天山北坡中段山区植被覆盖管理措施因子的时空格局动态变化

植被覆盖管理措施因子（Vegetation cover and management factor,以下简称C因子）是评估植被因素抵抗土壤侵蚀的能力及准确估算土壤侵蚀模数的重要参数,而区域尺度C因子高质量时间序列的准确估算和空间特征对于土壤侵蚀预测、水土保持规划尤为重要。为研究天山北坡中段山区C因子时空动态,采用线性光谱混合模型（Linear Spectral Mixture Model,LSMM）、像元二分模型、增强型自适应反射率时空融合模型（Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model,ESTARFM）等方法计算C因子,定量分析2000—2018年研究区C因子的时空格局特征,并对不同土地利用类型的C因子进行分析。结果表明,时间上,2000—2018年C因子总体呈现先上升后下降的趋势,不同时段C因子值不同,表现为秋季>春季>夏季、旱季>雨季。空间上,南部高山区（海拔>3 000 m）的C因子值较高,北部中低山丘陵区（2 000 m<海拔<3 000 m）的C因子值较低。C因子值的分布与土地利用类型关系密切,表现为裸土地>其他林地>采矿用地>内陆滩涂>其他草地>农村宅基地>灌木林地>旱地>天然牧草地>风景名胜设施用地>水浇地>人工牧草地>乔木林地。本研究探究C因子遥感定量估算方法,分析不同土地利用格局对C因子的影响,为开展大尺度C因子的准确估算及不同土地利用格局水土保持效益的综合评价提供了参考。     

化肥减施对滴灌冬小麦灌浆期光合生理特性的影响

以“新冬22号”为试验材料,开展了化肥减施对滴灌冬小麦灌浆期光合生理特征变化的影响研究。田间试验在新疆农业科学院奇台麦类试验站开展,分别设置CF(常规施肥)、N4P2、N3P2、N3P1、N2P1、N1P1、N0P1(不施N)、N3P0(不施P2O5)、N0P0(不施肥)9个施肥处理。研究冬小麦在灌浆期的株高、旗叶SPAD值、旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO₂浓度(Ci)、光能利用效率(Eu)、瞬时水分利用效率(WUE)以及成熟期产量的差异。结果表明:(1)冬小麦的株高、旗叶SPAD值随着氮、磷施用量的减少呈现先平缓后显著降低的趋势;其中CF、N4P2、N3P2、N3P1处理间无显著差异。而产量随着氮、磷施用量的减少呈现先增加后平缓的趋势,继续减施则产量降低,当施N、P2O5量分别减少为240和120 kg/hm²时产量最高。(2)冬小麦旗叶的Pn、Gs、Tr、Ci、Eu、WUE随着氮、磷施用量的减少呈现先平缓后显著降低的趋势。(3)当施N、P2O5量减少为240和120 kg/hm²时,灌浆期株高、SPAD值、产量、光合生理指标仍无显著降低,且施N较施P2O5处理对冬小麦的影响更大。综上,合理的氮、磷施用量可提高灌浆期冬小麦旗叶的叶绿素含量,并通过光合作用促进冬小麦生长和产量增加,但过量的氮、磷施用量并未促进冬小麦的生长和产量增加;施N量为240 kg/hm²、施P2O5量为120 kg/hm²能够保证小麦的正常生长,并且维持高产。     

不同覆膜连作年限对玛纳斯县棉田土壤质量的影响

为研究不同覆膜连作年限对玛纳斯县棉田土壤质量的影响,以新疆玛纳斯县覆膜连作0、5、10、20、30 a的棉田为研究对象,分别采集0~10、10~20、20~30 cm土层土壤,测定其土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物量碳、氮含量等指标,并对不同覆膜连作年限玛纳斯县棉田的土壤质量进行综合评价。结果表明：（1）随覆膜连作年限的增加,土壤含水率和有机质含量逐渐增加,以覆膜连作30 a时最高,分别为11.52%和21.60 g·kg^-1,土壤速效磷呈先升高后降低趋势,在覆膜连作10 a时含量最高（49.60 mg·kg^-1）,土壤电导率、总盐、速效钾和碱解氮总体呈降低趋势,在覆膜连作年限30 a时含量最低,分别为0.50 mS·cm^-1、0.69 g·kg^-1、148.28 mg·kg^-1和25.27 mg·kg^-1;同一覆膜连作年限下,随着土层深度的增加,土壤含水率、电导率和总盐逐渐增加,pH值、有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量逐渐降低。（2）在不同覆膜连作年限下,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性随覆膜连作年限的增加呈先升高后降低趋势,在覆膜连作10 a时活性最高,分别为10.57 mg·g^-1·d^-1、0.86 mg·g^-1·d^-1、0.40 mg·g^-1·d^-1,土壤过氧化氢酶活性随不同覆膜连作年限并无显著变化,为1.80~2.20 mL·g^-1;在同一覆膜连作年限下,土壤脲酶、碱性磷酸酶活性均表现为表层>深层,且差异显著。随覆膜连作年限的增加,土壤微生物量碳含量呈现先增加后减少的趋势,最高为205.26 mg·kg^-1,微生物量氮含量逐渐降低,最低在覆膜连作30 a时为11.40 mg·kg^-1,且不同土层土壤微生物量碳、氮表现为表层>深层。（3）土壤速效磷与过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和微生物量碳呈极显著正相关关系,与蔗糖酶活性呈显著正相关关系,表明土壤速效磷是影响土壤酶活性和微生物量碳、氮的主要因素。土壤质量综合评价表明,以覆膜连作10 a的土壤质量最佳,0 a和30 a的土壤质量相对较低。     

冻融期巴音布鲁克高寒湿地土壤细菌群落变化及其响应机制

为探究土壤细菌群落对冻融期环境变化的响应机制,以新疆巴音布鲁克高寒湿地沼泽土壤为研究对象,基于高通量测序技术,研究冻融期高寒湿地土壤细菌群落结构和功能作用的变化。结果表明:细菌群落受控于冻融环境,物种多样性在冻结期显著降低(P<0.05);同时受土壤环境(土壤温度、土壤湿度、积雪厚度)和养分(土壤总碳、土壤总氮、碳氮比)的影响显著,解释贡献率分别为84.74%和73.91%,细菌群落结构发生生态适应性变化;初冻期、冻结期和融冻期,土壤细菌群落功能作用差异显著(P<0.05),主要体现在"代谢""信号转导"和"生存"三类功能基因含量的差异。冻融期高寒湿地土壤细菌群落结构和功能作用发生变化以增强群落的抗逆性,进化出较为完备的抗寒机制以适应冻融格局变化。     

不同坡面微集雨措施对红花生长的影响

[目的]利用微集雨技术在伊犁河谷温性荒漠类草地坡面种植红花,为红花旱作种植和草地水蚀荒漠化防治提供技术支撑。[方法] 2021年4—9月在新疆伊宁市铁厂沟观测场布设了对照、凹坑、水平阶、方片埂、等高垄5个处理,使用径流小区自然降雨观测法监测了降雨量,各处理的径流量、土壤流失量,以及红花生长等数据,用TDR监测了0—10 cm土层含水量,用FAO Penman-Monteith模型估算了红花潜在蒸散发量。[结果]观测期总降雨量为53.1 mm,红花潜在蒸散发量呈“先增加,后减少”的趋势。5种措施中,对照处理的径流量最大,为6.50×10^-2 mm,该处理红花未出苗;方片埂处理的土壤流失量最大,为0.684 t/km²。5种处理表层土壤含水量在6月最低,平均值为1.50%。未观测到径流的凹坑处理开花期红花存活16株,株高25.3 cm,生长最好。[结论]开花期5种微集雨小区红花长势的顺序为：凹坑>水平阶、方片埂、等高垄>对照。观测小区总径流量越少,越有利于红花的存活和生长。     

不同磷水平对棉花养分吸收和磷肥利用效率的影响

为探讨北疆棉区不同施磷量对棉花养分吸收、磷肥利用效率、生物量和棉株氮磷化学计量比的影响,本研究以始于2018年的棉田土壤磷素肥力演替特征长期定位试验为研究对象,对5年等量氮钾不同磷水平施肥后棉田磷素和棉花养分吸收的响应进行分析。结果表明,施磷量的增加促进了棉株 N、P、K 养分吸收,棉株各器官 N、P、K 养分平均含量分别在 1.75~38.27、1.46~11.26、3.11~24.31 g·kg^-1之间。综合肥料投入,施磷量为150 kg·hm^-2最有利于P素养分吸收和干物质积累。棉株各器官N∶P值变化范围在1.20~12.01之间,随着施磷量的增加,棉株茎、叶、蕾/铃/壳的N∶P降低,棉株生物量、籽棉产量随叶、蕾/铃/壳N∶P的降低而增加,本试验棉花生长更倾向于受N、P共同限制。磷肥利用率和磷肥农学效率随施磷量的增加呈先增后减的趋势,磷素盈余量随施磷量的增加而增加。在施磷量为 150 kg·hm^-2时,磷肥利用率和磷肥农学效率均达到最高值,分别为 10.20%和 4.05 kg·kg^-1,其磷素盈余为54.19 kg·hm^-2,研究表明,在北疆灰漠土棉田施磷量为150 kg·hm^-2比较可行,值得推广应用。     

基于无人机可见光影像与生理指标的小麦估产模型研究

为及时、准确地掌握小麦产量动态信息,基于无人机遥感平台,分别分析了小麦4项生理指标［地面实测叶面积指数、叶片含氮量、叶片含水量及叶片叶绿素相对含量（SPAD值）］及10项植被指数与产量的相关性,以筛选出与产量最为敏感的生理指标与植被指数,并比较了3种建模方法（一元回归UR、多元逐步回归SMLR和主成分回归PCAR）在小麦各生育时期估产的适用性,进而得到小麦最优估产模型。结果表明：（1）不同生育时期两类变量与产量的相关性变化特征一致,均表现为抽穗期>灌浆期>成熟期;不同生理指标、植被指数与产量的相关性在各生育时期均存在差异,生理指标表现为叶片含氮量>LAI>SPAD>叶片含水量;而植被指数在各时期表现不同;（2）以生理指标与植被指数为自变量,采用SMLR模型构建的抽穗期估产模型拟合精度最高,R、RMSE和nRMSE分别为0.828、362.53 kg·hm^-2和12.35%;（3）小麦估产模型在各生育时期的预测精度表现为抽穗期>灌浆期>成熟期。     

磷改性生物炭对土壤中磷溶出的影响

为探究生物炭及其改性生物炭对土壤中磷溶出的影响，分别制备了3种温度(300、500、700℃)棉花秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭和牛粪生物炭，并采用磷酸浸渍-热解法制备了改性生物炭，测定生物炭改性前后磷组分含量(0.25 mol·L^-1硫酸提取的H₂SO₄-P，去离子水提取的H₂O-P,0.5 mol·L^-1碳酸氢钠提取的NaHCO₃-P和0.1 mol·L^-1氢氧化钠提取的NaOH-P)，开展了生物炭改性前后磷的动力学溶出和对土壤中磷连续溶出影响的试验。结果表明：磷酸改性后生物炭中各组分磷含量都有大幅度增加，不仅与炭化温度有关，而且与原料的种类相关，300℃棉花秸秆生物炭改性前后含量变化最大，H₂SO₄-P含量由3.052mg·g^-1增加到350.322 mg·g^-1。生物炭中磷的动力学溶出结果显示，磷酸改性能使生物炭的磷溶出量大幅度增加，700℃棉...     

基于EM38的玛纳斯县土壤剖面盐分的解译模型构建

大地电导率仪(EM38)是快速无损测定土壤盐分的有效方法。为建立新疆农田土壤EM38测试值与土壤盐分关系模型，以新疆玛纳斯县农田土壤为研究对象，利用EM38在野外实地测定土壤表观电导率，并挖掘土壤剖面进行分层采样，室内测定土壤盐分含量，据此构建基于EM38的土壤盐分解译模型。结果表明：（1）利用土壤实测盐分和EM38电导率数据，分别建立不同土壤深度下EM38垂直模式和水平模式以及两者联用的二元线性回归土壤盐分解译模型。（2）3种EM38盐分解译模型的R2随着土壤深度增加而增加，并且在土壤深度小于20 cm时，垂直模式的解译精度大于水平模式，深度大于20 cm后，解译精度则刚好与之相反。（3）二元线性回归模型的解译精度明显优于一元线性回归模型。本研究所构建的EM38土壤盐分解译模型，将为绿洲农田土壤盐分快速调查和动态监测提供可靠的反演参数和模型。     

灌丛化对干旱区草地土壤有机碳化学结构和热稳定性的影响

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的稳定性是指其抵抗微生物降解的能力,它决定着C循环和周转。灌丛化是指灌木的盖度、密度和生物量在草地中显著增加的现象,这种现象在干旱区尤为普遍。研究灌丛化对草地SOC稳定性的影响对于理解全球C循环、气候变化及其两者之间相互作用有着重要的意义。本研究在典型的干旱区新疆,选取沿海拔分布的4类草地,使用固态_¹³C核磁共振技术与热分析技术间接而又完整地揭示灌丛化对草地SOC稳定性的影响。结果表明：灌丛间的芳香碳的比例沿海拔从温性荒漠到山地草甸逐渐降低。在温性荒漠、温性草原化荒漠、温性荒漠草原和山地草甸,烷基C/烷氧C的比值分别增加了0.07、0.12、0.03、0.20。低海拔的温性荒漠和温性草原化荒漠的指标热易分解的SOC质量(较低温度下分解的SOC)与SOC总质量的比值(%Exo₁)、SOC分解一半时的温度(TG-T₅₀)和SOC在能量释放一半时对应的温度(DSC-T₅₀)显著低于高海拔的温性荒漠草原和山地草甸。在草原化荒漠、荒漠草原和山地草甸中,灌丛下的%Exo₁和DSC-T₅₀均高于灌丛间,而TG-T₅₀低于灌丛间。在温性荒漠,从灌丛间到灌丛下,低温时SOC燃烧释放出的能量占总燃烧能量(Q)的比例的减小而高温时SOC燃烧释放出的能量增加。本研究结果表明灌丛化增加了干旱区SOC化学结构的稳定性和热稳定性。