动态空气动力学参数对玉米田陆-气通量模拟的影响——以BATSle模型为例

基于2006-2008年锦州玉米农田生态系统的通量、气象及生物因子连续观测,利用所建立的考虑玉米不同发育期叶面积指数、冠层高度和风速的地表粗糙度(z0)和零平面位移(d)动态参数化方案对BATS1e陆面模型进行改进,研究空气动力学参数变化对玉米田陆-气通量模拟的影响.结果表明:改进后的拖曳系数(CD)随植被覆盖度增大而增大,更符合实际;感热、潜热和土壤热通量的模拟精度均有不同程度改进,效率系数分别提高0.0569、0.0194和0.0384,生长季累计改进量分别占总辐射的0.9％、1.1％和1.2％;当输入真实的表层土壤湿度后,z0和d动态参数化对感热和潜热的改进作用更大.合理的动态空气动力学参数化方案对陆面过程模拟具有明显改善作用.     

陆面模式中根系参数的改进及其对模拟结果的影响

为改进陆面模式中根系的参数化,本文在陆面模式SSiB2玉米农田参数本地化的基础上,将CERES-Maize的根系子模型嵌套到SSiB2模式中,研究2种改进的根系参数化方案对陆气通量模拟结果的影响.结果表明： 当根系模型只为SSiB2模式提供根系深度参数（方案1）时,陆气通量的模拟精度有所提高：整个生育期内,感热通量、潜热通量等的模拟值与观测值的相关系数增大,线性拟合的均方根误差减小;播种后121天 成熟,CO₂通量的模拟精度也有所提高.当根系模型为SSiB2模式同时提供根系深度和根长密度两种参数（方案2）时,上述通量的模拟精度较原SSiB2模式同样得以提高.与方案1相比,方案2考虑因素更为复杂、全面,但陆气通量的模拟效果却反而有所下降.改进的根系参数化方案较原SSiB2模式的根系参数化方案更接近实际,这使陆气通量的模拟精度提高;方案2过分夸大了表层土壤的相对根量,使其模拟效果逊色于方案1.     

基于气候适宜度的东北地区春玉米发育期模拟模型

以春玉米的生理生态发育过程为基础,基于作物生理发育时间恒定原理,建立了可推广应用的作物发育期模拟模型.本文充分考虑光、温、水对作物生育进程的综合影响,设计了基于气候适宜度来动态确定作物生理发育日数的算法,为模型的大范围推广应用奠定了基础.利用东北地区农业气象站2009、2010年观测资料对模型进行了分析和验证,模型运行结果与实际观测情况比较吻合,全生育期的均方根误差(root mean square error,简称RMSE)为3.8d,营养生长阶段发育期模拟结果的相关系数在0.84以上,生殖生长阶段发育期模拟结果的相关系数在0.77以上.模型生物学意义明确、精度较高、数据易获、可操作性强,能够在农业气象业务服务中应用于玉米生育进程的模拟与预测.     

土壤水分胁迫对玉米形态发育及产量的影响

未来气候变化可能加剧的干旱化将对我国主要粮食和最重要的饲料作物玉米产生严重影响。为增进玉米对干旱化响应与适应的理解及制定应对策略 ,利用大型活动遮雨棚及池栽对玉米进行了全程水分控制试验研究。对不同土壤水分胁迫下的玉米形态表征、生长发育及产量的分析表明 ,玉米受干旱胁迫的影响程度因受旱轻重、持续时间以及生育进程的不同而不同 ,受旱越重 ,持续时间越长 ,影响越甚。大喇叭口期前 ,玉米株高和生物产量受有限供水或轻度干旱影响不算很大 ,但从大喇叭口期后直至抽雄和灌浆期 ,轻度干旱胁迫持续久了也会对株高和生物产量产生较大不良影响。严重干旱胁迫则从拔节始至灌浆期均对株高和生物产量影响更为不利。进而引起果穗性状恶化 ,穗粒数和百粒重减小 ,最终导致经济产量大幅下降。说明玉米生育前期(大喇叭口期前 )进行有限的控水可行。而玉米生育前期干旱胁迫将使生育进程明显延缓 ,严重干旱胁迫可使抽雄、吐丝期较水分充足滞后 4 d左右 ,并引起成熟期推迟     

水肥耦合下夏玉米不同生育时期的高光谱特性与反演模型研究

本文通过整个光谱范围内一阶导数光谱反射率与叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白的相关系数显著的波段,建立高光谱预监测水肥耦合条件下的夏玉米光合特性以及碳氮代谢,进而为玉米高产提供依据。在玉米拔节期和大喇叭口期选择596、1025和924nnl,吐丝期和乳熟期选择638、1068和965nm这几个显著性波段的实测值来建立估测模型。研究结果表明,拔节和大喇叭口期叶片叶绿素SPAD值的估测模型为y=28832．45p596＋39．34,可溶性糖含量的估测模型为y=640．54p1025＋7．92,可溶性蛋白含量一阶导数光谱估测模型为y=4092．90p924＋5．63,而吐丝期和乳熟期叶片叶绿素SPAD值的估测模型为y=134151．00p638＋129．92,可溶性糖含量的估测模型为y=524．80p1068＋9．20,可溶性蛋白含量一阶导数光谱估测模型为y=7321．61lp965＋36．64。所建立的高光谱预测模型在本试验所属的时空范围内能很好地预测和反演玉米生长状况。     

气候变化对东北地区玉米生产潜力的影响与调控措施模拟——以吉林省为例

本研究以我国吉林省为例,采用5个典型研究站点1981—2010年的气象观测数据、土壤数据、田间管理资料及玉米产量实测值,应用作物生长模型CERES-Maize对5个不同品种玉米生产潜力进行了模拟,在分析气候因素对生产力影响的基础上,模拟、校准与验证遗传参数,实现应对气候变化、提高作物生产力的调控技术模拟,以期指导作物生产.结果表明: 玉米播种-开花、开花-成熟两个生长阶段天数模拟值和单产的模拟值与实际值极为吻合,归一化均方根误差分别为2.96%、3.40%、9.37%,偏离指数范围为-10.6%～15.2%,玉米光温生产潜力模拟值年均为7799.60～12902.83 kg·hm^-2,每10年下降128.6～880.3 kg·hm^-2;相关性分析表明,影响该地区玉米光温生产潜力下降的主导因素是气候变化,即玉米生育期内温度升高造成的生长期缩短和太阳辐射总量的显著下降.据此模拟的主要调控技术分别是改良玉米品种的耐热性与推迟玉米播种期.遗传参数调控模拟结果表明,玉米光温生产潜力随品种敏感参数P5(灌浆期特征参数,指吐丝至生理成熟大于8 ℃的热量时间)值的增大而呈线性增加趋势,P5值每增加10 ℃·d,玉米光温生产潜力提高154.44～261.10 kg·hm^-2.推迟玉米播期模拟结果表明,除梅河口外,敦化、辽源站点在玉米播期推迟5 d时,光温生产潜力增幅最大,分别为0.47%、1.32%;桦甸、榆树站点在玉米播期推迟15 d时,光温生产潜力增幅最大,分别为1.10%、4.06%.     

50g/L虱螨脲乳油对草地贪夜蛾的室内活性和田间药效研究

试验50 g/L虱螨脲乳油对草地贪夜蛾的室内活性及田间药效。以饲喂法测试虱螨脲对草地贪夜蛾3龄幼虫的室内活性,以喷雾法测定50 g/L虱螨脲乳油在玉米不同生长发育期的田间药效。室内测定结果表明,20 mg/L虱螨脲对草地贪夜蛾3龄幼虫有较好的毒杀作用,经其处理3 d后的死亡率为80%,处理4 d后的死亡率为98.33%。田间试验结果表明,50 g/L虱螨脲乳油在玉米拔节期施药效果最好,穗期防效一般,花粒期防效较差,750倍药液处理7 d后的防效分别为93.07%、64.24%和43.21%。50 g/L虱螨脲乳油可用于防治玉米草地贪夜蛾,推荐施药时间为玉米喇叭口期前,施药浓度为750倍液。     

苜蓿茬不同种植年限玉米根系生理特性及其产量

以7龄紫花苜蓿地为前茬,连续4年采用同一高产栽培方案种植玉米,并测定其根系分布、根系生理指标和产量变化。结果表明:苜蓿翻耕种植玉米后,随种植年限增加,产量下降,各土层玉米根系生物量在吐丝期-成熟期均呈下降趋势,随土层加深差异增大;0~20 cm土层玉米根重占总根重(0~60 cm)的比例随玉米种植年限增加而升高,而40~60 cm土层随玉米种植年限增加而降低;吐丝期和乳熟期各土层根系活力和SOD酶活性均随玉米种植年限增加而降低;POD酶活性除吐丝期20~60 cm差异不显著外,各时期、各土层随玉米种植年限增加而下降;乳熟期各土层根系MDA的含量均随玉米种植年限增加而增加,且随土层加深差异增大。     

基于生理发育时间的日光温室茄子发育模拟模型

本研究将温度对茄子发育速率影响效应的大小用相对热效应(RTE)来衡量,通过研究Beta函数的性质提出基于幂函数的模型来描述RTE与温度之间的关系.采用生理发育时间(Physiological Development'Time,PDT)作为定量发育进程的尺度,建立了温室茄子发育模拟模型.利用模型对日光温室2年3茬茄子生长发育期资料进行检验的结果表明:模型能较好地预测各个发育期(发芽、苗期、开花座果、结果和采收期)的出现时间和持续时间,各生育期模拟值与观测值的回归估计标准误差(RMSE)分别为1.0d,1.73d,0.82d,1.41d,2.38d,显著优于以有效积温模拟模型的预测精度(其生育期模拟的RMSE分别为2.38d,7.14d,1.73d,5.07d,8.25d).     

玉米开花期相关性状的QTL分析

利用玉米强优势组合(Mo17×黄早四)自交衍生的191个F_2单株构建了由SSR和AFLP标记组成的分子连锁图谱,用F2进一步自交产生的184个F_(2:3)家系调查散粉期、吐丝期和开花-吐丝间隔期(ASI)的表型值,采用基于混合线性模型的复合区间作图法和相应的作图软件QTLmapper/V2.0,在两个生长环境下定位了与散粉期、吐丝期和ASI相关的QTL数目分别为13、7和5个,检测到3对控制散粉期、17对控制吐丝期和5对控制ASI的上位性效应位点;同时发现了与环境存在显著互作的3个散粉期、3个吐丝期和2个ASI单位点标记区域以及1对散粉期、3对吐丝期和2对ASI上位性效应区域.对玉米散粉期、吐丝期和ASI遗传基础中遗传因素相对作用大小分析表明,加性效应、部分显性效应和上位性效应是玉米开花期相关性状的重要遗传基础.     

黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异

以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(Bc)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(NO)的差异性进行了比较研究.结果表明,Bc、BN和NO在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、Bn和NO总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g-1,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,BN分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,NO分别为223μ·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1.土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1.不同类型土壤BC、BN与NO的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子.研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值.     

氯嘧磺隆与尿素对土壤微生物生物量碳、氮及无机氮的影响

通过室内培养试验,研究了不同浓度氯嘧磺隆(20、200、2000 μg·kg-1土)单一施用及与尿素(120 mg· kg-1土)配合施用情况下,土壤微生物生物量碳、氮和土壤铵态氮、硝态氮随时间的动态变化规律.结果表明:各浓度氯嘧磺隆单独处理在整个培养期(60 d)中对微生物生物量碳、氮均有抑制作用,且浓度越高,后期抑制作用越强;各浓度氯嘧磺隆处理在培养前期对硝态氮、铵态氮没有明显影响,中期(15 d)能显著提高土壤中铵态氮的含量,后期(30 d后)显著提高了土壤中硝态氮的含量.尿素单独施用及与氯嘧磺隆配施均能在短时间内增加微生物生物量碳、氮,但随后配施处理的促进作用减弱;尿素单独和配施均能持久增加土壤中铵态氮、硝态氮含量.     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

石灰性土壤微生物量碳、氮与土壤颗粒组成和氮矿化势的关系

以黄土高原土壤类型和土壤肥力差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,研究了土壤微生物量碳（BC）、微生物量氮（BN）与土壤氮素矿化势（NO）、全氮（TN）、有机碳（OC）及土壤颗粒组成的关系．结果表明：BC、BN与TN、OC呈极显著正相关（P〈0．01）,表明BC、BN与土壤肥力关系密切,可作为评价土壤质量的生物学指标．BC、BN与NO均呈高度正相关,相关系数分别为0．665和0．741（P〈0．01）．BC、BN、TN、OC、NO与土壤物理性粘粒（〈0．01mm）呈显著或极显著正相关,而与物理性砂粒（〉0．01mm）呈显著或极显著负相关,与物理性粘粒和砂粒比值呈显著或极显著正相关,表明土壤有机质主要通过与土壤物理性粘粒复合而形成有机无机复合体．     

荒漠草原3种典型群落类型的土壤微生物量碳氮研究

采用氯仿熏蒸-浸提法,以宁夏盐池荒漠草原3种典型群落(柠条、沙蒿、短花针茅)类型为研究对象,分析了不同生境(冠下、丛间)和不同土层间(0~5、5~10、10~15cm)土壤理化性质及微生物量——微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)的变化特征。结果表明:(1)3种群落土壤微生物量变化差异较大,柠条、沙蒿和短花针茅群落土壤MBC含量分别为77.00~393.18、17.27~221.71和81.05~173.37mg/kg,MBN含量分别为7.59~64.81、1.43~13.95和4.25~22.13mg/kg,MBC和MBN含量均表现为:冠下丛间,且随土层深度的增加而降低,有明显的"沃岛效应"。(2)群落类型对土壤微生物量碳氮含量的变化有显著影响,3种典型群落类型下土壤微生物量熵(qMB)、碳氮比(C/N)、微生物量碳氮比(MBC/MBN)分别在0.76~4.10、15.02~52.50、5.34~23.07范围内变化,其比值在不同生境和不同土层深度的分布特征有明显差异。(3)3种典型群落类型的土壤MBC与SOC、MBN、qMB具有显著相关关系,土壤C/N与MBC/MBN呈显著正相关关系,表明土壤MBC、MBN具有一定的生物学指示特性,可以作为评价土壤质量的生物学指标。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。     

Soil microbial biomass carbon and nitrogen in forest ecosystems of Northeast China: a comparison between natural secondary forest and larch plantation

Aims Natural secondary forest (NSF) and larch plantation are two of the predominant forest types in Northeast China. However, how the two types of forests compare in sustaining soil quality is not well understood. This study was conducted to determine how natural secondary forest and larch plantation would differ in soil microbial biomass and soil organic matter quality.Methods Microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) in the 0- to 15-cm and 15- to 30-cm soil layers were investigated by making chemical and biological measurements in the montane region of eastern Liaoning Province, Northeast China, during the growing season of 2008 in stands of NSF and Larix olgensis plantation (LOP).Important findings We found that soil MBC and MBN were significantly lower in the LOP than in the NSF. Both MBC and MBN declined significantly with increasing soil depth in the two types of stands. The ratios of MBC to SOC (MBC/SOC) and MBN to TN (MBN/TN) were also significantly lower in the LOP than in the NSF. Moreover, the values of MBC, MBC/SOC, and MBN/TN significantly varied with time and followed a similar pattern during the growing season, all with an apparent peak in summer. Our results indicate that NSF is better in sustaining soil microbial biomass and nutrients than larch plantation in the temperate Northeast China. This calls for cautions in large-scale conversions of the native forests to coniferous plantations as a forest management practice on concerns of sustaining soil productivity.     

油松 辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括: 剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N₀)、5 g·m^-2·a^-1(N₁)和10 g·m^-2·a^-1(N₂).结果表明: 剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为: 262.42～873.16 mg·kg^-1、73.55～173.85 mg·kg^-1和2.38～3.68mg·kg^-1·d^-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。