黄土高原旱塬区高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势模拟研究

为研究黄土高原旱作高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势,利用EPIC模型对黄土高原南部旱塬区玉米水分生产潜力和土壤水分动态进行中期(12a)和长期(30a)定量模拟研究。结果表明,在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力呈现明显波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性剧烈,从长时段看土壤有效含水量呈现略微上升趋势;在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬玉米地土壤干燥化现象只是一种短期过程,通常不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但玉米产量随降水量变化的波动性不可避免。

黄土高原小流域不同坡地利用方式的水土流失特征

坡地是黄土高原水土流失的主要来源,坡地利用方式与水土流失的关系研究是黄土高原水土流失综合治理与植被恢复中的重要基础科学问题。在陕北神木县六道沟小流域内,选择谷子地、黑豆地、退耕撂荒地、荒草地和柠条地等5种利用方式修建标准径流小区,观测了产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:观测期内谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的产流量分别为2.1、2.2、1.5、1.2和0.9m3,径流系数分别为4.1%、4.6%、2.9%、2.4%和1.9%,产流量大小顺序为黑豆>谷子>退耕撂荒>荒草>柠条,最大产流量为最小值的2.4倍。谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的侵蚀产沙量分别为196.6、228.6、27.2、23.3和10.4kg,其大小顺序为黑豆>谷子>退耕荒草>天然荒草>柠条,最大土壤流失量为最小值的22.0倍,表明草灌木等植被类型在保持水土的作用方面要明显高于坡耕地,为评价流域植被恢复的水土环境效应和水土流失治理模式选择提供了基础数据参考。

黄土区土壤干化研究进展

全面回顾了国内对土壤干化研究所取得的成果,包括土壤干化的分布及在不同尺度上的分异特征、土壤干层类型、土壤干化的形成原因及其危害、量化指标、防治对策等。同时对这些研究成果作了简单的对比分析,指出了目前研究所面临的问题和不足。并指明今后该领域的研究应结合当前退耕还林还草的总体目标。探索土壤干化的形成机理,提出统一的量化指标,为黄土区退耕还林还草的生态恢复与重建工程提供参考。

纳米碳对不同植被覆盖下黄土坡地降雨侵蚀的抑制效果

纳米碳对黄土高原地区土壤水分运动具有显著影响。该文基于野外人工模拟降雨试验,研究了不同植被覆盖(空地、柠条、苜蓿、黄豆和玉米)条件下,在黄土坡面上中下位置条施不同质量分数纳米碳(0、0.1%、0.5%、0.7%和1.0%)对坡地产流产沙过程的影响。该文试验设计1.0 m×1.0 m降雨小区,前期在小区坡面种植植被以及埋入不同质量分数纳米碳,其中未做植被覆盖处理和未施加纳米碳的小区作为对照,共25个试验小区。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,雨强为60 mm/h,降雨历时40 min。降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究在不同植被覆盖条件下纳米碳对黄土区坡地径流与泥沙的调控机理影响。研究结果显示,在土壤中施入纳米碳,对坡面初始产流时间的影响显著。随着施入纳米碳质量分数的增加,不同植被覆盖的初始产流时间总体随之增加,在4种植被覆盖中,苜蓿延缓产流时间效果最明显,较之空白对照最大增加了287.1%。纳米碳的施入,使各植被覆盖中坡面径流量明显降低,施入不同质量分数纳米碳,各植被覆盖中减流效果最显著的仍为苜蓿,径流量较之对照减少了66.47%,而空地、柠条、黄豆、玉米这4种处理减流幅度均在31.5%~33.6%之间。同时,纳米碳对于坡面径流减沙效果亦非常显著。施入纳米碳后,各植被减沙效果排序依次是:苜蓿>柠条>玉米>黄豆。通过纳米碳对产流产沙量的影响进行相关性分析,得出纳米碳对试验结果具有显著的影响;在水土流失调控效果评价值影响分析中,纳米碳对水土流失调控效果较合适的质量分数为0.5%。综上,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区水土流失的治理具有积极作用。

用^(15)N示踪法研究不同土壤水分条件下小麦对氮的吸收利用

本研究结果表明，同一施氮量处理小麦地上生物量、茎叶产量和籽粒产量随土壤水分含量的增加而提高，在同一土壤含水量下，这３ 种产量则随氮素肥料施用量的增加而增加。小麦成熟后地上部吸收总氮量的方差分析显示出施氮处理和水分处理对小麦吸氮量的影响达到显著水平，同一施氮处理小麦地上部吸氮总量随土壤含水量的增加而增加，在３ 种土壤水分含量条件下，小麦的吸氮量均随施尿素氮肥量的增加而提高。施尿素处理的土壤Ａ 值随土壤含水量的增加而降低；尿素与猪粪配施处理的土壤Ａ 值则随土壤含水量的增加而增加。在相同施肥量下，尿素氮的利用率随土壤含水量的增加而提高，当田间持水量分别为５０ ％ 、７０ ％ 和９０ ％ 时，小麦对土壤中氮素利用率分别为１３３０ ％ 、２７９７ ％ 和３２２６ ％ ，尿素与猪粪配施处理在３ 种土壤水分条件下的氮肥利用率分别为１９９６ ％ 、２９９０ ％ 和３４３９ ％ 。说明在水分缺乏的情况下，尿素氮的利用率受土壤水分条件的制约，土壤水分充足及无机氮肥与有机肥配施可以提高氮肥的利用率。

坡面细沟侵蚀断面形态发育影响因素分析及动力特性试验

研究细沟形态发育过程对认识细沟侵蚀具有重要作用,该文采用6种坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°),5种流量(8、16、24、32、40 L/min)下的组合冲刷试验,系统研究了坡面细沟横纵断面形态发育影响机制及动力特性。结果表明:细沟宽深比变化范围为3.006~4.884,根据水力最佳断面,细沟水流远未达到稳定。横断面形态系数随坡度的变化范围为0.36~0.522,细沟横断面形态随流量、坡度以及冲刷历时均趋近于梯形水力最佳断面,即阻力最小的断面。随着流程长度的增加,横断面形态由宽深逐渐变窄,横断面形态系数也随之减小。细沟纵断面形态范围为0.60~11.26,且随坡度的增大而增大,与流量相关性不大。综合阻力系数及消能率均与细沟纵断面形态系数呈良好的幂函数关系。

电容式水流泥沙含量传感器数据融合的研究

用电容传感器测量水流泥沙含量时 ,电容传感器的输出受环境温度的影响。为了消除环境温度的干扰 ,采用人工神经网络方法对传感器的输出进行数据融合处理。以电容传感器的泥沙测量值和环境温度作为网络的输入 ,并用改进的BP算法对网络进行训练得到融合输出值。试验结果表明采用基于人工神经网络的数据融合方法可有效地消除环境温度对电容传感器所产生的影响 ,从而得到精确、稳定的输出值。

黄土丘陵区燕沟流域典型植物叶片C、N、P化学计量特征季节变化

以黄土丘陵区燕沟流域为例,分析了流域8种典型植物叶片C、N、P化学计量特征的季节变化。结果发现,8种植物叶片C含量分布范围在370.2—566.9 mg/g,N含量在9.2—39.0 mg/g,P含量在0.81—2.35 mg/g,C∶N在10.5—52.9,C∶P在186.8—667.5,N∶P在5.7—23.0。叶片平均C、C∶N和C∶P在5月小于7月和9月(P<0.05),而在7月和9月差异不显著;N在5月大于7月和9月(P<0.05),7月和9月差异不显著;P在7月小于5月和9月(P<0.05),5月和9月差异不显著;N∶P在9月明显小于5月和7月(P<0.05),5月和7月差异不显著。叶片C含量受季节因素影响显著,而在物种间差异不显著;叶片N、P、C∶N、C∶P、N∶P受物种和季节因素影响均显著。因此,8种植物中沙棘、黄刺梅和虎榛子采用防御性的生活史策略;刺槐、柠条和狼牙刺采用竞争性生活史策略,铁杆蒿和茭蒿的生活史策略介于上述二者之间;尽管叶片N∶P随生长季节发生明显变化,但研究区植物生长的限制性元素未随生长季节变化而改变。

不同立地柳枝稷生长响应的初步研究

对黄土丘陵区不同立地中柳枝稷生长响应的变化规律进行了研究。结果表明:柳枝稷在不同立地条件下土壤水分明显不同,坡地土壤平均含水量(13.39%)<梯田(14.78%)<川地(16.02%)。土壤水分含量,根系生物量和土层深度三者存在密切相关性。在梯田、坡地和川地三种立地条件下,柳枝稷的株高、覆盖度、生物量、杂草和枯落物等均存在明显差异,其中柳枝稷的株高和覆盖度表现为川地>坡地>梯田;伴生杂草和柳枝稷枯落物与地上部生物量表现一致,川地显著高于坡地和梯田。地下生物量在川地、坡地和梯田立地下均呈现相同规律,随深度变化根系量逐渐减少,三种立地条件下总地下生物量差异不明显。同时发现土壤有机质和N含量与柳枝稷生产力呈显著正相关,说明了黄土丘陵区柳枝稷的生长响应与立地水肥条件有关。这对加强优良禾本科牧草的生态适应性研究及促进我国黄土高原生态可持续发展以及退耕还草工程具有重要的现实意义。

国内主要流域侵蚀产沙模型评述

流域侵蚀产沙模型是国际土壤侵蚀研究的重点领域之一,国内以往进行了较多研究,建立了许多模型。正确分析和评价这些模型对于合理地使用它们进行流域侵蚀产沙预报和水土保持规划等工作具有重要意义。从研究方法、模型结构、模型中各参数的确定等方面对我国主要流域侵蚀产沙经验模型和具有一定成因的模型进行了分析,并在此基础上对各模型进行了评价。

黄土高原沟壑区苹果基地退果还耕的生态水分效应

近年来,黄土高原沟壑区许多果园已经退化,需要重新退果还耕,但其生态水分效应尚不明了。以陕西长武县王东沟小流域典型果园为对象,选取了盛果期果园、退化果园和退果还耕等3种土地利用方式,分析1986、2002和2009年三期土壤水分数据,研究退化果园还耕的生态水分效应。结果表明:退化果园和退果还耕地的平均含水量和土壤储水量显著高于同期的盛果期果园。果园退化后废弃和退果还耕,土壤水分会得到部分恢复。当土地利用从盛果期果园变化为耕地后,在200～600cm土层,其土壤平均含水量(10.62%)显著高于盛果期果园(8.53%)。生物利用型土壤干层仍然是盛果期果园、退化果园和退果还耕地尚待急需解决的严重的生态问题。

基于MODIS数据的松嫩草原产草量遥感估算模型与空间反演

根据NASA/MODIS遥感数据获得NDVI、RVI、MSAVI和EVI4种植被指数,结合草原产草量地面实测数据,利用统计分析方法建立松嫩草原产草量遥感估算模型,并进行产草量空间反演和验证,为该区草原产草量合理估算和草原资源管理提供科学依据。相关分析结果表明,前期和同期的4种植被指数均与草原产草量显著相关,其中NDVI相关性最高,EVI相关性最低;松嫩草原产草量最优模拟模型为基于NDVI的S曲线模型,模拟精度达78%。利用该模型反演得到2009年松嫩草原平均鲜草单产为5717kg/hm2,折合干草单产1687kg/hm2,鲜草总产量为1885万t,干草总产量为589万t。其中,黑龙江省部分的鲜草总产量为1356万t,折合干草424万t;吉林省部分的鲜草和干草总产量分别为531万t和166万t。利用植被指数预报未来16d草原产草量效果较好,其中基于NDVI的幂指数模型预报精度为74%。研究表明,基于植被指数进行松嫩草原产草量研究是可行的。

人工加糙床面薄层滚波流水力学特性试验

为了探求坡面薄层水流水力特性,从流体力学与泥沙运动学观点出发,研究均匀粗糙尺度床面（人工加糙粒径为0.380mm）,5种不同坡度和17种单宽流量下坡面薄层水流水力学参数变化规律。结果表明：坡面薄层水流流态指数在0.33~0.43之间变化,水力关系可用流态指数综合反映;滚波流速随着流量增加逐渐增加,坡度对其影响较小;波长随着流量呈单驼峰形式变化,即先随流量的增加而增加,达到峰值后又减小,峰值对应的单宽流量为0.278L/（s·m）;滚波频率随流程的增加逐渐衰减,同时随着单宽流量的增加,平均衰减系数增大;试验条件下层流失稳产生的临界弗劳德数在0.64左右,紊流失稳临界弗劳德数在2.13左右。

枯草芽孢杆菌改良盐碱土过程中水盐运移特征

该文通过室内一维土柱试验,设置5种不同枯草芽孢杆菌质量分数(0、1、3、5、7 g/kg)处理,研究不同含量枯草芽孢杆菌对盐碱土水盐运移的影响。结果表明:施加枯草芽孢杆菌后,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均显著降低,在入渗时间为3 600 min时,枯草芽孢杆菌质量分数为1、3、5、7 g/kg的累积入渗量相比0 g/kg分别减少了18.49%、21.85%、12.18%、3.78%;当湿润锋运移至27 cm时,枯草芽孢杆菌含量为1、3、5、7 g/kg所用时间相比0 g/kg分别增大了96.21%、108%、37.84%、16.76%,在枯草芽孢杆菌施加量为3 g/kg时,单位入渗历时内累积入渗量、入渗速率及湿润锋的运移距离最小。枯草芽孢杆菌同样影响Philip方程和Green-Ampt入渗公式参数显著,土壤水饱和导水率KS、吸渗率S、稳定入渗率A随着枯草芽孢杆菌含量的增加先减少后增大,湿润锋处的吸力hf先增大后减少,当施加量为3 g/kg时,S、KS、A均取得最小值,hf取得最大值。枯草芽孢杆菌可提高土壤的保水性能,在土层深度为27 cm处,施加量为1、3、5和7 g/kg相比0 g/kg的剖面含水量分别增加了17.65%、31.76%、11.76%、7.06%。施加枯草芽孢杆菌的土壤在入渗结束后,土壤的含盐量分别降低了22.37%、31.29%、17.78%、10.67%。施加枯草芽孢杆菌后,1、3、5、7 g/kg的水稳性团聚体含量相比0 g/kg分别增加了13.02%、17.59%、9.68%和5.24%。综上,在盐碱土中施加3 g/kg的枯草芽孢杆菌,对盐碱土壤的治理具有积极作用。

等温与非等温条件下水盐运动特征的比较

近年来新疆地区覆膜种植技术在大面积推广,其中关于覆膜条件下土壤中的水盐运动机理以及覆膜抑盐的机制等关键性科学问题,还需进一步研究。以新疆盐碱土为对象,基于入渗结束后湿润深度不同的等温再分布与非等温全覆膜蒸发的同步实测资料,对比分析了两者的土壤含水量剖面特征,结果表明,两者水分运动引起的含水量剖面差异基本不大,说明全覆膜对于节水有重要意义;基于水分运动特征,含盐率和盐分浓度差异也基本不大,表明温度势梯度对水盐运动的影响不明显。由于土表全覆膜时由水汽散失产生的水分损失量极小,因此相对于裸土蒸发而言,土壤中的盐分上行受到抑制;土表返盐量小,说明全覆膜对抑制土表积盐有同样重要的意义。在上述研究对比的基础上分析了剖面含盐率和盐分浓度与垂向位置和入渗深度的定量关系。本文的研究揭示了地膜覆盖节水特征和抑制土表积盐机制。

黑土区坡耕地土壤酶活性与土壤养分关系研究

对东北黑土区东山沟坡耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性进行了测定,并对其结果做相关分析,表明土壤酶可以作为评价黑土土壤肥力的指标,有机质仍是黑土土壤养分和酶活性的源和库。黑土区坡耕地土壤表层养分含量和酶活性高于次表层的相应指标,且呈现显著性差异。据此,建议黑土区坡耕地积极探索和推广秸秆还田、免耕等水土保持新措施,提高有机质含量,以遏制土壤表层质量退化。

渭北旱塬苜蓿和沙打旺生产力对种间竞争的响应

大田条件下采用生态替代试验对沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)单播及混播的当年草地进行地上生物量动态及种间竞争的研究。结果表明:单混播苜蓿地上生物量与其绝对生长速率显著大于沙打旺,并且随播种密度升高而增大,3种密度下苜蓿单混播生产力均在2005年6月最高,其中两牧草地上生物量的累积与返青天数均呈显著正相关。不同密度处理下两牧草表现为阶段性的资源共享和资源竞争关系,随密度增大,资源共享程度降低,而资源竞争反之。但中高密度下整个生育期内苜蓿的相对竞争力均高于沙打旺,低密度在返青后开始出现种间竞争关系,随生育期变化竞争增强。混播当年苜蓿竞争力始终大于沙打旺,其中密度效应为两者种间关系调节的重要影响因素。混播中苜蓿生物量与苜蓿对沙打旺的竞争优势为性状互利关系。因此,植物生产力对物种种间关系的积极响应可能为旱生环境中植物生活史对策的重要特征。

半湿润区农田生态系统氮肥对不同基因型冬小麦产量构成的影响

施N对“NR9405”、“9430”、“偃师9号”、“小偃6号”、“陕229”、“西农2208”、“矮丰3号”和“商188”这8种不同基因型冬小麦产量构成影响的田间试验结果表明,单株分蘖成穗数、单位面积粒数和单位面积株数的差异同时受基因和N素营养水平控制。“矮丰3号”和“小偃6号”单株分蘖成穗数最多,分别为2.00分蘖穗/株和1.72分蘖穗/株,“9430”最少,为0.85分蘖穗/株。从不同基因型看,施N比不施N处理增加0.74穗/株,每穗粒数在不同基因型间存在极显著差异,以“西农2208”最多,为36.73粒/穗,“NR9405”最少,为24.35粒/穗,施N对每穗粒数无显著影响。单位面积株数主要受施N影响,基因型间差异相对较小。基因型和施N同时显著影响单位面积粒数和千粒重,但基因型对千粒重的影响程度大于N肥。从2个施N水平看,单位面积籽粒产量存在显著差异,“矮丰3号”、“西农2208”、“偃师9号”、“陕229”、“9430”、“小偃6号”、“商188”和“NR9405”依次减小,“矮丰3号”为435g/m2,“NR9405”为316g/m2,相差119g/m2。施N可极显著增加单位面积籽粒产量,不同基因型施N处理平均产量为463.38g/m2,不施N处理为296.13g/m2,相差167.25g/m2,N肥对产量的影响主要与施N增加了单位面积穗数和千粒重有关。

陕西省粮食生产基地县粮食供需状况及其生产态势的调查研究

为了解陕西省粮食生产基地县粮食供需状况及其区域粮食安全,在2009年9月份对陕西省三个粮食生产基地县(富平县、武功县和凤翔县)1218户农户的粮食生产、流通、消费和储备等现状进行了现场问卷调查。结果表明:三县粮食自给率、人均粮食占有量、粮食储备量、耕地利用效率和农业技术等方面在陕西省均居于前列,并超过全国平均水平;调查区域小麦产量占到粮食总产量的56%,玉米占到42%,小麦作为主要的口粮能够自给,但食用大米仍需购买;三县粮食商品率较高,粮食供大于需,处于安全状态,但为粮食短缺区域提供的口粮较少,区域粮食安全风险依然存在,应鼓励农民储备充足的粮食,建立正确的储粮观念;关中地区粮食生产基地县占全省70%以上,在耕地面积无法增加的背景下,改善和保育现有耕地的质量、增加单产和提高复种指数、扩大粮食播种比例、加大农业科技投入、提高粮食总产,是确保陕西省粮食供应的重要保障,对陕西省粮食安全乃至国家粮食安全都具有重要的意义。