孕穗期低温对水稻产量的影响及其生理机制

以天优998和桂农占为材料进行盆栽种植,孕穗期置于人工气候箱内进行低温处理,旨在分析不同低温强度及持续时间对水稻产量的影响及其生理机制,探明华南地区主栽水稻孕穗期的低温预警指标。低温设置为日最低温(Tmin)18℃、16℃、14℃和12℃,日较差为4℃,均匀变温,历期分别为1d、3d和5d,另设自然条件下生长的水稻为对照。结果表明,孕穗期低温使早稻倒2叶SOD和POD酶活性下降,MDA含量上升,叶绿素含量和光合速率下降,造成光合同化物减少。同时,颖花受精率和可育率下降。每穗总粒数减少、结实率及千粒重降低是造成天优998和桂农占产量降低的主要原因。经Tmin≤16℃处理3d,天优998和桂农占产量显著下降,籽粒发育形成过程明显受阻,倒2叶光合能力降低(P<0.05)。温度越低,持续时间越长,受害越严重。杂交稻组合天优998比常规稻桂农占耐低温的能力略弱。日最低温度为16℃持续3d的低温可作为华南地区早稻孕穗期低温冷害指标。

高温对抽穗开花期至灌浆结实期水稻源库特性的影响

以超级杂交稻组合天优998为材料,通过人工气候箱模拟高温胁迫,于抽穗开花期至灌浆结实期的不同生育阶段(抽穗期、乳熟期、蜡熟期和黄熟期)分别对其进行不同程度(日最高气温分别为32、35、38、40和42℃,日较差为6℃)的高温处理,以研究高温对超级杂交稻源库特性的影响。结果表明,高温胁迫下,剑叶SOD酶和POD酶活性逐渐下降,MDA含量逐渐上升,光合活性降低,蜡熟期和黄熟期尤为严重。另外,高温胁迫导致水稻结实率下降,籽粒可溶性糖和可溶性蛋白含量上升,其中以抽穗期籽粒以及乳熟期中下部籽粒的变幅最大。抽穗期和乳熟期剑叶显著受损的日最高温度为38℃,籽粒则为35℃;而35℃以上处理主要使蜡熟期和黄熟期剑叶光合能力显著降低,对籽粒影响不大。这表明抽穗期和乳熟期日最高温度38℃以上对水稻的源和库影响均较大,但在蜡熟期和黄熟期主要影响剑叶光合活性。

节水灌溉、树脂包膜尿素和脲酶/硝化抑制剂对双季稻温室气体减排的协同作用

【目的】研究薄浅湿晒节水灌溉技术的减排增产效果及其与新型氮肥和添加剂的协同作用,提出增产与减排双赢的水氮管理措施。【方法】以江汉平原双季稻为研究对象,设置4种不同水氮管理措施:1普通尿素+常规灌溉(U+CI),作为对照(CK);2普通尿素+薄浅湿晒节水灌溉(U+SI);3树脂包膜控释尿素+薄浅湿晒节水灌溉(CRU+SI);4碧晶尿素(含0.5%硝化抑制剂2-氯-6-三氯甲基吡啶)+氢醌+薄浅湿晒节水灌溉(NU+HQ+SI)。采用静态箱-气象色谱法进行稻田温室气体连续监测,分析不同水氮管理措施的CH_4和N_2O排放量、基于CH_4和N_2O的综合温室效应。水稻收获后统计产量,计算各处理单位产量的排放量(GHGI)。【结果】薄浅湿晒节水灌溉有效抑制了特别是水稻生育后期的CH_4排放峰,导致早稻和晚稻U+SI处理的CH_4排放量极显著地小于U+CI处理(P<0.01),且晚稻的减排幅度更大。节水灌溉条件下,施用树脂包膜控释尿素、碧晶尿素混施氢醌比普通尿素进一步减少CH_4排放量,CRU+SI和NU+HQ+SI处理的两季水稻CH_4排放总量分别是U+SI处理的60%和73%。薄浅湿晒节水灌溉促进了稻田N_2O的排放,早稻和晚稻U+SI处理的N_2O排放量分别比U+CI处理显著增加了34%和39%(P<0.05)。节水灌溉条件下,相比普通尿素,碧晶尿素混施氢醌、树脂包膜控释尿素处理的N_2O排放量呈现减少的趋势,尤其以碧晶尿素混施氢醌处理的控制效果更好。综合早稻和晚稻2个季节,薄浅湿晒节水灌溉下CH_4和N_2O排放此消彼长,但CH_4减排量大于N_2O增排量。总体而言,薄浅湿晒节水灌溉具有减少稻田综合温室效应的作用,减排效果视不同氮肥种类而不同,以树脂包膜控释尿素的减排效果最高为49%,其次为碧晶尿素混施氢醌,减排幅度达46%,普通尿素最低为28%。同时,施用树脂包膜控释尿素、碧晶尿素混施氢醌更有利于增加水稻产量,降低排放强度。【结论】薄浅湿晒节水灌溉具有减排稳产的良好效果,薄浅湿晒节水灌溉结合施用树脂包膜控释尿素和添加脲酶/硝化抑制剂能进一步增加水稻产量和减少稻田温室气体排放,可作为水稻生产减排增效的推广技术。

灌浆结实期高温对早稻产量和品质的影响

为了研究灌浆结实期高温对水稻产量和品质的影响,本研究采用桶栽方式,于2010年和2011年在人工气候箱分别对乳熟期和蜡熟期的超级杂交稻组合天优998进行连续5 d的高温处理,日最高温度分别设定为32℃、35℃、38℃、40℃和42℃,日较差为6℃,另设自然条件下正常生长的水稻为对照。结果表明,高温对水稻每丛穗数、每穗总粒数和糙米率无显著影响;随着日最高温度的升高,水稻结实率和千粒重降低,产量下降,精米率和整精米率降低;垩白粒率和垩白度明显增加;当日最高温度达35℃以上时,水稻产量和品质显著下降,尤其是乳熟期比蜡熟期受到的影响更为严重;乳熟期至蜡熟期连续高温对水稻产量和品质的影响较单一阶段要大。

生物质炭添加对华南双季稻田碳排放强度的影响

中国农田有机物料资源化利用是一项巨大挑战。为研究生物质炭农田施用的生态效应,探讨华南双季稻田碳排放强度(greenhouse gas intensity,GHGI)对生物质炭添加的响应,开展了基于静态箱-气相色谱法的连续两年野外观测。田间试验共设6个处理,即当地农民习惯(CK,化肥,无稻草还田),3个不同用量生物质炭添加处理,即BC1(5 t/hm2)、BC2(10 t/hm2)和BC3(20 t/hm2),和2个稻草还田处理(直接还田和稻草+腐熟剂还田)。结果表明,相比当地农民习惯和稻草还田处理生物质炭添加有效抑制了双季稻田温室气体排放(平均降低温室气体排放当量49.87%),显著降低了土壤容重,增强作物的碳氮养分吸收能力,稳定了水稻产量(平均增产3.54%),降低了稻田碳排放强度(平均降低52.13%)。4个生长季平均而言,相比CK、RS和RI,生物质炭3个处理分别降低稻田100a尺度上温室气体排放当量27.53%,58.65%和63.43%(P<0.05),分别增产3.21%,5.11%和2.29%(P>0.05),进而分别降低100a尺度上GHGI 30.57%,61.00%和64.82%(P<0.05),综合而言,BC3具有较好的减排增产潜力。相关矩阵和主成分分析可视化表达了在生物炭添加影响下,稻田碳排放强度与水稻生长参数及土壤理化特性的关系。生物质炭添加影响着水稻产量、收获指数、土壤有机质、总碳和植株吸氮量等环境变量的分布。通过多元决策回归树分析,发现可通过水稻收获指数(>0.5)定量判别其碳排放强度。该研究结果表明,通过优化田间管理,适量生物质炭回田(20 t/hm2)利用是增强土壤固碳、稳定水稻产量、降低稻田碳排放强度和应对气候变化不利影响的可行途径。该研究可为中国秸秆资源科学利用提供基础研究案例。

长期定位双季稻田施用生物炭的温室气体减排生命周期评估

该文评估了双季稻田施用生物炭的温室气体排放和固碳及经济效益。采用生命周期(lifecycleassessment,LCA)方法核算了生物炭原料收集与运输、生物炭生产、运输和撒播以及避免秸秆燃烧等过程中的温室气体排放和土壤碳储量;采用静态箱-气相色谱法监测了不同生物炭施入量在4 a 8个生育期的稻田CH4和N_2O排放量;计算了不同生物炭施入量处理的净温室气体排放量和减排百分比。水稻生长季温室气体排放结果显示,CK处理(不添加生物炭)、BC1处理(5 t/hm^2)、BC2处理(10 t/hm^2)、BC3处理(20 t/hm^2)的4 a田间温室气体排放总量分别为19.5、15.6、16.1、12.4 t/hm^2,BC1、BC2和BC3处理相对CK处理的总减排百分比分别为19.70%、17.46%和36.40%。综合生物炭全生命周期各阶段温室气体排放,CK、BC1、BC2和BC3处理的4a总净排放量分别为19.5、20.3、10.9、4.2t/hm^2,BC1处理的4a净排放相对CK处理增加4.3%,BC2和BC3处理的4a净排放相对CK处理分别减少了44.0%、78.6%。3个生物炭用量中,生物炭施用量越低,经济效益越好。稻田施用生物炭能够降低其温室气体排放;全生命周期评估结果表明中量和高量生物炭能够起到减排效果,高量生物炭减排效果最好;经济效益分析结果表明随着生物炭施用量增加,经济效益降低。

环境温度和CO_2浓度升高对湖北早稻氮素含量及产量的影响

采用改进后的开顶式气室(OTC),大田原位模拟温度升高2℃和CO_2浓度增加60μL·L^(-1)的未来气候情景,观测其对湖北地区早稻植株全氮、土壤氮素及产量的影响。试验设置对照(CK)、增温(增2℃,IT)、增CO_2(增60μL·L^(-1),IC)以及增温+CO_2(增2℃+增60μL·L^(-1),IT+IC)4个处理,3次重复,随机区组排列,对早稻各生育期植株全氮含量、土壤NH_4^+-N和NO_3--N含量以及产量构成进行监测。结果表明:(1)温度和CO_2浓度升高以及二者同增会增加早稻生育早期(特别是分蘖期)植株体内全氮含量,分蘖期以后各处理间差异不显著,籽粒全氮含量差异亦不显著;土壤NH_4^+-N含量与植株全氮变化规律类似,在早稻生育早期,温度和CO_2浓度升高以及二者同增会增加土壤NH_4^+-N含量,分蘖期以后各处理间差异不显著;(2)温度升高使拔节期、成熟期土壤NO_3--N含量降低,抽穗期土壤NO_3--N含量增加;CO_2浓度增加会提高拔节期、成熟期,降低抽穗期土壤NO_3--N含量;(3)CO_2浓度升高,早稻增产13.4%,与CK差异极显著(P<0.01),而单独增温或增温+增CO_2处理早稻产量与CK差异不显著。

双季稻减排增收的水氮优化管理模式筛选

为筛选出"低投入-低排放-高收益"的稻田水氮管理模式,该研究以汉江平原双季稻为研究对象,设计4种氮肥管理方式:1)普通尿素;2)树脂包膜控释尿素;3)普通尿素减氮20%;4)控释尿素减氮20%,和2种水分管理方式:1)常规灌溉;2)薄浅湿晒节水灌溉。采用静态箱-气相色谱法测定甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的排放量,应用生命周期法(Life Cycle Assessment,LCA)计算水稻生产碳足迹,基于成本收益核算分析单位水稻产量和单位净收益的碳排放强度。结果表明,控释尿素能有效提高双季稻产量,节水灌溉和减氮20%能节约投入成本,对双季稻产量存在一定负效应,但差异不显著。相比普通尿素和常规灌溉,不同水氮优化处理可不同程度降低水稻生产的碳足迹和排放强度,并有助于提高收益。其中节水灌溉搭配控释尿素减氮的综合减排效果最好,早、晚稻总减排量分别为45.8%和42.5%(P<0.05),同时全年净利润最高,达14340元/hm^2。因此,节水灌溉、控释尿素同时减氮20%的组合技术可实现稻田节本减排增收。

低温对花芽分化期辣椒生产性状及其生理生化效应的影响

研究花芽分化期低温对辣椒生产性状及叶绿素相对含量、相对电导率、保护酶活性等生理生化指标的影响,揭示低温胁迫与辣椒花芽分化及相关生理生化指标之间的关系,为确定辣椒的寒害温度提供参考。以广州地区的3个辣椒生产品种为实验材料,在花芽分化期利用梯度降温和两段降温两种方式对辣椒进行低温处理。与对照相比低温胁迫使辣椒始花节位降低,始花花期缩短,结果数、单果重、单株产量减少,结果数下降幅度最大;SPAD值降低,且上位叶的SPAD值降低比较显著;相对电导率升高,Pro含量、MDA含量、可溶性糖浓度增加,SOD活性和POD活性降低。处理的温度越低,对辣椒的影响越明显。其中‘中椒4号’的耐低温能力最强,‘红龙’的抗寒能力最弱。相同低温时两段比梯度处理方式对辣椒的影响显著。在13℃/3℃梯度低温时,供试3个品种辣椒均没有完全停止生长,与一般认为的辣椒在5℃时就完全停止生长不一致,因此建议调低辣椒的生长极限温度。

梯度低温对开花结果期番茄的影响

[目的]研究开花结果期梯度降温对番茄生产性状及保护酶活性等生理生化指标的影响,以探讨低温胁迫与番茄开花结果及相关生理生化指标的关系,旨在为确定番茄的寒害温度及相应的栽培措施提供参考。[方法]以广东栽培较广泛的3个番茄生产品种为试验材料,在开花结果期利用梯度降温方式对番茄进行低温处理。[结果]开花结果期梯度低温胁迫导致番茄的生长发育及相关生理生化指标都发生明显变化,结果数、平均单果重和单株产量均减少,尤其是前期产量减少尤为显著;番茄的叶绿素相对含量(SPAD值)降低,且下位叶的SPAD值降低比较显著;番茄叶片的相对电导率升高,Pro含量、MDA含量、可溶性糖浓度增加,SOD和POD活性降低,且处理温度越低,影响越明显。其中,亚蔬2301的耐低温能力最强,红贞女的抗寒能力最弱。[结论]在13℃/3℃(日最高温/日最低温)梯度低温时,番茄并不是过去所认为的5℃时就完全停止生长,因此建议调低番茄的生长极限温度。

不同施氮下双季稻田白天CO_2交换与叶面积、生物量的相互影响

研究缓/控释氮肥、氮肥配施硝化抑制剂和微生物菌剂对稻田生态系统白天CO_2净交换、群体叶面积和生物量的影响及其相互关系,有助于进一步了解这几类新型氮肥对稻田碳同化的促进作用及增产效果。为此于2012—2013年在湖北荆州进行大田试验,设置了五种氮肥处理:常规尿素(CK)、树脂包膜控释尿素(CRU)、尿素添加硝化抑制剂氯甲基吡啶(NU)、尿素添加硝化抑制剂二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、尿素配施微生物菌剂(EM)。采用静态箱-气相色谱法连续观测双季稻生态系统白天的CO_2净交换通量,并在各生育期测定水稻群体的叶面积和地上生物量,分析不同氮肥处理下这些指标的变化。结果表明:水稻生长季稻田生态系统白天表现为CO_2的净吸收,净交换通量受气温、降水等气象要素影响较大,在拔节-抽穗阶段出现较高值。相比普通尿素,新型氮肥在不同程度上提高了稻田CO_2净交换,在单个水稻生长季NU提高了13.2%~51.6%的平均CO_2净吸收通量,其次为CRU提高了9.8%~34.1%。在各生育期,新型氮肥对水稻群体叶面积指数和地上生物量表现出更高的促进效果,其中以CRU最为显著,其最大峰值相比CK分别提高了12.4%~18.6%和9.1%~18.8%。通过回归分析发现,水稻群体叶面积指数与CO_2净吸收通量为线性正相关关系,地上生物量与CO_2净吸收通量为抛物线型关系,这在一定程度上说明了水稻群体生长状况与稻田生态系统CO_2同化速率间的关系。包膜控释尿素、添加硝化抑制剂、添加微生物菌剂有助于提高水稻群体叶面积和生物量,促进稻田生态系统CO_2同化,其中树脂包膜控释尿素效果最佳。

抽穗期和乳熟期高温对水稻剑叶理化特性以及产量和品质的影响

为了研究高温影响水稻剑叶的生理生化机制,给防御水稻高温危害提供参考,本研究以超级杂交稻组合天优998为材料,盆栽条件下用人工气候箱分别对处于抽穗期和乳熟期的水稻进行连续5d的高温处理,日最高气温分别为32℃、35℃、38℃、40℃和42℃,日较差为6℃,以自然条件下正常生长的水稻为对照。结果表明:经高温处理后水稻剑叶生理生化指标均发生了变化。随着日最高温度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)酶活性逐渐降低,可溶性蛋白和脯氨酸含量升高;丙二醛(MDA)含量和相对离子渗透率上升。水稻结实率和千粒重下降;精米率和整精米率下降,而垩白米率和垩白度增大。除可溶性糖之外,不同高温处理后抽穗期和乳熟期剑叶生理生化指标与水稻产量和品质相关性均较好。抽穗期和乳熟期剑叶受38℃影响后显著受损,日最高温度为35℃时产量和品质已显著下降。

江汉平原施氮水平对稻田CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响

氮素是保证水稻(Oryza sative L.)产量的关键,同时也会影响稻田温室气体的排放。研究施氮水平对江汉平原地区稻田甲烷(CH4)、氧化亚氮(N_2O)排放和水稻产量的影响,旨在筛选出适合当地的低碳高产氮肥管理措施。以单季稻"丰两优香1号"为研究对象,设置4个施氮水平(T0:对照,0 kg N/hm2;T1:90 kg N/hm2;T2:150 kg N/hm2;T3:210 kg N/hm^2),采用静态暗箱-气相色谱法对稻田CH4和N_2O排放通量进行连续监测,测定水稻产量及CH4和N_2O季节排放特征,分析综合温室效应和排放强度。结果表明,不同施氮处理下CH4和N_2O排放通量具有较为明显的季节变化规律,T2处理的CH4季节累积排放量为302.5 kg/hm2,显著大于T0、T1和T3处理,与T0相比增加CH4排放106.7%,T3处理稻田CH4季节累积排放量为160.5 kg/hm2,比T2、T1水平处理低。不同施氮处理生长季N_2O累积排放量在0.465~0.631 kg/hm2之间,T3、T2、T1处理N_2O累积排放量显著大于T0处理,但T3、T2、T1处理间差异不显著。水稻产量随着氮素水平增加而增加,100年尺度上的温室气体排放强度以T3处理最小为0.39,T2处理最大为0.79,二者差异显著(P<0.05)。因此,210 kg N/hm2可推荐为江汉平原地区水稻低碳高产的适宜氮素投入量。

脱甲河水系N2O关键产生过程及氮素来源探讨

开展氮素迁移转化研究有助于深入了解农业小流域氮循环过程,也可为小流域氮素流失溯源提供典型案例.为深入了解和识别脱甲河水系N_2O关键产生过程和流域氮素主要来源,采用稳定同位素方法,于2016年11月至次年10月分析了脱甲河4级(S1~S4)河段水体硝态氮的氮氧双同位素(δ^(15)N-NO_3^-、δ^(18)O-NO_3^-)和沉积物有机质氮同位素(δ^(15)N_(org))、碳氮比值(C/N)特征;探讨了流域氮素的迁移转化过程及其来源.结果表明,水体δ^(15)N-NO_3^-、δ^(18)O-NO_3^-分别在-19.87‰~8.11‰和-3.03‰~5.81‰范围内变化,氮素来源具有多元化特征且各河段存在差异.S1~S4河段δ^(15)N-NO_3^-均值分别为1.72‰、2.62‰、4.10‰和-1.28‰,而δ^(18)O-NO_3^-均值依次为2.60‰、-0.06‰、0.85‰和-0.62‰.S1河段硝态氮来源于土壤流失氮,而S2和S3来源为土壤流失氮、铵态氮肥和人畜粪便,S4则来源于铵态氮肥的硝化反应;硝态氮来源受生产生活影响显著.沉积物有机质δ^(15)N(δ^(15)N_(org))和C/N值波动范围分别是-0.69‰~11.21‰和7.30~12.02,S1~S4河段δ^(15)N_(org)均值分别为1.91‰、2.96‰、4.72‰和3.23‰,C/N均值分别是10.62、8.63、9.05和9.22.S1河段沉积物氮素来源于土壤有机质,而S2~S4河段δ^(15)N_(org)虽存在差异,但其来源均主要为流域内的污水.而硝化过程中δ^(18)O-NO_3^-分别是-7.01‰、-0.17‰、-0.28‰和-0.60‰;δ^(15)N-NO_3^-与δ^(18)O-NO_3^-的比值分别为0.66、-41.01、-30.23和9.39;S1~S4河段NO_3^--N质量浓度为1.08、1.46、1.54和1.50 mg·L-1,δ^(15)N-NO_3^-与NO_3^--N浓度呈正相关.因此,脱甲河水系中氮素转化可能以硝化过程为主体,硝化过程对N_2O的贡献可能占据优势.

模拟酸沉降对南亚热带季风常绿阔叶林土壤微生物群落结构的长期影响

土壤微生物是生态系统重要的组成成分,尤其是在土壤风化严重,养分贫瘠的热带和南亚热带森林生态系统中,微生物在植物养分的获取、碳循环以及土壤的形成等生态过程中的作用尤为重要。该研究基于鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林长期(10年)的野外模拟酸沉降实验平台,探究了土壤微生物群落结构对土壤酸化的响应。结果表明,酸沉降处理显著降低土壤pH(即加剧酸化)。土壤酸化对微生物生物量碳(C)含量的影响不大,但改变了土壤微生物生物量氮(N)和磷(P)的含量,导致表层土壤(0–10 cm)微生物生物量C:P和N:P显著提高,表明土壤酸化可能加剧了微生物P限制。土壤酸化还显著改变了土壤微生物群落结构,导致次表层土壤(10–20cm)真菌:细菌显著增加。进一步分析表明,土壤pH和土壤有效P含量是影响土壤微生物群落最为主要的两个因素。