氮磷配施条件下作物产量及水肥利用效率

农田退水过程中氮、磷等污染物对黄河造成较严重的污染,需要合理调控农业生产过程中氮、磷配施水平,进一步削减氮、磷用量,从源头上解决农业面源污染问题。本研究分析了不同氮、磷配施条件下小麦玉米套作的产量及水肥利用效率。结果表明:随着施氮(磷)量的增加,小麦玉米套作的产量、百粒重(千粒重)、耗水量及水分利用效率表现为先增加后减少的规律,氮、磷合理配施能够显著增加土壤贮水量的消耗,提高作物对土壤水分的利用;氮(磷)肥的偏生产力及农学效率表现为随着施氮(磷)量的增加而降低,施氮(磷)量恒定时,在一定范围内增施磷(氮)肥能够有效提高作物的氮肥偏生产力及农学效率,施磷(氮)过量,则表现为降低趋势;小麦玉米套作达到最高产量的最佳施肥量为,小麦施氮191.7~216 kg·hm-2,施磷165.38~186.64 kg·hm-2,玉米施氮243~299.14 kg·hm-2,施磷168.38~189 kg·hm-2;氮、磷合理配施能够在保证产量的前提下,适量削减氮、磷施量,提高作物对水肥的利用,减轻农业面源污染。     

樱桃冠层导度特征及模拟

为了揭示樱桃冠层蒸腾、冠层导度对环境因子的响应规律,评价Jarvis模型在樱桃冠层尺度上应用的适用性,利用Granier热消散式探针连续监测了北京四季青果林所试验地3年生盆栽樱桃(Prunus avium L.)4-8月份蒸腾动态变化,同步监测了气象与土壤水分数据。以实测液流为基础,利用Penman-Monteith方程反推方法获取了长期连续冠层导度,在分析樱桃冠层蒸腾、冠层导度的动态变化规律的基础上,采用十字交叉法对多元回归模型与Jarvis模型进行参数率与误差分析,结果显示盆栽樱桃冠层蒸腾规律性强、时滞效应小,不同辐射条件下,冠层导度随水汽压亏缺增加呈负指数函数下降趋势,采用水汽压亏缺、光合有效辐射、气温的不同组合方式构建了多元回归和Jarvis冠层模型,模拟结果显示Jarvis模型精度高于多元回归模型,环境因子对模型精度的影响程度依次为:水汽压亏缺光合有效辐射气温,考虑了水汽压亏缺和太阳辐射的Jarvis模型精度最高,最低相对误差仅为12.12%,均方根误差为0.271。     

内蒙古草原巴拉格尔河流域不同水体转化特征及环境驱动因素

内蒙古高原草原流域是我国内陆重要的生态屏障,水资源演化对该区域社会经济发展和生态环境保护具有重要意义。本研究选取巴拉格尔河流域为对象,于2018—2019年丰、枯水期采集降水、河水、浅层地下水共254份水样,测定其物理化学指标、δD和δ¹⁸O,运用同位素技术、数理统计和反距离权重法分析不同水体中稳定同位素的组成关系、时空变化及其影响因子,并结合氘盈余(d-excess)及同位素混合比公式,揭示不同水体的转换关系,识别其演化的环境驱动因素。结果表明: 研究期间,大气降水、河水、浅层地下水呈现δD、δ¹⁸O丰水期高、枯水期低的特征;草原流域不同水体时空转化的主要环境驱动因素为温度、海拔和地下水埋深,地下水δD、δ¹⁸O、河水δD与海拔均呈显著负相关;浅层地下水埋深小于10 m时,δD、δ¹⁸O变化大,大于10 m时则趋于稳定;大气降水的δ¹⁸O与气温呈正相关;丰水期氘盈余值高于枯水期,分布特征存在局部高值,流域自南向北呈减小趋势;丰水期降水对上游河水的补给率超过50%,河水对地下水的补给均在50%以上,在不同河段地表水与地下水的补排关系不同。     

环境工程微生物学实践教学改革与实践

环境工程微生物学是环境工程专业的主干课程之一,也是其专业课程的前置课程。为了提高教学效果,在教学实践中,通过强化环境工程微生物学实践教学环节,在验证性实验的基础上,增设了综合性实验、生产实践性实验和研究性实验,并与课程实习、毕业论文相结合,不断改革和完善环境工程专业的环境工程微生物学实践教学体系,构建了环境工程微生物学"一体化实践教学体系"的教学模式。实践证明,这一体系能够激发学生的学习兴趣、动手能力、创新意识、分析问题和解决问题的能力。     

浅水湖泊稳态转换预警识别方法局限与展望

浅水湖泊水体底泥交换强烈,极易受人类活动干扰,超过一定阈值即可能发生灾难性的稳态转换,对其有效识别有助于湖泊富营养化的及时防控与修复。浅水湖泊稳态转换可通过系统关键变量(叶绿素、溶解氧、浮游动物、鱼类等)的时间序列(判别不同稳态)、预警信号及阈值等进行识别,其中预警识别可为湖泊生态系统稳态转换提供预判信息,有利于早预警早行动。目前,浅水湖泊稳态转换预警识别因子(方差及自相关性等)主要用于"临界慢化"现象,但在强大外力作用、强烈随机扰动及极端事件下,这些"临界慢化"因子则可能出现误用或错用。基于浅水湖泊基本特征,针对稳态转换的不同驱动机制,探讨"临界慢化"因子的适用性与局限性,并展望其未来发展方向,旨在为湖泊生态系统稳态转换预警识别提供科学参考。     

半干旱沙丘与草甸典型植被类型区大气-叶片-凋落物-土壤连续体碳同位素特征

稳定碳同位素技术能够指示生态系统的物质循环与能量流动,根据生态系统碳转移动态,可以探明生态系统中碳循环过程和固碳能力。以科尔沁沙地半流动沙丘固沙植被差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）、半流动半固定沙丘固沙植被小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）和黄柳（Salix gordejevii Chang）,以及在草甸地广泛分布的芦苇（Phragmites australis）与玉米（Zea mays Linn）5种典型植被为研究对象,分析了各植被群落冠层处大气、叶片、凋落物、土壤连续体的δ¹³C值和碳含量的分布特征及各组分间的关系。结果表明：沙丘植被冠层处大气CO₂浓度显著低于草甸植被,受控于土壤水分特征和植物生长特性。在逆境胁迫下,小叶锦鸡儿叶片水分利用效率最高,固碳耗水成本最低。叶片碳含量和δ¹³C值均受叶片生育期的影响,新叶片潜在碳蓄积能力更强,水分利用效率更高。叶片凋落物δ¹³C值在不同植被间存在显著差异,说明了植物功能性的驱动作用。随着土壤深度的增加,有机质分解彻底,土壤有机碳含量减小,δ¹³C值呈偏正的趋势。沙丘土壤δ¹³C值高于草甸,沙丘土壤有机碳周转速率高于草甸,土壤类型对有机碳周转影响较大。有助于深入理解沙地-草甸相间地区碳循环关键过程,为荒漠化治理提供理论依据。     

乌梁素海浮游细菌群落结构及其对富营养化因子的响应

【目的】揭示乌梁素海浮游细菌的群落结构及其对富营养化环境因子的响应,认识乌梁素海浮游细菌多样性,以丰富微生物与富营养化关系的理论。【方法】提取水体浮游细菌总DNA,利用细菌通用引物对63F/1387R进行PCR扩增,构建小口、沙尖北和红圪卜3个湖区16S rRNA基因克隆文库;以典型对应分析(CCA)方法解析浮游细菌群落结构对环境因子的响应。【结果】各湖区中富营养化程度最重的红圪卜位点细菌多样性、丰富度及均匀度最高,而富营养化程度最轻的小口位点细菌多样性、丰富度及均匀度最低。Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria为水体中优势类群。α-、γ-、δ-Proteobacteria,Actinobacteria及Bacteroidetes等菌群丰度随着水体的富营养化程度改变而有显著的变化。各湖区皆存在许多可能具有污染物降解及驱动生源要素循环能力的细菌类群。CCA分析表明TN、NH4+、NO3-和COD等水体指标对浮游细菌群落结构组成的影响较大。此外,乌梁素海水体内未知细菌类群很多;且不同于一般淡水生态系统,乌梁素海中存在9.6%的轻度嗜盐碱性细菌。【结论】乌梁素海水体中浮游细菌多样性较高,细菌群落结构复杂、其类群组成与富营养化因子紧密相关。     

半干旱地区半流动沙丘水分深层渗漏量及其对降雨格局的响应

降雨是荒漠化地区土壤水分的主要补给源,对土壤水分的变化有着深远影响,在沙区深层土壤水分补给中具有重要作用。本研究基于参数优化后的Hydrus-1D模型,分析了半干旱的科尔沁沙地半流动沙丘200 cm深层渗漏量的动态变化过程及其对降雨格局的响应关系。结果表明: 2016—2019年4—10月,半流动沙丘的年均渗漏补给量为254.31 mm,占同期降雨量的61.8%。深层渗漏主要发生在6—8月,该期渗漏量占比72.8%;渗漏速率变化在0.03～2.70 mm·h^-1,最大渗漏速率发生在降雨量大、频次高的降雨事件下。降雨入渗补给深层土壤水受到降雨量、降雨强度、降雨历时及前期土壤水分含量的影响,历时长、雨强小的降雨事件更有利于水分深层渗漏,渗漏量与降雨量呈显著正相关关系(R²=0.85),16～18 mm降雨量是产生土体200 cm深度渗漏的阈值。高频次降雨事件通常在17～38 h后达到渗漏速率峰值,整个渗漏过程长达164 h以上。深层渗漏量的准确估算对荒漠化地区水资源评价和生态建设具有理论和现实意义。     

基于叶面积与冠层辐射的果树蒸腾预测模型

为了揭示特色经济果树叶面积、冠层辐射与其蒸腾的关系,采用液流技术连续监测了北京昌平北流果园试验地15年生杏树(Prunus armenica L.)、16年生樱桃(Prunus avium L.)5～7月份蒸腾动态变化,同步监测了气象与土壤水分数据.引入代表土壤、气象等环境因素的时间特征参数(K),代表不同果树吸收能量差异的叶面积(LA)与表示参照作用的参考蒸腾量(T0),采用双系数方法建立了蒸腾预测模型(T=K·LA·T0).通过叶面积、净辐射与蒸腾的相关分析,确立了5、6、7月份的时间特征参数分别为0.14、0.09、0.06.通过与仅考虑辐射的一元回归方程比较分析,提出的模型精度显著提高,5、6、7月份的R2(0 9、0 85、0.75)提高1倍,RMSE(2.50、1.92、1.57),ARD(12.51%、20.76%、19.62%)则是后者的1/2.进一步采用Priestley-Taylor(PT)计算值作为参考蒸腾量,利用本模型计算了 3个月2种果树共177d蒸腾量.将其与液流法实测蒸腾量进行拟合,得到回归方程y=1.01x(R2=0.92).可见本模型精度高,形式简单,便于应用.     

不同生育期榆树净光合速率对生态因子和生理因子的响应

利用Li-6400便携式光合作用系统,观测了内蒙古浑善达克沙地榆树(Ulmus pumila)的净光合速率(Pn)、上表皮气孔导度(Gs-u)、下表皮气孔导度(Gs-l)等生理因子及大气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、大气二氧化碳浓度(Ca)和空气相对湿度(RH)等生态因子,应用相关分析、通径分析、决策系数分析及灰色关联分析,系统的研究了榆树Pn在不同生育期的日变化特征及其与生态因子和生理因子间的关系,为深入揭示其生理特征及浑善达克沙地榆树规范化种植提供理论依据。研究表明:1榆树Pn日变化在各生育期均呈双峰型曲线,表现出不同程度的光合"午休"。2榆树Pn在各生育期大小顺序为8月7月9月,其值分别为8.18、7.92μmol CO2m-2s-1和6.52μmol CO2m-2s-1。37、8、9月份PAR、Gs-u与榆树Pn呈显著正相关,且PAR的直接作用和决策系数均最大,Gs-u的直接作用大于其他因子的间接作用,且决策系数仅次于PAR,其他因子在各生育期也表现出对榆树Pn不同程度的影响。4不同生育期榆树对各生态因子和生理因子的响应有所不同,7月份Ta为Pn主要限制变量,8月份RH为Pn主要限制变量,9月份各因子均起增进作用。5不同生育期榆树Pn的变化主要受PAR和Gs-u的影响,但不存在简单的线性相关关系,是所有因子综合影响的结果。