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秸秆添加对不同类型土壤有机碳矿化的影响

农业环境科学学报 2024年

作者：余洁苗淑杰乔云发李天王校益赵玉蝶南京信息工程大学生态与应用气象学院

为探究相同培养条件下，小麦秸秆添加对不同类型土壤有机碳矿化的影响，本研究采用室内培养法，向黑土、风沙土、紫色土和黄棕壤添加小麦秸秆，以揭示不同类型土壤有机碳矿化对外源碳添加的响应机制差异。结果表明：与未添加秸秆处理相... 详细信息

为探究相同培养条件下，小麦秸秆添加对不同类型土壤有机碳矿化的影响，本研究采用室内培养法，向黑土、风沙土、紫色土和黄棕壤添加小麦秸秆，以揭示不同类型土壤有机碳矿化对外源碳添加的响应机制差异。结果表明：与未添加秸秆处理相比，添加秸秆处理的4种土壤有机碳矿化速率均表现为前21 d显著增加，之后趋于稳定。在培养的前7 d，土壤CO2累积排放量迅速增加2.41～3.87倍，此后持续稳步增加；培养结束后，未添加秸秆的4种土壤CO2累积排放量未见显著差异；添加秸秆处理各土壤CO2累积排放量显著增加，较未添加秸秆提升2.52～3.41倍，其中紫色土CO2累积排放量显著低于其他3种类型土壤，为2 760.74 mg·kg-1，黑土增加最显著，为4 168.99 mg·kg-1。相关分析表明，无论是否添加秸秆，土壤有机碳的矿化率均受到TN的主导作用，且二者具有显著负相关关系。无论是否添加秸秆，土壤CO2累积排放量均主要受到土壤pH的影响，且与pH呈显著负相关；添加秸秆处理中CO2累积排放量还同时受到土壤C/N的正向作用。研究表明，同一种秸秆添加到不同类型土壤中时会因土壤本身性质的差异，导致土壤有机碳矿化对其的响应也存在差异，因此在实际秸秆还田时需要依据不同土壤特性，制定合理的秸秆还田措施。

关键词：有机碳土壤类型秸秆动态变化理化性质

增温及其应对措施对小麦光合特性和酶活性的影响

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干旱地区农业研究 2024年

作者：吴钥乔云发金丽惠苗淑杰吴星瑶马寅正余洁南京信息工程大学生态与应用气象学院

2022—2023年小麦生长季在南京信息工程大学农业气象试验站进行大田试验,以当地常规耕种方式为对照（CK）,设置3种应对增温措施,分别为选择耐高温品种（CV,淮麦33）、添加生物炭(BC,20 t·hm-2)、增施氮肥(NF,总施氮量增加50 kg·hm-2)... 详细信息

2022—2023年小麦生长季在南京信息工程大学农业气象试验站进行大田试验,以当地常规耕种方式为对照（CK）,设置3种应对增温措施,分别为选择耐高温品种（CV,淮麦33）、添加生物炭(BC,20 t·hm-2)、增施氮肥(NF,总施氮量增加50 kg·hm-2),采用开放式增温系统将小麦整个生育期的气温提高1.5℃,测定不同应对措施下小麦旗叶叶面积、叶绿素含量、光合、酶活性的变化以及植株的生物量和产量。研究结果表明,全生育期增温使冬小麦旗叶丙二醛（MDA）含量升高、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性增强,但是增温对小麦旗叶叶面积、SPAD值、光合特性、超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响存在生育期差异。增温条件下,添加生物炭和增施氮肥处理的小麦孕穗期MDA含量、POD和CAT活性分别降低12.50%和21.22%、15.65%和12.91%、19.75%和14.33%,SOD活性分别升高455.75%和395.58%;开花期小麦的SOD活性分别下降9.89%和31.89%,CAT活性分别升高20.94%和17.12%,最终产量分别显著增加50.29%和23.45%。改变品种处理的小麦旗叶叶面积、SPAD值、净光合速率和产量无显著变化。因此,应对未来可能的增温环境,添加生物炭和增施氮肥可能是较为有效的措施。

关键词：小麦增温品种生物炭氮肥光合特性产量

增温背景下不同土壤对冬小麦产量品质影响评价

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中国农业气象 2024年第3期45卷 293-307页

作者：金丽惠杨海超王校益苗淑杰乔云发南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044

利用冬小麦品种‘镇麦168’,以黄棕壤、砂礓黑土、风沙土、红壤、潮土、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、砖红壤、盐碱土和棕壤共12种典型农田土壤为基质,在开放式增温系统开展模拟大气增温框栽试验。试验设置常温对照(CK)和增温1.5℃(eT)... 详细信息

利用冬小麦品种‘镇麦168’,以黄棕壤、砂礓黑土、风沙土、红壤、潮土、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、砖红壤、盐碱土和棕壤共12种典型农田土壤为基质,在开放式增温系统开展模拟大气增温框栽试验。试验设置常温对照(CK)和增温1.5℃(eT)两个处理,增温处理为冬小麦全生育期增温。以成熟期冬小麦单穗粒数、千粒重等表征产量变化,籽粒淀粉、蛋白质及其组分等营养指标体现品质构成。结果表明:(1)全生育期增温分别使黄棕壤、风沙土、黑土、黄土、灰钙土和紫色土冬小麦较常温对照减产33.82%、20.96%、16.60%、55.92%、28.45%和21.19%,但潮土冬小麦增产16.13%(P<0.05),其他土壤条件下冬小麦产量无明显变化。(2)就冬小麦营养品质,直链淀粉和支链淀粉含量在增温作用下较常温对照存在不同程度下降,且直链淀粉降幅大于支链淀粉,在红壤、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、盐碱土和棕壤条件下冬小麦总淀粉含量显著降低(P<0.05)。籽粒蛋白质及其组分,清蛋白和球蛋白呈显著增加趋势,而醇溶蛋白和谷蛋白显著下降,且降幅大于前两者增幅,除红壤冬小麦总蛋白含量无显著变化以外,其他11种土壤条件下冬小麦总蛋白含量均较常温对照显著降低(P<0.05)。冬小麦可溶性总糖仅在潮土、灰钙土和紫色土条件下显示出显著增加趋势(P<0.05)。(3)利用隶属函数对常温对照和增温各处理进行综合品质排名,表现最好的为常温组黑土冬小麦(U=0.707),常温组中棕壤(U=0.691)、灰钙土(U=0.647)、紫色土(U=0.644)和黄土冬小麦(U=0.644)次之,品质最差的是常温下红壤冬小麦(U=0.364)和增温下红壤冬小麦(U=0.368)。除潮土冬小麦以外,其他11种土壤冬小麦品质均表现为增温劣于对照。(4)常温条件下冬小麦产量最大影响因素为单穗粒数,直接通径系数为0.630,其次为有效穗数和球蛋白,均体现为直接作用,直接通径系数分别为0.538和-0.118;增温条件下冬小麦产量最大影响因素也是单穗粒数,直接通径系数为0.603,其次为有效穗数、千粒重和总淀粉,有效穗数和总淀粉通过与单穗粒数的间接作用对冬小麦产量产生影响,间接通径系数分别为0.322和0.381。综合而言,增温通过对冬小麦产量构成和籽粒营养成分的综合作用影响品质,12种典型农田土壤中,潮土冬小麦对增温表现为正效应,其他土壤为负效应,冬小麦产量品质形成对气候变暖响应受到土壤类型的调控。

关键词：冬小麦全生育期增温土壤类型产量品质评价

增温及其应对措施对小麦光合特性和酶活性的影响

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 42-51页

作者：吴钥乔云发金丽惠苗淑杰吴星瑶马寅正余洁南京信息工程大学生态与应用气象学院江苏南京210044

于2022—2023年小麦生长季在南京信息工程大学农业气象试验站进行大田试验,以当地常规耕种方式为对照(CK),设置3种应对增温措施,分别为选择耐高温品种(CV,‘淮麦33’)、添加生物炭(BC,20 t·hm^(-2))、增施氮肥(NF,总施氮量增加50 kg·h... 详细信息

于2022—2023年小麦生长季在南京信息工程大学农业气象试验站进行大田试验,以当地常规耕种方式为对照(CK),设置3种应对增温措施,分别为选择耐高温品种(CV,‘淮麦33’)、添加生物炭(BC,20 t·hm^(-2))、增施氮肥(NF,总施氮量增加50 kg·hm^(-2)),采用开放式增温系统将小麦整个生育期的气温提高1.5℃,测定不同措施下小麦旗叶叶面积、叶绿素含量、光合、酶活性的变化以及植株的生物量和产量。结果表明,全生育期增温使冬小麦旗叶丙二醛(MDA)含量升高、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强,但增温对小麦旗叶叶面积、SPAD值、光合特性、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响存在生育期差异。增温条件下,添加生物炭和增施氮肥处理孕穗期小麦MDA含量、POD活性、CAT活性分别降低12.50%和21.22%、15.65%和12.91%、19.75%和14.33%,SOD活性分别升高455.75%和395.58%;开花期小麦SOD活性分别下降9.89%和31.89%,CAT活性分别升高20.94%和17.12%,最终产量分别显著增加50.29%和23.45%。改变品种处理的小麦旗叶叶面积、SPAD值、净光合速率和产量无显著变化。因此,应对未来可能的增温环境,添加生物炭和增施氮肥可能是较为有效的措施。

关键词：小麦增温品种生物炭氮肥光合特性产量

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短期低温对大豆苗期生长和结瘤固氮的影响

中国农业气象 2024年第2期45卷 159-169页

作者：李天余洁乔云发苗淑杰南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044

采用早熟大豆品种“黑河43”、晚熟大豆品种“东农53”进行盆栽试验,出苗后进行连续7d的低温处理(LT),昼夜温度设定为13℃/3℃,以25℃/10℃为对照,从大豆出苗28d开始,每7d进行破坏性取样共4次,测定地上部和根干物质量、根瘤生物量、全... 详细信息

采用早熟大豆品种“黑河43”、晚熟大豆品种“东农53”进行盆栽试验,出苗后进行连续7d的低温处理(LT),昼夜温度设定为13℃/3℃,以25℃/10℃为对照,从大豆出苗28d开始,每7d进行破坏性取样共4次,测定地上部和根干物质量、根瘤生物量、全氮含量及根瘤固氮量,研究苗期短期低温对大豆生长、结瘤和固氮能力的影响。结果表明:(1)大豆出苗后7d短期低温胁迫会延缓大豆生长发育。出苗后28~42d大豆生物量显著低于CK处理,出苗后49d低温胁迫对两个大豆品种生物量均无显著影响。(2)与CK相比,低温对“东农53”和“黑河43”根瘤形成的显著抑制作用分别出现在苗后42d和35d,根瘤数量分别降低了58.8%和72.0%。出苗后49d,低温使“东农53”和“黑河43”根瘤干重分别减少48.9%和48.5%。(3)低温刺激了两个品种大豆的生物固氮能力。在出苗后49d,低温处理“东农53”和“黑河43”的生物固氮量、单位根瘤生物量的固氮量和单个根瘤的固氮量分别增加了89.9%、118.9%,249.3%、172.6%,150.6%、114.2%。生物固氮百分率分别增加了26.4个和24.5个百分点。综合来看,大豆出苗后遭遇低温冷害会延缓生长发育,并抑制根瘤的形成与生长。低温胁迫解除后大豆生长逐步恢复。短期低温对大豆根瘤固氮量和根瘤固氮能力有刺激作用,对早熟品种“黑河43”刺激作用更明显。为了更好地适应东北大豆产区早春低温环境,推荐选用早熟品种大豆。

关键词：早晚熟大豆低温根瘤 15N自然丰度法生物固氮

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CO增加和秸秆还田影响黑土团聚体有机碳

农业环境科学学报 2022年

作者：岳娅薛海清冯茜苗欢苗淑杰乔云发南京信息工程大学应用气象学院

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO浓度增加和秸秆还田的响应，本研究以东北黑土区长期CO增加定位试验平台为依托，设置四个处理，分别为对照(CK)，增加CO浓度达1259.72 mg·m(EC)，秸秆还田(ST)和增加CO浓度结合秸秆还田(EC+ST)。分析土... 详细信息

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO浓度增加和秸秆还田的响应，本研究以东北黑土区长期CO增加定位试验平台为依托，设置四个处理，分别为对照(CK)，增加CO浓度达1259.72 mg·m(EC)，秸秆还田(ST)和增加CO浓度结合秸秆还田(EC+ST)。分析土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量对试验处理的响应。结果表明：EC与ST处理对土壤总有机碳含量无显著影响，但EC+ST处理使土壤总有机碳含量提升3.09 g·kg(P1 mm大团聚体占比增加4.07%，水稳性团聚体数量R增加0.14，平均重量直径MWD增加0.08 mm，D减少0.11(P1 mm大团聚体土壤有机碳含量提高0.55 g·kg，0.25～0.5 mm大团聚体降低1.13 g·kg；EC+ST处理使>1 mm大团聚体减少3.05 g·kg(P1 mm大团聚体和0.5～1 mm大团聚体有机碳贡献率分别增加3.25%和6.74%，0.053～0.25 mm微团聚体有机碳贡献率降低5.82%。研究表明，秸秆还田可以弥补增加CO浓度导致的土壤总有机碳含量与团聚体结构的不利结果。虽然秸秆还田时其本身矿化会向大气中释放CO，但是在未来大气CO浓度增加的背景下，秸秆还田是提高黑土有机碳含量的潜在有效措施，值得在东北黑土区推广，且需要进一步探究其释放到大气中的CO对温室效应的影响。

关键词： CO 浓度秸秆还田土壤团聚体有机碳贡献率

基于江苏省本地化参数评价稻麦周年轮作系统碳足迹

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生态环境学报 2023年第9期32卷 1682-1691页

作者：王兴来苗淑杰乔云发南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044

分析基于本地化参数和国际参数计算的江苏省稻麦周年轮作系统碳足迹,对评估未来农业生态系统碳足迹具有重要意义。基于农户调研数据,采用本地化参数和国际参数计算了稻季和麦季生产系统的碳足迹,并对结果进行了比较分析。结果显示,(1)... 详细信息

分析基于本地化参数和国际参数计算的江苏省稻麦周年轮作系统碳足迹,对评估未来农业生态系统碳足迹具有重要意义。基于农户调研数据,采用本地化参数和国际参数计算了稻季和麦季生产系统的碳足迹,并对结果进行了比较分析。结果显示,(1)不同排放参数下稻季和稻麦周年轮作系统的碳足迹存在显著差异(P0.05)。(2)各项农业活动对碳足迹的贡献也不同,稻麦周年轮作碳足迹主要受到CH4、N2O和氮肥的影响,在本地化和国际参数下分别占比39.7%、7.23%、32.6%和46.4%、8.72%、27.8%。(3)江苏稻麦周年轮作系统中,碳足迹与氮肥和柴油的相关度较高,且氮肥和柴油表现为极显著水平(P<0.001),种植规模与碳足迹呈现显著负相关关系(r=−0.69)。(4)在稻麦周年轮作中不同种植规模碳足迹存在显著差异(P<0.05)。通过比对发现,在小麦种植中不同排放参数下平均碳足迹都是大规模最小,中规模次之,小规模最大。而在水稻种植中不同排放参数下平均碳足迹都是大规模最小,小规模次之,中规模最大。综上,采用国际排放参数对江苏省稻麦周年轮作碳足迹计算结果会高于本地化排放参数,且CH4和N2O的不同核算方法是影响差异的关键因素。因此,对中国农业生产系统进行碳足迹评估时,应当选择合适的排放参数和加强实地调查,从而为中国农业生产系统碳足迹的研究制定一套统一的评价体系,为最终构建低碳农业生产体系做支撑。

关键词：碳排放参数碳足迹温室气体稻麦周年轮作生命周期法

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不同类型土壤大豆产量对增温2℃的响应差异

中国农业气象 2022年第1期43卷 28-36页

作者：潘仕球苗欢乔云发苗淑杰南京信息工程大学应用气象学院南京210044

中国农业种植区是全球对气候变化较敏感的地区之一,不同类型土壤的温度敏感性对农田生产力与全球气候变化的反馈关系产生重要影响。为了揭示不同类型土壤大豆产量对未来大气温度增加的响应规律,本研究以常温为对照,采用红外辐射加热装... 详细信息

中国农业种植区是全球对气候变化较敏感的地区之一,不同类型土壤的温度敏感性对农田生产力与全球气候变化的反馈关系产生重要影响。为了揭示不同类型土壤大豆产量对未来大气温度增加的响应规律,本研究以常温为对照,采用红外辐射加热装置模拟大气增温2℃,研究增温对黑土、棕壤、盐碱土、风沙土、灰钙土、黄土、黄棕壤、紫色土、砂礓黑土、潮土、红壤和砖红壤上大豆产量的影响。结果表明:增温2℃促使红壤上大豆的一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数和总荚数显著增加,分别比对照处理增加152.3%、144.7%、206.9%和147.5%,但增温2℃使砂礓黑土上大豆瘪荚数增加42.8%。除了砖红壤上大豆的二粒荚数增加76.4%和紫色土上大豆总荚数增加50.5%,其它类型土壤上大豆荚数虽有变化,但均未达到5%的差异显著水平。此外,增温2℃显著提高了红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土上大豆的单株粒数,相应地,产量分别增加241.4%、59.2%、47.6%和75.2%。由此可见,中国主要农田土壤类型中红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土4种土壤上大豆产量及其产量构成因素对增温2℃响应敏感,且表现出正效应,其它8种类型土壤上大豆产量对增温2℃响应不敏感。表明大豆产量形成对大气增温的响应间接受到土壤类型的调控。

关键词：增温大豆产量土壤类型

CO_(2)浓度增加和秸秆还田对黑土团聚体有机碳的影响

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农业环境科学学报 2023年第4期42卷 943-950页

作者：岳娅薛海清冯茜苗欢苗淑杰乔云发南京信息工程大学应用气象学院南京210044

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO_(2)浓度增加和秸秆还田的响应,本研究以东北黑土区长期CO_(2)增加定位试验平台为依托,设置4个处理,分别为对照(CK)、增加CO_(2)浓度达1259.72 mg·m^(-3)(EC)、秸秆还田(ST)和增加CO_(2)浓度结合秸秆还... 详细信息

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO_(2)浓度增加和秸秆还田的响应,本研究以东北黑土区长期CO_(2)增加定位试验平台为依托,设置4个处理,分别为对照(CK)、增加CO_(2)浓度达1259.72 mg·m^(-3)(EC)、秸秆还田(ST)和增加CO_(2)浓度结合秸秆还田(EC+ST)。结果表明:EC与ST处理对土壤总有机碳含量无显著影响,但EC+ST处理使土壤总有机碳含量提升3.09 g∙kg^(-1)(P0.5~1 mm大团聚体占比分别提高14.98个百分点与8.20个百分点,此外,ST处理使≤0.053 mm微团聚体占比减少12.88个百分点,水稳性团聚体数量(R0.25)增加0.14,平均质量直径(dMW)增加0.08 mm,D减少0.11(P1 mm大团聚体占比增加4.07个百分点,dMW增加0.11 mm,土壤团聚体稳定性增加。EC与EC+ST处理较CK处理相比,分别使≤0.053 mm微团聚体土壤有机碳含量提升了0.66 g∙kg^(-1)和1.98 g∙kg^(-1);ST处理使>1 mm大团聚体土壤有机碳含量提高0.55 g∙kg^(-1),>0.25~0.5 mm大团聚体有机碳含量降低1.13 g∙kg^(-1);EC+ST处理使>1 mm大团聚体土壤有机碳含量减少3.05 g∙kg^(-1)(P0.5~1 mm大团聚体有机碳贡献率增加14.35个百分点,EC+ST处理使>1 mm大团聚体和>0.5~1 mm大团聚体有机碳贡献率分别增加3.25个和6.74个百分点,>0.053~0.25 mm微团聚体有机碳贡献率降低5.82个百分点。研究表明,秸秆还田可以弥补CO_(2)浓度增加导致的土壤总有机碳含量下降与团聚体结构变差的不利结果。虽然秸秆还田时其本身矿化会向大气中释放CO_(2),但是在未来大气CO_(2)浓度增加的背景下,秸秆还田是提高黑土有机碳含量的潜在有效措施,值得在东北黑土区推广,且需要进一步探究其释放到大气中的CO_(2)对温室效应的影响。

关键词： CO_(2)浓度秸秆还田土壤团聚体有机碳贡献率