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水分对林地和草地土壤氮初级转化速率的影响

应用生态学报 2022年第1期33卷 59-66页

作者：李平魏玮郎漫南京信息工程大学/江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044

水分含量是与土壤氮转化相关微生物活性的重要影响因素。本研究以黑龙江省北安市的草地和林地土壤为对象,通过室内培养试验,利用^(15)N同位素标记技术和FLUAZ数值优化模型研究60%和100%田间持水量(WHC)条件下土壤氮初级矿化速率、初级... 详细信息

水分含量是与土壤氮转化相关微生物活性的重要影响因素。本研究以黑龙江省北安市的草地和林地土壤为对象,通过室内培养试验,利用^(15)N同位素标记技术和FLUAZ数值优化模型研究60%和100%田间持水量(WHC)条件下土壤氮初级矿化速率、初级固定速率、初级硝化速率和初级反硝化速率,以探讨土壤氮初级转化速率对水分含量变化的响应,阐明不同水分条件下土壤中氮的产生、消耗、保存机制及其生态环境效应。结果表明:土壤水分变化不影响草地和林地土壤氮初级矿化速率和铵态氮固定速率,水分含量由60%WHC增加至100%WHC后显著增加了林地土壤的初级硝化速率,但对草地土壤的初级硝化速率没有显著影响。60%WHC条件下草地和林地土壤的初级反硝化速率可以忽略不计,水分含量增加至100%WHC后土壤初级反硝化速率显著提高,且草地土壤的初级反硝化速率显著低于林地土壤。100%WHC条件下林地土壤初级硝化速率与铵态氮固定速率比值(gn/ia)和N_(2)O排放量均显著高于60%WHC;100%WHC条件下草地土壤的N_(2)O排放量显著高于60%WHC,但两个水分条件下的gn/ia值无显著差异。表明短期内水分含量的增加可能会增加草地和林地土壤氮转化的负面环境效应,且对林地土壤的影响尤为显著。

关键词：水分含量林地草地 ^(15)N标记氮转化

利用BRDF模型改进PRI反演水稻光能利用率

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农业工程学报 2022年第14期38卷 211-218页

作者：张展豪郭建茂郭彩云金淑媛南京信息工程大学应用气象学院南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

为探究双向反射分布(BidirectionalReflectanceDistributionFunction,BRDF)模型改进的光化学植被指数(Photochemical Reflectance Index,PRI)反演水稻冠层光能利用率(Light Use Efficiency,LUE)能力,该研究利用多角度水稻冠层辐射数据和同期通量观测数据,引入BRDF模型对多角度PRI进行观测角度标准化处理。获取晴天09:00—15:00每半小时数据156组,其中130组数据用来建模,另外26组数据对所建模型进行验证。结果表明:BRDF模型在晴空指数(ClearnessIndex,CI)较低时拟合效果较差,随着CI的升高模型模拟效果变好;BRDF模型的拟合参数受光照条件和植被状况的影响,不同CI范围下的各向同性权值ki与LUE相关性均良好(决定系数大于0.3),在0.6≤CI<0.7时相关性最佳,决定系数为0.63;无论是否采用BRDF模型的角度校正,由PRI反演LUE的模型均可采用线性形式或指数形式;但采用BRDF模型的角度校正后,反演模型精度得到显著提升,决定系数从0.46(P<0.01,校正前)提高到0.8(P<0.01,校正后);验证结果显示,采用BRDF模型的角度校正前后,相对反演偏差指数由1.34提升到2.6,同时验证的拟合决定系数也由0.44提高到0.87。该研究相比较传统多角度遥感观测的PRI指数,BRDF模型的角度修正提高了PRI对水稻LUE的反演能力,证明了多角度冠层光谱观测可利用BRDF模型提高其植被指数对植物生理活动探测能力的可行性。

关键词：反演水稻光能利用率多角度光化学植被指数核驱动BRDF模型晴空状况

不同结构改良剂对铜镉污染土壤水稻生长和重金属吸收的影响

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环境科学 2021年第9期42卷 4462-4470页

作者：魏玮李平郎漫南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044

本研究以铜(Cu)、镉(Cd)污染水稻土为对象,通过水稻盆栽试验研究聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)和腐殖酸(HA)这4种结构改良剂对水稻生长和重金属吸收的影响.结果表明,与对照处理相比,施用结构改良剂处理水稻株高和秸秆... 详细信息

本研究以铜(Cu)、镉(Cd)污染水稻土为对象,通过水稻盆栽试验研究聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)和腐殖酸(HA)这4种结构改良剂对水稻生长和重金属吸收的影响.结果表明,与对照处理相比,施用结构改良剂处理水稻株高和秸秆重分别增加了7.34%~22.0%和10.0%~32.2%,结构改良剂用量越高,增幅越大.施用0.4%的结构改良剂对水稻有一定的减产效应,籽粒重比对照处理降低了6.70%~32.6%.施用结构改良剂对土壤pH值无影响,但显著降低了土壤有效态Cu(5.38%~39.7%)和Cd含量(6.98%~59.6%),水稻根、秸秆和稻米中Cu含量分别降低了0.88%~27.2%、8.50%~45.2%和3.41%~31.2%,Cd含量分别降低了5.93%~20.5%、10.0%~51.4%和3.12%~50.7%,PAA处理的降幅最大、PVA处理的降幅最小.结构改良剂降低了Cu和Cd从根系向秸秆的转运系数,但增加了Cu和Cd从秸秆向稻米的转运系数.总体来看,施用结构改良剂促进了水稻生长,抑制了水稻对Cu和Cd的吸收,对重金属污染土壤具有一定的修复效果.

关键词：结构改良剂铜镉生物有效性水稻

基于Copula函数分析华北地区年高温干旱复合事件发生特征

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中国农业气象 2023年第8期44卷 695-706页

作者：俞昕张琪杨再强南京信息工程大学应用气象学院南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

基于华北地区36个气象站1960-2019年逐日最高气温和降水数据,识别逐年高温强度和干旱强度,利用Copula函数构建高温强度和干旱强度的二维联合累积概率分布函数,分析不同类型高温干旱复合事件的重现期以评估复合事件的发生特征。结果表明... 详细信息

基于华北地区36个气象站1960-2019年逐日最高气温和降水数据,识别逐年高温强度和干旱强度,利用Copula函数构建高温强度和干旱强度的二维联合累积概率分布函数,分析不同类型高温干旱复合事件的重现期以评估复合事件的发生特征。结果表明,对年高温日数和干旱强度进行边际分布拟合时,GEV函数在更多的站点效果最好;将年高温日数和干旱强度进行二维联合,应用最多的Copula函数为Symmetrised Joe-Clayton函数。相比于高温强度,干旱强度对复合事件联合重现期的影响更大。华北地区西南部更容易发生高温强度高的复合事件,中南部更容易发生干旱强度高的复合事件。华北地区高温干旱复合事件不同区域的主导因素存在差异,需针对不同区域复合事件的特征采取措施以减轻其带来的危害。

关键词：华北高温干旱复合事件 Copula函数

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基于电路理论模拟秦淮河流域水域连通性

水文 2023年第1期43卷 11-16页

作者：陈捷郝璐南京信息工程大学/江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044

引入景观生态学中的电路理论方法,基于不同时期土地利用数据,模拟1995-2018年秦淮河流域的水域连通性;采用Landsat7,8影像数据,利用改进水体指数(MNDWI)提取流域水淹区域,分析水域连通性对洪涝灾害风险的可能影响。结果表明,2000年以来... 详细信息

引入景观生态学中的电路理论方法,基于不同时期土地利用数据,模拟1995-2018年秦淮河流域的水域连通性;采用Landsat7,8影像数据,利用改进水体指数(MNDWI)提取流域水淹区域,分析水域连通性对洪涝灾害风险的可能影响。结果表明,2000年以来流域水域连通性破碎程度明显增加,甚至出现大范围空值区域;连通度密集出现低值碎斑的区域与卫星监测频繁出现水淹的区域相吻合;其中,南京主城区2000-2005年期间,水域连通性下降2.7%,同时水淹面积有一定涨幅,2005年之后南京主城区水域连通性有所改善;江宁区水域连通性在2010-2018年期间下降3.4%,水淹面积则增长近136.4%。研究表明,运用电路理论模拟流域水域连通性具有一定的实用性。

关键词：水域连通性城市化电路理论水淹面积秦淮河流域

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不同水分对砂壤土初级氮转化速率的影响

农业环境科学学报 2022年第1期41卷 107-114页

作者：郎漫魏玮李平南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044

为探讨黑龙江省半干旱地区土壤初级氮转化速率对水分含量变化的响应,以深入认识不同水分条件下土壤中氮素的产生、消耗和损失过程,为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以该地区的农田砂壤土为对象,利用;N同位素双标记技术结合FLUAZ数... 详细信息

为探讨黑龙江省半干旱地区土壤初级氮转化速率对水分含量变化的响应,以深入认识不同水分条件下土壤中氮素的产生、消耗和损失过程,为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以该地区的农田砂壤土为对象,利用;N同位素双标记技术结合FLUAZ数值优化模型开展室内培养试验,研究60%WHC(田间最大持水量)、100%WHC和淹水条件下土壤初级氮转化速率。结果表明:60%WHC水分条件下土壤初级氮矿化速率、初级氮固定速率、初级硝化速率和初级反硝化速率分别为1.87、1.16、2.84 mg·kg^(1)·d^(1)和0.01 mg·kg^(1)·d^(1),水分含量增加至100%WHC对土壤初级氮转化速率没有显著影响。淹水后土壤初级氮矿化速率和初级氮固定速率分别增加至2.45 mg·kg^(1)·d^(1)和2.15 mg·kg^(1)·d^(1),初级硝化速率降低至1.13 mg·kg^(1)·d^(1),初级反硝化速率增加至0.65 mg·kg^(1)·d^(1),与60%WHC处理差异显著。60%WHC和100%WHC处理土壤初级硝化速率与初级铵态氮固定速率比值(gn/ia)以及初级氮矿化速率与初级氮固定速率比值(gm/gi)都大于1,而淹水处理的gn/ia值小于1(0.55),gm/gi值接近1(1.14)。非饱和水分条件下,砂壤土的氮素供应和固持能力较低,容易发生硝态氮的积累和淋溶损失。砂壤土淹水后促进了反硝化作用的发生,但氮矿化和固定过程紧密偶联,提高了土壤氮的供应和周转能力;同时硝化作用受到抑制,减少了硝态氮淋溶损失的风险。

关键词：土壤水分砂壤土 N标记初级氮转化速率矿化作用硝化作用反硝化作用

施硅对夜间增温下南方水稻生长、产量和品质的影响

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应用生态学报 2023年第4期34卷 985-992页

作者：娄运生于玉洁刘燕杨蕙琳周东雪南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

气温增幅夜间大于白天是全球气候变暖的显著特征之一。夜间增温引起南方单季稻减产,而施硅可提高水稻产量。本研究通过田间模拟试验,分析了施硅对夜间增温下水稻主要生育期植株分蘖数、生物量等生长指标以及产量和品质的影响。增温设2水... 详细信息

气温增幅夜间大于白天是全球气候变暖的显著特征之一。夜间增温引起南方单季稻减产,而施硅可提高水稻产量。本研究通过田间模拟试验,分析了施硅对夜间增温下水稻主要生育期植株分蘖数、生物量等生长指标以及产量和品质的影响。增温设2水平:常温对照(CK)和夜间增温(NW),采用被动式夜间增温方法,即夜间(19:00—6:00)用铝箔膜覆盖植株冠层以模拟夜间增温;硅肥(钢渣)用量设2水平:不施硅(Si0)和施硅(Si1,200 kg SiO_(2)·hm^(-2))。结果表明:与常温对照比,夜间增温使水稻生长期冠层和5 cm土层夜间平均温度分别升高0.51~0.58℃和0.28~0.41℃。夜间增温使分蘖数和叶绿素含量分别较CK降低2.5%~15.9%和0.2%~7.7%;而施硅使分蘖数和叶绿素含量较不施硅分别提高1.7%~16.2%和1.6%~16.6%。与CK相比,夜间增温下施硅显著提高了灌浆-成熟期地上部干重、全株干重和产量,增幅分别为64.1%、55.3%和7.1%;显著增加了精米率、整精米率和淀粉含量,增幅分别为2.3%、2.5%和41.8%。夜间增温引起水稻有效穗数、结实率和千粒重下降,空秕粒增加,进而使水稻减产;而施硅可使水稻有效穗数、每穗实粒数、结实率和千粒重增加,空秕粒减少,进而使水稻增产。综上,施硅可有效减轻夜间增温对南方单季稻生长、产量和品质的不利影响。

关键词：夜间增温钢渣硅肥水稻产量品质

采伐方式对森林土壤氮初级转化速率和净氮转化速率的影响

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林业科学研究 2023年第5期36卷 32-40页

作者：郎漫聂浩李平南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044

[目的]为探明不同采伐方式下森林土壤氮素的释放和保存能力,揭示采伐对森林土壤氮素循环的影响。[方法]本研究通过室内培养试验,采用^(15)N同位素成对标记技术和FLUAZ数值优化模型研究了择伐和皆伐方式下寒温带阔叶混交林土壤氮初级转... 详细信息

[目的]为探明不同采伐方式下森林土壤氮素的释放和保存能力,揭示采伐对森林土壤氮素循环的影响。[方法]本研究通过室内培养试验,采用^(15)N同位素成对标记技术和FLUAZ数值优化模型研究了择伐和皆伐方式下寒温带阔叶混交林土壤氮初级转化速率和净氮转化速率特征。[结果]保留带处理土壤氮初级矿化速率、净氮矿化速率、氮初级固定速率、初级硝化速率和净硝化速率分别为4.16、1.86、2.32、0.368和0.343 mg∙kg^(−1)∙d^(−1)。与保留带处理相比,择伐和皆伐处理土壤氮初级矿化速率分别显著降低了32.2%和61.8%,净氮矿化速率分别显著降低了43.1%和61.5%,氮初级固定速率分别显著降低了23.3%和63.4%。择伐对土壤初级硝化速率和净硝化速率没有显著影响,但皆伐处理土壤初级硝化速率和净硝化速率分别显著降低了23.6%和33.3%。相关分析结果表明,土壤有机碳和水溶性有机碳含量的变化是影响氮初级矿化速率和初级固定速率的主要因素,pH是影响硝化速率的主要因素。[结论]皆伐后土壤铵态氮固定速率的下降程度大于初级硝化速率,导致gn/ia和NO_(3)^(−)/NH_(4)^(+)值显著提高,增加了硝态氮淋溶风险。而择伐处理的gn/ia和NO_(3)^(−)/NH_(4)^(+)值与保留带处理没有显著差异,是一种相对可取的森林采伐方式。

关键词： 15N标记氮转化速率择伐皆伐阔叶混交林

1991—2010年全球湖泊表面温度效应的时空格局及生物物理因子拆分

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地理学报 2022年第9期77卷 2266-2279页

作者：吕恒王伟万梓文李雨竹楚淏然赖宇婧张珂菡石婕南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

量化湖泊与邻近陆地的表面温度差异,拆分生物物理因子对其贡献是明确湖泊气候效应的基础。本文基于耦合CLM4.5的CESM模式模拟的1991—2010年全球气候数据,分析了全球湖泊表面温度效应(湖泊与邻近陆地的表面温度差异)的时空格局,利用IBP... 详细信息

量化湖泊与邻近陆地的表面温度差异,拆分生物物理因子对其贡献是明确湖泊气候效应的基础。本文基于耦合CLM4.5的CESM模式模拟的1991—2010年全球气候数据,分析了全球湖泊表面温度效应(湖泊与邻近陆地的表面温度差异)的时空格局,利用IBPM因子拆分理论量化了生物物理因子对其贡献。结果表明:①湖泊表面温度效应的季节变化明显,但年际变化不显著,北半球湖泊最强增温(4.37 K)和降温效应(-0.99 K)分别出现在9月和4月。②除干旱区湖泊呈降温效应外,其他气候区的湖泊以增温效应为主,热带湖泊增温效应最强。③湖泊表面温度效应的生物物理主控因子随气候区改变,湖陆之间的蒸发差异是干旱区湖泊呈降温效应的主控因子,较低的对流散热效率是热带和温带湖泊呈增温效应的主控因子,反照率差异和冰雪融化潜热分别对寒带、极地湖泊表面温度效应的正贡献和负贡献最大。全球尺度上,湖陆之间的对流效率差异(3.77±0.13 K)和蒸发差异(-2.01±0.1 K)对湖泊表面温度效应的正、负贡献最大。

关键词：湖泊表面温度生物物理因子时空变化因子拆分