以华北平原玉米‖大豆为研究对象,研究间作对农田土壤CO2、CH4和N2O排放的影响,在此基础上对系统净温室气体平衡(Net greenhouse gas balance,△GWP)进行评价。结果表明,整个生育期玉米单作处理(M)的CO2累积排放最高(12.6t/hm2),玉米大豆间作处理比M处理减少4.0%~8.9%。M处理的土壤N2O排放最高(16.0kg/hm2),显著高于间作处理,间作处理比M减少32.2%~36.6%(P0.05)。土壤CO2排放动态主要与土壤温度显著相关,而土壤N2O排放则主要与土壤水分含量显著相关(P<0...

生态系统呼吸在陆地生态系统碳循环中占有重要地位,是碳循环中仅次于生态系统总初级生产力的第二大通量组分。除温度和水分外,生物因子对生态系统呼吸也有着重要的影响。生物因子往往与温度、水分有着相似的季节变化,并且温度还对这些因子有重要的影响,这加深了探讨生物因子对生态系统呼吸影响的难度。复种农田生态系统中生物因子与气象因子季节变化的非同步性为探讨生物因素对生态系统呼吸时间变异的影响提供了有利条件。利用华北平原冬小麦-夏玉米复种农田LAI的季节动态与温度的季节动态存在非同步性这一天然试验条件,本研究通过该农田生态系统连续两年的涡度相关通量观测数据,分析了温度和生物因子对该农田生态系统呼吸季节及年际变化...

为准确估算夏玉米产量和净生产力,以华北平原典型夏玉米农田为对象,研究了CO2通量(Fc)与玉米光合特性及主要环境因素的关系。结果表明,Fc与群体光合速率(CAP)之间有明显的正相关关系,相关系数达0.910;从日累积量来看,Fc和CAP均在抽雄吐丝期达到最大;将单叶净光合速率(Pn)与叶面积指数(LAI)的乘积(Pn·LAI)和Fc进行曲线拟合,预测值与实测值的相关系数为0.790,达极显著水平;从主要环境因素对Fc的通径分析来看,水蒸汽分压对Fc的决定系数及其所占比重最大,其次是水汽浓度、Pn·LAI、光合有效辐射、CO2浓度,可见蒸腾作用对Fc的耦合效应十分显著。

【目的】明确大田等氮量条件下,有机肥替代化肥对玉米农田土壤温室气体(N_2O和CO_2)排放及其增温潜势的影响,为稳定作物产量、减少化肥投入、减少氮肥流失、提高氮肥利用效率提供理论依据。【方法】2018和2019年大田采用静态箱-气相色谱法,以不施肥(CK)为对照,比较等氮量条件下常规单施化肥(NPK)、有机肥替代30%(化学肥料180 kg N·hm~(-2)+有机肥90 kg N·hm~(-2),NPKM30)、有机肥替代50%(化学肥料135 kg N·hm~(-2)+有机肥135 kg N·hm~(-2),NPKM50)对夏玉米生育期土壤N_2O和CO_2排放的影响,并估算玉米季农田温室气体排放量、全球增温潜势(global warming potential,GWP)和农业碳足迹(carbon footprint)。【结果】等氮量条件下NPK、NPKM30和NPKM50处理间的玉米籽粒产量没有显著差异。玉米整个生育期土壤N_2O排放通量呈动态变化,且3个施肥处理的N_2O排放通量均高于对照。与NPK相比,NPKM30处理两年N_2O累积排放量均值增加5.22%,而NPKM50处理降低7.92%。玉米生育期N_2O累积排放量占土壤全氮的12.91?—18.74?。3个施肥处理间CO_2排放通量的季节变化趋势基本一致,变幅为74.53—367.04 mg·m~(-2)·h~(-1)。施肥显著增加CO_2累积排放量,与NPK相比,NPKM30和NPKM50处理两年CO_2累积排放量均值分别增加0.91%和5.79%;GWP分别增加2.07%和2.10%。与NPK处理相比,NPKM30处理的温室气体排放强度(GHGI)和单位产量碳足迹降低2.46%和1.43%,而NPKM50处理增加3.37%和1.43%。【结论】部分有机肥替代化肥能够增加玉米田土壤温室气体排放量和全球增温潜势,但能够保持玉米产量稳定,同时有效降低温室气体排放强度和单位产量碳足迹,综合考虑玉米产量和生态效益,有机肥替代30%(NPKM30)是实现玉米稳产减肥减排较为理想的有机肥替代化肥比例。

农业是温室气体排放的主要排放源之一,农业温室气体减排对全球温室气体排放具有重要贡献,研究农田温室气体净排放潜力亦具有重要现实意义。本文阐述了农田温室气体净排放的涵义,并归纳总结了耕作方式、施肥、水分管理、间套作等农业措施对农田土壤有机碳(SOC)含量、农田土壤N2O和CH4、农田生产物资的使用所造成的温室气体(主要为CO2、N2O和CH4)排放的影响,结果表明:保护性耕作总体能提高表层SOC含量,减少CH4排放,但减少农田土壤N2O排放的研究尚存在一定的争议,耕作方式亦影响投入,从而影响温室气体的排放;施肥(特别是配施)能提高SOC含量。施氮肥越多,N2O排放量越大,而CH4主要受有机物料的影...

【目的】秸秆还田是培肥地力、增加土壤有机质和改善土壤结构的重要技术手段,但以往的研究表明秸秆还田会加速土壤温室气体的排放。本研究通过对秸秆不同还田深度下农田土壤温室气体排放特征和产量的研究,明确降低温室气体排放量的最佳还田深度,以期为合理利用秸秆、提高作物产量,实现农业可持续发展提供科学依据。【方法】采用大田微区试验,以玉米为供试作物,设置4个还田深度,采用静态箱-气相色谱法测定整个玉米生长季不同还田深度下温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)的排放特征,产量及产量构成因素。试验共设5个处理,还田深度分别为0—10 cm(T1)、10—20 cm(T2)、20—30 cm(T3)和30—40 cm(T4),同时以不还田处理作为对照(CK)。【结果】(1)在整个玉米生长季CO_2和N_2O均表现为排放,CH_4表现为吸收。CO_2累积排放量为T3处理最高,较CK显著增加了28.6%,T4处理增加最少,较CK显著增加了17.1%(P<0.05),但T1与T4处理之间差异不显著;而N_2O的累积排放量T2处理为最高,与CK相比,累积排放量显著增加111.3%,T4处理增加最少,与CK相比显著增加了12.8%(PT4处理>T3处理>T1处理>T2处理,且各还田处理与CK之间差异显著(P<0.05)。(2)秸秆不同还田深度下,与对照相比,各处理玉米产量均显著增加,增产在5.6%—20.8%(PT3处理>T1处理>T4处理>CK处理,而GHGI表现为T2处理>T3处理>T1处理>CK处理>T4处理,表明与CK相比,各处理均增加了玉米季温室气体的综合增温潜势,而T4处理则降低了玉米季温室气体排放强度,说明秸秆深还至30—40 cm可在一定程度上缓解全球增温潜势。【结论】秸秆还田会显著增加CO_2和N_2O排放,降低对CH_4的吸收能力;秸秆深还至30—40 cm可相对降低综合增温潜势,降低温室气体排放强度,同时显著增加玉米产量。因此,为实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,秸秆深还至30—40 cm是较为合理的土壤改良培肥方式。

【目的】研究吉林省不同保护性耕作模式农田的温室气体的净排放。【方法】以吉林省玉米主产区农田4种保护性耕作模式(玉米留茬垄侧种植技术、玉米宽窄行交替休闲种植技术、玉米留茬直播种植技术和玉米灭高茬深松整地种植技术)为例,分别计算土壤固碳量、农田土壤温室气体排放量及农业物资投入造成的温室气体排放量,并系统计算其温室气体净排放。【结果】4种保护性耕作模式均提高了耕层土壤有机碳(SOC)的含量,其中,玉米宽窄行交替休闲种植技术(CT2)固碳潜力最大,土壤有机碳含量提高了1 955.07 kg C.hm-2.a-1,玉米留茬直播种植技术(CT3)固碳能力最小,仅提高了1 492.26 kg C.hm-2....

水足迹概念将水问题拓展到了社会经济领域,是当前测度人类活动对水资源系统影响的理想指标。本文借助水足迹的概念,计算了华北平原地区(河北、北京、天津)小麦、玉米的虚拟水含量及其生长生产水足迹,并就绿水的重要性和灰水对环境的不利影响进行了相关分析。结果显示:2007年华北平原主要地区小麦虚拟水含量为1.054m3/㎏,生长用水以蓝水为主;玉米虚拟水含量为0.808m3/㎏,生长用水以绿水为主;小麦生产水足迹为172×108m3,其中绿水足迹30.85×108m3,蓝水足迹102.5×108m3,灰水足迹38.65×108m3;玉米生产水足迹为173.07×108m3,其中绿水足迹101.06×108...

蚯蚓是最古老的耕耘者,它对于改善土壤结构,提高土壤肥力具有重要作用。农作措施对蚯蚓产生强烈的影响,集约化生产降低农田蚯蚓群体数量,影响土壤质量。本研究旨在弄清我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系下玉米秸秆直立状态还田冬小麦免耕播种(直免)对蚯蚓的影响。结果表明,该地区冬小麦-夏玉米轮作体系下,蚯蚓主要分布于土壤的表层(0~10 cm),表层蚯蚓数量同时受到秸秆管理和耕作措施的影响,直免上层数量与下层数量的差异较大;在10~20 cm土层,蚯蚓数量主要受耕作措施的影响;玉米秸秆直立还田免耕播种冬小麦能显著提高土壤蚯蚓数量;蚯蚓数量季节性变化明显,9-10月份是该地区小麦玉米轮作体系下的高峰期。秸秆...

【目的】农业生态系统增温潜势是影响全球气候变化的重要部分。本研究通过田间试验明确施用生物炭和秸秆还田对农田增温潜势的影响，以期为减缓气候变化和农业废弃物资源化利用提供理论依据。【方法】在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验，试验共设置4个处理：①对照（CK）；②施用生物炭9.0t·hm~(-2)·a~(-1)(C）；③全量秸秆还田（S）；④秸秆还田配施9.0 t·hm~(-2)·a~(-1)生物炭（CS）。4个处理均施等量的氮磷钾化肥，其中氮肥为尿素，用量为200 kg·hm~(-2)·a~(-1)，磷肥为过磷酸钙，用量为55 kg·hm~(-2)·a~(-1)，钾肥为硫酸钾，用量为40 kg·hm~(-2)·a~(-1)。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体（CO_2、N_2O和CH_4）的排放通量并计算净全球增温潜势（NGWP）和温室气体排放强度（GHGI），分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。【结果】（1）综合3年的温室气体排放情况，与CK处理相比，S和CS处理的年平均生态呼吸排放量（Re）分别增加了47.8%和67.9%(P<0.05);C处理的年平均N_2O累积排放量降低了20.3%(P<0.05），而S和CS处理的N_2O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%(P<0.05）。（2）与CK处理相比，C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量（ΔSOC）均有显著增加，其中CS处理增幅最大，增加了150.6%(P<0.05）。与第1年相比，C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加（P<0.05），分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异，与CK相比，C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%(P<0.05），与第1年相比，C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低（P<0.05），分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比，C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%(P<0.05),C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%(P<0.05）。就产量而言，C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定，有轻微增长，但与CK相比无显著差异。【结论】与单施化肥相比，在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势，其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势，因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。

本专题研究在中国科学院栾城农业生态系统试验站多年实验研究的基础上，以栾城县为重点，面向华北山前平原高产区，在系统理论与思想指导下，区域分析与案例研究结合，分析了小麦—玉米两熟制种植模式的农业资源综合利用效率。以节水、节肥、节粮为中心，以提高资源利用效率和保持农业持续发展为目标，组装了技术体系集成方案。与同类型地区比较，该模式的光、热、水、土、肥综合利用效率高３０４％，值得在生产上推广应用。

在中国科学院封丘试验站通过3年(2008-2010年)8个夏玉米品种在3个种植密度下的田间试验,研究了品种和种植密度对夏玉米产量及水分利用效率的影响,旨在探讨通过品种和密度优化组合进一步提高作物产量和水分利用效率的潜力。品种和密度对夏玉米产量产生了明显影响,并且存在着年际之间的巨大波动。产量最高和最低品种相差1 050～1 500 kg/hm2,不同品种对密度的反应有所差异,一般60 000～67 500株/hm2的种植密度产量高于75 000株/hm2的密度产量。玉米生长期间光照条件对产量产生了显著影响,2010年玉米生长期间日照时数为多年平均的56.6%,产量比光照条件好的2009年产量降...

为探讨不同播期对不同熟性品种夏玉米生长发育及群体特性的影响,以纪元一号(早熟品种)、郑单958(中熟品种)及农大108(晚熟品种)为试验材料,于2008—2009年在中国农业大学上庄试验站设置3个播期的处理试验。结果表明:夏玉米的生育期随播期推迟而缩短,平均每推迟1d全生育期缩短0.2～0.6d;从早熟到晚熟品种夏玉米生育期缩短表现出加剧的趋势。随播期推迟,早熟与中熟品种的穗位比增大,茎粗降低,但播期对晚熟品种的穗位比与茎粗影响不显著。播种期推迟,夏玉米最大叶面积指数、地上部干物质重量、群体光合势(LAD)及籽粒产量均呈降低趋势,其中晚熟品种的籽粒产量降幅大于早熟品种。晚播与中播相比:农大10...

为研究玉米品种氮利用效率相关性状的遗传参数,本试验选择20个具不同氮利用效率的单交种在华北平原的2个地点同期进行试验,氮肥处理设高氮(施氮,折合纯氮225 kg/hm2)和低氮(不施氮,其地块经过连续2年耕种使氮素耗竭)2个水平。试验结果表明,供试品种在低氮水平下的平均产量比高氮降低了22.6%,从8.45 t/hm2降低到6.45 t/hm2,穗粒数减少幅度较大为17.12%;而千粒重、出籽率、干物质含量、株穗率、籽粒含油率、籽粒蛋白质和淀粉含量在2个氮水平下的平均表现相近。2个试验点的联合方差分析表明,以上大部分籽粒性状的遗传方差在2个氮水平下均达到显著水平;所有性状的基因型×氮的互作方差...

【目的】传统耕作方式和秸秆焚烧造成土壤有机质的大量损失,使农田成为温室气体一个重要排放源,本文旨在研究保护性耕作对稻田CH4排放通量及其温室效应的影响,为评价耕作措施对土壤固碳潜力和温室气体减排影响提供依据。【方法】通过对翻耕秸秆不还田(CT)、翻耕秸秆还田(CTS)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆还田(NTS)处理的稻田CH4排放进行连续观测,分析稻田CH4排放特征及其温室效应。【结果】在秸秆还田情况下,早稻生长季旋耕和翻耕的CH4排放量差异不大,但显著高于免耕;晚稻生长季旋耕CH4排放量显著高于翻耕和免耕;冬闲季节各处理CH4排放量较小,翻耕CH4排放量显著高于旋耕和免耕。在翻耕情况下,...