陕北石油区城市绿化树木枯落叶对油污土壤的修复效应

为了修复石油污染土壤和资源化利用城市绿化树木枯落叶,采集陕北典型石油污染土壤,施入19种常见城市绿化树木枯落叶粉碎样进行为期120 d的室内混合分解培养试验,检测不同枯落叶修复土壤化学和生物学性质及降解石油烃的能力,并以主成分分析法进行综合评价。结果表明:对油污土壤性质综合修复效应最好的是苦楝(Melia azedarach)和桃树(Prunus persica)枯落叶,较好的依次为桑树(Morus alba)、国槐(Sophora japonica)、垂柳(Salix babylonica)、五角枫(Acermono Maxim)和紫叶李(Prunus cerasifera)枯落叶,其他树木枯落叶效果不明显,有的甚至起到恶化作用。     

沙层厚度和粒径组成对覆沙黄土坡面产流产沙的影响

片沙覆盖黄土区是水蚀风蚀交错带内土壤侵蚀最为强烈的区域,研究该区内土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。采用室内模拟降雨,研究黄土坡面不同覆沙厚度(2 cm、5 cm和10 cm)和沙层粒径组成(100%0.25 mm、75%0.25 mm+25%0.25mm、50%0.25 mm+50%0.25 mm、未处理原沙和100%0.25 mm)对坡面产流产沙的影响。结果表明,覆沙黄土坡面较黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期上覆粗粒径沙层坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。     

林下药材植物淋出物对太白杨枯落物分解及土壤酶活性的影响

林下种植药材植物是提高林地经济收入的有效途径,然而药材植物淋出物是否会对林木枯落物分解和土壤产生化感影响是必须考虑的重要问题,也是构建科学合理的林药复合模式的关键。以秦岭山区典型太白杨(Populus purdomii)林以及9种常见林下药材植物为对象,通过以药材植物茎叶淋出物(水浸提法)喷浇林木枯落物的分解模拟试验,研究了药材植物淋出物对太白杨枯落物分解、养分释放及土壤酶活性的潜在化感影响。结果表明:蒲公英(Taraxacum mongolicum)浸提液处理后太白杨枯落物分解周转期和半衰期分别延长了230%和29%,薄荷(Mentha haplocalyx)处理后分解周转期和半衰期分别延长了67%和23%,鱼腥草(Houttuynia cordata)处理后分解周转期和半衰期分别延长了120%和34%;且这3种药材植物对太白杨枯落物分解过程中养分(C、N、P、K、Cu、Zn和Mn)释放和土壤酶(蔗糖酶、羧甲基纤维素酶、β-葡糖苷酶、脱氢酶、多酚氧化酶、蛋白酶和磷酸酶)活性均有显著抑制作用。因此,建议在太白杨林下应该尽量避免种植蒲公英、薄荷和鱼腥草,或者通过降低套种密度来减少药材植物的化感影响。     

利用土壤颗粒的沉降粒级研究泥沙的迁移与分布规律

了解不同粒径泥沙迁移运动规律,有助于深入理解侵蚀条件下碳、氮、磷等元素的生物地球化学过程。土壤营养元素的迁移转化与泥沙颗粒的运动规律密切相关,而泥沙的运动规律由颗粒大小、性状、孔隙度和密度等因素共同决定。依据泥沙颗粒沉降速度分选的原理,针对中国两种典型侵蚀土壤(红壤和黄绵土),分别进行了土壤机械组成(矿质土粒分选)和沉降速度分选测定。结果表明,土壤颗粒的沉降粒级可有效区分红壤和黄绵土中不同粒径团聚体的沉降速度,能够更加准确地反映出同一粒径颗粒因性状、密度和孔隙度的差异而形成的不同沉降速度。相对于质地疏松的黄绵土,红壤的机械组成显示,有86.9%的有机碳与≤32μm的矿物颗粒相结合,很有可能随悬移过程汇入下游水体。但土壤颗粒沉降速度分布表明,约有90.5%的红壤有机碳与等效石英粒径≥63μm的团聚体相结合,易在经历较短的迁移过程后,快速沉积于下坡面。这表明,现有的土壤侵蚀模型大多利用土壤机械组成(即矿质粒径大小)在反映泥沙运动或元素迁移规律方面存在片面性。土壤的团聚过程可有效缩减有机碳和无机碳的迁移距离,从而使其更易沉积于陆生环境。土壤颗粒的沉降速度分级对认识泥沙颗粒和养分元素在侵蚀—迁移—沉积过程中的生物地球化学过程提供了新的途径和视角。     

工程堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机制研究

工程堆积体极易产生水土流失,是生产建设项目水土流失防治的重点。为探明工程堆积体植物篱控蚀效果和机理,通过野外模拟径流冲刷试验,该文采用35、45、55 L/min 3种放水流量,对24°、28°、32°三种坡度的植物篱(H)及裸露对照小区(C)堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取产沙率、径流含沙量、减沙量、径流挟沙力、剪切力、剥蚀率和径流功率等因子对堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机理进行分析。结果表明:堆积体侵蚀时间段集中在产流中后期(10~32 min),侵蚀位置主要在坡面中上段(0~10 m),植物篱具有10%~45%的减沙效益,其控蚀能力与冲刷历时之间存在二次函数的关系,临界时间随坡度和流量的增加而提前;植物篱坡面产流后期径流含沙量超过裸坡,这与其在侵蚀过程中的"源-汇"转变有关;植物篱可降低坡面土壤剥蚀率,提高坡面的临界剪切力和临界径流功率,能抑制细沟向坡面下部的发育,基于径流功率,其可蚀性参数(3.58 g/(N·m))大于对照坡面的可蚀性参数(2.83 g/(N·m))。研究结果可为坡面植物篱的合理利用提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体措施条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供部分参数支持。     

不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征

土壤抗侵蚀能力特征是土壤侵蚀预测预报的重要依据之一,为了分析黄土区不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征,采用原状土冲刷槽和静水崩解法,分别在大豆不同生长期测定坡耕地不同土层土壤抗冲性和抗蚀性,并对大豆根系特征与土壤抗侵蚀能力的关系进行分析。结果表明:随着大豆生育期的推进呈现出先增强后减弱的趋势,始粒期土壤抗侵蚀能力最强,苗期最弱;在大豆苗期与分枝期,土壤抗侵蚀能力随土层深度的增加而减弱;大豆开花期以后10~20 cm土层土壤抗侵蚀能力最强,其次为0~5 cm土层;土壤根重密度、根系表面积、根系体积及根系长度对土壤抗侵蚀能力影响均达到极显著水平(p0.01),且根径在0~0.5 mm之间根系的增多会更加有效地提高土壤的抗侵蚀能力。这表明在大豆生长初期加强对坡面的有效防护,避免地表长期裸露,培育根系发达的大豆品种将有助于对坡耕地土壤侵蚀的防控。     

自动基流分割法在北洛河流域的适宜性对比

基流是枯水季节河川径流的重要补给来源,河川基流量及其变化对流域生态健康和水资源合理利用具有重要作用。确定适宜流域生态环境特点的基流分割法,在基流研究中是十分关键的工作。以北洛河流域上游典型黄土丘陵沟壑区刘家河站的多年实测径流资料为基础,分析BFI,HYSEP、数字滤波等三类共9种基流分割法的适宜性,结果表明:BFI法和HYSEP法分割结果比较接近,所得基流指数在0.399 4~0.428 1。尤其修正BFI法估算的基流量及过程线,能够客观反映研究流域流量过程线退水段的物理规律。综合考虑变异性、稳定性、过程线吻合程度等方面,认为修正BFI法是黄土区水文研究中进行基流分割的适宜方法。     

减量施氮及秸秆深埋对春玉米地土壤电导率和硝态氮淋溶的影响

通过在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站半覆膜种植春玉米大田试验,研究了减氮及秸秆深埋对土壤电导率、土壤硝态氮淋溶和玉米产量的影响,旨在为提高氮肥利用效率和保护环境提供理论依据。试验设5个处理3个重复,处理包括不施氮(CK)、常规施氮(CON1,N 250kg/hm2)、常规施氮加秸秆(CON2,N 250kg/hm2+秸秆)、减量施氮(CR1,N 200kg/hm2)和减量施氮加秸秆(CR2,N 200kg/hm2+秸秆)。测量了春玉米各生育期土层剖面土壤电导率、收获期土壤硝态氮含量和春玉米产量。结果表明:土壤电导率在分蘖期、拔节期40—150cm土层出现峰值,在抽穗期、成熟期40—200cm土层出现峰值,峰值范围下移。在0—150cm土层范围内,土壤电导率整体呈现CON2CON1,CR2CR1。在0—150cm土层范围内,常规施氮土壤电导率高于减量施氮。与常规施氮相比,减量施氮减少了土壤剖面硝态氮含量,同时,采取秸秆深埋措施也能减少土壤剖面硝态氮含量,并延缓硝态氮的淋溶下移。与常规施氮相比,减量20%施氮增产9.59%。施氮条件下,秸秆深埋时,有利于提高作物产量,提高氮肥增产潜力。秸秆深埋有利于提高土壤电导率,减少土壤硝态氮含量,阻控土壤硝态氮向下淋溶,提高玉米产量。     

小麦TaGAPC1基因及其启动子的克隆与功能分析

甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)是糖酵解过程中的关键酶。作为GAPDH的亚型,GAPC(cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸,但是关于GAPC在非生物胁迫应答中作用的研究却并不充分。本研究从中国春小麦(Triticum aestivum)中克隆出了TaGAPC1基因(GenBank No. KU246046),其编码337个氨基酸,并克隆出基因上游973 bp的序列,将其命名为P973。通过融合绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)报告基因,使用基因枪法瞬时转化洋葱(Allium cepa)表皮细胞进行亚细胞定位,结果显示TaGAPC1蛋白定位于细胞膜上。使用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)技术,分析TaGAPC1基因在根、茎、叶中,以及干旱(PEG8000)、盐(NaCl)、脱落酸(abscisic acid, ABA)和低温(4℃)非生物胁迫下的表达模式。结果表明TaGAPC1基因在叶、根、茎中的表达量依次下降,在PEG8000、NaCl和ABA胁迫下的表达量显著上升,但对4℃的响应不明显。根据PLACE (http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/)和PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)数据库分析,P973启动子序列中包含响应干旱、ABA、低温和创伤等胁迫的顺式作用元件,如干旱应答元件(drought-responsive element,DRE)、激素应答元件包括ABA应答元件(ABA-responsive element, ABRE)、MYB结合位点(MYB-binding site, MBS)和WUN-motif等。根据顺式作用元件的分布,扩增得到5个启动子5'端缺失片段,分别命名为P844、P738、P605、P475和P256。构建6条启动子序列融合β-葡萄糖苷酸酶基因(β-glucuronidase, GUS)的表达载体,并瞬时转化烟草(Nicotiana batacum)植株,测定PEG8000、NaCl、ABA和4℃胁迫下各启动子驱动的GUS酶活。结果表明,-973~-605启动子区域在TaGAPC1基因应答PEG8000和NaCl胁迫中具有关键作用,-973~-475启动子区域对应答ABA胁迫至关重要。本研究从分子水平初步阐释了TaGAPC1与非生物胁迫应答的关系,为深入探讨其抗逆的分子机制奠定了基础。     

基于Google Earth的一种浅沟侵蚀量的测算方法

针对黄土高原丘陵沟壑区浅沟侵蚀量测量费时耗力的问题,提出一种新的浅沟沟道侵蚀量测算方法。基于传统的"三棱柱"侵蚀量测算法及Google Earth所提供的公共数据图像源,利用Google Earth地形工具快速精确地测得浅沟侵蚀量。以在2013年延安极端降雨中,安塞马家沟流域多级梯田出现的典型浅沟侵蚀为算例,运用此方法,与实测值相比,田面高程相对误差23.2%,田面面积相对误差2.7%,侵蚀沟深度相对误差14.8%,侵蚀量相对误差4.8%,虽然在侵蚀量的一系列测算中存在误差,但完全可以通过数学方法进行削减。基于Google Earth的浅沟侵蚀量的测算方便快捷,是一种利用公共数据测量浅沟侵蚀量的新方法,可为高效开展黄土高原丘陵沟壑区坡面水土流失调查及治理提供技术参考。