水稻免耕栽培的减灾效应研究

为探索稻田保护性耕作技术——水稻免耕的减灾效应,将免耕与传统稻作方法相结合组成常耕移栽、常耕抛秧、免耕移栽、免耕抛秧4个处理进行试验,并运用生态学原理对试验结果进行了分析研究。结果表明,稻田保护性耕作能提高作物产量,降低部分生育期间水稻病虫害,抑制农田杂草的生长。     

洱海流域生态系统质量变化及其对气候因子的响应

利用多源遥感数据和气象观测数据,基于生态系统生产力指数(EPI)、稳定性指数(ESI)和承载力指数(EBCI),构建遥感综合评价模型,就洱海流域2005—2020年的生态系统质量进行量化研究,并分析其变化与气候因子的相关性。结果表明：洱海流域生态系统质量综合指数(EQCI)均值为56.49(总分100),EPI、ESI和EBCI三项指数均值分别为49.05、74.16和56.97,可见洱海流域生态系统稳定性较好,16 a间EPI、ESI、EBCI和EQCI均呈上升趋势。不同生态系统间,生态质量水平从大到小为：森林>草地>农田>城镇>湿地>水体。当土地类型转变为城镇类型会对生态系统质量带来一定负面影响。草地、森林和农田生态系统中气温和降水与EQCI多呈正相关关系,城镇生态系统中气温与EQCI多呈负相关关系。     

大气CO2浓度升高和秸秆还田对稻麦轮作农田N2O排放的影响

随着大气CO2浓度的逐渐升高,CO2的施肥效应很可能对陆地生态系统的N2O地气交换过程产生一定的影响。在江苏北部的中国稻麦轮作FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment) 实验平台上,采用静态箱暗箱-色谱法,研究了一个稻麦轮作周期（2005年6月中旬至2006年6月中旬）3种小麦秸秆还田水平处理(全还田、半还田和不还田)和CO2浓度升高200 μmol·mol-1对稻麦轮作农田N2O排放的影响。结果表明,就当地传统农田管理方式下的砂性土壤稻麦轮作农田N2O排放而言,所采用的观测方法未能检测到显著的秸秆还田效应和大气CO2浓度升高效应。     

翁牛特旗保护性耕作试验研究

结合翁牛特旗实际,经过两年对比试验,总结出适合北方旱作农田区的保护性耕作方式。对改革目前传统耕作技术,保水培肥,省工节能,增产增收,促使农田生态系统良性循环,具有一定的意义。     

太湖地区冬小麦田与蔬菜地N2O排放对比观测研究

2003年11月8日至2004年6月5日对太湖地区相邻的蔬菜地和稻麦轮作生态系统的冬小麦田,在当季不施肥情况下的N2O排放进行了田间同步对比观测,分析了N2O排放时间变化以及土壤湿度、土壤温度、土壤速效氮含量和农业管理措施对N2O排放的影响。研究结果表明,小麦播种前的耕翻(表层大约7cm土壤旋耕)处理不会明显改变稻麦轮作农田整个旱地阶段的N2O排放总量,但却使小麦生长季初期的N2O排放明显减弱69%(p<0.01,p为相关概率),使小麦生长季后期的N2O排放明显偏高2.6倍(p<0.05),而对其余时间段的N2O排放作用不明显。与长期实行稻麦轮作的旱地阶段农田相比,由稻田改种蔬菜20多年的蔬菜地,其整个观测期的N2O排放总量比免耕处理小麦田同期的排放高85%(p<0.05),比耕翻处理小麦田同期的排放高99%(p<0.01)。蔬菜地N2O排放偏高的原因是土壤速效氮,特别是铵态氮含量明显偏高(p<0.01)。     

现代绿洲生态系统的能值特征及其规律

生态系统的能值特征是生态系统结构与功能的综合性反映,也是生态系统物质循环、能量流动以及信息传递特征的反映．应用能值分析的原理与方法估算了新疆北屯绿洲生态系统能值特征．结果表明：北屯绿洲生态系统２００５年末的能值投入为７８４×１０２０ｓｅｊ,产出为７４６×１０２０ｓｅｊ．从能值角度讲,北屯农业经济系统能值输入主要依靠外界有偿能值,属于资源输入型,对外界依赖程度较高,环境资源利用率低,相关的能值指数从不同角度反映了绿洲生态系统的能值特征及耗散机制．     

地表反照率动态参数化对陆-气通量模拟的影响：以东北玉米农田为例

利用考虑了生物因子(叶面积指数)和环境因子(太阳高度角、表层土壤湿度)影响的地表反照率α动态参数化方案对BATS1e模型进行改进,基于2008年玉米农田生态系统的通量、气象及生物因子的连续观测资料,研究α动态参数化对玉米农田生态系统与大气间通量交换的影响.结果表明,引入α动态参数化方案后,模型实现了地表反照率α的日、季动态模拟,模型效率系数提高0.65,误差明显减小,使陆气通量交换热力作用的模拟准确性有所提高,其中,净入射短波辐射模拟改进最为明显,全年改进量为81772 kJ/m2,占年总辐射的1.7％;表层土壤温度的年均改进量为0.62 K,多数月份的改进量在1 K以上.另外,模型改进实现了叶面积指数和植被覆盖度等决定下垫面性质各参数的动态变化,使各种通量交换过程更接近于实际,感热和潜热模拟的模型效率系数分别提高0.516和0.1,模拟值对实测值的解释能力在生长季分别提高6％和9％,大于非生长季.     

基于涡度相关的春玉米逐日作物系数及蒸散模拟

作物系数是计算作物蒸散量的关键参数。利用2006—2008年和2011年辽宁锦州玉米农田生态系统的涡度相关、气象、作物发育期及叶面积指数观测数据,分析不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数特征及其与叶面积指数的关系。研究表明:作物系数与玉米农田实际蒸散均呈单峰型变化,约在7月末至8月初达到最大值 (玉米开花吐丝期)。在此基础上,建立了不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数与叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平), 同时,采用积温表示的标准化生育期方法模拟相对叶面积指数,并建立了逐日作物系数与相对叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平),解决了无叶面积观测地区玉米逐日实际蒸散量的计算。研究结果可为玉米农田用水管理以及灌溉措施的制定提供参考。     

双叶模型在冬小麦田冠层CO2通量多层模拟中的应用

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要...     

农田生态系统大气硫沉降通量的观测研究

1998年 11月～ 1999年 10月间在中国科学院红壤站 (江西鹰潭 )农田小气候站进行了大气二氧化硫 (SO2 )、硫酸盐粒子 (SO2 -4)浓度采样和雨水样本收集 ,利用阻力模式和全年逐时气象资料计算 SO2 和 SO2 -4的干沉降速度 ,估算干沉降通量 ,利用降水资料和雨水中硫酸根离子浓度估计大气硫的湿沉降 ,从而定量研究大气硫沉降输入农田生态系统的通量 ,结果表明 :农田下垫面上 SO2 和 SO2 -4干沉降速度的年平均值分别是 0 .373± 0 .170 cm· s-1(月均值 0 .16 1～ 0 .5 45 cm·s-1)、0 .198± 0 .12 3cm· s-1(月均值 0 .15 2～ 0 .2 6 9cm· s-1)。农田下垫面硫年总沉降量为 10 .3g· m-2 ,其中干沉降占总沉降的 83.3%。硫的干沉降又以 SO2 的干沉降为主 ,占年干沉降总量的 92 .2 %。大气硫沉降输入占农田生态系统输入总量的 90 %以上 ,是农田生态系统获取硫素的一个重要途径     

昆山市暴雨短历时设计雨型的推求

基于2008—2016年昆山市自动气象站逐分钟降水观测数据,分别利用芝加哥雨型法和PilgrimCordery雨型法,推求昆山市不同生态系统在不同重现期下60 min和120 min短历时设计暴雨雨型,并对比分析两种雨型推求方法的结果以及不同生态系统的雨型计算结果。结果表明:推求昆山市60 min历时设计暴雨雨型分布时,芝加哥雨型法和PilgrimCordery雨型法的结果基本一致,为单峰型雨型,雨峰位置位于中间偏前;推求120 min历时设计暴雨雨型分布时,芝加哥雨型法结果为单峰型,PilgrimCordery雨型法为多峰型,但两种方法求得的雨峰位置都位于中间偏前。在历时60 min和120 min时,芝加哥雨型法计算出的平均最大分段降水量显著大于PilgrimCordery法和实际雨样的结果,PilgrimCordery法的结果略小于实际雨样。昆山市不同地区的降水会受到生态系统类型的影响,以农田生态系统的影响最为明显,两种雨型推求方法的结果均表示,农田生态系统的最大分段降水量是5种生态系统中最大的。     

一种大气污染物干沉积速率的计算方法及其应用

介绍了一种计算大气污染物干沉积速率的方法。这种方法详细地考虑了植物生理特征和冠层内湍流结构对干沉积的影响，考虑了3层覆盖物对表面阻抗的影响，通过计算7个不同的阻抗因子获得干沉积速率。利用该方法计算了农田下垫面上7种不同大气污染物沉积的表面阻抗和江西(鹰洋)红壤典型地区农田下垫面上的二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO4^2—)的干沉积速率，估算了大气硫输入农田生态系统的干沉积通量，并与其他方法作了定量比较。结果表明：农田下垫面上SO2与SO4^2—的干沉积速率平均值分别为0．31cm／s，0．20cm／s；干沉积速率具有明显的日变化特征，一般白天大于夜间，中午时分出现最大值；月际变化也较明显，在冬季有大值；大气硫输入农田生态系统的全年干沉积通量为7．35g/m^2。     

在华北玉米生育期观测的16 m高度CO2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料,分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化,并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感;浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律,峰值（谷值）出现在日出（日落）前后,通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点,且位相超前于浓度,开花期通量最大;玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳, 拔节至成熟前地面从大气净吸收碳;开花期碳吸收最强,其后依次为吐丝－乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响,结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差,应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明,玉米地在生长季表现为弱碳汇（大约660 kg/hm2）,但这一结果可能低估了实际的碳汇强度,低估程度有待研究。     

东北雨养玉米田碳交换年际变化及影响因素北大核心CSCD

在气候变化背景下,农田净生态系统生产力变化趋势和影响因素不确定性大,为有效评估农田生态系统的固碳潜力,利用2005-2020年东北雨养春玉米田涡动相关数据分析该区域碳通量年际变化趋势及其气象、土壤和生物影响因素。结果表明:东北雨养春玉米田净生态系统生产力为272±109g·m^(-2)·a^(-1),且无显著变化趋势;与生态系统呼吸相比,净生态系统生产力年际变化主要受总生态系统生产力影响。气象因素的降水量和生物因素的作物水分利用效率是净生态系统生产力年际变化的主要影响因素,影响权重分别为28.4%和31.4%;气象、土壤和生物因素对总生态系统生产力年际变化的影响权重分别为61.0%,43.8%和62.8%;土壤因素和生物因素是生态系统呼吸年际变化的主要影响因素,且土壤因素对生态系统呼吸年际变化的影响权重(39.3%)大于生物因素(29.2%)。在气候变暖背景下,东北雨养春玉米田对水分更为敏感,同时日照和温度通过影响饱和水汽压差和土壤湿度间接影响净生态系统生产力的年际变化。     

Modeling N2O Emissions from Agricultural Fields in Southeast China

DNDC, a rainfall-driven and process-oriented model of soil carbon and nitrogen biogeochemistry, is applied to simulate the nitrous oxide emissions from agricultural ecosystem in Southeast China. We simulated the soil N₂O emission during a whole rice-wheat rotation cycle (from Nov. 1, 1996 to Oct. 31, 1997) under three different conditions, which are A) no fertilizer, B) both chemical fertilizer and manure and, C) chemical fertilizer only. The processes of N₂O emission were discussed in detail by comparing the model outputs with the results from field measurement. The comparison shows that the model is good at simulating most of the N₂O emission pulses and trends. Although the simulated N₂O emission fluxes are generally less than the measured ones, the model outputs during the dryland period, especially during the wheat reviving and maturing stages in spring, are much better than those during the paddy field period. Some sensitive experiments were made by simulating the N₂O emissions in spring, when there is a smallest gap between the simulated fluxes and the measured ones. Meanwhile, the effects of some important regulating factors, such as the rainfall, N deposition by rainfall, temperature, tillage, nitrogen fertilizer and manure application on N₂O emission during this period were analyzed. From the analysis, we draw a conclusion that soil moisture and fertilization are the most important regulating factors while the N₂O emission is sensitive to some other factors, such as temperature, manure, tillage and the wet deposition of atmospheric nitrate.     

Microclimate effects of crop residues on biological processes

Summary Residues from crops left on the soil surface have an impact on the microclimate, primarily temperature, within the soil and the atmosphere; but, the impact on the biological system is largely unknown. Residue is assumed to have a positive impact on the biological system in the soil and a negative impact on crop growth. This report investigates the effect of standing residue on the microclimate surrounding a cotton (Gossypium hirsutum L.) crop in a semi-arid environment and the effect of flat residue on the seasonal soil temperature and soil water regimes in a humid climate with a corn (Zea mays L.) and soybean [Glycine max (L.) Merr.] production system. A study was conducted during 1987 and 1988 in a semi-arid climate at Lubbock, Texas using standing wheat stubble to shelter cotton from wind. In this study soil water, microclimatic variables, and plant growth were measured within standing stubble and bare soil during the early vegetative growth period. Air temperatures were warmer at night within the standing residue and the air more humid throughout the day. This led to a reduction in the soil water evaporation rate and an increase in the water use efficiency of the cotton plant within the stubble. Studies on corn residue with continuous corn and corn-soybean rotations with no-till, chiselplow, and moldboard plow tillage practices in central Iowa showed that the average soil temperatures in the upper soil profile were not affected by the presence of flat residue after tillage. Diurnal temperature ranges were most affected by the residue throughout the year. The largest effect of the residue on soil temperature was in the fall after harvest when no-till fields cooled more slowly than tilled fields. In the spring, surface residue decreased the soil water evaporation rate and increased the soil water storage within the soil profile covered with residue. In years with below normal rainfall, the additional stored soil water due to the surface residue was used by the plant to maintain transpiration rates at optimal levels during the early vegetative growth period. The biological implications of crop residue on the soil surface can be more positive than negative and increasing our understanding of the physical environment and biological system interactions will lead to improved resource management.Contribution from the United States Department of Agriculture, Agriculture Research Service.With 6 Figures     

辽河流域生态系统时空格局及服务价值变化研究

以辽宁省境内辽河流域为研究对象,将流域生态系统划分为7类,从全流域、15个子流域、河岸带3个尺度分析了生态系统结构的空间和时间变化,结合生态系统服务价值评估方法,评价了三个尺度下生态系统服务价值及变化。结果表明：全流域生态系统以农田和森林生态系统为主,子流域生态系统结构及时空变化存在较大差异,河岸带生态系统结构与全流域结构差异显著,与全流域生态系统结构相比,河岸带森林生态系统所占成分显著降低,水体与湿地生态系统显著增加。全流域生态系统服务总价值逐渐降低,森林生态系统服务价值最高;子流域内森林生态系统服务价值对子流域服务价值最大;河岸带内水体与湿地生态系统服务价值最大。     

应用涡动相关法计算水热、CO2通量的国内外进展概况

目前涡动相关法被认为是国内外测定CO₂、水热通量的最可靠方法。国外应用此方法解决了均匀下垫面假设下森林和农田等生态系统的CO₂、水热通量的计算问题,目前致力于非理想下垫面(真实地形)的CO₂、水热通量的计算。而国内应用涡动相关技术起步较晚,用此方法测定水热通量已有一定的知识积累,但测定CO₂通量还处于资料收集阶段。我国自然生态系统、环境外交和社会经济可持续发展都要求精确查明我国CO₂的时空变化特征和动力学机制,这应是今后研究的重点,并提出了应用该方法存在的主要问题及可能的解决方法,指出值得深入研究的领域。