降雨强度和坡度对细沟形态特征的综合影响

细沟的形态特征研究可揭示坡面侵蚀发生机理,且细沟形态对坡面径流和侵蚀有重要影响;而现有研究仅用细沟密度和细沟宽深比等指标来表征细沟形态,不能全面准确地反映细沟的形态特征。为此基于模拟降雨试验,研究降雨强度和坡度对黄土坡面细沟侵蚀和细沟形态特征的综合影响。试验处理包括3种黄土高原有代表性的侵蚀性降雨(50、75、100 mm/h)和3个细沟侵蚀发生最常见的坡度(10°、15°、20°)。试验结果表明,坡面侵蚀速率和细沟侵蚀速率均随着降雨强度和坡度的增加呈幂函数增加。试验条件下,细沟倾斜度介于16°~20°之间,随着降雨强度的增加而增大,随着坡度的增加而减小;细沟密度、细沟割裂度和细沟复杂度分别为0.74~1.95 m/m2、0.08~0.17和1.09~1.38,三者皆随降雨强度和坡度的增加而增大;细沟宽深比为1.93~2.35,随着降雨强度和坡度的增加而减小。通过相关分析发现,细沟割裂度是评价细沟侵蚀和细沟形态的最优指标;研究降雨强度对细沟形态的影响时,建议优先选用细沟割裂度、细沟复杂度和细沟倾斜度指标;分析坡度对细沟形态的影响时,除选取细沟割裂度外,建议优先选用细沟密度和细沟宽深比指标。细沟横断面主要呈V形,随着降雨强度和坡度的增加,径流紊动性增强,细沟横断面变化趋于不规则,说明细沟横断面变化可以反映径流的变化特征,从而揭示细沟侵蚀发生机理。     

陇中黄土高原不同草田轮作模式土壤碳组分的差异研究

通过田间定位试验,研究黄土高原西部旱农区多年生苜蓿草地(L-L)及苜蓿耕翻轮作处理苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(L-W)、苜蓿-玉米(L-C)、苜蓿-马铃薯(L-P)、苜蓿-谷子(L-M)对土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)、轻组有机碳(LFOC)及重组有机碳(HFOC)的影响。结果表明,在0200 cm土层,不同轮作模式下土壤总有机碳含量及土壤各有机碳组分均表现为随土层加深呈波动下降趋势,其中TOC、ROC、HFOC含量最高值和最低值分别出现在苜蓿连作表层(05 cm) 和苜蓿轮作(小麦)中层(3050 cm) ,LFOC最高值和最低值分别出现在苜蓿轮作(马铃薯)表层(05 cm)和苜蓿轮作(玉米)底层(170200 cm)。与苜蓿连作模式相比,苜蓿轮作(小麦、玉米、马铃薯、谷子)会降低TOC、ROC、HFOC含量,增加LFOC含量,其中TOC含量分别降低17.44%,9.25%,18.40%和9.34%;ROC含量分别降低28.10%,8.52%,29.75%和23.17%;HFOC含量分别降低18.80%,10.06%,20.53%和12.50%;LFOC分别增加7.41%,5.56%,22.22%和57.41%。可见,苜蓿种植多年耕翻轮作粮食作物后降低了土壤总有机碳水平,且对有机碳各组分的影响存在显著差异。     

晋西黄土区不同空间尺度径流影响因子的辨析

【目的】研究不同空间尺度下晋西黄土区径流的主要影响因子,为当地生态建设和水土流失治理提供参考。【方法】通过对晋西黄土区坡面和小流域2个不同空间尺度下生态水文过程进行长期定位和半定位监测,应用SPSS统计分析软件和灰度关联方法分析了2个空间尺度下径流的主要影响因子。【结果】在坡面尺度,对径流影响最大的是降雨强度和郁闭度,权重分别为21.84%和21.81%;其次为雨前土壤含水量和降雨量;对坡面径流影响最小的因子为坡度,权重为16.39%。在小流域尺度,对径流影响最大的是降雨量和流域面积,权重均为18.11%;其次为形状系数、降雨强度和森林覆被率;沟道比降对径流的影响最小,其权重为14.05%。【结论】在本研究尺度范围内,随着研究空间尺度的增大,降雨量对径流的影响作用加大,降雨强度和植被对径流的影响作用变小,坡度和沟道比降对径流的影响均较小。     

Productivity and water use of alfalfa and subsequent crops in the semiarid Loess Plateau with different stand ages of alfalfa and crop sequences

Alfalfa (Medicago sativa L.) plays an important role in crop–livestock mixed farming on marginal land in the semiarid Loess Plateau. However, the duration, yield performance and water use of long-term alfalfa stands and choice of appropriate subsequent crops are not clear. A 5-year field experiment was conducted at Zhonglianchuan, Gansu Province, China from 2001 to 2005. Productivity and water use were determined and compared between (1) three alfalfa stands that were 1–5 (A1–5), 6–10 (A6–10) and 11–15 (A11–15) years old during the trial; (2) alfalfa using conventional cultivation and a water-harvesting technique (RA1–5); and (3) conventional crop rotation (CK) and four 5-year crop sequence rotations sown after 10-year-old alfalfa had been ploughed, being millet–wheat–potato–pea–potato (MWLPL); millet–corn–corn–wheat–wheat (MCCWW); millet–potato–wheat–corn–corn (MLWCC) and millet–fallow–pea–potato–pea (MFPLP). Forage yield peaked in 7-year-old alfalfa (5740 kg ha⁻¹), but 9-year-old alfalfa had the maximum forage yield profit (4477 kg ha⁻¹ y⁻¹) in terms of whole growing years. Soil water use efficiency (WUE_S in terms of forage yield and soil water use) of alfalfa increased dramatically up to the 11th year, and then leveled off from year 12 to 15. Forage yield and WUE_B/ET (WUE in terms of aboveground biomass and evapotranspiration) of alfalfa were significantly higher using water harvesting compared with conventional cultivation, but were significantly lower than CK. Soil water content did not change in CK as stand age increased, but it decreased in conventional alfalfa stands. After 10 years of alfalfa, a fallow year was not necessary before planting annual crops as soil water was greatly restored after sowing subsequent annual crops. Yield of some crops in the four crop sequence rotations did not differ significantly from CK. MWLPL and MLWCC had more aboveground biomass than MCCWW and MFPLP but the choice of crop sequence needs to be further considered.     

黄土高原南部沟壑区森林昆虫区系研究

对黄土高原南部沟壑区人工林的森林昆虫调查表明,试区森林昆虫有111科440属625种(亚种)。鳞翅目和鞘翅目分别占总种数的40.48%和29.44%。其次为同翅目、异翅目、直翅目、膜翅目,其他目种类较少。古北区和古北-东洋区共有种为其区系主要组分。鞘翅目森林昆虫区系成分具有多样性和过渡性特点,昆虫区系组成、种类与数量也受试区植被类型的影响。     

放牧对黄土高原丘陵沟壑区林草地土壤特性的影响

在黄土高原丘陵沟壑区——山西偏关县通过放牧试验研究了草地和柠条林地在不同放牧强度、不同放牧畜种条件下表层土(0~10 cm)的物理和化学性质。结果表明,放牧强度直接影响着草地和柠条林地土壤的物理结构。随放牧强度的增加,牲畜对土壤的践踏加剧,导致土壤紧实度增加,容重上升,含水量下降。草地和柠条林地的水解氮含量都随放牧强度的增加而增加,速效钾含量则都表现为中度放牧>重度放牧>轻度放牧;速效磷的含量草地随放牧强度的增加而减少,柠条林地的速效磷含量则随放牧强度的增加而增加。从畜牧羊种选择来看,绵羊相对于山羊来说对放牧地践踏较轻,土壤容重较小,土壤含水量、水解氮、速效磷和速效钾含量则较高。     

降解地膜过早破裂对玉米地土壤水分和温度及产量的影响研究

生物降解膜是解决农业“白色污染”的重要途径,笔者针对降解膜过早破裂这一过程,开展了土壤温度、水分和作物产量的影响研究。研究结果显示：降解膜过早裂解对土壤温度和土壤水分不同阶段影响程度不同。对土壤温度的影响主要体现在苗期,降解膜地25 cm内土壤温度比PE膜降低14.1%;对土壤水分的影响主要体现在喇叭口期,降解膜地100 cm内土壤水分比PE膜降低13.1%;降解膜种植的玉米在株高、秃尖、穗行数、百粒重和产量等方面明显低于PE膜,减产27.2%。也即降解膜过早裂解显著影响土壤温度、土壤水分和作物产量。     

黄土高原半干旱区不同覆膜连作玉米产量的水分承载时限研究

【目的】以黄土高原半干旱区有限降水持续高效利用为目标,研究不同覆膜方式下连作玉米（Zea May L.）的产量表现和水分利用特征,揭示其增产机理,明确不同覆膜方式下有利于土壤水分持续高效利用的连作年限,为试区高产、水分高效持续利用型玉米连作技术提供理论依据。【方法】以田间定位试验为基础,量化连作玉米农田土壤水分的年际平衡关系、产量稳定性;以持续高产和收获期不发生土壤干燥化为依据,确定适用于不同覆膜方式的玉米连作年限。【结果】3年试验结果表明,全膜双垄沟播具有良好的保墒、提高土壤水分有效性,利于协调关键生育时期土壤-作物的水分供需关系,提高产量和水分利用效率的作用。与半膜平作处理相比,全膜双垄沟播玉米的籽粒产量、水分利用效率分别提高了41.8%和33.4%,生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了21.8%、12.3%、31.2%、27.8%、21.1%和-3.2%;与露地栽培处理相比生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了24.9%、39.1%、225.5%、1 423.9%、212.4%和93.5%。地膜覆盖增大了玉米全生育时期的耗水量,全膜双垄沟播、全膜平作和半膜平作耗水量较露地栽培增幅分别为15.5%-29.2%、10.0%-20.8%和4.2%-12.6%。单季较高的耗水量导致3种覆盖处理在连作第二年收获期土壤贮水量较连作开始期分别降低了37.3%、33.5%和30.9%,第三年降低了29.6%、27.5%和23.9%,造成土壤水分亏缺;随着连作年限的延长,土壤水分亏缺累计,出现土壤干化现象,引起产量波动,不利于土壤水分的持续利用。【结论】黄土高原半干旱区,在同等降雨条件下,全膜双垄沟播具有明显的增产增效和提高水分利用效率的作用,是理想的玉米种植模式;当年降雨量在320 mm左右时,全膜双垄沟播玉米连作不宜超过2年,全膜平作、半膜平作玉米的连作时间不宜超过3年。     

密度与氮肥运筹对陇东旱塬全膜双垄沟播春玉米产量及生理指标的影响

【目的】研究全膜双垄沟播玉米在陇东雨养农业区产量和生育指标同步提高的最佳种植密度、氮肥施用量及运筹方式,制定合理的栽培措施。【方法】本试验以先玉335为试材,在全膜双垄沟播种植条件下设置了2个氮肥用量（150、225kg·hm^-2）,2个密度（6×10⁴、7.5×10⁴株/hm²）和5个氮肥追施比例及时期（底肥100%;拔节期追施100%;底肥50%、拔节期50%;底肥50%、拔节期30%、抽雄期20%;底肥50%、拔节期10%、抽雄期40%）。通过3年田间试验,研究种植密度、氮肥用量及运筹方式对旱地春玉米产量及生理指标的影响。【结果】在试验氮肥用量及密度范围内,相同施氮量随种植密度增加,玉米产量极显著增加,净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）均减少;相同密度不同氮肥用量间产量差异不显著,但高氮处理玉米产量优于低氮处理;相同密度及氮肥用量条件下,氮肥运筹方式间产量差异均极显著,以基肥﹕拔节肥比例为50%﹕50%的处理Pn、Gs、Tr均最高,水分利用效率与产量变化一致。与播前或拔节期一次性施肥相比,氮肥分期施用可以延缓玉米生育后期叶片叶绿素相对含量的下降,增加生育后期光合物质生产量和转运量,优化产量构成,基肥和拔节肥施用比例为50%﹕50%时效果尤为显著。因此,通过种植密度和氮肥运筹方式的集成优化,可以实现陇东雨养农业区春玉米产量和生理指标的协同提高。【结论】产量不降低是农业生产的目的,玉米生理指标的提高是保证产量的根本。因此,在本试验条件下,采用密度7.5×10⁴株/hm²、施氮量150 kg·hm^-2以及基肥：拔节肥比例为50%﹕50%的氮肥运筹方式,是陇东雨养农业区的一种高产、节氮、增效、环保的栽培模式。     

晋西黄土区封禁小流域植被群落特征变化

对晋西黄土高原封山育林小流域内植被覆盖度、群落木本植物组成及群落α多样性变化进行研究,为黄土高原地区仿拟自然植被的恢复与构建提供相应的理论依据和技术支撑。于2016年7—8月,以山西吉县蔡家川流域内实施封山育林35年的柳沟小流域为调查对象,采用样线与样方相结合的调查方法,对阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡、梁峁顶、沟底6种不同生境的植被状况进行了调查,并与1996年(封禁15年)、2007年(封禁26年)在柳沟小流域相同生境的调查数据进行对比,研究封山育林小流域随封育时间的延长植被覆盖度、群落木本植物组成、群落α多样性的动态变化规律。结果表明:1)小流域封禁15、26、35年时总体覆盖度分别达到77.5%、89.1%和93.6%,封禁26年时小流域已形成森林植被,到封禁35年时各生境的植被恢复较好,流域已基本郁闭;封禁26年后流域总体覆盖度的年增长率放缓,其中阳坡、梁峁顶覆盖度年均增长率减慢,半阴坡、阴坡的覆盖度增长速率仍在增加。2)封禁35年时半阳坡、半阴坡、梁峁顶由旱中生灌木群落向中生性乔灌群落演替,阳坡由旱中生乔灌群落向中生性乔灌群落演替,阴坡由喜阴的中生乔灌群落向中生性乔灌群落演替,沟底由旱中生乔灌群落向中生性灌木群落、湿中生乔灌群落演替。3)到小流域封禁35年,除阳坡外各生境的物种多样性呈现单峰变化,除阳坡外各生境的均匀度指数逐渐上升,生态优势度、物种丰富度波动变化。目前各生境群落处于中期演替阶段,物种分布更为均匀,结构更加稳定,在晋西黄土区封山育林是形成可持续森林植被的最好方法。