苜蓿与沙打旺苗期生长和水分利用对土壤水分变化的反应

通过室内生长箱内盆栽实验,比较了苜蓿和沙打旺苗期的根冠生长和水分利用对5种土壤水分环境变化的响应和差异.结果表明,充分供水下苜蓿和沙打旺苗期生物量和蒸腾效率均最高,苜蓿均显著高于沙打旺.土壤水分减少后苜蓿苗期生物量和蒸腾效率下降幅度均大于沙打旺.从低水到阶段低水处理后土壤水分逐渐降低和降低后再复水到低水处理,苜蓿和沙打旺的生物量分别较持续低水处理显著减少47.8%和27.9%.旱后复水后苜蓿根冠比和单位根量耗水量较显著增加,蒸腾效率显著下降; 沙打旺根冠比显著下降,单位根量耗水量和蒸腾效率变化不显著.     

子午岭林区白桦-辽东栎混交林光合生理生态特征研究

对黄土高原子午岭次生林区白桦林、辽东栎林和白桦-辽东栎混交林3种林分的土壤物理特性和叶片光合特性进行了研究。结果表明:(1)白桦-辽东栎混交林地的土壤水分明显改善,其土壤容重最小、土壤孔隙度最大,且均优于纯林,即混交林地有深层次的土壤水分可供利用,并改善了土壤的物理结构;(2)辽东栎林的光合速率和气孔导度最大,其次为白桦-辽东栎混交林,水分利用率(WUE)为混交林白桦>混交林辽东栎>辽东栎林>白桦林;(3)混交林中白桦、辽东栎的Fv/Fm和Fv/Fo值均较大,与纯林差异不显著;白桦林和辽东栎林的qP和NPQ值均大于混交林。     

黄土高原子午岭天然柴松林种群结构与动态研究

对黄土高原地区子午岭天然柴松(Pinus tabulaeformisf.shekannesis)林种群的结构和动态进行了研究。结果显示:柴松种群结构呈反J分布型,种群处于增长阶段;种群的密度随径级的增加而降低,种群密度与径级呈现出明显的负相关;4个函数(生存率函数、积累死亡率函数、死亡密度函数、危险率函数)估计值说明种群具有前期增长、后期稳定的特点,其存活曲线介于DeeveyⅡ型和DeeveyⅢ型之间;随时间推移,种群中树和大树数量逐渐增多,种群在20 a后开始大量进入成熟阶段。表明柴松在本研究区内生长更新良好,在无人为干扰条件下,柴松可通过自我调节能力而保持种群的稳定性。     

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%.     

黄土丘陵区生物结皮对土壤可蚀性的影响

在采样分析生物结皮对土壤理化属性影响的基础上,采用EPIC模型估算与模拟降雨试验相结合的方法,研究了黄土丘陵区不同生物量、不同土壤质地和不同季节的生物结皮对土壤可蚀性(K值)的影响.结果表明： 生物结皮显著降低了土壤可蚀性,生物结皮层土壤可蚀性较下层土壤降低17%;土壤可蚀性随生物结皮生物量的增加呈降低趋势,藓结皮土壤可蚀性K值较藻结皮土壤降低21%;生物结皮土壤可蚀性在不同季节因其生物活性不同而存在差异,雨季中显著高于雨季前和雨季末;不同质地土壤上生物结皮对可蚀性的影响不同,可蚀性K值为砂壤>粉壤>砂土;模拟降雨条件下测定表明,生物结皮的发育使土壤可蚀性较对照（下层5~10 cm土壤）降低约90%.
     

黄土丘陵区不同植被土壤氮素转化微生物生理群特征及差异

采用最大或然计数法(most probable number, MPN)对黄土高原洞子沟流域不同植被恢复阶段土壤氮素微生物生理群(氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌)数量分布特征进行了测定,结果表明:1)土壤氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌数量随植被恢复而增加,三者最大值分别为最小值的74、4和31倍,其中氨化细菌和反硝化细菌的数量在铁杆蒿群落最低,辽东栎群落最高,亚硝化细菌数量在丁香群落最低,辽东栎群落最高;2)植被恢复对各氮素生理群影响不同,对氨化细菌影响最大,其次分别为反硝化细菌和亚硝化细菌;3)各氮素生理群数量差异较大,氨化细菌>反硝化细菌>亚硝化细菌。研究区氨化细菌占总数的75%-80%,反硝化细菌占20%-25%时,生态系统最为稳定;4)土壤理化性质与各功能菌关系紧密,其中,土壤容重和硝态氮含量与微生物数量相关性最大,全钾、矿化氮和微生物量氮也表现出很大的相关性。     

黄土旱塬区土壤水分状况与作物生长、降水的关系

土壤水分研究是统筹农业生产和生态环境建设的关键环节.本研究结合4年田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬冬小麦和春玉米2012—2015年土壤水分状况的研究,分析农田土壤干层形成情况、土壤水分对作物生长的影响、降水对土壤水库的影响以及作物对土壤水分状况的影响.结果表明: 降水年型是冬小麦地土壤干层形成的主导因素,年内降水分布不均是春玉米地土壤干层形成的主导因素.长武旱塬区冬小麦和春玉米一年一季的种植制度不会导致永久性干层的产生;相较于春玉米,冬小麦根系生长习性更符合黄土旱塬区土壤水分循环特征,黄土旱塬区土壤水分有效性可保证作物产量稳定;降水作用下,冬小麦土壤水库充、放水过程呈现收获期、休闲期和苗期连续充水、缓慢消耗期和大量消耗期连续失水相互交替的特点.0～300和300～600 cm土层土壤水库不一致性现象明显,以最大根深作为野外监测试验中土壤含水量的取样深度时,由于深层土壤水库负反馈作用,不同降水年型下,休闲期和苗期的蒸散均会被高估,缓慢消耗期和大量消耗期的蒸散均会被低估.冬小麦田间过渡层存在的范围为140～360 cm;作物生长的时间跨度影响土壤水库效应的发挥,土壤水库对冬小麦供水表现为年际间的调节作用,土壤水库对春玉米供水表现为季节间的调节作用.     

黄土丘陵区辽东栎和刺槐树干液流时滞效应与蒸腾特征的关联性

运用Granier热扩散探针法,于2016年7-9月对半干旱黄土丘陵区天然次生林树种辽东栎和人工林树种刺槐的树干液流进行连续测定,并同步监测气象因子和土壤含水量,用错位相关法分析液流通量密度与空气水汽压亏缺日变化的时滞长度,研究2个树种不同径级个体在不同土壤水分条件下液流通量密度与蒸腾驱动因子之间的时滞效应.结果表明:辽东栎和刺槐液流通量密度的日变化节律与气象因子显著相关,空气水汽压亏缺峰值的出现较辽东栎树干液流通量密度滞后118.2 min,较刺槐树干液流通量密度滞后39.5 min;而光合有效辐射的峰值通常滞后于辽东栎12.4 min,提前于刺槐68.5 min.液流通量密度和空气水汽压亏缺的时滞长度与树种和土壤含水量显著相关,辽东栎、刺槐在土壤含水量较高时段的时滞长度分别大于土壤含水量较低时段32.2和68.2 min.时滞长度与径级的相关性整体上未达到显著水平,但在土壤含水量较低时段小径级刺槐的时滞长度大于大径级21.4 min,差异达到了显著水平.两树种液流通量密度与空气水汽压亏缺之间的时滞效应反映了对蒸腾驱动因子的敏感性,较好的土壤水分条件有利于液流通量密度提早达到峰值,较低土壤水分会导致树干液流对气象环境因子响应的敏感性降低;刺槐树干液流受土壤水分的影响更显著.     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较

在自然条件下,测定了8种阔叶树种叶片的气体交换参数和叶绿素荧光参数并对其进行比较.结果表明,8种阔叶树种紫玉兰、广玉兰、玉兰、美人梅、铁杆梅、腊梅、红碧桃和紫薇的叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（gs）、瞬时水分利用效率（WUE）和潜在水分利用效率（WUEi）的种间差异达极显著水平（p〈0.01）,指示了不同树种间的光合能力及水分利用能力差别较大.8种阔叶树种叶片的初始荧光（Fo）、可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）和PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）的种间差异极为显著（p〈0.01）,PSⅡ最大光能转换效率（Fv/Fm）、可变荧光与初始荧光之比（Fv/Fo）和非光化学猝灭系数（NPQ）的种间差异也达显著水平（p〈0.05）,说明各树种叶片的PSⅡ原初光能转换效率和潜在活性、PSⅡ电子传递量子效率以及PSⅡ的潜在热耗散能力差别较大,而实际光下最大荧光（F′m）和PSⅡ光能捕获效率（F′v/F′m）的种间差异不显著.3种木兰科植物的Pn、Tr、WUE和WUEi平均值均高于3种蔷薇科植物,说明木兰科植物的光合能力较强,对吸收的光能和水分的利用较高.蔷薇科植物的Fv/Fm、Fv/Fo、ФPSⅡ、F′v/F′m和光化学猝灭系数（qp）平均值均高于木兰科植物,而木兰科植物NPQ较高,表明其PSⅡ的潜在热耗散能力较强,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤.研究还表明3种木兰科植物和3种蔷薇科植物之间的叶绿素荧光参数差异不大,说明同一科属植物叶片的光合能力较为相近.相关分析表明,8种阔叶树种叶片的Pn与Tr、Tr与gs、Fv/Fm与Fv/Fo、ФPSⅡ与F′v/F′m、qp与NPQ均呈极显著正相关（p〈0.01）,Pn与gs呈显著正相关（p〈0.05）,而Tr、gs与WUE、WUEi,Pn与ФPSⅡ,ФPSⅡ与NPQ,F′v/F′m 与 qp、NPQ均呈极显著负相关（p〈0.01）.