不同生态修复草种对土壤水分蒸散的影响

以紫花苜蓿、结缕草、青绿苔草和无芒雀麦为试材,通过人工草地建植对退化植被进行生态修复,实时监测植被NDVI指数、根系体积、土壤含水量及水分蒸散动态变化,研究不同草种植被覆盖效果及其对土壤蒸散特征的影响,揭示植被土壤水分吸收的主要作用机理,以期为我国北方地区适宜生态修复草种选择提供参考依据。结果表明:4种生态修复草种均可快速增加植被生物量,减少非生长季土壤水分蒸散,但生长季植被生物量增加,土壤水分吸收增强,土壤蒸散明显增加,且不同草地月蒸散量峰值排序为青绿苔草(112.65 mm)>结缕草(107.42 mm)>紫花苜蓿(98.19 mm)>无芒雀麦(86.69 mm)。另外,植被根系分布及其体积变化是土壤水分吸收的关键,根系体积越大,分布越集中,土壤水分吸收能力越强,其中,青绿苔草与结缕草土壤水分吸收的主要区域在0~20 cm土层,紫花苜蓿与无芒雀麦在20~40 cm土层。综上所述,由于生长季植被增加土壤水分蒸散,建议北方干旱缺水地区生态修复过程中尽量选择水土保持能力强但水分消耗相对较少的植物种类,就供试植物优先选择无芒雀麦,其次是紫花苜蓿。

草本能源植物修复重金属污染土壤的潜力

在北京郊区重金属轻度污染土地开展了柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草四种草本能源植物的规模化种植,分析其对砷、汞、铜、铬、铅、镉等六种重金属的富集能力与修复潜力。结果表明,四种草本能源植物均属于非超积累植物,但柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草的生物质产量较高,分别为23.23t.hm-2、28.22t.hm-2、47.08t.hm-2、59.22t.hm-2,且不受重金属轻度污染的明显负面影响,因此其重金属绝对富集量可观。杂交狼尾草对砷、汞、铜、铅、镉的绝对富集量分别为23.12g.hm-2、0.35g.hm-2、1132.62g.hm-2、95.18g.hm-2、6.07g.hm-2,芦竹对铬的绝对富集量达到1333.37g.hm-2。草本能源植物对重金属污染土壤具有一定的修复潜力,并以杂交狼尾草最大,芦竹、荻、柳枝稷次之。

纤维素类能源草在京郊地区的经济效益与生态价值评价

纤维素类能源草是一类重要的能源植物与良好的生物质资源。对柳枝稷、荻、芦竹3种纤维素类能源草从农业种植到纤维素乙醇制备的整个过程进行了经济效益与生态价值的初步评价,结果表明,以柳枝稷、荻、芦竹为原料,每制备1.00t纤维素乙醇的经济效益分别为4 147.85,1 185.08,2 019.76元,柳枝稷最优,芦竹次之,荻再次之;每制备1.00t纤维素乙醇所需种植的柳枝稷、荻、芦竹的大气净化生态价值分别为4 639.28,4 351.25,4 320.39元,柳枝稷最优,荻次之,芦竹再次之;3种纤维素类能源草均具有强大的固定大气CO2的能力,对于降低温室气体CO2浓度、促进土壤碳的积累具有积极作用。

氮肥对挖沙废弃地能源草生长特性与生物质产量的影响

能源草是目前最具发展潜力的生物质资源之一,为获得能源草在华北地区边际土地种植过程中肥料效应方面的基础数据,在京郊挖沙废弃地上开展了能源草柳枝稷(Panicum virgatum L.)、荻(Triarrhena sacchariflora (Maxim.) Nakai)和芦竹(Arundo donax L.)的氮肥效应试验。结果表明:氮肥对边际土地上种植的3种能源草的株高、分蘖数量、叶片SPAD值和生物质产量均具有显著的促进作用(P<0.05);生物质产量与土壤氮素浓度之间的回归分析表明,在挖沙废弃地上获得柳枝稷、荻和芦竹最高生物质产量的适宜土壤氮素浓度分别为115.1 mg.kg-1、131.0 mg.kg-11、25.1 mg.kg-1。

京郊边际土地纤维素类能源草规模化种植与管理技术

为探索能源植物在北京及周边地区的发展潜力,在京郊挖沙废弃地、荒滩地、撂荒地、污染农田4种边际土地上开展了柳枝稷、荻、芦竹和杂交狼尾草4种纤维素类能源草的规模化种植。在此基础上,总结提出了京郊边际土地纤维素类能源草规模化种植与管理技术,为基于边际土地发展京郊生物质原料生产与生物质能源产业奠定了良好的技术基础。

挖沙废弃地草本能源植物生物质品质对氮肥的响应

在京郊挖沙废弃地上开展了柳枝稷、荻和芦竹的生物质品质氮肥效应研究,结果表明:施用氮肥对柳枝稷的纤维素、半纤维素、木质素含量影响均不显著;对荻和芦竹的纤维素、木质素含量影响不显著,但对二者的半纤维素含量影响显著;适量施用氮肥对柳枝稷、荻和芦竹的生物质产量、纤维素和半纤维素产量、纤维素类物质含量和产量均具有明显的促进作用。在边际土地上,可以通过施用适量氮肥对草本能源植物的生物质品质进行一定的调控。

生物炭添加对滨海盐土柳枝稷生长的影响

为探究生物炭在滨海盐土改良中的作用以及对植物生长的影响,通过田间试验,采用穴施方式添加450℃热解玉米秸秆炭(1%、2%),分析了滨海盐土理化性质和柳枝稷生长特性的响应。结果表明:生物炭添加后第一个生长季,土壤容重降低3.9%以上,田间持水量、毛管孔隙度、有机碳含量分别提高7.4%、4.0%、68.3%以上,柳枝稷成活率提高18.4%以上,地上和地下干重分别增加198.4%、91.4%以上,地上部和地下部的生长明显改善,柳枝稷可以选择性地吸收K+。因此,采用穴施方式添加生物炭,可以改善滨海盐土的部分理化性质,进而促进柳枝稷的生长,提升其耐盐能力。

能源植物黄连木在我国的地理分布规律

为了更好地开发利用生物柴油能源植物黄连木(Pistacia chinensis Bunge),对其在我国的地理分布规律进行了系统调查研究,结果表明:黄连木的地理分布范围为北纬18°09′～40°09′、东经96°52′～123°14′,资源遍布我国华北、华南、西南、华中、华东与西北地区的25个省、自治区、直辖市;分布区地形以高原、山地为主,土壤母岩以石灰岩为主,土壤类型以褐土为主,跨越我国温带、亚热带、热带地区;黄连木的水平分布区主要位于云南潞西—西藏察隅—四川甘孜—青海循化—甘肃天水—陕西富县—山西阳城—河北顺平—北京西山一线以东、以南,整体上呈现连续分布的特征,局部地区有一定的间断分布;从我国西部到东部,其垂直分布的上限与下限均呈现逐渐降低的趋势,从南方到北方,这种降低趋势不太明显;黄连木在我国的资源分布区可以划分为集中分布区、次集中分布区、零星分布区和沿海地带零星分布区四种类型。

木本能源植物黄连木研究进展

介绍了前人对黄连木生物生态与生理学特性、繁殖与栽培技术、病虫害防治等的研究工作;概述了黄连木的药用价值、用作工艺良材及阿月浑子砧木等用途;并对进一步的研究方向进行了论述。

设施桃树CO_2施肥过程中的光合适应现象

以3年生油桃为试材,在山东农业大学现代水暖玻璃温室中进行设施桃树CO2施肥研究。结果表明,在设施桃树CO2施肥过程中存在明显的光合适应现象,在普通空气条件和高浓度CO2条件下均是如此;PSⅡ光化学效率的适应可从一个侧面解释桃树CO2施肥过程中的光合适应机制。尽管存在光合适应现象,CO2施肥对桃树的光合作用仍然有着明显的促进作用。

CO_2施肥对桃树暗呼吸和光呼吸的影响

以3年生油桃为试材在水暖玻璃温室中进行CO2施肥研究,结果表明:在温室普通空气条件下,CO2施肥对桃树暗呼吸与光呼吸的影响不大;在相应处理CO2浓度条件下暗呼吸速率变化不明显,而光呼吸速率明显下降。在温室普通空气条件与相应处理CO2浓度条件下,桃树暗呼吸速率/光合速率(Re/Pn)值与光呼吸速率/光合速率(Phr/Pn)值均明显下降,这在一定程度上解释了表观光合速率的相对上升,CO2施肥对桃树的生长发育有着明显的正效应。

CO_2施肥对设施桃树果实性状的影响

以3 a生油桃为试材,在水暖玻璃温室中进行CO2施肥研究。结果表明:CO2施肥可明显提高桃树的光合速率,促进光合产物的合成与积累,提高果实产量和品质。增施CO2后,桃树单株坐果数、单果重量和平均株产均明显提高,维生素C、可溶性固形物、可溶性糖和有机酸的含量以及糖/酸比值都明显上升。

作物秸秆生物质原料可持续利用模式探究

为阐明作物秸秆作为生物质原料的可持续利用潜力,基于可持续发展理论,构建了以生物质原料可持续生产和供应系统为基础的生物质产业可持续发展模式。在此基础上,构建了作物秸秆生物质原料可持续利用模式,并分析了中国作物秸秆生物质原料可持续利用潜力。在中国现代生物质产业发展过程中,需要控制作物秸秆生物质原料利用比例整体上不超过25%,即使部分适宜规模化开发利用地区亦不应该超过35%;生物质产业发展应该兼顾生物质原料需要与传统利用方式需要之间的平衡,尤其是要满足作物主产品可持续生产的需要。

能源植物黄连木油脂及其脂肪酸含量的地理变化规律

为更好地开发利用生物柴油木本能源植物黄连木(Pistacia chinensis Bunge),研究了其油脂及其脂肪酸质量分数的地理变化规律。结果表明,黄连木果实与种子油脂质量分数随着地理经度和纬度的增加而降低,果肉油脂质量分数随着地理经度的增加而升高,而其纬向变化不显著。黄连木油脂中的脂肪酸有棕榈酸(C16:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)、棕榈油酸(C16:1)、硬脂酸(C18:0)、亚麻酸(C18:3)、花生酸(C20:4)等7种,其碳链长度集中在C16～C18之间,非常适合用来生产生物柴油。棕榈酸质量分数随着地理经度和纬度的增加而升高;油酸质量分数随着地理纬度的增加而降低,而其经向变化不显著;亚油酸质量分数随着地理经度的增加而降低,随着地理纬度的增加而升高;棕榈油酸质量分数随着地理纬度的增加而升高,而其经向变化不显著;硬脂酸和亚麻酸质量分数随着地理经度和纬度的增加而降低;花生酸质量分数随着地理经度的增加而降低,而其纬向变化不显著。

CO_2施肥对设施油桃叶片特性的影响

以3年生油桃为试材,在水暖玻璃温室中进行CO2施肥试验。结果表明:CO2施肥可使桃树叶面积明显增加,叶绿体中光合色素的含量升高,叶绿素a/b值下降;叶片比叶重上升,含水量下降;可溶性糖、淀粉、蛋白质、碳水化合物含量和C/N值均有所上升;优质叶片的形成进一步促进了光合性能的改善。

油桃温室CO_2气体的分布及变化规律

在设施油桃栽培示范园内研究CO2气体的分布及变化规律,结果表明,白天温室内CO2浓度明显低于外界,形成了一定程度的CO2亏缺;天气状况对温室内CO2浓度有一定的影响,典型的阴天,温室内CO2亏缺程度较轻或基本不发生亏缺;白天温室内不同位置CO2浓度存在一定的差异,前部高于中部,中部高于后部。温室内CO2的分布浓度及变化规律是研究设施栽培CO2施肥效应及调控技术的基础。

栽培油桃的日光温室内CO_2浓度的变化

在栽培油桃的日光温室内测定了CO2的浓度。结果表明,白天日光温室内CO2浓度明显低于外界,形成一定的CO2亏缺;阴天,日光温室内CO2亏缺程度较轻或基本不亏缺。白天温室内的CO2浓度前部高于中部,中部高于后部。

不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质和光合生理的影响

为明确不同盐胁迫对柳枝稷生物量、品质及光合生理的影响,以无盐胁迫作为对照(CK),选取0.40%Na Cl、0.80%Na2SO4和0.80%Na HCO3进行了土柱试验。结果表明:(1)与CK相比,Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷地上生物量、地下生物量、总生物量、籽粒产量及根冠比均显著降低(P<0.05),总生物量分别降低49.39%、60.52%、76.45%,Na HCO3对柳枝稷的生长抑制作用最强,Na Cl最弱;(2)Na Cl胁迫下柳枝稷地上生物质灰分含量显著增高14.89%,Na2SO4胁迫下硫(S)含量显著增高262.32%,纤维素含量显著降低13.71%,Na HCO3胁迫下钾(K)含量显著增高54.95%,半纤维素含量显著增高10.87%,灰分和S含量的增高不利于柳枝稷地上生物质的燃烧利用,纤维素含量的降低和半纤维素含量的增高不利于其转化利用;(3)Na Cl、Na2SO4、Na HCO3胁迫下柳枝稷叶片净光合速率(Pn)分别显著降低21.89%、29.54%和24.59%,气孔限制因素可能是其光合作用受到抑制、生物量下降的关键因素。

三种草本能源植物在北京地区的产量和品质特性

【目的】研究柳枝稷(Panicum virgatum L.)、荻(Triarrhena sacchariflora(Maxim.)Nakai)和芦竹(Arundo donax L.)3种草本能源植物在北京地区的生物质产量和品质特性,为其合理利用提供依据。【方法】于2006-2009年在北京草业与环境研究发展中心试验基地进行田间试验,对产量和品质指标进行田间观测和室内分析。【结果】在北京地区,柳枝稷、荻和芦竹的最高生物质产量分别为28.33、29.67和34.46t·hm-2。3种草中,柳枝稷和荻生物质中纤维素、半纤维素含量较高,木质素含量较低,有利于纤维素乙醇转化;热值、灰熔点和C、H元素含量较高,N元素、灰分和水分含量较低,有利于直接燃烧、与煤混合燃烧和热解气化,但C/N较高,不利于沼气发酵。芦竹生物质中的水分、木质素和灰分含量高于柳枝稷和荻,对运输贮藏、乙醇转化和燃烧产生不利影响。【结论】柳枝稷、荻和芦竹均可作为优良的草本能源植物在北京及周边地区推广种植,但应根据转化利用途径及三种草的产量水平和品质特性进行合理选择。

盐胁迫对柳枝稷种子萌发的影响

在光照培养箱内用不同浓度(0、50、100、200、300mmol/L)的NaCl、Na2SO4、中性混合盐(NaCl和Na2SO4)、NaHCO3、Na2CO3和碱性混合盐(NaHCO3和Na2CO3)处理两种柳枝稷种子(Alamo和Pathfinder),通过测定盐胁迫下柳枝稷的发芽率、苗长、根长、干苗重及种子活力指数,分析盐胁迫对两种柳枝稷种子萌发的影响。结果表明:随着盐浓度的增加,柳枝稷种子萌发受到抑制,低浓度(50mmol/L)NaCl可以促进Alamo种子的发芽,低浓度(50mmol/L)中性混合盐对Alamo种子相对活力指数影响较弱;碱性盐胁迫下Pathfinder的耐受性优于Alamo。对两个品种来说,碱性盐对其种子的抑制高于中性盐,混合盐对种子的抑制介于两种单盐之间。