种间互作和施氮对蚕豆/玉米间作生态系统地上部和地下部生长的影响

为河西走廊绿洲灌区豆科/禾本科间作体系的养分管理提供科学依据,于2007年在武威绿洲农业试验站应用田间原位根系行分隔技术研究了蚕豆/玉米种间互作和施氮对玉米抽雄期的根系空间分布、根系形态和作物地上部生长的影响。研究结果表明:种间互作和施氮均增加了玉米和蚕豆在纵向和横向两个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积。根长密度和根表面积与两种作物产量和氮素吸收均呈正相关,而与蚕豆的根瘤重呈负相关;抽雄期的土壤含水量与玉米产量和养分吸收呈显著的负相关。玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,但蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间,也就是间作后增加了玉米根系水平尺度的生态位。蚕豆和玉米根系主要分布分别在0-40 cm浅土层和0-60 cm 土层,且间作玉米根系在60-120 cm比单作和分隔的多。因此,种间互作和施氮扩大了两作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,即扩展了两者水分和养分吸收的生态位,增加了作物吸收养分的有效空间,从而提高了间作生态系统的生产力。     

核桃-大豆间作系统细根分布及地下竞争

以晋西黄土区核桃-大豆间作系统为研究对象,采用分层挖掘法对核桃-大豆间作系统细根分布特征及地下竞争状况进行研究,旨在为该地区果农间作系统的高效可持续经营提供科学依据。结果表明:核桃细根在垂直方向上主要分布在0～40cm土层内,水平方向上55.7%的细根集中分布在距树行0.5～1.5m区域中;间作物大豆的根系在垂直方向上集中分布在0～20cm土层内,水平方向上根干重随距树行距离的增加呈增加趋势;在水平方向上距树行1.0～2.5m的区域是核桃和大豆地下种间竞争主要发生区,其中以1.5～2.0m区域的竞争最为剧烈。     

间套种植复合群体根系时空分布特征

选择小麦／大豆和玉米／甘蓝2种典型间套种植模式,探讨了复合群体根系营养竞争与补偿的生态学机制．结果表明,小麦／大豆复合群体根系生长在年生长期内显示出双峰交错性,小麦总根重峰值出现在6月初,而大豆峰值出现在8月上、中旬．根重与根长密度的生长还表现出异步性,根重峰值的出现早于根长．复合群体各配对作物根系的垂直分布呈层次递减性,玉米拔节前根重的85％以上都分布于0～20cm土层,且垂直生长呈多波顾次递推特点．间套作物根系的分布呈明显的“偏态”不均衡分布,套作玉米根系偏甘蓝行20．4～40．7cm,而甘蓝根系偏玉米行仅8．5～12．6cm．施肥使套作玉米与甘蓝根系的交叉幅宽由40．2cm下降到20．1cm,2种作物根系的交叉点位置由20．5cm上升到12．4cm．     

小麦和玉米根系取样位置优化确定及根系分布模拟

为了确定小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)根系的最优取样位置和更准确地模拟根长密度在土壤剖面的分布, 在冬小麦和夏玉米的灌浆后期, 采用根钻法取样, 比较了不同取样位置对根系分布的影响; 采用Gerwitz和Page模型对根长密度的分布进行了模拟。结果表明, 冬小麦行间和行上取样在0-10 cm土层根长密度差异显著, 在10 cm以下土层差异减少。在确定根长密度分布的取样中, 在0-20 cm土层应考虑根长密度分布的空间差异, 即行上密度大于行间密度; 而在20-100 cm土层, 需要考虑行间根长密度大于行上的空间差异; 在1 m以下土层两个位置的差异逐渐消失, 可不考虑空间差异。夏玉米根长密度在上层土壤表现出距离植株不同位置差异显著的特征。植株位置(株上)、距植株10 cm和距植株20 cm位置根长密度在土壤中的分布特征是: 0-10 cm土层3个位置根长密度差异在50%以上, 根长密度大小是株上>距植株10 cm>距植株20 cm; 而在10-30 cm层次, 根长密度表现为距植株10 cm>株上>距植株20 cm, 30-50 cm土层株上位置的根长密度最小, 50 cm以下各位置根长密度差异不明显。对于玉米根系取样, 50 cm以上土层需要考虑根长密度的空间差异, 50 cm以下土层可不考虑。采用Gerwitz和Page模型, 结合华北平原机械化耕作下形成的土壤犁底层变厚及其犁底层容重增加对根系分布的影响, 在模型中加入土壤容重参数订正可以使模型更准确地模拟根长密度在土壤剖面的分布。     

干旱区绿洲灌溉条件下不同树龄轮台白杏根系的空间分布

采用田间分层挖掘法和图像扫描分析法,研究了干旱区绿洲灌溉条件下不同树龄轮台白杏根系的空间分布特征.结果表明:轮台白杏的根系主要由细根(d≤1 mm)构成,中粗根(1＜d≤2 mm)和粗根(d＞2 mm)所占比例较小,树龄5 a、10 a和15 a轮台白杏细根长度分别占根系总长度的90.9％、88.4％和79.9％.随树龄延长,根长密度增加,不同径级根长密度均为15 a＞10 a＞5 a.在垂直方向上,轮台白杏的根长密度呈现出先增加后减小的分布趋势,且各土层根系干质量密度差异显著,树龄5a、10 a和15 a轮台白杏根系干质量密度分布较集中的区域分别为距离树干200 cm以内的30 ～ 80 cm、30～100 cm和30～100 cm深度土层,轮台白杏根系的水平分布特征为距离树干越远根系干质量密度越小,且距树干不同距离处的差异显著.从减小相邻树行间树体根系的交错重叠和降低水肥竞争的角度考虑,在干旱区绿洲灌溉条件下,轮台白杏的栽植行距应≥6 m.     

冬小麦根系分布规律

根据在郑州进行的冬小麦根系田间实测资料,研究了根长密度和根质量密度在砂壤土中的垂直分布.结果表明:冬小麦根量主要集中在上层,根长密度、根质量密度在0～50 cm土层内分别占57.7%和66.7%,而在50～100 cm层分别占23.4%和18.7%,根长密度和根质量密度随土壤深度的变化均符合指数函数形式;综合考虑根量分布、根系吸水等因素,确定了冬小麦适宜的底墒深度为100 cm.     

冬小麦根系分布规律

根据在郑州进行的冬小麦根系田间实测资料,研究了根长密度和根质量密度在砂壤土中的垂直分布。结果表明:冬小麦根量主要集中在上层,根长密度、根质量密度在0～50 cm土层内分别占57.%和66.%,而在50～100 cm层分别占23.%和18.%,根长密度和根质量密度随土壤深度的变化均符合指数函数形式;综合考虑根量分布、根系吸水等因素,确定了冬小麦适宜的底墒深度为100 cm。     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法 ,对 13龄刺槐、侧柏人工林 ,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究 .结果表明 ,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的 2倍多 ,但平均有效根长密度只有侧柏的 4 4 .5 % .在垂直方向上 ,两树种有效根系主要分布在 0～ 6 0 cm土层内 ,然而最大有效根长密度却均位于距地表 0～ 30 cm以内 .其中 ,刺槐 0～30 cm区域内有效根长占总有效根长的 5 1.5 8% ,侧柏占 5 8.38% ;刺槐有效根干重占总有效根干重的 6 3.0 1% ,侧柏占 71.0 9% ;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减 .在水平方向上 ,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干 30～ 90 cm处最大 ;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小 .非线性参数拟合分析表明 ,采用 RD=EXP A+BX +CZ 函数模型 ,能较好地反映人工林根系密度的空间分布     

乌兰布和沙区紫花苜蓿根系生长及吸水规律的研究

研究了不同水分处理下,乌兰布和沙区紫花苜蓿系生长发育规律及根系吸水速度,结果表明：不同水分处理的根系生长规律最基本一致的,在生长季风均呈增加的趋势;但适度干旱可促进根系的伸长生长。在当地土壤类型条件下,根系主要分布在０－３０cm土层;根重密度在土壤剖面上的分布遵循对数规律,并随深度的增加呈降低趋势。运用一维土壤水分运动方程,计算得到了不同水分处理根系吸水速度在土壤剖面上的分布状况;根系吸水速率与土壤含水量和根密度密切相关。     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨根系分布特征及其与根系吸水的关系

采用剖面法对宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)的根系分布特征进行了研究;采用管式TDR系统对土壤剖面含水率变化动态进行了连续观测,并据此计算林木根系吸水速率,以探讨土壤含水率、根系分布和根系吸水分布之间的相关关系。研究结果表明:毛白杨的总平均根长密度在林带两侧和不同径向距离处非常接近(P>0.05);但在不同土层间变化很大(P<0.01),其中0-20和60-150 cm土层为根系主要分布区域,其根系所占比例共达86%;不同径阶间的根长密度差异显著(P<0.01),且其比例关系会随空间位置的改变而发生变化。不同栽植方位下,林带东侧毛白杨根系分布的浅层化程度高于西侧,且在径向240-280 cm内其0-0.5 mm的极细根显著多于西侧(P<0.05)。因此,宽窄行栽植模式下,深度和径阶是毛白杨根系分布的主要影响因子,而栽植方位会对其形态构型产生影响。毛白杨根系吸水模式受细根分布的影响,但会随土壤剖面水分有效性分布的变化而变化:当表土层水分有效性增加时,根系吸水主要集中在表土层;当表土层水分有效性降低时,深层土壤根系的吸水贡献率会逐渐增加;当土壤剖面水分条件异质性较高时,根系吸水主要集中在根系密度与水分有效性均较高的区域;当土壤剖面水分分布均匀且不存在水分胁迫时,根系吸水分布与细根分布最为一致。     

农田利用方式和冬灌对沙地农田土壤硝态氮积累的影响

研究了不同农田利用方式和冬灌对黑河中游边缘绿洲沙地农田土壤硝态氮（NO₃^--N）积累的影响.结果表明：不同农田利用方式0～300 cm土层NO₃^--N含量平均值介于1.27～83.60 mg·kg^-1;受土壤结构、施肥及灌溉的影响,NO₃^--N含量在0～40 cm和135～300 cm土层含量较高,40～135 cm土层含量较低;不同农田利用方式下的土壤剖面NO₃^--N含量差异极为明显,大棚蔬菜地各土层NO₃^--N含量均显著高于其他农田利用类型,土壤NO₃^--N累积量表现为大棚蔬菜地>番茄地>棉花地>制种玉米连作田>小麦-玉米轮作田>小麦/玉米间作田>苜蓿地>枣树园;大棚蔬菜地0～300 cm土层土壤剖面NO₃^--N累积量高达2171.45 kg·hm^-2,对地下水污染的威胁较为严重,番茄地和棉花地土壤剖面NO₃^--N累积量次之,粮田、苜蓿地和枣树园土壤剖面NO₃^--N累积量较小,但其污染潜力仍不容忽视.冬灌前后NO₃^--N含量随土壤层次表现出不同的变化规律,0～80 cm土层冬灌后NO₃^--N含量低于冬灌前,并且随灌溉量的增加NO₃^--N含量呈明显降低趋势;80～300 cm土层基本表现为冬灌后NO₃^--N含量高于冬灌前,且随灌溉量的增加NO₃^--N含量呈增加趋势;冬灌前后0～80 cm土层土壤剖面NO₃^--N的损失量基本为正值,80～300 cm土层基本为负值,并且随灌水量的增加表层土壤NO₃^--N损失量增大,表明冬灌是造成土壤累积的NO₃^--N向深层淋溶的主要原因.从减少淋溶和地下水污染的角度考虑,需要合理地调整土地利用方式,适当减少高NO₃^--N积累作物的种植,并确定合理的冬灌方式和灌水量.     

不同耕作方式下稻田土壤的氮素形态及氮素转化菌特征

在水稻不同生育期分层采集稻田土壤剖面样品,研究不同耕作方式（常耕CT、免耕NT、稻草还田常耕CTS、稻草还田免耕NTS）、不同土层稻田土壤的氮素（N）形态及氮素转化菌特征.结果表明：在N素转化菌方面,水稻整个生育期0～5 cm土层氨化细菌的数量以NTS处理最多;0～5 cm和5～12 cm土层亚硝化细菌数量CT处理高于NT处理,12～20 cm土层则相反;NTS较CTS处理降低了0～20 cm土层的亚硝化细菌和反硝化细菌数量;在水稻拔节期和成熟期,NT处理较CT处理提高了0～5 cm土层的嫌气性固氮菌数量.在N素形态方面,水稻整个生育期NT处理碱解N和全N较集中分布在0～5 cm土层,明显高于CT处理,而5～12 cm和12～20 cm土层比CT处理低;12～20 cm土层的铵态氮和硝态氮含量NT与CT处理差异不显著,而NTS处理0～20 cm土层的铵态氮和硝态氮含量均有所提高.相关分析和多元回归分析表明,铵态氮与氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌正相关程度最高,而碱解氮与嫌气性固氮菌正相关程度最高,均达极显著水平.综合各土层氮素转化菌数量与不同形态N含量,NTS更有利于稻田氮素供应与养分积累.     

不同保护性耕作措施对武威绿洲灌区冬小麦水分利用的影响

2006—2008年通过田间定位试验,研究了武威绿洲灌区不同耕作措施（传统耕作、秸杆翻压、免耕不覆盖、免耕秸杆立茬、免耕秸杆覆盖）对冬小麦土壤水分空间分布、动态变化、作物耗水量、水分利用效率和产量的影响.结果表明：返青至拔节期,免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理显著提高了0～30 cm土壤贮水量,处理间差异较大,在小麦拔节后差异变小;返青至成熟期,NTS和NTSS处理30～150 cm土壤贮水量都大于传统耕作处理（T）;播种期,NTS、NTSS和NT（免耕不覆盖）处理0～150 cm土层总贮水量分别比T处理增加29.55～34.69、17.32～21.79和0.89～15.68 mm,收获期分别增加37.59～38.35、5.70～22.14和4.61～13.93 mm,且随着土层深度的增加处理间土壤贮水量差异增大.NTS、NTSS、NT和TIS（秸杆翻压）处理小麦产量分别比T处理提高15.65%～16.84%、6.98%～12.75%、5.88%～11.74%和3.92%～8.16%,水分利用效率分别提高17.15%～17.52%、7.75%～9.65%、8.24%～10.00%和4.17%～9.91%.免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理提高了冬小麦产量和水分利用效率,是改善该区域水资源匮乏的有效耕作措施.     

施肥对日本落叶松不同根序细根养分浓度的影响

以辽宁东部山区16年生日本落叶松人工林为对象,探讨施肥对落叶松1～5级不同根序等级细根养分浓度的变化.结果表明：不同根序等级细根全碳浓度差异不显著,施肥对各级根序全碳浓度没有显著影响;在前5级根序中,1级根非结构性碳水化合物（TNC）浓度最低,N和P浓度最高;而5级根TNC浓度最高,N和P浓度最低.TNC浓度随着根序增加而升高,N和P浓度则相应下降.施肥仅对1级根组织中N和P浓度有显著影响;不同根序根组织中C/N/P具有明显差异,1级根平均C/N/P为423∶16∶1,5级根为726∶16∶1,随着根序增加,C在3种元素中的比例显著增加,而N的比例变化不大.施N肥并没有改变C的比例;但施P肥或施N+P肥均降低了前3级根（0～10 cm）或前2级根（10～20 cm）C和N在3种元素中的比例.     

施肥对日本落叶松不同根序细根养分浓度的影响

以辽宁东部山区16年生日本落叶松人工林为对象,探讨施肥对落叶松1～5级不同根序等级细根养分浓度的变化.结果表明：不同根序等级细根全碳浓度差异不显著,施肥对各级根序全碳浓度没有显著影响;在前5级根序中,1级根非结构性碳水化合物（TNC）浓度最低,N和P浓度最高;而5级根TNC浓度最高,N和P浓度最低.TNC浓度随着根序增加而升高,N和P浓度则相应下降.施肥仅对1级根组织中N和P浓度有显著影响;不同根序根组织中C/N/P具有明显差异,1级根平均C/N/P为423∶16∶1,5级根为726∶16∶1,随着根序增加,C在3种元素中的比例显著增加,而N的比例变化不大.施N肥并没有改变C的比例;但施P肥或施N+P肥均降低了前3级根（0～10 cm）或前2级根（10～20 cm）C和N在3种元素中的比例.     

科尔沁沙地不同生境土壤凝结水的试验研究

2007年8月采用称量法研究了科尔沁沙地4种生境（流动沙地、固定沙地、农田和樟子松林）土壤凝结水形成的时间以及凝结水的数量.结果表明：20:00-22:00间,研究区土壤凝结水开始逐渐形成,22:00-4:00时段的土壤凝结水波动增大,4:00之后土壤凝结水开始逐渐蒸发损失;科尔沁沙地4种生境0～9 cm土层是土壤凝结水的主要形成层,其中,0～3 cm土层所占比例最大,约占总凝结水量的40%,9～30 cm土层仍有凝结水形成,但凝结水量较少;4种生境0～3 cm土层的凝结水量在时间上存在较大差异,0～3 cm土层日均凝结水量大小依次为固定沙地>流动沙地>农田>樟子松林,说明植被条件较好的生境反而不利于土壤凝结水的形成;0～30 cm土层日均凝结水量以固定沙地最多（约0.172 mm）,以农田最少（为0.110 mm）,流动沙地和樟子松林地分别为0.120和0.128 mm.     

土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化的温度响应特征

通过室内培育试验,分析了土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化过程及其对温度变化的响应特征.结果表明：原始林转变为农田后,0～10 cm、10～20 cm的土壤有机碳和全氮含量分别下降了68.5%、76.8%和40.5%、44.4%;而农田土壤有机碳的平均矿化速率和累积矿化量仅分别为原始林的24.4%～43.2%和9.20％～13.7％.低温条件下（<25 ℃）土壤有机碳矿化的温度敏感性显著高于高温条件下（>25 ℃）.低温条件下（<25 ℃）两种利用方式的土壤有机碳矿化对温度变化的敏感性没有显著差异;但高温条件下（>25 ℃）,农田0～10 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性高于原始林,而农田10～20 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性明显较低.     

松嫩平原盐渍化区土壤的微域特征

通过野外定位观测和室内分析,探讨了松嫩平原盐渍化区土壤的微域特征.结果表明:研究区由高平地、微坡地、洼地边缘和洼地4种微地貌单元组成.洼地发育均腐土,洼地边缘、微坡地和高平地发育碱积盐成土.高平地土壤的碱土碱化层出现在15～30 cm,碱化度(ESP)60％.微坡地土壤表层的ESP最大可达75％.洼地边缘的ESP分布在10～30 cm土层,最大为30%～40%.洼地的土壤几乎没有碱化层.研究区不同微地貌部位发育的土壤水分特征曲线存在明显差异.微坡地土壤饱和含水率最大仅为25%,而洼地土壤0～10 cm饱和含水率高达45％.不同微地貌单元的冻融过程存在明显的差异.微坡地和洼地的最大冻结深度分别为157和136cm.冻结期,洼地土壤表层含水率由冻结前的20％增加到50％.微坡地土壤表层含盐量变化在4个微地貌单元中最明显;冻融前后微坡地土壤表层含盐量增幅达80%.     

喀斯特木论自然保护区旱季土壤水分的空间异质性

采用经典统计学和地统计学方法,分段研究了喀斯特木论自然保护区典型峰丛坡地和洼地旱季表层土壤水分（0～5 cm和5～10 cm）的空间异质性.结果表明：研究区旱季表层土壤水分仍然较高,总体上具有良好的半方差结构;坡地和洼地0～5 cm和5～10 cm土层土壤水分的空间分布均符合指数模型,同一立地条件下两土层土壤含水量具有相似的空间结构和分布格局,相同土层不同立地条件下的差异明显;坡地土壤水分含量的空间相关性中等且连续性好,具有明显的斑块分布格局,其Moran I值的变化相对缓慢;洼地土壤水分含量具有强烈的空间自相关,但变程很短,其Moran I值的波动较大,斑块比较破碎.地形、微地貌、降雨、人为干扰特别是植被是保护区土壤含水量空间变异的重要影响因素,保存完好的原始森林对土壤水分空间异质性具有良好的调控作用.     

米槠天然林树木根系分解和化学组分变化

运用网袋法,在福建建瓯万木林自然保护区米槠天然林内,将米槠根系按直径大小分成0～1、1～2和2～4 mm 3个级别进行分解研究.结果表明:在为期2年(720 d)的分解试验过程中,网袋内所有米槠根系的分解速率均呈现前期较快、后期较慢的变化特征,主要是可萃取物的淋溶损失使根系的前期分解较快,而酸不溶性物质浓度的上升抑制了其后期分解.根系分解1年(360 d)后,不同径级根系的分解速率由其初始可萃取物和N浓度控制;而分解2年(720 d)后,其根系底物中初始C/N、初始酸不溶物质与N、P浓度共同决定分解速率.在分解过程中,米槠3个径级根系都表现为N浓度不断上升、P浓度不断下降的趋势,其中N的释放呈现富集-释放格局,而P则为直接释放.