黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义。比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicumvirgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征。2001~2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13000~16000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300~2650kg/hm2。不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式。柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d)。坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早。不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田。不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0~2m,月平均含水量顺序为梯田>坡地>川地。川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近。川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60℃,但4~5月份川地地温高出山地1.2~2.8℃,川地4~10月份平均气温较山地高1.5℃,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程。     

关于黄土高原生态环境建设问题的讨论

由景观生态学的观点理解生态环境建设,分析了“山川秀美”的涵义,进而讨论了黄土高原生态环境建设的目标、重点、原则、途径等。认为基本农田建设在一定程度上关系到生态环境建设的良性发展,在建造林草植被的同时,加强基本农田建设是不容忽视的重要方面。退耕地不能一味地将其用于生产,要充分考虑生态用地的需要。多用途植物的开发利用,以及包括梯田地埂利用在内的植物种间的合理混合种植,可以将生态效益与经济效益有机地结合起来,对于黄土高原植被的恢复具有重要意义。     

冗余概念的界定与冗余产生的生态学机制

冗余是指这样的生命实体,由于其存在,导致生物个体、种群、群落乃至生态系统水平上的对人类有益的功能输出降低,通过管理措施或育种手段剔除这部分‘冗余’实体,个体、种群、群落乃至生态系统水平上对人类有益的功能就会得到加强,我们把这样的生命实体叫做冗余。或者简单地说,冗余是指对目标产量输出构成影响的各种水平的生物有机体过多或过于庞大的部分。冗余的产生过程是整个生命有机体的总体功能扩展过程,冗余的产生和存在,有助于增强有机体的稳定性,提高其适应自然环境波动的能力。根据其影响的水平,冗余可发生在个体、种群及群落等水平上。植物在个体及群体水平上的补偿及超补偿可以通过剔除各生命系统中不同水平上的冗余实现,即剔除冗余有助于目标物种或目标器官产量的提高,并且这种提高是以对波动环境适应能力和抗扰动能力的降低为代价的。     

耕作对黄土高原和北美大草原三种典型农业土壤有机碳的影响

耕作对黄绵土(Calclaric Cambisols,FAO)、灰褐土(Haplic Greyxems,FAO)和典型褐灰钙土(Orthic Brown Chernozem)的土壤有机碳(SOC)动态的影响存在明显差异,黄绵土在开垦5年内O～20cm土壤有机碳损失了77％,损失速率为2．15t·hm^-2·yr^-1,其主要原因为水蚀和耕作侵蚀,灰褐土在开垦后的42年里耕层土壤的有机碳损失了70％,损失速率为0．96～1．06t·hm^-2·yr^-1,主要为水蚀和有机碳的矿化分解,1960以后开垦的典型褐灰钙土0～20cm耕层土壤有机碳损失了11％,损失速率为0．17t·hm^-2·yr^-1。1920年开垦的典型褐灰钙土有机碳损失了44％,损失速率为0．45t·hm^-2·yr^-1,造成这一差异的主要原因是耕作和轮作体制的改善有效地阻止了风蚀的危害,并增加了进入土壤系统的有机物的量,3种土壤轻组有机碳(LFOC)的变化趋势与总有机碳的变化趋势相似：黄绵土和灰褐土在相应的时间内LFOC损失了73％和90％,1920年和1960年开垦的典型褐灰钙土LFOC分别损失了74％和70％,3种土壤间LFOC和HFOC的分配比例不同也可能是造成黄绵土和灰褐土有机碳下降快的原因。     

半干旱地区抗旱作物的育种方向和策略

在半干旱地区作物生长的主要的限制因子是水分,主要包括土壤干旱和大气干旱。现有的理论和实践表明,作物育种的目标应该是培养具有中等强度抗旱能力和高产潜能的品种。由于作物的生产是在特定水、温、光和热等特定条件下进行的,而且作物的生产又是个种群过程而非个体的表现：因此,抗旱品种的选育应该遵循高产性、针对性和整体性的原则。现有的抗旱育种理论有很多引起争议且不完善的地方,总的趋势就是要选育小根系、繁殖分配优化、在低水多变环境下有较高的净光合速率并且能对干旱环境迅速作出反应的品种。     

根修剪对黄土旱塬冬小麦(Triticum aestivum)根系分布、根系效率及产量形成的影响

通过田间试验研究了不同时期根修剪处理对冬小麦（Triticum aestivum）根系大小与分布、根系效率、水分利用效率及产量形成的影响。设置4个根修剪处理：越冬期小剪根（WS）、越冬期大剪根（WB）,返青期小剪根（GS）、返青期大剪根（GB）,未剪根小麦作为对照（CK）。结果表明,到花期时,各根修剪处理小麦的在0～120cm总根量均显著小于对照。与对照相比各根修剪处理主要是显著地减少了上层土壤中的根量。但WS和GS两小剪根处理和对照相比在中层土壤中有较大的根量;花后各处理小麦旗叶的气孔导度和蒸腾速率均显著大于对照。这说明根修剪处理减少了小麦表层的根量,从而削弱了表土干旱信号对作物与外界气体交换的抑制作用。花期时各根修剪小麦的净光合速率均显著高于对照,而单位面积上的根呼吸速率均显著小于对照,根修剪处理提高了小麦的根系效率,使更多的光合产物用于籽粒生产,从而提高了小麦的收获指数。根修剪还提高了小麦的水分利用效率,其中WS、WB、GS处理的水分利用效率显著高于对照。但是GB处理的水分利用效率却没有显著提高。因此,本研究进一步证明了由不同年代品种得到的推测,认为在旱地农业中,通过遗传育种或采用适当农艺措施优化根系分布,既可以减少生长前期作物对水分的过度消耗,又能够削弱花后表土过度干旱对作物生长抑制作用,同时降低根系对同化产物的消耗,对作物产量及水分利用效率的提高具有积极的作用。     

半干旱地区不同地膜覆盖时期对土壤氮素有效性的影响

在年降水量415mm的半干旱地区黄绵土上,以春小麦为供试作物进行大田试验,研究地膜覆盖(包括不覆膜、播种后覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜)对土壤水分、温度和氮素有效性的影响.结果表明,覆膜对2m土层贮水量基本没有影响,能显著提高0～20cm土层的含水量;覆膜对5cm处土壤温度的影响呈"U”型变化,即在作物生长前期和后期影响显著,中期影响较小;覆膜能增加土壤呼吸和有机氮的矿化,因而显著影响土壤剖面中NO-3-N的累积表现为在收获时覆膜30d和60d处理剖面中NO-3-N的累积明显下降,而全程覆膜处理剖面中NO-3-N的累积显著增加,在覆膜的基础上施用氮肥,这种作用会更加突出.显然全程覆膜易造成有机质的大量矿化和NO-3-N的淋溶损失.     

作物生产是一个种群过程

从分析自然选择和人工选择在目标和方向上的重大差异入手,指出自然选择的核心是生存竞争,其结果产生个体优势;人工选择的方向是群体优势,其目标是获得较高的经济产量。作物是典型的人工选择的产物,研究作物的生产过程就庆当以降低个体的竞争能力和提高繁殖分配为主,据此,对小麦植株高度,根系特征以及种群生态学在农业中的应用进行了讨论     

断根对冬小麦竞争能力与产量的影响

 采用简化的deWit替代系列法研究了盆栽冬小麦‘长武135’（Triticum aestivum cv. Changwu 135）在拔节初期断根对冬小麦根冠关系、竞争能力及其与产量性状的关系。无论干旱或湿润，单栽条件下断根降低了小麦的根冠比，在混栽条件下，断根小麦的相对穗重和相对地上部生物量均显著低于未断根小麦，说明断根降低了小麦的竞争能力。根冠比越大竞争能力越强，即作物的竞争能力与根冠比存在正相关关系。单栽湿润条件,断根降低了小麦的穗重和籽粒产量，而在中等干旱条件下，断根小麦穗重和籽粒产量高于未断根小麦 。说明在水资源充分的条件下，较高的作物个体竞争能力则具有较高的生产能力，而在水资源有限的情况下，降低作物个体竞争能力反而提高了群体籽粒产量。     

半干旱黄土高原集水高效旱地农业的发展

黄土高原半干旱区传统水土保持型农业的发展已有数十年的历程,已基本趋于成熟,但对水肥热的菌控能力很低,难于发展高附加值作物生产,因此生产效益低下,难以走上良性怅的轨道,不能解决目前遇到的实际问题,通过近几年来的探索,认为,在不上保持农业的基础上,进一步发展雨养农业最有效的途径不是人工富集天然降水,将富集的降水用于农业生产,可以大大大提高降水的利用效率和生产效益,这就是集水农业,是今后半干旱区雨养农业