开放式空气CO2浓度增高影响稻田-大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .     

太阳辐射对稻田甲烷排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一,而太阳辐射减弱对稻田甲烷(CH4)排放的影响尚不明确,且缺少高光谱遥感用于估算稻田CH4排放的研究.通过田间模拟试验,研究了不同遮阴强度对稻田CH4排放和水稻冠层光谱特征的影响,并基于冠层高光谱数据估算了CH4排放通量.采用单因子试验设计,遮阴强度设3个水平,即对照(不遮阴,CK)、轻度遮阴(S1,单层遮阴,遮阴率为60%)和重度遮阴(S2,双层遮阴,遮阴率为84%).结果表明:与对照相比,遮阴明显降低了稻田CH4排放,但重度遮阴下CH4排放高于轻度遮阴;近红外波段水稻冠层反射率表现为CK>S2>S1;水稻冠层光谱反射率(699~1349 nm)与CH4排放通量呈极显著正相关,最高相关系数达0.64,6种植被指数与CH4排放通量也呈极显著相关,其中比值植被指数(RVI)与CH4排放通量的相关系数最大,达0.84;建立了以RVI、归一化植被指数(NDVI)和507 nm原始反射率(ρ507)为参数估算CH4排放通量的逐步回归模型,决定系数R2分别为0.86和0.85,利用该模型可为开展区域稻田温室气体排放的遥感监测提供试验依据.     

夜间增温品种混栽对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖主要特征之一。夜间增温对水稻生产及CH₄和N₂O排放的影响备受关注。品种混栽可提高水稻产量,增强水稻植株抗性。增温或混栽单因子对稻田CH₄和N₂O排放影响已有报道,但二者耦合如何影响水稻生产及稻田CH₄和N₂O排放,尚不清楚。采用2因素随机区组设计,通过田间试验研究了夜间增温下品种混栽对水稻产量、CH₄和N₂O综合增温潜势和排放强度的影响。夜间增温设2水平,即对照（CK,control）和增温（NW,nighttime warming）;品种混栽设2水平,即混作（I,intercropping）,单作（M,monocropping）,混栽处理将主栽品种（超级稻南粳9108）与次栽品种（杂交稻深两优884）以3：1的比例种植。水稻生长期用铝箔反射膜覆盖水稻冠层进行被动式夜间增温试验（19：00-6：00）。结果表明,夜间增温或品种混栽均显著降低水稻植株分蘖数和生物量。品种混栽显著提高水稻产量,而夜间增温则显著降低产量。品种混栽可缓解夜间增温对水稻产量的抑制作用。夜间增温下品种混栽处理稻田CH₄累计排放量在分蘖期、拔节-孕穗期、抽穗-扬花期和灌浆-成熟期比单作对照分别高55.32%、45.89%、43.49和125.82%。夜间增温下品种混栽处理稻田N₂O累计排放量在分蘖期、拔节-孕穗期和抽穗-扬花期分别比单作对照高64.44%、46.26%和42.07%。研究认为,夜间增温下品种混栽显著提高稻田CH₄和N₂O排放通量和累积排放量,显著增加综合增温潜势（GWP）和排放强度（GHGI）。     

西双版纳地区稻田CO2排放通量

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田CO2排放及氮肥、水热因子对CO2排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:N0(0 kg N hm-2)、N150(150 kg N hm-2)和N300(300 kg N hm-2).结果表明,受一天温度变化的影响,西双版纳地区稻田生态系统呼吸日变化为单峰型,其最大值出现在11:00～13:00之间,最小值出现在凌晨.稻田土壤呼吸呈明显的季节变化趋势,土壤呼吸平均速率为水稻收获后休闲季节>种植前休闲季节>水稻生长季节,差异达到1%显著水平.不同季节影响土壤呼吸的环境因子不同.土壤水分含量低于34%时,土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关,达5%显著水平;地面淹水时,土壤呼吸速率与淹水深度呈1%极显著负相关;水分含量高于38%时,土壤呼吸速率与温度呈极显著指数相关.长期考虑(整个生长季节),氮肥的施用对稻田土壤呼吸和生态系统呼吸无影响;N300处理抑制植株呼吸作用,单位生物量呼吸速率下降.氮肥的施用对土壤呼吸有短期影响,氮肥用量增加,土壤呼吸速率增加.计算得出N0、N150和N300处理年土壤呼吸量分别为6.27、6.31 t C hm-2 a-1和5.89 t C hm-2 a-1;年净固定大气中CO2-C分别为1.41、2.22 t C hm-2 a-1和1 11 t C hm-2 a-1,表明西双版纳稻田生态系统是碳汇.     

转Bt cry1Ab基因水稻对稻田弹尾虫种群数量的影响

以转Bt cry1Ab基因水稻克螟稻1号(KMD1)和克螟稻2号(KMD2)及其亲本非转基因水稻秀水11(XS11)为材料,于2003年9月和翌春4月,调查了KMD1和KMD2对水稻灌浆期和收割后休田期稻田土表落叶层中弹尾虫种群数量的影响.结果表明,KMD植株表达的cry1Ab杀虫蛋白可在稻田环境中残留160 d以上;在水稻灌浆期采用吸虫器法在稻田落叶层中采集到灰橄榄长角跳虫(Entomobrya griseoolivata)和钩圆跳虫(Bourletiella christianseni)等2种弹尾虫,其中灰橄榄长角跳虫在KMD1和KMD2稻田中的种群密度显著高于XS11稻田;在水稻收割后休田期采用网袋法采集到灰橄榄长角跳虫、钩圆跳虫、球角跳虫(Hypogastrura matura)和等节跳虫(Isotoma monochaeta)等4种弹尾虫,其中转Bt基因水稻稻田中的灰橄榄长角跳虫和球角跳虫的种群密度显著高于XS11稻田,且其植株组织残体生物量损失率显著高于XS11.     

施肥对稻田生态系统气体调节功能及其价值的影响

 该文以2002年在上海市奉贤县五四农场进行的稻田生态系统田间实验为基础,对尿素施用对稻田生态系统气体调节功能（释放O2和温室气体调节）的影响进行研究。研究结果表明：1）在水稻（Oryza sativa）生长期间,施加尿素能显著增加稻田日O2释放量及其价值量;2）在水稻生长期间,施加尿素稻田综合CO2的通量及其价值并不比未施肥稻田存在显著优势,尿素施用能明显增强稻田N2O排放通量,降低稻田CH4排放通量。尿素施用对温室气体调节具有正效应,促进稻田对温室气体吸收。     

土壤水分状况和氮肥施用及品种对稻田N2O排放的影响

土壤水分状况和氮肥施用及品种对稻田N₂O排放有明显影响。当稻田持续淹水时,几乎没有N₂O排放,而当稻田经历干湿交替循环特别是烤田时,有较高的N₂O排放通量。稻田持续淹水、干湿交替及烤田期间5个处理的平均N₂O排放通量分别为1.02、23.87和47.99μg·m^-2·h^-1.化学氮肥的施用增加了稻田N₂O的排放量,且硫铵能比尿素排放更多的N₂O.施用硫铵氮100和300kg·hm^-2引起的N₂ON损失率分别为0.04%和0.26%,而施用尿素氮的分别为0.03%和0.15%.     

轮作制度对水稻生长季节稻田氧化亚氮排放的影响

通过盆栽试验(3次重复),研究了3种主要轮作制度对稻田水稻生长季节N₂O排放的影响。结果表明,在水稻-小麦轮作中,水稻生长季节稻田N₂O-N的排放量为4．2kg·hm^-2,显著大于双季稻-小麦轮作中早稻的排放量2．2kg·hm^-2;但两者的季节平均排放通量无明显差异,分别为117和118μg·m^-2·h^-1。同时,两者都显著大于双季稻-小麦中的晚稻和持续淹水体系中的水稻生长季节稻田N20的平均排放通量,分别为67．0和42．1μg·m^-2·h^-1,在前作为旱作小麦的2种水稻生长季节中,大于91％的稻田N2O排放量都集中在水稻生长前半期;在前作为水稻的晚稻生长季节中,稻田N₂O排放量的91％集中在中期烤田及收获前水分落干阶段,轮作制度和前作水分状况极大地影响稻田N2O的排放。     

夜间增温对稻田甲烷排放的影响及其高光谱估算

昼夜不对称增温是全球气候变化的主要特征之一,有关夜间增温对稻田甲烷(CH_4)排放影响的报道尚不多见。通过田间模拟试验,研究了被动式夜间增温下水稻田CH_4排放及高光谱的特征,并用高光谱数据对稻田甲烷排放进行定量模拟。田间试验设夜间增温(NW)和对照处理(CK),夜间增温即在整个水稻生育期的夜间(19:00—6:00)用铝箔反射膜覆盖水稻冠层。结果表明,夜间增温显著促进水稻拔节期和抽穗期-灌浆期CH_4排放。水稻冠层近红外光谱反射率表现为,在分蘖期和拔节期时,NWCK;而在抽穗-灌浆期和成熟期时,CKNW。水稻冠层光谱反射率、一阶导数光谱及光谱特征值均与CH_4排放通量显著相关,相关系数最大可达0.8(P0.01),其中以"蓝边面积"(SD_b)构成的二次多项式模型模拟精度和检验精度综合最佳,决定系数R~2分别为0.70和0.72。研究结果对稻田CH_4排放通量遥感监测的可行性提供了理论依据和技术支持。     

稻田冬闲期间覆盖稻草的生态效应

冬季覆盖和裸田休闲作为两种主要的冬闲方式,在我国南方地区广泛存在,且有扩大趋势.研究其生态效应,具有良好的理论及实践意义.以湖南亚热带双季稻作区为典型研究区域,以耕层土壤温湿度、田间植被生长、温室气体排放为主要指标,研究早晚稻稻草覆盖还田与无覆盖还田两种冬闲方式生态效应的不同.试验结果表明,稻草覆盖还田对冬闲稻田的生态效应主要包括4个方面:保温、保水、抑制田间杂草生长以及增加了指向大气的CO2排放.覆盖对土温的影响主要在地下5cm层,试验期内,温度较无覆盖平均高出1.0～3.2℃;覆盖对耕层水分的影响主要在0～15cm层,覆盖与无覆盖之间差异达到极显著水平;另外覆盖显著改变了冬闲稻田生态系统的CO2与大气的交换情况,试验期内,由无覆盖的固定了CO2气体4.13 tCO2·hm-2转为覆盖处理的净排放3.06 tCO2·hm-2,致使冬闲稻田由大气的碳汇变为碳源.     

土壤水分状况和氮肥施用及品种对稻田N2O排放的影响

土壤水分状况和氮肥施用及品种对稻田N₂O排放有明显影响。当稻田持续淹水时,几乎没有N₂O排放,而当稻田经历干湿交替循环特别是烤田时,有较高的N₂O排放通量。稻田持续淹水、干湿交替及烤田期间5个处理的平均N₂O排放通量分别为1.02、23.87和47.99μg·m^-2·h^-1.化学氮肥的施用增加了稻田N₂O的排放量,且硫铵能比尿素排放更多的N₂O.施用硫铵氮100和300kg·hm^-2引起的N₂ON损失率分别为0.04%和0.26%,而施用尿素氮的分别为0.03%和0.15%.     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法气相色谱法观测确定陆地生态系统地气CO₂净交换通量的基本原理和方法,然后讨论在开放式空气CO₂增加(FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO₂浓度升高对稻田生态系统大气CO₂净交换通量的影响.因缺乏必要参数的实际观测值,本文只能根据暗箱观测值计算CO₂净交换通量的最小取值NEE_min.NEE_min计算结果表明,在插秧1个月之后的水稻生长期内,大气CO₂浓度升高200±40μmol·mol^-1使稻田生态系统对大气CO₂的净吸收约为对照的3倍.为根据暗箱观测准确确定NEE,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态.     

不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5 μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1 μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10 μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25 μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10-100 μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

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。     

宁夏水稻品种微卫星标记数据库的建立

本研究以47份经甄别鉴定的宁夏水稻品种(系)为试验材料,筛选出28对较均匀分布于12条染色体、条带清晰稳定、多态性丰富的SSR标记构建了宁夏水稻微卫星标记数据库。共检测到144个等位基因,标记间差异性位点数3~10个,平均5.14个;平均Nei's遗传多样性指数为0.6187。28个位点上参试材料间均有差异。只在1个位点上存在差异的是宁粳28号和宁粳23号,宁粳23和宁粳35号;其余品种差异性位点均在2个或2个以上,占参试材料的93.6%。28对引物中筛选出10对核心引物,各材料间至少有1对引物存在差异,能够把参试品种(系)一一区分开来。利用这10对引物,在相同的迁移位置上以1、0标记扩增片段的有无,构建了宁夏水稻DNA指纹图谱。     

UV-B辐射增强对抗除草剂转基因水稻 CH4排放的影响

在大田条件下,研究了UV-B(ultraviolet-B)辐射增强对抗除草剂转基因水稻及亲本常规水稻甲烷(CH4)排放的影响。UV-B辐射设2水平,即对照(CK,自然光),增强(Elevated,14.4 kJ·m-·2d-1),相当于南京地区大气臭氧耗损25%的辐射剂量。结果表明,UV-B辐射增强并没有改变稻田CH4排放通量的季节性变化规律。与对照相比,UV-B辐射增强显著提高CH4排放通量和累积排放量。水稻分蘖期CH4累积排放量最高,占全生育累积排放量的51.55%—61.01%;其次是拔节至孕穗期,占20.00%—26.64%。抗除草剂转基因水稻的CH4排放通量和累积排放量显著低于亲本常规水稻。研究说明,UV-B辐射增强下种植抗除草剂转基因水稻对于减缓稻田甲烷排放有积极意义。     

UV-B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田CH4排放规律的影响

在大田条件下,原位种植传统水稻品种白脚老粳,采用静态箱-气相色谱法研究了UV-B(ultraviolet-B)辐射增强(7.5 kJ m-2d-1)对元阳哈尼梯田海拔1600 m处稻田CH4排放量的影响,同时观测UV-B辐射增强对水稻生长的影响。结果表明:(1)UV-B辐射增强显著降低了水稻植株分蘖末期、拔节孕穗期、抽穗扬花期、成熟期地上部和地下部生物量(P0.05)。(2)UV-B辐射改变了稻田CH4的季节和日排放(成熟期)规律:对照组在拔节孕穗期出现1个排放峰,处理组在拔节孕穗期和成熟期出现2个排放峰;与对照相比,UV-B辐射增强改变了水稻成熟期CH4日排放第2个峰值出现的时间。(3)处理组CH4的季节排放通量与箱内温度的季节变化有显著的正相关性(R=0.789,P0.05)。(4)UV-B辐射增强在分蘖末期、拔节孕穗期、成熟期都极显著提高了CH4的累计排放量(P0.01),分别提高了47.2%,293.8%和74.4%。总之,UV-B辐射增强促进了元阳哈尼梯田传统水稻田CH4的排放。     

广州地区晚稻田 CH4和N2O 的排放通量及其影响因素

用密闭箱法同时研究了广州地区晚稻田CH₄和N₂O的排放通量。结果表明,连续淹水、常规连作和水旱轮作等3种处理的CH₄平均排放通量分别为1.763、2.84和0.36mg·m^-2·h^-1,而N₂O的平均排放通量分别为6.74、11.69和55.07μgN₂O-N·m^-2·h^-1,表明稻田连续淹水显著增加CH₄的排放而降低N₂O的排放。水旱轮作降低CH₄排放而提高N₂O的排放,说明稻田CH₄和N₂O排放之间存在着消长关系。讨论了这2种温室气体排放的影响因素,并初步分析了它们对温室效应的相对贡献。     

施肥措施对不同母质发育的稻田生态系统土壤微生物量碳、氮的影响

以湖南省稻田土壤肥力监测点为基础,研究了稻田生态系统土壤微生物量碳、氮的特性.结果表明,不同施肥措施对不同地域和母质发育的稻田生态系统土壤微生物量碳、氮的影响程度不同.经过18年的不同施肥处理,不同母质发育的稻田生态系统土壤微生物量碳、氮的变化趋势基本一致,变化顺序为湖积物发育的水稻土>河流冲积物和第四纪红土发育的水稻土>石灰岩发育的水稻土>板页岩发育的水稻土.土壤微生物量碳为259.5～864.4 mg·kg^-1,土壤微生物量氮为8.7～70.7 mg·kg^-1.施肥可以明显提高稻田生态系统土壤微生物量碳、氮含量;有机肥是改善土壤微生物量碳、氮的主要基础物质,但以有机无机配合施用效果最好.与对照相比,施化肥和有机无机配施处理土壤微生物量碳、氮最大增量分别为407.6和59.2 mg·kg^-1,最大增长率分别为102.8%和514.8%.