氮添加对白羊草土壤球囊霉素含量特征的影响

球囊霉素或球囊霉素类相关蛋白(glomalin-related soil protein,GRSP)是丛枝菌根真菌(AMF)分泌的一种疏水性蛋白。为研究氮沉降对土壤GRSP的影响,选取了黄土高原典型地带性植物白羊草(Bothriochloa ischaemum)为研究对象,采用小车模拟小区试验,通过氮添加来模拟氮沉降,共设置3个氮添加浓度N_1(2.5g/m~2)、N_2(5g/m~2)和N_3(10g/m~2),以裸地(LD)和不添加氮处理CK(0g/m~2)为对照。结果表明:不同浓度氮添加后,土壤中总球囊霉素(Total glomalin,T-GRSP)含量呈现先增加后降低的趋势,但变化未达到显著水平,而易提取球囊霉素(Easily extractable glomalin,EE-GRSP)的含量变化在N_3时显著降低(p0.05)。冗余分析表明SOC,C/N、地下地上生物量是影响土壤GRSP的主要因素。研究从土壤GRSP角度分析了氮添加对土壤活性物质的影响,有利于揭示未来全球氮沉降背景下土壤质量的变化,加深对土壤生态变化过程的认识。     

宁夏云雾山典型草原休眠期气候变化对生产力的影响

基于1992-2011年黄土高原典型草原长期生产力观测数据及相应气候资料,分析了近20a来宁夏云雾山地区休眠期(11月-翌年3月)温度及降水变化趋势,利用简单线性回归及偏最小二乘回归法(Partial Least Squares regression-PLS)探究了休眠期月和日不同尺度温度和降水变化对草地生产力的影响特征,以揭示黄土高原典型草原生产力对休眠期气候变化的响应规律。结果表明:(1)近20a来研究区休眠期平均气温以0.09℃·a-1的速率极显著升高(P0.01),其中1月和3月升温最为显著(P0.01);(2)休眠期降水量较少,且年际间变异较大,各月降水变化趋势亦不显著;(3)休眠期内不同阶段温度变化对草地生产力具有不同影响,但整体呈现抑制效应,降水变化对生产力影响不显著;(4)休眠期温度升高抑制草地生产力发展,其作用机制可能与温度升高引起的地表积雪减少、冻融交替频繁及土壤微环境变化有关。休眠期降雨较少,降雨与草地生产力并不存在显著作用关系。降雪作为降水的固态形式,其对生产力的影响特点及作用机制尚待深入探究。     

基于极值概率分布函数的中国早稻高温热害时空分布统计特征

揭示水稻高温热害风险特征对农业适应气候变化具有重要意义。本研究以中国早稻种植区为研究区域,基于早稻种植区214个气象站1971—2015年的数据,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法和极值概率分布理论,探究中国早稻高温热害的时空变化趋势和极值概率分布规律。研究发现:1)反映早稻高温热害的两个指标即高温热害累计天数(ADHS,accumulateddaysofheatstress)和热害有害积温(HDD,heatstressdegree days)的均值在湖南中南部、江西中部、浙江和福建中部较大,表明这些区域的早稻遭受高温热害的风险较大;从Mann-Kenall趋势检验看,两个指标在超过1/3的站点都呈显著增加的趋势,说明高温热害风险在这些站点显著增加,尤其20世纪90年代以后超过1/2的站点两个指标都呈显著增加的趋势。2)超过1/2以上的站点的高温热害累计天数和高温有害积温都满足极值概率函数分布。对于高温热害累计天数,56个站点满足耿贝尔分布(Gumbel),82个站点满足广义极值分布(GEV);对于热害有害积温,61个站点满足耿贝尔分布,58个站点满足广义极值分布。3)两个高温热害指标的10年、50年、100年重现期的空间分布规律和2个指标的均值空间分布类似,即均值较大的区域,其10年、50年、100年重现期对应的重现期水平(return level)也较大;重现期水平与经度、纬度和海拔无明显相关关系。研究结果有助提升对早稻高温热害时空趋势和概率分布规律的认识,可为农业适应气候变化和农业天气指数保险设计等方面提供理论参考。     

干旱荒漠区土壤碳循环研究进展与展望

面积广阔的干旱荒漠区是一个非常重要的碳库,其碳循环也是影响大气CO_2浓度和全球变化的关键生态学过程。了解目前干旱荒漠区土壤碳循环研究现状对于准确评估全球碳收支具有重要意义。为给荒漠化防治和荒漠区水土资源的合理开发利用提供参考,本研究在对国内外干旱荒漠区土壤碳的分布、土壤碳通量过程、影响因素等方面的研究现状进行系统总结的基础上,指出当前仍存在诸如荒漠土壤固碳机理、碳转移和归宿、多尺度荒漠生态系统碳循环以及荒漠生态系统对气候变化的响应过程与机理等方面的不足,需要对这些科学问题做进一步的深入研究。同时,非常有必要建立全国性的荒漠生态系统碳通量观测网络,并加强荒漠土壤碳的可持续管理。     

覆膜玉米不同生育期土壤酶活性对大气CO2浓度升高的响应

为探讨旱区覆膜玉米农田土壤酶活性对未来气候变化的响应,在田间条件下通过改进的开顶式气室(OTC)系统自动控制大气CO_2浓度,设置自然大气CO_2浓度(CK)、OTC对照(OTC)、OTC系统自动控制CO_2浓度(700μmol·mol~(-1),OTC+CO_2)3个处理,研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前、六叶期(V6)、十二叶期(V12)、吐丝期(R1)、乳熟期(R3)及完熟期(R6)土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性对大气CO_2浓度升高的响应特征。研究发现:OTC处理条件下,土壤碱性磷酸酶活性相比CK在V12期降低8.80%(P0.05),而在R6期提高8.95%(P0.05);蔗糖酶活性在播前、V6、R1期降低12.65%～21.43%(P0.05),R3期升高17.50%(P0.05);过氧化氢酶活性在V12、R1、R6期均显著降低。大气CO_2浓度升高对玉米各生育期土壤脲酶活性均无显著影响;使R1、R6期碱性磷酸酶活性降低8.74%和6.39%(P0.05);使V6、R3期蔗糖酶活性升高30.18%和18.37%(P0.05);此外,增加了V12期过氧化氢酶活性,而降低了R3期过氧化氢酶活性。结果表明:当前旱作覆膜高产栽培模式下,大气CO_2浓度升高对春玉米农田土壤酶活性的影响因作物生育期和酶种类不同而异;土壤酶活性对OTC及大气CO_2浓度升高的响应程度不一,在当前试验条件下,OTC对土壤酶活性的影响较大气CO_2浓度升高更为显著。     

水分胁迫对不同倍性小麦穗部干物质积累和分配及转运的影响

为了进一步挖掘小麦穗部的干物质生产潜力，以野生一粒小麦（Triticum boeoticum，二倍体）、野生二粒小麦（T.dicoccoides，四倍体）、碧蚂1号（T.aestivum Bima 1，六倍体）3种不同染色体倍性小麦为材料，在干旱和灌水两种水分处理下，比较不同倍性小麦品种穗部干物质分配规律、转运特性及对产量的贡献率。结果表明，在两种水分条件下，不同倍体小麦穗部各器官干物质分配规律存在差异，与六倍体和二倍体小麦相比，四倍体小麦的穗轴、颖壳干物质分配率最低，其花前干物质转运量、转运效率及对籽粒的贡献率最高。六倍体的花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率均大于其他两种小麦。水分胁迫由于降低了营养器官开花前贮藏同化物向籽粒的再分配及花后干物质的积累与转运,从而降低了产量。水分胁迫下，四倍体小麦的产量下降幅度最小，可能与四倍体小麦穗部干物质分配率低、转运效率高有关，其穗部器官干物质能更多地向籽粒转运分配，滞留物最少，使得千粒重增加。因此，水分胁迫下，四倍体小麦表现出更强的耐旱性。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

林地开垦对黄土区坡面土壤养分空间分布的影响

研究黄土高原侵蚀环境下林地开垦后坡面土壤养分空间分布状况,确立林地开垦后侵蚀驱动的坡地土壤养分空间变异特征。以黄土高原丘陵区子午岭林地和开垦28年的侵蚀坡面为研究对象,分析土壤主要性质和养分含量的变化情况,运用经典统计学和地统计法分析坡面土壤基本性质和养分空间分布规律。林地开垦后坡面土壤pH增加了0.24个单位,有机质、全氮、全磷和铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾分别降低了13.77,1.14,0.10 g/kg和6.05,1.63,4.99,58.44 mg/kg。林地的土壤有机质、全氮和全磷的变异系数大于开垦地,而pH和各速效养分的变异系数小于开垦地。开垦后中坡位和下坡位养分含量减少幅度较大,上坡位减少幅度较小。林地和开垦地的土壤各指标都呈中等或强烈的空间自相关。林地开垦增强了有机质、全氮、全磷、铵态氮、速效磷和速效钾的空间异质性,但减小了pH的空间异质性,地形等结构性因子主导了土壤养分空间异质性的形成。林地开垦后,pH、有机质、全氮和全磷变程增大,铵态氮、硝态氮和速效钾变程减小,速效磷在2个坡面上的变化趋势不一致。研究结果表明林地开垦极大地减少了坡面土壤养分含量,但减少幅度与坡位和坡面形态有关。同时,开垦增大了坡面土壤有机质、全氮和全磷的空间依赖性,减小了速效养分的空间依赖性。     

黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg~(–1)、40.67～61.71 m~2·g~(–1)和0.22～0.31 c·m~(–2),平均值分别为16.18 cmol·kg~(–1)、54.88 m2·g~(–1)和0.28 c·m~(–2),土壤表面电场强度达108 V·m~(–1)数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、砂粒、全氮、C/N、粉粒、碳酸钙、pH。研究结果对于进一步认识黄土高原土壤颗粒表面性质,加深理解土壤中发生的一系列物理化学过程具有重要意义。