【目的】设计旱地开放式增温系统,并从田间温度变化和冬小麦生育期改变等方面来监测系统的增温效果与可靠性。【方法】参考国际已有增温系统,于2007—2009年在江苏南京设计了中国首个麦田开放式增温系统(freeair temperature increase,FATI),进行冬小麦全天、白天和夜间3种增温试验。【结果】2年试验结果表明,该开放式主动增温系统的增温效果明显。3种情景下各增温小区的均匀有效增温面积在4m2以内,其中全天、白天和夜间增温分别使冬小麦全生育期地下5cm的土温平均增加2.2、1.5和1.8℃,地表温度增加2.2、0.9和1℃,冠层温度增加1.5、0.9和1.1℃。3种增温情景下,冬小麦各关键生育期田间温度的日变化及全生育期日平均温度的变化动态与未增温区的基本一致,增温设施能客观地模拟田间实际气温变化特征。尽管该增温系统略微降低了耕层土壤(0—20cm)水分含量,但降幅仅在0.5—2.2个百分点之间,与对照相比不显著。3种增温情景均对冬小麦生长发育产生了显著影响,全天、白天和夜间增温两年平均分别可以使冬小麦从播种至抽穗期缩短14、9.5和11.5d,灌浆成熟期延长3、3和2.5d。【结论】从增温效果及其对冬小麦的生长影响来看,该套系统基本适用于模拟气候变暖下小麦生产力和品质响应与适应的田间试验研究。
钙、镁、硅元素是土壤圈、水圈和生物圈的重要组成元素,其迁移与转化过程不仅影响到生态系统生产力,而且对全球碳循环起着重要的调控作用.大气CO2浓度升高可能直接通过影响土壤理化性状,或间接通过影响植物而作用于陆地生态系统矿质元素的迁移和转化过程,目前这方面的研究主要集中在旱地生态系统.为此,本研究借助国际上唯一的稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)实验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2006年对稻田水体中这3种元素的浓度变化进行了动态监测.结果表明,FACE条件下稻田水体钙、镁、硅离子的浓度显著高于对照稻田(P<0.01),三者分别平均提高了32.26%,74.16%和77.88%.FACE条件下,稻田水体中钙离子浓度在水稻生育旺期提高最大,比对照平均提高了33.23%,初期提高最小,为28.66%,后期提高了32.94%;镁离子在初期提高最大,为112.96%,旺期提高最少,平均为62.89%,后期则提高了69.14%;硅离子也是在初期提高最大,为163.19%,后期提高最小,为31.43%,旺期则平均提高了64.92%.不同生育期之间,各离子浓度存在显著差异(P<0.01).上述结果表明,大气CO2浓度倍增可能通过田间排水尤其是由水稻生长前期暴雨而导致的洪涝来加重稻田生态系统钙、镁、硅的流失风险,潜在影响陆地生态系统与水生生态系统间矿质元素的交换及生物地球化学循环过程.
稻田水体中细菌(尤其是其中的大肠菌群)数量的多少及活性深刻影响着水体质量和物质循环,然而大气CO2浓度升高对它们的影响至今鲜有报道。为此,借助国际上唯一的稻麦复种FACE(free air CO2enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2006年对稻田水体中细菌数量、大肠菌群数量、总有机碳量和总氮量等进行了动态监测。结果表明,大气CO2浓度升高显著提高了以上各指标在稻田水体中的含量(P<0.01),在整个水稻生育期,与对照相比,水体中的细菌数量、大肠菌群数量、总有机碳量和总氮量平均分别提高了45.9%、68.8%、31.2%和25.9%,不同生育期之间上述各指标存在显著差异(P<0.01)。可见,大气CO2浓度升高不仅可通过改变稻田水体质量的方式来影响水稻的安全生产,而且还可能通过田间排水尤其是水稻生长前期的暴雨导致的洪涝来加重稻田生态系统向周边居民井水和其它水域的细菌和大肠菌群的输出量,从而可能影响周边水体质量及人体健康。
