新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭-库绿洲)是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,维护其生态安全,是实现绿洲可持续发展的重要保障。以1997年、2006年及2016年3期Landsat TM影像数据为主要数据来源,构建渭-库绿洲景观生态安全评价模型,对近20年来研究区的景观生态安全时空特征进行分析。利用最小阻力模型,以水域、林草地为生态源地,将生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成最小累计阻力面,划分生态功能区,识别生态廊道和生态节点,从点、线、面综合视角进行景观格局优化。结果表明:(1)1997—2016年渭-库绿洲生态安全区域面积呈波动变化,相对安全区域面积在不断增加,临界安全、敏感和风险区域面积呈减小趋势,景观生态安全度在空间分布上由高到低呈内向外扩展的态势。(2)研究区景观生态安全的Moran′s I值分别为0.6479、0.7049、0.6587,景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势;局部空间自相关主要以高-高聚集和低-低聚集类型为主,呈现出"同质聚集、异质分离"的特点。(3)景观格局优化中选取的生态源地占绿洲总面积的12.76%,构建的绿洲生态廊道基本贯穿整个研究区,关键廊道连接了绝大多数的绿洲生态源地,辅助廊道是连接没有与关键廊道连接的源地之间的通道,识别的生态节点主要分布在绿洲生态廊道的薄弱环节处,共计36个。将划分的生态缓冲区、生态连通区、生态过渡区、生态边缘区5个功能区和生态源地、生态廊道及生态节点景观组分相结合,并提出优化建议,以期为维持及进一步改善该绿洲生态环境提供科学依据。     

退耕对民勤绿洲土壤碳氮循环关键微生物及功能基因的影响

采用时空互代法,以巴丹吉林沙漠东南缘民勤绿洲不同退耕年限样地土壤为研究对象,利用微生物宏基因组测序技术,以KEGG数据库碳固定、氮代谢途径为工具,研究长期退耕对参与区域土壤碳固定和氮代谢途径的主要微生物群落组成及其功能基因变化的影响。试验共设置9个退耕年限梯度样地：未退耕耕地、退耕1年样地、退耕2年样地、退耕4年样地、退耕8年样地、退耕13年样地、退耕20年样地、退耕30年样地和退耕40年样地。结果表明：退耕明显改变了碳固定、氮代谢土壤微生物和功能基因丰度,细菌在碳固定和氮代谢两个过程中均起到主导作用;还原三羧酸循环途径、还原乙酰辅酶A途径以及3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环途径等为研究区土壤微生物主要碳固定途径,厌氧氨氧化途径、硝酸盐异化还原途径、硝酸盐同化还原途径、反硝化途径以及硝化途径等为研究区土壤微生物主要氮代谢途径;芽单胞菌属（Gemmatimonas）、未分类绿弯菌属（unclassified_Chloroflexi）和链霉菌属（Streptomyces）等是区域土壤微生物碳固定主要菌属,氮代谢则以腈基降解菌属（Nitriliruptor）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）、土壤红杆菌属（Solirubrobacter）、未分类绿弯菌属（unclassified_Chloroflexi）和链霉菌属（Streptomyces）等为主;Gemmatirosa、未分类绿弯菌属（unclassified_Conexibacter）、未分类念珠菌门（unclassified_Candidatus Rokubacteria）、Gaiella和Geminicoccus等5个属分类土壤微生物可作为研究区退耕地碳固定途径标记性微生物种群,coxL.cutL和ACO.acnA等是研究区退耕地土壤微生物碳固定途径主要响应功能基因;腈基降解菌属（Nitriliruptor）、未分类念珠菌门（unclassified_Candidatus Rokubacteria）、Geminicoccus、未分类绿弯菌属（unclassified_Conexibacter）、土壤红杆菌属（Solirubrobacter）、未分类酸杆菌门（unclassified_Acidobacteria）和红色杆菌属（Rubrobacter）等7个属分类土壤微生物可作为研究区退耕地氮代谢途径标记性微生物种群,GDH2和E1.4.7.1是研究区退耕地土壤微生物氮代谢途径主要响应功能基因。该结果对于明确退耕影响下民勤绿洲土壤碳氮循环过程具有重要意义。     

绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评

作物对氮素的吸收利用及氮素在土壤中的积累和运移,制约着绿洲农田生产力并对农田环境造成影响,是绿洲农田生态系统可持续发展和绿洲稳定性研究的一个重要方面。针对农田氮素积累和淋溶这一绿洲资源消耗量增加、耕作方式粗放结果下的环境问题,对其特征及引发的环境效应进行了详细阐述,并从不同的角度综述了缓减绿洲氮素淋失及环境污染的对策。指出在未来还需加强绿洲地下水氮污染调查及农田氮素积累和淋溶现状的区域评价,并针对一些在绿洲大面积推广的农田管理技术开展其对农田氮素积累和淋溶影响的研究,并强调人文因素在绿洲农田氮素积累与淋溶调控中的重要性。     

异丙甲草胺及其高效体对我国南方潮土微生物的影响Ⅰ-过氧化氢酶

研究了0、5、20和100 mg·kg^-1浓度的异丙甲草胺及其高效体对土壤过氧化氢酶活性的影响.结果表明,不同浓度的异丙甲草胺处理对过氧化氢酶活性的影响不同,20 mg·kg^-1处理的土壤过氧化氢酶受到激活的程度最大,且一直处于激活状态,5 mg·kg^-1处理的土壤过氧化氢酶在前期受到抑制,后期则100 mg·kg^-1处理的土壤过氧化氢酶受激活较强.不同浓度的金都尔对供试土壤过氧化氢酶活性的影响表现为先激活、后抑制、再激活,并且后期100 mg·kg^-1处理的激活程度最大;5 mg·kg^-1和100 mg·kg^-1处理的异丙甲草胺对供试土壤生态环境的影响和危害可能大于金都尔,但20 mg·kg^-1处理则表现出例外.     

河西走廊绿洲生态系统的动态模拟研究

在对绿洲生态系统特殊性分析的基础上,运用灰色计量模型对２０００年河西走廊绿洲生态系统做了现状动态模拟和前景预测分析,提出了河西走廊绿洲生态环境质量改善的几种不同对策方案,认为以适度投入与适度产出为主要内容的可持续发展对策方案是保证河西走廊经济持续发展与生态环境永续良化的最佳对策方案。     

基于CENTURY模型研究干旱区人工绿洲开发与管理模式变化对土壤碳动态的影响

近半个世纪前,中国西北干旱区人类大规模的水土开发活动使得流域下部的荒漠覆被土地转变成了人工绿洲,强烈的人类耕作活动使得人工绿洲土壤有机碳库发生了显著变化。以干旱区典型的三工河流域下部的人工绿洲为例,基于CENTURY模型,研究人工绿洲开发前后及农业管理模式变化对表层土壤有机碳库(0-20cm)的影响。CENTURY模型模拟结果表明:(1)研究区荒漠灌木林地开垦为人工绿洲后,在最初的2a土壤总有机碳(TOC)快速增加,随后呈逐渐下降的趋势;(2)研究区人工绿洲在被开发后50a的连续耕作下,平均土壤TOC呈先增后减再增的"N"型变化趋势,但最终土壤TOC超过了原始自然状态下的TOC,而且2008年土壤TOC比原始荒漠状态增加7.74%,说明研究区表层土壤有机碳总体呈"碳汇"趋势。尤其在研究区实施了免耕、秸秆粉碎还田、科学测土配方施肥等保护性耕作措施后,土壤固碳效应明显,这完全不同于热带森林、中国北部温带半干旱草原及非洲Savanna半干旱稀树草原开垦为耕地后土壤有机碳大量损失的结论。     

开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响

以新疆策勒绿洲近百年来不同开垦年限农田为研究对象,采用空间序列换算时间序列的方法,研究绿洲农田开垦过程中土壤有机碳和全氮密度、碳氮比(C/N)及速效氮含量的垂直变化特征,并探讨了农田土壤碳氮变化与作物产量的关系。结果表明:荒漠土壤开垦后,显著增加了表层土壤(0-20 cm)有机碳和全氮密度,随开垦年限延长对深层土壤(40-200 cm)有机碳密度也有一定的影响,如在开垦30 a左右时下降了36.4%,但在100 a左右时则增加了52.0%。耕层土壤C/N随开垦年限延长而明显增加,深层土壤除100 a农田外其它均有不同程度下降;不同土层C/N与速效氮含量呈负相关关系,仅在开垦初期(0-10 a)达到显著水平。不同年限农田的玉米产量存在显著差异,且和有机碳及全氮密度(0-200 cm)均呈显著正相关;棉花除100和10 a农田产量差异较小外,在其它农田间均达显著水平,但和有机碳及全氮密度无明显相关性。由此可见,在现有投入条件下,提高土壤碳氮累积量对增加玉米产量仍有十分重要作用,但对棉花产量的影响不明显。     

长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系

【目的】认识不同施肥模式对土壤微生物群落的长期影响及其与土壤理化属性的联系。【方法】利用新一代高通量测序技术,研究绿洲农田20年单施化肥(N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2与K2O 60 kg/hm2)与化肥配施秸秆(同量的N与P肥配施5.4 t秸秆)对土壤剖面(0-300 cm)微生物群落结构的影响。【结果】放线菌与α-变形菌为土壤表层(0-20 cm)的优势类群。随土壤剖面深度的增加,放线菌相对丰度减少,而变形菌,特别是γ-变形菌与β-变形菌相对丰度增加,逐渐成为深层(20-300 cm)土壤中的优势类群。长期施肥对整个土壤剖面的微生物群落结构均有显著影响,并且明显提高了0-40 cm土层中氨氧化古菌的相对丰度。此外,农田管理模式如灌溉可能是氨氧化细菌在土壤垂直剖面的重要驱动因素。统计分析表明土壤全氮含量对表层土壤中微生物群落结构的影响最大,而有机碳含量则是影响深层土壤微生物群落的最重要因子。【结论】长期施肥改变了土壤剖面碳源与氮源的可利用量,导致了施肥处理间土壤微生物群落结构的差异,特别在剖面深层更为明显。     

塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价

开展农业生态系统土壤质量评价是保证生态农业持续高效发展的重要内容。以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择0a、3a、8a、12a、20a、30a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化学和生物学性质,分析了12个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利用产量持续指数验证评价结果。研究表明：不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随年限呈先上升后下降的趋势,8a、12a棉田土壤质量相对较高,20a、30a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变化趋势一致,后者略显滞后效应。