根际沉积及其在植物-土壤碳循环中的作用

植物根际沉积是一种重要的植物与土壤交换的界面过程,在土壤碳周转方面具有重要的作用;根际碳的沉积也是联系植物、土壤及微生物的桥梁.本文就近年来关于根际沉积中碳平衡、碳循环等相关研究,阐述了根际碳沉积的机制,探讨了相关试验中存在的问题,以及不同植物品种、种类和生育期根际沉积的差异和根际沉积物与土壤呼吸的关系,指出了根际沉积在植物 土壤体系中碳循环的重要作用.在此基础上,提出了未来的研究领域及方向.     

半干旱黄土丘陵区垄沟集雨对紫花苜蓿人工草地土壤水分和产草量的影响

研究了黄土丘陵区垄沟集雨技术对紫花苜蓿(Medicago sativa)人工草地生产力以及土壤水分的影响。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄上覆膜的处理水分利用效率分别比平作对照显著提高了13%和41%。垄和沟的宽度均为30 cm且垄上覆膜的处理4年的干草产量和平作对照无显著差异,而垄和沟的宽度均为60 cm,且垄上覆膜的处理干草产量比平作对照显著提高了41%,并且使紫花苜蓿草地产草高峰期提早了1~2年。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄面裸露的两个处理产草量比平作对照有不同程度的降低。紫花苜蓿草地生长的第三年,深度为150 cm左右的土层是降水补充和水分消耗的平衡点。所有处理在紫花苜蓿生长4年后,200~500 cm 深度的土壤水分已经接近萎蔫系数。     

黄土旱塬冬小麦返青期断根对根冠比、水分利用及产量的影响

采用适当的农艺措施来影响根系生长以提高作物水分利用效率是节水农业研究的一项重要内容。通过田间试验研究了旱作冬小麦‘长武135’(Triticum aestivum cv. Changwu135)返青期切断部分侧生根对根冠比、水分利用效率及产量的影响。与不断根处理相比,冬小麦切断部分侧根后,极显著地减少了表层的根量,花期时断根和不断根小麦在0~20 cm土层根量分别249.70和307.52 g·m^-2,100 cm以上总根量分别为305.53和368.73 g·m^-2。断根比不断根处理根呼吸速率下降了25.57%。断根也抑制了小麦的群体数量,断根和不断根处理单位面积的穗数分别为590.33和646.33 m^-2,但断根显著增加了千粒重,断根和不断根分别为45.99和41.47 g,收获指数也有一定提高。断根对籽粒产量没有显著影响,但断根后土壤含水量显著增加,水分消耗减少。以生物量计算的水分利用效率和以产量计算的水分利用效率分别提高了32.52%和29.98%。因此,在旱地农业中,通过返青期人工断根措施削减根系降低根系对同化产物的消耗和减少耗水量来达到提高冬小麦水分利用效率的方法,是可行的。但今后还需对断根措施作进一步研究,以期实现产量和水分利用效率的同步提高。     

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.     

黄土丘陵区人工沙棘林水土保持作用机理及效益

沙棘是我国半干旱地区用于水土保持造林的主要生态经济型树种,在“三北”地区生态环境建设中发挥重要作用.对野外试验资料分析表明,7～10龄沙棘林冠年平均截留率为85%,6～10龄沙棘林地枯落物层单次可截留089mm降水;沙棘林通过改善土壤理化性质,具有提高土壤入渗和抗冲性能作用,其中土壤中毛根数量是决定土壤抗冲能力的主要指标.沙棘林的水土保持作用随林龄变化明显,幼林(2～3龄)阶段的作用很小,降水特性是决定林地产流产沙量的主要因素;成林(4～5龄)阶段,产流产沙量受降水和林分生长的共同影响;成林后(6～12龄)阶段,降水特性的影响很小,林地产流产沙量维持相对稳定,年径流深与侵蚀模数分别为03～34mm、0～675t·km^-2.幼林至成林(2～5龄)阶段,径流含沙量急剧减少,成林后(6～12龄)阶段,径流含沙量趋于稳定,含沙量变化在0～509kg·m^-3.     

混播下柳枝稷叶绿素荧光参数及对水氮条件的响应特征

采用盆栽试验,按照白羊草(Bothriochloa ischaemum)与柳枝稷(Panicum virgatum)株数比设置5个混播比例(0∶8、2∶6、4∶4、6∶2、8∶0),在两种氮肥处理(不施氮和0.1g N·kg-1)下,测定分析柳枝稷叶绿素荧光参数对土壤水分短期自然干旱并复水[土壤含水量从80%FC(田间持水量为20%)逐渐降至20%FC后再复水至80%FC]的响应,以期揭示不同水氮及混播比例下柳枝稷与白羊草竞争关系的生理生态机制。结果显示:(1)随干旱胁迫加剧,柳枝稷最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和表观光合量子传递速率(ETR)逐渐下降,复水后第2天各指标均可恢复到对照水平;(2)两氮肥处理下,单播柳枝稷的ETR显著高于混播,施氮处理下单播的qP显著高于混播,但非光化学猝灭系数(NPQ)相反(P0.05),且柳枝稷比例越小各指标降幅越大,表明混播后柳枝稷PSⅡ反应中心活性下降,显示出其对混播竞争的适应;(3)施氮显著提高了柳枝稷的ΦPSⅡ(13.64%~23.53%)和qP(6.12%~11.11%),降低了NPQ值(9.76%~12.82%)(P0.05),表明施氮可提高其光能利用能力,增强其与白羊草的竞争力。研究认为,不同水氮条件下,柳枝稷表现出较强的混播竞争适应性,施氮会提高其对白羊草的生态竞争能力。     

黄土丘陵区不同种植行距下柳枝稷光合生理日变化研究

以引进禾草柳枝稷为材料,在半干旱黄土丘陵区人工梯田设置20cm(L20)、40cm(L40)和60cm(L60)3种种植行距,比较研究了其光合生理参数日变化、地上部分生物量及土壤水分剖面分布特征,探讨其光合生理和水分利用特征与种植行距的关系。结果表明:(1)不同行距下,柳枝稷叶片净光合速率(Pn)日变化均呈双峰曲线,第一峰值均出现在10:00,第二峰值L40出现在14:00,L20和L60出现在16:00,具有明显的光合"午休"现象,且均由非气孔因素限制引起;柳枝稷叶片Pn日均值大小依次为:L60>L40>L20,且两两间差异显著。(2)柳枝稷叶片水分利用效率(WUE)日变化与Pn相似,分别在10:00和14:00达到峰值,日均值大小依次为:L60>L40>L20。(3)不同行距下,土壤体积含水量均随土层深度增加呈先增加后减少再增加的趋势,除0～50cm土层外,其它各土层土壤储水量均存在较大差异,0～380cm土层总土壤储水量表现为:L20>L40>L60。(4)柳枝稷地上生物量大小依次为:L20>L60>L40。研究发现,20cm行距的柳枝稷个体虽光合速率较低,但群体生物量和土壤储水量较高,所以柳枝稷在黄土丘陵区梯田的较优行距为20cm。     

黄土丘陵区退耕草地群落优势种叶片光合生理对氮磷添加的响应

以黄土丘陵区退耕草地群落典型优势种白羊草、长芒草和达乌里胡枝子为研究对象，测定不同氮磷（主区N：0，50，100 kg N hm^-2 a^-1；副区P：0，40，80 kg P₂O₅ hm^-2 a^-1）添加处理下叶片光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、叶片氮磷含量、光合氮利用效率（PNUE）和光合磷利用效率（PPUE），探究不同优势种光合生理特征对外源氮磷添加的响应特征与物种差异。结果表明：单独氮添加下，3个优势种的净光合速率（P_n）、蒸腾速率、水分利用效率（WUE_i）、气孔限制值（Ls）和光系统Ⅱ（PSⅡ）活性高于或显著高于未施肥处理，白羊草和达乌里胡枝子的PNUE和PPUE以及长芒草的PPUE显著增加。单独磷添加下，仅达乌里胡枝子的P_n、WUE_i、Ls和PNUE相比未施肥处理显著增加。氮磷共同添加下，50 kg N hm^-2 a^-1处理下，施磷后达乌里胡枝子的P_n以及三个优势种的PNUE显著增加，白羊草的PPUE显著降低；100 kg N hm^-2 a^-1处理下，施磷后达乌里胡枝子的P_n和PNUE均显著增加，白羊草PPUE和长芒草的PNUE的仅在40 kg P₂O₅ hm^-2 a^-1处理下显著增加。3个优势种的P_n均与PSⅡ最大光化学效率和叶片氮含量呈显著正相关关系，长芒草和达乌里胡枝子的P_n与PSⅡ潜在活性和叶片磷含量呈显著正相关关系。总体表明，氮磷对黄土丘陵区退耕草地优势种光合生理具有一定的交互作用，物种属性和施肥水平影响其光合生理特征响应程度。     

黄土塬区3种豆科牧草对土壤水分的消耗利用研究

在田间完全旱作条件下采用3个密度和2种播种方式观察了3种多年生豆科牧草生长第2年对土壤水分的消耗利用情况。结果表明:苜蓿主要耗水深度在2~3 m,最深可达5 m,其中、高密度处理3 m以上土壤水分含量都在稳定田间持水量之下,已经开始形成土壤下伏干层;沙打旺耗水深度在0~2 m,最低含水量(11.61%)处于80~100 cm,在雨季可以恢复到稳定田间持水量之上;达乌里胡枝子主要耗水深度在1 m以上,最低含水量也在稳定田间持水量之上。单播沙打旺、苜蓿和达乌里胡枝子全生长期内对土壤水分的消耗分别为249.9、180.2和136.6 mm,水分利用效率分别是29.39、26.04和8.91 kg.mm-1.hm-2。混播、加大播种密度都会增加3种牧草土壤水分消耗,降低土壤储水量,提高干草产量和水分利用效率,但影响程度因牧草种类、播种方式以及不同的生长时段而异。     

EFFECTS OF ROOT PRUNING AT THE REGREENING STAGE ON DROUGHT TOLERANCE AND WATER USE EFFICIENCY OF WINTER WHEAT IN LATE GROWING STAGE

 通过盆栽试验研究了返青期根修剪对冬小麦(Triticum aestivum)后期耐旱性及水分利用效率的影响。在返青期设置了两个根修剪处理: 1)小剪根, 在植株一侧切去部分侧生根; 2)大剪根, 在主茎四周切去部分侧生根。不剪根者设为对照(CK)。研究结果显示, 两个根修剪处理均显著减少了小麦的根系, 但对根冠比没有显著影响。在花期, 两个根修剪处理的小麦旗叶的叶绿素荧光参数最大光化学效率(The maximum photochemical efficiency of PSⅡ, F_v/F_m)、 PSⅡ潜在活性 (PSⅡ potential activity, F_v/F_o)、实际光化学量子产量(Effective PSⅡ quantum yield, Φ_PSⅡ)、表观光合电子传递速率(Apparent rate of photosynthetic electron transport, ETR)、光化学淬灭系数( Coefficient of photochemical quenching, q_P)和非光化学淬灭系数(Coefficient of non-photochemical quenching, NPQ)值, 在停止供水7 d后, 均显著高于对照, 这表明根修剪小麦的耐旱性强于对照, 因此在干旱胁迫下有较高的光化学活性。小剪根处理在高水条件下对小麦产量无显著影响, 而在中度干旱条件下显著提高了小麦的产量, 因此, 小剪根处理显著提高了小麦的抗旱系数; 小剪根处理在高水分处理(土壤水分含量为田间持水量的85%)和中度干旱胁迫处理(土壤水分含量为田间持水量的55%)条件下, 均显著提高了小麦的水分利用效率。但大剪根处理由于严重影响了群体数量和产量, 水分利用效率和抗旱系数均没有提高。可见, 适当地减少根系有助于小麦的耐旱性和水分利用效率的提高。