陇东黄土高原土壤干旱特征分析

通过对黄土高原典型残塬"董志塬"麦田不同时期土壤各层次水分含量的分析,揭示了陇东黄土高原塬区土壤干旱特征,逐月分析了干旱的季节分布以及不同季节水分在土壤各层次的分布特征。分析认为2m土层干旱概率明显高于0.5m土层,但0.5m土层重旱出现概率明显偏高,各层次干旱出现频率均未超过45%。干旱的季节分布特征表现为:3月～6月土壤水分持续减少,干旱持续发展,6月上中旬是陇东麦田最干旱的时期。小麦收获后,7月分土壤水分开始回升,7月～9月为土壤水分恢复平衡阶段,10月为土壤水分恢复平衡后相对稳定阶段。收墒期降水可以使2m土层土壤水分基本恢复到适宜状态,土壤储水主要分布在2m土层,即2m为土壤水库下限深度。8月开始,麦田中下层土壤水分运动方向发生逆转,由前期的向上运动转变为向下运动。麦田涝渍现象出现在秋季,主要出现在土壤中下层。早春和晚秋麦田重旱发生概率较低,秋季是陇东麦田土壤水分含量最高的时期,晚秋2m土层平均含水量超过早春,土壤水分于秋季恢复平衡,晚秋-早春,即越冬期降水量小于土壤蒸散量,土壤水分有一定损耗。     

陇东塬区周年水资源分布及对农业生产的影响

通过分析黄土高原典型残塬"董志塬"麦田周年水资源、不同季节水资源、冬小麦返青后生长期水资源构成,揭示了陇东黄土高原塬区麦田不同时段水资源潜力。结果表明多数年份早春土壤有效贮水量占生长季水资源总量20%以上,最高可达到38%。春季麦田水资源64%来源于早春土壤水库贮水,秋季麦田水资源52%来源于初秋土壤水库贮水,由于麦田春季消耗了大量土壤水库贮水,夏季麦田水资源只有22%来源于春末土壤水库贮水。冬小麦返青后生长期水资源一半来源于早春土壤贮水,一半来源于返青后生长期降水量。鉴于冬小麦既可以利用上年收墒期降水,又可以利用当年生长期降水,对周年水资源利用率较高,针对陇东塬区两年三熟的种植方式,建议采用冬小麦+小秋作物的种植模式,既可以变两年三熟为一年两熟,又可以提高土地利用率,有效利用光、热、水资源,增加单位面积产出。     

黄土高原沟壑区苜蓿地土壤水分剖面特征研究

对黄土高原沟壑区不同种植年限苜蓿地土壤深层水分特征的分析表明,受降水影响0～2m土层水分变化较大,2m以下由于没有水分的补给,出现了干燥化现象。苜蓿在生长前期主要利用上层土壤水分,土壤水分恢复也是从上层开始,下层的干层则难予恢复。10、15、23年生苜蓿分别在9、10.8和11m处水分含量趋于稳定,达到土壤干层的下限。土壤水分的变异系数随土层深度的增加而减小,水分含量趋于稳定。在0～9m土层土壤水分亏缺较大,亏缺量大于年均降水量。     

气候变化背景下陇东塬区麦田土壤水分变化及生产特征研究

董志塬20世纪90年代以来增温最为显著,年增温线性趋势0.099 5℃/a,其中春季、冬季、夏季、秋季增温幅度和显著性依次减弱.年降水量以V抛物线形式变化,90年代中后期为明显的枯水期,以春季和秋季降水减少最为显著,1998年以来春季降水量以准2 a为周期,丰水年和枯水年交替出现.由于增温和降水量减少的共同影响,冬小麦春季重要生长阶段麦田土壤水分含量呈现出逐年减少,春旱逐年加重的趋势.早春耕作层土壤水分逐年减少的一致性比较好,春末夏初2 m土层含水量逐年减少的一致性比较好,其余时段土壤水分年际变化和降水量年际变化基本一致.尽管麦田不同时段土壤水分年际变化不同,但不同年型麦田土壤水分年内变化形式则基本一致,即以V抛物线形式显著变化,冬小麦成熟期的6月份土壤含水量降至最低,伏秋收墒期含水量又逐步回升,其中1998和1999年为特殊年型,土壤水分年内变化线性趋势明显.气候变化特征影响土壤水分盈亏,土壤水分盈亏又决定农业生产年景.分析显示,土壤水分盈亏基本与产量水平一致,水分年型基本与农业生产年景一致.     

施肥水平对冬小麦田土壤水分影响的模拟

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原长武早塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田的土壤干燥化效应.结果表明:4种肥力处理下连作冬小麦逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势,平均每年分别减少8.6、8.6、11.1和13.7 mm,无肥和低肥与中肥和高肥处理间土壤有效含水量差异十分显著,但无肥和低肥处理间无明显差异;在模拟初期出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程,在连作第5～8年以后均出现了稳定的土壤干层,无肥和低肥处理土壤干层均分布于2～3 m土层,中肥和高肥肥处理分别分布于2～4 m和2～5 m土层,随肥力和作物产量水平的提高,土壤干层厚度增厚;4种肥力处理麦田生产年度耗水量接近且呈现波动性缓慢降低趋势,但前1～4年中肥和高肥处理麦田共计较无肥处理麦田多耗水91和203 mm,长武旱塬地麦田土壤水分承载力为1.422～2.405 t/hm2,相应的肥力水平为N45～90 kg/hm2和P 15～30 kg/hm2.     

黄土旱塬区麦田休闲期降水与土壤贮水的变化特征

为提高休闲期降水资源利用效率和确保区域粮食安全,利用1981—2020年陇东黄土高原旱作麦田定位土壤水分和气象观测资料,分析了冬小麦田休闲期间降水与土壤水分的变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近40年陇东黄土高原休闲期降水以14 mm/10 a的速率增加,降雨总日数和小雨日数呈减少趋势,中雨、大雨日数呈弱增加趋势;(2)近40年休闲期1 m土层平均以9.5 mm/10 d的速率充水,贮水量平均增加97 mm,21世纪以来贮水量增加明显;(3)休闲期降水与1 m土层贮水增量符合二次函数关系,1 m土层开始贮存水分的降水阈值为175 mm,贮水增量与中、大雨总日数相关性最高,前期降水主要以土壤蒸发消耗为主,后期降水则大部贮存于土壤中;(4)休闲期1 m土层平均贮水效率为0.27,贮水效率随着麦收时的土壤墒情增加而线性递减,当麦收时1 m土层贮水量小于田间持水量的45%～48%时,贮水效率较高,1 m土层水分得到充分补充的降水阈值为388 mm。该研究成果揭示了近40年陇东黄土高原休闲期降水和土壤贮水的转化规律,同时为指导区域水资源高效利用提供科学依据。     

黄土高原人工林对区域深层土壤水环境的影响

通过对典型黄土区 1 0m土层土壤水分的分析表明 :黄土高原土壤深层具有丰富的土壤水资源 ,3～ 1 0m土层内土壤水资源从南部的 1 0 86.8mm逐渐降低到北部的 5 2 4.1mm ,各地土壤水资源量约相当于当地多年平均降水量的 2倍。在 1 0m土壤水分剖面内 ,随土层深度的变化土壤含水量具有波动性和相对稳定性的特征。以荒坡地或低产农田为对照 ,通过对比分析发现 ,黄土高原目前主要的造林树种可利用 9～ 1 0m以下土层的土壤水资源。在黄土高原半干旱气候背景下 ,人工林植被的耗水主要使黄土区中北部地区 3～ 8m土层土壤含水量降低到长期接近或低于凋萎湿度 ,形成难以恢复的深厚土壤干层。人工林大量耗水形成的难以恢复的土壤干层是黄土高原特殊的生态水文现象 ,是目前区域人工植被生态系统不稳定性的体现。同时表明 ,黄土高原营造的人工林尚不能达到涵养水源之功能。     

黄土高原旱塬区高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势模拟研究

为研究黄土高原旱作高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势,利用EPIC模型对黄土高原南部旱塬区玉米水分生产潜力和土壤水分动态进行中期(12a)和长期(30a)定量模拟研究。结果表明,在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力呈现明显波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性剧烈,从长时段看土壤有效含水量呈现略微上升趋势;在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬玉米地土壤干燥化现象只是一种短期过程,通常不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但玉米产量随降水量变化的波动性不可避免。     

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

[目的] 分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率，为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据。[方法] 基于高空间分辨率长时间序列的气候数据，计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数（SPEI），依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率。[结果] 1901-2017年，整个黄土高原的气候经历了"湿润-干旱-湿润-干旱"的交替过程，年SPEI变化趋势未达到显著性水平，且无显著突变年份。1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部，面积比例为3.43%。1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域，面积比例为1.05%；呈显著加剧趋势的区域分布在西北部，面积比例为4.16%。近30 a，黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。在历史时期的两个时间段内，黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低，未有极端干旱发生。[结论] 在黄土高原地区，随着干旱程度的不断加重，干旱频率的空间变异程度逐渐降低；不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。     

晋西黄土区苹果园生长季土壤水分动态

为了揭示黄土残塬沟壑区苹果园剖面土壤含水量的变化,对晋西黄土区苹果园的可持续发展提供科学依据,试验以17龄苹果树果园土壤为研究对象,通过ECH_2O土壤水分探头对50,100,150,200,250,300 cm处深度土壤体积含水量进行一个生长季的定位观测,分析了土壤水分的空间分异及动态变化。结果表明:(1) 6个层次土壤含水量差异显著,平均值分别为:22.27%,21.38%,18.92%,17.94%,10.60%,9.55%,表现出自上而下降低的趋势。(2)观测期内,150 cm,200 cm,250 cm,300 cm深度土壤含水量对降雨无响应,且100 cm层次土壤含水量对降雨的响应远远滞后于50 cm层次。随着土层深度的增加,土壤体积含水量表现出自上而下依次降低的趋势;降雨仅能影响100 cm以内深度的土壤含水量;晋西黄土高原残塬沟壑区苹果果园土壤在200 cm的土层深度以下已有土壤干化现象产生。     

晋南土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响

在山西临汾、襄汾采用大区对比法研究了土壤质地、耕作方式及茬口对小麦播前土壤贮水量的影响。结果表明：夏闲制不同土壤质地的传统土壤耕作方式,小麦播前0-200cm的各主要土壤层面的贮水量为中粘土〉中壤土〉轻壤土;夏季复播制的土壤质地和复播作物对小麦播前贮水量的影响以土壤质地〉复播作物种类;夏闲制不同土壤耕作方式的小麦播前贮水量以浅旋灭茬〉免耕〉隔行深松〉传统耕作〉全耕层深松。不同春播作物茬口小麦播前的贮水量以地黄茬贮水量最高,其次为丹参茬,棉花茬较差。该项研究为小麦播前土壤贮水量的恢复选择夏季复播制的土壤质地、夏闲制合理的土壤耕作方式和春播作物茬口提供了理论依据。     

贵州高原夏秋麦与冬播麦生育特性的比较

研究结果表明，由于高温对小麦春性品种生育的促进作用，夏秋麦比冬播麦分蘖少，秆矮叶面积小，干物质积累少，生育期短，产量低。单位面积穗数不足是夏秋麦高产的主要限制因子。多数年份夏秋麦穗粒数和千粒重比冬播麦低，气候生态因素是决定二者大小的主要环境因子。     

激光平地改善土壤水盐分布并提高春小麦产量

为了促进激光平地技术的应用与推广,在河套灌区以普通畦田为对照,分期、分段测定了激光平地畦田0～80 cm土层土壤水分、土壤盐分及春小麦生长状况。结果表明,从渠口到畦尾,激光平地畦田不同地段的土壤水分在春小麦生长的不同时期无显著差异,但从拔节期开始,上层土壤盐分逐渐升高;普通畦田从三叶期开始,上层土壤水分、盐分逐渐提高,且显著或极显著高于激光平地。普通畦田从三叶期开始,激光平地从拔节期开始,从渠口到畦尾,春小麦的生长状况逐渐变差,千粒质量、产量均逐渐降低,但激光平地的春小麦千粒质量、产量高于普通畦田。激光平地改善了畦田的土壤水分、盐分分布,促进了畦田中后段的春小麦生长,提高了畦田中后段的水分利用率及产出率。     

黄土高原中国松人工林演替过程中的土壤微生物和酶活性

Successional and seasonal effects on soil microbial and enzymatic properties were studied in Chinese pine (Pinus tabu- laeformis) plantations in an age sequence of 3-, 7-, 13-, 21- and 28-year-old in northern Ziwuling region in the middle of Loess Plateau, China. The results indicated that plantation age and season affected soil microbial and enzymatic parameters significantly. Soil organic C, total N, microbial biomass C, microbial quotient, basal respiration, dehydrogenase, N-α-benzoyl-L-argininamide (BAA)-protease, urease and β-glucosidase increased quickly and tended to be highest at PF21 (21-year plantation), thereafter they remained nearly at a constant level, whereas the metabolic quotient (qCO 2 ) showed an initial increase and then decreased gradually. Measures of these soil properties showed significant seasonal fluctuations except for organic C and total N, which were found to be relatively stable throughout the study period, and the seasonal distributions were autumn spring summer winter for microbial biomass C, microbial quotient, dehydrogenase, and β-glucosidase; autumn summer spring winter for BAA-protease and urease; and summer autumn spring winter for basal respiration and qCO 2 . Significant season × age interaction was observed for biomass C, basal respiration, dehydrogenase and BAA-protease.     

干旱与冬小麦和玉米产量关系的分析

对庆阳地区前一年伏期和秋季、当年春季和春末夏初大气干旱指数与冬小麦和玉米气候产量进行了对比分析和相关分析。结果表明，冬小麦产量与上年秋旱关系最为密切，其次为春旱、春末夏初旱和上年伏旱；玉米产量与当年伏旱关系最为密切，其次为秋旱、春和春末夏初旱。     

提升雨养夏玉米—冬小麦两熟体系生产力和土壤硝态氮累积的最优耕作模式

【目的】研究耕作模式对旱地雨养夏玉米–冬小麦(以下简称玉–麦)两熟体系生产力的影响,并对深松、翻耕在轮耕模式中的作用进行评价。【方法】定位试验于2015—2021年在中国农业科学院洛阳旱农试验基地进行。设置夏免耕秋免耕(SNAN)、夏深松秋免耕(SSAN)、夏免耕秋3年免耕1年翻耕(SNA3N1P)、夏深松秋3年免耕1年翻耕(SSA3N1P)和传统夏秋季均翻耕(CT) 5种耕作模式,调查了玉米、小麦的产量和水分利用效率,2020年测定了玉米收获期0—40 cm土层土壤容重、养分含量和酶活性,以及2019—2020年度小麦收获期0—380 cm土层的硝态氮累积量。【结果】1)与CT处理相比,SNAN、SSAN、SNA3N1P和SSA3N1P处理的玉米、小麦和周年产量分别显著提高了28.4%～33.5%、23.7%～25.0%和27.1%～30.3%,水分利用效率分别显著提高了19.6%～39.2%、20.2%～29.3%和29.5%～34.5%,0—5 cm和20—40 cm土层土壤容重显著降低,0—5 cm土层的有机质含量以及0—40 cm多数土层的全氮、有效磷、速效钾含量和脲酶、蔗糖...     

Time of emergence of Rumex crispus L. as affected by dispersal time,soil cover,and mechanical disturbance

Abstract

Emergence pattern of the perennial weed species Rumex crispus L. was studied under semi-field conditions. Seeds from three populations were harvested from the mother plants and sown in pots buried in an experimental field, either in late autumn or after winter storage at outdoor temperatures. Seeds were sown on the soil surface or covered by a 2-cm soil layer. In addition, some of the seeds sown in autumn were also subjected to mechanical disturbance in autumn or in spring. Population and soil cover both had a strong effect on total emergence. The light requirement of the species for germination was indicated by a higher rate of emergence from seeds sown on the soil surface than from covered seeds. Sowing date influenced the timing of emergence but not the total emergence. Autumn sowing led to earlier and more concentrated emergence, while seedlings from spring-sown seeds showed a more intermittent emergence pattern. Stirring after sowing had a positive effect on emergence compared with emergence from undisturbed, covered seeds. In all populations and treatments, emergence continued throughout the growing season, contradicting earlier findings that R. crispus seeds germinate mainly in early spring and autumn, and enter secondary dormancy during summer. The delay of emergence in seeds that had remained on the mother plant over winter indicates a certain level of dormancy, which was gradually broken in early summer.     

祁连山区不同土地覆被类型下土壤水分变异特征

结合土壤、植被、地形等要素,建立黑河上游土壤水文观测体系,收集代表黑河上游区域特征的36个定位观测点土壤水分数据和12个气象站的降水数据,采用经典统计方法揭示祁连山区区域尺度上7种土地覆被类型下的土壤水分变异特征。结果表明,降水和植被特征是影响生长期土壤水分的主要因素。降水量大的土地覆被类型上土壤水分值较高。同时土壤水分值越低,降水补给和蒸散发消耗所引起的相对波动就越大,导致其变异性越大。由于植被根系对土壤水分的显著影响,高盖度草地、低盖度草地的土壤水分值在剖面各层变化不大,而农田、草甸、灌丛、林地和裸地土壤水分值随深度变化较明显。草甸、灌丛、裸地土壤水分整体均在夏季最高、秋季次之、春季最低。农田和高盖度草地土壤水分均呈现秋季最高、夏季次之、春季最低。土壤水分变异程度除灌丛外,存在春季变异最大,夏季次之和秋季最小的规律。降水是导致土壤水分值和变异系数在夏、秋季变化的主要因素,而土壤冻融过程则是导致其在春季变化的主要因素。总而言之,祁连山区土壤水分具有明显的空间分布差异与季节变化特征,与不同土地覆被类型的降水条件、植被特性和人工影响都有着密切的关系。     

基于连续无有效降水日数指标的中国南方作物干旱时空特征

利用中国南方15个省(市、区)气象台站1959-2009年逐日降水资料,以连续无有效降水日数(Dnp)为干旱指标,完善了指标中有效降水临界值和干旱分级标准,利用改进后的连续无有效降水日数干旱指标计算了南方地区春播夏收作物、春播秋收作物、夏播秋收作物、越冬作物近50a的干旱指数,得到干旱频率和干旱持续天数的空间分布特征,并分析其年际变化;同时引入逐日干旱频率,研究作物生育期内逐日干旱动态变化。研究结果表明:春播夏收作物在西南地区西部和淮北地区常发生春旱;春播秋收作物在长江中下游地区多发夏秋旱,在华南东北部多发秋旱,在西南地区东部伏旱明显;夏播秋收作物在长江中下游地区秋旱多发、华南东部秋旱高发;越冬作物在西南地区西部秋冬春旱高发且持续时间长,江北和华南地区也多秋旱和春旱。从年际变化趋势看,春播秋收作物干旱范围略有增大,夏播秋收作物干旱范围显著增大、强度略有增强,越冬作物干旱范围呈较明显增大;其他各作物干旱范围和强度呈不同程度减少、减弱的趋势。