土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对荒漠草地沙漠化过程中土壤碳库变异的表征

以干旱、半干旱地区荒漠草地不同沙漠化阶段土壤为研究对象,研究不同沙漠化阶段土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳含量和分配比例变异规律,分析不同沙漠化阶段土壤碳库指数变化,探讨荒漠草地沙漠化过程中土壤易氧化有机碳与溶解性有机碳对土壤碳库的表征作用。结果表明,随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,易氧化有机碳含量表现出一定的波动性,但整体呈下降趋势,溶解性有机碳含量呈线性下降。易氧化有机碳和溶解性有机碳分配比例均在荒漠草地达到最大值,在半固定沙地达到最小值。利用易氧化有机碳含量计算的土壤碳库管理指数随荒漠草地沙漠化程度增加表现出先下降后上升趋势,利用溶解性有机碳含量计算的土壤碳库管理指数呈线性下降趋势。易氧化有机碳、溶解性有机碳含量与土壤有机碳均显著正相关,但溶解性有机碳的相关系数略高于易氧化有机碳。通过比较活度敏感指数和碳库管理指数敏感指数发现,荒漠草地逆向演替至固定沙地过程中,易氧化有机碳的各项敏感指数均高于溶解性有机碳。固定沙地演替至流动沙地过程中,溶解性有机碳的各项敏感指数均高于易氧化有机碳,表明易氧化有机碳能够较好地表征荒漠草地沙漠化前期土壤碳库变化,而荒漠草地沙漠化中期和后期利用溶解性有机碳表征效果更好。     

砂田抑制蒸发功能随覆砂年限的演变规律

【目的】研究压砂覆盖(砂田)保温及抑制蒸发功能随砂田退化程度的演变规律。【方法】基于多年Landsat卫星数据,使用辐射传输方程法反演香山地区砂田地表温度(LST),结合田间地表温度监测,对比砂田与裸地的地表温度变化,分析了砂田抑制土壤蒸发的机理,并探讨了砂田的功效与砂田使用年限的关系。【结果】砂田在LST-NDVI梯形空间中贴近于暖边,其土壤水分比耕地少,接近于干土层。因此,砂田可以隔离辐射与土壤表层,从而减小潜热通量,抑制土壤蒸发。砂田昼夜温差明显比裸地大,且对于西瓜等作物,砂田的有效地表积温也比裸地提高了10%。【结论】砂田退化过程可分为纯砾石阶段、砂土混合阶段和砂土连通阶段,从砂田的保温及抑制蒸发功能来看,砂田的有效使用年限为25～30 a。     

2种紫花苜蓿耐盐生理特性的初步研究

为研究2种紫花苜蓿(Medicagosativa L.)“阿迪娜”(耐盐基因型)和“秘鲁”(敏盐基因型)在盐胁迫处理下的生理特性与耐盐机理,采用150mmol/LNaCl胁迫处理2种紫花苜蓿幼苗,分别测定盐处理前和处理后2,4,6,8,16h的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(PRO)、相对含水量(RWC)和叶绿素(Chl)含量。结果表明:2种紫花苜蓿的过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性和丙二醛含量在盐胁迫下总体呈上升趋势,脯氨酸含量和相对含水量表现出相反的趋势。叶绿素含量在盐胁迫前期稳定不变,但在胁迫后期显著性下降;2种紫花苜蓿的相对含水量和叶绿素含量的变化趋势与植株表型变化相对应。主成分分析表明,过氧化氢酶和丙二醛的贡献率最大,能更好地为苜蓿耐盐机理及分子育种研究提供理论依据。     

宁夏荒漠草原不同土地利用方式对土壤活性有机碳的影响

以宁夏荒漠草原不同土地利用方式(耕地、弃耕地、草地和柠条地)的土壤为研究对象,测定了不同土层土壤有机碳和活性有机碳含量,分析了土壤活性有机碳占有机碳的比例,以期探寻不同土地利用方式对土壤活性有机碳的影响。结果表明:不同土地利用方式土壤总有机碳含量范围在1.78~6.17 g·kg^-1,具体表现为弃耕地>柠条地>草地>耕地。表层(0~5 cm)土壤有机碳含量显著高于深层(10~60 cm),说明荒漠草原土壤有机碳主要富集在表层;4种土地利用方式土壤易氧化有机碳含量为0.57~1.38 mg·g^-1,变化趋势具体表现为柠条地>草地>耕地>弃耕地,且柠条地在每个土层都高于其它3种土地利用方式;土壤可溶性有机碳含量范围为6.8~11.1 mg·kg^-1,变化趋势表现为草地>耕地>柠条地>弃耕地。土壤易氧化有机碳含量占有机碳的比例范围为13.7%~43.1%,大小排序为柠条地>耕地>草地>弃耕地;土壤可溶性有机碳含量占有机碳的比例范围为0.11%~0.48%,比例大小为耕地>草地>柠条地>弃耕地,耕地和草地中土壤可溶性有机碳含量占有机碳比例随着土壤深度的增加而减小,这与有机碳在耕地和草地中变化趋势一致。土地利用变化可以显著影响土壤活性有机碳的含量与分布,能够敏感的反映土壤碳库的变化,可以作为评价宁夏荒漠草原土壤质量和肥力的指标之一。     

宁夏东部荒漠草原猪毛蒿光合特征和水分利用效率对降水变化的响应

荒漠草原植物的生长和生存受降水影响很大,本研究以宁夏东部荒漠草原猪毛蒿种群为研究对象,2017-2020年连续4年监测了降水改变条件下土壤水分特征,测定了猪毛蒿净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度等光合特征,并对其内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率进行了分析。研究表明：4年中无效降水事件（<5 mm）发生次数较多,占当年降水频次的60.00%~82.54%;大雨（≥25 mm且≤49.9 mm）和暴雨等级（≥50 mm）降水事件较少,平均单次降水事件的降水量仅为3.3~6.5 mm·次^-1。不同处理各土层的土壤含水量存在较大差异,表层（10 cm）土壤含水量较次表层（20 cm）和深层（60 cm）的变幅大;次表层（20 cm）土壤平均含水量低于表层,与小降水事件发生频次较高无法入渗补给以及植物吸收消耗有关;深层（60 cm）土壤含水量变化小,较稳定。净光合速率随着光合有效辐射的增加而增大,当光合有效辐射在400~1600 μmol·m^-2·s^-1时,增雨处理提高了猪毛蒿的净光合速率;在光合有效辐射>1600 μmol·m^-2·s^-1时,猪毛蒿净光合速率有下降趋势,且增雨处理下降幅度最大。光合有效辐射在>400 μmol·m^-2·s^-1时,胞间CO₂浓度呈直线下降,达到1600 μmol·m^-2·s^-1时,胞间CO₂浓度最小。蒸腾速率和气孔导度随着光照强度的增加未有显著变化,但增雨处理下猪毛蒿的蒸腾速率和气孔导度均大于其他处理。气孔限制值随着光合有效辐射的增加呈上升趋势,同时降水的增加减小了气孔限制值。猪毛蒿的内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率均在较低的光照强度时（<400 μmol·m^-2·s^-1）随着光强的增加而迅速增大,之后增速减缓。各处理中猪毛蒿最大内禀水分利用效率和最大瞬时水分利用效率在1600~2000 μmol·m^-2·s^-1时达到最大。随着干旱程度的增加,猪毛蒿最大水分利用效率对应的光照强度由2000减小至1600 μmol·m^-2·s^-1。在荒漠草原,当光照强度>400 μmol·m^-2·s^-1时,适度干旱提高了猪毛蒿的水分利用效率。     

基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律

[目的]对典型农牧交错区的蒸散格局、演变特征及其生态系统需水规律进行研究,为区域生态治理和水资源管理提供科学依据。[方法]以宁夏回族自治区盐池县为例,选择2000—2017年的4期Landsat遥感数据和气象资料等辅助数据,利用SEBAL模型反演该县不同时期秋季初的日蒸散,结合同期土地利用类型数据进行分析研究。[结果]①秋季初的日蒸散量由2000年的0.89 mm/d增加到了2017年的1.71 mm/d,增幅为92.1%,增强趋势显著。②日蒸散具有较强的空间异质性,总体呈南高北低的格局,尤以东南部的黄土丘陵区蒸散最高;近17 a蒸散的年增幅也表现出南高北低的特征,但不同时段的年增幅空间格局存在较大差异。③不同地类的蒸散存在差异,耕地、林地和草地的平均蒸散量分别为1.42,1.33,1.27 mm/d,但蒸散量年增幅最大的是草地。④近17 a盐池县生态需水总量和各地类的生态需水量都在增加,各地类生态需水量由高到低依次是草地、耕地和林地,但单位生态需水量最高的是耕地,最小的是草地;近17 a耕地和林地的生态需水量占总生态需水量的比例在下降,而草地生态需水量的比例则呈上升趋势。[结论]在盐池县大力实行生态治理工程的背景下,区域蒸散显著增强,植被生态系统的需水量明显增加,不同地类的蒸散和需水结构也发生变化。     

2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律

蒸散是水文-生态过程耦合的纽带,对草地生态系统的稳定性十分重要,研究生态环境脆弱地区草地生态系统蒸散变化特征对于区域农牧业发展、生态恢复与重建和构建生态屏障意义明显。基于2000-2014年MOD16地表蒸散数据,利用回归分析、相关分析和重新标度极差分析等方法,研究了宁夏草地近15年的蒸散时空分布格局与演变规律,并讨论了可能影响因素。结果表明,2000-2014年,宁夏草地蒸散量介于177.51~274.43 mm,平均值为228.03 mm;受降水的年际波动影响,全区草地蒸散量在近15年呈不显著的上升趋势(P>0.05),不同类型草地的年蒸散量和月蒸散变化动态差异明显;从空间上来看,宁夏草地的多年平均蒸散量存在较强的空间异质性,呈现南高北低的分布格局,北部最低为135.84 mm,南部最高可达732.12 mm,但波动性不强;近15年,宁夏北部草地的蒸散以下降为主,降幅自北向南递减,中部和南部以上升为主,增幅自北向南递增,但大部分区域的蒸散变化幅度较小,总体变化不显著;未来,全区草地蒸散的正向特征显著,趋势发生反转的草地比例较小;降水量是决定全区草地蒸散空间分布格局和年际波动的主要因素,人类生产活动主导的土地利用类型变化对局部蒸散的影响不容忽视。     

基于SEBAL模型评估干旱半干旱区人工灌丛植被对陆表蒸散的影响

评估人工灌丛植被重建对干旱半干旱区陆地生态系统蒸散的影响,不仅能揭示植被变化与水文过程的耦合机理,又可为区域生态治理与水资源管理提供科学指导。该研究利用Landsat-8OLI/TIR遥感影像及气象数据等驱动SEBAL模型,反演宁夏盐池县的年内不同日期的陆表蒸散,结合目视解译选取的人工灌丛区与对照草地,评估了人工灌丛植被对陆表蒸散的影响。结果表明:1)SEBAL模型的蒸散反演精度与站点观测结果较为一致,可用于干旱半干旱区蒸散反演及空间特征研究;2)盐池县人工灌丛植被区日平均蒸散为1.20mm/d,高于对照草地1.17mm/d的日平均蒸散量,即干旱半干旱区人工种植灌木林增加了生态系统水分消耗,但不同季节和不同生物地理条件下的蒸散增强作用存在差异,蒸散增强在8月份最大,而3、4月份呈现负效应;3)人工灌丛的密度越大、植被盖度越高,对陆表蒸散的增强作用越强,特别在NDVI0.4的高盖度情况下蒸散增强作用更加明显。由此可知,在水资源紧缺的干旱半干旱区开展以灌木树种为主的植被重建需在合理的生态水文阈值范围内开展,才能构建出稳定可持续的人工生态系统。     

不同基因型玉米杂交种大喇叭口期的耐盐性

以25个不同基因型玉米品种为试验材料,在宁夏银北盐碱地(土壤含盐量为2.337~6.935 g·kg~(-1)),通过测定不同品种大喇叭口期的表型性状和生理生化指标进行耐盐性鉴定,并利用主成分分析和模糊隶属函数法对不同基因型玉米品种的耐盐性强弱进行综合评价。结果表明:随着盐胁迫程度的增加,不同玉米品种的株高、茎粗、相对叶绿素含量(SPAD值)均明显降低;轻度胁迫(土壤含盐量为2.337 g·kg~(-1))时,株高、茎粗、SPAD三者之间均呈极显著正相关;严重胁迫(土壤含盐量为6.935 g·kg~(-1))时,茎粗、SPAD值、冠层温度三者之间均呈显著正相关,冠层温度与超氧化物歧化酶(SOD)呈显著负相关,膜透性与SOD呈极显著正相关,其它各农艺性状与生理指标间均没有达到显著相关。不同基因型玉米品种的耐盐碱能力根据综合评价值(D值)大小来评价,将耐盐碱性分为四级:宁3-2/1528、A3高/1519为A类的玉米材料,其D值0.8,代表强耐盐性的品种;B类的玉米材料有6份,其0.6D值0.8,代表较耐盐性的品种;C类的玉米材料有12份,其由0.4D值0.6,代表弱耐盐性的品种;D类的玉米材料有5份,分别为H242/1522、北21/1522、A18/1506、A49/1528、TY1,其D值0.4,代表盐敏感性品种。     

KOH活化法制备沙柳枝木活性炭的研究

活性炭是一种疏松多孔的碳单质,具有吸附作用,已在诸多领域广泛应用,例如,食品加工、军事化学防护、环境保护等。针对沙柳枝木的利用现状,选取KOH为活化剂并且采用微波法制备沙柳枝木活性炭,研究了活化剂辐射时间、质量浓度、液料比、辐射功率、浸渍时间等因素对活性炭吸附性能的影响,通过对单因素试验结果的正交优化,得出活性炭制备的最佳方法如下：KOH活化法制备沙柳枝木活性炭的最佳工艺条件为：液料比4:1、浸渍时间18 h、辐照功率560 W、辐照时间20 min,该工艺条件下所制备的活性炭成品碘吸附值为1011.01 mg/g,达到了GB/T 13803.2—1999中一级品标准。