冻融作用对土壤理化性质及风水蚀影响研究进展

冻融侵蚀在我国分布范围广,是主要土壤侵蚀类型之一,而冻融作用与其他营力复合进行侵蚀的分布范围比单纯的冻融侵蚀更广,所造成的危害也更大.本文基于国内外已有研究成果,总结评述了冻融作用对土壤理化性质及风蚀和水蚀影响的相关研究进展.冻融条件下,土壤水分发生运移,结构被破坏,土壤孔隙度、容重、抗剪强度、团聚体稳定性和有机质等理化性质均发生变化,其变化趋势和幅度与土壤质地、冻融程度有关.冻融作用通过改变土壤理化性质,增加土壤可蚀性,从而影响土壤风蚀和水蚀发生及过程,导致侵蚀强度增大.目前,冻融研究以室内模拟为主,与野外实际冻融过程差异较大,且由于试验条件不同,得到的结论无法统一,甚至相反.因此,通过室内模拟与野外实测相结合,加强冻融条件下土壤侵蚀机理研究是下一步的重点,这对季节性冻融区解冻期侵蚀预报和防治具有重要意义.     

神府东胜煤田弃土弃渣体径流产沙过程的野外试验

采用野外模拟降雨试验方法,研究了神府东胜煤田开采造成的弃土弃渣体产流产沙规律及其减水减沙效益.结果表明： 随降雨强度的增大,弃土弃渣体产流的起始时间呈递减趋势,且差异达几倍至十几倍.弃渣体比弃土体更快到达稳定流速,平均流速大小为弃土体>沙多石少弃渣体>沙少石多弃渣体.弃土弃渣体产流6 min后的径流率达到稳定,与降雨强度呈显著相关.弃土弃渣体侵蚀主要发生在产流开始后的前6 min,弃土体产流后前6 min的平均含沙量是6 min后的0.43～4.27倍,弃渣体为1.43～54.93倍.弃土体和沙多石少弃渣体径流量与降雨强度呈线性函数关系,沙少石多弃渣体呈幂函数关系.弃土体和沙少石多弃渣体的次侵蚀量与降雨强度之间分别呈指数函数和幂函数相关.弃土体侵蚀量与径流量呈线性函数关系.在降雨强度为1.0和1.5 mm·min^-1条件下,弃渣体采用鱼鳞坑及植被防护的产流滞后降雨时间为24 min,减水效益为29.5%～52.9%,减沙效益为85.7%～97.9%.     

水分对番茄不同叶龄叶片光合作用的影响

以番茄品种"金棚1号"为材料,采用盆栽方式,按照蒸腾蒸发量(ET)的50%、75%、100%和125%作为补充灌溉量研究了不同水分下番茄结果期叶片气体交换特性和光响应特征参数随叶龄的变化。结果表明:番茄叶片随着叶龄的增加,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)逐渐降低,水分利用效率(WUE)呈先上升后下降趋势;叶龄为18 d和29 d的叶片最大净光合速率(Pmax)随灌溉量的增加均先增加后降低,分别在75%ET和100%ET处理达到最大值。叶龄为38 d和47 d的叶片Pmax均以125%ET处理最大。表观量子效率(α)随叶龄的增大也先升高后下降,在叶龄为38 d时最大;番茄叶片的光饱和点(LSP)随叶龄的加大而减小。不同水分处理下不同叶龄叶片的光响应特征参数为:叶片在叶龄为18 d时,Pmax为20.64—26.73μmol.m-.2s-1,α为0.0518—0.0556;叶龄为29 d时,Pmax为11.00—24.24μmol.m-.2s-1,α为0.0522—0.0594;叶龄为38 d时,Pmax为11.77—18.18μmol.m-.2s-1,α为0.0619—0.0693;叶龄为47 d时,Pmax为9.09—18.17μmol.m-.2s-1,α为0.0538—0.0606。随叶龄加大,增加补充灌溉量有利于延缓叶片光合能力的降低。气孔限制是水分影响番茄叶片光合作用的主要因素,气孔限制与非气孔限制因素是番茄叶片Pn随叶龄变化的原因。     

温度、光辐射及水分对温室甜瓜幼苗干物质积累与分配的影响及其模拟模型

利用分期播种法和灌溉上限法,研究了温度、光辐射和水分等环境因子对温室甜瓜幼苗植株干物质积累与分配的影响,并基于积温学原理,综合环境其他因子,模拟建立了甜瓜幼苗受有效积温、日温差积累、光辐射积累等多因子驱动的干物质积累与分配模型．结果表明：周年不同播期,随着有效积温、光辐射积累及不同灌溉水分上限的变化,甜瓜幼苗期植株干物质积累和分配分别呈指数函数和二次抛物线函数变化,但不同播期及水分处理函数常数不同．综合分析认为,干物质积累和分配模型分别为有效积温驱动下的指数函数和二次抛物线函数,常数项均由日温差积累和光辐射积累驱动,它们之间为一次函数关系．验证结果表明,该模型能较为真实、客观地模拟植株干物质积累与分配变化过程,对甜瓜苗期生长分析与生产管理具有应用价值．     

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%)对土壤理化性质(0～5和5～10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明: 生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。     

营养液供应量对番茄产量、品质和挥发性物质的影响

为探讨基质栽培条件下不同供应量的营养液对番茄果实产量、品质和挥发性物质的影响,以"HL2109"番茄为试验材料,设置4个处理.对照:每株全生育期只浇清水,共计117 L;T1:每株全生育期共浇营养液39.0 L;T_2:每株全生育期共浇营养液58.5 L;T_3:每株全生育期共浇营养液117 L,利用化学方法及固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)技术测定番茄果实品质和挥发性物质.结果表明:随着营养液供应量的增加,番茄单株产量和产量呈先升后降的变化趋势,以T_2处理最大,达到每株2.53 kg;T_1、T_2、T_3处理的番茄产量分别比对照增加了29.3%、72.6%、47.0%;T_1处理的灌溉水分利用效率最大,T_2次之,两者差异不显著.T_2处理番茄果实的可溶性固形物含量、糖酸比最高,果实的风味品质显著提升.随着营养液供应量的增加,果实的可溶性蛋白、抗坏血酸含量逐渐增加,可溶性总糖、还原糖含量呈现先增加后减少的趋势,均以T_2处理最高.利用GC-MS共检测出挥发性物质69种,T_1、T_2、T_3的果实挥发性物质总含量高于对照,表现为T_2>T_1>T_3>对照.其中T_2、T_1和T_3处理果实挥发性物质总含量分别为6971、6095和4070μg·kg^-1,比对照分别增加了1.97、1.56和0.73倍;随着营养液供应量的增加,1-戊烯-3-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、己醛、己酸、苯乙醛、顺-3-己烯醛等均以T_2处理的含量最高,并且T_2处理果实的特征挥发性物质含量、挥发性物质数量和总含量都最高.在本试验条件下,采用每株全生育期浇营养液58.5 L处理能够提高果实品质和挥发性物质含量,效果最佳.     

亚低温与干旱胁迫对番茄幼苗根系形态及叶片结构的影响

采用WinRhiz0 2005a根系扫描测定系统和石蜡切片法,研究亚低温(8～ 15℃)和轻度干旱(正常田间持水量的55％ ～ 70％)胁迫对番茄幼苗根系形态及叶片结构的影响.结果表明:亚低温和轻度干旱单一胁迫促进了番茄幼苗根系长度、表面积和体积的增加,而二者交互胁迫导致番茄根系各指标下降;亚低温和轻度干旱单一胁迫下番茄幼苗通过增加0.50～1.00 mm径级比例来促进根系长度的增加,通过增加1.00～2.00 mm径级比例来增加根系表面积和体积,交互胁迫下番茄幼苗通过减少0.20 ～0.50 mm和＜0.20 mm 2个径级的比例来延缓根系生长.叶片组织结构疏松度(SR)与组织结构紧密度(CTR)呈显著负相关,CTR与栅海比呈显著正相关;亚低温处理下栅栏组织厚度减小,轻度干旱胁迫下栅栏组织和海绵组织厚度均减小,交互胁迫使叶片变薄,栅海比显著降低.     

温室甜瓜营养生长期日蒸腾量估算模型

建立了基于温室环境参数、甜瓜生长发育参数和土壤水分参数的温室甜瓜日蒸腾量估算模型,以研究温室条件下甜瓜蒸腾量的估算方法.根据温室内特定环境对PenmanMonteith方程中空气动力项进行修正,推导出了适于计算温室条件下参考作物蒸腾量的温室环境因子子模型;以甜瓜叶面积指数为自变量构建了作物因子子模型,模型形式为线性函数;以土壤相对有效含水量为自变量构建了土壤水分因子子模型,模型形式为对数函数.采用分期播种法,根据周年不同播期实测数据对模型参数进行估计和分析.采用土壤相对含水量分别为80％、70％、60％的实测蒸腾数据,对模型在充分灌溉和节水灌溉条件下的预测精度进行了检验,模拟值的平均相对误差分别为11.5％、16.2％、16.9％.所建蒸腾模型是对PenmanMonteith公式在温室环境和节水灌溉条件下的有益探索,具有重要推广应用价值.     

温室番茄蒸腾量与其影响因子的相关分析及模型模拟

采用盆栽方法,研究不同灌溉量处理下温室番茄日蒸腾量与单株总叶面积、土壤相对含水量、空气温度、空气相对湿度、太阳辐射等因子的相关关系,并建立日蒸腾量的回归模型.结果表明:番茄日蒸腾量与单株总叶面积、土壤相对含水量、空气温度、空气相对湿度和太阳辐射等因子呈显著的线性关系,各因子之间存在复杂的相互作用;土壤水分状况是番茄蒸腾量的主要决策因子,决策系数为27.4％;日最低空气相对湿度是主要限制因子,决策系数为-119.7％;番茄日蒸腾量预测值和实测值的回归系数平方值(R2)为0.81,回归估计标准误差(RMSE)和相对误差(RE)分别为68.52 g和19.4％.根据通径分析筛选主要影响因子建立的番茄日蒸腾量回归模型能够较好地模拟温室番茄日蒸腾量.     

甜瓜幼苗叶片光合变化特性

为探讨甜瓜光响应变化特性与环境因子的关系,选择光响应曲线适宜测定的时段,以甜瓜幼苗为试材,将1 d分为3个时段:10:00-12:00、12:00-15:00和15:00-17:00,每个叶位叶片测定1 d,并采用直角双曲线修正模型拟合光响应曲线,研究不同时段下甜瓜叶片光响应曲线、光响应参数的变化趋势和不同叶位叶片光响应参数特性。结果表明:当环境中光合有效辐射增强,叶面温度(Tl)升高,空气相对湿度(RH)降低;当环境中光合有效辐射减弱,Tl降低,RH升高。10:00-12:00光响应曲线和12:00-15:00的第1-4叶光响应曲线呈双曲线,在强光下趋向饱和状况,12:00-15:00的第5叶光合速率和15:00-17:00光合速率在强光下出现明显的光抑制现象。1 d的不同时段均表现为10:00-12:00最大净光合速率(P_max)和光饱和点(LSP)最高,12:00-17:00降低;12:00-15:00光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)较高,其它两个时段较低,10:00-17:00光补偿点量子效率(φ_c)、气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)总体呈降低趋势,气孔限制值(L_s)升高。10:00-15:00相同时段测得的不同叶位叶片光响应参数,以第4-5叶光合性能较好,15:00-17:00以第3叶P_max最高,第5叶次之;10:00-17:00 G_s和C_i以第5叶较低,第1叶较高,L_s以第5叶较高,第1叶较低。RH为影响P_max的主要决策因子,测定时段、叶面饱和蒸汽压亏缺(Vpdl)和Tl为主要限制因子。10:00-12:00适宜进行光响应曲线测定,气孔限制为不同时段光合作用不同的主要因素,非气孔限制为影响不同叶位叶片光合作用的主要因素。