旱坡地"作物-植物篱"系统能流特征研究

通过连续2年的定位试验,对坡度为8-20°的旱坡地"作物-植物篱"系统能流特征如能结构、能效率进行了研究,结果表明①"作物-植物篱"系统产出能和输入能的数量和结构的变化主要受到植物篱子系统类型的影响.与大面积旱坡地传统农作物生产系统如"小麦/花生(或玉米)/甘薯"比较由于果树、草本等植物篱的冠层及根系在形态和空间分布上与作物的异质性,形成了对光、热、水、土、肥等资源的连续、多层次的利用,因此能有效提高系统的光能利用率、人工输入能效率,耕地单位面积总产出能也会增加,坡度越大,相对增幅亦越大;由于能极显著减少无机能施入量,这有利于降低化肥农药使用量,减少对环境的污染和破坏.②"作物-果树类植物篱"系统输入能总量和有机能输入量大幅度增加,因此有利于优化输入能结构,促进坡地生态系统良性循环和集约高效农业发展.③"作物-草本植物篱"系统人工辅助能的输入量大幅度下降,由于它所需投入能少,有机能耗和无机能耗均低,人工输入能效率很高而生物产量也较高,并且它们提高了与其间作的其他作物的能量产投比,因此提升了整个系统能量产投比率;由于保水固土的生态功能显著,使它能在四川广大山地、丘陵区退耕还林还草工程中发挥重要作用.     

黄土丘陵区柠条人工林土壤呼吸速率对碳输入方式改变的响应

凋落物和植物根系作为土壤碳储量的主要植物性碳源,其质及量的改变可影响土壤碳汇功能。以黄土丘陵区柠条人工林为对象,设置移除凋落物、双倍凋落物、切根、移凋切根和保持原状5种碳输入方式,利用LI-8100土壤碳通量测量仪测定生长季（5-10月）土壤呼吸速率,以期阐明柠条人工林土壤呼吸速率对碳输入方式改变的响应。结果表明:1）各碳输入方式5-10月土壤呼吸速率呈单峰趋势,均在7月最高,10月最低;相比保持原状,双倍凋落物下5-10月累计土壤呼吸速率增加了22.73%,而移凋、切根和移凋切根的5-10月累计土壤呼吸速率分别减少27.57%、40.90%和33.83%;2）根系呼吸、凋落物呼吸和土壤矿质呼吸对土壤呼吸的相对贡献率由大到小分别为土壤矿质呼吸(68.58%)>根系呼吸(38.41%)>凋落物呼吸(24.65%);3）各碳输入方式下土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,而与土壤湿度的二次关系不显著;土壤温度和湿度的双变量复合模型对土壤呼吸速率月变化解释率53%~93%,高于土壤温度和湿度的单因子模型对土壤呼吸速率月变化解释率53%~74%和0.6%~23.2%;相比保持原状,去凋、双倍凋落物、切根和移凋切根均降低了土壤温度敏感性。研究表明,柠条人工林地表凋落物的积累过多可能减弱土壤碳汇功能。     

钻井废弃物对黄土区谷子和高粱产量和品质的影响

为了探明钻井废弃物处置场地对其上作物生长的利弊,将长庆油田钻井废弃物回填法处理后井场生长的谷子和高粱作为研究对象,研究钻井废弃物对谷子和高粱产量、重金属含量、作物品质和氨基酸的影响。结果表明,钻井废弃物处理场上生长的谷子和高粱Pb、Cd、Cr、As和Hg等重金属含量处于安全范围内;与对照相比,钻井废弃物生长谷子和高粱产量增加明显,谷子产量增加了585 kg·hm^-2,高粱产量增加了900 kg·hm^-2。与对照相比,对谷子和高粱品质提升较小钻井废弃物对谷子和高粱必需和非必需氨基酸均有增加作用,但增加效果不明显。两种作物的必须氨基酸中的赖氨酸含量增加较多,非必需氨基酸中天冬氨酸和谷氨酸增加较多。因此,本试验中钻井废弃物可以明显的增加作物产量,对作物氨基酸含量增加较小,重金属未超标,符合安全标准。     

水基废弃钻井泥浆对玉米产量和品质的影响

为实现水基废弃钻井泥浆资源化利用及长庆区环境绿色持续发展,在长庆油田开采区有针对性的选取了5个废弃钻井泥浆回填法处理后的井场平台,采用“点对点”的方法采集泥浆池内外的土壤和生长的玉米植株样品,研究水基废弃钻井泥浆对玉米产量和品质的影响。结果表明：与非泥浆池相比,黄绵土泥浆池内玉米生物量和籽粒产量分别增加14.54%和13%;风沙土泥浆池内的分别增加15.80%和18.66%,且风沙土上增产效果优于黄绵土。不同质地土壤上水基废弃钻井泥浆对玉米粗蛋白、还原性糖、粗脂肪、淀粉及氨基酸总含量影响不同。与非泥浆池相比,黄绵土泥浆池内玉米籽粒的粗蛋白、还原性糖和氨基酸总含量分别提高7.11%、4.89%和9.28%;粗脂肪和淀粉含量分别降低4.84%和1.30%;风沙土泥浆池内的玉米籽粒粗蛋白和氨基酸总含量保持不变,还原性糖含量提高14.40%,而粗脂肪和淀粉含量分别降低2.7%和3.17%。因此,将水基废弃钻井泥浆填埋于不同质地土壤,均可显著增加玉米产量,明显改善玉米品质,能作为肥料实现资源化利用。     

新疆甜叶菊地块中瓜列当生长特性及影响2种列当种子发芽的因素研究

以焉耆县甜叶菊田间调查结果为依据,将该地区危害严重的寄生杂草向日葵列当和瓜列当作为对象,通过盆栽和培养皿发芽试验,采集甜叶菊不同生长时期（S1和S2）的根、地上部以及根际土,测定其甲醇浸提液诱导2种列当种子的发芽率。结果表明,甜叶菊根际土的甲醇浸提液能够刺激瓜列当和向日葵列当种子发芽,且发芽率随稀释倍数增加逐渐降低,S2时期甲醇浸提液原液对列当种子萌发的刺激作用最强,发芽率分别为59.9%和35%。甜叶菊不同生育期的根部甲醇浸提液刺激2种列当种子的发芽率高于地上部,发芽率随植株根和地上部甲醇提取液稀释倍数增加而降低;甜叶菊植株甲醇浸提液刺激瓜列当种子萌发的发芽率整体高于向日葵列当。本研究探明瓜列当寄生于甜叶菊的内在原因,从而为治理甜叶菊田间瓜列当提供理论依据。     

基于电导率和结构稳定性阳离子比的微咸水灌溉水质评估方法

电导率（Electrical Conductivity,EC）和结构稳定性阳离子比（Cation Ratio of Soil Structural Stability,CROSS）是评估微咸水对土壤渗透性能影响的重要指标。虽然CROSS全面地考虑了Na+、K+、Ca2+和Mg2+对土壤结构稳定性的复杂影响,但CROSS的离子浓度系数在不同地区的适用性存在差异,有必要根据当地的水质条件确定基于EC和CROSS评估方法的分类标准。该研究旨在分析CROSS替代钠吸附比（Sodium Adsorption Ratio,SAR）评估水质危害的合理性以及其在河套灌区的适用性。在河套灌区不同区域采集73份地下水水样,并采用EC和SAR、EC和CROSS对其进行评估。结果表明,基于2种方法的地下水分类结果中,仅有34.25%的水样分类结果相同,并且不同的CROSS计算方法（基于阳离子相对絮凝能力（Flocculation）的CROSSf、相对分散能力（Dispersion）的CROSSd和优化的（Optimal）CROSSopt）在河套灌区的适用性也不相同。建议采用CROSSd或CROSSopt,并结合土壤盐分和离子浓度评估河套灌区地下水水质。该评估方法更全面地考虑了地下水和土壤中的离子组成对土壤渗透性能的影响,有效避免了不合理的微咸水利用导致的土壤结构恶化等问题,可为微咸水的安全可持续利用提供理论支撑。     

黄土丘陵区垂直陡壁表面不同类型生物土壤结皮养分与微生物养分限制特征

生物土壤结皮的发育类型对土壤养分和微生物代谢起着重要作用。为进一步明确在生物结皮发育过程中微生物的限制性养分与影响因素,研究选择黄土丘陵区垂直陡壁表面上的裸土(CK)、浅色藻结皮(LA)、深色藻结皮(DA)、藻藓混合结皮(AM)和藓结皮(M)为研究对象,分析了不同生物土壤结皮类型下碳(C)、氮(N)、磷(P)养分状况与胞外酶活性,并通过胞外酶化学计量来量化微生物的代谢限制。结果表明:LA,DA,AM和M这4种类型生物土壤结皮C,N,P养分含量和微生物生物量C,N,P均显著高于CK(p<0.05),并且SOC,TN,TP和微生物生物量C,N,P随CK,LA,DA,AM和M的顺序逐渐增大,藓结皮微生物量C,N,P分别是CK处理的18.3,27.6,14.1倍。生物土壤结皮的发育显著提高了C,N,P循环酶的活性,冗余分析结果表明土壤养分与酶活性密切相关。此外,通过酶计量的矢量模型结果来看,生物土壤结皮的发育造成微生物相对碳限制的增大与相对磷限制的减小,并受到速效养分含量的影响。偏最小二乘路径模型结果也表明生物土壤结皮的类型会间接影响微生物的代谢限制。总的来说,生物土壤结皮类型的变化会改善土壤养分状况与微生物量等性质,养分资源的供应状况会造成微生物养分代谢的变化。     

陕西省延安市燕沟流域水系分形与地貌侵蚀发育研究

为验证分形维数法与传统地貌法判断地貌侵蚀发育阶段是否一致,基于DEM数据提取陕西省延安市燕沟流域水系结构图,利用网格法计算燕沟流域水系分形维数,利用高程面积曲线法刻画了该流域的地貌侵蚀发育阶段。结果显示:燕沟流域水系长度为61.6 km,水系密度为1.29 km/km²,水系数量为109条,燕沟流域水系的分形维值为0.98,高程曲线下面积为0.497。由此可以得出,燕沟流域地貌处于侵蚀发育的壮年期,需要加强该地区水土流失治理; 分形维数阈值判断方法忽略了面蚀在地貌侵蚀过程中的作用,它将低估该地区地貌发育程度,因此利用水系分维值推断地貌侵蚀发育阶段的阈值需要更改。     

苔藓结皮及其下层土壤的胞外酶活性与微生物CUE特征

为进一步明确苔藓结皮对下层土壤养分的影响及微生物对养分的利用特征,以黄土丘陵区典型退耕地上发育的苔藓结皮及其下层土壤(0—2 cm,2—5 cm,10—20 cm)为研究对象,分析在剖面尺度下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)养分状况、胞外酶活性以及微生物CUE特征。结果表明:苔藓结皮显著提高了表层土壤养分含量,结皮层的SOC,TN,TP,DOC,DON和Olsen-P含量分别是10—20 cm土壤养分的2.58,2.34,1.13,2.30,4.30,7.36倍。与养分含量特征一致,微生物生物量随土层深度的增加逐渐降低。在整个剖面尺度上,微生物群落存在较为稳定的元素内稳态以保持自身C,N,P的计量平衡。参与C,N,P循环的相关胞外酶活性在剖面尺度上表现出差异,β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)随深度增加逐渐降低,而β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和碱性磷酸酶(AP)则表现为先降低后增加的趋势,底层土壤较高的NAG和AP酶活性反映出N,P养分的匮乏。微生物CUE在剖面尺度上表现为先降低后增加的趋势,平均水平为0.25,表明表层与深层土壤更有助于C的固存。此外,方差分解(VPA)和线性模型结果均指出养分状况和土壤酶是影响微生物CUE的关键因素。总的来说,苔藓结皮对表层土壤的养分和微生物代谢产生积极作用,尽管底层土壤养分匮乏,但仍保持较高的微生物C利用效率。     

近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征

为探究塔里木河流域自然条件和人类活动改变造成的河流水沙变化,依据1980—2020年塔里木河干流阿拉尔站,源流玉龙喀什河控制水文站同古孜洛克站、叶尔羌河卡群站、阿克苏河新大河站和开都河焉耆站的实测径流和输沙资料,利用Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析和Pettitt非参数检验等方法,分析了近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征。结果表明:在1980—2020年期间塔里木河流域同古孜洛克站、阿拉尔站、卡群站、焉耆站径流量显著增加,新大河站、同古孜洛克站、阿拉尔站径流量出现突变点,分别在1992年、1999年、2000年,突变后较突变前增长18.23%,18.10%,62.15%; 卡群站和同古孜洛克站的输沙量没有显著变化趋势,阿拉尔站、新大河站和焉耆站的输沙量都显著减少,突变点都在2001年,突变后较突变前降低36.73%,30.50%,68.31%。塔里木河水沙分布具有显著的空间差异,源流四站控制区的径流深存在南北空间上的差异,北部源于天山的阿克苏河和开都河径流深低于南部源于喀喇昆仑山的叶尔羌河和玉龙喀什河,从上游向下游输沙模数降低,径流主要受降雨和气温差距影响,而泥沙差异则是由于植被覆盖度变化。在上游三源流汇入干流的区间内,年平均消耗径流量98.21亿m³,径流深167.31 mm,淤积泥沙量4 424.15万t,淤积模数753.69 t/(km²·a)。对塔里木河四源一干径流泥沙实测数据的分析结果证明了塔里木河近期综合治理工程总体上取得了良好的生态环境效益。