生物炭配施硅肥对夜间增温稻田碳排放强度的影响

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增温,即W0(常温对照,不覆盖)、W1(覆盖5 mm铝箔膜)和W2(覆盖11 mm铝箔膜);生物炭用量设3水平,即B0(对照,0)、B1(7.5 t·hm^(-2))和B2(17.5 t·hm^(-2));硅肥种类设3水平,即Si0(对照,不施硅)、Si1(钢渣)和Si2(矿粉),Si1和Si2的用量(以SiO_(2)计)均为200 kg·hm^(-2)。结果表明:2019年5 cm和10 cm稻田土层夜间均温分别增加0.3~1.0℃和0.2~0.7℃;2020年水稻植株冠层和株高中部夜间均温分别增加0.1~0.2℃和0.2~0.3℃。稻田CH_(4)排放通量呈单峰型变化趋势,排放通量最大值和累积排放量出现于分蘖-拔节期;稻田N_(2)O排放通量呈多峰型变化趋势。夜间增温处理的CH_(4)和N_(2)O累积排放量低于常温对照,生物炭配施硅肥可一定程度抑制CH_(4)排放,但促进N_(2)O排放。CH_(4)对稻田总增温潜势的贡献起主导作用,占比大于84%。夜间增温明显降低水稻产量和温室气体累积排放量,生物炭可有效缓解夜间增温对水稻产量的不利影响,配施钢渣可降低总增温潜势和排放强度。综合考虑水稻产量和稻田减排,江苏沿江同类稻田水稻低碳生产应对气候变暖的技术措施为施用生物炭17.5 t·hm^(-2)并配施钢渣(以SiO_(2)计)200 kg·hm^(-2)。

夜间增温对灌浆期高温胁迫下小麦干物质及灌浆特性的影响

为了解灌浆期高温胁迫下小麦生产力对不同阶段夜间增温的反应,以对温度敏感性不同的两个小麦品种扬麦18(春性品种)和烟农19(半冬性品种)为试验材料,采用可移动塑料增温棚,于2021-2022年对小麦进行不同阶段夜间增温[分蘖期-拔节期增温(W T-J N)、拔节期-孕穗期增温(W J-B N)和孕穗期-开花期增温(W B-A N)]及灌浆期高温胁迫处理,比较分析了不同处理下小麦干物质积累及灌浆特性的差异。结果表明,W T-J N和W J-B N处理主要通过缩短小麦播种-开花的时长,延长灌浆期天数,增加花前干物质转运量、花后干物质积累量和花后干物质积累贡献率,进而提高了开花期和成熟期干物质积累量;促进了干物质在成熟期穗轴+颖壳和籽粒中的积累,降低了小麦茎鞘+叶片中的积累量,增产3.08%~7.62%。灌浆期高温胁迫显著降低了两个品种的产量,而与灌浆期高温胁迫处理(NH)相比,W T-J H和W J-B H处理增产1.21%~6.05%。与不增温处理(NN)相比,在W T-J N和W J-B N处理下两个小麦品种的灌浆期粒重及灌浆速率均提高,W B-A N和NH处理则降低了小麦灌浆参数。这说明分蘖期-拔节期和拔节期-孕穗期夜间增温可提高小麦开花期和成熟期的干物质积累量,促进小麦籽粒灌浆,缓解灌浆期高温胁迫对小麦生产力的不利影响,有助于小麦产量形成。

西瓜坐果区域夜间增温对果实细胞发育及糖分积累的影响

以“迁丽4号”西瓜为试材,通过观察果实细胞发育、分析糖含量及蔗糖代谢相关酶的动态变化,以及调查成熟期产量和品质等指标,解析坐果区域夜间温度调控对西瓜果实细胞发育及糖分积累的影响,以期为设施西瓜的温度管理提供参考依据。结果表明:坐果区域夜间增温处理对果实细胞尺寸、糖分积累和品质形成具有显著影响。坐果前中期,夜间增温处理显著增加了果肉细胞尺寸,增幅为18%。在坐果前期,夜间增温显著提高了西瓜果实中葡萄糖含量,增幅为12%。在坐果中后期,夜间增温显著提高了果实中的果糖和蔗糖含量,增幅分别为4%和8%。该研究还发现夜间增温使中心果肉的蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性分别提高了24%和14%,使近皮果肉的酸性转化酶(AI)活性降低了8%。成熟期,夜间增温处理的纵径、横径、边糖含量、单瓜质量及667 m^(2)产量均大于未增温处理,但差异并不显著,增温处理显著增加了果实的中心糖含量。综合来看,西瓜坐果区域夜间增温可以有效缓解低温胁迫,对西瓜品质和产量的提升均有益处。

夜间增温对铅危害下小麦物质积累分配与根系生长的影响

为揭示气候变暖与土壤铅污染对农作物及其地下根系生长的影响,利用夜间增温系统研究了4种土壤铅水平下冬小麦关键生育期的干物质积累及其地上地下分配、收获指数、根系活性的变化。结果表明,夜间增温提升小麦全生育期的土壤温度0.6~1.4℃,增温效果明显。未污染处理的小麦蜡熟期总生物量与籽粒产量在夜间增温下显著提高,但收获指数却显著降低。铅污染加重造成小麦籽粒产量与总生物量下降,但夜间增温使铅污染处理小麦的产量显著增加14.7%~19.1%、总生物量显著增加13.0%~26.5%,其收获指数增加,表明夜间增温提高了小麦抗铅污染危害的能力。增温对提高小麦根干物质积累表现为正效应而铅污染胁迫则表现为负效应,增温具有增加小麦根系干重及根冠比的趋势,但受铅污染程度、作物生长时期制约。小麦根系活性随土壤铅污染加重而下降,而夜间增温具有提高低铅土壤小麦各时期根系活性的趋势,夜间增温在抽穗期显著提高了4个铅处理的小麦根系活性(12.2%~40.2%),增温下根系活性的增强有助于作物抵御铅污染危害。研究结果表明增温对小麦地下系统的正效应影响有助于提高其抵御铅污染胁迫的能力。

夜间增温下生物炭配施硅肥对水稻产量和品质的影响

通过田间模拟增温试验,研究生物碳配施硅肥对夜间增温下江苏沿江地区单季稻产量和品质的影响。采用3因素3水平正交试验设计,用铝箔反光膜夜间覆盖水稻植株冠层模拟夜间增温(19:00至次日06:00),增温设3水平,即W0(常温对照,不覆盖铝箔膜)、W1(覆盖5mm铝箔膜)和W2(覆盖11mm铝箔膜);生物炭施用量设3水平,即B0(对照,不施生物炭)、B1(施10t/hm^(2)生物炭)和B2(施25t/hm^(2)生物炭);硅肥施用量设3水平,即Si0(对照,不施硅)、Si1(钢渣粉,200kg/hm^(2)SiO_(2))和Si_(2)(矿粉,200kg/hm^(2)SiO_(2))。结果表明,夜间增温明显降低水稻株高,提高叶面积指数(LAI)和叶绿素含量(SPAD值),显著降低水稻有效穗数、每穗粒数和产量,减产率19.66%~28.73%。施生物炭显著提高有效穗数,结实率和产量,提高蛋白质含量。施硅明显提高水稻每穗粒数和蛋白质含量。从产量和营养效益综合来看,试验最佳处理组合为W1B2Si_(2),即夜间增温下稻田施用25t/hm^(2)生物炭和200kg/hm^(2)矿粉,可明显提高产量、改善品质。

花前不同时段夜间增温对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响

全球变暖表现出夜间增温幅度大于白天的非对称性增温特点,小麦作为温凉型作物,产量和生理特性易受非对称性增温的影响。为探究花前夜间增温对冬小麦光合特性及产最形成的影响,以春性品种扬麦18和半冬性品种烟农19为试验材料,采用大田盆栽方式,利用被动式增温装置分别在分蘖期至拔节期(WT-J)、拔节期至孕穗期(WJ-B)、孕穗期至开花期(WB-A)三个时间段进行夜间增温处理,以不增温为对照(CK),分析经过三个花前不同时段夜间增温后小麦旗叶光合特性及产量特性的变化。结果表明,花前夜间增温使小麦旗叶灌浆期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO_(2)浓度均有所增加,WT-J、WJ-B处理均提高了冬小麦旗叶面积、最大光化学效率和实际光化学效率,同时使旗叶气孔密度和气孔指数较CK分别增加了12.64%、8.45%和10.21%、7.56%。扬麦18、烟农19的可孕小穗数在WT-J处理下较CK分别提高了9.01%和5.25%。扬麦18开花期干物质积累量在WT-J和WJ-B处理下较CK分别提高了13.18%和10.23%,烟农19在WT-J和WJ-B处理下较CK分别提高了16.21%和12.13%。扬麦18、烟农19的成熟期干物质积累量在WT-J处理下较CK分别平均提高了8.67%和9.01%。WT-J和WJ-B处理下扬麦18分别增产4.75%和3.40%,烟农19分别增产5.67%和3.36%。本试验条件下不同时段夜间增温均可提高小麦灌浆前期旗叶的光合能力,减缓花后旗叶的衰老,促进花后干物质的积累,进而增加产量。

农田管理对夜间增温稻-麦农田CH4和N2O排放强度的影响

为研究夜间增温下农田管理(节水灌溉/晚播)对稻-麦轮作农田作物产量及CH4和N2O排放的影响,采用2因素2水平试验设计进行田间模拟试验。夜间温度设2水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW),用铝箔膜夜间(19:00—次日6:00)覆盖植株冠层模拟夜间增温。水稻季水分管理设2水平,即常规灌溉(F,间歇淹水,5 cm水层)和节水灌溉(M,湿润,无水层);冬小麦季播期设2水平,即正常播期(NS)和晚播(LS)。结果表明:与对照相比,夜间增温或湿润灌溉均降低水稻生物量和产量,降幅分别为14.69%~18.16%和7.27%~9.14%;而增温下适度晚播则使冬小麦产量增加0.71%。与常温淹水灌溉相比,夜间增温或湿润灌溉均显著降低稻田CH4排放通量,但湿润灌溉下夜间增温则显著提高稻田CH4排放通量。常温对照下,与淹水灌溉相比,湿润灌溉使稻田CH4累积排放量降低79.46%,而使N2O累积排放量增加97.21%。夜间增温下,与淹水灌溉相比,湿润灌溉使稻田CH4和N2O的累积排放量分别增加39.98%和45.62%。晚播使麦田N2O累积排放量降低21.46%~53.77%。用持续变化全球增温/冷却潜势(SGWP/SGCP)评估稻田和麦田温室气体排放对稻麦系统增温潜势的贡献,各处理稻田CH4排放的贡献均为主导作用。夜间增温显著降低淹水/正常播期稻麦轮作系统温室气体排放强度(GHGI),显著增加湿润/晚播稻麦轮作系统的GHGI。研究认为,综合考虑产量和环境效益,水稻季采用常规灌溉和冬小麦季正常播种是长江下游稻麦轮作农田应对气候变暖的有效技术措施。

夜间增温与铜污染对麦田土壤无机氮库的影响

基于夜间增温(设增温、常温两个水平)与铜污染[设CK(6 mg·kg^(-1))、LP(43 mg·kg^(-1))、MP(155 mg·kg^(-1))、SP(209 mg·kg^(-1))4个梯度]复合因素的7 a旱地定位试验,结合室内20℃和30℃下恒温培养91 d,分析了麦田土壤硝态氮、铵态氮和无机态氮含量的变化及其稳定特征。研究结果表明:土壤硝态氮、铵态氮和无机态氮随着土壤中铜含量的增加均表现为先增后降趋势,夜间增温下CK土壤硝态氮和无机态氮含量分别显著降低10.8%和5.7%,在LP、MP处理下硝态氮含量分别显著下降17.4%、15.2%,但在SP处理下土壤硝态氮、铵态氮分别显著增加6.9%和15.1%,增温与铜含量对土壤无机态氮和硝态氮的影响呈现显著的交互效应。20℃和30℃恒温培养使无机态氮含量增加1.6~4.6倍、铵态氮含量增加5.2~13.3倍,却使硝态氮含量减少40.3%~65.1%,20℃比30℃恒温培养后土壤中有较高的无机态氮、铵态氮含量和铵/硝比。夜间增温使土壤净氮矿化作用、氨化作用的Q_(10)值均有所提高,但硝化作用的Q_(10)值显著降低16.8%,适当的铜含量(LP:43 mg·kg^(-1))将加快土壤氮的氨化、矿化和硝化速率。因此,夜间增温提高了旱地麦田土壤氮矿化作用温度敏感性,降低了无机态氮库稳定性,土壤铜污染与土壤氮库转化和增温响应的关系具有浓度效应。

夜间增温下施生物炭和硅肥对冬小麦生长、生理及产量的影响

气候变暖是全球气候变化的显著特征之一,表现为昼夜不对称增温,即夜间温度增幅大于白天。夜间增温明显影响冬小麦生产,通过施肥能否调控夜间增温的不利影响尚不清楚。通过田间模拟试验,采用3因素3水平正交试验设计,研究了夜间增温条件下施用生物炭和硅肥对冬小麦生长、生理特性及产量的影响。夜间增温设W0(常温对照)、W1(5 mm铝箔膜覆盖)和W2(11 mm铝箔膜覆盖)3个水平,夜间用铝箔膜覆盖植株冠层以模拟增温(19:00—06:00);施生物炭设B0(对照)、B1(5 t/hm^(2)生物炭)和B2(17.5 t/hm^(2)生物炭)3个水平;施硅肥设Si0(对照)、Si1(200 kg/hm^(2)钢渣)和Si2(200 kg/hm^(2)矿粉)3个水平。结果表明,W1和W2处理使全生育期5cm土层夜间均温分别升高0.72℃和0.34℃,10 cm土层升高0.22℃和0.18℃。夜间增温降低冬小麦关键生育期分蘖数、株高、叶面积指数(LAI)和产量,提高叶绿素含量(SPAD值)、叶片净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))和气孔导度(G_(s))。与W0处理相比,W1处理胞间CO _(2)浓度(C_(i))降低0.41%、W2处理提高0.75%;W1和W2处理分别减产39.34%和46.16%。施用生物炭可提高冬小麦分蘖数、株高、P_(n)、LAI和T_(r),降低G_(s)和C_(i)。与B0处理相比,B1处理使叶片SPAD值降低2.98%,B2处理则升高0.51%;B1处理使叶片G_(s)降低2.44%,B2处理降低7.32%;B1和B2处理分别增产5.97%和22.76%。施硅肥可提高分蘖数、LAI、SPAD值和P_(n),降低株高、G_(s)、T_(r)和C_(i)。与Si0处理相比,Si1和Si2处理分别减产16.44%和20.18%。研究认为,施用生物炭(17.5 t/hm^(2))可有效缓解夜间增温对冬小麦生产的不利影响,提高产量。

增温条件下生物炭和腐殖酸改良铜污染土壤对小麦吸持养分的影响

为了评价气候变暖条件下生物炭和腐殖酸对铜(Cu)污染土壤的改良效果,于2020年在河南省洛阳市,利用田间被动式夜间增温系统,以冬小麦为研究材料,设置了不同温度下[常温(NT)与夜间增温(HT)],Cu污染土壤中施用生物炭(CCu)、低用量腐殖酸(F1Cu)、高用量腐植酸(F2Cu)的双因素盆栽试验,研究了成熟期小麦的干物质积累与分配、氮(N)、磷(P)和铜(Cu)素的吸收利用和转运迁移规律。结果表明,田间被动式增温系统在小麦全生育期平均增温0.56℃,达到了良好的增温效果。Cu污染使得小麦的生长受到抑制,各部位生物量与总生物量显著降低22.3%~76.0%。HT处理提高了冬小麦生物量(22.3%~27.83%),一定程度缓解了Cu污染对小麦生长的抑制效应;HT处理降低了Cu污染土壤中小麦植株的N、P含量在各组织之间的变化幅度,但对平均含量无显著影响;在CK处理下,对于Cu素转运而言,HT显著提升了Cu素由地下部向地上部转运量的229.62%,且显著增加了小麦植株中N、P的积累量(11.1%~45.5%)。施用腐殖酸和生物炭均减轻了Cu污染对小麦生长的抑制作用,在总生物量中表现为F2Cu>F1Cu>CCu。施用腐殖酸(F1Cu、F2Cu)对小麦N、P积累量有提升趋势;相比Cu处理显著提升了小麦植株N积累量的22.2%~100%。添加改良剂均有利于Cu由茎向穗迁移(9.6%~79.8%),而以CCu处理对其转运的促进更加明显。综上,施用腐殖酸、生物炭均可不同程度减缓Cu污染对小麦生长的危害,有助于提升小麦抵御Cu污染胁迫的能力,但改良重金属Cu污染土壤的农业效果可能在未来气候条件下会发生改变。

夜间增温对冬小麦生长和产量影响的实验研究

【目的】探讨夜间增温对冬小麦生长及其产量的影响及其影响机制。【方法】以冬小麦超优-626(冬性)为试材,利用红外辐射器模拟大田条件下的夜间增温环境(增温从4月3日小麦起身开始,到6月15日小麦收割结束),研究夜间增温对冬小麦生长、产量及其构成的影响。【结果】红外辐射器增温设施增温稳定,使小麦冠层增温2.5℃。夜间增温导致冬小麦生育期缩短,各物候期提前,产量显著降低。夜间增温导致冬小麦乳熟期提前4d,成熟期提前达5d,其它各物候期提前1—2d,灌浆过程缩短5d;春季夜间冠层增温2.5℃导致冬小麦无效穗数显著增加,小穗数、穗粒数和千粒重显著减小,冬小麦减产达26.6%。【结论】春季夜间增温可导致冬小麦大幅度减产。从生长发育角度分析得出,物候期提前使生育期缩短、灌浆过程缩短使千粒重下降是夜间增温导致冬小麦减产的重要原因;从产量构成分析得出,生育期缩短相应产生的无效穗数大幅度增加、穗粒数大幅度减少是产量降低的最重要影响因子。同时,增温导致蒸散增加,土壤水分降低可能是导致产量下降的另一因子。建议在全球变暖背景下,采取适宜措施应对夜间气温升高,以确保冬小麦稳产高产。

花后水稻穗部夜间远红外增温处理对稻米品质的影响

以武育粳3号为材料,在开放环境下使用远红外加热器对水稻穗部进行增温处理,研究了灌浆结实期穗部日间或夜间增温对稻米品质的影响。结果表明,夜间增温降低了糙米率、精米率和整精米率,增加了垩白发生,降低了稻米的加工品质和外观品质,与日间增温影响一致。夜间增温提高了稻米蛋白质含量,与日间增温相似,但夜间增温有降低稻米直链淀粉含量的趋势,与日间增温相反。夜间增温处理淀粉结构与日间增温差异较分明,尤其是胚乳腹部,夜间增温胚乳腹部的淀粉粒个体较大,棱角分明,排列紧密;而日间增温淀粉体较小,呈圆形和椭圆形,但数量较多。夜间增温对淀粉相对结晶度的影响与日间增温相似,但夜间增温增幅较小。总体来说,灌浆结实期夜间增温对稻米的加工品质、外观品质、营养品质影响与日间增温一致,对蒸煮食味品质和淀粉结构的影响与日间增温存在很大的差异,且夜间增温对稻米品质的影响程度整体上小于日间增温。

农田开放式夜间增温系统的设计及其在稻麦上的试验效果

气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间增温显著高于白天。设计可靠的田间增温设施,研究作物系统对夜间增温的响应与适应意义显著。参考国际相关增温系统,于2006—2009年在江苏南京设计并运行了我国首个农田开放式夜间增温系统(FATI,Free Air Temperature Increased),对稻麦进行夜间主动增温试验,监测系统温度、麦田土壤水分和作物生育进程和产量,以评价该系统的可行性和对稻麦的增温效果。结果表明,该系统有效且均匀的增温范围为4m2,增温效果明显。在测试用人工草坪上,晴天、阴天和雨天3种天气情况下,该系统4m2有效增温范围内地表的夜温平均升高2.4℃、2.3℃和2.1℃。在草坪的垂直层面上,该系统可以使距地下5cm、地表、地上40cm和90cm4个层次的夜温平均分别升高1.2℃、2.2℃、0.7℃和2.3℃。在稻麦两熟农田中,稻季全生育期地下5cm、地表、植株中部和冠层的夜温平均分别升高0.7℃、0.6℃、1.0℃和1.6℃,麦季相应层次可升高1.2℃、1.5℃、1.8℃和1.9℃。在稻麦全生育期内,增温小区各层温度的变化动态与未增温区的一致。另外,该系统未改变麦田耕层土壤水分分布特征,尽管耕层土壤含水量略有降低,0～25cm内各层土壤含水量的降幅均在0.99～1.62个百分点以内,与未增温区差异不显著。夜间增温可以显著缩短作物前期生育期,使稻麦始穗期分别提早2.5d和11.5d;同时,夜间增温使水稻平均减产4.51%,但小麦增产18.30%。尽管在作物的不同生育期,该设施的增温幅度有所差异,但这与田间实际情况下不同季节气候变暖幅度不同之特征一致。因此,该开放式夜间增温系统符合气候变暖的温度变化特征,可以满足水稻和小麦所代表的典型作物系统对夜间增温的响应与适应的试验要求。

新疆棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响

选用早熟品种新陆早13和新陆早33为试验材料,设两个夜间增温(nighttime warming,NWI和NWII)处理,自然温度为对照(CK),以组装在半移动式保温箱内的远红外石英管作为增温装置,在大田中模拟夜间增温环境,调查棉花生育后期夜间增温对纤维产量和比强度的影响。结果表明,与对照相比,棉花生育后期夜间增温导致棉铃铃期缩短,单铃纤维干物质快速累积期提前,单铃皮棉产量增加。夜间增温提前棉纤维中可溶性糖进入转化期的时间,且持续期明显延长;提前纤维素累积期的起始时间,在快速累积期终止之前,≥15.0℃的夜间最低温度对快速累积期的持续时间及最大累积速率无明显影响,棉纤维发育期≥14.1℃的夜间最低温度对纤维比强度影响较小。因此,夜间最低温度是影响棉纤维中可溶性糖转化和纤维素累积特性的重要因子,进而影响单铃纤维干物质累积及单铃纤维产量。

夜间增温对冬小麦土壤微生物量碳氮及其活性的影响

全球气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天,但目前关于夜间增温对土壤微生物影响的田间研究尚较少。为此,本研究采用夜间被动式增温系统（passive nighttime warming,PNW）,在我国冬小麦主产区（石家庄、徐州、许昌和镇江）进行全生育期田间增温试验,于2008—2010年监测了土壤微生物对夜间增温的响应。结果显示,与不增温对照相比,夜间增温可显著降低土壤微生物量碳、氮含量和微生物活性。冬小麦整个生育期中,夜间增温分别使石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤微生物量碳平均降低11.4%、7.8%、10.9%和8.5%,微生物量氮平均降低15.2%、16.7%、13.8%和8.4%,微生物呼吸速率平均下降6.6%、9.6%、7.0%和11.1%。在整个增温过程中,石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤水分含量分别下降8.8%、3.7%、3.8%和2.9%,与对照相比差异不显著。同时,该夜间增温系统使相应试验点0~5 cm土层的温度分别提高1.2℃、0.7℃、0.7℃和0.7℃。本试验表明,夜间增温将可能通过改变土壤微生物特性而影响土壤碳/氮循环,从而影响到土壤养分供应和冬小麦生长;且表现出了一定的纬度差异性。

白天和夜间增温对水稻光合作用的影响

用国稻6号和武运粳7号2个水稻品种进行水稻全生育期白天增温、夜间增温和全天增温试验,并于水稻灌浆初期进行光合作用参数日变化测定。结果表明:上午10∶00 2个水稻品种光合速率和气孔导度均表现为全天增温处理的最高,其次为对照,再次为白天增温处理的,最低为夜间增温处理的。各处理间差异极显著(P<0.01);武运粳7号中午12∶00前后出现了光合"午休"现象。

夜间增温对麦田土壤呼吸速率的影响

全球气候变暖呈现明显的非对称性,夜间气温和冬、春季的增温趋势显著,采用田间开放式被动增温系统研究夜间增温对南京地区麦田土壤呼吸速率不同组分(根际呼吸速率和土壤基础呼吸速率)的影响机制。结果显示,夜间增温处理下麦田土壤总呼吸速率、根际呼吸速率的季节平均值分别为4.32、3.29μmol·m-2·s-1,比对照小区分别增加了10.0%、15.4%,表明夜间增温显著促进了土壤总呼吸强度和根际呼吸。从不同生育期来看,增温处理下孕穗期(4月8日至4月18日)的根际呼吸速率增加了34.6%～44.2%,而生长后期(5月9日至5月17日)则降低了31.4%～40.4%。相反,夜间增温抑制了孕穗期的基础呼吸速率,而在一定程度上促进了冬小麦生长后期的基础呼吸速率。研究表明,夜间增温对麦田土壤根际呼吸速率具有促进作用,而在一定程度上对土壤基础呼吸速率具有抑制效应,可能是通过改变作物生物量、养分吸收等特性,从而影响到作物根系与土壤微生物之间的养分竞争所致。

夜间增温对水稻生长、生理特性及产量构成的影响

2015年6-11月,在大田条件下采用铝箔反光膜覆盖对水稻(南粳46)进行夜间增温试验。试验设置夜间增温(NW)和对照(CK)两个处理,在水稻主要生育期(分蘖期、拔节期、抽穗扬花期、灌浆期和成熟期)观测水稻分蘖数、叶绿素含量(SPAD值)、叶面积指数、光合作用和蒸腾作用参数以及产量构成(有效穗数、穗粒数和千粒重)。结果表明:(1)铝箔反光膜覆盖达到了夜间增温的目的,整个生育期夜间水稻冠层平均气温比对照提高0.4℃。(2)夜间增温条件下,水稻分蘖数比对照平均每株减少4.33个;各生育期叶片叶绿素含量(SPAD值)分别下降0.2%、2.75%、6.31%、10.77%和32.03%,而叶面积指数差异不大。(3)NW处理各生育期水稻叶片的光合和蒸腾作用参数,包括净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著低于对照(P<0.05)。(4)NW处理每穗粒数和有效穗数分别比对照低12.76%和19.02%,产量下降32.54%,千粒重增加3.93%。研究认为,夜间增温对水稻的生长及光合作用产生显著影响,在未来气候变化背景下,应进一步研究不同增温方式对水稻生产的影响及其模型模拟。

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,NW>CK;而在抽穗-灌浆期和成熟期时,CK>NW。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(P<0.01),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。

夜间土壤增温和免耕对大豆生长及N、P养分吸收利用的影响

采用田间开放式增温系统在南京信息工程大学试验田设置4个处理：常温＋翻耕（CK）、夜间增温＋翻耕（W）、常温＋免耕（NT）、夜间增温＋免耕（WNT）种植大豆,观测其生物量、籽粒产量和构成因子以及氮（N）、磷（P）累积和转运特征,分析各处理对大豆生长及N、P养分吸收利用的综合影响.结果表明：（1）与对照相比,全生育期内大豆植物生物量在夜间增温（W）下均显著减小（P＜0.05）,降幅为6％～25％.籽粒产量、单株粒数、单株粒重和百粒重均有一定减小,但未达显著水平.分枝期和开花期,植物N素累积量分别下降30％和20％,P素累积量均下降39％.（2）免耕处理（NT）未对大豆籽粒产量及构成因子产生明显影响,但显著降低了植物生物量、营养器官的N、P转运量和转运率（P＜0.01）.（3）增温＋免耕处理（WNT）下,植物生物量和籽粒产量均极显著减小（P＜0.01）,分别降低29％和34％,大豆单株粒数、单株粒重和百粒重分别减小22％、22％和3％.植物成熟期N、P累积量在WNT处理下分别下降20％和22％,显著低于其它3个处理.研究结果表明,夜间增温或免耕单一因素对大豆籽粒产量及产量构成因子的影响效应较小,而夜间增温叠加免耕措施则显著抑制了大豆籽粒产量和N、P素累积量.因此,在夜间土温增高条件下采用免耕措施对大豆生产将产生不利影响.研究结果对未来气候背景下,建立长江下游地区的保护性耕作技术体系具有实践指导意义.