基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005-2020年0-100 cm 土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素.研究结果表明,2005-2020年0-100 cm 土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m2)＞阜康站(4.20 kg/m2)＞策勒站(2.96 kg/m2).0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm 土层的 SOC 分别约占 0-100 cm 土层储量的 27.3％—35.3％、23.1％—24.6％和15.8％—17.5％.在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量.总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0-60 cm 土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40-100 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量.不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量.

近地层臭氧(O3)已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长.以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O3浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O3),每个O3处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm-2 a-1;Red:减施无机肥30％处理,189 kg N hm-2 a-1;Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm-2 a-1),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O3对水稻不同生育阶段光合生理的影响.结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(Asat)没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的Asat.基于两个水稻品种的Asat和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O3累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(Asat和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(Asat和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O3更敏感.此外,基于不同O3处理下水稻的气孔导度(gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci),可以看出O3造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制.与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的Asat,但Ino处理和Com处理间Asat没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低.O3和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O3对作物造成的负面影响.在O3污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O3造成的作物减产提供理论依据.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

[目的]农田土壤镉污染严重威胁农产品质量安全,探讨化肥减量同时配施不同有机肥条件下小麦和燕麦各器官镉积累、分配及转运特征,对于指导作物合理施肥、保证农产品安全具有重要意义.[方法]在化肥施用减量20％基础上,设厩肥30 000 kg/hm2(AM)、生物有机肥600 kg/hm2(BF)、厩肥30 000 kg/hm2+生物有机肥600 kg/hm2(AM+BF)及化肥正常施用量(CK)4个施肥处理,研究不同有机肥处理对小麦和燕麦镉积累、分配、转运特征的影响.[结果](1)与CK相比,不同有机肥配施处理可使小麦和燕麦生物量增加6.78％～11.00％;同时可使各器官镉含量总体降低,其中籽粒镉含量降低11.76％～47.06％.(2)各有机肥配施处理使各器官镉富集系数总体降低,籽粒富集系数降低0～38.46％;BF、AM+BF处理根、茎、叶、穗镉向籽粒的转运系数分别降低16.67％～42.86％、15.79％～42.03％、0～56.10％、6.82％～22.06％.(3)燕麦灌浆期后茎秆镉含量下降伴随着籽粒镉含量上升;燕麦抽穗期后各器官镉向籽粒的转移量、转移率、贡献率均以茎秆为最高.[结论]化肥减量配施有机肥可降低作物籽粒镉含量、富集系数和转运系数,且对燕麦籽粒降镉效果优于小麦;燕麦抽穗期后茎秆转运的镉是籽粒镉积累的主要来源.

为指导梅花'骨里红'幼苗的合理施肥,该研究以一年生'骨里红'梅扦插苗为材料,设计三因素三水平正交试验,分析了轻基质原料配比(体积比)、单次施肥量和施肥频率对'骨里红'梅生长和生理的影响,通过苗木的质量指数(QI)公式得出各处理的QI值,对各单项指标的主成分进行分析,并计算各指标的权重系数,同时结合隶属函数模型算出施肥效果D值.结果表明:(1)轻基质体积比在松针土∶草炭∶珍珠岩(体积比)=1∶2∶2的组合下'骨里红'幼苗的整体生长情况最好,优于其他两种基质配比.(2)施肥处理中,'骨里红'苗的可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素含量、光合参数均随施肥量增多呈上升趋势,当施肥量过高时部分指标不再升高,或略有下降.(3)'骨里红'叶片中的养分含量随施肥量的增多而增加.(4)20 d的施肥频率和200 mL的单次施肥量条件有利于'骨里红'苗生物量的积累.综合考虑植物生长指标、生理指标、养分含量及QI、隶属模型和主成分分析结果,养分含量营养液中氮浓度为420 mg·L-1、磷浓度为217 mg·L-1、钾浓度为273 mg·L-1,松针土∶草炭∶珍珠岩(体积比)=1∶2∶2、单次施肥量为150 mL、施肥频率为15 d是适宜'骨里红'梅一年生苗生长的轻基质施肥方案.该研究结果为'骨里红'梅的轻基质栽培提供了技术支撑,为进一步探讨适宜各品种梅花的通用配方提供了理论基础,对梅花的科学施肥及出口具有重要意义.

在没有寄主植物存在的情况下,蒜头果幼苗长势随独立生长时间延长而逐渐衰退是一种普遍现象.为解析蒜头果幼苗衰退过程中组织养分含量变化和分布特征,该研究比较了独立生长半年、两年和三年的蒜头果植株各部分组织中N、P、K元素浓度变化,并用组织切片染色法定性评估了这些不同衰退程度幼苗的根和茎杆中淀粉分布和含量变化.结果表明:(1)蒜头果幼苗在衰退过程中,除侧根中K浓度逐渐升高外,其余器官中组织N、P、K浓度逐渐降低,叶片N/P比逐渐失衡,衰退程度不同的幼苗所受的养分胁迫类型存在差异,其中独立生长半年的蒜头果幼苗主要受N供应不足的限制(平均N/P比11.33),两年后转为P限制(平均N/P比17.81),三年后蒜头果幼苗叶片N/P比严重失衡(均值52.46),活力极低,不适合用于造林.(2)植株淀粉含量水平逐渐降低,独立生长三年后蒜头果幼苗植株中淀粉消耗殆尽.幼苗茎根交界处、根顶膨大处、主根及侧根的淀粉含量水平在不同衰退程度的幼苗间差异均较显著,表明淀粉含量水平可以作为评估幼苗活力的重要参考,其中侧根可以作为微创法检测幼苗活力的理想取样部位.鉴于独立生长的蒜头果幼苗活力逐渐衰退与组织养分含量降低有关,在蒜头果育苗过程中应合理补给矿质元素、配植优良寄主植物并尽早移栽,以免因幼苗活力衰退而导致造林成活率降低.该研究结果为寻找评估蒜头果幼苗活力的方法提供了理论参考和技术借鉴,并为育苗过程中合理施肥提供了科学指导.

目的:为合理施用磷酸二氢钾叶面肥、提高药用濒危植物南方红豆杉的产量和质量提供依据.方法:以五年生南方红豆杉Taxus wallichiana var.mairei为研究对象,在常规根系施肥的基础上,分别叶面喷施 0.1%(T1)、0.2%(T2)、0.3%(T3)、0.4%(T4)和 0.5%(T5)的磷酸二氢钾,以清水处理为对照(CK),测定南方红豆杉的生长量和生理指标,探讨磷酸二氢钾叶面施肥对南方红豆杉生长的影响.结果:5 种浓度的磷酸二氢钾叶面肥均对南方红豆杉株高和地径具有促进作用,株高和地径总增长量按照从大到小排列均为T4>T3>T5>T2>T1>CK.T4 处理提高南方红豆杉叶片中叶绿素b含量和可溶性蛋白含量作用最显著,T5 处理提高南方红豆杉叶片中叶绿素a和总叶绿素含量、降低丙二醛含量的作用最为显著.不同处理的南方红豆杉叶片超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性均比CK高,低浓度磷酸二氢钾促进两种酶活性增加表现时间较早.结论:磷酸二氢钾叶面肥可以提高南方红豆杉的生长量及抗逆能力,推荐叶面施用磷酸二氢钾的合适浓度为 0.4%.

目的 提高栽培白花前胡产量和品质,解决市场上前胡供不应求且指标成分不达标的问题.方法 采用大田实验,分别研究施氮(N1 36.8、N2 73.6、N3 110.4 kg/hm2)、施磷(P1 24、P2 48、P3 72 kg/hm2)、施钾(K1 41.6、K2 83.2、K3 124.8 kg/hm2)对产量及前胡甲素、前胡乙素、浸出物、植株养分、土壤有效养分含量的影响.结果 与不施肥相比,合理施肥可提高根际土壤有效养分含量,促进根部生物量增加,防止地上部徒长,增加根部氮、磷、钾含量,提高前胡甲素和前胡乙素含量,稳定浸出物含量.其中,P1、K2 处理分别提高前胡乙素含量至0.32%、0.26%,达到了 2020 年版《中国药典》相关要求.结论 合理施用磷、钾肥可提高前胡产量及品质,两者适宜施用量分别为 24、83.2 kg/hm2.

陆面过程模型添加叶肉导度能有效改善模型模拟的CO2施肥效应精度,但叶肉导度模拟受最大叶肉导度参数取值的影响,优化模型中最大叶肉导度参数是改进陆面过程模型叶肉导度和CO2施肥效应模拟的重要途径.以EALCO(Ecological Assimilation of Land and Climate Observations)模型为例添加叶肉导度,通过人为改变最大叶肉导度值的取值,分析模型输出结果对最大叶肉导度的响应,揭示最大叶肉导度参数在模型中的敏感性,并与已有研究结果或观测数据比较,探讨耦合叶肉导度的陆面过程模型最大叶肉导度参数优化的途径.模拟试验以美国哈佛森林典型温带落叶阔叶林生态监测站(US-Ha1 site,Harvard Forest Environmental Monitoring site)数据为驱动.结果显示:(1)随最大叶肉导度增加,总初级生产力(GPP,Gross Primary Production)模拟精度增加,但最大叶肉导度取值大于1.0 mol m-2 s-1后模拟精度改善有限,最大叶肉导度小于1.0 mol n-2 s-1 时GPP模拟精度对最大叶肉导度变化响应敏感;(2)证实了叶肉导度与气孔导度之间存在明显线性关系,最大叶肉导度取值的变化能明显影响这种线性关系的斜率.当最大叶肉导度取值从0.5 mol m-2 s-1增加到1.2 mol m-2 s-1时,气孔导度与叶肉导度的比值从0.75左右降至0.36,这个结果表明,通过明确某一植被功能型叶肉导度与气孔导度比值,可以间接确定模型最大叶肉导度的合理取值范围;(3)证实了陆面过程模型添加叶肉导度能改进CO2施肥效应模拟精度,最大叶肉导度值能影响施肥效应模拟结果,当最大叶肉导度高于0.57 mol m-2 s-1后,随最大叶肉导度增加,模拟GPP随大气CO2浓度增加的增长率呈下降趋势;(4)在月尺度上叶肉导度模拟对最大叶肉导度值的敏感性随不同生长季而不同,在生长盛期的7、8月份最大叶肉导度对叶肉导度模拟结果影响最大,其次是5、6、9月份等生长次盛期,其他月份的影响较小.

我国甘蔗种植中存在过量施用氮肥现象.研究不同施氮量对甘蔗生物量和土壤无机氮含量的影响,对于制定合理的施氮量从而降低因氮素淋失而引起的环境污染风险具有重要意义.本研究采用田间试验,设置4个施氮处理为0(N0)、300(N300)、400(N400)和500 kg N·hm-2(N500,为当地常规施氮量),分别于2021年5月9日、5月19日、6月19日、7月20日、8月19日、9月21日、10月20日和11月19日采集土壤(0～10、10～20、20～40 cm)及测定甘蔗生物量,目的是研究不同施氮量对甘蔗苗期、分蘖期和伸长期生物量和土壤无机氮含量的影响.结果表明:6-11月,N400和N500处理中的甘蔗株高、茎生物量和根生物量显著高于N0处理;9月、10月和11月,N400和N500处理之间甘蔗株高和茎生物量没有显著性差异.甘蔗生长月份显著影响甘蔗株高及生物量,而氮肥施用量仅显著影响株高和根生物量.各施氮处理下的土壤硝态氮和铵态氮含量随土层深度增加而降低.0～10 cm 土层的硝态氮和铵态氮累积量普遍较低,20～40 cm土层的硝态氮和铵态氮累积量普遍较高.生长月份和氮肥施用量显著影响土壤铵态氮和硝态氮含量及累积量.在不同生长月份,N500处理中硝态氮和铵态氮累积量普遍高于其他施氮处理.因此,施肥量越高,无机氮淋溶损失风险越大.与常规施氮相比,适当减少氮肥用量不会显著影响甘蔗产量,但有利于降低土壤无机氮淋失风险.