平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响

半干旱黄土丘陵区多年生柠条人工林地发生土壤旱化,研究柠条林平茬对土壤水分影响对于防治土壤旱化具有重要意义。采用中子仪测定土壤水分,对未平茬和平茬柠条林地土壤水分进行测定,分析了平茬对土壤水分的影响。结果表明:未平茬和平茬柠条林地降雨补给量(R₁,R₂)同降雨量(P)显著正相关(P<0.05)。定义降雨耗损量(林冠截留量和地表径流之和)占降雨量的百分比为降雨耗损率,未平茬林地降雨损耗率(L₁)和平茬柠条林地降雨损耗率(L₂)分别与其降雨前土壤表层(0-20 cm)含水量(S₁,S₂)呈明显指数关系(P<0.05):L₁=2.54exp(0.22S₁),L₂=2.40exp(0.27S₂),表层含水量相同时,平茬林地降雨损耗率明显高于未平茬林地。平茬后,林地降雨最大入渗深度减小,土壤水分利用深度减小;短时间内(2个月左右)林地20-160 cm含水量增加,之后平茬林地土壤含水量与未平茬林地土壤含水量接近;丰水年和丰水年后的第一年,平茬林地含水量低于未平茬林地,0-400 cm土壤储水量比未平茬林地最多低45.9 mm。平茬后200-400 cm土层土壤水分有少量增加,但是0-200 cm土层土壤含水量损失更严重。平茬3a后,平茬对柠条林地土壤水分的影响减弱。     

黄土丘陵区柠条林地养分状况及其循环规律

黄土丘陵区柠条林地养分状况及其循环规律刘增文李雅素（西北林学院,陕西省杨陵７１２１００）ＦｅｒｔｉｌｉｔｙａｎｄＥｌｅｍｅｎｔｓＢｉｏ－ＣｙｃｌｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣａｒａｇａｎａＭｉｃｒｏｐｈｙｌａＬ．ＦｏｒｅｓｔｌａｎｄｉｎｔｈｅＲｏｌｉｎｇＬｏｅ...     

半干旱黄土丘陵区撂荒坡地土壤水分循环特征

为深入了解半干旱黄土丘陵区土壤水分循环特征和为开展荒地造林工作提供背景数据,在宁南上黄生态试验站,选取典型多年撂荒坡地,进行土壤水分的长期定位观测,分析其土壤水分补给、消耗特征与时空变异性。结果表明:研究区降雨入渗量和入渗深度随降雨量增加而增加,入渗补给系数约为0.44,雨水资源化率有待提高。定义全年一半以上的次降水事件中能被有效补给的土层深度为降水普遍入渗深度,则研究区降水普遍入渗深度为0—40 cm,观测期内最大入渗深度不超过300 cm。同时,土壤水分的蒸散发量在丰水年平水年干旱年,主要蒸散发作用层位于0—200 cm土层范围内,最大蒸散发深度达到300 cm以下。该区土壤储水量的季节变化为"V"型,剖面土壤平均含水量的垂直变异则呈现反"S"型。土壤水分的变异系数随土层深度的增加表现出幂函数递减趋势,结合有序聚类法的分层结果,可采用0.20和0.05两个CV值将撂荒地土壤剖面划分为水分活跃层(0—40 cm)、次活跃层(40—200 cm)和相对稳定层(200 cm以下)3个层次。     

黄土丘陵区紫花苜蓿生长与土壤水分变化

研究了黄土丘陵区紫花苜蓿生物量变化规律和土壤水分过耗与恢复特征.结果表明,紫花苜蓿在退耕地生长年限一般为10年,生长的高峰期为第4年～第5年,到第6年,由于土壤水分过耗严重,生物量开始逐年下降,草地开始衰败.紫花苜蓿茎叶生物量的垂直变化,在距地面0～35cm之间,茎生物量远大于叶生物量,茎叶比为1.7:1;在40cm高时茎叶比相等,在45～90cm之间叶生物量远大于茎生物量,叶茎比为1.42:1.紫花苜蓿土壤干层在生长的前两年不甚明显,随着生长年限的延长,干层厚度不断增大,由第3年的110cm扩大到第7年的260cm,含水量仅为4.6%～6.2%,土壤水分严重亏缺.紫花苜蓿退化草地土壤水分的自然恢复过程一般需5年,且随着恢复年限的延长,土壤水分逐年提高.     

黄土丘陵区沙棘灌木林地土壤水分动态研究

采用生物与工程措施相结合的方法,定位研究了沙棘林地的土壤水分变化动态。结果表明：水平阶、水平沟和鱼鳞坑整地不同立体配置模式土壤水分大幅度提高,0～2．0m沙棘与豆科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与禾本科牧草的立体配置;2．0～5．0m沙棘与禾本科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与豆科牧草的立体配置。其提高幅度为3％～5％。未采用工程整地措施的沙棘林地,在沙棘生长的第3年,土壤干层的分布深度不甚明显;从第5年土壤干层厚度逐渐加深到1．8m;第7年土壤干层厚度为2．6m;第9年土壤干层厚度为3．1m;第11年土壤干层厚度为2．6m;第13年土壤干层厚度为2．2m。     

黄土丘陵区沙棘抗旱性的分析

近年来随着干旱发生频率的增加,研究植物的抗旱性已成为十分重要的任务,许多学者对此曾作过工作,蒋瑾[1]认为,旱生植物的蒸腾强度小,且变化稳定;刘家琼[2]发现,旱生植物在相同的环境条件下水势越低,吸水力越强,抗旱能力越强;山仑[3]研究结果表明在适度干旱的情况下,水分亏缺在一定程度上有利于植物生长;汤章成[4]研究发现,植物对逆境的抵抗是多方面的,是整体性的.     

黄土丘陵区土壤水分对黄刺玫叶片光响应特征参数的影响

在半干旱黄土丘陵区,以3年生黄刺玫(Rosa xanthina L.)植株为材料采用盆栽控水试验,利用CIRAS-2型便携式光合作用测定系统在8个土壤水分含量下测定了黄刺玫叶片的光响应过程。探讨了黄刺玫光合生理参数与土壤水分的定量关系及土壤水分效应等级划分问题。结果表明:黄刺玫的净光合速率(P_n)、光合量子效率(Φ)、水分利用效率(WUE)、胞间CO_2浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)对土壤水分都具有明显阈值响应特征。土壤相对含水量(RWC)在36.2%—81.2%范围内,黄刺玫在强光下的P_n和WUE水平较高,光合作用不会发生明显的光抑制。RWC为66.5%左右时,Φ与P_n达到最高水平,表现出较强的光能利用潜力;RWC为81.2%为时,T_r达最大值,RWC为44.5%时,WUE为最大值。依据黄刺玫叶片P_n、C_i、T_r和WUE与土壤水分的定量关系确定RWC在低于36.2%时为"低产低效"等级,在36.2%—44.5%之间为"低产高效"等级,44.5%—66.5%为"高产高效"等级,66.5%—81.2%为"高产中效"等级,在高于81.2%时为"低产低效"等级。     

黄土丘陵区沙打旺草地土壤水分过耗与恢复

研究了黄土丘陵区沙打旺 (Astragalusadsurgens)草地土壤水分的动态规律和恢复过程及人为调控土壤水分的效果。结果表明 :沙打旺在该区生长年限为 6～ 7a,生物量形成的高峰期在第 3～ 4年 ,之后土壤水分大量亏缺 ,生物量逐年下降 ,第 6年生物量和水分均下降到最低点。同时土壤水分的消耗深度与根系的分布相一致 ,土壤干层主要集中在根系分布的密集区 0 .3～0 .8m。随着沙打旺生长年限的延长及根系的下扎 ,土壤干层逐渐加深 ,3～ 6年生沙打旺草地土壤干层平均厚度为 2 .3m;土壤水分要自然恢复到种植前的含水量需要 6～ 7a;通过水平阶和水平沟整地进行人工调控 ,土壤水分比自然恢复可提前 2～ 3a,一般需要 4～ 5 a的时间即可恢复正常     

间作经济作物对黄土丘陵区旱作红枣土壤水分的调控效应

研究行间种植经济作物饲料油菜和黄花菜对黄土丘陵区旱作红枣林地土壤水分的调控效应.结果表明： 饲料油菜和黄花菜处理0～180 cm土层土壤含水量较无作物对照分别提高6.2%和10.1%;枣树生育期内土壤水分变化主要集中在0～60 cm土层,饲料油菜和黄花菜处理均明显增加了0～60 cm土层土壤含水量,保证枣树生育期内正常生长;持续干旱条件下,各处理土壤水分消耗主要在0～60 cm土层,其中0～20 cm土层土壤含水量与次降雨后干旱天数存在显著指数负相关,雨后18 d干旱期饲料油菜和黄花菜处理0～60 cm土层土壤水分含量均高于对照.该间作系统显著改善了红枣林土壤水分环境,是黄土丘陵区克服季节性干旱的有效措施.     

黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

风沙区柠条沙堆土壤有机质及酶活性特征研究

为探索柠条(Caragana korshinskii)沙堆土壤有机质及土壤酶活性的空间异质性,选取不同大小的柠条沙堆,对其顶部、中部及底部的有机质含量、土壤酶活性变化情况进行分析研究。结果显示:(1)土壤pH值及含水量与柠条灌丛沙堆的大小没有明显的规律,在沙堆不同部位之间差异不显著;土壤有机质随沙堆的增大而减少,且10~20cm土层沙堆顶部的有机质含量显著高于中部和底部。(2)土壤脲酶与蔗糖酶活性随沙堆的增大而降低,磷酸酶与过氧化氢酶活性随沙堆的增大表现为先升高后降低,4种土壤酶活性基本上由沙堆的顶部向底部递减,随着土壤深度的增加,土壤酶活性显著降低。(3)沙堆的大小、土壤pH值及土壤含水量与蔗糖酶活性均存在显著负相关关系,与磷酸酶活性之间存在极显著负相关关系;土壤有机质含量与过氧化氢酶活性之间无明显相关性,与其他3种酶活性之间呈极显著正相关关系。研究表明,柠条能够改善沙堆上的土壤养分,提高土壤酶活性,对荒漠区退化土壤具有改善作用,但随着沙堆的发育这种作用逐渐降低。     

荒漠草原区土壤粒径组成对柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响

柠条(Caragana korshinskii)是荒漠草原区主要的造林绿化树种,研究其根际土壤微生物和酶活性与不同土壤类型土壤粒径组成的关系有重要意义,然而土壤粒径对荒漠草原柠条根际土壤微生物数量和酶活性的影响知之甚少,探讨土壤颗粒组分与微生物数量、土壤酶活性之间的关系,以及土壤颗粒组成对荒漠草原区固沙灌木植物柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响,可为揭示荒漠草原土壤退化及生态修复提供参考。以宁夏荒漠草原区土壤粒径组成差异显著的灰钙土、红黏土、风沙土环境下栽植的柠条为研究对象,研究不同土壤颗粒组成对根际土壤微生物数量及酶活性的相互关系与影响。结果表明:土壤微生物的数量表现为细菌放线菌真菌。根际土壤中的细菌、真菌数量显著高于非根际,且在3种不同类型的土壤中随着细砂粒的增多,真菌和放线菌数量逐渐降低,而细菌数量呈先增大后减小的趋势;根际与非根际土壤的蔗糖酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性均呈现出灰钙土红黏土风沙土的趋势,红黏土根际土壤中的脲酶活性显著高于灰钙土与风沙土;除过氧化氢酶外,土壤酶活性表现为根际高于非根际,在3种不同类型的土壤中随着细砂含量的增加,土壤酶活性均呈递减趋势。土壤颗粒组成与微生物数量之间没有明显的相关性,而与土壤酶活性之间显著相关,土壤酶活性与黏粒、粉粒呈正相关,与细砂、中砂呈负相关关系,根际土壤中酶活性更高,能够为植物及微生物提供更多的营养。     

半干旱黄土区坡面尺度柠条生长状况及影响要素分析

以半干旱黄土丘陵区典型小流域坡面大规模人工种植柠条林为例,基于坡面不同部位柠条生长状况和生境条件调查,定量分析了地形变化、土壤水分及灌木密度对柠条生长的直接、间接影响及其贡献率。结果表明:(1)东坡大株柠条生长明显好于南坡,下坡位柠条生长状况略好于中上坡位,其他各坡位之间柠条生长状况差异较小;(2)大株柠条生长与浅层土壤水分有正相关关系,而与灌木密度和深层土壤水分则呈负相关关系;大株柠条灌木高度、灌木纵截面积和冠幅体积对浅层土壤水分的响应敏感,冠幅长度对坡向和坡位的响应较为敏感,冠幅宽度对灌木密度的响应较为敏感;(3)地形和土壤水分变化解释了59.9%的大株柠条生长变异,其中坡向、坡位和浅层土壤水分是影响大株柠条生长的主导环境因子,它们分别解释了21.1%、16.0%和13.1%的柠条生长变化。研究认为半干旱黄土区人工植被恢复既要重视空间布局,也要在后期实施必要的管理措施以维持人工林地的稳定性。     

陕北水蚀风蚀交错带柠条适应不同生境的形态和生理可塑性

以陕北水蚀风蚀交错带4个不同坡位与土壤质地生境[沟底+坝淤绵沙土(A)、梁坡+红黄土(B)、坡顶+绵沙土(C)、坡顶+风沙土盖绵沙土(D)]中生长的柠条为研究对象,研究了其生长、光合和水力性状的可塑性变化,以揭示柠条对不同生境的适应机制。结果表明:(1)生境D和生境A样地1~3m和3m土层的平均含水量明显高于生境B和C;(2)与生境B和C相比,生境A和D中生长的柠条冠幅、株高和新枝长显著增加,叶厚度减小,正午叶水势、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率亦显著增加,但不同生境中柠条枝比导水率、Huber值和栓塞程度无显著差异;(3)柠条各测定指标中,新枝长、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率表现出较大的可塑性。研究认为,柠条可能主要通过新枝长或光合生理特征的改变来适应不同的水分生境。     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

不同林龄柠条细根现存量比较

采用微根管技术(Minirhizotron technique)对晋西北黄土丘陵区幼林(5a)与成林(30a)柠条(Caragana korshinskii)细根动态进行了为期5a的原位观测。基于2008—2011年的观测数据,对两林龄柠条不同土层细根现存量动态进行了比较研究,并探讨了两林龄柠条细根现存量与不同年际间水热条件的差异。结果表明:在0—100 cm土壤剖面,柠条幼林与成林细根现存量的峰值均位于50 cm土层以下,成林细根现存量峰值位于50—60 cm土层,幼林细根现存量峰值则从观测期初的90—100 cm土层到观测期末的80—90 cm土层。各观测年内,两林地各土层每年生长季初(3—4月)会出现细根现存量的积累;30—100 cm土层中,幼林细根最大现存量出现时间均较成林早,而生长季末(9—10月),所有土层幼林细根现存量下降均较成林快。柠条细根现存量的垂直分布主要受土壤水分影响,季节变化受温度的影响更大,年际间细根现存量的差异主要是由于年降雨量变化;幼林细根现存量受降水、土壤水分、土壤温度等的影响比成林大。     

黄土丘陵区人工柠条种植年限和坡位对土壤团聚体稳定性的影响

柠条(Caragana korshinskii Kom.)种植是黄土高原地区生态环境建设中重要的人工植被恢复措施。选择黄土丘陵区条带种植15、25和35年的柠条坡地,以荒草坡地为对照,运用Le Bissonnais法分析柠条种植不同年限和坡位对0—40 cm土层团聚体分布及其稳定性的影响。结果表明:长时间柠条种植对土壤团聚体稳定性的影响主要在0—20 cm土层;不同处理下土壤大团聚体(>0.25 mm)含量总体表现为柠条35年>柠条25年>柠条15年>荒草地,表明柠条种植年限增加促进了大团聚体的形成。从坡面尺度看,柠条平均重量直径整体表现为坡下>坡上>坡中;在上坡的柠条35年样地具有最大值(3.08 mm),但在下坡荒草地显著高于柠条林地(P<0.05)。基于相对消散指数和相对机械破碎指数,上中坡土壤团聚体均对消散作用和机械破碎作用较敏感,而下坡的下层土壤团聚体对破碎作用更敏感。冗余分析表明,土壤有机碳和粘粒含量与柠条平均重量直径呈显著正相关关系(P<0.05)。种植年限是影响土壤团聚体稳定性的主要因素,解释了30.4%的变异;其次是土层...     

柠条锦鸡儿CkPHB基因调控木质部发育增强植物抗旱性的功能分析

为了深入揭示柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)亮氨酸拉链蛋白转录因子(HD-ZIP Ⅲ)家族成员CkPHB的功能及其逆境响应,该研究参照转录组序列设计引物克隆得到CkPHB基因序列,并对其进行了一系列生物信息学分析,通过免疫组织化学染色方法对CkPHB蛋白在柠条锦鸡儿叶片中的组织定位进行观察,同时将克隆得到的CkPHB基因经农杆菌介导转化并筛选出阳性过表达拟南芥植株进行功能验证。结果表明:(1)成功克隆得到了柠条锦鸡儿中HD-ZIPⅢ家族成员CkPHB基因,其全长序列1 170 bp; CkPHB蛋白由389个氨基酸组成,分子量为42.83 kD,其编码的蛋白为疏水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋组成。(2)免疫组织化学分析显示,CkPHB蛋白定位于柠条锦鸡儿叶脉维管束中木质部区域。(3)经遗传转化筛选鉴定,最终获得了转柠条锦鸡儿CkPHB基因拟南芥过表达株系(CkPHB-OE)T_3代植株3株;解剖结构比较发现,与野生型拟南芥(WT)相比,拟南芥CkPHB-OE株系的叶脉更为发达、维管束体积增大、木质部导管数量增加;实时定量PCR分析结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系中与木质部发育相关的5个基因(XCP2、CesA7、CesA8、PAL4、F5H)较WT均显著上调表达。(4)抗旱性实验结果显示,拟南芥CkPHB-OE株系在干旱条件下存活率显著提升,生理指标的测定进一步支持上述结果,表明CkPHB过表达显著增强了转基因拟南芥的抗旱性。研究认为,过表达柠条锦鸡儿CkPHB基因的拟南芥输导组织更加发达、抗性生理指标显著提高,从而使抗旱能力增强,证明CkPHB基因在促进叶脉发育提高植物抗旱性中发挥重要作用。该研究结果为进一步研究柠条锦鸡儿CkPHB基因的干旱应答机制奠定了基础。