基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

水肥调控对滴灌马铃薯生长、品质及水肥利用的影响

研究生育期土壤水分下限调控和施肥对陕北榆林地区滴灌马铃薯生长、品质和水肥利用的影响,以期探寻马铃薯优质高产的水肥调控模式。以马铃薯紫花白为材料,分别在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期设置3个土壤水分调控下限水平:W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%),4个施肥水平N-P_2O_5-K_2O (kg·hm~(-2))分别为F1(100-40-150 kg·hm~(-2))、F2(150-60-225 kg·hm~(-2))、F3(200-80-300 kg·hm~(-2))、F4(250-100-375 kg·hm~(-2)),共12个处理,在生育期内对马铃薯生长、产量及品质等指标进行观测,分析马铃薯各指标对水肥的响应机制。结果表明:(1)在同一施肥水平下,W2灌水处理的马铃薯生长、产量、品质、水肥利用效率(WUE)均显著高于W1和W3处理。W2处理的平均产量为43 187.15 kg·hm~(-2),比W1和W3分别增加了24.59%和5.26%,淀粉和维生素C含量分别增加了15.32%和6.37%,8.04%和4.66%,WUE分别增加了15.53%和7.54%,肥料偏生产力(PFP)分别增加了21.65%和4.41%。(2)在同一灌水水平下,F3施肥处理的马铃薯生长、产量、WUE均显著高于F1、F2和F4处理,淀粉含量和维生素C含量在F2处理最高。F3处理的平均产量为44 691.32 kg·hm~(-2),比F1、F2和F4处理分别增加了41.79%、10.98%和6.34%。WUE随施肥量的增加均呈抛物线变化趋势,PFP随施肥量增加呈减小趋势,F1处理的PFP平均为108.69 kg·kg~(-1),比F2、F3和F4处理分别显著增加了17.41%、41.06%和87.50%。(3)运用主成分分析法评价马铃薯品质表明,F3W2处理排名第一,是榆林地区马铃薯优质高产的最优水肥组合。     

Investigation of environmental and land use impacts in forested permafrost headwaters of the Selenga-Baikal river system,Mongolia - Effects on discharge,water quality and macroinvertebrate diversity

Headwater streams play a major role for provision of ecosystem services, e.g. drinking water. We investigated a high-altitude headwater catchment of the Kharaa River (including 41 1st-order rivers) to understand the impact of land cover (especially forest cover), environment and human usage on runoff, chemical water quality and macroinvertebrate fauna in a river basin under discontinuous permafrost conditions in an arid, sparsely populated region of Mongolia. To verify our hypotheses that different landuses and environmental impacts in permafrost headwaters influence water quality, we investigated 105 sampling sites, 37 of them at intermittent stream sections without water flow. Discharge was positively impacted by land cover types steppe, grassland and forest and negatively by shrubland, forest burnt by wild fires (indicating a reduction of permafrost) and slope. Water quality was affected by altitude, longitude and latitude, shrub growth and water temperature. Shannon diversity of macroinvertebrates was driven by water temperature, iron content of the water, flow velocity, and subbasin size (adjusted R² = 0.54). Sample plots clustered in three groups that differed in water chemistry, macroinvertebrate diversity, species composition and bio-indicators. Our study confirms that steppes and grasslands have a higher contribution to runoff than forests, forest cover has a positive impact on water quality, and diversity of macroinvertebrates is higher in sites with less nutrients and pollutants. The excellent ecological status of the upper reaches of the Kharaa is severely threatened by forest fires and human-induced climate change and urgently needs to be conserved.     

Straw mulching with fertilizer nitrogen: An approach for improving crop yield,soil nutrients and enzyme activities

Field experiments were conducted to study soil properties, soil enzymes activities, water use efficiency (WUE) and crop productivity after six years of soya bean straw mulching in the semi‐arid conditions of China. The experiment included four treatments: CK (Control), N (240 kg N ha^‐1), H (soya bean straw mulching at half rate 700 kg ha^‐1 with 240 kg N ha^‐1) and F (soya bean straw mulching at full rate 1,400 kg ha^‐1 with 240 kg N ha^‐1). Soil organic carbon (SOC), soil labile organic carbon (LOC), soil available N (AN), available P (AP) and enzyme activities were analysed after wheat harvesting in 2016 and 2017. Results show that straw amounts had positive effects on the soil fertility indices being higher for treatment F. The SOC, LOC, AN, AP and enzyme activities (i.e. saccharase, urease and alkaline phosphatase) were in the order of F > H > N > CK. High wheat grain yield and WUE were observed for F treatment. A total of six years mulching along with 240 kg ha^‐1 nitrogen fertilizer application is sufficient for wheat yield stability and improving soil properties except urease activities in the semi‐arid condition of China. However, the straw mulching amount should be further studied with minimum nitrogen fertilizer for an environment‐friendly and effective approach for improving the soil biological properties with adequate crop production on a sustainable basis in the semi‐arid region of China.     

抗旱节水小麦分子遗传育种研究进展

干旱缺水等自然灾害会导致小麦产量年度间变幅较大,尤其在小麦主产区黄淮地区更为严重。小麦抗旱节水育种是应对干旱的重大措施。本综述对小麦抗旱节水常规育种、抗旱节水分子遗传育种相关性状QTL定位、抗旱相关功能基因克隆鉴定、转基因等方面的研究进展进行了综述。水旱亲本杂交与异地交叉选择是卓有成效的常规育种方法,通过分子标记鉴定了关于根重、根长、胚芽鞘、高水分利用效率等相关性状的大量QTL;42个抗旱相关基因被克隆并进行基因功能分析和验证,均从不同代谢通路上影响着小麦抗旱性;14个来自不同供体的抗旱相关基因被研究者导入小麦品种后,转基因小麦植株的抗旱能力均得到不同程度的提高,部分植株在产量和其它抗逆性方面也得到提高。以上研究进展为抗旱节水小麦分子设计育种提供了理论依据和发展方向。     

拔节后补灌对不同穗型冬小麦耗水和籽粒产量的影响

为探究拔节期和开花期不同补灌方案对不同穗型冬小麦耗水特性、籽粒产量和水分利用效率的影响，于2017-2019年在山东省泰安市以大穗型品种山农23和中多穗型品种山农29为试验材料，以拔节后无灌水(T1)为对照，设置拔节期补灌目标为0~20 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T2)、拔节期和开花期补灌目标为0~20 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T3)和拔节期补灌目标为0~40 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T4) 3种补灌方案。结果表明，拔节后不同补灌方案对大穗型和多穗型小麦品种影响基本一致。与T1处理相比，T4处理显著提高了0~100 cm土层土壤相对含水率，使60~100 cm土层土壤相对含水率在开花期仍保持较高水平；T3处理显著提高了拔节期0～60 cm和开花期0~40 cm土层土壤相对含水率。与T3处理相比，T4处理的拔节至开花阶段耗水量增加了28.9%，其中对上层土壤总供水的表观消耗量增加了66.4%；T4处理在开花至成熟阶段对深层土壤总供水的表观消耗量增加了68.0%，对上层土壤总供水的表观消耗量降低了37.4%。在开花至成熟期降水较多(121.2 mm)的年份，T4处理的开花至成熟阶段耗水量、开花后旗叶净光合速率和籽粒产量相对于T3处理均无显著变化，但总耗水量较高，水分利用效率显著降低；在开花至成熟期降水较少(45.2 mm)的年份，T4处理的开花至成熟期的阶段耗水量、开花后旗叶净光合速率、籽粒产量和水分利用效率较T3处理均显著降低。因此，在小麦全生育期降水量为111.6~220.2 mm、开花后降水量为45.2~121.2 mm的条件下，大穗型和中多穗型小麦品种均以在拔节期和开花期将0~20 cm土层补灌至100%田间持水率的补灌方案最优，可同时实现高产和高水分利用效率。     

喀斯特山区不同土地利用方式下石灰土化学风化特性

研究喀斯特山区不同土地利用方式（耕地、荒草地、退耕还草地和林草间作地）石灰土剖面化学风化特征，探讨矿质元素在石灰土剖面的分布、迁移和富集特征，从不同土地利用方式下土壤风化度，元素淋溶度、迁移度和残积度的角度分析土壤化学风化特征。结果表明：喀斯特山区石灰土剖面氧化物含量以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主，其他氧化物含量相对较低，均属于中等变异元素，SiO₂、Al₂O₃、MgO含量以荒草地较高，CaO、Na₂O含量以林草间作地较高，Fe₂O₃、MnO、P₂O₅、K₂O以耕地较高；研究区土壤处于中等化学风化阶段，富铝化程度弱，不同土地利用方式下荒草地土壤化学蚀变系数较强，林草间作地土壤富铝化程度较高；研究区土壤K、Na、Ca淋失严重，荒草地盐基离子淋失明显，林草间作地盐基离子淋失程度相对较低；土壤Fe、Al相对富集明显，残积程度高，林草间作地Al含量积累明显，退耕还草地Fe含量富集显著；实施“退耕—还草”等增加植被覆盖度的治理模式对土壤的保护作用显著。     

麦/油-稻轮作下秸秆还田与氮肥管理对直播杂交稻氮素利用特征的影响

【目的】探明秸秆还田和氮肥管理对麦/油后直播杂交稻氮素积累、转运、氮肥利用效率及籽粒产量的影响。【方法】选用优质三系杂交稻宜香优2115,采用二因素裂区设计,麦、油茬田同步开展试验,处理完全一致。主区为麦/油秸秆全量翻埋还田(M₁)和秸秆不还田(对照,M₀),副区设4个氮肥管理,即不施氮对照(N₀)、m_基肥∶m_分蘖肥∶m_促花肥∶m_保花肥比例分别为1∶0∶0∶0(N₁)、3∶3∶2∶2(N₂)、2∶2∶3∶3(N₃),测定了直播杂交稻主要生育时期各器官的氮素积累量及籽粒产量。【结果】结果表明,两种轮作方式下,氮肥管理对直播杂交稻主要生育时期的氮素积累、齐穗后茎鞘、叶片的氮素转运及稻株氮素利用效率均存在显著或极显著的调控效应。秸秆还田显著提高麦/油茬杂交稻中后期的氮素积累量、茎鞘和叶片的氮素转运量以及氮肥利用效率,其中,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观利用率较秸秆不还田分别提高了34.96%/28.76%、2.52%/2.61%和31.91%/22.30%。同时,油菜秸秆还田下直播杂交稻各生育时期氮素积累和产量较麦秆还田表现更好,籽粒产量提高481 kg/hm²(5.22%)。M₁N₂处理、M₀N₃处理下,直播杂交稻各阶段的氮素积累速率明显加大,促进结实期茎鞘和叶片的氮素向穗部转运,成熟期稻株氮素积累量优势明显且有较高的氮素利用效率(麦/油茬稻氮肥农学利用率、偏生产力和表观利用率分别达17.87 kg∙kg^-1/17.85 kg∙kg^-1、67.27 kg∙kg^-1/71.28 kg∙kg^-1、74.93%/75.05%),最终实现高产。【结论】在麦/油-稻轮作下秸秆全量还田,配合N₂氮肥管理,可有效提高直播杂交稻氮素吸收、利用效率,增加籽粒产量,尤以油菜秸杆还田的效果更好。