宁夏沿黄绿洲参考作物蒸散演变特征及其归因

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET₀)是生态水文过程中的关键因子,研究ET₀在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义。以宁夏沿黄绿洲为例,基于1960-2019年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET₀,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60 a的ET₀演变特征及其归因进行研究。结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET₀年内呈单峰形态,ET₀在5-7月间较高,累积ET₀占年总ET₀的43.6%;近60 a的ET₀年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P ＜ 0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在1988年突变之前,ET₀无显著变化趋势,而突变之后则以每10 a左右的周期显著增加或降低。(2)年ET₀主要以20-40 a和50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET₀规律,而冬、春季振荡幅度较弱。(3)虽然ET₀与6种气象因子均存在显著相关性,但ET₀对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为11.58%和8.40%。(4)宁夏沿黄绿洲ET₀与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET₀上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET₀突变的原因。     

西北黑河中游荒漠绿洲农田作物蒸腾与土壤蒸发区分及作物耗水规律

利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站绿洲农田2009年小气候、湍流交换、土壤蒸发和叶片气孔导度等综合观测试验数据,应用Shuttleworth-Wallace(S-W)双源模型以半小时为步长估算了绿洲农田玉米生长季实际蒸散量,并利用涡动相关与微型蒸渗仪实测数据对田间蒸散发量和棵间土壤蒸发量计算结果进行了检验。结果表明:S-W模型较好地估算研究区的蒸散量,并能有效区分农田作物蒸腾和土壤蒸发;全生育期玉米共耗水640 mm,其中作物蒸腾累积量为467 mm,土壤蒸发累积量为173 mm,分别占总量的72.9%和27.1%;日时间尺度上,作物蒸腾和土壤蒸发分别在0—6.3 mm/d和0—4.3 mm/d之间变化,其日平均分别为2.9和1.0 mm/d;田间供水充足,作物蒸腾与土壤蒸发比值明显受作物生长过程影响,播种—出苗期、出苗—拔节期、拔节—抽雄期、抽雄—灌浆期、灌浆—成熟期,其比值分别为0.04、0.8、7.0、5.2和1.4,不同阶段的比值差异主要受叶面积指数影响。     

玉米和花生间作根际细菌群落结构与PICRUSt的功能预测

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切。将玉米和花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式：塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花生)、无分隔处理(即无隔玉米与无隔花生),采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术及PICRUSt功能预测分析不同模式下二者根际细菌群落结构与功能类群的变化,以期从土壤微生物组角度阐明玉米/花生间作产量优势形成的内在机制。结果显示：玉米/花生间作明显改变了二者根际细菌群落结构,无隔、网隔玉米的根际细菌群落结构更为相似并区别于全隔玉米,而网隔花生根际细菌群落结构明显区别于无隔、全隔花生。而且,无隔、网隔玉米根际放线菌门的相对丰度显著高于全隔玉米,网隔花生根际放线菌门、厚壁菌门的相对丰度显著高于全隔、无隔花生,而芽单胞菌门呈现相反的变化趋势。在玉米和花生根际,无隔、网隔处理高于全隔处理的OTU也均主要注释为放线菌门。共存网络分析发现,作为玉米根际细菌网络重要节点的Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter、Bacillus等菌属其丰度变化表现...     

大气气溶胶增加对作物的影响研究进展

大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物总称。近年来空气污染带来了一些区域大气气溶胶浓度上升明显,一定程度上对作物生长环境带来影响。国内外关于大气气溶胶增加可能对作物产生的影响表现在:(1)大气气溶胶增加会导致直接辐射减少,而散射辐射可能会有一定程度增加;散射辐射增加有利于一些作物整个冠层光合能力的提高。(2)大气气溶胶带来辐射的改变也会影响近地面小气候环境,尤其是大气昼夜温度变化,从而影响作物干物质积累;而辐射与温度的改变同时也会影响农田蒸散和最终水分利用效率。(3)大气气溶胶形成的干沉降会停留在叶片表面,减少光合有效辐射到达叶片的量,同时对作物叶片结构和功能产生直接影响。在总结国内外研究进展基础上,提出未来关于大气气溶胶增加对作物影响需要进一步明确大气气溶胶带来的作物生长环境改变对作物碳同化、积累和消耗的影响以及直接和散射辐射比例改变如何影响作物光合和蒸腾的相互关系,通过全面系统的研究大气气溶胶对作物产量形成的影响机制,提出有针对性的田间应对技术。     

作物干旱指标对西北半干旱区春小麦缺水特征的反映

针对作物水分胁迫较为严重的西北半干旱区,应用CI301-PS光合作用仪对春小麦开花到乳熟期间的生理特征和环境因子进行了近1个月的观测, 并研究分析了3种作物干旱指标叶水势、作物水分胁迫指数以及气孔导度随时间变化和对气象因子的响应.发现干旱胁迫增加时,叶片水分减少,作物水分胁迫指数增大,叶水势降低,气孔导度有所减小.因此,气孔下腔的CO2浓度降低,作物净光合速率有所减小,不利于半干旱区小麦生物量的累积;三者相比,叶水势是反应西北半干旱区作物干旱最敏感的指标;受半干旱区逆湿现象的影响,9:00或之后一段时间观测叶水势和气孔导度对小麦等作物缺水状况反映得更客观.     

间作牧草枣林蚧虫群落及其天敌功能团的组成与时空动态

2007年在太谷地区对间种牧草枣林蚧虫群落及其天敌功能团的组成与时空动态的研究结果表明:不同处理枣林蚧虫群落及其天敌功能团的组成、多样性与丰盛度时序动态、时空二位生态位的宽度与重叠以及关联度均有明显(P<0.05)的差异,枣林种草结合有害生物综合管理,不仅有利于天地功能团的保护合理用,而且对蚧虫的控制,改善枣林生态环境均具有促进作用,同时发现种草林的寄生性天敌功能团对枣树蚧虫的控制能力要比未种草枣林强.相关性测定表明,天敌群落学的研究可以用功能团来替代物种而进行,它既能反应各类群间的动态关系,又简化了调查分析工作.     

不同基因型玉米间作的群体质量

采用大田试验,研究了不同基因型玉米间作的群体质量特征.结果表明,HF9‖XD20间作,植株中部叶片平均叶龄延长,而对下部和上部叶片影响不大;ZD958‖LD981间作,ZD958植株下部叶片平均叶龄延长,而中、上部叶片则缩短,LD981植株下、中、上部叶片平均叶龄均有所延长.吐丝前,群体叶面积指数(LAI)单间作无明显差异,吐丝后,HF9和LD981的LAI分别大于和显著大于单作群体,而ZD958和XD20则分别小于和显著小于单作群体.紧凑型品种和半紧凑型品种间作增加了群体透光率,吐丝后10d,4个品种棒三叶叶色值(SPADR)均有所增加,并且除ZD958外,其余3个品种棒三叶净光合速率均有所增加,其中LD981增加显著.间作对吐丝以前的群体干物质积累量影响不大,吐丝后,半紧凑型品种(HF9和LD981)的干物质积累量增加,其中LD981增加显著,而紧凑型品种(XD20和ZD958)的干物质积累量减少,其中ZD958显著减少;间作还提高了收获指数,并且两种间作群体的土地当量比(LER)均大于1.结果提示,紧凑型与半紧凑型玉米品种的间作可以提高群体质量,延长叶片功能期,提高光合效率,增加籽粒产量.     

玉米和羽扇豆、鹰嘴豆间作对作物吸收积累Pb、Cd的影响

采用土壤盆栽试验研究玉米、羽扇豆和鹰嘴豆在不同分隔/间作方式下对Pb、Cd吸收积累的影响.试验结果表明,不同分隔/间作方式对玉米、羽扇豆和鹰嘴豆生物量变化有不同的影响.不同分隔/间作方式均显著影响玉米地下部对Pb的吸收,但是不同间作方式对玉米地上部Pb含量影响不大.塑料分隔以及玉米-鹰嘴豆间作可显著减少玉米地下部对Pb的吸收.在玉米单作中,塑料分隔和尼龙网分隔处理的玉米地下部Pb含量分别比不分隔处理时降低41.1%和33.3%.在不分隔处理时,玉米-鹰嘴豆间作的玉米地下部Pb含量仅分别为玉米单作和玉米-羽扇豆间作时的53.9%和63.8%.不同分隔方式对玉米地下部Cd含量影响较大,但是不管是间作还是分隔方式均对玉米地上部Cd含量影响不大.同时,还讨论了不同分隔/间作方式对羽扇豆和鹰嘴豆Pb、Cd含量的影响.作物根际土壤溶液Pb含量随着作物的生长而不断降低,但Cd含量却不断提高.不同分隔/间作方式对作物根际土壤溶液Pb、Cd含量也有一定影响.     

作物对黄土性土壤氧化亚氮排放的影响——根系与土壤氧化亚氮排放

以冬小麦田耕作层原状土为研究对象,采用了室内培养实验的方法,观测了小麦生长期不同阶段根系对土壤N2O排放的影响,及对土壤N2O排放的水、热效应的影响。结果表明,在实验的各个时期土壤N2O平均排放通量麦田均高于休耕地,在孕穗期麦田N2O排放通量出现最大值;而随根系质量和活性下降,生殖后期N2O排放量减少。小麦主根区与行间土壤N2O排放量存在差异,其主要表现在孕穗期,行间N2O排放通量是主根区的5.64倍,但开花期和成熟期差异表现并不明显。在小麦开花期和成熟期土壤N2O排放温度效应受作物根系的影响显著,而孕穗期不明显。小麦根系对水分效应影响主要集中表现在15～20cm的土层。同时,研究还发现种植小麦使土壤中N2O排放的主要区域扩大。     

填闲种植及其在黄土高原旱作农业区的可行性分析

在主要粮食作物系统休闲期间种植填闲作物可兼顾环境与经济效益。综述了填闲种植对农田土壤水分、养分和后续粮食作物生产力形成等生态过程的影响及其具有的固碳减排、减少淋溶、控制侵蚀等环境与经济效益,并在此基础上从土壤水分限制、养分提高和产量经济效益等角度探讨了填闲种植在黄土高原旱作农业区的可行性,指出今后应重点加强填闲种植系统的水肥生产力形成机制、关键环境效益的形成机理、填闲作物与管理措施选择、生态经济效益评价以及气候变化背景下的填闲种植系统综合效益评估等方面展开定位观测与模型模拟研究,为填闲种植在黄土高原旱作农业区的推广提供科学依据。