基于森林清查资料的河南省森林植被碳储量动态变化

利用1994—1998年、1999—2003年、2004—2008年、2009—2013年河南省4期森林资源清查数据,运用生物量转换因子连续函数法和平均生物量法,估算了1998—2013年河南省森林植被的碳储量和碳密度变化。研究结果表明,河南省森林植被碳储量由1998年的45.57 Tg增加到2013年的107.98 Tg,年均碳汇量为4.16 Tg/a。乔木林碳储量和碳密度分别由1998年的33.54 Tg和22.39 Mg/hm~2增加到2013年的97.11 Tg和31.80 Mg/hm~2。乔木林碳储量在所有植被类型中占主体,4个森林清查时期乔木林碳储量占森林植被总碳储量的比例分别为73.60%、79.22%、85.63%和89.93%。2013年森林清查时,乔木林中杨树和栎类碳储量最大,分别占总碳储量的37.61%和25.22%,各龄组乔木林碳密度大小顺序依次为成熟林近熟林中龄林过熟林幼龄林。阔叶林面积、碳储量、碳密度均高于针叶林,阔叶林是河南省森林碳汇的主要贡献者。人工林面积、碳储量、碳密度增加幅度都要高于天然林,人工林碳储量由1998年的9.62 Tg增加到2013年的55.67 Tg,占乔木林碳储量总增量的77.15%,人工林碳密度由1998年的17.86 Mg/hm~2提高到2013年的32.01 Mg/hm~2,人工林在河南省森林碳汇中逐步发挥重要的作用,逐渐成为河南省森林碳汇的主体,随着人工林生长为具有较高碳密度的成熟林,河南省乔木林将具有较大的碳汇潜力。     

豫西黄土丘陵区不同林龄栎类和侧柏人工林碳、氮储量

利用空间代替时间样地调查法,分析了豫西黄土丘陵区栎类和侧柏人工林生态系统碳、氮储量的分布格局,以及不同土层碳储量和氮储量随林龄的动态变化.结果表明:随着树龄的增加,两类人工林乔木层和枯落物层碳储量均增加,土壤碳储量和氮储量主要在表层(0~20 cm)汇聚,且各土层碳储量和氮储量随着林龄增加表现为减少-增加-减少的趋势.各林龄栎类人工林土壤表层碳、氮储量分别为20.31~50.07和1.68~2.12 t·hm^-2;不同林龄侧柏人工林土壤表层碳、氮储量分别为23.99~48.76和1.59~2.34 t·hm^-2;各林龄栎类和侧柏人工林生态系统的碳储量分别为52.04~275.82和62.18~279.81 t·hm^-2;侧柏人工林碳汇能力略高于栎类人工林.土壤C/N随着造林年限的增加呈增加趋势.     

生物炭对褐土旱地玉米季氮转化功能基因、丛枝菌根真菌及N2O释放的影响

以豫西旱地玉米农田为研究对象,设置不同生物炭施用量处理（T0：不施用生物炭;T1：施用生物炭20 t/hm²;T2：施用生物炭40 t/hm²）,采用密闭式静态箱法测定N₂O排放通量和荧光定量PCR法分析丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸盐还原酶（nirS、nirK）以及氧化亚氮还原酶（nosZ）的基因丰度,同时测定土壤理化性状的变化。研究结果表明,随着生物炭施用量的增加,土壤pH和含水量呈增加趋势,土壤有机碳、全氮和铵态氮含量显著提高,土壤容重和硝态氮含量显著降低。T1和T2处理土壤有机碳含量分别较T0显著提高38.44%和71.01%;T1和T2处理土壤铵态氮含量分别较T0显著增加15.89%和30.46%;T2处理土壤全氮含量较T0处理显著提高14.87%;T1和T2处理土壤硝态氮含量分别较T0减少10.57%和21.40%。随着生物炭施用量的增加,AM真菌侵染率显著增加,T1和T2处理分别较T0处理提高71.88%和115.88%;AOA、AOB、nirK和nirS基因丰度显著降低;nosZ基因丰度增加。施加生物炭处理的N₂O排放通量和累积排放量均低于不施生物炭处理,具体表现为：T0 > T1 > T2。相关分析表明,生物炭施用量与AM真菌基因丰度呈显著正相关;与nosZ基因丰度呈正相关;与AOA、AOB、nirK、nirS基因丰度呈极显著负相关。N₂O排放通量与AOA、nirK、nirS基因丰度呈极显著正相关;与土壤含水量和土壤硝态氮含量呈显著正相关;与AM真菌、nosZ基因丰度、易提取球囊霉素含量、铵态氮含量呈极显著负相关。集成推进树（ABT）分析表明,AOA对N₂O排放的影响最大,其次是AM真菌和nirS。总之,生物炭处理改善土壤理化性质、提高土壤AM真菌侵染率、调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少N₂O气体排放,为旱地农田合理施用生物炭减少N₂O气体排放提供理论依据。     

玉米和花生间作体系光合碳同化酶活性对CO2浓度升高的响应特征

该试验以玉米、花生2∶4间作模式为对象,采用开顶式气室法控制环境CO_2浓度,于2018-2019年设环境CO_2浓度(Ca, 390μmol·mol~(-1))和升高CO_2浓度(Ce, 700μmol·mol~(-1)),以及不施磷(P_0)和施磷(180 kg P_2O_5·hm~(-2),P_(180))处理下,分析CO_2浓度升高对间作玉米和间作花生功能叶光合碳同化关键酶活性、净光合速率以及籽粒产量的影响,以明确CO_2浓度升高影响玉米、花生间作体系光合作用的机理,为将来CO_2浓度升高环境下间作高产高效提供理论基础。结果表明:(1) Ce处理提高了间作玉米功能叶的PEPC、PPDK、NADP-MDH、Rubisco、GAPDH和Ru5PK等光合碳同化酶活性,其中PEPC和NADP-MDH在苗后43 d以及PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK在苗后59 d增幅均达到显著水平,此时施磷对其有正向调控作用。(2) Ce处理增强了间作花生功能叶的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,在苗后43 d和59 d增幅均达到显著水平,此时施磷进一步显著提高了Rubisco与FBPase活性。(3) Ce处理下间作玉米、间作花生的净光合速率显著提高,间作玉米、间作花生和间作体系的籽粒产量分别显著提高了4.4%～52.0%、10.3%～24.0%和5.7%～47.0%;CO_2浓度升高和施磷对间作玉米、花生功能叶的净光合速率和间作体系产量具有正协同效应。研究表明,CO_2浓度升高可以通过提高间作玉米功能叶片的PEPC、PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK及间作花生功能叶片的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,增强其对CO_2羧化固定能力,提高间作玉米、间作花生的光合速率,最终显著增加玉米、花生及间作体系的产量,并且增施磷肥对其具有正调控效应。     

玉米、花生及其间作茬口与施磷对冬小麦光合特性及产量的影响机制

该试验在玉米单作茬口、玉米-花生间作茬口(间作茬口)、花生单作茬口共3种茬口,以及0 kg P_2O_5·hm~(-2)(P_0)和180 kg P_2O_5·hm~(-2)(P_1) 2个磷水平下,研究了间作茬口与施磷对冬小麦分蘖、叶面积指数(LAI)、干物质积累、光合特性及产量的影响机制,为玉米花生间作与小麦-玉米复种轮作提供理论依据。结果表明:(1)间作茬口较玉米茬口显著提高了冬小麦有效分蘖数、LAI、净光合速率和干物质积累量,并提高了冬小麦旗叶的SPAD值、CO_2饱和点、光饱和点及最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_(cmax))、最大RUBP再生的电子传递速率(J_(max))和最大磷酸丙糖利用速率(V_(TPU)),且CE、V_(cmax)、V_(TPU)的增幅均达到显著水平(P0.05),有效改善了冬小麦产量构成,显著提高籽粒产量(P0.05)。(2)间作茬口较花生茬口提高了冬小麦乳熟期的P_(nmax)、AQY、CE,增加了穗粒数和粒重,提高了产量。(3)与不施磷相比,施磷180 kg P_2O_5·hm~(-2)显著促进间作茬口冬小麦生长,显著提高冬小麦旗叶的SPAD值、P_(nmax)、AQY、CE、V_(cmax)、J_(max)、V_(TPU)和籽粒产量(P0.05)。研究发现,间作茬口较玉米茬口能有效增强冬小麦旗叶表观量子效率和CO_2羧化能力,显著提高小麦花后光合能力,促进冬小麦生长,从而增加穗粒数、粒重和籽粒产量,且间作茬口结合施磷180 kg P_2O_5·hm~(-2)效果更好。     

干旱胁迫下外源硫化氢对烤烟幼苗光合荧光参数及抗氧化系统的影响

为探究干旱胁迫下外源硫化氢(H_2S)对烟草幼苗生长的缓解效应与机制,以烤烟‘豫烟6号’品种为试验材料,采用营养液水培的方法,研究15%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫下,叶面喷施不同浓度(0、0.1、0.2和0.4 mmol·L~(-1))硫氢化钠(NaHS)对烤烟幼苗生长、活性氧代谢、抗氧化酶活性、叶绿素含量和光合荧光特性的影响。结果显示:(1)干旱胁迫下烤烟幼苗生长受到显著抑制。(2)外源H_2S处理显著提高了干旱胁迫下烤烟幼苗的地上部与地下部生物量,增加了总根长、总根表面积、根平均直径、根尖数,提高了叶绿素相对含量(SPAD)、叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、光系统Ⅱ最大光化学效率(F_v/F_m)、光系统Ⅱ实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))和光化学猝灭系数(qP),降低了胞间二氧化碳浓度(C_i)和非光化学猝灭系数(NPQ),增强了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低了丙二醛(MDA)含量和超氧阴离子■产生速率,其中以0.20 mmol·L~(-1) NaHS处理效果最佳。(3)与单独干旱胁迫处理相比,叶面喷施0.20 mmol·L~(-1) NaHS使烟苗地上部和地下部生物量分别提高了41.82%和44.83%,SPAD、P_n、F_v/F_m、Φ_(PSⅡ)和qP分别提高62.88%、246.96%、8.43%、23.71%和10.84%,C_i和NPQ分别降低25.79%和22.68%,SOD、POD和CAT活性分别增加50.67%、140.59%和71.68%,MDA含量和■产生速率分别降低40.08%和47.58%。研究表明,外源H_2S处理通过提高烟草幼苗对光能的捕获与转换,增强光合作用,促进烟苗生长,并通过提高幼苗的抗氧化水平,减少干旱胁迫对烟草幼苗造成的氧化损伤,从而增强烤烟幼苗对干旱胁迫的适应能力。     

玉米/花生间作行比和施磷对玉米光合特性的影响

试验于2014—2015年设玉米/花生间作2∶2(R₁)、2∶4(R₂)和2∶8(R₃)三种间作模式,研究了间作行比和施磷对玉米冠层光照日变化、功能叶的SPAD值、光合-光强响应曲线和光合-CO₂响应曲线的影响,以探究间作玉米适应强光的光合机理.结果表明: 间作玉米冠层日均光照表现为R₃>R₂>R₁;大口期至灌浆期,间作玉米穗位叶的SPAD值、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的最大净光合速率(LSP_n)、羧化效率(CE)、最大电子传递速率(J_max)、磷酸丙糖利用率(TPU)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)均表现为R₃>R₂>R₁,胞间CO₂浓度(C_i) 则为R₁>R₂>R₃;蜡熟期R₃间作玉米的AQY、LSP_n、g_s、CE、J_max和TPU均低于R₂间作玉米;施磷能提高AQY、LSP_n、CE、V_{c max}、J_max和TPU等光合参数.这说明间作玉米g_s、AQY、CE、V_{c max}、J_max和TPU随着光强增加逐渐提高是其增强利用强光能力的关键,但超过一定光强易早衰,施磷肥有助于增强玉米对强光的利用和延缓叶片衰老.     

采伐对豫西退耕还林工程固碳的影响

以豫西退耕还林工程重点县嵩县为研究对象,收集了嵩县2002—2010年退耕还林工程逐年实施的造林面积、树种等数据,利用合适的人工林蓄积量生长方程和和中国退耕还林后的土壤有机碳变化的研究结果,结合各树种的木材密度、生物量扩展因子、碳含量等参数,在采伐和无采伐两种情景模式下对其退耕还林工程在2002—2050年的碳储量及其变化进行估算。结果表明:2010年,工程林总碳储量为0.470 Tg(Tg=10~(12)g),工程实施期间,工程前期碳储量高于后期;土壤有机碳库在2002—2010年期间年固碳量均为负值,表现为碳排放,2011年后土壤年固碳量开始增加;在两种情境模式下,工程林年固碳量最高峰都在2015年,2033年以后采伐情景的年固碳量大于无采伐情景。预计到2020、2030、2040和2050年,嵩县退耕还林工程在无采伐情境下的固碳增汇潜力分别为0.760、1.464、1.852和1.985 Tg,在采伐情景下的固碳增汇潜力分别为0.760、1.240、1.657和2.000 Tg,从长时间来看,豫西退耕还林工程林在采伐情景下具有较大的碳汇潜力,因此,对退耕还林工程林实施适度的采伐可以提高工程的碳汇能力。