稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响

2008—2011年,采用静态箱-气相色谱法对长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放进行了为期3a的田间原位观测,研究不同耕作措施(免耕、旋耕和翻耕)对冬小麦生长季N2O排放的影响。结果表明:不同耕作措施下冬小麦农田N2O排放高峰出现在施用基肥后的1个月内以及施用孕穗肥后的4月中旬至小麦成熟期,其余时间N2O排放通量均较小。年度和耕作措施对冬小麦农田N2O季节排放总量均有极显著影响(P<0.01),不同处理N2O季节排放总量表现为免耕>翻耕>旋耕,2008—2011年3年平均分别为2.50 kg/hm2、2.05 kg/hm2和1.66 kg/hm2,免耕比翻耕增加N2O排放22.0%(P<0.05),旋耕比翻耕减排19.0%(P<0.05)。冬小麦生长期内施用孕穗肥后1个月内N2O排放通量与农田土壤充水孔隙率(WFPS)及10 cm地温呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,2009—2010年施用基肥后1个月内N2O排放通量与WFPS呈显著负相关(P<0.05)。结果说明旋耕是减少长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放的最佳耕作措施。     

青藏高原高寒草甸非生长季温室气体排放特征及其年度贡献

高寒草甸是青藏高原地区的主要植被类型,目前对其温室气体研究多集中于生长季.本文利用静态箱-气相色谱法,对非生长季高寒草甸温室气体排放特征及其与主要环境因子的关系进行了研究.结果表明:非生长季高寒草甸表现为CO2和N2O的源、CH4的汇.其中非生长季CO2通量平均值为89.33 mg·m-2·h-1,累积排放通量为280.01g· m-2;CH4通量平均值为-11.35 μg·m-2·h-1,累积吸收通量为124.74 mg·m-2;N2O通量平均值为8.02 μg·m-2·h-1,累积排放通量为39.51 mg·m-2.非生长季CO2、CH4和N2O累积排放通量分别占全年的13.33％、53.47％和62.67％.冻融期(2012年4月)CH4累积吸收通量较小,只占非生长季的4.5％;而CO2和N2O累积排放通量较大,分别占非生长季的25.8％和20.8％.非生长季CO2通量与温度(气温、5和10 cm土壤温度)和5 cm土壤湿度均存在显著正相关关系,而CH4和N2O通量仅与5 cm土壤湿度存在显著正相关.研究表明,虽然冻融期CH4累积吸收通量在非生长季累积量中比重较小,但非生长季CH4和N2O累积排放量却占全年累积排放量的1/2以上,在温室气体累积通量评估中不容忽视.     

青藏高原高寒草甸生长期CO2排放对气温升高的响应

采用高度分别为0.4 m(OTC-1)和0.8 m(OTC-2)的开顶式增温小室(open top champers,OTCs),对青藏高原高寒草甸生态系统进行模拟增温处理,研究了高寒草甸生态系统的CO2排放强度及过程对气温升高的响应.结果表明:在平均气温分别提高1.25℃(OTC-1)和3.68℃(OTC-2)的条件下,对照及2种不同幅度增温处理高寒草甸生态系统CO2排放通量表现出明显的季节变化特征,并同时在植被生长旺盛期(7-8月)达到峰值,分别为2.31、2.35和6.38μmol·m-2·s-1;CO2排放通量在不同季节都表现出随增温幅度的升高而逐渐增大的趋势,表明随着气温升高,CO2排放通量逐渐增大;不同处理CO2排放通量与气温、5 cm土壤温度和5 cm土壤含水量之间表现出显著的相关关系,CO2排放通量与气温及5 cm土壤温度之间均符合指数关系,而与5 cm土壤含水量之间则符合二次多项式关系.     

去除和添加凋落物对枫香（Liquidambar formosana）和樟树（Cinnamomum camphora）林土壤呼吸的影响

2007年1月至12月,在长沙天际岭国家森林公园,使用LI-COR-6400-09连接到LI-6400便携式CO2/H2O分析系统,测定亚热带枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)林去除和添加凋落物(931.5 g · m-2a-1和1003.4 g · m-2a-1)的土壤呼吸速率以及5 cm土壤温、湿度,研究凋落物对2种森林生态系统中土壤呼吸速率的影响.结果表明:枫香和樟树林去除和添加凋落物的土壤呼吸速率季节变化显著,在季节动态上的趋势与5 cm土壤温度相似,均呈单峰曲线格局,全年去除凋落物土壤呼吸速率平均值分别为1.132 μmol CO2 · m-2s-1和1.933 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理1.397 μmol CO2 · m-2s-1和2.581 μmol CO2 · m-2s-1低18.62%和26.49%;添加凋落物土壤呼吸速率平均值分别为2.363 μmol CO2 · m-2s-1和3.267 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理高71.31%和39.18%.两种群落去除和添加凋落物土壤呼吸的季节变化均与5 cm土壤温度呈显著指数相关(P﹤0.001),与5 cm土壤湿度相关性不显著(P>0.05);土壤温度和湿度可以共同解释去除和添加凋落物后土壤呼吸变化的95.2%、93.7%和90.0%、92.8%.枫香和樟树群落去除和添加凋落物土壤呼吸温度敏感性Q10值分别为3.01、3.29和3.02、4.37,均比对照处理Q10值2.98和2.94高.这证明凋落物是影响森林CO2通量的一个重要因子.     

火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火烧干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽生长季CH4、CO2、N2O排放的季节变化及影响因子结果表明:火干扰使草丛、灌丛沼泽生长季的平均气温和各层土壤温度提高0.1—2.0℃,水位平均下降2.7 cm。火干扰使草丛、灌丛沼泽样地CH4排放通量提高了56%、524.9%,CO2排放通量分别下降了57.3%、14.5%,N2O排放通量分别下降27.1%,64.9%。火烧前后草丛沼泽CH4、N2O与灌丛沼泽CO2排放通量季节性规律未发生变化。火干扰改变了草丛沼泽生长季CO2、灌丛沼泽N2O排放通量的季节性变化规律。草丛沼泽对照样地CH4排放通量与5 cm土壤温度存在显著相关性,草丛沼泽CH4排放通量与水位相关性不显著。灌丛沼泽CH4排放通量与各层土壤温度及水位均无显著相关性。草丛、灌丛沼泽对照样地土壤CO2排放通量与0—15 cm土壤温度呈显著或极显著正相关,火烧样地与0—30 cm土壤温度呈显著或极显著正相关。草丛、灌丛沼泽对照、火烧样地土壤CO2排放通量与水位极显著负相关。火干扰使草丛、灌丛沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为23.3%。火干扰能够减少草丛、灌丛沼泽温室气体排放。     

垄沟覆膜栽培冬小麦田的土壤呼吸

通过大田试验研究了垄沟覆膜栽培条件下冬小麦生长过程中土壤呼吸规律。结果表明,垄沟覆膜栽培条件下垄脊土壤呼吸速率高于平作栽培,而垄沟部土壤呼吸速率小于平作。冬小麦生育期内垄脊平均呼吸速率为(2.06±0.44)μmol CO2·m-2·s-1,垄沟为(0.75±0.11)μmol CO2·m-2·s-1,而平作栽培为(1.14±0.20)μmol CO2·m-2·s-1。土壤呼吸季节变化显著,越冬期低,夏季高。不同生育期土壤呼吸日变化规律不同,越冬前和返青期土壤呼吸与土壤温度成正相关,随着土壤温度的升高而增加,呈单峰曲线;拔节期后垄脊部的土壤呼吸日变化明显,呈现双峰曲线;而平作和垄沟的土壤呼吸速率平稳,没有明显峰值。5 cm土壤温度与土壤呼吸之间的相关性最好。在一定范围内(<24—31℃),土壤呼吸随着温度的增加而增加,温度过高反而会抑制土壤呼吸速率。土壤呼吸f(R)与5 cm土壤温度之间的关系可以用二次函数表示;5 cm土壤温度T和土壤含水量W的交互效应可用函数:f(R)=a(bT2+cT)(1+dln(2W)/T)+e表示。垄沟覆膜栽培显著改变了冬小麦田的土壤呼吸作用。     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明:生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q10变化范围分别为1.68~2.14和3.03~3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

小兴安岭阔叶林沼泽土壤CO_2、CH_4和N_2O排放规律及其影响因子

采用野外静态箱-气相色谱法,研究了小兴安岭典型阔叶林沼泽生长季节土壤CO2、CH4和N2O排放季节变化规律、源/汇功能及主要影响因子。结果表明:①苔草沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽生长季节土壤CO2、CH4、N2O排放分别集中在夏季、夏秋季、春夏季,平均排放通量依次为487.89、382.27、514.63 mg.m-2.h-1,1.88、1.03、0.04 mg.m-2.h-1,3.70、58.61、11.73μg.m-2.h-1。②三者生长季节土壤CO2排放通量与气温和0-20 cm土壤温度均呈显著正相关;苔草沼泽CH4排放通量与30-40cm土壤温度呈显著正相关,毛赤杨沼泽CH4排放通量与地表温度呈显著负相关;白桦沼泽N2O排放通量与地表温度呈显著正相关。苔草沼泽N2O排放与水位呈显著负相关;毛赤杨沼泽CH4排放与水位呈显著正相关;白桦沼泽CO2排放与水位呈显著负相关。③三者生长季节土壤均为CO2、CH4、N2O排放源(17.56、13.76、18.53 t.hm-2;67.54、37.05、1.30 kg.hm-2;0.13、2.11、0.42 kg.hm-2),三者CO2排放量相近(5.5%-21.6%);苔草沼泽为CH4的强排放源,毛赤杨沼泽为中排放源,白桦沼泽为弱排放源;毛赤杨沼泽为N2O的强排放源,白桦沼泽为中排放源,苔草沼泽为弱排放源。     

稻草覆盖对冬闲稻田二氧化碳通量的影响

通过研究稻草覆盖对土壤含水量、土壤温度及田间杂草生长的影响,探讨了亚热带红壤性稻田生态系统冬闲期稻草覆盖对CO2通量的影响及其机理.结果表明:稻草覆盖主要通过两个途径影响冬闲稻田的CO2通量:一是稻草覆盖对土壤温度有正效应,使稻田生态系统CO2排放量显著增加,试验期间覆盖处理平均净排放1.99 g CO2·m-2·d-1,而对照处理平均净吸收2.68 g CO2·m-2·d-1,两者差异达极显著水平(P《0.01);二是稻草覆盖使田间杂草的生物量及其吸收的光合有效辐射显著减少, 导致覆盖处理白天CO2排放量提高.稻草覆盖处理土壤表层(0～15 cm)相对含水量比无覆盖处理提高了9%以上,但未对CO2通量的变化产生显著影响.     

寒温带兴安落叶松林土壤温室气体通量的时间变异

采用静态箱/气相色谱(GC)法,对寒温带兴安落叶松林区6-9月生长季土壤CO2、CH4和N2O通量进行原位测定,研究了土壤温室气体通量的季节和昼夜变化及其与环境因子的关系.结果表明:在生长季,兴安落叶松林土壤为大气CH4的汇,吸收通量为22.3～107.8 μg CH4-C·m-2·h-1,6-9月月均甲烷吸收通量为(34.0±7.1)、(71.4±9.4)、(86.3±7.9)和(40.7-±6.2) μg·m-2·h-1;不同季节土壤CH4昼夜通量的变化规律相同,一天中均在10:00达到最大吸收高峰.土壤CO2日通量呈明显的双峰曲线,月均CO2通量大小顺序为7月＞8月＞6月＞9月.土壤N2O通量变异较大,在-9.1 ～31.7μg·m-2·h-1之间.土壤温度和湿度是影响CO2和CH4通量的重要因子,N2O通量主要受温度的影响.在兴安落叶松林区,10:00左右观测获得的温室气体地-气交换通量,经矫正后可以代表当日气体通量.     

华北平原麦田土壤呼吸特征

采用静态箱／气相色谱(GC)法测定了华北平原典型冬小麦田的土壤呼吸速率、结果表明,土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线,最高峰出现在13：00左右,最低点在凌晨4：00左右;冬小麦生长季土壤呼吸速率平均冬季较低,夏季较高,与地温的季节变化趋势基本一致;随氮肥用量增加土壤呼吸增强,但增幅不大．秸秆还田处理的土壤呼吸作用明显高于秸秆不还田处理和氮肥处理;土壤呼吸同地温存在着显著的指数关系,其中5cm地温同土壤呼吸相关性最好．不同处理、不同深度土层具有不同的Q10值,Q10值随土壤的性状、地温测量的深度和微生物活动的土层深度变化而改变,其本身是温度的函数,随着温度的升高,Q10值呈下降趋势;土壤呼吸与土壤水分的关系较弱,未表现出明显的规律性;冬小麦平均净光合速率与土壤呼吸速率呈相似的变化趋势。从小麦返青到腊熟,冬小麦田表现为CO2的汇．     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系土壤硝态氮的适宜含量

采用冬小麦季不同施氮处理(夏玉米季不施氮)研究了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系夏玉米季土壤硝态氮的适宜含量.结果表明:在播前土壤无机氮含量较高的条件下,冬小麦季施用150kgN.hm-2即可满足冬小麦/夏玉米两季作物的氮素需求;各氮肥处理在冬小麦季的氮肥施用当季的利用率仅为11%～23%,在夏玉米季氮肥残效利用率则高达30%～52%.当夏玉米播前0～90cm土层硝态氮含量达到82kg.hm-2时,无需施氮即可保证夏玉米十叶期的生长,达到151kg.hm-2时,无需施氮即可保证整个生育期的生长.夏玉米十叶期和收获后0～90cm土层硝态氮含量低于46和65kg.hm-2时,则影响作物正常生长.综合考虑产量和环境效应,冬小麦/夏玉米轮作体系中0～90cm土层硝态氮含量应控制在65～151kg.hm-2之间.     

黄土旱塬区不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸的影响

采用田间试验研究了黄土旱塬区不同覆盖措施下的冬小麦农田土壤呼吸日变化和季节变化特征.试验包括4个处理：作物生育期秸秆覆盖600 kg·hm^-2（M₆₀₀）、秸秆覆盖300 kg·hm^-2（M₃₀₀）、地膜覆盖（PM）和无覆盖处理（CK）.结果表明：冬小麦农田土壤呼吸速率从播种至返青之前呈下降趋势,处理间没有显著差异;越冬后土壤呼吸速率迅速提高,至拔节期最高.与CK相比,3个覆盖处理在越冬至成熟期间均显著促进了土壤CO₂的释放,其中PM与其他处理间的差异达到极显著水平.全生育期M₆₀₀和M₃₀₀处理土壤呼吸速率平均分别为1.47和1.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK（1.38 μmol CO₂·m^-2·s^-1）分别提高了6.6%和10.2%;PM处理土壤呼吸速率平均为3.63 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK提高了163%.CK处理土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在12：00左右,秸秆覆盖后峰值时间推迟到14：00左右;PM处理土壤呼吸日变化特征在拔节期与对照相似,在成熟期则呈双峰曲线,峰值分别出现在12：00和16：00左右.土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分分别呈指数和抛物线式相关.     

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验 (始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C, DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C, MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系.研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM).结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM＞M＞NP＞N＞CK＞F.土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因.各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期＞抽穗期＞成熟期＞返青期＞拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期＞灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期＞抽穗期＞灌浆期＞拔节期＞返青期.同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性.以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%.     

三江平原春小麦农田生态系统氧化亚氮通量特征

利用静态暗箱-气相色谱法对三江平原春小麦农田生态系统N2O排放通量进行连续2.5年的田间原位观测.结果表明:三江平原春小麦农田生态系统N2O排放通量具有较明显的季节变化和年际变化,并主要与年际间降水及田间水分管理差异有关;春小麦农田生态系统N2O排放日变化与气温及地下5 cm温度变化有关.生长期N2O的排放较强,休耕期N2O排放量显著下降,冰冻期N2O的排放较微弱,融冻时N2O排放缓慢增强.生长期N2O平均排放通量为0.190 mg.m-2.h-1,收割后到冰冻期间为0.077 mg.m-2.h-1,冻融期间为0.017 mg.m-2.h-1.     

保护性耕作对紫色水稻土团聚体组成和有机碳储量的影响

通过长期定位试验,研究了保护性耕作对四川盆地紫色水稻土耕层团聚体组成和有机碳储量的影响.结果表明,保护性耕作显著影响耕层团聚体组成及其有机碳含量.油菜免耕、厢作免耕、绿肥免耕、垄作翻耕和厢作翻耕0～10 cm土壤大团聚体分别比对照(12%)增加23%、69%、9%、36%和28%,而10～20 cm土壤大团聚体比对照低9%～38%.冬水免耕、油菜免耕和绿肥免耕0～10 cm土壤大团聚体中有机碳含量分别比对照增加13%、31%和32%,而10～20 cm土壤各处理有机碳含量低于对照28%～54%,其土壤大团聚体和微团聚体中碳浓度差异低于0～10cm土壤.各处理0～10 cm土壤总有机碳储量比对照增加8%～28%,而10～20 cm土壤总有机碳储量低于对照4%～22%.传统耕作转变为保护性耕作13年后0～10和10～20 cm土壤有机碳固定率分别为53和25 g·m^-2·a^-1,传统耕作有机碳固定率分别为26和33 g·m^-2·a^-1.保护性耕作有利于紫色水稻土表层大团聚体的形成和土壤总有机碳储量的提高.     

开放式空气CO2浓度增高条件下旱地土壤气体CO2浓度廓线测定

设计了一套适合于FACE(free airCO2 enrichment)平台的旱地土壤气体CO2 浓度廓线测定方法 ,并将其应用于田间实验 .在江苏省无锡市郊区具有太湖地区典型水稻土的稻麦轮作农田 ,对FACE和对照麦田以及裸土 0～ 30cm土层的土壤气体CO2 浓度廓线进行了观测研究 .结果表明 ,所采用的方法满足进行旱地农田土壤气体CO2 浓度廓线研究的要求 ;在 0～ 30cm土层中 ,上层土壤气体中的CO2 向上垂直扩散要比下层土壤快 ;在作物旺盛生长期 ,大气CO2 浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使 0～ 30cm土层的土壤气体CO2 浓度显著提高 14 %± 5 % (t 检验P <0 .0 0 1) .     

作物群体CO2通量和水分利用效率的快速测定

In this paper, Eddy Correlation (EC) method was employed to measure the latent heat and CO2 flux density and to calculate Water Use Efficiency (WISE) of winter wheat community in Yucheng district, Shandong Province in 1997. The results showed that the CO2 flux density had an obvious diurnal change, with a maximum aboutl. 5 mg·s^-1·m^-2, which appeared at about 9 : 00-10 : 00 am in general. The WUE of wheat community presented a fall trend from morning to afternoon, and the CO2 flux density and WUE also had an obvious seasonal change, being lower in the early and late growth stages, and higher in the middle growth stage. The ranges of daily mean CO2 flux density and WUE were 0.2 - 0.9 mg·s^-1·m^-2 and 5 - 20 gCO2·kg^-1 1H2O, respectively.     

轮耕对关中一年两熟区土壤物理性状和冬小麦根系生长的影响

针对关中地区土壤连续单一耕作存在的主要问题,进行了土壤轮耕效应研究。2009年至2012年在关中一年两熟区采用连续4a旋耕(RT)、翻耕-免耕-翻耕-免耕(PNT)和深松-免耕-深松-免耕(SNT)3种耕作处理,对土壤容重、紧实度及小麦根系生长进行了研究。结果表明,与试验前相比,夏玉米收获后(2013年10月)两种轮耕处理显著(P0.05)降低了0—10、10—20 cm土壤容重,旋耕处理在0—10 cm处差异不显著,而10—20 cm土壤容重显著增大;与旋耕处理相比,两种轮耕处理0—10、10—20 cm土壤容重在第4季冬小麦整个生育期内变异系数较小,土壤紧实度较低,且改善效果在冬小麦生育中后期10—20 cm土层体现更为显著;旋耕处理0—10、10—20 cm土壤紧实度与含水量均呈显著负相关,相关系数分别为-0.89、-0.85,两种轮耕处理相关性不显著;0—40 cm土层根重密度和根系活力表现为:两种轮耕处理连年旋耕。可见,长期旋耕后进行轮耕(免耕与翻耕、深松)有利于改善土壤物理状况,促进作物根系生长。