2012-2015年河西走廊中部绿洲农田生态系统水热碳通量观测数据集

陆地生态系统与大气间水分、热量和二氧化碳交换过程是陆地表层物质与能量交换的核心内容。涡动相关系统已成为当前测算陆地生态系统水热碳交换过程的首选方法之一。本数据集是中国通量观测研究联盟(ChinaFLUX)临泽内陆河流域研究站点河西走廊中部绿洲农田生态系统2012–2015年的水分、热量和二氧化碳通量,以及辅助微气象观测数据集。本数据集为深刻理解干旱区绿洲农田生态系统水分传输、能量交换、碳循环过程及其植物与环境调控机理提供了关键基础数据,对深入认识干旱区绿洲水文循环、生态–水文相互作用和气候变化中的碳水热耦合机制等具有重要科学价值。本数据集也可为干旱区绿洲水土资源管理、绿洲稳定与可持续发展、绿洲生态保护等干旱区所亟待解决的水资源短缺和生态环境脆弱等现实问题提供科学数据支撑。

绿洲农田玉米和牧草种植对地表节肢动物群落结构的影响

绿洲农田集约化经营强烈影响土壤动物多样性及其功能,地表节肢动物是绿洲农田生态系统重要的大型土壤动物类群,其群落组成及功能性状对农田植物覆盖变化的响应十分敏感。本文以河西走廊中部的张掖绿洲为研究区,利用陷阱法系统调查了玉米和牧草(箭筈豌豆和紫花苜蓿)种植小区生长季和非生长季地表节肢动物种类组成及数量变化,确定农田作物和牧草覆盖变化对土壤动物群落结构的影响规律。结果表明:1)玉米、箭筈豌豆和紫花苜蓿3种农田地表节肢动物群落组成明显不同并存在季节变异,生长季紫花苜蓿田地表节肢动物群落组成与玉米田及豌豆田之间差异较大,非生长季3种农田地表节肢动物群落组成差异变小;2)生长季紫花苜蓿田地表节肢动物活动密度、物种丰富度、多样性和均匀度指数均显著高于玉米田和箭筈豌豆田,非生长季紫花苜蓿和箭筈豌豆田地表节肢动物物种丰富度和多样性指数显著高于玉米田;3)生长季紫花苜蓿田捕食性地表节肢动物活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田,紫花苜蓿田植食性节肢动物在生长季和非生长季也都显著高于箭筈豌豆田和玉米田,玉米田和箭筈豌豆田的捕食性和植食性地表节肢动物活动密度的比值在生长季和非生长季都高于紫花苜蓿田;4)蝗科、蓟马科、叶蝉科和蚜科等植食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度显著高于箭筈豌豆田和玉米田,平腹蛛科、狼蛛科和步甲科等捕食性地表节肢动物在紫花苜蓿田的活动密度也显著高于箭筈豌豆田和玉米田。总之,干旱区多年生牧草种植会通过增加植食性地表节肢动物的种类和数量提升绿洲农田地表节肢动物群落中有益种群的数量及多样性,进而提升农田害虫的生物防治功能。

新疆绿洲农田不同开垦年限土壤有机碳及不同粒径土壤颗粒有机碳变化

研究不同开垦年限新疆绿洲农田土壤有机碳及不同粒径土壤颗粒有机碳的变化规律,评价长期垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳的影响。以相应未开垦地为对照,选取南北疆兰州湾、31团和普惠农场三个典型绿洲不同开垦年限土壤为研究对象,应用物理分组方法研究不同粒径土壤颗粒中有机碳含量及分布。结果表明:(1)开垦有利于新疆绿洲农田土壤总有机碳的积累,开垦初期(0～5a)增加迅速,年均增加0·5gkg-1,10a后增加趋于平缓。(2)垦殖增加了不同粒径土壤颗粒有机碳的含量,砂粒有机碳在垦殖10a间达到最大值后趋于相对稳定的水平;粉砂粒和黏粒有机碳随垦殖年限延长增加。(3)开垦提高了POC/MOC值,表现为开垦初期(0～5a)增加迅速,10a左右达到最大值后开始下降。研究说明,新疆绿洲区域未开垦地开垦增加了土壤总有机碳和不同粒径土壤颗粒有机碳含量,随垦殖年限延长,粉砂粒和黏粒有机碳成为绿洲农田土壤主要碳库,土壤自身生产力存在下降可能,土壤质量存在潜在退化风险。

干旱区绿洲农田土壤微量元素有效态含量空间分布特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,对甘肃省张掖山丹县和民乐县农田耕层土壤中有效态Fe,Cu,Zn,Mn,Ni和Co含量的空间变异特征、分布规律及影响因素进行了研究.结果表明,研究区有效态Fe和Zn含量较缺乏,6种微量元素均属中等变异强度.有效态Cu,Zn和Ni含量的最适半方差模型为球状模型,Fe和Co为指数模型,Mn为高斯模型;有效态Fe,Cu,Mn,Ni和Co含量具有强烈空间相关性,有效态Zn含量具有中等空间相关性;6种微量元素有效态含量的变程大小顺序为Fe>Ni>Zn>Co>Mn>Cu.有效态Fe和Ni含量呈明显的带状分布,总体上为由南向北递减,有效态Mn和Co含量呈岛状分布;有效态Fe和Zn含量处于中等及偏低水平,而有效态Cu,Mn和Ni含量处于中等及丰富水平.此外,土壤有机质含量对研究区主要微量元素(Cu除外)有效态含量的影响最大.

开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响

以新疆策勒绿洲近百年来不同开垦年限农田为研究对象,采用空间序列换算时间序列的方法,研究绿洲农田开垦过程中土壤有机碳和全氮密度、碳氮比(C/N)及速效氮含量的垂直变化特征,并探讨了农田土壤碳氮变化与作物产量的关系。结果表明:荒漠土壤开垦后,显著增加了表层土壤(0—20 cm)有机碳和全氮密度,随开垦年限延长对深层土壤(40—200 cm)有机碳密度也有一定的影响,如在开垦30 a左右时下降了36.4%,但在100 a左右时则增加了52.0%。耕层土壤C/N随开垦年限延长而明显增加,深层土壤除100 a农田外其它均有不同程度下降;不同土层C/N与速效氮含量呈负相关关系,仅在开垦初期(0—10 a)达到显著水平。不同年限农田的玉米产量存在显著差异,且和有机碳及全氮密度(0—200 cm)均呈显著正相关;棉花除100和10 a农田产量差异较小外,在其它农田间均达显著水平,但和有机碳及全氮密度无明显相关性。由此可见,在现有投入条件下,提高土壤碳氮累积量对增加玉米产量仍有十分重要作用,但对棉花产量的影响不明显。

黑河中游临泽绿洲农田土壤有机质时空变化特征

土壤有机质是表征土壤质量的一个重要指标，持续稳定的有机质含量是土壤维持生产能力的基础。土壤有机质的动态演变可以表征土地利用和管理水平。结合地理信息系统，运用地统计方法研究了黑河中游的临泽县绿洲农田20多年来土壤有机质含量的时空变化特征。结果表明：（1）1982年0～20cm耕层土壤有机质含量平均为12．78±4．38g／kg，2008年平均为13．76±4．02g／kg；从1982—2008年，有机质含量总体有所上升。（2）两个时期的土壤有机质的实验变异函数值与理论变异函数拟合均较好；克立格插值和不同时期的有机质空间分布图叠加运算表明，由于人为活动的影响，土壤有机质的结构性空间变化程度有所减弱。（3）临泽县土壤有机质含量和变化具有一定的区域性特点：南部的山前平原地区土壤有机质含量较高，呈现上升趋势；中部地势低下的区域土壤有机质相对较高，由于农田面积扩大，有机肥供应不足而下降显著；北部绿洲与戈壁交错带土壤有机质偏低。总体来看，临泽县土壤有机质含量有所上升，但局部地区的有机质发生了下降。为了防止局部区域土壤有机质下降引起土壤退化，应该采取加大有机肥投入和实施秸秆还田等措施。

绿洲农田土壤团聚体组成及有机碳和全氮分布对秸秆还田方式的响应

通过田间定位试验,在甘肃干旱灌区,研究了不同小麦秸秆还田方式(NTSS: 25~30 cm 高茬收割立茬免耕;NTS: 25~30 cm高茬秸秆覆盖免耕;TIS: 25~30 cm 高茬秸秆深翻耕;CT:传统不留茬深翻耕—对照)对农田土壤团聚体及有机碳和全氮分布特征的影响,以期为优化试区种植模式与提高农业可持续发展提供依据。结果表明:免耕秸秆还田处理(NTSS、NTS)≥0.25 mm团聚体含量较高,与CT相比,在0~10、10~20、20~30 cm土层分别提高5.4%与12.5%、13.3%与14.1%、11.1%与19.2%,以NTS提高幅度较大。NTSS、NTS提高了0~10、20~30 cm土壤团聚体的平均重量直径,较CT处理分别提高6.7%与11.6%、7.6%与8.1%,以NTS提高效果最明显。NTSS、NTS处理土壤有机碳和全氮含量均高于 CT 处理,在0~10、10~20、20~30 cm土层,有机碳含量分别增大8.1%与13.3%、7.4%与11.4%、7.8%与12.8%;全氮含量分别提高14.6%与17.9%、14.5%与17.9%、16.2%与20.5%,同样,以NTS提高土壤有机碳及全氮程度较大。各级别团聚体中有机碳和全氮含量均随土层深度增加而减小,团聚体中有机碳和全氮含量随团聚体直径减小而增加,NTS处理在各土层各级别团聚体均保持较高的土壤有机碳及全氮含量。因此,前茬小麦25~30 cm秸秆覆盖免耕还田是干旱灌区增强土壤团聚体形成、提高土壤有机碳及全氮含量的适宜栽培措施。

新疆玛河流域绿洲农田开垦后土壤环境演变分析

【目的】研究农田开垦后土壤退化特征及演变规律。【方法】以玛纳斯河流域绿洲为例,利用定位试验、空间替代法及主成分分析法,研究分析冲积扇下部绿洲农田开垦后土壤环境的变化过程。【结果】随开垦年限的增加,农田杂草群落由耐盐性多年生植被演替为1年生植被,演替序列主要集中在6～8年,而后进入平稳阶段。土壤耕层总盐变化呈现先降低后升高的趋势,而土壤养分表现为相反变化。主成分分析表明,农田开垦后土壤质量总体表现为良性发展而后开始退化,在开垦10年土壤整体质量状况趋向最大,而后综合评价值转为负值。【结论】可将10～15年作为反映该区域土壤质量总体退化的预警期。

绿洲农田防护林系统土壤蒸发特征研究

以景电灌区绿洲农田防护林系统为研究对象,通过对农田防护林系统内土壤水分蒸发的测定分析,结果表明:在1H范围内,越靠近林带,土壤蒸发量越大。随着与林带距离的增加,土壤蒸发量有先减小后增大的趋势;农田防护林系统内土壤水分蒸发量在灌溉前后有先增加后减小的趋势,并且对照点土壤水分蒸发量始终高于林网内观测点,林网内土壤蒸发量与对照点相比平均减少了35.17%。说明绿洲农田防护林系统能有效减弱土壤蒸发量;相关分析表明,系统内土壤水分蒸发量受到土壤本身和气象因子的制约,其影响程度大小依次为土壤含水量>太阳辐射>空气相对湿度>风速>气温,其中土壤含水量、太阳辐射、气温、风速与土壤蒸发量成正相关,空气相对湿度与其成负相关关系。

沼液灌溉对绿洲农田土壤养分的影响

以新疆伊犁地区农田土壤为供试土壤,通过田间试验研究了沼液灌溉对绿洲农田土壤养分的影响。结果表明:施用沼液能够降低耕层土壤容重和pH值,改善土壤结构,改良碱性土壤;沼液灌溉能够显著增加绿洲农田耕层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾的含量;但沼液施用过程中会引起土壤盐分上升,使绿洲农田土壤存在次生盐渍化的风险。

管理措施对绿洲农田土壤总有机碳及易氧化有机碳季节变化的影响

研究了新疆干旱区绿洲棉田不同管理措施对土壤有机碳及易氧化有机碳变化的影响,揭示棉田土壤质量的变化,以期为棉花合理施肥及提高农田土壤肥力,实现资源的可持续利用提供依据。结果表明:土壤总有机碳含量在棉花播种前较低,花铃期有机碳含量有所增加,至收获期达到最大值;土壤易氧化有机碳含量在棉花播种前较低,在花铃期达到最大值,而在收获期明显降低。不同农业管理措施下,不同土层土壤总有机碳含量和易氧化有机碳含量均表现出土壤上层最高、随土层深度增加呈降低的趋势。不同灌溉方式下,滴灌棉田土壤易氧化有机碳的含量提高,土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例增加,而漫灌棉田增加了土壤有机碳的稳定性,有利于土壤有机碳的积累。

水分胁迫条件下绿洲农田冬小麦水分运移规律研究

以干旱区绿洲农田冬小麦水分胁迫试验为基础,研究了不同水分胁迫条件下的冬小麦生长发育、水分利用以及土壤水分运动特征,建立了含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水分胁迫条件下冬小麦蒸腾、棵间蒸发、根系吸水、根系生长以及田间土壤水分运移过程。结果表明:在冬小麦生育前期、中期根系吸水主要在80cm以上,生育后期根系对下层土壤水分吸收量增加,但所占比例很小。根据实测根系生长资料分析水分胁迫下生育中期根系受到水分胁迫,在生育后期恢复灌水后根系早衰,生长缓慢;从胁迫程度上来说中度胁迫复水后的后效影响要大于重度胁迫处理。

长期施肥对绿洲农田土壤生产力及土壤硝态氮积累的影响

在甘肃河西绿洲灌漠土上进行的长期定位试验表明,连续20年不施用任何肥料,导致农田土壤生产能力严重衰退。2001年不施肥的小麦产量仅是试验开始时(1982年)的25.7%,2000年的玉米产量为1984年的28.2%。肥料是影响农田土壤生产力的重要因素,不同肥料的影响程度依次是:氮肥>有机肥>磷肥>钾肥,其平均增产率分别为36.5%、27.3%、24.7%和2.9%。随着试验年限的延长,不施任何肥料的对照产量持续降低,故氮肥的增产效果增加;磷肥增产效果比较平稳;钾肥在试验开始后最初6年(1982～1987年)无显著增产效应,中期具有一定的增产作用(1988～1992年),后期8年(1993～2001年)显著增产。施用有机肥的增产作用随着试验延续呈逐步增加的趋势,表明长期施用有机肥具有明显的残效叠加效应。不同施肥处理对土壤中NO-3-N的积累与分布有显著的影响。施用化肥的处理(NP和NPK)导致NO3--N在土壤剖面中大量积累,尤其是在20～140cm土层。化肥与有机肥配合施用(MNP和MNPK)NO3--N在土壤剖面中的积累显著低于化肥处理。长期连续施用化肥和有机肥均导致土壤剖面中硝态氮的积累;与化肥相比,有机肥导致更深土壤剖面(140～180cm)中硝态氮的积累,因此,长期有机无机肥配合施用可显著增加绿洲农田土壤生产力,维持和提高土壤质量,但从持续农业发展及保护生态环境等方面考虑,应适当降低施肥量。

绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响

为认识绿洲农田表层掺砂和覆砂后层状土的入渗规律及农业生产实践提供依据,通过模拟试验研究了绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响。试验以不同掺砂量和覆砂厚度为影响因子,设置0%(对照)、25%、50%、75%、100%(纯砂)5个掺砂量处理,折合为覆砂厚度分别是0、1.7、3.6、5.7、8cm。结果表明:表层掺砂(除100%)能显著提高土壤入渗能力,并随着掺砂量(除100%)的增加而增加,且提高了掺砂层下部含水量;覆砂抑制了土壤入渗能力,且随着覆砂厚度增加抑制减弱;经Philip和Kostiakov入渗模型参数拟合和I200验证得出:Philip和Kostiakov入渗模型均有较高的实用性,其中Kostiakov入渗模型更佳。

基于FCM的绿洲农田养分管理分区研究

【目的】以天山北麓绿洲农耕区——新疆农八师148团农田为研究对象,以193个耕层土壤(0～30cm)有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的分析数据为变量进行农田土壤养分精确管理分区研究。【方法】模糊c-均值聚类法被用来进行分区,以棉田产量为外部变量,采用FPI、c-φ多次组合法及基于外部变量的多元回归法来确定适宜的模糊控制参数。【结果】研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.6。各管理分区土壤养分的变异系数都较分区前全研究区有所减小,而分区间土壤养分差异显著。研究区的平均混乱度指数为0.19,不同模糊类别交叠程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。【结论】通过选取适宜的外部变量,模糊c-均值聚类法可以较好地进行管理分区划分,分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。

盐生荒漠与绿洲农田土壤CO_2通量的对比研究

为定量确定干旱区土地利用变化对土壤CO2通量的影响,采用LI-8100观测了原始盐生荒漠和垦荒农田的土壤CO2通量.结果表明:在整个生长期内,农田土壤CO2通量平均速率为3.19μmol.m-2.s-1,盐生荒漠为0.08μmol.m-2.s-1.农田土壤CO2通量的日过程呈单峰型,盐生荒漠则呈双峰型;农田土壤CO2通量远高于盐生荒漠,盐生荒漠夜间的土壤CO2通量均为负值.绿洲农田最高月均值出现在7月(4.67μmol.m-2.s-1);荒漠最高出现在6月(0.17μmol.m-2.s-1),9月后荒漠土壤CO2通量的月均值降为负值.进一步研究表明:盐生荒漠垦荒前后土壤CO2通量与土壤温度的相关性都随土壤深度增加而减小,而与近地面10cm气温关系最密切;湿润事件对土壤CO2通量具有促进作用.盐生荒漠开垦为农田后不仅改变了土壤CO2通量的量级,且在一定程度上改变了通量的方向.

乌兰布和沙区绿洲农田土壤微生物及酶活性研究

以撂荒地为对照,通过测定0-20cm和20-40cm层次土样,利用统计分析方法系统研究乌兰布和沙区籽瓜、玉米、油葵和苜蓿地4种绿洲农田土壤微生物(细菌、放线菌和真菌)和土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和多酚氧化酶)特征。结果表明:(1)各农田微生物数量均为细菌(107)>放线菌(105)>真菌(103),三者中,细菌数量占三大类微生物总数的99%以上;各农田表层微生物数量整体高于对照的,且表层均高于下层,但差异不显著;农田间,籽瓜地微生物数量最多;种植苜蓿可显著提升真菌数量。(2)6种酶活性中,仅蔗糖酶和脲酶在层次间和农田间存在显著差异;各农地表层蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性均高于对照的;除多酚氧化酶外,苜蓿地酶活性整体较高。(3)各生物学性质相互关联,互相影响。6种酶间呈显著或极显著相关,酶活性既显专性又显共性;蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、多酚氧化酶、真菌和放线菌直接影响有机质含量的程度达85%;总体而言,乌兰布和沙区绿洲体系形成后,长期农作活动使得绿洲农田生物学性质得以改善,土壤质量整体有所提高;设法提高研究区土壤有机质含量是提高绿洲农田土壤质量和改善其生态环境的关键所在,应广种苜蓿。

玛纳斯河流域绿洲农田开垦后土壤质量状况演变趋势

以玛纳斯河流域绿洲农田为例,应用SPSS对绿洲内部不同开垦年限耕地土壤质量综合状况进行了主成分分析以及相关性分析.结果表明:土壤耕层综合质量状况随着开垦年限先变好,达到最优值后又开始退化,开垦10～15年严重退化,达到土壤耕作的预警期,随后进一步退化.通过综合评价分析,可以为防止农田退化,维护及恢复土壤地力提供参考依据.

荒漠绿洲农田防护林伐根嫁接毛白杨更新技术

为抵御病虫害侵袭 ,提高干旱荒漠区防护林的防风固沙效益 ,在不同种的杨树伐根上 ,嫁接二倍体、三倍体毛白杨 ,嫁接亲和力强、接穗成活率高、生长旺盛、越冬成活率高、伐根为青杨组和黑杨组树种 ,则表现较差。引种不同品系的二倍体、三倍体毛白杨种 (穗 )条 ,实施箭杆杨农防林伐根嫁接的结果是 :二倍体毛白杨品种中河北毛白杨表现最优 ;三倍体毛白杨品种中YX 12 8表现最优。对二白杨伐根嫁接的三倍体毛白杨 ,更新林存活率调查 (3个冬季后 )结果为 :伐根上保存 1株以上嫁接苗的占 88 8% ;杨树伐根直径与接穗苗数 (1～ 3)对嫁接毛白杨的高生长差异不显著 ,二倍体、三倍体毛白杨品种间的高生长差异也不显著 ,但随着接穗数的增加 ,高生长有降低的趋势 ,而对嫁接苗的地径生长 ,则差异显著 ,其与伐根直径呈正相关 ,并随着嫁接苗数的增加显著下降 ,且三倍体毛白杨嫁接苗的地径生长 ,明显大于二倍体毛白杨。试验表明 :正常情况下 ,伐根嫁接毛白杨 ,当年苗木高度达 2 0～ 4 4m ,2年后 ,林带平均高度达 6 2m ,3年后 ,二倍体、三倍体毛白杨林带的平均高度和地径 ,分别为 7 3m、7 6 5cm和7 4m、8 87cm ,防护效益显著 ,预计更新林生长 4年后 ,高度与原防护林相近 ,防护效益可超过原防护林的 90 %。

区域绿洲农田土壤有机碳分布及其影响因子研究

以干旱区典型绿洲农田区---玛纳斯县中部农田为研究区，以土壤有机碳为研究对象，结合野外土壤调查及实验室分析数据研究了土壤有机碳的垂直分布特征，并分析土壤质地、地形、土地利用、作物类型等不同因子对农田土壤有机碳的影响。结果表明：玛纳斯县中部农田土壤有机碳是自然环境综合因素的结果，土壤有机碳含量随着土壤深度的增加不断减小；不同土壤质地土壤有机碳含量的特征为：粘壤土跃粉壤土跃沙壤土；不同地形因子中坡向与农田0~30、30~60 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关，海拔与农田60~100 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关；不同土地利用方式下土壤有机碳含量有较大差异，果园的土壤有机碳含量最高，荒地的土壤有机碳含量最低；不同作物类型土壤有机碳含量特征为：玉米地跃酒葡萄地跃棉花地，且差异显著。