旱区陆面非降水性水分研究进展和展望

随着全球气候变暖,自然生态系统和水资源压力不断增加,加剧了全球水资源的短缺。旱区非降水性水分(Non-precipitation Water,NPW),作为一种重要的水源,对旱区生态系统和陆面水分平衡具有显著影响。本文基于国内外非降水性水分研究现状,总结其在西北旱区的观测方法、变化特征、形成机制及对陆面水分平衡和作物的影响。在结合非降水性水分研究国际趋势的基础上,指出当前研究的不足和问题,以及未来研究的重点方向:揭示陆面非降水性水分的复杂形成机制,加强对不同气候区和下垫面非降水性水分的认知,建立专门的陆面非降水性水分观测系统,发展其在数值模式中的参数化,以及制定陆面非降水性水分开发利用的技术标准。

考虑生态耗水的干旱区绿洲灌溉用水效率评价指标与方法

针对现行干旱区绿洲尺度灌溉用水效率评价对生态服务效益考虑不足的问题,提出了在绿洲尺度上考虑生态耗水的灌溉用水效率评价指标和方法,并应用于宁夏引黄灌溉绿洲。结果表明:宁夏引黄灌溉绿洲农田蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达74.7%,生态系统蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达39.8%,灌溉水对生态系统的支撑作用显著;考虑生态耗水前后的灌溉用水效率差为0.052~0.074,占未考虑生态耗水灌溉用水效率的13.9%~16.1%,灌溉水的生态服务效益明显;提出的评价指标与方法合理可行,能客观反映干旱区灌溉用水的综合效益。

南疆干旱区枣园间作板蓝根栽培技术

红枣产业是新疆塔里木盆地重要的农业支柱产业,而板蓝根又是应用广泛的药用植物。本文立足于新疆生产建设兵团第二师三十四团枣园间作板蓝根的生产实践,总结了南疆干旱区红枣和板蓝根高效间作的栽培技术,为团场产业结构调整提供新思路,并为进一步的科学研究提供参考依据。

宽行密植模式对旱区黄冠梨根系构型的影响

【目的】筛选宽行密植栽培模式的适宜定植密度,为合理高效利用土壤资源和水肥精准化管理提供参考。【方法】以甘肃省干旱区不同宽行密植模式(株行距1.0 m×4.0 m、1.5 m×4.0 m、2.0 m×4.0 m)下的黄冠梨为研究对象,利用Win-RHIZO根系分析系统,对根系的构型参数进行测定,对比分析不同径级((φ>2 mm和φ≤2 mm))根系的分布与吸收范围,【结果】不同栽培模式下单位面积的群体数量的差异导致根系功能和结构的显著变化,0~20 cm土层是株行距1.0 m×4.0 m处理根系的集中分布区域,比根长、比根面积和总根体积均显著高于株行距2.0 m×4.0 m处理。在20~40 cm土层,株行距1.5 m×4.0 m处理的比根长较其他处理提升了3.7%~26.8%,第2年比根面积较株行距1.0 m×4.0 m处理提升了82.1%,株行距2.0 m×4.0 m处理根体积和根尖数量较株行距1.0 m×4.0 m处理分别提升了62.3%和34.2%。在40~60 cm土层,株行距2.0 m×4.0 m处理的比根长、比根面积、根长密度较株行距1.0 m×4.0 m处理最高分别增加了38.5%、95.5%和175.0%。栽植密度由大变小时,根系(φ>2 mm)集中分布现象逐渐减轻,水平分布扩展距离由近到远逐渐减小,且根系垂直与水平分布的差异减小。【结论】株行距1.0 m×4.0 m处理下细根(φ≤2 mm)分布离散度大,偏向性分布特点突出,垂直分布集中于表层土壤,根长、根表面积和根尖数量占比均超过50%,根系构型“浅表化”明显,株行距1.5 m×4.0 m处理细根的水平和垂直分布较均衡,但根长和根表面积均显著减小,吸收能力减弱,株行距2.0 m×4.0 m处理细根的分布明显向深层和离树干较远的区域扩展,根系的吸收能力显著增强,根系构型较好。

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。

Noah-MP陆面模式对干旱区不同下垫面水热通量模拟评估

基于干旱区张掖国家气候观象台2021年1月-2022年6月和大满灌区绿洲农田站2020年1-12月的观测数据,评估Noah-MP模式对干旱区荒漠和农田两种下垫面的水热通量的模拟性能。结果表明:Noah-MP模式模拟的干旱区荒漠下垫面辐射与观测值的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.93。感热的泰勒评分(0.809)>潜热的泰勒评分(0.504),对辐射及湍流通量的变化特征、峰谷值与观测值总体一致,模拟效果较好。模拟的5 cm土壤湿度对降水过程有明显的响应,表现出明显的冷暖季差异,但其模拟性能仍有待改进。Noah-MP模式模拟的干旱区农田下垫面辐射通量及各层土壤温度的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.58,模拟效果较理想。但模拟的潜热通量及各层土壤湿度较观测值偏低,尤其在生长季模拟性能不理想。Noah-MP模式对干旱区荒漠下垫面水热通量的模拟性能优于农田下垫面,优化和发展模式水文过程的参数化方案,在模式中考虑人为作用,是提高干旱区陆面过程模式模拟能力的重要方向。

基于氢氧同位素技术在干旱区酿酒葡萄水分利用研究中的应用与思考

探讨运用氢氧稳定同位素技术,解决干旱区制约酿酒葡萄产业高质量发展的水资源短缺和水分利用率不高并存的问题。本文通过总结梳理植物水分利用研究历程及理论基础、技术方法和成果,对比分析氢氧稳定同位素技术的理论基础和技术优势,初步探讨了氢氧稳定同位素在酿酒葡萄水分溯源和利用策略方面的应用前景,并提出今后研究思路框架。应用氢氧稳定同位素技术确定酿酒葡萄水分利用策略研究的重要方向:深入开展土壤类型、作物品种、气候对氢氧稳定同位素的影响研究;建立氢氧稳定同位素计算模,精准分析酿酒葡萄整个生育期水分来源及水分利用效率;基于土壤-植物-大气连续体氢氧稳定同位素特征,综合分析酿酒葡萄生理代谢特性、植株茎流特征,提高分析精度,解决因分馏导致的数据偏移问题。为定量化分析酿酒葡萄水分利用策略,实现酿酒葡萄水分优化配置和精准管理化灌溉提供理论依据和技术支撑。

宁夏中部干旱区露地甘薯栽培适应性比较研究

为丰富宁夏干旱区适宜栽种的甘薯品种,实现区域甘薯产业高质高效持续发展,以收集的国内外23个甘薯品种为材料,对植株农艺性状、甘薯产量、甘薯品质、栽培适应性等多指标进行比较分析。结果表明,徐薯25、苏薯8号、安平一号、济薯26号、徐薯55-1、安纳芋、徐薯27、岩薯5号8个品种为早熟品种,9月中旬为最佳采收期。徐薯28和烟薯25号2个品种9月中旬至10月初采收均可;其他品种为中晚熟品种,适宜10月初采收。烟薯25号、川薯产量高(单株产量分别为2518 g、2295 g),综合品质较好。济薯26号和徐薯55-2产量及可溶性糖含量(分别为3.32%和3.25%)、富硒方面均有优势,适宜开发本地区鲜食品种;徐紫8号、徐紫5号2个紫薯品种产量均不高;徐紫8号粗纤维含量低,硒含量较高;徐紫5号淀粉含量较高。烟薯25号、川薯、济薯26号和徐薯55-2可作为宁夏干旱区域甘薯推荐种植品种。

西部旱区苹果园雨水收集型水肥一体化施肥技术

中国西部旱区是我国苹果的主要产区之一,但土地瘠薄,水资源匮乏成为制约苹果产业发展的主要因素。滴灌、喷灌、微喷灌等水肥一体化技术在提高水肥利用效率方面表现优异,但所需的硬件设备要求高、投资大,短期内难以广泛应用。将雨水收集在简易的贮水罐、贮水池,利用施肥枪在果树树冠外围投影处注入作物根部土壤中来搭建一套简易的肥水液,实行简易的肥水一体化管理方法可行。

干旱区铁路沙害治理典型模式研究

对兰铁局辖区60多年干旱沙区风沙危害铁路治理模式进行总结,为干旱区铁路沙害防治提供技术方案。在灌溉条件下,建立的以乔灌木为主体铁路沙害防护体系,一级沙害区;在无灌溉条件下,建立工程固沙+植物固沙雨养型铁路沙害防护体系,适合年降雨量160 mm以上沙害地区,二级沙害区;在无灌溉条件下,建立工程固沙铁路沙害防护体系,适合年降雨量160 mm以下的沙害地区,三级沙害区;“高立式沙障+格状沙障”适合一级沙害地区;“高立式沙障+积沙沟”适合二级沙害地区、“格状沙障”适合三级沙害地区。

新媒体背景下学术期刊发展现状及对策——以《干旱区地理》为例

本文以地学中文核心学术期刊《干旱区地理》为例,概述了期刊出版、编辑队伍、栏目设置、数据库收录、CSCD-JCR影响因子方面的情况,并从期刊内容质量、策划选题、数字化平台建设、优化出版流程、期刊宣传几方面分析《干旱区地理》办刊的特点,进而总结《干旱区地理》期刊发展过程中存在的问题,并为期刊高质量发展提出若干对策。

8个紫花苜蓿品种在柴达木旱区的生产性能综合评价

为筛选出适宜青海省柴达木旱区种植的紫花苜蓿品种,于2020—2022年对引进的8个紫花苜蓿品种进行生产性能评比试验,并采用隶属函数法综合评价适合柴达木旱区种植的优质紫花苜蓿品种。两年试验结果表明:(1)在2021年,东苜2号的干草产量最高,为11373.44 kg·hm^(-2);在2022年,龙牧803的干草产量最高,为13485.54 kg·hm^(-2);(2)5909在两年的粗蛋白含量和相对饲喂价值均最高,分别为14.71%和126.01、14.07%和128.01,而酸性洗涤纤维含量均最低,分别为38.67%和36.90%;东苜2号两年的中性洗涤纤维含量均最低,分别为53.68%和51.35%;(3)基于隶属函数法对各紫花苜蓿品种生产性能的综合评价,东苜2号、龙牧803和5909综合性状表现较好,在柴达木干旱区适应性强、饲草产量及品质最优,建议在本地优先推广种植。

中国旱区GPP时空演变特征及影响因素研究

为明晰中国旱区生态系统的固碳能力及其变化机制,本研究根据AI指数划分了中国旱区范围,并基于MODIS植被总初级生产力(GPP)数据集,结合气温、降水、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量等气象数据和土地利用等人类活动,探究了中国旱区2001—2020年植被固碳能力的时空演变特征及影响因素。结果表明:(1)中国旱区GPP 20 a间呈增长趋势,其中,64.72%的区域GPP呈显著增长趋势;(2)温度对GPP的影响最低,相对贡献率为21.70%,降水和土壤含水量是GPP增长的主导因子,二者贡献率总和超过55%。随干旱程度加剧,水分胁迫作用逐渐增强。不同植被类型下,除混交林和高山植被外,降水是影响其他植被类型GPP变化最重要的气候因子;(3)土壤类型及地貌类型的差异是影响GPP空间分异的主导因子,水分、土地利用类型因素也有重要作用,任意两要素间的交互作用解释力均大于单一要素的解释力,以土壤类型与其他各因子的交互作用最为显著。研究结果对深入理解我国旱区生态系统碳汇演变特征及其对外界环境因子响应机制具有重要理论意义。

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。

裸露与沙埋对极端干旱区凋落物分解和养分释放的影响

为了评估沙漠公路防护林林带裸露与沙埋处理下的凋落物分解和养分动态特征,以梭梭(Haloxylon ammodendron)和乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)同化枝、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)叶凋落物为研究对象,用凋落物分解袋法进行分解试验。结果表明:(1)3种凋落物的质量损失在2种处理下均存在显著差异,沙埋处理下凋落物质量损失大于裸露处理,至分解试验结束,裸露处理下梭梭、乔木状沙拐枣和多枝柽柳的失重率分别为7%、6.8%、18.1%;沙埋处理下梭梭、乔木状沙拐枣和多枝柽柳的失重率分别为23.7%、9.7%、21.9%;(2)分解过程中,2种处理下凋落物C、N、P含量变化不太一致,梭梭与乔木状沙拐枣同化枝的N与P含量均呈净富集状态,而C含量则呈现净释放状态;多枝柽柳叶的N和P含量分别呈净富集、净释放状态,C含量为富集-释放状态;(3)分解速率k值与相关因素分析表明,凋落物初始N、P、C:N与C:P含量对分解速率影响显著(P<0.01)。这些结果说明,在极端干旱区,沙埋对凋落物的分解过程有显著的积极影响。

基于生态系统恢复力的干旱区植被生态需水阈值计算方法与应用

本文以石羊河流域中下游为研究区,采用考虑生态系统恢复力(latitude of ecosystem resilience,LER)的月尺度生态需水评估方法计算19822020年植被月适宜生态需水量、最小生态需水量以及相应的生态缺水量,并与土壤水分特征值法(characteristic value of soil water,CVSW)进行比较,分析不同类型植被生长期的水分盈亏关系。结果表明:LER法和CVSW法计算结果相近,但LER法具有更大的生态需水阈值区间;天然降水基本可以满足植被的基本生存,但无法满足正常生长需求;LER法的适宜需水条件下,各植被生长期总体处于缺水状态,缺水严重程度排序为灌木林>其他林地>疏林地>高覆盖度草地>中覆盖度草地>有林地,全部植被生长期总适宜生态需水量为3.7×10^(8)m^(3),亏缺水量为1.2×10^(8)m^(3),同一植被亏缺水量基本符合春秋多、夏季少的规律;最小需水条件下,只有其他林地存在生长期缺水情况,全部植被生长期总最小生态需水量为0.8×10^(8)m^(3);在缺乏土壤水分数据的干旱地区,LER法具有良好的适用性。研究结果可为石羊河流域水资源高效利用和干旱区生态系统的恢复与重建提供理论参考。