人工落叶松林降雨截留再分配及其水化学特征

以凉水国家级自然保护区内的人工落叶松林为研究对象,对其林冠截留再分配和水化学特征变化进行了系统研究,结果表明:(1)一个生长季内(4-9月),人工落叶松林林冠总截留量为109.19 mm,占同期降雨量21.71%,穿透雨量为393.39 mm,占同期降雨量的78.20%;树干茎流量为0.47 mm,占同期降雨量的0.093%;(2)按照各养分元素月平均浓度排序,林外雨为:CaKMgSiMnNaFe,穿透雨为:CaKSiNaMgFeMn,树干茎流为;CaNaMgSiKMnFe,且不同样品按照养分元素浓度稳定度排序为;树干茎流穿透雨林外雨;(3)人工落叶松林养分元素净输入排序为;KMgMnNaFeCaSi,净输入量依次为22.339,2.920,0.856,-0.216,-0.260,-1.280,-2.478 kg/hm2,其中,穿透雨占人工落叶松林(穿透雨+树干茎流)元素输入量的98.23%,树干茎流占1.77%.     

庆阳市雨洪径流集蓄利用的实践

庆阳市是黄土高原地区董志塬上的一座新兴城市,随着城乡一体化的推进,城市规模扩大,地面硬化面积增加,为控制城市水土流失而兴建雨洪径流集蓄利用工程是一种可行的方法。通过对近年来庆阳市在雨洪径流集蓄利用方面的实践进行分析可知,庆阳市的五湖工程,尤其是已建成的天湖工程在变雨洪危害为雨洪资源,促进旱塬城市经济、社会可持续发展方面具有广阔的应用前景。     

扫描电镜和响应面优化雨生红球藻破壁萃取虾青素的工艺研究

为了充分利用雨生红球藻这一微藻资源,研究虾青素低温抗氧化的萃取技术。本文利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)研究了雨生红球藻粉超微粉碎后细胞壁的结构变化,确认破壁的最佳条件。采用超临界CO2对其进行萃取,运用响应面法(response surface methodology,RSM)优化萃取工艺条件,并对萃取后的精油逐个进行GC-MS分析其脂肪酸成分。结果表明最佳工艺条件为:原料粒度60目,萃取压力42 MPa,萃取温度47℃,萃取时间120 min,液固比1.6,在此条件下,虾青素在藻粉中的提取率可达1.23%,在萃取物中提取率为4.84%。然后将响应面不同条件得到的萃取物进行GC-MS分析,可知当压力40MPa,温度55℃,液固比为1,不饱和脂肪酸(UFA)含量最高为155.1 mg·g-1;当压力45MPa,温度45℃,液固比为2,多不饱和脂肪(PUFA)含量最高为132.05 mg·g-1。     

防渗暗渠式截潜工程设计与施工

截潜流工程设计已是成熟技术,现阶段设计主要是研究采用新型防渗技术土工膜料制作截渗墙和科学布置集水渗渠。项目区地处大凌河Ⅰ级台地上,承担着辽西生态高效农业科研试验项目。因下游河道几乎明水断流,且由于河道大量取沙,导致地下水位下降而无法实施提水灌溉。依据《防洪法》相关规定,采取防渗暗渠式截潜工程设计。坝顶高程与原河床底齐平。暗渠轴线与主泓线成60°角,渠边坡及渠底采取复合土工膜进行截流防渗处理,渠顶及背水坡均采用格宾石笼砌护。其工程实施,不改变主河道原水流流向,主河道不产生壅水现象,工程截流作用主要取决于复合土工膜的铺设及暗渠回填。防渗暗渠式截潜工程可广泛应用于在干旱、半干旱地区境内有河流且河床覆盖层内有潜流的地段,特别是水土流失严重地区,往往是严重缺水地区,欲解决水源,发展集水工程,确是一种行之有效的办法。     

石灰岩山地不同整地组合对侧柏林蓄水保土功能的影响

以新泰市汶南镇洞山小流域石灰岩山地山坡上部采取6种整地组合营造的六年生侧柏林为研究对象,系统研究不同整地组合侧柏林的蓄水保土功能。结果表明:(1)6种整地组合侧柏林的林木保存率、林木生长量和枯落物层蓄积量以整地深度和面积最大的侧柏林的林木保存率和林木生长量最大,枯落物层蓄积量最多;林下灌草植被生物量随着林分郁闭度的减小而增加。枯落物分解后改善了土壤物理性状,增加了土壤孔隙度,减小了土壤容重,提高了土壤渗透速率,增加了土壤蓄水量。(2)6种整地组合侧柏林与对照相比减少的土壤侵蚀量以水平阶整地2最多,为39.161t/hm2,穴状整地1的较小,为34.153t/hm2。(3)对不同整地组合侧柏林的林分郁闭度、枯落物蓄积量、土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、土壤渗透速率、增加的土壤饱和贮水量、减少的土壤侵蚀量、灌草生物量、灌草盖度和有机质含量等进行方差分析,可知均存在显著差异,按各项指标得分相加得出蓄水保土效益,不同整地组合侧柏林的蓄水保土功能排序为水平阶整地2>鱼鳞坑整地2>水平阶整地1>鱼鳞坑整地1>穴状整地2>穴状整地1。     

浑河上游典型水源涵养林降雨再分配过程

为明确浑河上游典型水源涵养林的降雨再分配过程,以浑河上游地区5种典型水源涵养林(红松人工林、落叶松人工林、红松混交林、落叶松混交林、阔叶混交林)为研究对象,应用自记式观测记录仪,分析不同林型林冠层对降水再分配过程(穿透雨、树干茎流、林冠截留)的影响。结果表明:各林型穿透雨量(率)、树干茎流量(率)、林冠截留量均随林外降雨量增加而增大;穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量均与林外降雨量呈显著的线性正相关;各林型穿透雨率、树干茎流率与林外降雨量呈显著的对数函数关系;红松混交林、落叶松混交林的树干茎流率(32.12%,15.44%)均高于阔叶混交林与红松、落叶松人工林,红松、落叶松人工林的林冠截留能力(80.66%,77.47%)高于阔叶混交林、针阔混交林。该结果为浑河上游地区水源涵养林的最优空间结构配置与经营管理提供科学依据。     

黄土高原肥水坑施技术下苹果树根系及土壤水分布

为了解黄土丘陵区雨养条件下山地老果园布设肥水坑(water-wertilizer pit,WFP)技术对红富士老果树(Malus pumila Mill)根系及土壤水分空间分布特征的影响,以无肥水坑处理为对照(CK),利用管式TDR系统监测0~300 cm土层土壤含水率,利用根钻法获得21a生旱地果园0~300 cm土层的根系干质量密度。结果表明:WFP能够显著增加果园含水率低值区间(≥40~80 cm土层)土壤含水率,WFP60(60 cm坑深)处理土壤平均含水率增量(145.4%)最显著。WFP40(40 cm坑深)根际土壤湿润区主要集中在≥40~100cm土层,WFP60在≥20~140 cm土层,WFP80(80 cm坑深)主要集中在深层土壤≥140 cm土层。在0~200cm试验土层,WFP60处理土壤多次平均含水率值都最高,为11.02%,依次为WFP40(10.67%)和WFP80(9.80%)。总根系质量密度WFP60处理最大(594.76 g/m3),WFP40(579.08 g/m3)和WFP80(491.82 g/m3)次之,CK最小(372.12 g/m3)。根系在0~100、≥100~200和≥200~300 cm土层中的分配比例为:CK(69.88%、13.74%和16.38)、WFP40(66.04%、14.26%和19.70%)、WFP60(70.35%、24.08%和5.58%)和WFP80(46.54%、15.04%和38.42%),其根系分布与水分分布正相关。该研究表明WFP能够显著改变土壤水分在不同土层深度的分布,坑深越大向下湿润的土体范围也越深;从而显著促进果树根系的生长和根系在不同湿润土层的分配比例关系。总体而言,WFP60处理效果显著好于WFP40和WFP80处理。研究结果将对黄土高原旱地果园集雨和灌溉制度的制定和肥水坑技术的推广提供参考。     

耕作方式对豫南雨养区土壤微环境及冬小麦产量的影响

针对豫南雨养农业区降水基本满足作物生长需求但年内和年际间分配不均、土壤耕性差的生态实际,为解决小麦播种期和冬春干旱以及改善耕层水、肥、气、热等因子提供理论依据。于2007—2015年,在豫南雨养农业区进行了连续9a的大田定位试验,研究了不同耕作模式对小麦生长季土壤水分、容重、温度及冬小麦产量的影响。试验共设置6个处理:T1(传统翻耕)、T2(不覆盖/不深松+覆盖/免耕)、T3(覆盖/不深松+不覆盖/免耕)、T4(不覆盖/深松+不覆盖/免耕)、T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)以及T6(不覆盖/不深松+还田/旋耕)。结果表明,(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5可以有效提高小麦播种期0~40cm土层的含水量,为麦播提供较好的水分基础,不同耕作方式处理对冬小麦越冬期和返青期土壤日平均温度影响较小,不足以对冬小麦发育进程产生影响。(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5能够有效降低耕层0~20cm和0~40cm的土壤容重。覆盖/深松+覆盖/免耕处理的前3a,冬小麦产量较对照有所降低,从第4年开始较对照增产,2011—2015年增产幅度分别为2.02%、2.83%、10.93%、5.88%、1.97%。以上结果表明,通过T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)的简耕覆盖技术可以有效利用降水资源、培肥地力,提高产量,具有节本增效的作用。     

黄河下游引黄灌区弃土区不同土地利用方式改良土壤功能评价

[目的]探讨黄河下游引黄灌区弃土区不同土地利用方式对土壤改良的影响,为该区集中弃土区水土保持生态建设中植被恢复模式的构建提供科学依据和技术参考。[方法]以山东省滨州市小开河引黄灌区的刺槐纯林、杨树+花生农林间作和大豆农田为研究对象,测定分析不同土地利用方式下的土壤抗侵蚀能力、土壤蓄水性能及土壤养分含量等指标。采用模糊数学隶属函数法对3种土地利用方式的改良土壤功能进行综合评价。[结果]3种土地利用方式可显著增强土壤抗蚀性、改善土壤物理结构、增强土壤蓄水性能和土壤养分。土壤抗蚀能力依次表现为:杨树+花生农林间作大豆农田刺槐纯林裸地。大豆农田改善土壤物理性状能力优于刺槐纯林和农林间作;土壤蓄水能力表现为:大豆农田刺槐纯林农林间作裸地;在增强土壤渗透、减少地表径流方面,农林间作最好,刺槐纯林次之,大豆农田最差。土壤有机质、速效氮和速效磷含量均表现为:大豆农田农林间作刺槐纯林裸地,而土壤速效钾含量表现为:刺槐纯林大豆农田农林间作裸地。[结论]引黄灌区弃土区改良土壤功能强弱综合评价为:大豆农田杨树+花生农林间作刺槐纯林。建议在该区域水土流失治理的土地利用方式选择上优先采用大豆农田,其次为农林间作。     

普鲁兰酶氮端氨基酸的截短对其酶学性质的影响

淀粉是丰富的生物质资源,已被广泛地应用到食品、酿酒、医药等各个相关的领域.普鲁兰酶(pullulanase,pulA,EC 3.2.1.41)作为淀粉脱支酶,可以水解淀粉中的α-1,6糖苷键,最大限度地降解淀粉原料,提高淀粉利用率.因此,寻找一条国产化的道路开发我国自己的普鲁兰酶,具有长远的意义.课题组前期从淀粉厂附近的土壤中筛到一株普鲁兰酶的高产菌株变栖克雷伯氏菌(Klebiella variicola)strain 7,克隆获得pulA基因(GenBank登录号:KJ146839.1)后在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21 (DE3)中异源表达.为提高该蛋白的表达量和分泌效率,同时改善普鲁兰酶的性质,本研究利用基因工程的手段构建了普鲁兰酶去信号肽突变体M1和氮端31个氨基酸的截短突变体M2,结果显示M1和M2最适温度均为45 ℃,二者的最适pH分别是6.0和5.6;M2的半衰期是37 min,是M1的6.17倍;M2的比酶活是582.204U/mg,是M1的1.6倍.动力学分析显示,以普鲁兰糖为底物时,M2的Vmax、Kcat、Km和Kcat/Km分别为0.001 3μmoL/(mL·s)-1、191.80-1 s.-1、0.30 mg/mL、693.30,与M1相比,M2的底物亲和能力增加,同时催化效率是M1的2倍.本研究通过普鲁兰酶氮端氨基酸的截短,为提高酶的比酶活和半衰期提供了新的方法和思路.