咸水灌溉影响耕地质量和作物生产的研究进展

水资源是基础性自然资源和重要的战略资源。盐碱地多分布于干旱半干旱地区,淡水资源短缺是盐碱区农业可持续发展的主要限制因素。同时盐碱区较为丰富的咸水微咸水资源、土地资源和光热资源等为盐碱区农业可持续发展提供了可能。本文针对咸水灌溉影响耕地质量、作物生长、产量和品质等问题,综述了基于水质的咸水分类、咸水灌溉制度与灌溉方式和地下水埋深等影响咸水在农业生产中安全利用的因素,阐述了不同矿化度咸水灌溉,土壤水力特性、理化性质、温室气体排放等土壤质量变化情况和对作物生长发育、产量和品质的影响,明确了有机物料、咸水灌溉制度、覆盖和耕作等农艺措施、水肥盐多因素调控和耐盐作物适盐种植等农业措施的作用。咸水灌溉下土壤质量呈下降趋势,有机物料的施用、秸秆还田和合理的耕作等调控措施通过影响土壤质量保证咸水的安全利用。与旱作相比,咸水灌溉可以起到明显的增产作用,在合理的咸水范围内还能提升品质。在新形势下,未来将面向国家粮食安全重大需求,以协同提升土壤质量、作物产量和品质为多目标,系统开展咸水非充分灌溉、水肥盐综合调控、咸水灌溉对土壤质量和作物咸水精准灌溉机理过程研究、技术研发和模式示范工作,为缺水盐渍区农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。

努尔苏丹樟子松人工林土壤粒度组成特征研究

为了揭示努尔苏丹不同林龄樟子松人工林对土壤粒度组成的影响,通过野外采样与室内分析相结合,分析了努尔苏丹周边不同林龄樟子松人工林土壤粒度与分形维数特征,研究了分形维数与土壤特性之间的关系。结果表明:(1)研究区土壤粒度组成以粉粒为主,砂粒次之,黏粒最少,樟子松人工林的种植能够显著提升土壤表层细颗粒物质含量。不同林龄人工林深层土壤颗粒含量差异不显著。种植樟子松人工林对土壤粒度的影响主要在表层区域。(2)土壤分形维数变化在2.059~2.569之间,在人工林生长过程中分形维数呈现先增大后减小的趋势,并在种植年限为15 a时达到最大。土壤分形维数与黏粒、粉粒具有正相关性,20μm粒径是反映研究区人工林土壤分形维数的临界粒径。(3)研究区土壤分形维数与土壤有机质、全氮含量呈极显著正相关关系,土壤分形维数可以用来评价土壤的养分状况。研究结果可以为努尔苏丹人工林建设和生态恢复提供理论依据。

亚寒带荒漠草原不同树种人工林土壤生态化学计量特征

为了阐明亚寒带荒漠草原不同树种人工林间土壤养分含量及生态化学计量特征的差异,通过野外调查与室内分析相结合的方法,在哈萨克斯坦首都努尔苏丹选取种植白桦、樟子松、梣叶槭3种不同树种,林龄为11 a的亚寒带荒漠草原人工林为研究对象,以裸地为对照,对其土壤养分含量及其生态化学计量特征进行了分析。结果表明:(1)土壤养分含量受树种的影响,但不同树种间生态化学计量特征差异不显著。(2)种植人工林后,不同树种人工林土壤有机碳与全氮含量均显著增加,针叶林与阔叶林土壤表层有机C、全N含量差异显著。(3)土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,C含量是C:N、C:P的控制因子,N含量是N:P的控制因子。研究区种植人工林后,虽然土壤养分含量显著增加,但是总体含量仍小于全球平均水平,当地土壤养分仍处于匮乏状态。N是该地区养分循环和植物生长的限制性因素,在人工林生长过程中适当施用氮肥,可加快人工林生长和生态恢复进程。本研究可为哈萨克斯坦首都努尔苏丹的人工林建设和持续经营管理提供科学依据。

盐渍化土壤团聚体和微生物与有机质关系研究进展

土壤有机质是耕地质量的核心,不仅促进土壤团聚体形成,也为植物和微生物提供养分。土壤有机质的形成和分解过程都离不开微生物的参与,而土壤团聚体不仅为微生物提供了栖息环境,也对有机质进行物理保护。在高盐分含量的土壤中,有机质的积累和分解过程变得更加复杂,因此本文总结了土壤盐渍化及其危害,分析了土壤盐分对土壤团聚结构和微生物特征的影响、盐碱土壤有机质特征及积累规律,进而综述了土壤盐分对土壤有机质影响规律的研究进展,旨在揭示盐碱土壤碳封存的潜在机理。以往研究表明盐渍化土壤有机质含量低、团聚结构差、微生物活性低,这些都与土壤盐分含量高和外源有机物质输入量低有关。恶劣的土壤结构导致盐渍化土壤有机质暴露而较易分解,低量的外源有机物质输入导致盐渍化土壤有机质较难积累。可见,盐渍化土壤是潜在的碳库,适宜的措施可以显著提高盐渍化土壤有机质含量。在此基础上,提出未来盐渍化土壤有机质积累的研究方向:1)不同盐分环境下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质分解过程中的响应规律;2)外源有机物料添加下土壤团聚结构和土壤微生物在有机质积累过程中的响应规律;3)土壤有机质提升后盐碱地生产力特征。以上研究不仅可以阐明盐碱土壤有机质的周转机理,为盐碱地“固碳封存”提供理论依据,还可以有针对性地提供盐碱耕地质量提升措施,推进盐碱地绿色可持续发展。

哈萨克斯坦首都努尔苏丹人工林健康评价

通过分析努尔苏丹不同人工林,筛选健康综合评价指标,建立健康综合评价模型,为努尔苏丹及其周边人工林提供健康综合评价理论基础。调查努尔苏丹25块人工林样地和2块天然林样地,选取林下植物Shannon-Wie⁃ner指数(X_(1))、Pielou指数(X2)、Simpson指数(X_(3))、林分空间综合结构综合指数(X_(4))、土壤有机质(X_(5))、全氮(X_(6))、全磷(X_(7))、pH(X8)、质量含水量(X9)、林木平均株高(X_(10))、平均胸径(X_(11))、平均枝下高(X_(12))、平均冠幅(X_(13))和林下更新(X_(14))共14个指标,采用因子分析、聚类分析、判别分析和逐步回归分析等多元统计分析法,对努尔苏丹人工林健康状况开展综合评价。通过因子分析将14个单项指标转换为4个相互独立的综合指标,其贡献率分别为30.482%、24.374%、19.711%和8.646%,代表了全部数据83.212%的信息量。结合因子得分系数矩阵与各因子权重得到健康综合得分值。对健康综合得分值进行聚类分析,将选择的样地划分为5类,优质健康(Ⅰ)、良好健康(Ⅱ)、一般健康(Ⅲ)、亚健康(Ⅳ)和不健康(Ⅴ)。使用判别分析验证聚类分析的效果,其自身验证与交叉验证的准确率分别为100%、85.185%。采取逐步回归分析建立努尔苏丹人工林健康评价最优数学模型,H=0+0.293X_(13)+0.186X_(5)+0.079X_(3)+0.100X_(2)+0.038X_(7)(R^(2)=0.987),筛选出5个判断人工林健康状况的指标,分别为平均冠幅、土壤有机质、Simpson指数、Pielou指数和土壤全磷。平均冠幅、土壤有机质、Simpson指数、Pielou指数和土壤全磷可作为判断努尔苏丹人工林健康状况的指标,可在相同条件下测定这5项指标,计算健康综合评价值并预测其健康状况。

地下微咸水埋深对土壤水盐分布与冬小麦耗水特性的影响

环渤海低平原地区的冬小麦生产面临淡水资源短缺的制约,高效安全利用较为丰富的浅层微咸水资源对农业可持续发展具有非常重要的意义。本研究于2021—2022年采用土柱模拟方法在中国科学院南皮生态农业试验站开展,试验设置4个处理:无地下水埋深淡水灌溉处理(CK),地下微咸水埋深为0.5 m(GW1)、1.0 m(GW2)及1.5 m(GW3)处理,每个处理3个重复,对不同微咸水埋深下冬小麦土壤含水量及含盐量和水分利用特点进行调查。结果表明,表层土壤(0~10 cm)含水量及含盐量随地下水埋深的增加而逐渐降低。与CK处理相比,GW1处理表层土壤含水量显著增加30.9%,GW3处理显著降低79.3%,而与GW2处理无显著变化;GW1和GW2处理表层土壤盐含量显著增加3.4 g·kg^(−1)和2.0 g·kg^(−1),而GW3与CK处理之间差异不显著。GW1和GW2处理盐分主要积累在土壤表层(0~10 cm);GW3处理表层盐分较低,主要积累在土壤30~50 cm深度。冬小麦蒸散量随地下水埋深的增加而显著降低,与CK处理相比,GW1和GW2处理下冬小麦蒸散量显著增加50.2%和20.3%,GW3处理无显著差异。冬小麦产量在GW3处理下最高,较CK处理显著提高38.04%;同时,该处理具有最高的生物量水平水分利用效率和产量水平水分利用效率,显著高于CK处理26.7%和40.1%。上述结果表明,咸水质量浓度为3 g·L^(-1),地下水埋深在0.5~1.5 m的条件下,1.5 m是冬小麦生长的适宜地下微咸水埋深上限,此时,表层含盐量和作物蒸散量最低,产量和水分利用效率最优。