湿地碳循环过程与计算机模拟研究

湿地是地球4大陆地生态系统之一,全球湿地碳储量(450Pg C)约占陆地生态圈总碳量的20％。湿地系统因兼有“碳源”与“碳汇”的双重角色,其碳循环对大气全球碳收支以及与之有关的全球气候变化可能有重要影响。本文概述了湿地生态系统变化与碳排放的关系、湿地碳循环基本过程及其主要影响因子和湿地碳循环计算机模拟研究进展,提出了拟进一步研究的重要问题。     

长期施肥下农田土壤-有机质-微生物的碳氮磷化学计量学特征

探讨外源养分的输入对土壤系统内碳、氮、磷化学计量特征的影响,对于深刻认识农田土壤有机碳(C)和养分循环及其相互作用过程具有重要意义。以26年的农田长期定位施肥试验为平台,分析长期不同施肥条件下土壤、有机态及微生物生物量碳、氮、磷含量及其化学计量学特征,并根据内稳性模型y=c x~(1/H)计算其化学计量内稳性指数H。结果表明:与长期撂荒处理(CK_0)相比,种植作物条件下26年化肥配施有机肥处理(MNPK和1.5MNPK)显著降低微生物生物量氮含量,但显著提高了微生物生物量磷的含量。相对于撂荒处理,即使长期配施化肥磷处理(NP、PK、NPK),其土壤有机磷降低显著。对于C∶N比而言,化肥配施有机物料处理(秸秆或有机肥)的土壤C∶N比、有机质C∶N及微生物生物量C∶N比均显著低于化肥处理(N、NP、PK和NPK)。对于C∶P比而言,相对于撂荒处理,26年施用磷肥(化肥磷或有机磷)显著降低了土壤C∶P比和微生物生物量C∶P比,而CK和偏施化肥处理(N、NP和PK)显著降低了土壤有机质C∶P比。对于土壤N∶P比而言,撂荒处理土壤N∶P比显著高于其他处理,而撂荒处理土壤有机质N∶P比显著高于CK和化肥处理,表明不施肥或化肥条件下作物种植加剧了土壤有机质中氮素的消耗。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比的内稳性指数H分别为0.24、0.75、0.64,不具有内稳性特征。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比分别与土壤C∶N、C∶P、N∶P比呈显著正相关关系,但与土壤有机质碳氮磷化学计量比之间无显著相关性。表明土壤碳、氮、磷元素的改变会直接导致微生物生物量碳、氮、磷化学计量比的改变,但微生物生物量碳氮磷化学计量比对土壤有机质碳氮磷化学计量比无显著影响,土壤有机质的碳氮磷计量比可能更多是受到作物和施肥等养分管理措施的影响。     

三江平原湿地小叶章生产力模拟模型

 利用气象台站的常规观测资料,依据植物生长模拟理论,以d为步长,建立了湿地小叶章（Deyeuxia angustifolia）植被生产力动态模拟模型。该模型包括3个子模块： 1）光合作用与呼吸作用;2）干物质 积累;3）同化物分配,主要考虑了温度和积水因子对植物生长的影响。并利用实测资料对该模型进行了 检验,结果表明：小叶章地上活体、枯落物、茎 、叶各器官枯落物的模拟值与实测值之间均呈极显著的 线性相关（R2分别为0.98、0. 99、0. 99和0.92）。在相邻区域的检验结果也表明,季节性积水沼泽化草 甸小叶章的地上生物量明显高于常年积水沼泽。两类湿地小叶章地上生物量的模拟值与实测值之间均呈极 显著线性相关（R2分别为0.66和0.79）。相近区域长期定位观测点连续2年的模拟结果与实测值之间也具 有极显著的线性相关（R2分别为0.97和.76）。     

长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响

以中国农业科学院红壤实验站1982年布置的长期定位试验为研究对象,分析了长期双季稻绿肥轮作体系下水稻产量变化趋势、稻田土壤有机质变化特征及土壤活性有机质组成。结果表明,绿肥作物与双季稻轮作种植后,水稻产量显著高于冬闲对照,绿肥作物紫云英、油菜和黑麦草处理年平均水稻产量（1982-2008）分别为10.8 t?hm-2?a-1,10.2 t?hm-2?a-1和10.0 t?hm-2?a-1,较冬闲对照分别提高27.2%,20.5%和18.1%。试验前期（1982-1993）种植绿肥作物各处理之间水稻产量无显著差异,试验开展11年后（1994-2008）种植紫云英处理水稻产量显著高于油菜和黑麦草处理。长期双季稻绿肥轮作土壤有机质随年份显著增加,双季稻紫云英轮作土壤有机质积累速度最快,年增加0.31 g?kg-1,双季稻黑麦草次之,土壤有机质年增加0.28g?kg-1,双季稻油菜轮作土壤有机质年增加0.26g?kg-1。种植绿肥作物紫云英稻田土壤活性有机质显著高于其它处理。种植绿肥作物各处理土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均显著高于冬闲对照。其中黑麦草和紫云英处理土壤微生物量碳含量及微生物熵显著高于油菜和冬闲对照处理。在湘南红壤丘陵双季稻区,种植绿肥作物对提高水稻产量、增加土壤有机质、提高土壤有机质活性具有重要意义,绿肥选择上以紫云英对水稻产量和稻田土壤培肥综合效果最好。     

水分对湿地沉积物有机碳矿化的影响

采用室内模拟试验研究了 5个水分梯度下两种湿地沉积物有机碳的矿化特征。结果表明 ,沼泽化草甸有机碳矿化速率在培养 30 d后基本达到稳定状态。沼泽化草甸有机碳矿化适宜的含水量为 6 6 % WHC左右 ,且达到适宜含水量后 ,有机碳的矿化不受含水量增加的影响 ,矿化速率基本稳定。泥炭沼泽有机碳在 30 % WHC、5 0 % WHC两个水分梯度下 ,培养 30 d后 ,分别出现一个大约 10 0 d和 6 0 d的快速矿化期。泥炭沼泽有机碳矿化的适宜含水量为 30 % WHC左右 ,超过适宜含水量后 ,其有机碳的矿化对水分变化反应非常敏感 ,水分过多明显抑制其有机碳的矿化。水分对两种湿地有机碳矿化影响机制的差异是造成两类湿地生态系统有机碳积累量差异的主要原因之一。研究结果还表明 ,泥炭沼泽湿地积水环境的减弱将会加速其有机碳的矿化 ,造成湿地有机碳的大量损失     

长期施肥和不同生态条件下我国作物产量可持续性特征

采用产量可持续性指数（SYI）法,研究了我国不同生态条件下20个长期试验点8个肥料处理的水稻、玉米和小麦产量的可持续性.结果表明：作物SYI值因施肥、作物种类和水热因子不同而呈显著差异.长期不施肥（CK）条件下,水稻、玉米和小麦的SYI值较低,分别为0.55、0.44和0.43;施肥尤其是NPK化肥配施有机肥可显著提高作物产量的可持续性,水稻、玉米和小麦的SYI值分别为0.66、0.58和0.57;单施N肥或NK肥的玉米和小麦的SYI值在0.36～0.47.SYI值大于0.55表明可持续性较好,小于0.45表明可持续性差.经纬度和气象因子对作物SYI也有不同程度的影响,3种作物不施肥时,水稻SYI变异较小,与各因子间没有显著相关性,玉米SYI变异最大且与各因子间存在显著的相关关系,小麦介于两者之间.因此,NPK配施有机肥有利于作物高产稳产,是维持系统可持续性的最优施肥模式.