生长年限对苜蓿和柠条光合特征及土壤水分的影响

为了探究生长年限对衰败期苜蓿和中老龄柠条的叶片光合生理特征及土壤水分的影响，在2014年于地处黄土高原水蚀风蚀交错带强烈侵蚀中心的神木六道沟小流域，测定了不同生长年限苜蓿（ALF₁₀、ALF₁₃、ALF₃₃和ALF₄₉）和柠条（KOP₁₀、KOP₂₅、KOP₄₃和KOP₇₃）的叶片光合参数、叶结构性状参数以及0~400 cm土层土壤体积含水量（SWC_0-400）。结果表明：对于衰败期苜蓿，ALF₁₀和ALF₁₃叶片净光合速率（P_n）差异不显著（P>0.05），而后随生长年限的延长逐渐降低，ALF₃₃和ALF₄₉比ALF₁₃叶片的P_n（24.01 μmol·m^-2·s^-1）分别降低了2.32 μmol·m^-2·s^-1和7.76 μmol·m^-2·s^-1。相比ALF₁₀，随生长年限延长SWC_0-400恢复至10.88%（ALF₁₃），而后随着生长年限延长降低至8.81%（ALF₃₃）和6.12%（ALF₄₉）。土壤水分对ALF₃₃的限制作用不明显，水分胁迫使ALF₄₉非气孔限制值比ALF₃₃增大了0.340。对于中老龄期柠条，叶片P_n随生长年限的延长先升高后降低，KOP₂₅和KOP₄₃叶片P_n最大且两者差异不显著（P>0.05），比KOP₁₀（6.62 μmol·m^-2·s^-1）分别增大了6.57 μmol·m^-2·s^-1和7.66 μmol·m^-2·s^-1，KOP₇₃比KOP₄₃叶片P_n降低了4.95 μmol·m^-2·s^-1。对于同为黄绵土生长的KOP₁₀、KOP₄₃和KOP₇₃，SWC_0-400随生长年限延长逐渐上升，分别为8.50%、9.06%和10.71%。土壤水分恢复使KOP₄₃叶片气孔及非气孔限制值比KOP₁₀柠条降低了0.185和2.180。此外，柠条叶片相对叶绿素含量（SPAD）与P_n呈极显著正相关（P<0.001），相关系数为0.514。研究结果表明衰败期苜蓿和中老龄期柠条叶片光合性能呈波动式变化，这与土壤水分的相互作用有关。     

干热河谷冲沟侵蚀劣地坡积区土体性质与裂缝形态发育特征

采用实地调查和室内分析等方法,并结合数字图像处理技术,研究了干热河谷冲沟侵蚀劣地坡脚堆积区(PJ)、坡底沉积区(PD)和平地漫流区(PM)土体性质和裂缝形态发育特征,并探讨了土体性质对裂缝形态特征的影响。结果表明,(1)侵蚀劣地坡积区不同部位土体性质差异显著,其中土壤体积质量及黏粒质量分数均表现为PDPJPM,毛管孔隙度为PMPDPJ,有机质为PMPJPD;不同部位土体性质极值比:黏粒质量分数最大(1.94),有机质(0.65)次之,再次是毛管孔隙度(0.27),土壤体积质量(0.09)最小;PJ、PD土体性质变化主要受物源特性和沉积方式的影响,而PM土体性质主要与植被分布以及漫流有关。(2)干热河谷侵蚀劣地不同部位土体裂缝形态特征差异也十分显著,其中裂缝长度密度(Lc)及连通性指数(K)均表现为PDPJ≤PM,面积率(Rc)、面积周长比(APc)及加权平均分形维数(AWMFRAC)则整体上表现为PD≥PJPM(Ⅲ号坡积区的Rc除外);表明裂缝发育强度(Rc)及复杂程度(APc、AWMFRAC)PD最高,其次为PJ,再次是PM。(3)相关分析表明,长度密度与土壤体积质量(p=-0.782)、黏粒质量分数(p=-0.626)均呈显著负相关,连通性指数与黏粒质量分数呈显著负相关(p=-0.618),这表明土壤体积质量及黏粒质量分数对裂缝发育产生了重要影响。     

硒胁迫对紫花苜蓿硒积累及矿质元素吸收的效应

为了探讨硒胁迫对紫花苜蓿硒积累及对其他矿质元素吸收的影响。以3种苜蓿阿尔冈金、大叶苜蓿、维多利亚为试材,采用土培试验方法,研究了硒胁迫对紫花苜蓿不同组织的生物量、转运系数、耐性指数、硒积累量、硒含量和矿质元素含量的影响及紫花苜蓿对硒的积累能力。结果表明:施以100μmol/L硒时,硒处理显著提高了3个品种苜蓿根、茎、叶片的硒含量、耐性指数、硒积累量和K、P、Ca、Mg元素的吸收,当硒浓度为900μmol/L时,则降低了阿尔冈金和维多利亚不同器官生物量及大叶苜蓿根的生物量积累,且降低了阿尔冈金和维多利亚不同器官及大叶苜蓿根和茎对Zn吸收积累量。不同品种间相比较,大叶苜蓿生物量、硒积累量和K、P、Mg元素吸收显著高于其他2个苜蓿,且差异显著。综合评价表明,大叶苜蓿对矿质元素和Se有较好的吸收和富集能力。     

水分胁迫及复水过程4种牧草形态及其生理特征表达

草地作为半干旱区的主要植被类型之一，开展牧草对土壤水分变化响应机制的研究，对于该地区水资源的可持续利用和生态环境的建设均有重要意义。本文以选取半干旱区4种典型牧草作为研究对象，在对其进行干旱及旱后复水处理模拟自然降水过程的基础上，分析牧草的形态、水分生理、光合生理等特征对土壤水分变化的响应，结果表明：① 水分胁迫下牧草地上形态指标（单叶面积、地上干重）呈显著的下降趋势，而地下形态指标（地下干重、根冠比）则反之；复水结束后，牧草形态特征指标有明显的恢复，披碱草(Elymus nutans Griseb.)和黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)出现了超补偿效应。② 水分胁迫下牧草水分生理特征表现为明显的下降趋势，复水后逐渐恢复，复水14~21 d后基本恢复对照组水平。干旱条件下，2种豆科牧草能维持较高的水势，属于高水势延迟脱水型；而禾本科牧草属于低水势忍耐脱水型。③ 水分胁迫下，牧草光合生理特征也表现为明显的下降趋势，轻微水分胁迫能够暂时提高豆科牧草光合能力；豆科和禾本科牧草叶片光合特性对干旱的响应机制存在一定的差异，面对干旱胁迫，豆科牧草通过及时关闭气孔来减少水分散失，而禾本科牧草通过延缓气孔关闭牺牲叶片水分的方式维持正常生长。     

近60年山西省降雨侵蚀力时空变化特征

[目的]揭示降雨引发区域土壤侵蚀的潜在能力，分析降雨侵蚀力时空变化特征，为区域生态建设和水土流失治理提供科技支撑。[方法]基于近60 a(1960—2020年)山西省气象站点均一化逐日降水数据，采用线性回归及Mann-Kendall非参数检验、Hurst检验和地理信息空间插值等方法对山西省降雨侵蚀力变化趋势和时空分布特征进行分析，探讨了近60年山西省降雨侵蚀力时空变化。[结果]山西省1960—2020年多年平均降雨侵蚀力变化范围为828.29～3 002.21 MJ·mm/(hm²·h),最低值出现在1997年，最高值出现在1964年；各站点的降雨侵蚀力年际变化趋势迥异，其中五台山站呈显著下降趋势，除侯马站外，其他站点均呈下降趋势，且Hurst指数均高于0.5,表明该下降的趋势将长期持续；山西省多年平均降雨侵蚀力空间分布呈现东南高西北低的特征，且与降雨侵蚀力与地形存在一定的正相关关系。[结论]山西省大部分地区降雨侵蚀力呈下降趋势，黄河沿线表现为上升趋势，未来水土保持与生态治理工作依旧艰巨，应进一步加强山西省黄河沿线生态建设与水土流失综合治理。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

黄土残塬沟壑区不同林龄与坡向人工刺槐林生态系统服务协同关系

[目的] 通过权衡关系的研究探索不同林龄与坡向人工刺槐林多项生态系统服务间的差异及动态变化关系，为黄土残塬沟壑区人工刺槐林的经营管理提供理论依据。[方法] 按照不同林龄阶段和坡向共设置36个样地，对所选林分的涵养水源、土壤碳储量、土壤氮储量、年均生产力、生物多样性5个方面的生态系统服务进行测算，利用均方根偏差（RMSD）对该区人工刺槐林生态系统服务的权衡与协同关系进行研究，对生态系统服务与林分因子进行冗余分析。[结果] ①不同林龄、坡向人工刺槐林的生态系统服务差异显著（p<0.05）；随林龄增加，涵养水源量和年均生产力从幼龄林到中龄林增加达到最大值，随后逐渐减小；而生物多样性则呈先增后减趋势，在成熟林时期最高；土壤碳、氮储量随林龄增加呈逐渐增加趋势；阴坡的各生态系统服务价值均高于阳坡。②林龄是引起生态系统服务权衡关系变化的主导因子（p<0.05），坡向对生态系统服务权衡关系的影响不显著（p > 0.05），土壤碳固存与土壤氮固存呈协同关系，涵养水源与其他生态系统服务的权衡关系相比程度较高。③人工刺槐林5项生态系统服务与盖度、郁闭度、凋落物厚度呈现不同程度的正相关，与坡度呈现不同程度的负相关。[结论] 人工刺槐林生态系统服务在中龄林和过熟林时期权衡度高，不利于整体生态系统服务效益的发挥。应在中龄林时期引入耐旱灌木或乡土草本，在过熟林经营过程中，在满足涵养水源的前提下，合理控制林分密度，促进其他生态系统服务的作用，提高整体效益。     

基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

全国水土保持功能年度价值评价研究

依据《中华人民共和国水土保持法释义》对水土保持功能的定义,分析了水土保持设施、地貌植被所发挥或蕴藏的有利于保护水土资源、防灾减灾、改善生态、促进社会进步等作用的内涵。在借鉴国内外先进经验和研究成果基础上,结合我国水土流失特点、水土保持现状,界定出水土保持功能价值概念。采用生态经济学计量方法,结合实际调研情况,分析各个指标之间的逻辑关系,建立了水土保持功能价值评价模型。按照国家水土保持区划一级分区,适当考虑二级分区和三级分区,以及全国水土流失动态监测站网分布概况,收集39个典型县(市、区)2016年度的土壤、水文、气象等观测资料,测算出其水土保持功能价值,进而推算至全类型区,再从8个水土保持一级分区的水土保持功能价值推算出2016年度全国水土保持功能价值,并在对测算结果进行分析讨论的基础上,对国家制定水土保持生态文明对策提出了建议。     

向日葵光合作用能力最强叶片探讨及其光合作用日变化研究

以"先瑞9号"、"T9938"2个向日葵品种为试材,在其初花期利用Li-6400光合仪,依次从植株顶部到基部测定不同节位叶片的光合作用及光合能力最强叶片的光合作用日变化,以规范测定标准并为比较、分析向日葵叶片光合能力提供指导。结果表明:对不同节位向日葵叶片,光合速率、气孔导度"先瑞9号"以第5节位最高,"T9938"以第6节位最高;蒸腾速率"先瑞9号"以第6节位最高,"T9938"以第7节位最高;胞间CO2浓度"先瑞9号"以第5、6节位最低,"T9938"以第6节位最低;2个品种光合作用能力最强节位叶片分别是"先瑞9号"为第5节位叶片,"T9938"为第6节位叶片,其光合速率、气孔导度均在11:00时达到最高值,胞间CO2浓度在11:00时达到最低值;蒸腾速率"先瑞9号"在13:00时达到最高值,"T9938"在14:00时达到最高值;选择顶部完全发育、完全伸展的最高节位叶片,在11:00时测定,其测定值可代表初花期向日葵叶片的最大光合能力。