东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀的对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一，但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此，本研究基于室内模拟试验，设计2个降雨强度（50和100 mm/h）以及2种垄作方式（斜坡垄作和顺坡垄作），分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明：（1）在50和100 mm/h降雨强度下，斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%；但在45 min的降雨过程中，由于斜坡垄作发生断垄现象，造成50和100 mm/h两种降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24和1.03倍。（2）斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50和100 mm/h降雨强度下，随着降雨历时的变化斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%、平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%，但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大，其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33和1.47倍、平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03和1.62倍。（3）在50和100 mm/h降雨强度下，斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系（P<0.01），而断垄后两者的相关关系则不显著（P>0.05）；而顺坡垄作在两种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系。（4）在两种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此，提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生，是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

基于辐射和温度的ET0模型在吐鲁番地区的比较与修正

利用吐鲁番地区3个气象站2000—2015年逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)模型为标准,对6种ET_0模型(M-A模型、P-T模型、M-H模型、H-S模型、Traj模型和B-H模型)进行评价并修正,采用均方根误差(RMSE)、绝对平均误差(MAE)、平均相对误差(MRE)评价指标和Wilcoxon非参数检验法比较年、月尺度上各模型修正前后的估算精度,以筛选适用吐鲁番地区ET_0简化估算模型。结果表明:吐鲁番地区ET_0的主要影响因子是R_s(太阳辐射),其次是e_s(饱和水汽压)和R_n(作物表面净辐射);修正前,年尺度上,M-H模型的估算精度最高;月尺度上,各模型误差较大且与FAO-56 PM模型存在显著差异,适用性较差;修正后,各模型在年、月尺度上的精度均有明显提高,无显著差异,其中修正后的P-T、M-H和B-H模型估算精度最高,可作为吐鲁番地区ET_0简化估算模型。     

Responses of plant community to the linkages in plant-soil C:N:P stoichiometry during secondary succession of abandoned farmlands,China

Succession is one of the central themes of ecology;however,the relationship between aboveground plant communities and underground soils during secondary succession remains unclear.In this study,we investigated the composition of plant community,plant-soil C:N:P stoichiometry and their relationships during secondary succession after the abandonment of farmlands for 0,10,20,30,40 and 50 a in China,2016.Results showed that the composition of plant communities was most diverse in the farmlands after secondary succession for 20 and 50 a.Soil organic carbon and total nitrogen contents slightly decreased after secondary succession for 30 a,but both were significantly higher than those of control farmland(31.21%-139.10%and 24.24%-121.21%,respectively).Moreover,C:N ratios of soil and microbe greatly contributed to the changes in plant community composition during secondary succession of abandoned farmlands,explaining 35.70%of the total variation.Particularly,soil C:N ratio was significantly and positively related with the Shannon-Wiener index.This study provides the evidence of synchronous evolution between plant community and soil during secondary succession and C:N ratio is an important linkage between them.     

陕北黄土区退耕还林(草)地土壤质量特征及其对降水的响应

为了解陕北黄土区退耕还林（草）地土壤质量差异特征及其对降水的响应，该文沿370～470 mm的降水梯度，选取了陕西省吴起县境内的王洼子（370～395 mm）、大吉沟（440～445 mm）和白豹（460～470 mm）3个降水梯度区作为研究区，并结合土壤质量指数法，定量评价降水梯度区广泛栽植的刺槐林（Robinia pseudoacacia）、沙棘林（Hippophae rhamnoides）和草地的土壤物理结构、持水性、盐碱度、碳汇指标以及速效养分指标方面的综合得分，明确植被恢复后土壤质量随降水梯度的变化特征。结果表明：1）降水量、植被类型以及二者的交互作用对土壤指标影响显著（P<0.05）。2）在460～470 mm降水量区，刺槐林（0.829）对土壤质量改良效果最好，其次为沙棘林（0.808），二者土壤质量均达到肥沃水平，且差异不显著，草地（0.679）土壤质量指数最低，土壤为较肥沃水平；在440～445 mm降水量区，沙棘林（0.74）对土壤改良效果最好，其次为刺槐林（0.601），二者均达到较肥沃水平，草地（0.479）土壤质量指数最低为中等水平；在370～395 mm降水量区，3种植被类型土壤质量指数由大到小表现为沙棘林（0.744）>刺槐林（0.387）>草地（0.251），沙棘林土壤质量等级为较肥沃、刺槐林和草地为贫瘠水平。3）在370～470 mm降水梯度内，3种植被类型土壤质量综合指数均随着降水量的减少而降低，其中沙棘林土壤质量指数变异性较低（4.1%），刺槐林（30.1%）和草地（37.2%）土壤质量变异性较高。该研究结果可为陕北黄土区370～470 mm降水梯度下的植被恢复与重建等林业生态工程实施提供数据支撑与理论支持。     

宁夏地区潜在蒸散发变化特征及成因分析

根据宁夏地区1962-2017年11个国家级气象站的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算宁夏地区潜在蒸散发(Potential evapotranspiration,ET₀)日值系列,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、ArcGIS反距离权重空间插值、敏感性分析和贡献率等方法对宁夏地区ET₀时空变化特征及影响因素进行分析.结果表明:宁夏地区1962-2017年多年平均ET₀为1 073 mm,其中,中部干旱带最高(1 135 mm),引黄灌区次之(1 095 mm),南部山区最低(893 mm); 宁夏地区ET₀在1986年发生了突变,突变前以0.571 mm/a的幅度下降,突变后以0.109 mm/a的幅度递增,整个周期内,以0.523 mm/a 幅度递增,但变化幅度均不显著.ET₀对不同区域气象要素的敏感性不同,引黄灌区和中部干旱带对最高温度最敏感,敏感性系数分别为0.41和0.43,南部山区为相对湿度(-0.45); 不同气象要素对ET₀的贡献率不同,引黄灌区和南部山区主导因子是最低温度,中部干旱带是平均风速.突变前后,对引黄灌区、中部干旱带和南部山区ET₀贡献率最高的气象要素分别由平均风速、相对湿度和最低温度,变为相对湿度、平均风速和最低温度.     

混播比例对三江源人工草地植被和土壤养分特征的影响

建植混播人工草地是修复三江源黑土滩退化草地的有效措施，但不同混播比例下植被和土壤养分特征的变化尚不明确。以垂穗披碱草、中华羊茅和青海草地早熟禾分别按1∶1∶1（M₄），2∶1∶1（M₅），1∶2∶1（M₆），1∶1∶2（M₇），2∶2∶1（M₈），2∶1∶2（M₉）和1∶2∶2（M₁₀）建植混播人工草地，并以各组分单播为对照，研究生产力、物种多样性、超产效应、多样性净效应（包括互补效应和选择效应）和土壤养分特征的变化，并采用多准则决策模型-TOPSIS进行综合评价，以筛选最佳混播比例，以期为三江源退化草地生态修复提供科学依据。结果表明：混播处理地上生物量显著高于中华羊茅和青海草地早熟禾单播的生物量，但显著低于垂穗披碱草单播处理，混播处理地上生物量在M₅、M₈、M₉和M₁₀处理较高。而地下生物量在混播处理间无显著差异。混播处理中，仅M₅、M₈、M₉和M₁₀处理存在超产，达40.4~71.1 g·m^-2。M₄和M₆处理的多样性净效应均小于0，说明由于物种竞争导致群落减产。而M₇~M₁₀混播处理的多样性净效应均大于0，说明物种生态位的互补使得群落高产。M₈和M₉处理中互补效应和选择效应共同主导了超产效应，而M₅和M₁₀处理中主要由互补作用主导超产效应。表层土壤的有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾含量在M₆、M₇和M₁₀混播处理中较高。TOPSIS模型综合评价表明，M₁₀混播处理不但可保持较高的生产力，还可显著提高土壤的养分含量，是三江源区人工草地建植的理想混播比例。     

博斯腾湖沉积物氨氧化细菌的筛选与鉴定

为了解干旱区淡水湖泊沉积物微生物在氨氧化中的功能,利用铵盐培养基对博斯腾湖不同深度沉积物进行驯化培养,结合水环境因子分析混合菌株产亚硝酸盐能力,从中分离纯化氨氧化细菌并对其氨转化能力进行试验。结果表明,6个采样位点12个样品中,11号位点深层沉积物(20～40 cm)混合菌株能有效利用铵盐产生亚硝酸盐,且连续6 d稳定维持其质量浓度高达20 mg/L以上。进而,从该混合菌液中分离得到30株单菌,其中有2株呈现出明显的氨氧化细菌特性。通过16S rRNA基因序列比对及形态学分析分别鉴定其为弯曲芽孢杆菌(Bacillus flexus)和赤红球菌(Rhodococcus ruber)。     

残塬沟壑区果园复合种植对土壤动物群落特征的影响

为了解苹果复合种植即果-蔬[MB]、果-草[MH]、果-荒[MW]、果-粮[MZ]模式下土壤动物群落结构特征,采用手拣法和改良干、湿生漏斗法,对黄土残塬沟壑区苹果园4种复合种植模式下的土壤动物群落组成及特征进行调查研究。4种模式下共分离得到土壤动物57.33百只/m~2,隶属4门11纲23目42个类群。4种复合种植模式下土壤动物个体密度和类群数的垂直分布特征表现出明显的表聚特征,水平分布特征表现为果-草[MH]果-蔬[MB]果-荒[MW]≥果-粮[MZ]。果-草[MH]复合种植模式下土壤动物的多样性指数、均匀度指数及丰富度指数最高,优势度指数最低,表明4种复合种植模式对果园土壤动物类群多样性的影响呈现不同的特征。研究结果可为黄土残塬沟壑区苹果果园生物多样性保护提供土壤动物生态学依据。     

基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。