盘锦芦苇湿地空气动力学参数动态及其影响因子

应用盘锦芦苇生态系统观测场的涡动相关通量和小气候梯度系统的观测资料,采用涡动相关与小气候梯度观测相结合的方法估算了研究区芦苇下垫面空气动力学参数,并分析了其影响因素.结果表明：该方法可较好地估算芦苇湿地的空气动力学参数;芦苇湿地零平面位移（d）和粗糙度（z0）的季节变化均呈先增后减的单峰曲线变化.z0和d均在9月达到最大,分别为0.24和1.85m;12月达最小,分别为0.03和0.02m.芦苇湿地z0和d的季节变化主要受株高（h）和叶面积指数（LAI）的影响.d随h的增加而线性增加,z0与h呈二次曲线关系.d/h和z0/h均与LAI呈幂函数关系,复相关系数分别为0.99和0.78.     

东北玉米农田下垫面参数动态特征

利用2006年锦州玉米农田生态系统野外观测站动态连续的通量、气象及生物因子观测数据对玉米植株高度、叶面积指数(LAI)、粗糙度(Z0)、表层土壤湿度(SWC)、反照率的动态变化及其相互关系进行分析,旨在为建立玉米农田下垫面动态参数方案提供参考。动态LAI和株高采用相对积温方法求得,Z0通过中性条件下风速廓线方程求得。研究表明:玉米株高增长速度以拔节期为转折点先慢后快,到乳熟期达到最大;LAI呈不对称n型分布,最大值出现在抽雄至乳熟期,约为4;SWC冬季最小,为12%～20%,夏季最大,为30%～36%。反照率在冷季(11-翌年3月)最大,为0.2～0.3,积雪覆盖时为0.5～0.7;暖季(6-9月)最小,为0.1～0.2。生长季内反照率与LAI呈显著正相关,其月均值日变化呈U型分布,受LAI、冠层颜色及粗糙度等因素影响,白天反照率6月<9月<8月<7月。在非结冻期反照率与SWC呈极显著负相关,但随着LAI增大,该关系逐渐减弱。Z0与株高和LAI呈指数正相关。     

盘锦芦苇湿地空气动力学参数动态及其影响因子

应用盘锦芦苇生态系统观测场的涡动相关通量和小气候梯度系统的观测资料,采用涡动相关与小气候梯度观测相结合的方法估算了研究区芦苇下垫面空气动力学参数,并分析了其影响因素.结果表明：该方法可较好地估算芦苇湿地的空气动力学参数;芦苇湿地零平面位移（d）和粗糙度（z₀）的季节变化均呈先增后减的单峰曲线变化. z₀和d均在9月达到最大,分别为0.24和1.85 m; 12月达最小,分别为0.03和0.02 m.芦苇湿地z₀和d的季节变化主要受株高(h)和叶面积指数(LAI)的影响. d随h的增加而线性增加,z₀与h呈二次曲线关系.d/h和z₀/h均与LAI呈幂函数关系,复相关系数分别为0.99和0.78.     

玉米农田水热通量动态与能量闭合分析

 基于锦州农田生态系统野外观测站玉米农田涡度相关系统近2年的水热通量观测数据，分析了玉米农田水热通量的日际、年际变化特征及其能量 平衡状况。结果表明： 1）玉米农田水热通量日变化与年变化均呈单峰型二次曲线，峰值出现在12∶00～13∶00左右，与净辐 射的日变化、年 变化同步，潜热通量最大可达到655 w&#8226;m^－2（出现在2004年7月8日1 3∶00），显热通量最大值大约为369 w&#8226;m^－2（出现在2004年5月31日13∶ 00）。2）玉米农田水热通量强度与局地的环境条件密切相关：显热通量与大气压的年变化呈负相关，潜热通量与气温年变化呈正相关。水热通 量受降水的影响较大，对降水的反应较敏感。其中，潜热通量(LE)不仅与降水的强度有关，而且随着降水的季节分布的不同而出现不同的响应 ，即使同样量级的降水在夜间与白天对LE的影响也是不同的。3）玉米农田通量观测呈现能量不闭合现象，主要原因可能是未包含0～5 cm土壤 热储量与冠层热储量，造成大约15.5%的能量损失。     

玉米生长条件下农田土壤水分动态预报方法的研究

依据理论分析和田间实测资料,提出了玉米生长条件下农田土壤水分动态预报模型,论述了模型中参数的测取方法,经初步应用结果表明,该模型预报玉米土壤水分动态具有较高的精度。     

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.     

地膜覆盖对旱作春玉米农田土壤微生物碳源代谢的影响

土壤微生物碳源代谢特征是评价土壤质量变化的重要指标。依托山西省东部晋中市寿阳县农业环境与作物高效用水科学观测试验站,采用Biolog-ECO微孔板技术探究覆膜（FM）与裸地不覆膜处理（LD）对旱作春玉米拔节期、灌浆期和收获期3个关键生育期不同土层深度下（0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm）土壤微生物碳源代谢的影响。结果表明：1） FM措施可以显著增加土壤微生物对碳源的利用能力,显著提高了土壤微生物的优势度指数,但降低了土壤微生物的均匀度指数。2）在0-10 cm和10-20 cm土层,FM与LD处理土壤微生物碳源利用情况均表现为灌浆期较高,而20-30 cm土层,表现为收获期较高,差异均主要体现在碳水类、羧酸类、氨基酸类3大类碳源上。3）拔节期和灌浆期0-10 cm土层中FM处理的土壤微生物碳源利用能力显著高于LD处理;然而收获期0-10 cm土层中恰好相反,呈现出LD处理下土壤微生物碳源利用能力显著高于FM处理。4）此外,Pearson相关分析表明,FM处理土壤微生物对碳水类碳源和羧酸类碳源2大类碳源的利用能力主要与土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量相关性较好,呈现出正相关关系;对氨基酸类碳源的利用能力主要与土壤含水量、pH、SOC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量相关性较好。LD处理下,土壤微生物对碳水类、羧酸类和氨基酸类碳源的利用能力与土壤中TN含量的相关性较好,且呈现正相关关系。     

长白山阔叶红松林的零平面位移和粗糙度

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上 16个月的风速、温度、湿度及气压的连续观测资料 ,根据中性层结条件下风速随高度的对数变化规律 ,利用廓线法中的牛顿迭代法计算了该森林的零平面位移d和粗糙度z0 ,结果表明 ,d和z0 均存在着较明显的季节变化 ,在生长季d较大 ,z0 较小 ,而非生长季恰好相反 ,标准化的零平面位移d/h和粗糙度z0 /h在生长季和非生长季平均分别为 0 86 7,0 76 4和 4 4 7× 10 -2 ,3 5 9× 10 -2 。与叶面积指数对比分析发现 ,d/h和z0 /h与叶面积指数分别存在正相关和负相关的关系。敏感性分析表明 ,牛顿迭代法求d和z0对风速的精度要求较高 ,需要精度高的仪器和长期的数据积累。     

农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。     

降雨对旱作春玉米农田土壤呼吸动态的影响

土壤呼吸是调控全球碳平衡和气候变化的关键过程之一,降雨作为重要的扰动因子,在不同区域和不同环境条件下,对土壤呼吸具有复杂的影响.研究降雨对农田土壤呼吸及其分量的影响,对准确预测未来气候变化下陆地生态系统碳平衡具有重要意义.对黄土高原东部典型春玉米农田生态系统生长季内3次降雨前后土壤呼吸及其分量进行了原位连续观测,结果表明:在土壤湿润的条件下,降雨对春玉米农田土壤呼吸及其分量具有明显的抑制作用,在土壤湿度大于27％后土壤呼吸及其分量随土壤湿度上升呈明显下降,且对温度的敏感性降低.土壤呼吸及其分量在降雨前后的变化受土壤温度和土壤湿度的共同影响.降雨量、降雨历时和雨前土壤含水量决定了土壤呼吸及其分量对降雨响应的程度和时长.土壤呼吸及其分量对土壤温度的敏感性各不相同,微生物呼吸对温度的敏感性最高,Q10为5.14;其次是土壤呼吸,Q10为3.86;根呼吸的温度敏感性相对最低,Q10为3.24.由于土壤呼吸分量对温度和湿度的敏感性不同,降雨后根呼吸的比例有所升高.     

雨养玉米农田生态系统的蒸散特征及其作物系数

基于雨养玉米农田生态系统2007年整个生长季的涡度相关通量资料,对蒸散的日、季动态进行分析.结果表明：玉米农田生态系统蒸散的日、季动态均呈单峰型变化,最大值分别出现在12:00左右和7月.结合修正的Penman-Monteith公式与相应的生态、气象观测要素,对作物系数(K指数)影响因子的分析结果表明,K指数主要受叶面积指数(LAI)、气温(T_a)、净辐射(R_n)以及表层土壤含水量的影响.在此基础上,初步建立了半小时尺度的作物系数(K指数)模型.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

Soil nitrogen dynamics and relationships with maize yields in a gliricidia–maize intercrop in Malawi

Many soils of southern Africa are severely N deficient, but inorganic fertilizers are unaffordable for most subsistence farmers. Rotations and intercrops of legumes with crops may alleviate N deficiency through biological N₂ fixation and redistribution of subsoil N to the surface. We monitored soil inorganic N dynamics for two seasons in a gliricidia [Gliricidia sepium (Jacq.) Walp.] – maize (Zea mays L.) intercrop in the unimodal rainfall area of southern Malawi. One maize crop per year was grown with or without interplanted gliricidia, in factorial combination with three rates of N (0, 24 or 48 kg N ha^-1). Application of gliricidia prunings increased (p < 0.001) topsoil (0 to 20 cm) inorganic N at the end of the dry season and during the early rains. Differences between plus and minus gliricidia treatments were less when total inorganic N to 1-m depth was summed. A greater proportion of the total inorganic N to 1-m depth occurred in the topsoil (0 to 20 cm) when gliricidia was present, suggesting that redistribution of subsoil N to the surface accounted for part of the N increase by gliricidia. Gliricidia lowered (p < 0.05) subsoil water content during drier periods. Gliricidia plots accumulated more (p < 0.01) ammonium-N during the dry season. Nitrate-N remained constant during the dry season but rose rapidly in gliricidia plots after the onset of rains. A 2-factor model including preseason inorganic N and anaerobic N mineralization potential accounted for 84% of the variability in maize yields for the two seasons' data combined. The combination of preseason inorganic N and potential N mineralization appears to provide a good estimate of N supply to maize in systems receiving both organic and inorganic sources of N. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

华北平原玉米田生态系统光合作用特征及影响因素

采用涡度相关法对华北平原夏玉米田进行了连续4a(2003-2006年)的碳通量观测,结果表明:夏玉米田生态系统初始量子效率(α)、最大光合速率(P_max)、暗呼吸速率(R_d)和总初级生产力(GPP)随作物生长发育而变化。在夏玉米生育前期和后期,α、P_max、R_d和GPP都比较小,其最大值出现在抽穗期/灌浆期。2003-2006年,夏玉米生长季平均α、P_max、R_d的范围分别为0.054-0.124 μmol/μmol、1.72-2.93 mg CO₂ · m^-2 · s^-1、0.23-0.38 mg CO₂ · m^-2 · s^-1。α、P_max和R_d均随叶面积指数(LAI)增加呈指数增长。2003-2006年夏玉米生长季GPP总量分别为806.2、741.5、703.0、817.4 g C/m²,年际差异较大。玉米田生态系统GPP随温度升高呈指数增长。在玉米营养生长阶段,GPP随LAI增加而增大,两者之间的关系可用直角双曲线方程来表示;生殖生长阶段,GPP随LAI降低而下降.相同LAI下,生殖生长阶段的GPP明显低于营养生长阶段。     

Seasonal responses of photosynthetic parameters in maize and sunflower and their relationship with leaf functional traits

Estimates of seasonal variation in photosynthetic capacity (P_c) are critical for modeling the time course of carbon fluxes. Given the time‐intensive nature of calculating P_c parameters via gas exchange, it is appealing to calculate parameter variation via changes in chlorophyll (Chl) and nitrogen (N) content by assuming that P_c scales with these variables. Although seasonal changes in P_c and the relationships between N and P_c have been evaluated in forest canopies, there is limited data on seasonal parameter values in crops, nor is it clear if seasonal changes in P_c can be estimated from leaf traits under the high N fertility of managed systems. We characterized the seasonal variability of the maximum rates of carboxylation (V_cmax) and electron transport (J_max) under well‐fertilized conditions for maize (Zea mays L.) and sunflower (Helianthus annuus L.) and coupled these data with measurements of Chl, N, and leaf mass per unit area (LMA). The seasonal Chl–N relationship was significant in maize, but not in sunflower. Area‐based N–V_cmax relationships were not significant for either crop. Mass‐based N–V_cmax relationships were weak in sunflower, but highly significant in maize. Our results suggest that P_c can be seasonally adjusted in maize with reliable estimates of changes in LMA.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO₂通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO₂通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明: 冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO₂·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO₂·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.