典型固沙植物种子萌发和幼苗生长对土壤水分的响应

固沙植物种子萌发和幼苗生长是土地荒漠化治理的决定性环节,土壤水分是影响该环节的主要限制因子。本研究通过室内盆栽实验,以花棒(Hedysarum scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和沙蒿(Artemisia desertorum)为研究对象,比较分析了不同水分梯度处理下(4%、6%、8%、10%、15%、20%和25%)3种固沙植物的种子萌发特性与幼苗生长过程中的表型特征差异,探讨固沙植物种子萌发和幼苗生长对土壤水分变化的响应。结果表明:(1)随着土壤水分的增加,3种固沙植物的种子萌发特性均存在显著差异(P<0.05)。萌发率均随土壤水分的增加表现出先增加后降低的趋势。其中,花棒在土壤水分为15%、20%时萌发率最高,均为83%;柠条锦鸡儿在土壤水分为10%时萌发率最高,为73%;沙蒿种子萌发率在土壤水分为15%时达到最大值77.5%,随后慢慢降低,但变化不显著。(2)3种植物的叶面积和根长均随土壤水分的增加呈现先增加后降低的趋势,比叶面积和根冠比呈现先降低后增加的趋势。(3)花棒、柠条锦鸡儿、沙蒿幼苗分别在土壤水分为10%、8%、20%时生物量最高,分别为0.0733 g、0.1142 g和0.0363 g,且地上生物量显著高于地下生物量(P<0.05),但柠条锦鸡儿幼苗对地下生物量分配较花棒和沙蒿更高。(4)3种固沙植物的SOD活性、POD活性、CAT活性、Pro含量、SS含量以及Chl含量均随土壤水分的增加呈先增高后降低的趋势,而MDA含量、膜透性以及相对含水量呈先降低后升高的趋势。基于以上结果,通过隶属函数法分析得出3种固沙植物分别在土壤水分为15%、8%和8%时幼苗长势最好。因此,后续采用这3种固沙植物进行植被恢复时,除考虑种子自身性状外,还应充分考虑由降雨条件引起的土壤水分的变化,以提高出苗率和幼苗生长的成功率。

间作栽培对宁夏南部山区马铃薯根际土壤真菌菌群结构的影响

根据宁夏南部山区气候和作物的生长特点,设计马铃薯‖玉米(P‖M,行比分别为4∶1,3∶2,2∶3)、马铃薯‖蚕豆(P‖F,行比同前)、马铃薯不同品种(A‖B‖C,行比1∶1∶1)间作栽培模式,以马铃薯连作为对照,研究马铃薯根际土壤真菌多样性和菌群结构的变化,探寻能够减轻宁夏南部山区马铃薯连作障碍的有效栽培模式。采用基于18S rDNA的末端标记限制性片段长度多态性(Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)技术研究不同间作栽培模式下马铃薯根际土壤真菌的菌群结构和多样性变化,构建真菌ITS克隆文库,利用Genbank数据库比对各栽培模式中ITS序列的测序结果,并作群落结构组成和功能分析。结果表明,马铃薯间作栽培后真菌Shannon-Wiener指数和Simpson指数均有不同程度降低;马铃薯与玉米、蚕豆间作后根际土壤真菌的物种丰富度在门、纲和目的分类学水平上与连作相比明显下降,菌群结构发生较大变化,成熟期马铃薯‖玉米3∶2行比间作模式与连作的差异最大,属的比例下降67.74%。间作栽培后,黑孢属(Nigrospora)、地丝霉属(Geomyces)、圆盘菌属(Orbilia)、枝顶孢属(Acremonium)、四枝孢属(Tetracladium)等9个属的真菌消失,同时新增刺盘孢属(Colletotrichum)、毛壳属(Chaetomium)、巨孢囊霉属(Gigaspora)、小球腔菌属(Pleosporineae)等13个属的真菌,其中马铃薯‖玉米3∶2行比间作后巨孢囊霉属比例高达60.35%。可见,马铃薯‖玉米间作栽培能有效改善马铃薯根际土壤的真菌菌群结构,使其微环境得以改善,缓解宁夏南部山区马铃薯连作障碍。

宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量多时间尺度变化特征分析

【目的】研究1969—2020年宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量在不同时间尺度的变化特征,为当地的水资源利用以及灾害防治提供参考依据。【方法】基于1969—2020年宁夏中部干旱区6个气象站降水量及月平均气温资料,采用高桥浩一郎蒸散发公式、气候趋势法、Mann-Kendall突变检验以及小波周期分析,对宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量在不同时间尺度下的分配情况、丰欠演变趋势及周期规律进行研究。【结果】①宁夏中部干旱区西北区与东南区降水资源差异较大,降水量分别为188.0 mm和304.1 mm,可利用降水量分别为17.8 mm和58.9 mm。②宁夏中部干旱区降水主要集中在夏季,占全年57%左右;冬季最少,仅占全年3%,且年内和年际变化平缓;春、冬季可利用降水率低。③宁夏中部干旱区年际间降水资源年际间将由波动期向干旱期变化;东南区的极端降雨现象比西北区更明显,西北区在2013年以前可利用降水资源较为丰富。④趋势分析表明未来东南区年降水量及可利用降水量分别以1.539、0.467 mm/a速率显著增加,西北区降水量以0.647 mm/a显著增加、可利用降水量以0.073 mm/a的降幅减少,但无显著性;突变分析表明2010年为宁夏中部干旱区降水量开始发生突变的年份。⑤宁夏中部降水量及可利用降水量主要以9、12~13、40 a为主周期,对应的振荡周期分别为6、9、25 a。可利用降水变率较大,对农牧生产活动影响较大。【结论】宁夏中部干旱区各降水资源东南区比西北区更丰富;季节年降水量及可利用降水量排序均为夏季>秋季>春季>冬季;未来降水量及可利用降水量有显著上升趋势,降水资源向着大周期尺度演变。

1987-2022年黄河银川平原段河道演变特征及影响因素

研究黄河银川平原段河道的演变特征,对河道的保护提供理论依据。文中基于1987-2022年8期Landsat卫星影像,利用修正的归一化水体指数对黄河河道进行提取,计算不同时期的河道宽度、河道面积、摆动幅度以及摆动速率,分析35年间黄河银川平原段的摆动特征及变化规律。结果表明:35年间,河道宽度平均减小0.36km,河段面积平均减小0.66km^(2)。河道左岸平均每年向右摆动0.10km,R1、R2、R3河段左岸向左向右的摆动速率之比分别为1:2.12:2.53和1:4.19:5.33;河道右岸平均每年向右摆动0.004km,R1、R2、R3段河道右岸向左向右平均摆动速率之比分别为1:0.82:2.16和1:1.90:3.19。河道整体呈萎缩趋势且向右偏移,黄河银川平原段下游摆动变化程度更为严重。河道在时间上的变化可能与自然因素与人类筑坝蓄水等人类活动相关,在空间上的变化可能受制于河道径流及河岸物质组成的差异。对于黄河银川平原河段,防护建设应重点关注在下游河段。

基于文献计量分析土壤微生物对气候变暖的响应

【背景】面对全球气候变暖,土壤微生物在陆地生态系统对全球变暖反馈中起到了至关重要的作用。【目的】了解土壤微生物对气候变暖响应研究的发展现状、研究热点及前沿动态,厘清当前该研究领域的知识结构关系。【方法】以1999−2021年Web of Science核心数据库中土壤微生物对气候变暖响应研究已发表的3189篇论文为数据源,利用Vosviewer和CiteSpace软件对年发文量、文献被引频次、作者、机构、国家、学科和关键词等进行可视化分析。【结果】研究总体呈逐步增长趋势,经历缓慢增长、稳步增长和高速增长3个阶段;高被引论文均发表在国际顶级期刊上,研究成果具有较高的学术影响力。在学科融合与合作交流方面,环境科学、生态学和土壤学是该研究领域的主要学科,而多学科交叉学在该领域占有重要地位;作者骆亦其、Schuur和周集中是该领域核心学者,作者之间的合作关系主要以同一研究团队内部合作为主;主要的科研机构有中国科学院、加利福尼亚大学和美国能源部,各科研机构之间合作较为紧密;中国、美国和欧洲是土壤微生物对气候变暖响应研究领域的主要力量,国家之间相互合作程度高。该领域的主要研究热点是气候变暖改变了土壤微生物的群落结构组成、多样性和生理生化功能,进而对地球化学物质循环产生影响;土壤微生物在土壤碳库释放中的作用机理和调控机制是该领域研究前沿。【结论】目前,不同生态系统研究中土壤微生物对增温的响应与适应机制存在着差异,而且对微生物碳功能基因和多环境交互因子的研究较少。因此,建议后期应更加聚焦特定生态系统的细化研究,开展大范围、大尺度、长时期的定位研究,加强对微生物碳降解和碳固定功能基因的研究,多关注环境因子变化的交互作用对土壤微生物生态过程的影响。

基于文献计量分析的森林土壤酶活性研究进展

为了解国内外森林土壤酶活性研究领域的相关前沿与进展,本研究基于CNKI与Web of Science核心合集数据库,对2000-2021年间数据库中收录的该研究领域相关文献进行统计分析,并借助VOSviewer软件分别对国家、机构、作者和关键词等进行计量分析。结果表明:随着时间的推移,国内外对该领域的了解不断深入,年度总发文量总体呈波动上升趋势。文献主要发表在《Soil Biology&Biochemistry》《Applied Soil Ecology》《生态学报》和《应用生态学报》等期刊。国内外关于该领域研究的学科分布侧重点有所不同,国际上主要涉及土壤科学和环境科学,国内主要聚焦于林业和农业基础科学。中、美两国在该研究领域占据核心地位,两国的总发文量、总被引频次显著高于其他国家,学术价值和影响力较高。目前,对于该领域的研究存在研究力量不集中、科研成果总体质量略低等问题,未来应进一步加强国家间和团队间的科技合作与创新,对该领域研究资料进行深度剖析,以促进高水平科研成果的产出,并从多角度应用多种学科知识和方法对森林土壤酶活性的影响因素进行分析,探索土壤酶活性的动态变化规律,期望能给该领域的后续研究提供参考,为维持森林生态系统的健康稳定提供科学依据。

宁夏盐池不同坡位旱地紫苜蓿水分来源

紫苜蓿(Medicago sativa)是一种经济和生态价值较高的优良牧草,但其耗水量大,在西北半干旱地区仅靠天然降水难以满足紫苜蓿的正常生长发育。宁夏盐池北部地处毛乌素沙地南缘,地下水埋深较浅,地下水有可能成为紫苜蓿的潜在水源,弥补天然降水的不足。本试验在地势平坦的缓坡丘陵梁地和丘间低地,选择8年生旱地紫苜蓿试验地作为研究对象,采用稳定同位素技术,研究了不同海拔的4个坡位(海拔自低到高分别为:坡1、坡2、坡3和坡4)紫苜蓿的水分来源及其生长生理表现。结果表明:坡位对0–300 cm土壤剖面含水量有显著影响,海拔最低的坡1土壤含水量最高。土壤水和植物茎秆水δ18O-δD坐标点大部分位于中国西北地区地方大气降水线(LMWL)的右侧,说明植物利用的水源氢氧同位素组成受到蒸发的影响而发生了富集作用。0–450 cm土壤剖面水δ18O值随着海拔高度的增加而增大。同一坡位土壤水δ18O值随着土壤深度的增加逐渐下降。深层土壤水δ18O值与地下水δ18O相近,说明地下水通过土壤毛细管上升而补充其上层土壤水分。0–40 cm土壤水δ18O值随季节波动较大,270 cm以下土壤水δ18O值较为稳定。4、7、8月份坡1紫苜蓿茎秆水δ18O值显著低于其他3个坡位(p<0.001)。在4、6、7三个月,坡位1紫苜蓿对深层土壤水(270 cm以下)的利用率最高。而在8月份,坡1、坡3、坡4紫苜蓿主要利用150–270cm、270–450 cm土层土壤水以及地下水,坡2对表层(0–20 cm)土壤水利用率最高。坡1紫苜蓿的产量、整株Δ13C值及气孔导度显著高于其他3个坡位。本研究表明:在平均年降水量只有280 mm的西北半干旱地区种植旱地紫苜蓿要尽量选择地势较低的滩地,使其能够利用到埋深较浅地下水,以满足植物生长发育的需要并取得较好的生态和经济效益。