极端干旱区葡萄SPAC系统水流阻力规律研究

在极端干旱条件下,以成龄无核白葡萄为研究材料,采用滴灌技术研究不同水分处理下气孔阻力连日变化及其与蒸腾速率、土壤水势、叶水势的关系,并分析水流阻力的分布及变化规律。结果表明：各水分处理在灌水后均随着时间的推移,蒸腾速率缓慢下降,其中高水处理的蒸腾速率最大,低水居中,中水最低,气孔阻力与蒸腾速率的变化趋势相反,表现为随灌水时间的延伸而增大;气孔阻力随着叶水势的减小而增大,呈显著负相关关系,且在高水与中水处理中,气孔阻力仅与20cm土层以上土壤水势呈极显著相关,而低水处理气孔阻力与20-30cm土层土壤水势呈极显著相关;在各水流阻力中,叶-气系统水流阻力最大,占该连续体中水流总阻力的98.8%～99.0%,植株体内水流传输阻力次之,占该连续体中水流总阻力的1.0%～1.2%。不同水分处理SPAC系统中的水流阻力变化规律一致,均为叶-气系统水流阻力最大,植株体内水流传输阻力次之,而土壤阻力最小,占该连续体中水流总阻力的比例小到可忽略不计。     

干旱胁迫对小叶杨幼苗生长的影响

[目的]了解小叶杨的抗旱机理,为山西省北部半干旱风沙区小叶杨防护林建设提供科学依据。[方法]通过在山西省苗圃基地盆栽模拟干旱试验,以小叶杨生长过程中的苗木株高和地径,根、茎、叶生物量,叶片相对含水量和水势,净光合速率、蒸腾速率等为生长和生理指标,研究干旱胁迫对小叶杨幼苗生长的影响。[结果]干旱胁迫抑制了小叶杨幼苗的生长,包括地上部分和根系的生长;叶片相对含水量和水势随土壤相对含水量降低而下降;各干旱梯度下CK,T1,T2,T3,T4,T5的净光合速率、蒸腾速率也随干旱梯度加深而降低,但从CK(田间持水量,土壤含水量20.3%)到T3(田间持水量的40%,土壤含水量8.12%)净光合速率和蒸腾速率随干旱梯度加深降幅逐渐较小,并且干旱时也能保持较大的光合速率和蒸腾速率,表明小叶杨具有明显抗旱特性;当土壤水分进一步减少,T4(田间持水量的30%,土壤含水量为6.09%)时小叶杨开始出现干枯现象,T5(田间持水量量的20%,土壤含水量为4.06%)时小叶杨全部死亡。[结论]山西省西南部及其周边地区进行小叶杨造林时,土壤水分应尽量要保持在6.09%(T4)以上。     

土壤水分胁迫对刺槐幼苗生长、根叶性状和生物量分配的影响

[目的]探索刺槐幼苗在干旱胁迫下的适应策略,为植被恢复过程中人工刺槐林的造林选址提供科学依据。[方法]采用盆栽控水实验法,以1年生刺槐幼苗为实验对象,设置4个水分梯度(分别为田间持水量的75%～90%,60%～75%,45%～60%,30%～45%),研究水分胁迫下刺槐幼苗的适应机制。[结果]①中度(45%～60%)和重度水分胁迫(30%～45%)明显抑制幼苗生长,其株高、地径和冠幅显著低于对照组(75%～90%),轻度水分胁迫(60%～75%)与对照组差异不显著,在实验结束时其生长状态优于对照组;②随土壤水分胁迫程度加深,刺槐幼苗根磷含量升高,比叶面积和比根长减小,叶厚度和叶组织密度增大;③中度(45%～60%)和重度水分胁迫(30%～45%)显著减少了幼苗的生物量积累,提高了幼苗的根冠比。[结论]刺槐幼苗通过将同化物质相对多的投入到防御组织的策略来适应干旱环境。重度水分胁迫严重抑制幼苗的生长,而在轻度水分胁迫下,幼苗能取得最大生长收益。     

干旱季节不同耕作制度下红壤-作物-大气连续体水流阻力变化规律

确定水流阻力不仅有助于定量土壤栕魑飽大气连续体（SPAC）描述的水分传输过程，而且对建立减少水流阻力的节水农业措施，解决红壤区季节性干旱有重要意义。本文研究了不同耕作制度下作物气孔阻力日变化及其与蒸腾速率、土壤基质势、作物叶水势的关系，并分析了水流阻力的分布及其日变化规律。结果表明气孔阻力和蒸腾速率受作物种类和耕作制度影响，气孔阻力随着70cm土层以上土壤基质势的变化而变化；SPAC中叶气系统水流阻力为109～1010S，是作物体水流阻力的1000倍，而后者又是70cm以上土层土壤水流阻力的100倍；作物体水流阻力大小顺序为：大豆＞花生＞玉米＞甘薯，除甘薯外，其它作物体水流阻力有明显的日变化；此外，耕作制度也影响作物体水流阻力。     

接种烤烟根际土壤微生物对土壤物理特性的影响

为了探讨烤烟根际土壤微生物对土壤物理特性的影响,以湘西定位试验田烤烟根际土壤为试验材料,通过盆栽试验,研究了接种烤烟根际土壤微生物后对不同时期土壤容重、田间持水量、总孔隙度及三相比等参数的影响。结果表明:接种烤烟根际土壤微生物主要对烤烟生育中后期时土壤物理特性影响较大,能降低土壤容重和固相比,提高土壤总孔隙度;接种烤烟根际土壤微生物有利于烤烟生育后期时土壤田间持水量的提高,当土壤田间持水量整体处于较高水平时(19%～20%),接种烤烟根际土壤微生物对土壤田间持水量影响较小,而当土壤田间持水量整体处于较低水平时(14%～18%),接种烤烟根际土壤微生物后能缓解土壤田间持水量降低的趋势;另外,接种烤烟根际土壤微生物对土壤液相及气相比影响较小。     

调亏灌溉对棉花生长、生理及产量的影响

通过盆栽试验在棉花不同生育时期进行不同程度的调亏灌溉试验。结果表明,调亏灌溉对棉花株高、蕾铃脱落、成桃数等影响较显著;苗期和吐絮期重度水分亏缺、蕾铃期中度水分亏缺均有利于棉花产量的形成。棉花的光合速率和气孔阻力随土壤含水量变化的阈值约在14％土壤含水量水平,该阈值相当于田间持水量的60％～65％。合理的棉花调亏灌溉制度是苗期控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的55％～60％;蕾期和花铃期是棉花的需水关键期,土壤含水量应分别保持在田间持水量的65％和70％左右;吐絮期应控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的50％～55％。     

不同土壤容重条件下水分亏缺对作物生长和水分利用的影响

为探究不同土壤容重和不同程度水分亏缺条件下冬小麦-夏玉米生长指标及产量的变化。采用桶栽土培法,分别设置3种土壤容重(1.2,1.4,1.6 g/cm^3)和3个土壤水分控制下限(低水分50%田间持水量、中水分60%田间持水量和高水分70%田间持水量),研究不同土壤容重和水分亏缺对冬小麦—夏玉米根系、生长指标、耗水量、产量和水分利用的影响。结果表明:随水分亏缺程度的加剧,冬小麦和夏玉米生长指标、生物量、耗水量和产量均呈降低趋势。随土壤容重增加,冬小麦生物量和产量呈先升高再降低的趋势,冬小麦耗水量和水分利用效率呈降低趋势;而夏玉米产量、耗水量和水分利用效率均呈降低趋势。试验中,1.4,1.2 g/cm^3分别为冬小麦和夏玉米生长的最适土壤容重。土壤容重与水分处理互作对夏玉米株高、耗水量和水分利用效率有极显著影响,而对冬小麦和夏玉米生物量及产量无显著影响。研究结果可为黄淮海地区作物绿色增产增效及水土资源高效利用提供理论参考。     

黄土半干旱区不同土壤水分条件下刺槐蒸腾速率的研究

2004年夏在山西方山北京林业大学试验基地,采用L I-1600稳态气孔仪,对不同土壤水分条件下盆栽刺槐的生理指标进行了观测。比较分析了不同水势梯度下、不同时间段刺槐蒸腾耗水速率的变化规律,结果表明:刺槐的蒸腾速率tη(μg/(s.cm2))与生理辐射强度I(μm ol/(s.m2))成幂函数关系;蒸腾速率tη(μg/s.cm2))、气孔阻力Rs/(s.cm2)和土壤体积含水量(W%)之间存在着密切的关系;蒸腾速率一般随光强的增强和土壤水分的提高而增大,刺槐蒸腾速率与土壤水分含量的相关系数平均可达0.882 5。通过研究不同土壤水分条件下刺槐蒸腾速率的差异,提出了刺槐水分利用效率的合理供水范围在10%~15%之间,为干旱半干旱地区提高林木的水分利用效率提供了理论依据。     

不同农业措施对土壤持水特征的影响及其保水作用

本试验讨沧了容重及粒径大小对土壤持水性的影响,并对各种物料处理(或措施)的保水效果及其对土壤持水特征的影响进行了探讨。结果表明:随着容重的增大,土壤的透气和饱和导水率迅速下降;水分饱和时的土壤重量含水量(W％)因容重的增大而减少,但随着土壤水势的降低,W％不受容重所影响。0.3mm和1～0.3mm的较小粒径土粒的持水量在高土壤水势范围内往往较大颗粒持水量为高;然而,随着土壤水势的下降(-30kPa),较小土粒失水较快,较大土粒的持水量相对较高。保水剂和粪对土壤水的保持具有良好作用,当水势-200kPa,重量含水量W％16％,保水剂和牛粪分别可使W％提高1.4％～9.9％和0.8％～2.5％。化肥在-50kPa,W％19％时同样可提高土壤的持水能力(W％提高0.8％～3.0％)。土壤结构剂、秸秆时土壤持水特征曲线的影响范围较窄,在土壤水势较高的情况下才显示其保水效果。     

不同密度刺槐林在蒸腾旺季的蒸腾特征

在蒸腾旺盛的7,8月份,选择典型晴天,对5种不同密度(1 400,1 600,1 800,2 000,2 200株/hm2)刺槐(Robinia Pseudoacacia L.)林的叶片含水量、蒸腾速率、叶水势、根水势日变化进行了观察,并测定了林地0-60 cm土层的土壤含水量.结果表明,(1)各密度林分叶片含水量的日均值在7,8月份均为ρ2200>ρ2000>ρ1400>ρ1600>ρ1800,8月低于7月;(2)不同密度刺槐林蒸腾速率日变化趋势在7,8月份呈现相似的变化规律,即随着林分密度的增大,蒸腾速率日变化曲线由"双峰型"趋于"单峰型",最大值均出现在下午13:00-14:00,日平均蒸腾速率在7,8月份为:ρ1800>ρ1600>ρ1400>ρ2000>ρ2200;(3)不同密度刺槐林叶水势的日均值在7,8月份均为ρ1800<ρ1600<ρ1400<ρ2000<ρ2200,但8月份明显低于7月份,其日变幅则明显高于7月份;(4)根水势高于叶水势,日变幅小于叶水势日变幅,日均值大小在7,8月份均为:ρ1800>ρ1600>ρ1400>ρ2000>ρ2200,且8月份低于7月份,而日变幅则是8月份大于7月份;(5)不同密度刺槐林一天中根、叶水势之差(Δψ)与蒸腾速率(Tr)的关系可以用对数曲线来拟合;(6)刺槐的叶水势随着叶片含水量的增大而升高,二者的关系可以用对数曲线来拟合;(7)不同密度林地7月份土壤含水量随土层深度的增加变幅较小,而8月份变幅较大,0-60 cm土层的土壤平均含水量随林地密度的增大而减小.从土壤水分的有效利用以及达到最佳生长状况的角度出发,建议试验区15年生刺槐林分密度为1 800株/hm2.     

北京山区4种优势林分生态用水实验研究

为研究较小尺度上不同林分的生态用水,采用实验方法对2010年生长季北京山区4种主要优势林分的生态用水量进行了测定。结果显示,4种林分的生态用水量分别为侧柏376.15mm,油松335.28mm,刺槐258.90mm,栓皮栎374.94mm。生态用水的各组分中林分蒸腾用水占据主导性地位;4种林分中,刺槐林地的有效降水能够满足全部的林地蒸散甚至补充少量土壤贮水,而其他3种林分均只能满足约75%的林地蒸散量和约55%的生态用水量。建议在降水贫乏的干旱山区造林时,适当增加刺槐林分的比例。     

黄土丘陵半干旱区典型人工林土壤水分特征

在黄土丘陵区选取不同林龄典型人工乔木林刺槐,灌木林沙棘、柠条,并以经过30 a多自然演替形成的荒坡草地作为对照,研究了人工林地土壤水分特点.结果表明,(1)人工林地总体持水能力较差,不同类型林地土壤持水能力顺序:刺槐林>沙棘林>柠条林,随着林分的生长,土壤持水能力均有增强的趋势;(2)土壤的导水能力随着林龄的增加有明显提高,林龄较接近时,刺槐林较沙棘林和柠条林饱和导水率大;(3)随着林分生长,林地土壤饱和含水量值增大,林地蓄水能力增强;(4)与荒坡对照相比,人工林改善土壤持水、导水能力的效果不一定有生态系统自我修复作用形成的植被群落好.     

山东砂石山区不同林分类型土壤的蓄水效益

以山东省临朐县辛庄水土保持试验站营造的5种林分为研究对象,研究不同林分类型土壤蓄水效益。结果表明:刺槐、五角枫、黄连木等阔叶树种林分的枯落物多,枯落物腐烂分解后改善土壤理化性状良好,增加了土壤蓄水量,3种阔叶树种林分与对照(各林分类型附近立地条件相同的荒坡)相比增加的土壤饱和贮水量以刺槐林的最大(为549.8 m3/hm2),其次是五角枫林(为416.9 m3/hm2)和黄连木(为392.3 m3/hm2);而黑松、侧柏等针叶树种林分相应地增加土壤饱和贮水量较少,分别仅为257.9和223.7 m3/hm2。通过对枯落物已分解层蓄积量与0～20 cm土壤理化性状的相关分析表明,不同林分类型的枯落物已分解层蓄积量与土壤有机质质量分数、土壤非毛管孔隙度呈极显著相关性,与土壤密度、土壤总孔隙度呈显著相关性,与土壤毛管孔隙度相关但不显著。计算结果显示,5种林分类型的土壤蓄水效益表现为刺槐林>五角枫林>黄连木林>黑松林>侧柏林。     

根系分区不同灌水上下限对茄子生长与产量的影响

为了探明根系分区交替灌溉不同灌水上、下限对作物生长状况、气体交换与产量的影响,以指导节水灌溉,通过玻璃土箱试验,选取常规滴灌（conventional drip irrigation,CDI）和根系分区交替滴灌（alternate partial rootzone drip irrigation,APRDI）2种灌水方式,研究其在3种灌水上、下限水平下（CDI处理：植株两侧根区土壤含水率控制在田间持水率(Fc)的85%～100%;APRDI85-50处理：植株一侧根区土壤含水率维持在Fc的85%～100%,另一侧维持在Fc的50%～85%,当任意一侧根区土壤含水率＜50%Fc时即进行交替灌水;APRDI70-30处理：根区一侧含水率保持在Fc的70%～100%,另一侧控制在Fc的30%～70%,当其中一侧根区土壤含水率＜Fc的30%时即进行交替灌水）作物生长、产量及水分利用效率的差异。结果表明:与CDI相比,2种APRDI处理叶水势降低了19.0%和26.4%,气孔导度和蒸腾速率也显著下降,但APRDI85-50的光合速率增加了14.7%而APRDI70-30与CDI差异不明显,蒸腾效率比CDI分别提高了26.1%（APRDI85-50）和5.1%（APRDI70-30）。APRDI处理刺激了根系生长,显著增加了根干质量和根密度,有效控制了植株营养生长,使APRDI85-50的灌水利用效率比CDI提高了43.4%,产量增加10.8%,而CDI的灌水量比APRDI85-50处理增加了29.4%,说明交替滴灌下的APRDI85-50处理是一种经济可行的灌溉方式。     

黄土丘陵区退耕地土壤水分有效性及蓄水性能--以陕西省吴旗县柴沟流域为例

对退耕还林还草区具有代表性的乔木(山杏和刺槐)、灌木、农田的土壤水分有效性和蓄水能力进行了测定和对比研究。结果表明,不同植被类型的土壤有效水含量变化范围为1.92%~15.73%,林地比农田增加约75.31%。0—40 cm土层土壤蓄水量为228.30~251.07 t/hm2,林地比农田增加约8%。刺槐林地的蓄水性能好于山杏。研究成果对于科学地评价退耕还林还草的土壤改良效应具有重要的意义。     

太行山低山丘陵区7种典型植物水分利用特征

 为准确评价植物对环境的适应性,以太行山低山丘陵区的7种典型植物为对象,通过测定植物蒸腾速率、光合速率以及水分利用效率等指标,研究不同植物的水分利用特征。结果表明:1)在所研究的7种植物中,火炬树、侧柏、刺槐、荆条和酸枣5种植物的蒸腾速率日变化都属于单峰型;栓皮栎和黄连木为双峰型,双峰型主要与植物的"午休"现象有关,是植物对高温、干旱环境胁迫的主动适应;2)植物之间的水分利用效率有较大的差异,刺槐具有最高的水分利用效率;水分利用效率日均值排序为刺槐>酸枣>栓皮栎>黄连木>荆条>火炬树>侧柏,蒸腾耗水量排序为栓皮栎>火炬树>侧柏>黄连木>刺槐>荆条>酸枣;3)根据蒸腾耗水量和水分利用效率,测试植物可以分为3种类型,栓皮栎和酸枣属于高蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,侧柏属于低蒸腾耗水量和低水分利用效率类型,刺槐则属于低蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,具有最大的水分竞争优势。     

工程堆积体典型生态修复措施对土壤侵蚀水动力过程的影响

为探究龙门山断裂带工程堆积体典型生态修复措施下土壤侵蚀产沙和水动力的时间变化特征,并筛选出水土保持效益最佳的生态修复措施,该研究以成兰铁路杨家坪隧道2号横洞弃渣场为研究对象,选取该区典型的生态修复植物（苜蓿（Medicago sativa）、燕麦（Avena sativa）、刺槐（Robinia pseudoacacia））和生态修复材料（羊粪、PVAc（聚醋酸乙烯酯,Polyvinyl Acetate））进行交互搭配,利用模拟放水冲刷试验,研究不同生态修复措施下工程堆积体坡面的径流含沙量和水动力学参数（径流流态、径流流速、径流阻力系数和径流功率等）的变化。结果表明：1）试验条件下,工程堆积体坡面径流含沙量随冲刷时间的增加呈前期波动变化,后期逐渐稳定的趋势;径流流态始终处于紊流状态,径流流速、径流功率随冲刷时间的增加呈逐渐增加-趋于稳定的趋势,径流阻力系数则呈逐渐减小－趋于稳定的趋势;2）各生态修复措施在放水冲刷试验初始阶段的减沙效应最大,且苜蓿、燕麦、燕麦+PVAc和刺槐+苜蓿+羊粪处理能够显著增加径流阻力系数,降低径流流速和径流功率（P≤0.05）;3）在工程堆积体生态修复1～2 a后,草本层的水土保持效果最优,乔木的保土效应难以得到有效体现,羊粪和PVAc等的添加并不能发挥有效的增幅效果。该研究区工程堆积体在生态修复初期宜采用黄壤+紫苜蓿、黄壤+燕麦的修复措施。     

渭北主要造林树种根系抗旱性研究

采用盆栽试验的方法,研究了不同土壤干旱条件下渭北主要造林树种苗木根系活力的变化。结果表明:在一定的土壤干旱范围内,苗木可以通过提高根系活力来适应逆境。当土壤干旱超过一定的阈值后,树木根系将逐步丧失其活力和功能,最终导致地上部分的枯死。各树种中,山杏根系的抗旱性最强,其次是侧柏、刺槐和油松。苗木根系活力除了受土壤干旱胁迫程度的影响之外,还受到干旱持续时间的影响。当土壤含水量降至40%的田间持水量时,土壤干旱已经对油松的生长构成了威胁,但对山杏、侧柏及刺槐的影响不大。     

Evaluating plant and canopy resistances of field-grown wheat from concurrent diurnal observations of leaf water potential,stomatal resistance,canopy temperature,and evapotranspiration flux

Concurrent observations of leaf water potential, stomatal diffusion resistance and canopy temperature were made on two plots of wheat (Triticum aestivum L. cv. Anza) growing at Phoenix, Arizona under two different soil water conditions. These data were further complemented by weather observations and lysimeter measurements of total evaporative water loss from the plots. Transpiration fluxes for each plot were estimated by an aerodynamic-energy balance approach and compared with the lysimeter data. Plant resistances were computed from the transpiration flux results and the leaf water potential measurements using van den Honert's equation, while canopy resistances were also computed from the transpiration flux using Monteith's equation. The calculated plant resistance decreased by a factor of almost two from morning to mid-afternoon whereas the ratio of canopy and stomatal resistances was constant during most of the day.