膜下滴灌对新疆棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸和CO2净交换通量的影响

2009年4-10月,通过田间试验,以传统无膜漫灌为对照,研究了膜下滴灌对我国新疆棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸和CO2净交换通量的影响.结果表明:膜下滴灌和无膜漫灌处理下,棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸通量和CO2净交换通量均呈先增大后减小的变化趋势.与无膜漫灌相比,膜下滴灌显著提高了棉花地上、地下生物量和净初级生产力,降低了土壤异氧呼吸通量.在整个生长季节,膜下滴灌处理的年土壤异氧呼吸通量为214 g C·m-2,低于无膜漫灌处理的317 g C·m-2;膜下滴灌处理的棉花年净初级生产力为1030 g C·m-2,显著高于无膜漫灌处理的649 g C·m-2;膜下滴灌处理比无膜漫灌处理多固定大气CO2479 g C·m-2.膜下滴灌栽培措施既提高了作物生产力,又降低了土壤CO2排放,是干旱地区一种重要的农业固碳减排措施.     

基于气象信息的膜下滴灌棉花实时灌溉预报

基于气象信息和棉花生长发育状况预测膜下滴灌棉花实时耗水量,对提高膜下滴灌棉花实时灌溉预报精度十分重要.本文利用石河子垦区1953—2008年的历史气象资料确定了基于Hargreaves公式计算参考作物需水量的基本参数,根据2009—2010年2个生长季的大田膜下滴灌试验数据建立了基于积温的作物系数计算模型,在此基础上构建了石河子垦区膜下滴灌棉田实时灌溉预报模型,并利用2011年田间试验数据对模型预报结果进行验证.结果表明:膜下滴灌条件下,研究区棉花苗期、蕾期及花铃期预测结果和实测结果相对误差绝对值的平均值分别为3.7%、2.4%和1.6%,而且该模型可以根据实时气象资料对预报结果进行实时修正,可以用于指导当地膜下滴灌棉田水分管理.     

不同滴灌方式对荒漠区‘赤霞珠’葡萄根系分布的影响

研究不同滴灌方式对葡萄根系分布的影响,是制定葡萄肥水管理和越冬防寒措施的依据.本研究以传统沟灌为对照,采用覆草滴灌、膜下滴灌、双管滴灌、单管滴灌等不同节水灌溉方式,研究了荒漠灌区不同灌溉方式下酿酒葡萄‘赤霞珠’的根系组成与分布特点.结果表明: 在干旱荒漠区‘赤霞珠’葡萄根系的垂直分布范围在0～70 cm,水平分布范围在0～120 cm.采用双管滴灌的根系数量最大,单个剖面根系数量达138.3条,但根系的垂直分布范围较对照(沟灌)缩小了20 cm;覆草滴灌的根系数量较对照显著提高,根系水平分布范围较对照扩大了9.1%;膜下滴灌的根系数量和水平分布范围与对照差异不显著,但根系垂直分布范围较对照减少了20 cm;单管滴灌显著提高了根系数量,但根系垂直分布和水平分布范围与对照差异不显著.在该生态区酿造葡萄最理想的节水滴灌方式是覆草滴灌.     

北京山区小流域生态经济效益评价——以雁栖河小流域为例

基于生态经济协调发展理论,从北京市怀柔区雁栖河小流域的生态、经济、社会子系统中选取13个评价指标,采用梯形函数对各指标评价值进行归一化,并通过层次分析法确定各指标权重,在此基础上采用加权综合指数法对流域生态经济效益进行评价.结果表明:2004-2011年,雁栖河小流域生态、经济、社会效益均有所提高,其中,生态效益的增幅最大,其效益评价值由2004年的0.210提高到2011年的0.255,增幅为21.5％;系统生态经济效益综合评价值由0.734提高到0.840,增幅为14.2％.目前,流域已达到高级生态系统阶段,系统处于良性循环,流域内生态、经济、社会协调发展.     

不同灌溉方式下3种土壤微生物活性测定方法比较

探究不同灌溉方式下土壤微生物活性,对维持土壤稳定和提高水资源利用效率具有重要意义。以沈阳农业大学长期定位灌溉试验基地为平台,采用土壤酶活性、土壤呼吸和微量热法,研究节水灌溉组覆膜滴灌、渗灌及对照组沟灌下的土壤微生物活性并比较3种微生物活性测定方法。结果表明:不同灌溉方式下土壤脲酶、转化酶、脱氢酶活性无显著差异,土壤呼吸在3个主要生长季也没有明显变化规律;而微量热法得到的热功率时间曲线呈现了典型的微生物生长特征趋势,覆膜滴灌的生长速率较大,且与沟灌的总热量、最大热功率相差不大。因此,从可持续农业观点出发,覆膜滴灌是保证土壤微生物活性较高的一种节水灌溉方式;微量热法也为传统方法下不易检测的微生物活性提供了新思路。     

膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根层土壤水热环境和根系耗水的影响

为探明膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根区水热环境及棉花根系耗水的影响,设置滴头流量1.69（W₁₆₉）、3.46（W₃₄₆）和6.33 L·h^-1（W₆₃₃）3个水平,观测分析了棉花生育期土壤基质势、土壤温度及棉花根系生长和耗水分布状况.结果表明： 膜下滴灌土壤温度主要受光照影响;不同类型土壤湿润区之间的土壤温度差异不明显,不同土壤湿润区的膜下土壤温度对棉花根系耗水也没有明显影响.但是随着土壤湿润区由窄深型向宽浅型过渡,棉花根区土壤基质吸力在水平方向上分布更趋于均匀,而棉花根系耗水强度主要受土壤基质吸力分布的影响.宽浅型土壤湿润区（W₆₃₃）的棉花膜下内、边行根系耗水强度差值平均为0.67 mm·d^-1,有利于内、边行棉株生长整齐;窄深型土壤湿润区（W₁₆₉）的内、边行根系耗水强度差值平均为0.88 mm·d^-1,不利于内、边行棉株均匀生长.可见,膜下滴灌技术设计中,土壤湿润区不应小于覆膜宽度,应使膜下土壤整体湿润.     

不同灌溉条件下棉叶螨的种群动态

研究了不同灌溉方式（滴灌和沟灌）,以及在滴灌条件下,不同灌水量和不同灌水时期处理下,新疆棉花主要害螨——土耳其斯坦叶螨（Tetranychus turkestani）的发生动态。结果表明：不同的灌溉方式和不同灌水量都对棉叶螨的发生有一定的影响;沟灌棉田有利于棉叶螨的发生,滴灌棉田不利于棉叶螨的发生;滴灌条件下,水量过高或过低的棉田均有利于棉叶螨的发生,叶螨发生盛期早于常规水量棉田,数量也高于常规棉田叶螨数。不同灌水时期对棉叶螨的发生影响不大。     

生态治理内陆河流域社区恢复力演变特征及影响因素——以石羊河流域为例

探究生态治理背景下内陆河流域社区恢复力演变规律及其影响因素，对于流域生态保护与社会经济高质量发展具有重要意义。选取石羊河流域为典型研究区，在识别社区恢复力演变的基础上，探究社区恢复力内部影响因素及外部生态治理影响路径，进而揭示社区恢复力影响机制。结果表明：(1)生态治理背景下石羊河流域社区恢复力迅速增长且时空异质性明显，其中，生态维度空间格局集聚度高且优势性强，但增长缓慢，经济及社会维度时空异质性大，且增长迅速；(2)石羊河流域社区恢复力内部影响因素中，经济维度具有主导影响，社会维度影响减弱，而生态维度影响最小且变化趋势不大；(3)外部生态治理影响中，退耕还林及关井压田在三个时期对社区恢复力均起到制约作用，农业技术培训早期制约社区恢复力提升，后期制约作用消失，多重生态治理要素组合影响在2000年表现为农业结构调整及资源调控路径，2010年表现为农业结构调整路径、生活水资源主导调控路径、生态水资源主导调控路径，2020年表现为农业结构调整及资源配置路径、农业结构调整及技术支持路径、生产水资源主导配置路径。总体来说，研究为社区恢复力内外部影响因素综合研究提供了思路，也为内陆河流域未来乡村社...     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明:播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20％+追施80％的水氮运筹方式(W4N2)下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度(gs)、净光合速率(Pn)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数(NPQ)增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、gs、Pn、ΦPSⅡ、qP均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20％+追施80％的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌(W3)处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌(W4)处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

微咸水滴灌对土壤酶活性、CO2通量及有机碳降解的影响

利用微咸水灌溉是解决干旱区水资源短缺的重要途径.通过田间小区滴灌试验,研究了不同矿化度微咸水(0.31、3.0、5.0 g·L^-1,NaCl浓度)对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、β-葡萄糖苷酶和纤维素酶活性的影响,采用土壤碳通量和物料袋法研究了土壤CO₂通量和有机碳降解对微咸水滴灌的响应.结果表明: 微咸水(3.0 g·L^-1)处理下蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶的活性分别比淡水处理降低31.7%～32.4%、29.7%～31.6%、20.8%～24.3%,而土壤多酚氧化酶活性则随灌溉水矿化度提高而显著升高,在膜下微咸水、咸水处理多酚氧化酶较淡水处理提高2.4%、20.5%.土壤微生物生物量碳和微生物熵均随灌溉水矿化度提高呈降低趋势,而代谢熵则呈升高趋势.不同处理对土壤CO₂通量影响表现为淡水＞微咸水≥咸水,且膜下CO₂通量显著高于膜间(P<0.05),棉花吐絮期(9月20日)膜下淡水处理较咸水和微咸水处理的CO₂通量分别升高29.8%、28.2%,微咸水滴灌显著降低了土壤CO₂通量.不同矿化度微咸水滴灌对有机物(棉花和苜蓿秸秆)的降解率表现为淡水＞微咸水＞咸水,膜下有机物降解显著高于膜间.在培养第125天时,咸水、微咸水、淡水处理的膜间棉花秸秆回收率分别为39.7%、36.3%、30.5%,膜间苜蓿秸秆回收率分别为46.5%、36.5%、35.4%.微咸水灌溉明显抑制了北疆滴灌棉田土壤酶活性,造成土壤微生物量和CO₂通量下降,土壤有机物降解率降低,使绿洲农田土壤生物性状变差.     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明： 从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d^-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d^-1,吐絮期回落到1.0 mm·d^-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450 mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明： 播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20%+追施80%的水氮运筹方式（W₄N₂）下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）和光化学猝灭系数（q_P）均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数（NPQ）增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、g_s、P_n、Φ_PSⅡ、q_P均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20%+追施80%的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌（W₃）处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌（W₄）处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

Impact of drought on assimilates partitioning associated fruiting physiognomies and yield quality attributes of desert grown cotton

Deficit irrigation has great significance for sustainable cultivation of cotton in water scarce arid regions, but this technique creates drought situation that induces stress adaptive changes in cotton plants due to indeterminate growth habit. In the present experiment, the impact of drought stress on assimilates partitioning associated vegetative and reproductive development, and yield quality attributes of cotton were examined under desert conditions. Four levels of drip irrigation including 100, 80, 60, and 40% replenishment of depleted water from field capacity were applied to develop drought stress regimes during two growing seasons (2015 and 2016). Results revealed that under limited water supplies, plant’s preference for allocation of photo-assimilates was roots?>?leaves?>?fruits that substantially increased root–shoot ratio and hampered reproductive growth. Consequently, boll density (m^?2), fresh boll weight and lint yield (kg ha^?1) were significantly reduced. An obvious change in partitioning of assimilates inside stressed bolls was observed that indicated relatively more accumulation in seeds than fiber, thus reducing the fiber quality. In addition, decreased starch, oil, and protein contents in seeds of stressed plants markedly reduced 100 seeds weight and also the vigor. Later, seed quality confirmatory tests of subsequent years (2016 and 2017) showed significant reduction in emergence counts (m^?2) and seedling biomasses of seeds harvested from deficit drip irrigated cotton. These results suggest that deficit irrigation could necessarily be an appropriate yield optimization and water saving technique for cotton in desert environment but, for the best quality fiber and cottonseeds, full irrigation should be preferred.     

玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境遥感监测研究

土壤盐渍化已成为全球性问题,给生态环境及农业生产带来严重的威胁。为了快速、准确评价土壤盐渍化给区域生态坏境带来的影响,该文提出了新的完全基于遥感数据的遥感生态指数(SSEI,Soil Salinization Ecology Index)来监测玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境变化。该指数利用主成分分析的方法耦合与土壤盐渍化相关的土壤盐度、地表反照率、植被覆盖度和土壤湿度四大地表参数,指数构建是数据本身性质所决定,不同于以往遥感与非遥感指数加权叠加易受人为影响。研究结果表明:耦合与盐渍化信息相关的各遥感指数得到的生态指数,能够对土壤盐渍化影响区域的生态环境进行快速、定量、客观的监测。将该指数应用到新疆玛纳斯河流域灌区,结果表明在近26年优和良等级生态环境面积增加了12.89%,这说明灌区生态环境有所改善。该研究对土壤盐渍化监测与评价具有一定参考意义。     

聚丙烯酰胺和生物炭共施对土壤细菌群落、理化因子和玉米产量的影响

【背景】细菌群落在土壤养分循环中扮演着重要角色,并且土壤理化性质及作物产量会对其产生一定的影响。【目的】明确河套灌区滴灌条件下聚丙烯酰胺和生物炭共施对土壤细菌群落多样性及结构组成、理化因子和玉米产量的影响。【方法】设置对照(CK)、聚丙烯酰胺22.5 kg/hm²+生物炭9000kg/hm²(PB1)、聚丙烯酰胺22.5kg/hm²+生物炭13500kg/hm²(PB2)和聚丙烯酰胺22.5 kg/hm²+生物炭18 000 kg/hm²(PB3)这4个不同处理,利用高通量测序技术研究土壤细菌群落与环境因子和玉米产量的相互关系。【结果】与CK相比,PB1和PB2处理均提高了土壤细菌群落的α多样性指数(Chao1指数和Shannon指数)。聚丙烯酰胺和生物炭共施可改变土壤细菌群落结构组成,不同处理的土壤细菌优势类群为变形菌门(Proteobacteria)和Subgroup＿6。PB1处理的土壤水解氮和PB2处理的有效钾含量增加较为明显,且PB2处理的综合土...     

基于遥感生态指数的新疆玛纳斯湖湿地生态变化评价

以2000、2006和2016年3期的Landsat遥感影像为基础数据源,结合前人研究成果和实地考察,借助RSEI指数,对玛纳斯湖湿地生态环境进行监测和评价。结果表明:利用主成分分析技术集成植被指数、湿度分量、地表温度和土壤指数建立的RSEI指数具有一定的适用性,可较好的对玛纳斯湖湿地生态环境质量状况及其时空变化进行监测和评价。2000、2006和2016年RSEI指数均值分别为0.227、0.183、0.234,对RSEI指数进行分级处理后,发现流域生态环境质量"较差"等级居于主导地位,"优"等级有所增加,湿地生态环境质量向好的方向发展。气候变化和人类活动共同作用于玛纳斯湖湿地产生的生态环境效应,日益增强的人类活动是湿地退化的主要原因,多年来粗放型的农业发展使玛纳斯河流域人口、经济与生态环境之间的关系严重失调。从优化水资源配置角度提出对主要源流流域水土资源大规模开发的同时,应重视尾闾湖泊湿地的生态价值与可持续发展。     

长江中游城市群水-碳-生态足迹变化特征及其平衡性分析

长江中游城市群是长江经济带三大跨区域城市群支撑之一,实现该区域高效协同发展对于打造全国重要增长极具有重要意义。基于水-碳-生态足迹评估长江中游城市群资源环境压力,引入基尼系数分析城市群水-碳-生态足迹与经济、人口、水资源的平衡性,并构建深度神经网络模型预测水-碳-生态足迹的未来变化趋势。结果表明：长江中游城市群2000—2015年的人均生态足迹由1.98hm~2增至4.06hm~2,人均碳足迹由0.27hm~2增至0.56hm~2,年平均增幅分别为6.56%和6.5%;人均水资源生态足迹整体呈先下降后上升,最后趋于平衡的变化趋势;大部分城市的水资源超载指数为正值,总体水资源状况良好,湖南和江西水资源状况优于湖北。长江中游城市群面临巨大资源环境压力,且大部分来自于碳排放压力。研究期内,江西省资源环境压力由中上等级升至较高等级;湖南省资源环境压力基本处于高等级;湖北省资源环境压力均处于很高等级。城市群人口分布、经济发展、水资源分布与水-碳-生态足迹的匹配关系较差。从生态足迹角度来看,综合基尼系数均值为0.456,处于“一般不匹配”范围,研究期内呈现缓慢下降趋势,表明区域间整体协调性增强;从...     

基于生态需水保障的农业生态补偿标准

面向流域农业需水和生态需水间的矛盾问题和协调发展的要求,提出了基于生态需水保障的农业生态补偿标准计算方法。其中考虑农业用水定额计算基于生态需水保障的农业用水短缺,引入水分生产函数模型建立保障生态需水量产生的农业用水短缺与产量损失间的关系,根据不同季节作物产量响应系数的变化,定量确定具有时间和等级差异性的农业生态补偿标准。以保障黄河口生态需水引起的山东引黄灌区农业损失补偿标准分析为实例,计算了冬小麦和夏玉米种植户不同等级的生态补偿标准。结论认为,农业生态补偿标准需根据不同的来水过程及生态需水等级确定,面积稳定和保障功能显著的粮食作物应作为补偿标准计算的依据。     

膜下滴灌下土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的调节效应

在新疆气候生态条件下,以土柱栽培棉花（新陆早13号）为试材,通过人工改变播种前60 cm以下土壤含水量,设计有深层水和无深层水处理,并采用膜下滴灌控制生育期间耕层土壤含水量［分别为田间相对持水量的70%（±5%）和55%（±5%）］,探讨土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的影响.结果表明：深层水增强了棉花根系SOD活性和根系活力,提高了植株对土壤深层水的利用率,提高了叶片水势、叶绿素含量、净光合速率和植株光合物质累积量,最终获得了较高的产量和水分利用效率.在有深层水条件下,棉花生育期间耕层水分为55%处理的中下层根系衰老慢、根系活力增强,在一定程度上弥补了生育期间水分亏缺对叶片光合功能的负面效应,但其产量仍显著低于70%处理,而水分利用效率与70%处理无明显差异.因此,在膜下滴灌棉花水分管理中,播种前应重视冬春储备灌,增加土壤深层的贮水量,并通过协调关键栽培技术、适度减少滴水量或延长滴水周期,充分挖掘膜下滴灌节水增产潜力.     

藏北草地退化与生态服务功能价值损失评估——以申扎县为例

藏北草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障。基于遥感和GIS技术,利用1990、2000、2010年3期不同时相的TM、ETM+和CEBERS遥感影像,对申扎县草地资源退化状况进行了遥感监测,并采用生态经济学评估模型对草地生态系统8个方面的服务功能价值损失进行了评估测算。结果表明:1990—2010年,申扎县草地退化面积增加了47.40×10~4hm~2,生态系统服务功能价值损失高达5.20×10~8元;其中1990—2000年,草地退化较严重,该时段也是生态系统服务功能价值损失较多的时期;2000—2010年,草地退化趋势变缓。藏北草地提供生物量价值仅约占生态系统服务功能总价值的7.0%,草地生态服务功能远大于其提供的生物量价值,因此必须从生态服务功能的的理念出发去经营草地,从而实现草地的可持续发展。