太湖流域农田稻季CH4通量特征及影响因子

开展太湖流域农田稻季CH₄排放研究,深入了解稻田CH₄排放规律,为稻田CH₄减排、制定合理稻田管理措施提供科学依据。以太湖流域稻麦轮作农田为研究区域,运用涡度相关法观测其稻季CH₄通量变化,分析其通量变化特征及影响因子。结果表明：太湖流域典型稻麦轮作区稻季为CH₄的源,CH₄排放总量为28.95 g/m²,稻季CH₄通量日变化表现为无规则型与单峰型两种模式;稻季CH₄排放整体集中在水稻生长前期（81.61%）及中期（16.16%）、后期排放相对较弱（2.23%）,返青期排放量较低（日均0.102 μmol m^-2 s^-1）,分蘖期较强（日均0.451 μmol m^-2 s^-1）,成熟期最低（日均0.006 μmol m^-2 s^-1）;模型所模拟的累计CH₄排放通量比累计测量CH₄通量低6.69%,较好地模拟了太湖流域稻田CH₄的排放,土壤温度、土壤水分、土壤电导率、摩擦风速可确认为太湖流域农田稻季CH₄排放的主要驱动因子。     

鄱阳湖苔草湿地甲烷释放特征

2009年5月-2010年4月在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区选择以灰化苔草为建群种的洲滩,设置土壤-植物系统(TC)、剪除植物地上部分 (TJ)2个试验处理,利用密闭箱-气相色谱法测定了鄱阳湖典型苔草湿地的甲烷(CH₄)释放通量。结果表明:1)TC、TJ 2个试验处理CH₄释放速率变化范围分别为-0.094-17.75 mg · m^-2 · h^-1、-0.122-19.16 mg · m^-2 · h^-1,均表现出明显的季节变化规律;2)地表未淹水期间,剪草处理CH₄释放显著高于非剪草处理(t=2.69, P<0.05);地表淹水达到15 cm后,剪草处理CH₄释放明显低于非剪草处理。3)土壤5 cm温度、土壤水分与2处理非淹水期间CH₄释放速率均呈显著正相关,是非淹水期间CH₄通量变化的主要控制因子,2因子能够共同解释非淹水期苔草湿地65%-74%的CH₄通量变异;4)试验期间,苔草湿地CH₄释放量约为12.77 gC/m²,相当于同期土壤有机质分解碳排放量的4%,甲烷释放的碳消耗不足苔草湿地年NPP的1%。     

华北平原玉米田生态系统光合作用特征及影响因素

采用涡度相关法对华北平原夏玉米田进行了连续4a(2003-2006年)的碳通量观测,结果表明:夏玉米田生态系统初始量子效率(α)、最大光合速率(P_max)、暗呼吸速率(R_d)和总初级生产力(GPP)随作物生长发育而变化。在夏玉米生育前期和后期,α、P_max、R_d和GPP都比较小,其最大值出现在抽穗期/灌浆期。2003-2006年,夏玉米生长季平均α、P_max、R_d的范围分别为0.054-0.124 μmol/μmol、1.72-2.93 mg CO₂ · m^-2 · s^-1、0.23-0.38 mg CO₂ · m^-2 · s^-1。α、P_max和R_d均随叶面积指数(LAI)增加呈指数增长。2003-2006年夏玉米生长季GPP总量分别为806.2、741.5、703.0、817.4 g C/m²,年际差异较大。玉米田生态系统GPP随温度升高呈指数增长。在玉米营养生长阶段,GPP随LAI增加而增大,两者之间的关系可用直角双曲线方程来表示;生殖生长阶段,GPP随LAI降低而下降.相同LAI下,生殖生长阶段的GPP明显低于营养生长阶段。     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

若尔盖高原沼泽湿地CO2排放时空变化特征

为了更好理解若尔盖高原不同微生境下沼泽湿地生态系统CO₂排放通量的变化特征,以若尔盖高原湿地自然保护区为研究对象,2013和2014年生长季期间,采用了静态箱和快速温室气体法原位观测了3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量时空变化规律。结果表明：长期淹水微地貌草丘区湿地（PHK）和洼地区湿地（PHW） CO₂排放通量变化范围分别为38.99-1731.74 mg m^-2 h^-1和46.69-335.22 mg m^-2 h^-1,季节性淹水区微地貌草丘区湿地（SHK）和洼地区湿地（SHW） CO₂排放通量变化范围分别为193.90-2575.60 mg m^-2 h^-1和49.93-1467.45 mg m^-2 h^-1,而两者过渡区的无淹水区沼泽湿地（Lawn） CO₂排放通量变化范围194.20-898.75 mg m^-2 h^-1。相关性分析表明5种微地貌区沼泽湿地CO₂排放通量季节性变化与不同深度土壤温度均存在显著正相关,与水位存在显著负相关（PHW、SHW、SHK、Lawn）或不相关（PHK）,并且水位和温度（5 cm）共同解释了CO₂排放通量季节性变化的87%。3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量存在空间变化规律,主要受水位影响,但植物也影响沼泽湿地CO₂排放通量空间变化规律,并且表明沼泽湿地CO₂排放通量与水位平均值存在显著负相关。     

黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献

于黄土高原沟壑区王东沟小流域26年刺槐人工林(Robinia pseudoacacia)中,设置对照(CK)、去除凋落物(no litter, NL)和倍增凋落物(double litter, DL)3个处理,利用Li-8100系统测定各处理的土壤呼吸速率。结果表明,添加或去除凋落物显著影响土壤呼吸(P = 0.091-0.099),与对照(CK)的土壤呼吸速率(3.23 μmol m^-2 s^-1)相比,添加凋落物(DL)使土壤呼吸速率增加26%,去除凋落物(NL)使土壤呼吸速率减少22%。NL、CK和DL的累积土壤呼吸分别为631、787和973 g C m^-2a^-1。各处理土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系(R²=0.81-0.90,P < 0.0001),但与土壤水分的关系不明显。NL、CK和DL的Q₁₀依次为1.92、2.29和2.31。地表凋落物对土壤呼吸年平均贡献量为20%。相关性分析表明,各测定日地表凋落物贡献与土壤温度(r=0.54,P < 0.05)或土壤水分关系显著(r=0.68, P < 0.05)。刺槐人工林地表凋落物的输入量为213 g C m^-2a^-1,大于凋落物引起的呼吸量156 g C m^-2a^-1。在黄土区通过植被恢复治理水土流失过程中,随着地表凋落物的积累,林地生态系统的碳汇功能将逐步得到加强。     

西南高山地区土壤异养呼吸时空动态

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。应用生态系统模型(CEVSA)模型估算了1954-2010年西南高山地区土壤异养呼吸(HR)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954-2010年平均异养呼吸量为422 g C·m^-2·a^-1,在空间分布上,HR自东南向西北递减,与年平均温度(r=0.721,P<0.01)、年降水量(r=0.564,P<0.01)均显著正相关;(2)在时间尺度上,西南高山地区1954-2010年 HR总量增加趋势显著(P<0.05),变化范围为197-251 Tg C/a,平均每年增加0.710 Tg C,其中主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林均增加趋势显著(P<0.01),增加速度分别为1.621、1.496和1.055 g C·m^-2·a^-2。(3)土壤HR的年际变化主要受温度影响,且西北部高海拔地区较东南部低海拔对温度变化更为敏感,主要植被类型温度敏感系数Q₁₀从大到小依次为草地(2.35)、常绿针叶林(2.34)、常绿阔叶林(1.93)。     

苹果三维树冠的净光合速率分布模拟

构建三维树冠光合模型可模拟出叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和光能利用效率(LUE)在树冠内的三维分布。以17年生纺锤形"富士"苹果树(Malus domestica Borkh. cv. ‘Fuji’)为试材,通过实测确定三维树冠内叶片和辐射分布,根据不同部位叶片最大光合速率经验公式模拟叶片P_n 在三维树冠空间内分布,并据2007-2009年测定数据拟合相关模型参数。模拟表明,苹果树冠叶片P_n 和辐射的三维分布相似,在树冠上部P_n 三维分布比较平缓,然后随辐射的减少而迅速降低。高辐射条件下(PAR=1500 μmol·m^-2·s^-1),从树冠上部3 m处降到到1 m,平均相对辐射从71.18%降到8.05%,减少了89%,叶片平均P_n从15.05 μmol·m^-2·s^-1降到1.92 μmol·m^-2·s^-1,减少了87%。单位体积小室内的总净光合速率大小主要取决于叶面积密度,部分取决于P_n。G_s三维分布与P_n相似,而LUE分布与辐射相反,中下部高,上部低。根据光合机理模型、树冠内辐射和叶面积三维分布可模拟出苹果三维树冠内叶片的P_n、G_s和LUE分布,该模型参数少,可方便用于其它果树三维光合模型构建和果树整形修剪研究。     

枯落物输入变化对云南松林地CO2释放的影响

为研究枯落物输入变化对云南松（Pinus yunnanensis）林地CO₂释放的影响。本研究于2018年3月至2020年2月,应用枯落物添加和去除实验（DIRT）,设置对照（CK）、双倍枯落物（DL）、去除枯落物（NL）、去除有机层和A层（O/A-Less）、去除根系（NR）和无输入（NI）6个处理水平,采用Li-6400便携式光合作用测量仪及TRIME-PICO 64/32土壤温度水分测定仪对不同处理样地每月的CO₂通量（R_s）、土壤温度和土壤水分（15cm）进行了测定。结果表明：（1）不同处理样地CO₂通量均呈现出明显的月变化,7至8月最高,1至4月最低,平均值表现为R_{s （DL）}=8.10 μmol m^-2 s^-1 > R_{s （CK）}=6.27 μmol m^-2 s^-1 > R_{s （NL）}=5.44 μmol m^-2 s^-1 > R_{s （NR）}=4.46 μmol m^-2 s^-1 > R_{s （O/A-Less）}=3.86 μmol m^-2 s^-1 > R_{s （NI）}=2.94 μmol m^-2 s^-1。（2）与CK相比,DL样地CO₂通量升高了29.12%,而去除地上枯落物和地下根系样地CO₂通量显著降低,CO₂通量平均变幅分别为α（NR）=-28.85%,α（NI）=-53.14%,α（O/A-Less）=-38.46%,α（NL）=-13.29%。（3）不同处理土壤水分和土壤温度均存在显著的月变化（P<0.01）,NL和O/A-Less的土壤水分显著低于CK,而其余处理与CK间无显著差异（P>0.05）;不同处理间土壤温度表现为NR和NI均显著高于CK,其余处理与CK间无显著差异（P>0.05）。（4）不同处理样地CO₂通量与土壤温度呈显著指数相关（P<0.01）,与土壤水分在NI和O/A-Less处理中无显著相关（P>0.05）;与CK相比,NI、O/A-Less和NL处理的Q₁₀增加,而NR和DL处理的Q₁₀则降低;不同处理林地CO₂通量与土壤水热因子双因素模型能更好的解释林地CO₂通量的变化。本研究表明枯落物不同处理通过改变土壤碳输入和土壤环境因子从而影响生态系统碳排放,研究结果可为未来气候变化和人为干扰下云南松林的碳循环提供基础数据。     

渗透胁迫和离子毒害对转Bt基因棉幼苗生长及离子分布的影响

研究了渗透和盐胁迫处理对转Bt基因抗虫棉(Gossypium hirsutum) 99B种子的萌发和幼苗生长的影响,以及幼苗不同器官离子吸收和分配的差异。结果表明:渗透和盐胁迫均对转Bt基因抗虫棉幼苗的生长有抑制作用,其中PEG的抑制作用最强,而3种盐的抑制程度以CaCl₂>NaCl>Na₂SO₄,且在Na⁺含量相同时,Cl^-的毒害大于SO₄^2-。渗透胁迫下使根、茎和叶中的Na⁺和Cl^-含量提高,K⁺、Ca²⁺、SO₄^2-含量和K⁺/Na⁺、Ca²⁺/Na⁺和SO₄^2-/Cl^-比值降低,且地上部的变化幅度大于地下部的,其中以PEG的影响最为显著,其次是CaCl₂,Na₂SO₄处理最弱。这些说明,转Bt基因抗虫棉99B的耐盐性较弱。     

冷型小麦对干旱和阴雨的双重适应性

通过 10余年的研究 ,发现冠层温度持续偏低的冷型小麦具有广幅生态适应性 ,即在正常天气条件下 ,它的活力较好、代谢功能较强、具有较好的抗早衰能力 ,优于其它类型小麦 ;而在气象要素反差很大的干旱和连阴雨天气下 ,冷型小麦和暖型小麦、中间型小麦相比 ,不但冠层温度依然持续偏低 ,且在叶片功能期、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、过氧化氢酶活性、净光合速率和籽粒饱满指数等一系列重要内、外性状上仍能继续保持优势。这种对干旱和阴雨条件的双重适应性是冷型小麦一种宝贵的生物学品质 ,它有可能为小麦在多种气象生态条件下的高产、稳产打下较为坚实的生态生理基础 ,并能为优良品种的选育提出一个把冷温特征作为重要内容的较为新鲜的育种目标。     

小麦冷源及其在干旱条件下的适应性

冷型小麦具有代谢功能较好、活力较旺盛、抗早衰能力较强的特征,因而,培育出越来越多的冷型小麦并将其推向生产对于小麦的高产、稳产具有十分重要的意义。在这样的形势下,小麦冷源的发现明显促进了这一进程。小麦冷源是一种能够传递冷温特征的新遗传源,各种温度型的小麦与之杂交后,其后代降温的频率较高,且在这些降温的材料中能够涌现出较多的冷型小麦,从而有力促进了冷型小麦的选育。为了抵御干旱对小麦生产的严重威胁,进一步对冷源和非冷源材料进行了干旱适应性试验。通过对比发现,两者在一些重要内、外性状上,如叶片功能期、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、净光合速率和籽粒饱满指数等方面,小麦冷源较非冷源明显为优,表现出干旱胁迫下亦具有代谢好、活力强的特点,无疑,这就进一步拓宽了小麦冷源的应用范围,提高了它的研究和生产实践价值,可望借助这个新的遗传源,加速适应于干旱条件的优良品种的培育,其前景将会十分广阔。     

干旱条件下小麦冠层温度及其性状的关联研究

通过对小麦冠层温度和有关性状的长期观测,发现自然界存在冠层温度持续偏低的小麦,在干旱条件下,它的叶片功能期、叶绿素含量、蒸腾速率、净光合速率、可溶性蛋白含量和超氧化物歧化酶活性等重要性状明显优于冠层温度持续偏高的小麦品种,且丙二醛(MDA)积累速度慢,在籽粒灌浆期表现尤为明显。冷型小麦表现出干旱胁迫下仍然具有代谢功能较好、活力旺盛和抗早衰能力较强的特征,这进一步拓展了冷型小麦的应用范围,对于加速适应于干旱条件的优良品种选育并将其推向生产具有十分重要的意义。     

冠层温度多态性小麦的性状特征

冷型小麦的冠层温度 (体温 )和对照品种相比具有持续偏低 (或相当 )的特征 ,暖型小麦的冠层温度则具有持续偏高的特征。一般小麦材料和生产上使用的大多数品种与上述特征有异 ,其冠层温度突出地表现为多态性 ,即有的年份温度高低不一 ,有明显波动 ;有的年份温度持续偏低 ,似冷型小麦 ;有的年份温度持续偏高 ,似暖型小麦。与此类小麦的温度多态性相伴随 ,其它一些重要性状也有较明显的多态性表现 ,即在环境优良、环境指数较高时 ,它们的叶片功能期、蒸腾速率、净光合速率和籽粒饱满指数等重要性状趋向于代谢功能较好的冷型小麦 ;在环境恶劣、环境指数较低时 ,它们的上述性状则趋向于代谢功能较差的暖型小麦。这类小麦性状随环境条件的明显摆动构成了长期以来小麦产量不稳的生态生理基础。欲使小麦产量稳步上升 ,转换小麦温度型 ,逐步实现品种冷性化是条有希望的途径。     

不同气象条件下小麦冷源的品质变异

小麦冷源是一种冷温供体材料,有较强的降温作用,当受体小麦接受冷温供体的配子后,其后代冠温呈普遍下降态势,且部分受体小麦的温度型可由非冷型转化为后代的冷型,而冷型小麦具有代谢功能好且利于高产、稳产的特征,故小麦冷源不但对冷型小麦的问世有重要诱导作用,且能更好促进小麦的高产、稳产.将小麦冷源材料放置在不同的气象条件之下,以研究其籽粒品质的变异状况.结果表明,小麦冷源和非冷源相比,17项籽粒品质性状变异等级的加权平均值为1.9877,后者为2 8171,显示出小麦冷源的籽粒品质具有明显变异小、较稳定的特征,这和籽粒形成过程中蛋白质、淀粉及其组分的含量,相互间的比例变异小密切相关.由于小麦冷源具有籽粒品质变异小的特性,因而,这种特性就利于在其后代冷型小麦上显现,从而使冷型小麦的一些优良品质性状能在生产上反复重演,这不但进一步赋予了利于高产、稳产的冷型小麦以优质、稳质的性状,并能最终促进小麦生产的较大发展,其意义是十分重要的.     

两种冠温型冬小麦籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态

 于2001～2003年对河南省主要推广的3个冬小麦 (Triticum aestivum)品种冠温特征、籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态进行了研究。结果表明：‘豫麦50’在灌浆后期冠层温度明显降低,表现为冷尾型,而‘豫麦34’、‘豫麦70’冠层温度有上升的趋势,表现为暖尾型 ,在灌浆末期冷尾型与暖尾型小麦冠层温度相差超过2.5 ℃。不同冠温小麦籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态表现出差异：暖尾型小麦清蛋白、球蛋白积累量在灌浆后期显著高于冷尾型品种,最终醇溶蛋白积累量品种间差异不显著,麦谷蛋白积累量在花后15 d以前差异不显著,但开花 20 d后暖尾型小麦麦谷蛋白积累量增大,与冷尾型小麦差异达到1%显著水平,最终麦谷蛋白与总蛋白质含量比例亦表现出同样的趋势,麦谷蛋白含量与灌浆中、后期冠层温度和整个灌浆期平均冠层温度均达到显著正相关,相关系数分别为0.7781、0.865、0.968 7;不同冠温型 小麦淀粉组分积累量与直/支差异不大,但淀粉糊化特性表现出明显的差异,除稀懈值外, 暖尾型小麦与冷尾型小麦峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、糊化时间、糊化温度和反弹值差异分别达到1%显著水平。     

The physiological characteristics of the low canopy temperature wheat (<Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis> L.) genotypes under simulated drought condition

Crop canopy temperature reflects the interactions among plants, soil and atmosphere. Through a long-term investigation into physiological characteristics of different canopy temperature wheat, it is found that some wheat exist a high canopy temperature while others a low one, which was closely correlated with their corresponding performance. Under simulated drought conditions, the physiological aspects of different canopy temperature wheat, such as leaf functional duration, chlorophyll content, activities of superoxide dismutase, protein content, transpiration rate, net photosynthesis rate, etc., were investigated, the result showed that wheat with low canopy temperature could maintain superiority to wheat with high canopy temperature in those physiological traits. Therefore, the low canopy temperature in wheat could be used as an index to evaluate physiological capacities of wheat under drought conditions and also as a useful marker for wheat breeding for drought tolerance.     

冷型小麦旗叶衰老和活性氧代谢特性研究

以典型的冷型小麦和暖型小麦为试验材料,研究了同一环境背景下不同温度型小麦开花后的旗叶衰老和活性氧代谢特性。结果表明,与暖型小麦相比,冷型小麦籽料灌浆期旗叶叶绿素和可溶性蛋白质含量下降缓慢、含量高,整个业粒形成和灌浆期ＭＤＡ积累速度慢、含量低,籽粒灌浆期防御活性氧伤害的关键性保护酶（ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ）活性下隆幅度小,灌浆中后期活性水平高。由此认为,小麦旗叶衰老和活性氧代谢特性与其温度型的归属关     

行距配置对‘兰考矮早八’小麦后期群体冠层结构及其微环境的影响

 在大田试验条件下,研究了在同一密度（375×104株&;#8226;hm^－2）下,行距配置对大穗型冬小麦(Triticum aestivum)品种‘兰考矮早八’后期群体 冠层结构、冠层微环境及产量构成的影响。结果表明,冠层叶面积指数随着行距的增大而减小;而冠层开度随着行距的增大而增加。行距配置 还可改变小麦冠层微环境,冠层不同层次的光截获及消光系数均随着行距的增大而减小;随着行距增加,冠层不同层次的温度升高,而湿度下 降; 随着行距缩小,冠层不同层次的CO₂分布更趋均匀,有利于群体光合作用。通过缩小行距,能够使植株分布均匀,竞争减弱,使产量构成 因素实现最佳配置,从而获得较高的产量。从该研究看,15 cm行距的产量最高,可作为该类品种的较佳行距配置。     

小麦籽粒灌浆期冠层温度分异动态及其与源库活性的关系

选用18个小麦品种为材料,从开花期到乳熟末期,对品种间冠层温度进行比较,并对冠层温度与旗叶源活性指标(丙二醛含量、蔗糖磷酸合成酶活性、净光合速率、叶绿素含量、单茎有效绿叶数、顶三叶绿叶面积比率)和库活性指标(籽粒蔗糖合成酶活性、ADPG焦磷酸化酶活性、可溶性蛋白含量、籽粒淀粉积累速率)进行相关分析.结果表明:小麦品种间冠层温度在各生育时期均有显著性差异,且随灌浆进程的推进差异程度越来越大;从乳熟初期到乳熟末期,冠层温度与各源活性指标的相关系数均有增加的趋势,并在乳熟后期和末期均达到极显著水平;冠层温度与各库活性指标的相关系数在乳熟末期均达到显著水平.研究发现,小麦籽粒灌浆期品种间冠层温度差异随生育期推进而愈加显著,冠层温度与源库活性的关系以乳熟后期和末期最密切.