土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能

土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度,当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个方面。土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅有10余年时间,但已呈现对象广、内容多、水平宽、方法新等特点,特别是分子生物学技术在很大程度上决定并体现了其研究水平和发展进程。然而,如何进一步改进土壤微生物的培养技能、加强土壤宏基因组学分析与应用、耦合土壤微生物多样性与生态功能、揭示土壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的4个关键科学问题。当然,土壤微生物多样性的生态系统服务功能是其根本价值所在,主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等3个方面。今后,土壤微生物多样性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程、生态服务功能三者之间的联系,着重建立土壤微生物多样性的研究指标和方法体系,进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程。  

工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力学过程

工程堆积体产生的新增水土流失严重威胁工程建设区及其附近区域的生态安全。该文采用野外放水冲刷试验的方法，对神木-府谷高速公路沿线典型工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力过程进行了研究，结果表明，1）水流剪切力、水流功率及径流动能对薄层水流侵蚀土壤剥蚀率的影响皆可用线性方程描述，单位水流功率、过水断面单位能量的影响不显著；2）水流剪切力、水流功率、过水断面单位能量对细沟侵蚀土壤剥蚀率的影响皆可用线性方程描述，单位水流功率的影响可用幂函数方程描述，径流动能的影响可用对数线性方程描述；3）水流功率是与土壤剥蚀率关系最好的水动力学参数，是坡面侵蚀的动力根源；4）发生细沟侵蚀的临界水流功率为3 N/(m·s)，细沟可蚀性参数为8×10-3 s2/m2。该结果可为工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀模型的建立奠定基础，为生产建设项目区新增水土流失治理提供科学依据。  

利用马尔科夫过程预测黄河三角洲新生湿地土地利用/覆被格局的变化

在ARC/INFO的支持下,由黄河三角洲3个时期的遥感图像和地形图获得的土地利用／覆被类型数据,确定土地利用／覆被的初始状态矩阵和转移概率矩阵,据此用马尔柯夫链模型对近代黄河三角洲的土地利用／覆被格局的未来变化趋势进行了预测。χ2检验表明,模拟结果与实际情况基本吻合,因此用该模型预测未来土地利用／覆被格局的变化是可靠的。结果表明,黄河三角洲土地利用／覆被格局正处在一种变化状态,耕地、柽柳芦苇地、翅碱蓬獐茅地、滩涂面积逐年减少：而水域、芦苇地、林地、柽柳地、建设用地则逐年增加。到2020年水域将达到6．54％,芦苇地8．02％,林地1．41％,耕地35．20％,柽柳地0．21％,柽柳芦苇地8．10％,翅碱蓬獐茅地5．46％,滩涂4．23％,建设用地30．82％,这预示着近代黄河三角洲人为干扰仍然是土地利用／覆被格局变化的主要方面。根据模拟结果可调整各类土地利用／覆被格局,为宏观决策提供科学依据。  

典型喀斯特地区石漠化演变过程对土壤质量性状的影响

在一个较小的时空尺度上对典型喀斯特地区石漠化过程中的土壤质量演变特征及其退化过程进行了探讨。结果表明：由于植被破坏和耕地的开垦发生土壤颗粒粗化，向石漠化景观发展，土体结构破坏，容重增加0．12～0．60g／cm^3，总孔隙度降低12．0％～39．8％，持水性能变劣，养分也随之下降；〈0．05mm的粘粉粒流失，表层土壤有机质和全氮含量下降33．4％～84．6％和43．3％～85．2％。土壤质量的演变，既有系统本身的自然属性决定的内在原因，更重要的是人为的外部干扰体系的驱动；演变的过程既有渐变型，又有跃变型。  

不同降雨强度下地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明,红壤坡面起始产流时间随坡度的增加有所提前,但不明显,坡面起始产流时间的早晚主要受降雨强度控制;坡面径流量随雨强的增大而增大,随坡度的变化比较复杂,在雨强为50mm/h时,径流量随坡度的增加而减小,在雨强为75mm/h时,径流量随坡度的增加先增大后减小;不同降雨强度下各坡度的侵蚀产沙率都是在降雨初期急剧上升,随后以指数下降,形成一个向左倾斜的曲线。坡度对坡面侵蚀产沙的影响随雨强的增大而增强;红壤坡面土壤侵蚀量随雨强的增大明显增大,随坡度的增加,在50mm/h小雨强时呈现先增加后减小的变化趋势,在坡度20°附近存在临界坡度;在75mm/h雨强下,侵蚀量随坡度增大而增大。  

林地枯落物层水文特征研究进展

 林地枯落物层作为森林水文功能的第2作用层,在涵养水源和保持水土中发挥了重大作用。通过综述国内外林地枯落物层水文特征的研究内容、室内外研究方法以及水文过程模拟的研究现状,指出目前我国在林地枯落物层水文特征研究过程中存在的主要问题是,研究内容单一和研究方法落后;认为野外定位试验对于全面了解枯落物层水文特征乃至水文过程具有重要意义,是今后研究的重点;同时,认为室内模拟降雨和变雨强研究能够深入了解野外枯落物层的降雨截持能力和截持机理;枯落物层水分动态是多水文过程和多因素综合作用的结果,物理模型的建立与参数的确定对于深入了解枯落物层的水分变化状况,合理营林等具有重要作用。  

气吸滚筒式排种器吸种过程的动力学分析

为了分析工作参数对气吸滚筒式排种器吸种性能的影响，建立了种子和滚筒的三维模型，在恒压力边界条件下，运用Fluent软件计算种子在真实吸种气流场中的受力，并采用中心差分法求解种子运动方程，得到种子吸附瞬态运动轨迹为：首先在轴向吸力的作用下，种子沿种盘作水平运动；随着滚筒的转动，种子受到的径向吸力迅速增大，并从种盘上被吸起，与滚筒发生碰撞后，沿壁面向着吸孔中心滑移，最终被吸孔吸附。排种器的吸种性能随滚筒转速的提高而降低，随负压差的升高而增强。以油菜种子为对象，在自制的排种器上进行性能试验，结果表明，当负压差为3～4 kPa、滚筒转速在15 r/min附近时，排种器的播种合格指数超过95%，为排种器的结构调整和工作参数优化提供了依据。  

基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析

综合利用遥感和地理信息系统技术，对黄河三角洲1992－2005年间的土地利用变化进行解译判读，构建区域生态系统服务价值评价模型，对生态系统服务价值进行系统核算，量化土地利用变化对黄河三角洲生态系统服务价值的影响。结果表明：黄河三角洲区域生态系统服务价值在1992、1996、2001和2005年分别为48.75×108、49.75×108、58.18×108和 49.22×108元。滩涂地、灌草地和水域是生态系统服务价值构成中贡献最大的3种土地利用类型，占到总生态系统服务价值的80%以上。利用马尔柯夫过程对2010年的土地利用构成和生态系统服务价值进行预测，2010年区域生态系统服务价值将减少为47.77×108元。如果考虑海岸线蚀退的趋势，区域生态系统服务价值将会进一步减少。  

提高农田水分利用效率的调控机制

提高作物水分利用效率是解决农业淡水资源匮乏的重要途径。本文从水氮调控作物叶片和群体耗水过程、根系调控提高土壤水分的有效性和遗传改良提升作物水分利用效率3个方面论述了国内外研究进展,并提出华北粮食作物生产中通过上述3个方面提升农田水分利用效率存在的问题及对策,为提升华北严重缺水区主要作物农田水分利用效率提供参考。主要包括:1)通过调控有限灌溉农田水分的时空分布,优化地上、地下干物质形成、分配,提高单位农田耗水的生产效率,是充分发挥农田节水潜力的一个重要途径;2)在华北对于压实严重且影响作物生长的土壤上,研究深耕深松结合轮作制度改良上层和下层土壤压实,促进根系生长,对改善长期大型机械耕种可能对作物产生的不利影响有重要意义;3)华北主要作物冬小麦和夏玉米通过品种更新来实现水分利用效率提高的幅度在减小,急需通过高水效品种选育突破,降低品种的生理需水量,实现进一步增产节水目标。  

黄土坡面细沟侵蚀发育过程与模拟

以坡面细沟侵蚀过程为研究对象,利用人工模拟降雨试验和三维激光扫描技术,研究了同一坡面三场间歇性降雨下细沟侵蚀发生、发展和演化的图形化过程;同时,采用已有细沟侵蚀过程模型(CARill),结合Net Logo软件,将试验结果与模型模拟结果进行对比分析。结果表明:(1)扫描三场降雨图形化过程显示:侵蚀阶段呈现出溅蚀—片蚀—跌坑—断续细沟—连续细沟—细沟崩塌过程,沟长发育迅速,沟宽和沟深发育相对缓慢,细沟沟网形成迅速,降雨结束后侵蚀强度达到22.11 kg m-2,较初期降雨侵蚀增加了22.04倍。(2)CA-Rill模型模拟结果显示,在细沟侵蚀演化图形化过程方面,该模型可较完整地模拟细沟形态发育过程,实现细沟侵蚀的发生、发展以及演化过程中细沟形态的可视化模拟;(3)模型模拟三场降雨细沟侵蚀参数t检验结果发现:最长平均沟深、最大沟深、最长沟平均沟宽模拟效果不好;而细沟平面密度、最长沟长、侵蚀强度模拟效果较好。