中国北方冬小麦的水分亏缺与气候生产潜力--近40年来的动态变化研究

基于辨识自然条件下的水分对北方半湿润半干旱地区冬小麦气候生产潜力的影响,采用“逐步订正法”分别计算了光合、光温和气候生产潜力,并进行了评估。从水分平衡角度,采用新颖的数理模式构建了估算气候生产潜力的水分订正函数,其中冬小麦需水量采用FAO最新推荐的Penman-Monteith公式,供水量采用新近研制的降水量和土壤有效底墒模式。计算了本区78个站点近40年(1961～2000年)逐年的气候生产潜力,分别以相对变率、变异系数以及由水分亏缺引起的减产率和水分亏缺率等为指标,分析了近40年中国北方冬小麦水分与气候生产潜力的动态变化。结果表明,由于底墒水约占冬小麦全生育期需水量的20％～30％,对气候生产潜力的贡献较大,相应地,计算得到的冬小麦气候生产潜力比以往一些结果高出约20％～30％,这对评估气候生产潜力有重要意义。在生产潜力动态变化方面,由于降水变率大,使得气候生产潜力的时空变化大于光合和光温生产潜力的时空变化,而且在河北(包括津京地区)和山东两省,水分具有由南向北、由东向西减少的趋势,陕西、山西和河南三省水分有由南向北减少的趋势,使得各项指标的变化均有与此基本相应的变化趋势。     

灌溉降低华北冬小麦干旱减产的风险评估研究

从冬小麦生育期水分供需平衡的关系出发，建立了其缺水率模式。采用风险分析技术与方法，基于华北平原河北省及京津地区代表站点近40a(1961—2000年)冬小麦供需水的有关资料，估算了冬小麦全生育期在不同灌溉条件下，不同干旱年型不同缺水率出现的概率，分析了灌溉可降低的冬小麦干旱减产的风险水平。结果表明：这些地区生育期内的自然降水和底墒水只能满足冬小麦全生育期需水的1／3—2／3。如果没有灌溉，冬小麦全生育期缺水率20％以上出现的概率大都在80％以上，缺水率30％—40％的重早年出现的概率高达30％；随着灌水次数的增加，相应干旱减产的风险水平随之降低。如果在缺水的关键期适当补充3次水，总量在2025m^3／hm^2左右，则缺水率≥10％的风险概率可降到10％以下，而大部分地区基本上可满足水分的需求；为节约用水和提高水分利用效率，除严重干旱年外，大部分地区一般只需灌3次水便可满足冬小麦稳产、高产的水分需求。     

种植密度和降水对冬小麦田N2O排放的影响

为研究种植密度对农田N2O排放的影响和探讨N2O排放季节性波动的原因，于1999～2000年小麦生长季在南京市郊江宁县进行了不同播种量（0.90、180和270kg/hm^2）和大田试验，观测分析结果表明：在相同的气象条件和田间管理下，播种～越冬阶段的N2O排放不受播种量的影响，近青～成熟阶段的N2O排放通量与播种量成正比，裸地条件下的N2O排放与播量为90kg/hm^2下的排放无明显差异，造成该生长季内N2O排放季节性波动的主要原因是降水，返表～成熟阶段的N2O排放通量随观测日前6d的加权平均降水解呈指数增加。     

Characteristics of indoor/outdoor PM2.5 and elemental components in generic urban, roadside and industrial plant areas of Guangzhou City, China

Quantitative information on mass concentrations and other characteristics, such as spatial distribution, seasonal variation, indoor/outdoor （I/O） ratio, correlations and sources, of indoor and outdoor PM2.5 and elemental components in Guangzhou City were provided. Mass concentration of PM2.5 and elemental components were determined by standard weight method and proton-induced X-ray emission （PIXE） method. 18 elements were detected, the results showed positive results. Average indoor and outdoor PM2.5 concentrations in nine sites were in the range of 67.7-74.5μg/m^3 for summer period, and 109.9-123.7 μg/m^3 for winter period, respectively. The sum of 18 elements average concentrations were 5362.6-5533.4 ng/m^3 for summer period, and 8416.8-8900.6 ng/m^3 for winter period, respectively. Average concentrations of PM2.5 and element components showed obvious spatial characteristic, that the concentrations in roadside area and in industrial plant area were higher than those in generic urban area. An obvious seasonal variation characteristic was found for PM2.5 and elemental components, that the concentrations in winter were higher than that in summer. The I/O ratio of PM2.5 and some elemental components presented larger than 1 sometimes. According to indoor/outdoor correlation of PM2.5 and element concentrations, it was found that there were often good relationships between indoor and outdoor concentrations. Enrichment factors were calculated to evaluate anthropogenic versus natural elements sources.     

应用EPIC模型计算黄土塬区作物生产潜力的初步尝试

黄土高原地区土壤侵蚀强烈,土地现实生产力水平低,研究该地区作物生产潜力可以为有效提高作物产量及合理进行农业生产规划提供依据。论文介绍了EPIC(侵蚀-生产力影响计算模型)的特点、组成部分及应用步骤,对部分作物参数进行了修订。以黄土塬区冬小麦和春玉米为例,对EPIC模型的适用性进行了分析和验证,表明EPIC在黄土高原地区作物生产潜力模拟研究中具有较好的适用性。结果显示,冬小麦产量模拟值与实测值之间多年平均误差为7.78%;春玉米多年平均误差为9.60%。冬小麦水分胁迫天数多年平均为9.9天,最少为1.7天(1993年),最多为23.1天(1995年);春玉米水分胁迫天数多年平均为13.4天,最少为1.1天(1993年),最多为44.2天(1995年),与各年作物生育期降水情况基本一致。此模型经修正后在正常年份模拟值较为精确,在干旱年份对作物、土壤等参数的修正方法需要进一步探讨。     

温度对农田N2O产生与排放的影响

以华东太湖地区的水稻－冬麦轮作农田为研究对象,采用基于箱法－气相色谱法的自动连续观测系统,对整个轮作周期的Ｎ２Ｏ排放和温度进行了同步自动连续观测,同时,在实验室开展了一系列的模拟实验,以研究Ｎ２Ｏ产生与排放过程的温度效应,实验研究结果表明,在土显度适宜的一定温度范围内,Ｎ２Ｏ排放对温度的依赖性可用指数函数Ｆ＝Ａｅ＾ａｔ来描述,轮作周期内显著Ｎ２Ｏ排放发生的频率随温度的变化呈正态分布,６７％的排放量     

北方冬小麦主产区的高产与稳产关联性及其影响因素

冬小麦产量高低及稳定性对于保障我国粮食安全同等重要。鉴于北方冬小麦主产区受气候变化的负面影响显著,有必要从高产—稳产关联特征入手,探究全面提升冬小麦产量及稳定性的途径。基于598个县1985—2014年的单产数据,分析了冬小麦高产与稳产关联性时空分异特征,并结合气象、物候观测、农业生产要素等数据,应用无序多分类Logistic模型揭示了冬小麦高产—稳产关联特征的影响因素。主要结论为：（1）冬小麦产量随时间不断提高的同时稳定性也增强,高产性和稳产性均呈东北向西南降低的特征。（2）冬小麦高产与稳产、低产与不稳产密切关联,在研究区占据主导地位,且这两种关联类型的分布区域相对稳定,空间聚集性强。（3）灌溉条件是促进冬小麦高产—稳产的关键因素,影响随时间逐渐增强;具备灌溉条件的情况下,研究区的光温水等气象条件均比较适合冬小麦生产,但不同物候期气象要素的波动对高产和稳产均有负向影响。研究结果可为划定冬小麦优质产区和制定气候变化应对策略提供依据。     

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用臭氧FACE(free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,研究近地层臭氧浓度(臭氧摩尔分数平均为70 nmol.mol-1)升高对小麦不同生育期植株氮吸收量,土壤w(全氮)、w(矿质氮)、脲酶活性、氨氧化细菌数量、反硝化细菌数量以及小麦成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果表明,与对照(臭氧摩尔分数平均为45 nmol.mol-1)相比,臭氧浓度升高条件下小麦不同生育期氮吸收量总体趋于升高,土壤w(全氮)、w(铵态氮)和w(硝态氮)总体趋于下降,在小麦成熟期土壤w(全氮)和w(铵态氮)分别比对照下降9%和71%(P0.05),而w(硝态氮)比对照下降36%;臭氧浓度升高使小麦不同生育期土壤脲酶活性总体趋于增强,在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于对照(P0.05);随着小麦的生长,臭氧熏蒸土壤氨氧化细菌和反硝化细菌数量也趋于升高,在小麦成熟期均显著高于对照(P0.05)。在小麦成熟期,尽管臭氧熏蒸土壤单个氨氧化细菌的硝化活性比对照下降57%,但土壤整体硝化强度却比对照提高123%;臭氧熏蒸土壤反硝化作用强度与对照相比无明显差异,但单个反硝化细菌的反硝化活性却比对照降低96%,达显著水平(P0.05)。认为臭氧浓度升高促进了小麦对土壤氮素的吸收,导致土壤氮素库存量降低,进而加快了土壤中氮素的转化,表现为脲酶活性升高,氨氧化细菌和反硝化细菌数量增加,但它们的代谢活性反而下降。     

土霉素对小麦毒性效应的品种间差异

为了研究土霉素对小麦毒性效应的品种间差异,收集了63个小麦品种,根据土霉素对小麦种根影响的试验结果,从中筛选出对土霉素耐性相差最大的两个小麦品种,探讨了土霉素对这两个小麦品种叶片叶绿素含量的影响.结果表明:1)小麦对土霉素的耐性存在品种间差异,在供试的63个小麦品种中,核优1号对土霉素最敏感,而烟农21对土霉素最不敏感,二者的EC50值分别为1.25和54.21mg·L-1;2)土霉素处理能够显著降低小麦叶片叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素的含量,其中对土霉素敏感品种核优1号的抑制显著高于不敏感品种烟农21;3)就同一品种而言,土霉素胁迫条件下,叶片叶绿素a的降低程度明显高于叶绿素b,叶片叶绿素a/b的比值显著降低.土霉素对敏感品种核优1号叶绿素a/b比值的影响显著弱于不敏感品种烟农21.     

低浓度Pb^2＋对Cd^2＋污染下冬小麦幼苗根微域土壤水解酶活性及与根微域土壤生化特征关系的影响

采用盆栽试验法探讨了Cd^2＋、低于国家“土壤环境质量标准”规定的II类土壤环境基准值300mg-kg^-1干土时的Pb^2＋与Cd^2＋复合处理对冬小麦幼苗根微域土壤磷酸酶、转化酶和脲酶活性及与根微域土壤微生物数量和生化特征关系的影响特征。结果表明：（1）Cd^2＋对冬小麦幼苗根微域土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性表现为显著抑制效应;而低浓度Pb^2＋主要表现为协同Cd抖污染抑制根微域土壤水解酶活性效应;（2）Cd^2＋处理下,磷酸酶活性与微域土壤有机质含量呈极显著正相关;转化酶活性与细菌、真菌和放线菌数量呈显著负相关,与有机质呈显著正相关;脲酶活性与细菌、真菌和放线菌数量及微生物量碳表现为极显著正相关;（3）Pb^2＋／cd^2＋处理下,碱性磷酸酶活性与微生物量碳表现为显著正相关;转化酶活性与全氮含量表现为显著负相关,与有机质含量呈极显著正相关;脲酶活性与全氮呈极显著正相关,与有机质为极显著负相关,总体来讲,Cd^2＋／Pb2＋与Cd^2＋处理之间酶活性与生化特征的关系存在明显差异;同时Pb^2＋／Cd^2＋处理下磷酸酶、转化酶和脲酶活性与土壤微生物数量之间的相关性特点与Cd^2＋处理下也明显不同。