区域农业生态系统健康定量评价

鉴于农业生态系统健康与人类、社会、经济、环境等具有密切的关系 ,从区域尺度出发 ,提出区域农业生态系统健康的概念、评价指标体系及其相应度量方法 ,并采用专家评判标准赋值法对各指标进行了标准量化。认为农业生态系统存在不健康、亚健康和健康 3种状态 ,在这 3种状态下各指标的属性判断值分别是 1、5和 10 ,并以山东省禹城市为例进行了实证分析应用。结果表明 :从 1980年到 2 0 0 0年 ,禹城市农业生态系统总体上表现为由不健康状态经过亚健康状态 ,目前处在向健康状态的过渡阶段 ,综合健康指数由 4上升为 6。其中 ,结构特征在由亚健康状态向健康状态过渡中又转变为亚健康状态 ,是因为资源可供性和结构多样性向不健康状态转变所致 ;生产功能特征表现为由不健康过渡为亚健康进一步向健康状态过渡 ,其中生态效率有向不健康转变的趋势 ;抗逆特征表现为由亚健康向健康过渡的趋势 ,而其中自生产力已表现为不健康状态。评价结果与实际情况基本相符     

过量施氮对冬小麦生产力的影响

设置0、70、140、210和280 kg N·hm ^-2 5个施N梯度, 对冬小麦(Triticum aestivum)旗叶光合速率(A_leaf)、群体冠层光合速率(A_canopy)、作物生长速率(CGR)和籽粒产量(GY) 4个生产力水平进行综合观测研究, 结果发现: 在0-210 kg N·hm ^-2区间, A_leaf、A_canopy、CGR和GY都随施N量的增大而增大; 在施N量由210增加到280 kg N·hm ^-2时, GY没有显著变化, 而灌浆期A_leaf、开花期和灌浆期A_canopy、开花-成熟阶段CGR有显著减小。综合分析认为: 1)过量施N (280 kg N·hm ^-2)能显著降低灌浆期冬小麦A_leaf、A_canopy和CGR, 进而抑制GY; 2)过量施N对冬小麦光合生产力的抑制作用主要发生在灌浆期; 3)在A_leaf、A_canopy、CGR和GY 4个生产力指标中, A_canopy对过量施N的反应最敏感。     

植物光合CO2响应模型对光下(暗)呼吸速率拟合的探讨

运用LI-6400便携式光合作用系统测定了不同光强(2000、1500、1000和500 μmol·m^-2·s^-1)和两种O₂浓度(21%和2%的O₂)下冬小麦(Triticum aestivum)灌浆期旗叶的CO₂响应曲线, 比较了现有CO₂响应模型(生化模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型)拟合给出光下(暗)呼吸与测量值之间的差异。结果显示, 直角双曲线修正模型所给出的光下呼吸速率拟合值与测量值最为接近。植物光合作用对大气CO₂响应(A/C_a)的拟合结果优于光合作用对胞间CO₂浓度(A/C_i)的拟合。然而, 所有模型基于A/C_a拟合的光下(暗)呼吸在整体上与测量值存在显著差异(p < 0.05), 推测与现有模型没有考虑CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸速率的影响有关。对小麦的试验结果表明, CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸均有显著影响: 随着CO₂浓度的增加(0-1400 μmol·mol^-1), 不同光强下的表观光呼吸变化范围分别为5.035-11.670、4.222-11.650、4.330-10.999和3.263-9.094 μmol CO_2·m^-2·s^-1; 光下暗呼吸的变化范围分别为0.491-2.987、0.457-2.955、0.545-3.139和0.448-3.139 μmol CO₂·m^-2·s^-1。回归分析发现, 表观光呼吸和光下暗呼吸与CO₂浓度之间均存在较好的相关性。然而, 将该回归关系整合到现有模型中, 是否会优化模型, 从而提高模型对相关光合参数估算的准确性尚有待于进一步研究。     

涡度相关观测的能量闭合状况及其对农田蒸散测定的影响

涡度相关法被认为是测定农田蒸散量的标准方法。然而,能量不闭合现象在涡度相关测量中普遍存在。分析能量不闭合对涡度相关观测的影响,对于提高涡度相关观测精度具有重要意义。以蒸渗仪法为参照,探讨涡度相关观测的能量闭合状况对农田蒸散测定的影响,在导致涡度相关观测能量不闭合的诸多因素中,寻找对蒸散测定有影响的因素。结果表明:涡度相关观测的白天能量平衡比率(EBR)呈秋冬高、春夏低的变化特征,麦季日均EBR范围在0.26—2.84之间,平均1.15;玉米季日均EBR范围在0.19—2.59之间,平均0.78。无论麦季或玉米季,涡度相关法测定的平均蒸散量(ETec)均明显低于蒸渗仪法观测值(ETL),但两者显著相关(P<0.01),并有相似的季节变化。平均蒸散比(ETec/ETL)麦季约为0.61,玉米季约为0.50。在冬小麦田和夏玉米田,ETec/ETL均与EBR显著相关(P<0.01)。麦田种植密度大,下垫面较均匀,蒸散比与EBR成正比(P<0.01),且不受叶面积指数(LAI)大小影响;反之,玉米田种植密度小,只有当LAI>1,下垫面变得较均匀后,蒸散比与EBR的关系才变得显著(P<0.01)。风速小时ETec/ETL与EBR显著相关,风速增加时二者相关性减弱。尤其在玉米田,当摩擦风速(u*)大于0.3 m/s时,ETec/ETL与EBR的相关性不再显著。风速小时,大气湍流微弱,湍流的涡旋较大。在有限的观测时段(0.5h)内,涡度相关仪的传感器难以捕捉足够的湍涡能量,所测湍流能量偏低,导致能量不闭合。以上结果为应用能量平衡比率校正农田蒸散提供了可能途径。     

阶段性干旱及复水对小麦光合特性和产量的影响

在田间人工遮雨条件下,研究了持续、缓慢的干旱胁迫及复水对小麦旗叶光合特性及产量的影响.结果表明:返青至成熟期充分供水(S0)的小麦旗叶叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合参数和产量较高;返青至成熟期(S3)或开花至成熟期(S2)遭受干旱胁迫的小麦上述光合特征参数与产量显著下降;开花至成熟期复水(S1)的小麦其上述光合参数与S0相比表现出超补偿效应,但产量略低于S0;S1、S2与S3水分利用效率分别为S0的143.2％、86.5％和97.3％;由此得出0～ 40 cm土层平均土壤相对含水量在返青至开花期保持在55％±5％,开花至灌浆期保持在70％±5％,可在获取一定产量的同时高效节水;由于水分和密度在产量表现上存在互作,得出0 ～ 40 cm土层平均土壤相对含水量在返青至开花期保持在55％ ±5％,开花至灌浆期保持在70％ ±5％,并采取675株·m-2的密度是该地区最佳的水分密度组合.     

不同施肥模式对潮土有机碳组分及团聚体稳定性的影响

作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用。在田间条件下,通过对7种肥料结构组合处理下的土壤进行采样和分析,系统地研究和比较了不同养分模式对华北平原潮土土壤有机碳组分和土壤团聚体稳定性的影响。结果表明。与单施化肥处理（NPK）比较,NPK＋S和NPK＋M处理显著增加土壤耕作层（0～20cm）的总有机碳（TOC）和总氮（TN）含量。PK和CK处理的土壤TOC和TN较试验前土壤皆有明显下降。有机无机肥配施,明显增加土壤易氧化有机碳（EOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）和水溶性有机碳（WSOC）。特别是与NPK处理相比较,NPK＋M处理的土壤EOC、POC、LFOC和WSOC含量分别增加23．8％、39．9％、42．5％和32．1％。土壤耕作层中微生物生物量碳（MBC）和可矿化碳（MNC）以有机无机肥配施为最高,NPK处理次之,PK处理和CK最小。有机无机肥配施处理还明显增加了土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量,并降低了土壤粘粒分散率（CDR）。相关分析表明,土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量与所测定的有机碳组分含量皆呈明显正相关,特别是POC、LFOC和MBC与WSA达到极显著相关．相关系数分别为0.89、0.81和0,78;CDR与TOC、POC和LFOC皆呈显著负相关,相关系数分别为-0．70、-0．78和-0．73。     

有机肥对农田土壤二氧化碳和甲烷通量的影响

研究了不同有机肥施用(鸡粪、猪粪、牛粪)对夏玉米田土壤CO2和CH4通量的影响.结果表明,不同处理的CO2通量具有相同的季节变化趋势,受土壤温度和湿度的共同影响,土壤CO ₂通量和大气温度、地表温度、地下温度呈显著正相关,当温度不是限制因子的时候,CO₂通量和土壤水分含量呈显著正相关(P<0.05).玉米整个生长季大部分时间土壤为CH₄的吸收汇,源汇的变化受环境因子的影响,但是相关分析并不显著.不同处理的土壤CO₂季节平均排放通量为0.5124～0.8518 g·m^-2·h^-1,和CK₂相比,玉米种植促进了CO₂的排放,施用有机肥也增加了CO₂的排放,所有有机肥处理的平均排放通量和CK₂差异显著,但只有S₂和P₂和CK₁的差异显著.不同处理农田土壤CH4的季节平均通量为-0.0068～-0.0484 mg·m^-2·h^-1,有机肥施用抑制了土壤对CH₄的吸收,施肥量高抑制作用强,但是统计分析差异并不显著.     

不同养分和水分管理模式对水稻抗倒伏能力的影响

大田试验下,通过对水稻茎秆基部物理性状、形态特征和硅、钾含量的测定和比较,系统研究了不同养分和水分管理模式对水稻茎秆抗倒伏能力的影响．结果表明,有机无机肥配施,特别是秸秆与化肥配施(CS)养分模式可明显提高水稻植侏茎秆粗度、茎壁厚度和茎重,从而有效提高了基部茎秆的抗折力(RS)和明显降低了水稻的倒伏指数(LI),秸秆与化肥配施(CS)养分模式对水稻抗倒伏能力的效果在干湿交替(AWD)和控水模式(DRA)下表现更为明显。有机无机肥配施,特别是秸秆与化肥配施(CS)的养分模式在干湿交替(AWD)和控水模式(DRA)下更有助于提高水稻茎秆的硅、钾含量、相关分析表明,水稻基部茎秆茎壁厚度、茎重和抗折力与茎秆硅、钾含量存在显著(P<0．05)或极显著正相关(P<0．01)。     

不同养分和水分管理模式对水稻土质量的影响及其综合评价

田间小区试验下 ,通过对土壤理化和生物学特性指标的测定和分析 ,系统比较和研究了不同养分和水分管理模式对水稻土质量的影响及其综合评价。研究结果表明 :在干湿交替和控水模式下 ,有机无机肥配施可明显改善水稻土壤物理特性 ,提高土壤的有效养分含量 ,增加土壤酶的活性和土壤微生物生物量。在连续淹水下 ,土壤中加入有机物料 ,特别是厩肥 ,加剧了土壤的还原过程 ,削弱了有机肥料对水稻土理化特性和生物学特性的改善效果。模糊综合评判显示 ,有机无机肥配施的水稻土在干湿交替的水分模式下 ,其质量指标综合表现较好 ,特别是厩肥与化肥配施和干湿交替的水肥模式组合的隶属度为 0 .74 78,其土壤质量指标综合表现为最好。单施化肥和连续淹水的肥水模式组合的隶属度最低 ,为 0 .4 112     

成土时间对黄河三角洲植物及微生物演替的影响

受时空因素的限制,研究土壤、微生物和植物的演替过程通常采用以空间换时间的时空替代法,关于成土时间的驱动力研究较少。选取黄河三角洲4块代表性冲积区域（形成年代分别为1904-1929年,1929-1934年,1964-1976年和1976年至今）,由沿海到农田（1-40 km）设计采样路线,通过多样性调查、土壤采样、MiSeq测序等方法对陆地生态系统的植物、细菌和真菌多样性以及微生物功能组成进行了监测。结果表明,随成土时间的增加,植物物种丰富度和生物量显著提高（P<0.05）,低盐度指示物种白茅的分布区域向海岸推进;细菌群落酸杆菌门（Acidobacteriota）等3个门类占比显著增加,拟杆菌门（Bacteroidota）等12个门类占比显著减少（P<0.05）,涉及基因信息处理、核苷酸代谢等基础生命活动和光合作用的功能通路在年代最晚的扇区富集,而涉及细胞老化调控、外源物质生物降解与代谢、芳香化合物降解等功能的通路在年代最早的扇区富集（LDA score>2,P<0.05）;真菌群落涉及病理营养的捕虫霉门（Zoopagomycota）等类群相对丰度的显著增加（P<0.05）。耐盐菌、自养菌、反硝化菌、反硫化菌等功能群在成土较晚区域的丰富度较高,有促进成土初期土壤碳氮积累、土壤养分循环和有效性的提升的功能潜力,进而影响植物演替。成土时间还驱动适应高营养环境的类群对先锋类群比值的增大,促进微生物生态位的分化。研究表明成土时间是对黄河三角洲植物和微生物群落组成变化的重要而显著的驱动力,为提高评估滨海生态系统植物和微生物演替规律的准确性提供了科学依据。