植物根系对土壤水力参数影响的定量研究综述

植物根系是土壤结构以及土壤水力参数变化的重要影响要素。目前不仅缺乏定量描述“根-孔隙-土壤水力参数”相互作用的研究方法,在更大尺度上根系作用的客观表达也尚不明确,由此导致降雨入渗、径流和蒸发等流域水文过程的精细刻画与模拟预测具有很大的不确定性。基于文献检索,本文对国内外相关研究进行了回顾与梳理,量化了植物根系对土壤水力参数的改变和影响,并提出其与植被、土壤类型的响应方式,总结了植物根系动态性生长下的土壤水力参数定量表述及其预测模型进展。同时分析了在定量研究根-土复合系统中存在的问题及未来研究的发展方向,指出目前根系影响土壤水力参数的研究主要集中在小尺度控制实验方面,忽略了大尺度下土壤空间异质性及外部环境因素的干扰,强调大尺度根系作用和根系参数纳入土壤结构的重要性和实际意义,进一步与水文模型的深度耦合逐渐成为未来研究的热点。     

双碳目标下退役农机产品拆解规划与EOL决策集成优化

退役农机产品回收再利用,不仅是对其剩余价值的再利用,也是实现可持续发展和循环经济的客观要求,对实现碳达峰、碳中和目标有重要意义。该研究基于双碳目标要求剖析退役农机产品拆解规划和EOL (end-of-life)决策集成优化问题,考虑拆解再制造过程中碳排放成本,以实现经济环境效益的最优化。首先,构建拆解再制造集成优化模型(disassembly remanufacturing integrated optimization, DRIO);其次,提出一种改进的人工蜂群算法(improved artificial bee colony algorithm, IABC)对构建的数学模型进行迭代求解,引入logistic映射生成初始解,雇佣蜂阶段和守望蜂阶段加入邻域搜索机制,侦察蜂阶段采用了轮盘赌方法,以获得利润高且碳排放成本低的拆解再制造帕累托方案;最后,通过联合收获机电机拆解再制造实例验证所提模型的有效性和改进算法的可行性。结果表明,所提DRIO模型的经济效益相较于DRIO-D和DRIO-R模型分别提高了62.1%和54.8%,碳排放成本比DRIO-D模型减少约50%。IABC算法相比于经典...     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）;就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）;二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。     

夏休闲期复种饲料油菜提升后作冬小麦产量品质、土壤肥力及周年经济效益研究

为明确晋中麦区夏休闲期复种饲料油菜的可行性,试验于2015-2016年采用大田试验法,研究了夏休闲期复种饲料油菜对后作冬小麦生长、麦田土壤养分及周年经济效益的影响。前茬小麦收获后复种油菜,供试油菜和小麦品种分别为华油杂62和CA0547,设置3个处理:以不种油菜的休闲田作为对照(CK₀),油菜地上部被收获为CK₁,油菜被全量还田为T。结果表明,与CK₀和CK₁相比,T有利于增加后作冬小麦抽穗前单株绿叶数,提高生育中后期植株干物质及N、P积累,保持灌浆期旗叶面积,进而增加穗粒数,提高籽粒产量,提高籽粒蛋白质及醇溶蛋白和谷蛋白含量;同时T有利于提高后作冬小麦020 cm土层土壤有机质含量、040 cm土层土壤脲酶和蔗糖酶活性。此外,从油菜-小麦周年经济效益来看,CK₁较CK₀和T分别高出128.9%和260.0%。综合分析可知,夏休闲期复种饲料油菜并且全量还田可以提高小麦产量,提升籽粒品质,改良土壤有机质含量和土壤酶活性;夏休期复种饲料油菜并收获可以获得更高的周年经济效益。本研究结果为合理利用夏休闲期以提升小麦产量与品质、改良土壤、提高年经济效益提供了理论依据。     

蚓粪对温室番茄植株叶片光合特性与产量的调节

为了明确蚓粪施入对不同连作年限土壤栽培的番茄植株光合作用与产量的调节作用,试验以番茄为供试作物,采用温室内盆栽试验,研究番茄连作0、5和20年土壤中,蚓粪(VM)、鸡粪(CM)、稻草(FS)和化肥(CF),不施肥对照(CK)对番茄植株生长发育、生理特性以及产量的影响。结果表明,在番茄连作0年和5年的土壤中蚓粪处理番茄植株叶片光和参数略低于鸡粪处理,但高于其他处理。在连作20年的土壤中,蚓粪的输入使番茄植株叶片蒸腾速率、气孔导度、净光合速率和胞间CO_2浓度较鸡粪处理分别提高了13.70%、12.38%、6.51%和5.85%;较稻草处理分别提高了56.11%、33.21%、19.80%和16.50%;较化肥处理分别提高了84.05%、51.68%、20.89%和42.74%。除蚓粪和鸡粪处理外,其他处理在连作5年和连作20年的土壤中栽培的番茄的生物量、根系活力、产量均低于连作0年的对应处理。蚓粪处理的连作0年和5年的土壤中栽培的番茄产量分别为1 641和1 654 g·株~(-1),高于连作20年的番茄产量(1 593 g·株~(-1)),其生物量和根系活力也高于连作20年的土壤。生产上,可以通过适量输入蚓粪来调节植株的光合作用,提高生物量以及根系活力,从而提高番茄产量。     

长江中下游平原单季稻田氮素径流损失风险评估

稻田氮素径流损失是农业面源污染主要来源之一,以巢湖地区单季稻田为研究对象,利用该地区1957—2019年的历史气象数据,通过设定插秧区间(6月6—25日)及施肥期水位(3,10,20 cm),建立SMNRL模型,模拟不同插秧时间和田面水水位稻田氮素流失,研究降低长江中下游平原气候区单季稻田氮素径流损失风险的插秧时间与水位控制模式。结果表明:(1)施肥后,稻田田面水氮素浓度呈指数衰减,基肥期田面水氮素衰减期为9天,分蘖肥和穗肥期为7天。(2)在LW、HW组合中,各施肥期占全生育的氮素径流损失为基肥期>分蘖肥期>穗肥期。在LW组合中,基肥期为氮素径流损失高发期,基肥、分蘖肥、穗肥的氮素流失为72.4%~98.4%,1.9%~27.6%,0~8.3%。(3)控制水位比选择插秧时间对降低氮素径流损失更有效。相同水位下,适宜的插秧期氮素径流损失在全生育期施肥中合计能减少0.4~4.5 kg/hm^2,降低32.8%~80.3%;相同插秧时间下,LW、MW组合相比HW组合氮素径流损失能减少8.8~13.1 kg/hm^2,降低92.1%~98.8%。(4)在LW、MW、HW 3种组合中,插秧期分别以6月19日、6月11日、6月17日为界,将6月6—25日分为前后2个阶段,前1阶段插秧产生氮素径流损失均值显著低于后1阶段,分别低37.0%,25.0%,21.7%。(5)降低巢湖地区稻田氮素径流损失有效措施为施肥期水位控制为3 cm,并选择6月6-19日期间进行水稻插秧。     

川西北不同沙化程度草地土壤细菌群落特征

研究川西北不同沙化程度草地（未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地）土壤细菌多样性和群落结构特征,利用Illumina二代高通量测序技术MiSeq对土壤细菌的16 SrRNA V₃—V₄可变区进行测序,研究土壤细菌多样性、物种组成和丰富度,并结合土壤理养分探讨影响细菌群落结构的环境因素,对发挥土壤潜在肥力,了解土壤健康状况,实现该区植被的管理与可持续利用有着重要的意义。结果表明:（1）不同沙化草地土壤养分具有明显差异,依次表现为:随着沙化程度的增加,土壤pH值逐渐增加,而土壤有机碳、全氮、全钾、碱解氮和速效磷逐渐降低;（2）不同沙化程度草地土壤样品中共检测到细菌的32个门,65个纲,169个目,优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）,主要的优势菌纲为放线杆菌纲（Actinobacteria）、α-变形菌纲（α-Proteobacteria）、酸杆菌纲（Acidobacteria）、β-变形菌纲（β-Proteobacteria）、浮霉菌纲（Planctomycetacia）,与沙化草地相比,未沙化草地优势菌主要是变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）;（3）随着沙化程度的增加,OUT数目、Chao指数、Ace指数、Shannon指数逐渐减小,其中不同沙化草地土壤细菌覆盖率和Simpson指数差异不显著（p > 0.05）;（4）冗余分析和Pearson相关性分析表明,土壤pH值、土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）是土壤细菌群落结构和多样性的主要影响因子。     

楠杆自然保护区不同植被类型土壤物理特性及涵养水源功能分析

为了研究楠杆自然保护区不同植被类型的土壤物理性质与涵养水源功能,选择了保护区6种典型的植被类型（落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、灌木林、竹林和草坡）下的土壤物理性质、土壤蓄水能力和土壤渗透能力等进行了研究,运用综合评价法对不同植被类型进行了综合评价。结果表明:6种不同植被类型的土壤密度为0.97 1.55 g/cm³,土壤总孔隙度为35.73%～69.25%,最大持水量为357.32~692.45 g/kg。不同植被类型的土壤物理性质、土壤蓄水能力和渗透能力有明显差异。综合评价分析表明:在不同植被类型中,落叶阔叶林（∑P_i²=0.468）土壤水源涵养功能最好,其次是竹林（∑P_i²=0.784）、针阔混交林（∑P_i²=0.914）、针叶林（∑P_i²=0.984）、灌木林（∑P_i²=1.005）,没有植被覆盖的草坡（∑P_i²=1.431）上的土壤水源涵养功能综合能力相对较差。     

河南省干旱灾害的变化特征和成因分析

利用河南省历史干旱灾害统计资料和NCEP再分析资料,统计分析了河南旱灾变化特点,从气候背景角度对河南旱灾产生的原因进行了初步研究,以期能对提高气候预测水平和指导农业生产有一定帮助。分析结果表明：（1）河南省旱灾发生频率较高,局部旱灾几乎年年出现,大范围、全省性的大旱也时有发生,同时旱灾也具有明显的年代变化特征;（2）年内降水分配不均,无降水日数多是造成河南干旱频发的成因之一;（3）对大尺度环流特征分析表明,冷、暖空气均偏弱,导致冷、暖空气无法在黄淮流域交汇,也是造成河南省干旱频发的另一原因。