北方半干旱集雨补灌旱作区节水农业发展模式

内蒙古准格尔旗集雨补灌旱作节水农业示范区地处黄土高原北部砒砂岩区,是我国水土流失最严重地区之一,集雨补灌是缓解当地干旱缺水的唯一途径.目前该区很多地方雨水收集利用缺乏整体研究,工程规划和生产布局有一定盲目性.在分析准格尔旗示范区生态、经济、社会等条件的基础上,总结出以集雨补灌为中心的旱作增产技术体系,确定了集雨高效种植型、集雨生态畜牧型和庭院集雨经济型3种模式,提出了示范区雨水综合利用需水量标准,并对3种模式在示范区运行3年来的经济、社会和生态效果进行了评价.     

黄土高原沟壑区农业抗逆减灾技术研究

以黄土高原沟壑区的长武塬为研究对象,根据黄土高原沟壑区干旱频繁发生的特点,在发展传统农业抗旱技术的基础上,调整土地利用结构,应用抗旱品种及与之相配套农业耕作技术和轮作种植技术,发展窑窖集水,滴灌、渗灌、微灌等抗旱节水灌溉技术,建立现代抗旱减灾农业技术体系。为发展减灾农业提供科学依据。     

喀斯特山区集雨灌溉系统设计

本文在实例分析的基础上,研究喀斯特山区集雨灌溉系统。规划了雨水蓄积工程的建造、管道的布置,制定出合理的灌溉制度。从调查研究集雨灌溉方法及区域情况入手,明确了集雨灌溉系统的设计思想;对喷头、管材和蓄水池等进行选型和计算,画出集雨灌溉总温室布局图。该设计技术方案可行,同时提高了水的利用效率。     

半干旱地区膜垄和土垄的集雨效率和不同集雨时期土壤水分比较

于 2 0 0 2年 4月～ 8月在兰州大学干旱农业生态榆中试验站进行研究 ,在平地上形成沟垄相间的微地形 ,采用 3种沟垄比和两种下垫面材料 ,垄作为径流区 ,沟作为集水区 (沟内不种任何作物 )。采用平均产流率法分析了不同垄型集水面的集水效率 ,结果表明 ,膜垄的平均集水效率为 90 % ,土垄的平均集水效率为 16 .8% ;通过对不同垄型集水面垄中、沟边、沟中的土壤水分进行比较发现 ,对于膜垄在集雨的各个时期沟中的土壤含水量高于垄中 ,沟边的土壤含水量介于沟中和垄中土壤含水量两者之间。如 7月 14日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 2 0 0 cm土层土壤平均含水量分别为 10 .39%、10 .2 4 %和 9.4 2 % ;对于土垄 ,在集雨前期和集雨中期 ,沟中和沟边的土壤含水量相差不大 ,沟中和沟边的土壤含水量均低于垄中的土壤含水量 ,表现出和膜垄完全不一样的特性 ,如 7月 14日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 12 0 cm土层土壤平均含水量分别为 8.98%、8.6 8%和 10 .0 3% ,在集雨后期 ,沟边和沟中的土壤含水量大于垄中土壤含水量 ,如 8月 13日测定 ,沟中、沟边和垄中 0～ 12 0 cm土层土壤平均含水量分别为 9.76 % A、9.38% B和 7.94 % C,该试验表明土垄在集雨后期 ,在集雨和土壤水分分配方面表现出和膜垄的相似的特性     

黄土塬地区集雨窖水水源地优选

为提高黄土塬地区窖水水质,保证窖水饮用安全,集雨水源地的选择势在必行。本文通过应用主成分分析法,研究了优质集雨水源地和决定水质的控制指标。结果表明,在不同类型集雨水源地中,水泥地面和瓦屋面的综合主成分得分分别为-3.350和-1.945,污染程度分级结果为轻度,是集雨的最佳场地;COD、NH4+-N、TP、SS和粪大肠菌群在主成分中具有高荷载值;集雨水受有机物质、地表尘土、人畜粪便污染明显,与人为活动密切相关。最后,就集雨水源地在政策法规、水质保护技术体系、水质检测和保护等方面提出了改善措施和建议。     

基于GIS的黄土高原水分生态环境区域空间格局研究

利用地理信息系统技术和地学综合分析方法,对黄土高原(陕西部分)的水分生态环境区域空间格局进行了研究,并获取了1：50万的陕西黄土高原水分生态环境区域空间格局图．结果表明,黄土高原区域水分生态空间格局受气候(降水)、土壤(质地)、地质(黄土堆积厚度)、地形(区域地貌)、植被等多因素的综合作用,并可由上述系列因子进行分别度量;用不同植被的适生性作为区域水分生态状况的综合度量指标;陕西黄土高原的区域水分生态环境涉及乔木适生区、灌丛适生区和草被适生区3种类型,且在空间上具有镶嵌性．其主体则为乔木适生区,反映了该区具有生态良性恢复的巨大潜力．     

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.     

加强土壤侵蚀与旱地农业研究促进黄土高原生态环境建设

搞好水土保持,加强生态环境建设,是西部开发与实施可持续发展战略的重要基础.黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室以土壤侵蚀与环境调控及提高旱农生产力为主攻方向,突出基础理论与关键技术研究;在加强国际合作与交流的同时,已在土壤侵蚀力学、土壤质量演变、土壤物质迁移过程、节水农业的生物学基础、流域水文环境等方面取得了一批对西部生态环境建设具有重大指导意义的科研成果,对国家宏观决策和地方经济发展提供了理论支撑.     

黄土高原水土流失综合治理技术及示范

黄土高原是我国水土流失严重和生态环境极为脆弱的地区,也是我国"两屏三带"生态安全战略格局的重要组成部分。研发及集成相关技术,建立试验示范样板,为该区生态修复与产业发展提供技术支撑成为亟待解决的重要问题。"黄土高原水土流失综合治理技术及示范"项目(2016YFC0501700)属于国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项。该项目通过6个类型区水土流失治理相关技术的研究及区域尺度上的集成研发,阐明黄土高原脆弱区域生态持续恢复与生态安全中的主要学科发展及相关技术问题。     

黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础

在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上,对黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测。结果表明：规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44％、林地22％、基本农田20％、果园14％;197个区县草地牧草生产、作物秸秆、草田轮作和果园种草预测的总牧草饲料生产潜力达104881028t／a(其中,草地牧草生产潜力约占45％,达47196462．7t／a),可载畜104881028个羊单位／a(其中草地可载畜47196462．7个羊单位／a)。按1999年不变价格计算,黄土高原预测畜牧业总产值将达到5244051万元RMB／a,是1999年畜牧业总产值的5．3倍,超过1999年黄土高原农业总产值14％。农业人口人均预测畜牧业产值大于l000元的区县占59％;小于l000元的区县占41％。此外,预测的农业总产值将达到l147．2234亿元RMB／a,其中畜牧业、果业、林业和农业产值占农业总产值的比重分别是46％、27％、14％和13％。随着畜牧业产业链的逐步建立与完善,产业发展布局的日趋合理,黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高,黄土高原生态环境将有进一步的改善。黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力,有望成为黄土高原优化的生产一生态新产业带建制中的支柱产业。     

半干旱黄土高原集水高效旱地农业的发展

黄土高原半干旱区传统水土保持型农业的发展已有数十年的历程,已基本趋于成熟,但对水肥热的菌控能力很低,难于发展高附加值作物生产,因此生产效益低下,难以走上良性怅的轨道,不能解决目前遇到的实际问题,通过近几年来的探索,认为,在不上保持农业的基础上,进一步发展雨养农业最有效的途径不是人工富集天然降水,将富集的降水用于农业生产,可以大大大提高降水的利用效率和生产效益,这就是集水农业,是今后半干旱区雨养农业     

半干旱黄土高原退化生态系统的修复与生态农业发展

首先分析了半干旱黄土高原区域生态系统的特点,指出：这里地带性植被极度退化,土壤质量严重恶化,治理难度大,可持续发展受到严重威胁。然后,进行生态系统退化关键驱动力的分析,认为,在不同时期,农民的利益驱动始终是土地利用格局和生态系统演化／退化的关键驱动力。在寻求分析退化生态系统修复的突破口时,认为提高作物产量和经济效益,解决农民的需求是具有可操作性的途径。而实现这一途径必须提高单产,以减轻更广大土地面积上的生产力需求压力。通过集水、覆盖等措施改善农田水分条件,再配合地膜、化肥,在对农田进行合理管理的情况下,粮食单产可获得持续大幅度的提高。在此基础上,提出了实现区域可持续发展的途径——集水型生态农业及其景观配置模式。在这一模式中,经济作物、粮食作物、人工草地和天然草地在一个完整的景观单元内合理配置,形成完整的景观复合生态系统。对这一模式的深人研究和正确实施将推动半干旱黄土高原退化生态系统的修复,并为西部开发中经济建设和生态建设并举提供理论与实践指导。     

微集雨模式与降雨变律对燕麦大田水生态过程的影响

以春燕麦坝莜3号品种为试材,分别于2009年和2010年在甘肃省定西市农业气象站进行大田试验。两个生育期的降雨总量基本一致,其中2009年生长季的降雨变律特征与多年观察值相似,而2010年则表现为"前半期降雨多、后半期降雨少"的变律特征。微集雨技术共含8个不同处理,包括①平地不种植(裸地)、②平地种植和③6个垄沟和覆膜处理组(3种垄沟宽度比(2 ∶ 1、1 ∶ 1和2 ∶ 3)× 2种覆膜方式(垄上覆膜和不覆膜)),测定了各处理组土壤剖面贮水量、耗水量、水分利用效率和产量相关指标。结果表明,垄上覆膜处理组的叶面积指数、水分利用效率和产量显著高于其它处理组,同时提高了雨水转化为土壤水和作物水的转化效率,并促进了生育后期土壤贮水量的迅速回升。就不同垄沟比来说,各参数值在垄沟比为1 ∶ 1的处理组中最高。此外,就两种降雨变律年型而言,"降雨量前倾"的2010年燕麦的水分利用效率、产量和叶面积指数显著高于2009年(P<0.05),且显著提高了0-130 cm剖面土壤贮水量。     

中国黄土高原北部地区新石器-青铜时代农业结构演变及其对区域生态环境的适应

本文分析并测定了从15个位于黄土高原北部的遗址中浮选的炭化植物遗存的年代及数量,讨论了该地区新石器-青铜时代农业结构的变化、发展及自适应。研究表明,该地区粟的占比随着遗址年代的推移呈现出上升趋势,证明了先民的农业技术随时间变化而发展;受季风降水特征影响,东南部灌丛草原区粟的占比随时间变化上升趋势明显,西北部干草原区则变化较弱,证明环境的差异也造成了农业模式的不同;在干旱气候条件限制下,自中全新世以来黄土高原北部地区的主要作物始终为粟和黍,粟作农业奠定了黄土高原乃至中国北方的文明基础。     

EAM会议专刊辑述评——气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程。简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物。农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性。在发展中国家,有超过20亿的人口每天收入低于2美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱。这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源。由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键。中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点。两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统。气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战。因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题。2010年7月20—25日在兰州大学举办了以“气候变化和旱区农业生态系统管理”为主题的“第二届生态系统评估与管理（EAM）国际会议”。国内外众多知名专家参与了此次会议,并共同讨论在全球气候变化背景下如何提高干旱半干旱地区脆弱农业生态系统生产力与可持续性。本次会议的议题是：(1）半干旱地区旱作雨养农业生态系统评估与管理,(2）干旱地区绿洲农业生态系统评估与管理。此次会议由兰州大学和澳大利亚西澳大学联合主办,中国科学院生态环境研究中心协办,由国家教育部和国家外专局联合支持、兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室承担的“旱寒生态学”学科创新引智基地和西澳大学农业研究院、FAO属下的叙利亚国际旱地农业研究中心(ICARDA)联合提供资金支持。会议期间,25位专家就干旱、半干旱地区植物土壤互作关系作了报告。另外还有18位在干旱半干旱地区科研一线工作的青年学者汇报了研究进展,并与专家进行了广泛交流。报告会之后,大会组织专家分别对典型旱区农业进行了考察,分别是兰州大学黄土高原旱地农业生态实验站(榆中)和甘肃武威市民勤绿洲农业生态系统。此次大会遴选出35篇学术论文,以专刊的形式发表于《生态学报》第31卷第9期。会议遴选出的其它英文文章将于2011年在《Plant and Soil》和《Crop and Pasture Science》上发表,敬请期待。我们相信,本专刊的出版将会对气候变化背景下旱区农业生态系统的研究和发展产生重要的推动作用。     

黄土高原西北部春小麦集雨微灌的产量及水分效应

为探讨集雨微灌对春小麦的产量及水分效应 ,于 2 0 0 1年在黄土高原西北部的甘肃省皋兰县进行了灌水方式 (管灌、滴灌和微喷灌 3个水平 )和灌水量 (0 mm、2 2 .5mm、45.0 mm和 67.5mm 4个水平 ) 2因素试验 ,分别在拔节期、孕穗期和开花前期灌水 ,试验共设 36个小区 ,小区面积 3× 5m2 。试验结果表明 :小麦生育期土壤水分变化动态受降水量、灌水量和小麦生育期耗水量的影响 ,总体呈下降趋势。微喷灌处理能显著地增加上层 (0～ 40 cm)土壤含水量 ,以微喷灌 67.5mm处理最为明显。对产量的方差分析结果表明 ,尽管灌水方式间的差异不显著 ,但从产量表现来看 ,其大小顺序依次是微喷灌、滴灌、管灌和对照 ;灌水量和互作间的差异达极显著水平 ;灌水有增加公顷穗数 ,降低穗粒数和千粒重的趋势 ;随灌水量的增加 ,千粒重对产量的贡献减小 ,而公顷穗数对产量的贡献增加 ,穗粒数对产量的贡献表现在这一过程之中。作物田间耗水量和水分利用效率随补灌量的增加而增加 ;以微喷灌 67.5mm的水分利用效率最高 ;供水效率以微喷灌 45.0 mm和 67.5mm处理为高。     

农业高效用水理论研究综述

农业高效用水包括节水灌溉和旱作农业,其核心是提高自然降水和灌溉水的利用效率和效益．农田蒸散的测定方法各有利弊．FAO先后建议用Penman修正式和Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量．Jensen乘法模型和Blank加法模型在作物水分生产函数研究中得到广泛应用．土壤适宜含水量和土壤干旱下限指标的最新研究成果,为低定额的农业供水提供了土壤物理学的重要依据．水分亏缺对与产量形成相关的各个生理过程影响的先后顺序为细胞扩张＞气孔运动＞蒸腾运动＞光合作用＞物质运输．不很严重的干旱反而对物质运输有促进作用．农田灌溉研究已由传统的充分灌溉,转向非充分灌溉、调亏灌溉和控制性分根交替灌溉．未来农业高效用水理论将在界面、土壤水动力学、生物节水、缺水逆境等方面深入开展研究。     

黄土高原苜蓿-冬小麦轮作系统土壤水分时空动态及产量响应

2 0 0 1～ 2 0 0 3年在甘肃庆阳黄土高原连续 3 a研究了紫花苜蓿 -冬小麦轮作系统中土壤 0～ 3 0 0 cm剖面水分动态特征 ,作物产量及其含 N量。处理包括 4龄苜蓿草地 (L C)、4龄苜蓿草地后茬持续休闲 (L F)、4龄苜蓿草地休闲 4个月后种植冬小麦(L Fl W) ,和 4龄苜蓿草地休闲 1个月后种植冬小麦 (L Fs W)。结果表明 ,种植 4a苜蓿后春季翻挖实施休闲至冬小麦播种(L Fl W)的 4个月期间 ,降雨的入渗深度为 150 cm,而苜蓿秋季翻挖休闲至小麦播种 (L Fs W)的一个月间 ,降雨在土壤内的入渗深度为 90 cm,不同休闲长度对头茬冬小麦土壤 0～ 90 cm水分贮存量无显著影响 ,亦不影响头茬冬小麦的出苗和出苗数。苜蓿后茬完全休闲 (L F)一个生长季后 ,60～ 90 cm土壤水分含量达田间最大重力持水量 (Drainage U pper L imit DU L )的 93 % ,0～ 3 0 0cm剖面土壤贮水量达 670 mm ,是剖面田间最大重力持水量 (DUL )的 78% ;L Fl W和 L Fs W处理下头茬小麦籽粒产量之间差异显著 (P<0 .0 5) ,收获指数和千粒重等指数无显著差异 ;L Fl W和 L Fs W处理中获得的二茬小麦产量无显著差异 ;连续种植苜蓿与种植小麦有接近的生物量 ,但苜蓿地植物总 N的输出量较小麦田高 2～ 3倍。由于黄土高原降雨变率大 ,因此预测土壤含水量动态有     

黄土高原区域生态综合研究:机理深化与方法拓展

黄土高原是我国生态环境最为脆弱的地区之一,同时也是我国大规模生态恢复的重点区域。经过数十年的治理,黄土高原生态环境得到显著改善,但一系列新的环境问题也随之出现,使得该区域大规模生态修复与治理的可持续发展成为当前的研究热点。为了对黄土高原生态系统演变规律和维持机制进行综合分析与探索,根据"十三五"国家重点研发计划《典型脆弱生态修复与保护研究专项指南》的要求,中国科学院生态环境研究中心牵头共10家单位联合申报了"黄土高原区域生态系统演变规律和维持机制研究"项目,通过了专业机构组织的评审,获准立项。对该项目的立项背景、总体目标、主要内容、研究方案等进行介绍。该项目的开展将对黄土高原生态修复的适宜性和可持续发展提供重要政策与决策支持。