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水氮耦合下黑土稻作碳氮磷累积分配和化学计量特征

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农业机械学报 2022年第10期53卷 326-339页

作者：秦子元张忠学杜思澄黄彦王柏张作合东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 黑龙江省水利科学研究院哈尔滨150080 绥化学院农业与水利工程学院绥化152061

为阐明黑土稻作碳氮磷吸收累积分配对水氮耦合模式的响应机制并解析氮磷养分限制状况,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(S)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共计12个处理,研究不同水氮耦合... 详细信息

为阐明黑土稻作碳氮磷吸收累积分配对水氮耦合模式的响应机制并解析氮磷养分限制状况,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(S)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共计12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻各生育期植株碳氮磷含量、累积量、分配比例、化学计量比以及氮磷养分限制状况的影响。结果表明:不同水氮耦合处理下,生育期内茎鞘碳氮磷含量分别为35.87%~39.43%、0.44%~2.19%、0.14%~0.32%,叶碳氮磷含量分别为36.34%~40.83%、0.76%~3.70%、0.14%~0.36%,穗碳氮磷含量分别为37.05%~41.72%、0.82%~1.63%、0.24%~0.39%。控制灌溉可提高拔节孕穗期至成熟期碳氮累积量,常规淹灌生育期内磷累积量始终高于浅湿灌溉和控制灌溉。3种灌溉模式下,成熟期N1、N2、N3处理较N0处理碳累积量分别提高31.46%、52.55%、57.37%,氮累积量分别提高52.98%、117.63%、144.88%,磷累积量分别提高50.28%、79.85%、93.89%。水稻茎鞘碳氮磷分配比例先增后减,叶碳氮磷分配比例持续减小,穗碳氮磷比例持续增加。与常规淹灌和浅湿灌溉相比,控制灌溉模式对水稻植株碳含量影响较小,但能提升水稻植株生长中后期氮含量,并降低植株磷含量,从而降低水稻植株C/N,提高水稻植株C/P和N/P。施氮处理显著提高水稻植株氮含量,小幅提升水稻植株磷含量,对水稻植株碳含量影响相对较小,进而降低水稻植株C/N、C/P,提高水稻植株N/P。常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部植株从磷限制过渡到氮磷共同限制再到氮限制状态,控制灌溉模式下,水稻地上部植株仅从磷限制过渡到氮磷共同限制状态。总体上,控制灌溉可促进氮素吸收并提升水稻产量,综合考虑CN2为最佳水氮耦合模式。

关键词：水稻黑土区水氮耦合碳氮磷化学计量比

水氮耦合对黑土稻作产量与氮素吸收利用的影响

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农业机械学报 2021年第12期52卷 324-335,357页

作者：秦子元张忠学孙迪宋健张作合李铁成东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 绥化学院农业与水利工程学院绥化152061

为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(W)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、... 详细信息

为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌(F)、浅湿灌溉(W)和控制灌溉(C)3种灌溉模式,0、85、110、135 kg/hm^(2)(N0、N1、N2、N3)4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、产量、氮素吸收转运、水氮利用效率的影响。结果表明:常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部各器官干物质累积量随施氮量的增加而增大,而控制灌溉模式随施氮量的增加先增大后减小;水稻地上部不同器官氮素累积量随施氮量的增加而增大,相同施氮水平,控制灌溉模式的叶、茎鞘和穗氮素累积量较常规淹灌提高了27.80%~43.42%、18.32%~24.97%、13.85%~24.25%,较浅湿灌溉提高了0.96%~13.18%、10.73%~12.86%、10.53%~12.61%;3种灌溉模式下,水稻地上部干物质、氮素累积速率均随施氮量的增加而增大,且控制灌溉模式高于浅湿灌溉和常规淹灌模式,干物质、氮素累积始盛期随施氮量增加而提前;水稻植株平均氮素累积速率达到峰值时间比平均干物质累积速率达到峰值时间提前11.39 d;相较于常规淹灌和浅湿灌溉模式,控制灌溉模式更有利于提高水稻产量,其中CN2处理产量最大,为10272.57 kg/hm^(2);控制灌溉模式显著提升氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力;相同灌溉模式下,叶、茎鞘氮素转运率以及穗部氮素转运贡献率随施氮量增加而减小。水稻产量与灌溉水分利用效率、水分生产效率、氮肥农学利用效率、百千克籽粒吸氮量之间呈极显著正相关(P<0.01),与氮素籽粒生产效率之间呈极显著负相关(P<0.01)。适宜水氮耦合模式可提高水稻产量和氮素吸收利用,综合考虑CN2处理为最佳水氮耦合模式。

关键词：水稻黑土区水氮耦合产量氮素吸收利用

水炭运筹下水稻根系对氮素吸收利用的^(15)N示踪分析

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农业机械学报 2021年第6期52卷 295-304页

作者：张作合张忠学李铁成秦子元孙迪宋健东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 绥化学院农业与水利工程学院绥化152061 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与^(15)N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模... 详细信息

为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与^(15)N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模式施加秸秆生物炭对水稻根系形态特征和生理特性的影响,以及根系对肥料和土壤氮素的吸收利用情况。结果表明:施加秸秆生物炭改变了水稻根系形态特征和生理特性,适量的秸秆生物炭提高了根系的主根长、根体积、根鲜质量、根系活跃吸收面积、根系伤流强度和根系活力,优化了根冠比,有利于根系对氮素的吸收;浅湿干灌溉模式水稻根系对肥料-^(15)N和土壤氮素的吸收量与根系伤流强度和根系活力呈极显著正相关(P<0.01),与活跃吸收面积呈显著正相关(P<0.05),与根冠比呈显著负相关(P<0.05);浅湿干灌溉模式根系形态特征和生理特性的变化促进了水稻根系对肥料-^(15)N和土壤氮素的吸收,提高了水稻产量和氮肥利用率。其中,浅湿干灌溉模式施加12.5 t/hm^(2)秸秆生物炭处理的水稻经济产量、氮肥吸收利用率(NUE)、氮肥农学利用率(NAE)、氮肥偏生产力(NPFP)较不施加秸秆生物炭处理分别提高了13.05%、30.54%、11.67%和13.05%。本研究可为秸秆生物炭在寒地黑土区稻田的应用提供理论依据和技术支撑。

关键词：稻田水炭运筹根系伤流根冠比同位素示踪技术

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黄腐酸施用对沙壤土灌溉玉米产量的影响

排灌机械工程学报 2024年

作者：邬佳宾秦子元郑和祥闫浩芳王必玉中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站水利部牧区水利科学研究所江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心

为探明不同灌溉定额及黄腐酸施用模式下玉米干物质累积和产量形成规律，试验采用2因素随机区组设计，设置2个灌溉定额（W1:2250m3/hm2,W2:2700m3/hm2）,3个黄腐酸施用水平（H0:0,H1:45.0kg/hm2,H2:67.5kg/hm2），共计6个处理，研究黄腐... 详细信息

为探明不同灌溉定额及黄腐酸施用模式下玉米干物质累积和产量形成规律，试验采用2因素随机区组设计，设置2个灌溉定额（W1:2250m3/hm2,W2:2700m3/hm2）,3个黄腐酸施用水平（H0:0,H1:45.0kg/hm2,H2:67.5kg/hm2），共计6个处理，研究黄腐酸施用对灌溉玉米生长发育特征、干物质累积、水氮利用率、产量及相关性状等的影响．结果表明：高灌溉定额（W2）和黄腐酸施用均能提高玉米干物质累积及其形成速率，W2灌溉处理下黄腐酸施用可显著提升玉米成熟期株高、茎粗及叶面积指数，W1灌溉处理玉米叶面积指数提升显著．高灌溉定额处理玉米具有快增期持续时间长和增长速率大的特征，有利于玉米干物质累积．不同灌溉定额下，玉米产量随黄腐酸施用量增加而提升．综合考虑各项指标，W2H1处理为较优的研究区玉米水分和黄腐酸施用管理模式．研究结果为沙壤土地区玉米节水增产种植方式提供了理论依据和技术参考，具有重要的应用价值．

关键词：灌溉定额黄腐酸玉米干物质累积产量

高原内陆河流域气候水文突变与生态演变规律——以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为例

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中国环境科学 2019年第12期39卷 5254-5263页

作者：张阿龙高瑞忠刘廷玺房丽晶秦子元王喜喜内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 美国欧道明大学弗吉尼亚诺福克23529

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明:锡林河流域干旱程度较... 详细信息

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明:锡林河流域干旱程度较巴拉格尔河流域剧烈,气温总体偏高,降水量、径流深偏枯,降水、径流天数偏少,且径流系数偏低;锡林河流域气温增温趋势较显著,气温突变较早,两地增温速率均大于0.2℃/10a;在年尺度,两地径流系数、降水量、径流量的突变时间、顺序、驱动因素和突变前后变化量存在较大差异;在季节尺度,两地降水空间分布差异较大;两地NDⅥ最大值与冬季降水分布特征趋同,均分布于上游河谷区.

关键词：高原内陆河空间分布突变分析趋势变化生态

近50年半干旱典型草原区域不同时间尺度上的降水、径流研究

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水土保持研究 2019年第4期26卷 80-86,95页

作者：张阿龙高瑞忠刘廷玺秦子元内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院

以内蒙古锡林河流域典型草原区域为研究区,采用1963—2015年气温、相对湿度、降水量、风速、日照时数、蒸发量、径流日数据,应用统计分析、趋势检验和Spearman相关分析等方法对研究区区域7项水文气象要素的平均最高值、平均值、平均最... 详细信息

以内蒙古锡林河流域典型草原区域为研究区,采用1963—2015年气温、相对湿度、降水量、风速、日照时数、蒸发量、径流日数据,应用统计分析、趋势检验和Spearman相关分析等方法对研究区区域7项水文气象要素的平均最高值、平均值、平均最低值突变前后变化及突变后停滞特征进行了分析,结果表明;(1)内蒙古锡林河流域典型草原区域的降水量最大月(7月)与径流量最大月(4月)不同,降水天数明显小于径流天数,且降水量远大于径流深,多年丰水季降水总量近似于枯水季的3倍,而多年枯水季径流总量是丰水季的2倍;(2)径流量多年来呈现显著减少的趋势,而降水的整体变化趋势不太明显,存在1998—2011年处于由丰变枯阶段,2011年后有由枯转丰的迹象;(3)年、丰水季、枯水季径流发生突变年份均为2004,同一时期发生突变,年、枯水季径流天数发生突变年份为2007年、2004年,丰水季在此期间未发生突变;(4)该区年径流天数枯水季所占比例居多,径流量年、丰、枯水季突变年限一致,造成突变的驱动因数接近,枯水季径流天数相对于年径流天数突变年份较早,枯水季对引起突变的驱动因数更为敏感;(5)影响该区降水大小的主要气象因素依次为日照时数>相对湿度>平均风速>平均气温>降水量=蒸发,影响该区径流大小的主要气象因素依次为蒸发>相对湿度>平均风速>平均气温=降水量>日照时数。

关键词：径流量降水量气候变化锡林河流域

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西北旱区盐湖盆地地下水化学组分源解析

环境科学研究 2019年第11期32卷 1790-1799页

作者：秦子元高瑞忠张生贾德彬杜丹丹张阿龙王喜喜内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室内蒙古呼和浩特010018 美国欧道明大学弗吉尼亚诺福克美国23529

为实现对吉兰泰盐湖盆地地下水污染源的识别与管理,系统采集区域内71个地下水样品,测定16项地下水质关键指标;以GB T 14848—2017《地下水质量标准》中的Ⅲ类标准为依据确定特征污染物,利用因子分析(FA)确定地下水水质指标的因子分类,... 详细信息

为实现对吉兰泰盐湖盆地地下水污染源的识别与管理,系统采集区域内71个地下水样品,测定16项地下水质关键指标;以GB T 14848—2017《地下水质量标准》中的Ⅲ类标准为依据确定特征污染物,利用因子分析(FA)确定地下水水质指标的因子分类,以地质统计学插值绘图揭示不同污染源的空间分布特征,运用APCS-MLR(绝对主成分得分多元线性回归)量化不同污染源的贡献率.结果表明:研究区内ρ(Cr 6+)、ρ(As)、ρ(NH 4+)、ρ(F-)、ρ(Cl-)、ρ(NO 2-)、ρ(COD Mn)、ρ(TDS)、pH等9项地下水水质指标均存在超标现象,其中ρ(NH 4+)、ρ(Cl-)、ρ(F-)超标较为严重.通过因子分析法筛选出影响研究区地下水水质的6个公因子,即溶滤-富集作用因子(F 1,贡献率为24.61%)、农业活动因子(F 2,贡献率为20.38%)、原生地质-农业生产、生活污染因子(F 3,贡献率为11.72%)、工业生产污染因子(F 4,贡献率为10.38%)、地质环境背景因子(F 5,贡献率为10.78%)、原生地质因子(F 6,贡献率为10.61%),其中F 1、F 5、F 6为环境影响因子,F 2、F 3、F 4为人类活动影响因子.采用因子得分函数计算得到因子得分,巴音乌拉山一带整体污染因子得分较高,乌兰布和沙漠存在点状高值区,图格力高勒沟谷上游也存在一定程度的污染,而盐湖盆地东南大部分区域水质相对较好,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响.利用APCS-MLR得到各水质指标预测值与实测值的R 2(线性拟合优度)均大于0.7,APCS-MLR可较好地评估各因子对水质的贡献率.研究显示,因子分析与APCS-MLR相结合可以有效地对地下水化学组分进行定性识别与定量解析.

关键词：地下水因子分析(FA) 绝对主成分得分多元线性回归(APCS-MLR) 盐湖盆地化学组分源解析空间分布

西北内陆盐湖盆地土壤重金属Cr、Hg、As空间分布特征及潜在生态风险评价

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生态学报 2019年第7期39卷 2532-2544页

作者：高瑞忠张阿龙张生贾德彬杜丹丹秦子元王喜喜内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古水资源保护与利用重点实验室呼和浩特010018 美国欧道明大学诺福克23529

选取位于西北内陆的吉兰泰盐湖盆地为研究对象,按照表层(0—10 cm)、50 cm层(50—60 cm)和100 cm层(100—110 cm)分层土壤取样,系统采集了120个样品,测定了重金属Cr、Hg和As,以及主要化学成分的含量,以地统计学插值绘图揭示了吉兰泰盐... 详细信息

选取位于西北内陆的吉兰泰盐湖盆地为研究对象,按照表层(0—10 cm)、50 cm层(50—60 cm)和100 cm层(100—110 cm)分层土壤取样,系统采集了120个样品,测定了重金属Cr、Hg和As,以及主要化学成分的含量,以地统计学插值绘图揭示了吉兰泰盐湖盆地Cr、Hg和As的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和潜在生态风险指数法评价解析了盐湖盆地Cr、Hg和As的污染及生态风险状况,以统计相关检验和主成分分析法进行了盐湖盆地Cr、Hg和As的源分析。结果表明:1)盐湖盆地土壤中Cr、Hg、As总体具有相似的空间分布特征,Cr在西北部的巴音乌拉山、乌兰布和沙漠地区和西南台地地区的含量较高,Hg仅在西南低山台地地区、以及东北局部区域的含量较高,As在盐湖附近、东南贺兰山、巴音乌拉山西北部和乌兰布和沙漠地区含量较高;2)基于内蒙古土壤质量背景值,土壤污染分布次序为As>Hg>Cr,其中Hg和As中度污染以上累计比重达到为45%,而Cr仅有7.5%的轻微污染;研究区无清洁土壤,仅有尚清洁土壤占2.5%,开始受到污染和中度污染以上土壤比重为50%和42.5%;土壤潜在风险次序为Hg>As>Cr,Hg整体处于很强生态风险水平;轻微生态风险占到40%,由中度、强度到极强在20%以内,很强生态风险程度略超20%,大部地区处于轻微生态风险状况;3)基于国家土壤环境质量二级标准值,土壤中Cr、Hg、As无论是单因子污染、综合污染,还是潜在生态风险指数均未出现超标区域,不存在Cr、Hg、As污染或潜在生态风险,但相对内蒙古整个地区来说,盐湖盆地Cr、Hg、As含量较高;4)研究区土壤中Cr主要来源于土壤母质形成过程中的自然来源,Hg和As主要来源于工业排放、交通污染源等人类活动,均受到人类活动和自然环境变化的综合影响。

关键词：土壤重金属空间分布多元统计潜在生态风险评价盐湖盆地

吉兰泰盐湖盆地土壤重金属铬、汞、砷分布的多方法评价

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土壤学报 2020年第1期57卷 130-141页

作者：张阿龙高瑞忠张生贾德彬杜丹丹秦子元王喜喜内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 内蒙古水资源保护与利用重点实验室呼和浩特010018 Old Dominion University Norfolk 23529

选择西北旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,以随机布点法对表土层(0~10 cm)、心土层(50 cm)、底土层(100 cm)的重金属铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)以及主要化学成分进行空间采样测定,揭示Cr、Hg、As的空间分布特征,研究确定其土壤环境背景值,并... 详细信息

选择西北旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,以随机布点法对表土层(0~10 cm)、心土层(50 cm)、底土层(100 cm)的重金属铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)以及主要化学成分进行空间采样测定,揭示Cr、Hg、As的空间分布特征,研究确定其土壤环境背景值,并以此背景值为评价基准,利用单因子污染指数、地累积指数、生态风险指数、内梅罗综合污染指数、潜在生态风险综合指数、污染负荷指数等六种常用方法对表土进行评价及对比分析。结果表明:盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As总体具有相似的空间分布特征;盐湖盆地土壤Cr、Hg、As背景值分别为27.89 mg·kg–1、0.039 mg·kg–1、12.83 mg·kg–1,对比宁夏、新疆等相关地区,盆地Cr背景值较低,Hg背景值较高,As元素相近;以背景值为基准进行污染评价,盆地表层土壤重金属污染顺序依次为Hg、Cr、As,简单指数法呈现Cr、Hg、As整体处于轻微污染状态,Hg存在的生态风险较Cr、As大,类似的,综合指数法表明盆地整体上处于轻微污染状态,综合生态风险相对较大;单因子污染指数法的土壤污染等级评价结果大于综合污染指数法;三种综合指数法均与三种简单指数法对Hg的评价结果具有显著相关性,表明盐湖盆地表层土壤中Cr、Hg、As形成受到成土母质、天然水文地球化学作用和气候特征条件等综合作用的影响,局部受到人类活动的扰动。

关键词：土壤重金属空间分布背景值评价