3种阔叶树气体交换特性及水分利用效率影响因子的研究

通过测定刺楸、黄连木、栾树旱季和雨季气体交换参数及其周围环境因子的日变化,分析水分生理生态特性,探讨各生理生态因子对水分利用效率的影响。结果表明：光合有效辐射与温度均呈单峰型,空气相对湿度呈“U”型。蒸腾速率日变化3个树种在旱季和雨季均呈单峰型。净光合速率日变化刺楸在旱季为双峰型,在雨季为单峰型,而黄连木、栾树在旱季和雨季均为单峰型。水分利用效率日变化在雨季3个树种呈单峰型,在旱季黄连木呈单峰型,而刺楸和栾树呈双峰型。逐步回归分析发现,影响3个树种水分利用效率的因子主要有胞间CO2浓度(极显著负相关)、大气CO2浓度(极显著正相关)、空气相对湿度(正相关)和叶温(负相关)等。通过主成分分析,可将影响刺楸、栾树水分利用效率的因子归纳为3类,即温度、气孔导度和CO2浓度;黄连木可归纳为两类,即温度和气孔导度。     

中国典型陆地生态系统水分利用效率及其对气候的响应

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是陆地生态系统碳-水耦合的重要指标之一,也是研究陆地生态系统响应全球变化的重要参数。深入了解生态系统WUE的长时序变化特征及其影响因素,对生态系统碳水循环研究以及水资源合理开发具有重要意义。该研究基于2003—2010年中国8个碳通量观测站的通量数据、气象数据分析WUE的年内、年际变化特征及其与关键气候因子之间的响应关系。研究表明:1)处于热带季风气候区的千烟洲、西双版纳、鼎湖山3个站点的WUE全年波动较大,无明显规律,其余5个站点的WUE则表现出明显的季节变化特征,均表现为在4—7月份之间,呈现显著增加的特征,在7—8月份达到最高值,8—10月份,WUE逐渐下降,在11月至次年2月份,植被WUE接近于0;2)2003—2010年间,高寒草甸(当雄)年均WUE值最低(0.18 g/kg),热带雨林(西双版纳)最高(4.20 g/kg)。人工针叶林(千烟洲)、热带雨林(西双版纳)、落叶阔叶林和针叶混合林(长白山)植被WUE呈下降趋势,其余5个生态系统年均WUE呈增加趋势;3)8 d时间尺度上,高寒草甸、农田、草原生态系统WU...     

遮荫对番茄单叶水分利用效率的影响研究

通过逐个分析3种遮荫水平下各参数变化对番茄单叶水分利用效率(WUE)的影响表明,各环境因子以综合复杂的方式影响水分利用效率,其中气孔阻力和水汽压差随环境因子变化最为重要。夏季晴天午间遮荫处理的气孔阻力和水汽压差明显小于对照,气孔阻力的增加有利于提高单叶水分利用效率,但水汽压差的增大又使单叶水分利用效率降低。由于环境因子日变化的非对称性和2种机制的相互作用,导致3种遮荫水平下单叶水分利用效率的日变化呈浅“L”型,并在12:00～15:00时40％遮荫处理的单叶水分利用效率比对照平均增加22.9％,而75％遮荫处理的单叶水分利用效率平均比对照显著减少28.1％,表明夏季晴天午间充足供水条件下适度遮荫可提高番茄单叶水分利用效率。     

祁连山中部青海云杉年内径向生长季节变化及其对环境因子的响应

以祁连山中段排露沟小流域青海云杉为研究对象,2018年5-10月应用带状树木径向生长记录仪对4株青海云杉径向生长过程进行测定,并同步测定气象因子和土壤温度、湿度,分析单株青海云杉径向生长的季节变化特征及其树木个体之间的差异,确定青海云杉在不同生长阶段的限制因子.结果表明:(1)4株青海云杉6月8日左右开始生长,7月28...     

环境功能材料对半干旱地区土壤水肥利用效率的协同效应

针对我国半干旱地区水资源紧缺,土壤氮肥用量大、利用效率低及面源污染严重等问题,选取位于半干旱地区的神木试验站,采用田间试验方法,以玉米为试验作物,进行不同环境功能材料复合与氮肥混合应用的研究,探讨功能材料对土壤水分和氮肥利用效率的影响。结果表明,与当地常规氮肥施用量相比,减施氮肥30%后,土壤水肥利用效率及作物产量均显著增加。其中,未添加功能材料的对照小区土壤水分利用效率和氮肥利用效率分别提高56.1%和27.8%,籽粒产量增加35.5%,实现增收9 220元/hm2,表明氮肥施用应控制在合理范围,合理减施氮肥能在减少水肥流失的同时,提高产量和收益;环境功能材料高分子材料、吸附性材料及有机营养材料的混施,能很好地发挥各种功能材料的协同作用,实现土壤水分和肥料的最佳耦合,与常规耕作方式相比,可有效提高水肥利用效率110%和39%以上,增产47.4%,增收9 826元/hm2;而单施高分子材料的处理和高分子材料与吸附性材料的组合处理,可能由于受到铵态氮肥影响和材料间的相互抑制作用,效果次于3种材料混施和同等氮肥条件下空白对照处理。表明寻求功能材料的优化组合并合理配施,有助于提高水肥利用效率,降低农业面源污染,为多功能复合型材料的研制提供实践基础。     

黄土丘陵区不同土壤水分下核桃叶片水分利用效率的光响应

 为给黄土丘陵区建立节水高效的核桃栽培模式提供科学依据,应用英国PPS公司生产的CIRAS2型光合作用系统,在半干旱黄土丘陵沟壑区,测定了 3年生核桃树在不同土壤水分条件下,叶片气体交换参数的光响应特性。结果表明:核桃光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率,对土壤水分和光合有效辐射强度的变化具有明显的阈值响应。依据叶片水分利用率、光合速率和蒸腾速率与土壤水分的定量关系,核桃具有最高光合速率和叶片水分利用率的土壤体积含水量,大约在186%(相对含水量为604%)左右;维持核桃正常光合作用和较高叶片水分利用率的土壤体积含水量,大约在125%(相对含水量为406%)左右。即核桃土壤水分管理适宜的土壤体积含水量范围在125%～186%(相对含水量为406%～604%)之间,超出此范围时,核桃的光合速率与叶片水分利用率都会明显下降。依据叶片水分利用率、光合速率和蒸腾速率与光合有效辐射强度的定量关系,在适宜的土壤体积含水量范围内,维持核桃具有较高光合有效辐射和叶片水分利用率的适宜光合有效辐射强度范围,在500～1000μmol/(m2 ·s)之间,光合有效辐射强度过高或过低,都会导致叶片水分利用率的明显降低。核桃并非是抗干旱能力和耐强光胁迫能力很强的树种,在干旱缺水和强光、高温为突岀环境胁迫因子的半干旱黄土丘陵区核桃栽培于水分状况相对较好、光照强度相对较低的阴坡,会比阳坡获得更大的生产力。     

水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响

【目的】紫花苜蓿作为畜牧业生产中最主要的优质绿色饲料,是发展草食畜牧业的物质基础,同时它也是一种需水需肥较多的作物。如何从技术方面提高单位面积苜蓿产量,实现苜蓿高产栽培是科学研究人员及生产者研究的重点。北京市东南部接壤的蓟县、宝坻及南部接壤的廊坊、武清等地区,是北京市在生态和环境优先发展原则下畜牧养殖业外移的重要承接区域,苜蓿在当地种植缺乏科学指导,年干重产量仅为7500~10000 kg/hm2,盐碱地年产量更低,为4500~6000 kg/hm2。本研究通过苜蓿水肥试验确立紫花苜蓿达到高产的最佳磷肥施用水平和灌水量,为京南地区苜蓿高产及水肥的高效利用提供可借鉴的水肥管理技术。【方法】实验在低磷砂壤土条件下进行,选用紫花苜蓿中苜2号品种,设置全生育期不灌水（W0）、以及返青后及第1、2茬刈割后灌水且每次灌水25 mm （W1）、50 mm （W2）、75 mm （W3）4个灌水处理;每个灌水处理下设置不施磷（F0）、施P2O5 105 kg/hm2（F1）、210 kg/hm2（F2）3个施磷量处理,研究了灌水和施磷对紫花苜蓿产量、水分和磷肥利用效率的影响。【结果】1）灌水对1、2茬苜蓿产量的影响有显著差异,对3、4茬及全年产量的影响无显著差异;施磷肥对第3茬苜蓿产量没有显著影响,但对第1、2、4茬及全年苜蓿产量的影响均存在显著差异。2）灌水和施磷肥对紫花苜蓿的水分和肥料利用效率均有显著影响,随着施磷量的增加,苜蓿的水分利用率逐渐增大,说明施磷可以提高水分利用效率;随着灌水量的增加,苜蓿的磷肥利用效率呈先增加后降低的趋势,说明适当的增加灌水量可以提高苜蓿的磷肥利用效率。【结论】综合考虑紫花苜蓿产量、水分和肥料利用效率等指标,最优试验处理为每次灌水量50 mm,施P2O5 210 kg/hm2,其次为每次灌水量25 mm, 施P2O5 210 kg/hm2。     

喷灌对冬小麦生长环境的调节及其对水分利用效率影响的研究

研究了在不同气候条件下喷灌对近地面空气温湿度和农田蒸发能力（冠层顶部20 cm蒸发皿水面蒸发量）的影响，在干热风天气条件下微量喷水对冠层温度和农田蒸发能力的影响，以及喷灌对冬小麦产量和水分利用效率的影响。试验结果表明，如果4～5月份降水量较少、空气相对湿度较低，则喷灌会明显降低近地面空气日最高温度和日平均温度，增加日平均相对湿度特别是最低相对湿度。喷灌条件下农田蒸发能力明显低于地面灌溉。微量喷水明显降低冠层温度和降低农田蒸发能力。农田蒸发能力变化与喷水量和日最高温度成正比，与日最低相对湿度和风速成反比。喷     

北京山区典型树种树干液流特征及其对环境因子的响应研究

2010年6—9月在妙峰山林场,运用SF-L树干液流仪分别研究分析了典型晴天和生长季侧柏、栓皮栎、油松、刺槐的树干液流速率变化特征及树干液流速率对环境因子的响应。结果表明:4种树种的树干液流速率变化规律呈单峰型,其中侧柏的平均树干液流速率最大,为0.079 3cm/min,刺槐最小,为0.048cm/min。4种树种在各个月份的平均液流速率变化较大,但均在8月份达到最大值。对环境因子影响树干液流速率的相关分析表明:气温、太阳辐射、VDP、土壤含水率和土壤水势与树干液流速率呈正相关,而相对湿度与树干液流速率呈负相关关系,风速、土壤温度与树干液流速率的相关性不明确。太阳辐射对树干液流速率的影响最大,其中对阔叶树种刺槐和栓皮栎的影响比对针叶树种油松和侧柏更大。环境因子对阔叶树影响较大,对针叶树影响较小。运用多元线性回归方法,得出了4种不同树种的树干液流速率和环境因子的多元线性回归方程。     

火龙果周年液流特征及其对环境因子的响应

为探明火龙果蒸腾规律,采用田间大棚试验,研究了4 a生火龙果树主茎的液流速率,并同步监测相关环境因子,分析其液流特征及其与各因子间的关系.结果表明:火龙果单日液流以春季(3—5月)最高(平均值11.95 g/h),其次是冬季,最小是夏季,呈显著性季节变化;单日液流主要呈单峰曲线,峰值出现频率最多的时段是在10:00-1...     

2001-2018年西江流域水分利用效率时空变化及影响因素

[目的]探究气候变化形势下流域的碳循环和水循环相互关系,对流域的水资源科学配置有重大意义。[方法]以西江流域为例,基于2001—2018年GLASS产品中的初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,定量计算区域生态系统植被水分利用效率(WUE),利用趋势分析和偏相关分析的方法研究植被WUE时空演变特征及其影响因素。[结果]2001—2018年西江流域植被的WUE总体呈增加趋势;林地的WUE增长速率最快,草地次之,耕地最慢。从空间分布来看,WUE值从广西中部的耕地向四周逐渐升高,WUE低值还零星分布在云南东部的台地和丘陵地区;西江流域15.23%,12.12%的区域WUE分别与气温、降水呈显著正相关;11.54%的区域WUE与太阳辐射呈显著负相关;NDVI与WUE具有显著正相关性;WUE随海拔的上升呈上升—平缓—上升的趋势,在2 100 m左右,WUE出现明显波动。[结论]气候因子、NDVI、海拔、人类活动均不同程度影响西江流域植被的水分利用效率,本研究可为西南喀斯特地区石漠化治理和流域生态防护林体系的建设提供参考。     

京津冀土地绿色利用效率时空格局及影响因素

[目的] 探索京津冀土地绿色利用效率时空格局与影响因素,为推动土地利用绿色发展转型、促进国土空间开发保护格局优化提供理论参考。[方法] 以京津冀为研究区域,构建土地绿色利用效率评价指标体系,运用SBM-DEA模型、探索性空间数据分析(ESDA),揭示京津冀土地绿色利用效率时空格局特征,并采用Tobit多元回归模型探讨其影响因素。[结果] (1)2008年以来,京津冀土地绿色利用效率整体呈上升趋势,尤其是2012年以来明显上升,达到有效状态。(2)空间上呈现"中间高四周低"的空间非均衡性特征,京津两市处于高效率中心,且全域空间正相关性显著且不断增强,局域空间集聚特征明显,邻近城市间效率值关联特征显著。(3)经济发展、生态环境治理对土地绿色利用效率提升具有显著的正向影响,经济发展水平影响最为突出,而土地城镇化、人口集聚体现为明显的负向影响。[结论] 加快促进京津冀绿色发展转型,进一步深化京津冀协同发展,着力提高低效率区域的经济发展水平。建议加强优化国土空间开发保护格局,实施严格的土地利用制度,加强土地生态系统修复与维护,差异化制定土地绿色利用效率提升举措,全面推动土地绿色利用效率提升。     

陕西省植被水分利用效率及与气候因素的关系

水分利用效率是反映生态系统碳水循环的重要变量。利用MODIS的总初级生产力以及蒸散发数据产品,结合气象数据,对2002—2012年陕西省水分利用效率进行研究。结果发现,陕西省中部平原区年均WUE较高,北部年均WUE较低;在各植被类型中,耕地的年均WUE最高,达1.59 g/（m²·mm）,而灌草地年均WUE则较低。在不同年降水量及年均温区域,WUE与气候因子的关系有所差别:在年降水量低于627 mm的地区,WUE随着降水量增加而增加;在年均温低于11℃的地区,WUE随着年均温的增加而增加。2002—2012年陕西省各植被类型WUE呈增加趋势,其中林地WUE增加趋势不显著。不同的植被类型,其WUE与气候因子关系也不同,其中降水量对WUE产生显著影响的地区主要集中在耕地和草地,而温度对WUE产生显著影响的地区主要集中在林地。     

中国农业用水绿色效率时空分异及其驱动因素

[目的]探究中国农业用水绿色效率的时空分异及演变特征,分析中国农业发展现状,为进一步推进农业高质量发展提供科学参考。[方法]利用超效率(evidence-based model, EBM)模型测算2001—2020年中国大陆31个省区(不含港澳台地区)的农业用水绿色效率。在此基础上运用核密度(kernel density estimation, KDE)估计法进行非参数检验,并通过ArcGIS图示法探究全国不同地区农业用水绿色效率的时空分异及演进特征,最后利用地理探测器考察不同驱动因素对农业用水绿色效率的综合影响。[结果](1)2001—2020年全国农业用水绿色效率(各省年平均)经历了先上升后下降的变化。(2)全国的农业用水绿色效率在空间上呈现出“北低南高”“西低东高”的现象。(3)全国农业用水绿色效率地区差距呈缩小态势,存在动态收敛性特征,各个省份内部的农业用水绿色效率均存在不同程度的两极分化现象,其中西北地区的核密度曲线最为平缓,两极分化现象最为严重。(4)技术水平、资源禀赋、生态环境对中国农业用水绿色效率的影响程度整体高于经济发展水平。[结论]各省区应结合自身优势,从农业技术水...     

施肥促进作物水分利用机理及对产量影响的研究

在田间及盆栽试验条件下,以小麦为主要实验材料,研究了干旱下无机营养与作物产量、生长、水分利用效率及抗旱性的关系.结果表明:旱地施肥明显提高了作物产量和水分利用效率,但干旱程度明显影响了肥效的发挥;不同营养元素对作物抗旱性的影响并不相同,氮、钾营养主要通过增强作物的渗透调节和气孔调节改善作物的抗旱性,而磷营养则明显改善了作物抗旱性.最后,从作物水分关系、气孔反应、渗透调节、地上地下关系等方面对施肥提高作物产量、水分利用效率和改善抗旱性的原因进行了分析.     

杨树无性系气体交换特征和水分利用效率研究

通过对3个杨树无性系(JK-7,JK-10,JK-11)气体交换参数及其相应环境因子的测定,对其光合与水分生理生态特征进行了研究.结果表明,3个无性系对同一环境的响应不同.JK-7和JK-11的蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)日变化呈单峰型,JK-10呈双峰型;3个无性系的水分利用效率(WUE)日变化均呈双峰型.它们的P_n,T_r差异显著(P＜0.05),WUE差异不显著,其中JK-10的P_n,T_r均显著高于JK-7.3个无性系的气体交换受气孔导度(G)、光合有效辐射(PAR)的影响均比较大,同时,JK-7受相对湿度(RH)的影响较大,JK-10受气温(Ta)影响也较大.3个无性系的WUE均与G_s显著负相关.     

2个小麦品种水分利用效率的差异及其与深层水分利用的关系

研究旨在探究不同小麦品种对深层土壤水分利用差异及其对产量、水分利用效率的影响。试验于2017—2019年在陕西长武进行,试验为品种、播量双因子试验,品种为主处理(A为长旱58,B为长航1号),播量为副处理(10:播量150 kg/hm~2,12:播量180 kg/hm~2),分析不同处理对冬小麦各生育期土壤水分消耗及其产量和水分利用效率的影响。结果表明:在不同的试验年,与长旱58相比,长航1号对土壤水分的消耗均显著增加。与此同时,相比长旱58,长航1号的小麦穗粒数、收获指数、产量及水分利用效率均显著提高。说明长航1号较长旱58增加了对土壤水分的消耗,尤其增加了对深层土壤水分的消耗,从而影响小麦穗粒数和收获指数,最终获得了较高的产量及水分利用效率。     

基于δ13C值的黄土高原生态林和经济林水分利用效率差异及对环境响应分析

为探明黄土高原典型人工生态林（刺槐）和人工经济林（苹果）叶片水分利用效率（WUE）对环境因子的响应及在气候分区中之间的差异。以黄土高原22个样点的叶片样本为例,基于稳定碳同位素技术可以反映植物长期WUE的特点,测定其成熟叶片δ¹³C值,分析其与黄土高原年均降水量、温度、日照时间、水汽压和相对湿度的关系及在不同气候分区的差异。结果表明：（1）因存在人为管理措施,苹果叶片平均WUE显著大于刺槐叶片平均WUE,分别为4.29,3.83 mmol CO₂/mol H₂O;（2）在气候分区中,同一植物半干旱区的叶片WUE高于半湿润区的叶片WUE,其中半干旱区苹果叶片WUE比半湿润区苹果叶片WUE提高12.5%,半干旱区刺槐叶片平均WUE比半湿润区刺槐叶片WUE提高6.4%;（3）苹果和刺槐叶片WUE与环境因子的响应一致,叶片WUE的变化对年平均水汽压的响应更明显。研究结果对黄土高原WUE的研究进行了扩充,为该地区提升水分利用效率提供了理论指导。     

氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化及氮素吸收利用效率影响

通过大田试验,设计3个不同氮肥水平（0、150、240kgN·hm-2）和两种不同施肥比例（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%、基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）,研究了氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化特征和氮素吸收利用效率的影响。结果表明,稻田田面水NH4＋-N和总N浓度在施肥后第1d达到最大值,随后降低,在施肥后的第7d,分别降为峰值的7.88%～17.84%和29.71%～45.55%。施氮水平介于0～240Nkg·hm-2时,水稻产量随着氮素水平的提高而显著增加,氮素的吸收利用率和偏生产力却随之降低。在高氮水平（240kgN·hm-2）下,与氮肥前移相比（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%）,采用氮肥后移（基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）的施肥比例,水稻产量增加了6.2%、氮素吸收利用率和农学利用率分别提高了30.49%和23.72%,而氮素生理利用率和偏生产力差异不显著,说明适宜的氮肥运筹可以增加水稻的产量,提高氮素的吸收利用率和农学利用率,减少氮素损失。