长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和土壤有机碳的影响

以国家土壤质量安定观测试验站黄绵土区的农田长期定位试验为研究对象,研究长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和有机碳的影响。结果表明,连续种植7年春小麦,施肥显著影响小麦产量及其水分利用效率,以化肥与有机肥配施(NPKM)处理效果最好,较单施化肥(NPK)、单施有机肥(OM)处理春小麦产量和水分利用效率分别增加了7.18%和7.82%、5.91%和3.83%;在定位施肥初期(前3年),NPKM和NPK处理的效果优于OM,在第4年三者无差异,而第5年及之后,NPKM和OM处理的效果明显好于NPK处理。长期NPKM和OM处理较NPK处理0~20 cm土层土壤有机碳含量分别显著增加了36.88%和31.98%,有机碳储量分别显著增加了31.17%~41.94%和27.80%~35.81%,表层0~10 cm的增加效果显著好于10~20 cm土层。不同施肥处理对0~20 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)的影响表现为NPKM>OM>NPK>CK,且差异显著,长期NPKM和OM处理较NPK处理土壤MBC分别显著增加了46.4%和28.7%,长期单施NPK处理可显著增加土壤MBC含量,但对有机碳影响不明显。综上所述,长期NPKM或OM处理可显著增加黄绵土小麦地土壤有机碳和MBC含量,增加有机碳储量,有利于农田土壤固碳增汇,提高小麦产量及其水分利用效率。

干旱半干旱区果园生草条件下土壤微生物(细菌)的多样性

采选4种具备潜在“绿肥”功能的草种(黑麦草、苜蓿、高羊茅、长柔毛野豌豆)以及自然生草和清耕模式进行果园行间长期生草处理,应用高通量测序技术分析不同生草模式下果园土壤细菌群落结构、数量和功能的变化,以期为干旱半干旱区果园的合理生草和苹果生产可持续发展提供参考依据。结果表明:生草处理下细菌OTUs被划分为39个已知细菌门、94纲、266目、541科、127属。其中苜蓿(458个OTUs)及自然生草(531个OTUs)处理具有更多的群体特异性OTUs,其次为黑麦草与长柔毛野豌豆处理,并且相较于清耕,生草处理的土壤显著富集了拟杆菌纲、梭状芽孢杆菌纲、放线菌纲、变形菌纲、拟杆菌门、草酸杆菌科、假单胞菌科、芽孢杆菌科等有益微生物。PCoA主成分、Adonis组间差异分析和α多样性(ACE指数)进一步表明,土壤细菌群落的组成主要受生草处理影响,其中自然生草、苜蓿及长柔毛野豌豆处理区域土壤样品中的细菌群落差异以及细菌多样性更显著。同时自然生草、苜蓿及长柔毛野豌豆生草处理下差异代谢通路主要聚焦于碳水化合物代谢,氨基酸代谢,能量代谢,跨膜转运及核苷酸代谢,其平均丰度分别为13.6%、9.5%、4.2%、3.4%、3.2%。综上所述,生草处理可影响细菌群落结构,其中自然生草、苜蓿及长柔毛野豌豆生草进一步显著促进了细菌群落的功能。

2005-2017年中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量数据集

土壤水是地球水体的重要组成部分之一,陆地上植被和作物所利用的水分主要是从土壤中直接汲取的。因此土壤水的存贮、补给、消耗、更新和平衡对全国尤其是干旱半干旱区域的农业、牧业、林业、自然生态环境和水资源平衡,有着极其重要的意义。本数据集选取中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北干旱半干旱区的8个生态系统观测研究站,收集整理了各站2005–2017年的土壤含水量长期观测数据,通过质量控制、开展剖面-样地尺度上层次及时间归一化统计计算,生成了相应的土壤储水量数据集,以期为中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量分布及变化状况提供长时序的数据刻画和支撑。

2005-2020年中国干旱半干旱区典型草地和荒漠生态系统植被地上生物量数据集

植被生物量是全球碳循环的重要组成部分,是陆地生态系统与大气之间碳交换的重要环节,是定量研究全球气候变化与草地、荒漠生态系统之间的反馈调节作用等的基础。中国干旱半干旱区的草地、荒漠生态系统是重要的碳库类型,本文选取中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)中位于中国干旱半干旱区的2个草地生态系统观测研究站(海北站、内蒙古站)和5个荒漠生态系统类型观测研究站(鄂尔多斯站、阜康站、临泽站、奈曼站、沙坡头站)的典型生态系统,对其按照CERN生态系统长期观测规范开展长期观测获取的植被地上生物量的2005–2020年间生长季的月动态实测数据进行了收集整理与质量控制,并开展了样方原始调查数据到样地尺度观测数据的统计计算,生成了植被地上生物量数据集,可为中国干旱半干旱区草地和荒漠生态系统对全球气候变化响应及植被保育与可持续发展等研究提供地面观测数据支撑。

基于生境及其植被特征的西北干旱半干旱区城市绿地生态设计途径

【目的】在地域自然资源的约束及可持续城市绿地建设的现实诉求下,探索能够指导西北干旱半干旱区城市绿地生态设计实践的方法策略,为该地区建立人工干预下的新城市生态过程提供支持。【方法】分别从中、小尺度对城市生境的异质性特征进行认知,并对其与城市绿地设计层级、内容的匹配性关系进行分析。【结果】构建出中小尺度城市绿地生态设计框架,并针对西北干旱半干旱区城市绿地建设,划分出4种典型城市绿地生态设计类型及其生态设计分区,提出相应的场地生境多样性优化设计、植物群落多样性设计和科普展示系统设计策略。【结论】将中、小尺度城市生境及其植被特征的形成与维持机制转化为城市绿地生态设计途径,可为西北干旱半干旱区城市绿地生态建设提供理论支持和技术指导。

干旱半干旱区典型林分持水性能比较研究

[目的]水分供给是制约干旱及半干旱区发展的决定因素,科学评估干旱半干旱区典型林分的持水性能是规划防护林建设,调控林分结构与进行树种选择的重要依据。[方法]以库布齐沙漠鄂尔多斯造林总场内5种典型人工林为研究对象,利用野外收获法与室内浸水法分析林冠层、林下植被层、枯落物层及土壤层持水性能,引入模糊物元模型,结合欧式贴近度对不同林分持水性能进行定量评价。[结果](1)不同树种间林冠持水能力差异显著,表现为杨树旱柳混交林>榆树林>杨树林>沙柳林>樟子松林,林分持水量介于2.36~9.98 t/hm^(2)。(2)各林分林下植被的持水量介于0.84~3.66 t/hm^(2),生物量介于1.33~3.92 t/hm^(2),生物量表现出与持水量相同的变化趋势。(3)枯落物持水量介于1.96~29.25 t/hm^(2),生物量介于1.43~13.62 t/hm^(2),对数函数和幂函数可较好表现枯落物的动态持水量和动态吸水率。(4)各林分间土壤毛管持水量介于543.80~645.71 t/hm^(2),饱和持水量介于562.87~694.78 t/hm^(2),杨柳混交林土壤容重低于其他纯林,同时孔隙度比其他林分高。(5)欧式贴近度大小排序为杨柳混交林(0.805 6)>沙柳林(0.387 7)>榆树林(0.374 7)>杨树林(0.357 2)>樟子松林(0.163 2),欧式贴近度越大,林分持水性能越强,5种林型中杨柳混交林持水能力最强,樟子松林最差。[结论]建议未来经营干旱半干旱区人工防护林建设中,适当提高混交林比例,并尝试通过更多林分合理搭配进行防护林建设保护。

中国北方干旱半干旱区植被对气候变化和人类活动的响应

干旱半干旱区是我国的生态环境脆弱的地区之一。伴随着气候变化和人类活动的加剧,近几十年该区域植被正发生着显著的变化,然而,至今还缺乏对植被变化原因的足够认识。本文基于GLASS(Global Land Surface Satellite)叶面积指数(Leaf Area Index,简称LAI)、CRU(Climate Research Unit)气温和降水数据,采用相关系数法及残差分析法研究了1982~2017年中国干旱半干旱区植被的时空变化特征,并分析了气温、降水及人类活动对LAI变化的相对贡献。结果发现:(1)干旱半干旱区植被显著改善,仅局部地区有所退化,且植被改善在夏季最为明显;(2)在植被变化中,长期趋势变化和年际变化的影响因子不同,前者受气候变暖影响,而后者则主要与降水的波动密切相关;(3)春、夏季气温和夏季降水对干旱半干旱地区植被生长的同季节影响显著,而在新疆北部和内蒙中部地区,植被对气候因子有季节尺度的滞后响应;(4)植被变化受到人类活动和气候变化的共同作用,不同地区植被变化的主导因子不同。在植被改善地区,气候因子的贡献率约为59%,人类活动的贡献率约为41%;而植被退化地区,气候因子的贡献率约为-51%,人类活动贡献率约为-49%。总的来说,近几十年来我国北方干旱半干旱区植被已发生了显著变化,该变化是气温、降水和人类活动多因素综合影响的结果。

不同燕麦品种在甘肃半干旱区的适应性研究

通过筛选栽培高产优质燕麦品种,为山丹地区燕麦草生产提供技术支持。以引进的6个燕麦品种为材料,对物候期、农艺性状和产量性状进行了综合评价。结果表明,6个燕麦品种在山丹县均能正长生育,生育期牧乐思、陇燕3号最长,均为111 d;青海444最短,为100 d。株高牧乐思最高,为114.2 cm,与爱沃126、陇燕3号差异不显著;而显著高于其他燕株高麦品种(P<0.05)。爱沃126干草产量和种子产量均最高,分别为13163.0、5124.2 kg/hm2。6个燕麦品种中爱沃126的株高、茎粗,叶片长宽均显著高于其他品种,且分蘖数也较优,综合评价分析得出,爱沃126的综合评分最高,在山丹半干旱区生产适应性最好,最适合在山丹县半干旱区种植推广,其次是牧乐思和陇燕3号。

辽西半干旱区玉米花生间作对不同降水年型下产量与水分利用效率的影响

针对辽西半干旱地区降雨不足、水资源分布不均等问题,筛选出更具有韧性的适应气候变化的种植模式,通过田间试验,以玉米(MS)和花生(PS)单作为对照,研究玉米花生2行/2行(M2P2)、玉米花生4行/4行(M4P4)和玉米花生8行/8行(M8P8)这3种间作种植模式对不同降水年型下的产量和水分利用效率的影响。结果表明:不同降水年型中玉米花生间作LER均大于1,3年M2P2、M4P4和M8P8处理土地当量比(land equivalent ratio,LER)分别为1.02~1.08,1.10~1.15,1.07~1.08,表明能够提高农田的生产力。随着间作条带宽度增加,玉米的间作优势和花生的间作劣势均减弱。玉米具有边行优势,花生则存在边行劣势,同一间作处理中边1行玉米产量显著高于其他边行和玉米单作,边1行花生产量则显著低于其他边行和花生单作。发挥玉米的边行优势,降低花生的边行劣势,是实现玉米花生间作高产高效的重要途径。玉米花生间作具有稳产性,其主要原因是不同降水年型的间作玉米产量以及收获指数差异不显著。随着间作带幅变小间作玉米收获指数、单位面积穗数、穗粒数和百粒重有增加趋势,而间作花生则下降。不同降水年份间,玉米单位面积穗数和穗粒数、花生单位面积荚数和荚粒数差异显著,玉米和花生百粒重差异不显著。不同降水年型中M4P4的LER和WER均最高(1.09~1.15),是适宜在辽西半干旱地区的间作种植模式。

基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季(5-9月)逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明:(1)近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。(2)在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。(3)空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。

辽西半干旱区玉米产量预报方法对比研究

基于辽西半干旱区阜蒙县1986-2016年气象要素与玉米产量、发育期数据,使用产量丰歉相似年法、关键气象因子法、作物模型法开展了玉米产量预报研究,分析比较了3种产量预报方法的趋势预报正确率和定量预报准确率,结果表明,产量丰歉相似年法虽然可以实现玉米产量动态预报,但大概率法和加权分析法对玉米产量趋势的预报正确率均较低(33.3%~66.7%),其中加权平均法准确率高于大概率法的,但二者总体预报准确率都不高,且表现不稳定,不能满足业务服务需求。关键气象因子法提高了2014和2015年(生长季降水偏少年)的产量预报准确率,2年的产量预报趋势正确率为100%,产量预报准确率平均为89.5%。作物模型法随着发布预报日期的推迟,产量预报值更接近实际产量,降水正常年份预报效果好于降水偏少年份的预报效果。综上,将关键气象因子法与作物模型法相结合是准确预报半干旱区玉米产量的有效办法。两种方法相结合,对2011-2016年的产量预报准确率平均值达91.6%,能够满足业务服务需求。

不同种植行距对干旱半干旱区荞麦农艺性状及产量的影响

为筛选出白银市干旱半干旱区荞麦的适宜种植行距,以平荞2号为指示品种,研究分析了不同种植行距对荞麦主要性状及产量的影响。结果表明,不同行距处理与荞麦农艺性状及产量指标的相关性从大到小的顺序依次为株高(r=0.774**)、分枝数(r=0.623*)、产量(r=0.358)、主茎节数(r=0.312)、千粒重(r=-0.131)、单株粒重(r=-0.354)。总的来看,行距与株高、分枝数、产量有较高的相关性。播量120万粒/hm2的条件下,种植行距为25 cm时荞麦折合产量最高,为2191.20 kg/hm2,与行距为20、30 cm的处理差异均不显著,与行距为15 cm的处理差异显著。

高寒半干旱区沙地植被土壤水分变化特征及其影响因素

为揭示高寒半干旱区不同降雨强度对植被差异下沙化土地土壤含水量变化过程的影响。以青海共和盆地东缘黄沙头乔木、灌木和裸地为研究对象,基于2020、2021和2022年5月—9月植物生长季土壤含水量、降雨量和细根分布监测数据,分析2020年、2021年、2022年各生境0—200 cm深度土壤水分对小雨、中雨、大雨的响应。连续动态监测结果表明,大雨、中雨条件下,随土层深度的增加土壤水分对降雨的响应时间延长。乔木林和灌木林土壤水分对中雨、大雨最大响应深度为70 cm、100 cm,裸地对中雨、大雨最大响应深度为50 cm、100 cm。随土层深度的增加,小雨对乔木、灌木、裸地土壤水分的补充作用逐渐降低;中雨对灌木林土壤水分的补充作用逐渐降低,乔木林与之相反;大雨时乔木林、灌木林变异系数呈现S型变化,因此大雨对其土壤水分的补充存在明显的分层利用现象。不同植被类型土壤水分空间变化差异以及对降雨的响应受植被冠层截留对降水再分配的影响,土壤含水量与环境因子间的主成分分析表明,郁闭度、叶面积指数、150—200 cm土壤容重、细根生物量密度、根表面积密度、根长密度、比根长是反映研究区土壤水分的显著因子(P<0.05)。研究表明不同降雨强度植被土壤含水量存在明显差异,高寒半干旱区沙化土地乔、灌植被的建植可提升深层土壤储水能力;结果可为沙化土地恢复和水土流失防控提供科学依据。

内蒙古半干旱区气溶胶散射特性及影响因素

利用2020年7月9日至2023年7月8日锡林浩特市散射系数、黑碳(BC)、PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)质量浓度以及气象要素观测资料,从气溶胶散射特性的时间变化、概率密度分布、与不同类型气溶胶和气象因子的相关程度等方面展开分析,并针对该地区开展散射系数等级划分。结果表明:(1)该地区气溶胶散射能力整体水平较低,但是春季沙尘输送、冬季及夜晚逆温出现频率较高会造成该地区气溶胶散射能力的明显增强。(2)粒径越小的气溶胶与散射系数的相关程度越高,与散射系数的相关系数大小依次为BC>PM_(2.5)>PM_(10),但同时具有季节差异性,此外秋、冬季硝酸盐颗粒是造成该地区散射能力增强的重要因素,夏、秋、冬季硫酸盐颗粒对该地区的散射能力也具有一定贡献。(3)以相关系数的增幅作为当前气象因素对散射系数的贡献率,得到当前气象因素对散射系数的贡献率在1%~2%之间。

半干旱区2种雪茄烟叶发酵后差异代谢物分析

通过比较2个雪茄品种‘海研103’和‘青雪204’发酵后烟叶的代谢产物,探究不同品种烟叶间代谢组的差异。采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术(UHPLC-QTOF-MS),对2个雪茄品种烟叶化学成分进行了非靶向代谢组学分析。结果表明:‘海研103’和‘青雪204’的代谢物相对含量存在明显差异。2个雪茄品种烟叶共筛选鉴定出179个差异代谢物,‘海研103’较‘青雪204’有114个代谢物显著上调,有65个显著下调。对前40个主要差异代谢物用PLS-DA法进行分析,鉴定为有机酸10种、氨基酸7种、酚酸类4种、核苷酸及类似物4种、碳水化合物3种、黄酮类3种、木脂素和香豆素3种,其他6种。结合KEGG通路分析,发现12条2个品种显著富集的代谢通路。

2000−2020年华北干旱半干旱区碳储量变化特征及影响因素

生态工程背景下的碳储量空间格局变化及其影响因素识别是当前研究的焦点和前沿议题.华北干旱半干旱区作为退耕还林(草)工程成效显著区域,其碳储量动态变化与影响因素对促进碳汇以实现可持续发展具有重大意义.本研究通过修正碳密度数据,利用InVEST模型,估算了华北干旱半干旱区2000−2020年碳储量并分析了其时空变化特征,同时利用地理探测器定量探讨了影响碳储量变化的因素.结果表明:①2000−2020年华北干旱半干旱区土地利用类型的改变主要体现在耕地、未利用地和水域的减少以及林地、灌木、草地和建设用地的增加,林地和草地面积占比之和由52.94%增至54.47%,建设用地面积增幅最大,达60.59%.②华北干旱半干旱区2000年、2005年、2010年、2015年、2020年总碳储量分别为7542.46 Tg、7570.94 Tg、7733.11 Tg、7909.20 Tg、8210.84 Tg,平均变化速率为33.501 Tg/a,21年间累计增加668.38 Tg.③碳储量稳定区域的面积占92.39%;碳储量增加区域面积占5.17%,主要分布于河流沿岸的绿洲地区及山地林区,与林地、草地转入区域存在一定重叠;碳储量减少区域面积占2.45%,主要位于乌兰布和沙漠中草地-未利用地交界处以及河北省居民用地.④植被覆盖度是影响华北干旱半干旱区碳汇的首要因素,其次为年均降水量和累计造林面积.不同因子交互作用后会增强单因子对碳汇空间分异的解释力,表明区域内碳汇受到多种因素共同影响.研究显示,华北干旱半干旱区生态修复工程成效显著,碳储量持续增加,其碳汇能力主要受限于自然因素,但生态工程等积极人为措施也能显著提升碳汇.

辽西北风沙半干旱区绿肥种植产业发展探讨

绿肥作为一种传统的有机肥源是改良土壤的重要物料,对农业绿色生产和可持续发展具有重要意义。本文针对辽西北风沙半干旱区地理气候条件的特殊性,以改善沙区土壤耕性、提高土壤肥力、修复土壤微生态环境、减少水土流失、促进沙区农业和农村经济可持续发展为出发点系统阐述了辽西北风沙半干旱区发展绿肥种植产业的必要性,并以此提出该区域发展绿肥种植产业的建议和对策。

干旱半干旱区中小流域洪水机器学习预警模型及其应用

由于对地形地貌特征、临界雨量、汇流时间和重现期等洪水特征因子的认识不足,干旱半干旱地区中小流域的洪水预报准确率有待提高。因此,本文选取甘肃省夏河县(位于半干旱区)和永昌县(位于干旱区)为研究对象,对夏河县(2015年)86个沿河村落的34个小流域和永昌县(2014年)395个沿河村落的240个过水断面的洪水特征要素进行了野外调查,并采用“铁一院”法、瞬时单位线法和地区经验公式法计算了两个区域的汇流时间、设计暴雨和设计洪水,推算了洪水预警值。然后基于计算结果,采用机器学习方法(线性回归、随机森林和神经网络),建立了针对干旱和半干旱地区的洪水预警模型,并对各模型进行了评价分析。结果表明,准备转移雨量与暴雨时程分配、临界雨量和主沟比降之间存在线性相关性,且线性回归模型能较准确地计算预警降雨量。为进一步验证回归模型适用性,使用该模型反演分析甘肃省合作市34个调查流域的准备转移雨量,平均绝对误差仅为0.56 mm。

我国干旱半干旱区近60 a气象干旱气候特征分析

为研究我国干旱半干旱区连续无雨日气候特征的变化趋势,利用该区域74个气象站1961—2022年逐日降水观测资料,对研究区连续无雨日变化特征及其在1961—1990年和1991—2020年前后两个时段的差异等进行分析,重点关注16 d及以上连续无雨日,并将16~25 d、26~40 d、41~60 d、60 d以上连续无雨日分别定义为轻旱、中旱、重旱和特旱。结果表明:我国干旱半干旱气候区16 d及以上连续无雨日的发生次数和日数存在明显差异,尤其是重旱、特旱对应的连续无雨日发生次数和日数,干旱区分别是半干旱区的2.0倍与6.0倍左右;1991—2020年与1961—1990年相比,研究区西部不同等级气象干旱发生次数明显减少,而中东部有所增加;研究区西部不同等级干旱发生日数同样减少明显,中部轻旱和中旱发生日数减少,而重旱和特旱发生日数有所增加;研究时段内,该区域绝大部分气象站点不同等级干旱发生次数和日数均未发生突变。

黄土高原半干旱区花椒种子育苗及管理技术

花椒是一种经济林树种,其栽培具有投资少、生长快、收获早和回报高的特点,发展前景十分广阔。现阶段,我国许多地区纷纷进行花椒种植,推动了地区社会经济的发展与进步。本文介绍了黄土高原半干旱区花椒育苗地选择、种子处理、播种、出苗管理以及移栽后的土壤、水肥、常见病虫害防控等关键技术,以期促进花椒高效种植,提高农户种植效益,推动花椒特色产业发展。