有机质物理分组方法探讨了水稻根际输入的光合碳在土壤物理组分(粒径、密度)中的含量和分配特征.结果表明,水稻标记种植80 d后,250～2 000μm粒径的SOC14含量范围为118.23～309.94 mg.kg-1,SOC14/SOC的比例范围为0.52%～1.55%,均大于20～250μm、<20μm这2个粒径的SOC14含量和SOC14/SOC的比例,250～2 000μm、20～250μm这2个粒径的轻组组分的SOC14含量均显著大于相应的重组组分的SOC14含量,说明稻田生态系统通过水稻的根际沉积作用将有机碳(水稻光合同化碳)主要固定在大粒径的轻组组分中,从而提高了土壤有机碳含量.相关分析表明,250～2 000μm粒径与其轻、重组组分、<20μm粒径、20～250μm粒径的SOC14含量之间均呈显著性正相关,而<20μm、20～250μm粒径的轻组组分的SOC14含量之间呈极显著性负相关.     

间种高粱及施用大颗粒尿素对茶园N2O排放的影响

茶园施肥量大、氧化亚氮(N_2O)排放系数高,且近年来我国茶园面积不断扩大,使茶园成为重要的农业N_2O排放源,亟需有效的茶园N_2O减排措施.本研究在我国中亚热带典型丘陵茶园,通过设置间种高粱、施用大颗粒尿素和常规施肥3种管理措施,观测不同管理措施下茶园土壤N_2O及相关环境因子动态,旨在解析茶园土壤N_2O排放的主控因子和明确提出的减排措施的有效性. 2 a的田间试验结果表明:①茶园土壤N_2O排放通量与土壤化学性质、温度及降雨有显著的相关性,土壤物理性质和土壤化学性质的交互作用对N_2O排放影响最大,土壤化学性质中的NO~-_3-N含量是决定N_2O排放量大小的最主要因素,茶园土壤N_2O减排研究的工作重点在于如何减小土壤中的NO~-_3-N含量;②间种高粱在未影响茶叶产量的前提下减少了51.2%的N_2O排放,从缓解全球气候变暖角度看,间种高粱是本研究中最佳的茶园管理措施;③施用大颗粒尿素在提高29.5%的茶叶产量同时减少了34.7%的N_2O排放,从兼顾经济效益及缓解全球气候变暖的角度看,茶园中施用大颗粒尿素则是本研究中最佳的施肥措施.     

不同水分条件和微生物生物量水平下水稻土有机碳矿化及其影响因子特征

稻田土壤常处于频繁的干湿交替过程中,水分条件的改变不仅影响土壤理化性质,而且使土壤微生物群落结构和多样性发生改变,进而影响土壤有机碳矿化速率.然而,不同水分条件和土壤微生物生物量水平对土壤有机碳矿化过程的影响及其机制尚不明确.因此,本研究选取典型亚热带水稻土为研究对象,采用室内模拟培养试验,设置干湿交替和持续淹水这2个水分条件,并通过氯仿熏蒸方法减少土壤微生物生物量,从而获得微生物生物量碳含量高低两个水平的土壤,探讨水分条件和微生物生物量对水稻土有机碳矿化的影响机制.结果表明在培养前30 d,干湿交替处理处在不淹水状态,其CO₂累积排放量显著低于持续淹水处理;30 d后干湿交替处理进入淹水状态,在高微生物生物量碳含量土壤中,其CO₂累积排放量和持续淹水处理的差距逐渐减小,直至78 d无显著差异;在低微生物生物量碳含量土壤中,78 d时干湿交替处理的CO₂累积排放量仍显著低于持续淹水处理.低微生物生物量碳含量土壤在培养初期（前20 d）受其高可溶性有机碳（DOC）含量影响,CO₂排放速率可达高微生物生物量碳土壤的1.1~6.1倍;在培养后期（第45~78 d）土壤有机碳矿化速率达到稳定,高微生物生物量碳土壤的稳定矿化速率比低微生物生物量碳土壤高20%~30%.多元回归分析结果表明,土壤DOC含量的减少（ΔDOC）和Fe²⁺含量的增加（ΔFe²⁺）显著影响持续淹水条件下的CO₂累积排放量的变化值（ΔCO₂）,但对干湿交替处理淹水阶段的CO₂累积排放量却无影响.相关分析结果表明,高微生物生物量碳土壤的CO₂日排放速率在干湿交替处理下与葡萄糖苷酶（BG）活性呈显著正相关,在持续淹水处理下与乙酰葡糖氨糖苷酶（NAG）和过氧化酶（PER）活性呈显著负相关;在低微生物生物量碳土壤中,CO₂日排放速率在持续淹水处理下与NAG活性呈负相关,在干湿交替处理下与酶活性无关.综上,干湿交替处理的CO₂累积排放量低于持续淹水处理,且该差异在低微生物生物量碳的土壤中显著;土壤微生物生物量大小会决定土壤有机碳稳定矿化速率水平;可溶性有机碳量和铁元素的还原量影响持续淹水条件下土壤的CO₂排放量;土壤水分条件会影响CO₂日排放速率及其关键生物酶因子.本研究为深入研究水稻土碳循环和固碳潜力提供数据和理论支持.     

水稻碳氮吸收、分配与积累对施肥的响应

以亚热带典型稻田生态系统长期定位试验为对象,研究等氮条件下不同施肥方式对水稻植株碳氮吸收、分配与积累的影响,分析了水稻碳氮的积累关系.结果表明,低量有机肥结合化肥配施能有效促进碳素在水稻植株体内的分配.有机-无机肥配施处理下水稻茎叶和籽实中氮含量相对较高,分别为8.9～10.2 g·kg-1和11.9～14.8 g·k...     

生态沟渠对氮、磷污染物的拦截效应

将原农业排水沟渠改建成生态沟,以水生美人蕉、黑三棱、灯心草、铜钱草和绿狐尾藻等为试验植物,通过沟渠水样氮、磷去除的时空变化,各植物区泥沙和植物氮、磷含量的对比,探讨了生态沟渠对农业面源污染的阻控效应.结果表明,生态沟渠出水氮、磷浓度分别低于地表水环境质量标准Ⅳ类和Ⅱ类,整条生态沟渠对水体总氮、总磷的平均去除率分别为64.3%、69.7%.整条生态沟渠2010年和2011年拦截泥沙总量的平均值为40 400 kg,含泥沙氮52.4 kg,泥沙磷21.4 kg;其中各植物段拦截泥沙氮、磷量为水生美人蕉铜钱草黑三棱绿狐尾藻灯心草.生态沟渠植物每年累积带走的氮、磷量分别为7.9 kg和1.4 kg;5种植物氮、磷吸收量最高的是水生美人蕉和绿狐尾藻,二者的地上生物量与地下生物量比值也远高于其他3种植物.因此,生态沟渠对氮、磷污染物有较好的拦截效应,5种植物中氮、磷吸收效果最好的是水生美人蕉和绿狐尾藻.     

氮肥深施及间种白三叶草对茶园N2O排放的影响

近年来我国茶园面积不断扩大,茶园施氮(N)量大、N_2O排放量高,是重要的N_2O排放源,开展茶园的N_2O减排研究十分有必要.本研究在位于我国亚热带丘陵区的典型茶园,通过设置常规施肥、氮肥深施和间种白三叶草这3种处理,观测不同施肥及管理措施下茶园土壤N_2O排放及其相关土壤环境因子动态,旨在明确不同措施对茶园N_2O排放的减排效果,并解析相关影响因子.通过3 a的田间试验表明,亚热带丘陵茶园具有较高的N_2O排放,N_2O-N年累积排放量高达5. 1～10. 1 kg·hm-2.N_2O排放主要发生在春夏季,当土壤温度低于15℃,其排放主要与土壤温度呈正相关;当温度高于15℃,则主要与土壤含水量、土壤NH4+-N和NO3--N含量呈正相关.三年间茶园间种白三叶草较常规施肥未显著影响N_2O排放,肥料深施在降雨量较高年份增加了茶园N_2O排放,间种白三叶草和肥料深施未显著影响茶叶产量.本研究表明,亚热带茶园间种白三叶草减排N_2O的效果不显著,不减少氮肥用量下氮肥深施未能降低N_2O排放,今后有必要研究肥料深施配合氮肥减量来减排N_2O.     

基于EMD的我国粮食产量波动及其成因多尺度分析

论文利用经验模态分解(EMD)方法对1949年以来我国粮食产量波动及其成因进行了多时间尺度的分析。研究结果表明:我国粮食产量存在3年和9年左右的准周期波动,并以9年左右的波动为主。从粮食产量波动的趋势量分布来看,1949年以来我国粮食产量不断增长,但是20世纪90年代后粮食增长停滞;在对粮食作物播种面积单产和粮食播种面积两个影响因子进行EMD分解时发现,粮食作物播种面积单产是粮食产量3年左右波动的控制因子,而粮食播种面积却是粮食产量9年左右波动的主要控制因子。对两个尺度的周期性波动分析发现,我国粮食产量波动幅度近年来不断增加,这将给我国已经相当紧张的粮食供需关系带来巨大的隐患。由于3年和9年左右的两个准周期波动在2005～2006年期间都将处于波谷,论文预测2005或2006年的粮食将严重短缺,并且短期内我国粮食产量仍会下降,但是较长期内粮食产量将回升。     

农业小流域粮食产量稳定与水环境质量提高途径研究

实地调研了我国典型黑土区农业小流域粮食产量与施肥量的空间异质性,通过建立产量施肥量模型对施肥量进行空间上的优化调整,并选用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文水环境模型进行流域水环境模拟.结果表明,施肥量在流域尺度上存在空间调整的可能和需要.在小流域粮食产量稳定目标下,通过施肥空间优化调整可减少小流域总施氮量的1.88%,同时SWAT模型模拟结果显示,施肥空间优化调整可降低NH 4+-N、NO 3--N营养盐输出分别为9.7%及5.6%.     

农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析

研究农田土壤自养微生物碳同化潜力,对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义.选取6种典型农田土壤,通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养,量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化,同时结合分子生物学技术及酶学分析方法,探讨了不同土壤自养微生物细菌固碳功能基因(cbbL)丰度及关键酶(RubisCO)活性.结果表明,土壤自养微生物具有可观的CO2同化潜力,在本实验条件下,全球每年表层(0~20 cm)土壤通过自养微生物的同化作用可固定的碳为0.57~7.3 Pg.供试土壤的14C土壤有机碳(14C-SOC)含量范围为10.63~133.81 mg·kg-1,而14C可溶性有机碳(14C-DOC)、14C微生物生物量碳(14C-MBC)含量范围分别为0.96~8.10 mg·kg-1、1.70~49.16 mg·kg-1.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为5.07%~14.3%、2.51%~13.12%和0.09%~0.64%.土壤细菌cbbL丰度范围为2.40×107~1.9×108copies·g-1,且RubisCO酶活性(CO2/soil)范围为34.06~71.86 nmol·(g·min)-1.相关分析表明,土壤14C-SOC与14C-MBC及RubisCO酶活性均呈极显著正相关关系(P<0.01).说明土壤对大气CO2的同化作用主要是由自养微生物参与的同化过程,且较高的RubisCO酶活性意味着较高的自养微生物CO2同化潜力.     

不同碳负荷梯度下稻田土壤有机碳矿化特征

易利用态有机碳是土壤微生物的重要碳源,影响土壤有机碳的矿化和累积过程,而易利用态碳源的输入量尤其是相对于土壤微生物生物量碳的不同输入负荷,对土壤有机碳的矿化影响机制尚不明确.因此,本研究采取室内模拟培养实验,选择不同浓度梯度添加[0. 5、1、3、5倍微生物量碳(MBC)]~(13)C-葡萄糖,分析葡萄糖-C的矿化特征及其激发效应.结果表明,葡萄糖-C矿化率随着外源碳添加量的增加而显著增加;葡萄糖-C向快库、慢库分配的比例也分别与碳添加量呈指数关系(R~2=0. 99,P 0. 05和R~2=0. 99,P 0. 05).在高添加量处理(3×MBC、5×MBC)中,葡萄糖的添加抑制土壤原有有机碳的矿化,即表现出负激发效应;而在低添加量处理(0. 5×MBC、1×MBC)中,表现为正激发效应,60 d培养结束后累积激发效应分别为160. 0 mg·kg~(-1)和325. 1 mg·kg~(-1).相关性分析结果表明在培养实验前期,累积激发效应主要受MBC、MBN和DOC的影响,而在后期主要β-葡糖苷酶、几丁质酶和铵态氮的影响.因此,稻田土壤有机碳矿化和激发效应与易利用态有机碳添加的碳负荷密切相关,并通过微生物量和酶活性调控土壤碳的矿化过程.本研究对于揭示稻田有机碳累积行为与推动农业可持续发展具有重要的科学意义.