极度干旱区不同灌水量下沙枣防护林根系分布特征

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长, 对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾闾绿洲--喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象, 设置了3 个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L), 分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后, 沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主), 越往下分枝能力越小, 沙枣根系生物量在0～60 cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后, 导致了根系总生物量随之增加, 但不会导致深层土壤根系持续增加, 因此, 即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层, 林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6), 生物量主要集中在表层;30 L处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多, 30 L滴灌量处理下, 5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下, φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度, 才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7 月)适当亏缺灌溉, 8月以后可增加灌水量或1～2 次灌水。     

乌兰布和沙漠白刺灌丛土壤水分及物理特性的研究

以乌兰布和沙漠流动沙地白刺灌丛土壤为研究对象,在灌丛阴面、阳面垂直方向挖取100cm深土壤剖面,对土壤水分及其土壤物理特性进行研究。结果表明,乌兰布和沙漠白刺灌丛阴阳面土壤水分具有季节性变化。6～9月阳面沙土含水量呈下降趋势（1．10％～0．72％）,而阴面呈上升趋势（1．05％～2．90％）。阳面各土层贮水量0～20cm为1．22～4．66mm、20～60cm为3．90～6．37mm、60～100cm为5．55～7．86mm,而阴面：0～20cm为4．38～4．96mm、20～60cm为16．30～17．08mm、60～100cm为11．44～17．07mm。阳面除表层外,其他各层土壤孔隙度、田间持水量、最大持水量均低于阴面,阳面各层的土壤容重除了表层其它层均高于阴面。     

不同含盐基质对膜下滴灌玉米根系生长及根区水盐含量的影响

针对干旱灌区水资源紧张、土壤次生盐渍化现象严重的现实,在相同灌溉定额下设计不同的盐分梯度,进行干旱灌区膜下滴灌对玉米根系生长及根区盐分运移的影响试验研究,其结果表明：当膜下滴灌灌水量为0.2776 m3\5m-2时,对土壤电导率在1.575 ds\5m-1以内的盐碱地均可进行玉米生产;膜下滴灌可有效抑制土壤盐分上移,在0—40 cm土层内盐分下移明显,QY1、QY2、QY3三个处理平均比对照含盐量减少7.0%、9.5%和23 %,在40—60 cm内盐分积累最高;膜下滴灌可使0—40 cm土层内形成淡化脱盐区,这有利于玉米根系的发育,54%~91%的玉米根系分布在此范围内;膜下滴灌比大水漫灌节水67%,且技术体系成熟,材料国产化,成本降低,完全可以在干旱灌区大面积推广应用。     

灌水量对土壤水肥分布与春小麦水分利用效率的影响

通过对春小麦不同灌水量土壤剖面水分和可溶性养分分布、农田实际蒸散量、作物水分利用效率及生物指标等的测定与计算,对沙坡头层次性土壤种植春小麦最适宜灌水量进行了研究。结果表明:(1)在春小麦拔节期及扬花期,以500 m³·hm^-2、750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2水量灌溉,土壤剖面30~100 cm深度土壤含水量随灌水量的增加而明显增加。(2)拔节期3个灌溉水平土壤剖面可溶性养分含量分布的峰值均出现在 0~20 cm土层,但其浓度的下移随灌水量的增加而降低;扬花期土壤剖面可溶性养分含量的峰值随灌水量的增加而下移。在灌水量为500 m³·hm^-2时可溶性养分浓度最高。(3)作物耗水量和农田实际蒸散量均随灌水量的增加而增加,春小麦的水分利用效率则随灌水量的增加而降低,与灌水量为500 m³·hm^-2相比,灌水量为750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2时籽粒水分利用率分别降低83.33%和147.50%。可见,在该土壤上种植春小麦的最适宜灌水量为500 m³·hm^-2,灌水量可保持在土壤田间持水量40%左右。     

兰州市南北两山水热条件对侧柏根系分布的影响

根系是植物与外界环境进行物质和能量交换的主要场所之一,其分布特征反映了植物对环境的利用程度和适应性。试验采用土钻法研究了兰州地区的主要造林树种——侧柏的根系分布特性。结果表明：不同立地条件对侧柏根系分布特征有显著影响。阴坡根系分布比阳坡深,根系生长量比阳坡大,灌溉区根系分布比无灌溉区深;在无灌溉条件下向阳立地的根系集中分布在20～30 cm土层,向阴立地的根系集中分布在10～30 cm土层;在灌溉条件下向阳立地的根系集中分布在10～40 cm土层,向阴立地的根系集中分布在20～50 cm土层;向阳立地根系生长以Φ<1 mm为主,占所有根量的61.5％。向阴立地根系生长主要以Φ≥3 mm为主,占所有根量的68.5％。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。     

干旱沙漠地区小麦田土壤水分变化的数值模拟

利用SWAP模拟程序模拟沙漠地区小麦土壤水势变化、水分利用的结果,无论是灌淤土,还是流动沙丘沙土,即使是在最低灌溉标准(土壤水分含量保持田间持水量的40%),小麦作物仍不受干旱威胁。由于每次灌溉水量偏大,以及土壤的高渗水特性,流动沙丘风沙土深层渗漏损失率高达60%~90%,而灌淤土也达30%~70%,这种损失随灌溉量增加而增加,这表明在这一地区将灌溉量降到目前的最低标准(6 490 m³·hm^-2)以下是值得考虑的。实验区土壤养分含量较低,且施肥改良土壤水肥保持能力的效果不能立即表现,在目前的施肥标准下,施肥量对土壤水势、以及水分利用率没有显著影响。流动沙丘沙土的灌溉量远高于灌淤土,但根系区土壤水势平均值、最低值均相对较高,特别是最低值是灌淤土的2~3倍。相比两种土壤,除在表土层、根系层土壤水势有明显差异之外,临界层以下土层并无显著差异。     

黄土丘陵区人工油松林地土壤水分动态的时间序列分析

利用时间序列分析方法研究了黄土丘陵区人工油松林地土壤水分序列和降水序列之间的关系。在黄土丘陵区，降水时间序列不存在自相关关系，相反土壤贮水量之间存在自相关关系；这说明了前期降水对后期降水没有影响，而前期土壤含水量的高低影响了后期含水量的多少。降水时间序列与人工油松林地0～80cm土层总贮水量序列之间存在相关关系，同时油松林地贮水量与降水时间序列相比表现出1个滞后时间距(1月)，说明贮水量主要受当月和前一个月降水的影响。对于上部三个层次(0～10cm，10-20cm，20～40cm)的贮水动态与降水时间序列相关；而20cm以下的土层，与一个滞后时间距的降水时间序列相关系数增大；说明20cm以上土层的贮水量主要受当月降水的影响，20cm以下土层贮水量与当月和前一个月的降水有关。当月降水可以补充到40cm深土层。     

土层厚度对紫色土坡地生产力的影响

通过紫色土坡地土层厚度的调查与不同土层厚度的小区对比试验,研究紫色土薄层坡地的生产力特性. 结果表明,约73%的紫色土坡耕地土层厚度为20-60 cm.土层厚度是紫色土生产力的基本限制条件.土层越薄, 作物株高、生物量和产量愈低,生产力愈低;土层越厚,生物量、产量愈高,生产力愈高,土层厚度的影响在玉米季尤 为突出,20 cm、40 cm小区夏玉米产量仅为60 cm小区的50%、74%,为80 cm小区的28%、40%,100 cm小区的23%、34%.当土壤厚度超过60 cm,小麦、玉米的株高、生物量及根重差异不显著,而土壤蓄水可抵御紫色丘陵区连续20 d的夏旱,因此,可初步判定60 cm土层为紫色土生产力临界土层.60cm以上厚度的紫色土可维持基本稳定的生产力水平.     

伊犁河流域林业生态建设基地淡灰钙土土壤特征研究

在伊犁河流域林业生态建设基地,随机挖土壤剖面11个,依照土壤发生层分层取样,同时观察其颜色、结构、干湿度、松紧度、孔隙大小及植物根系的分布等生态特征,以此来鉴别土壤质地、土壤发育状况,并测定土壤中的盐分和养分。分0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm共4层取样,测定土壤容重,并分别在灌水前及灌水后不同日期测定了土壤含水量。实验结果表明:在伊犁河流域林业生态建设基地淡灰钙土土壤剖面发育微弱;含盐量低;有机质含量平均只有0.80%,全N、全P含量较少,全K含量较高,速效N、速效P含量较低,速效K含量较高;0~10 cm和10~20 cm的土壤容重分别为1.35~1.62 g/cm3和1.36~1.50 g/cm3之间。灌水后土壤含水量普遍都有所提高,其中0~10 cm土层土壤含水量比灌水前增加了59.31%,10~20 cm、20~30cm和30~40 cm土层的土壤含水量分别比灌水前增加了37.74%、27.29%和6.36%。     

沙坡头地区农田灌溉和施肥对氮淋溶量影响的研究

对沙坡头农田不同土壤类型养分和水分供给下0~2 m土壤层淋溶液的分析结果表明:不同类型土壤氮淋溶量差异显著(P < 0.05);同一类型土壤随水肥供给强度的增加,氮淋溶有增加的趋势,特别是灌水次数、土壤水分含量处理和总灌溉量与氮淋溶量间有强正相关关系(P < 0.05);低灌溉水平,氮淋溶量与施肥间无显著相关关系,而高灌溉水平下施肥和灌溉均是主导因子;灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分所有施肥水平,氮淋溶量间差异不显著(P > 0.05);风沙土低水低肥(保持田间持水量20%土壤水分)处理与灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分处理所有施肥水平无显著差异(P > 0.05),而风沙土高水高肥处理与灌淤土所有水肥处理间差异均显著(P < 0.05),低水低肥将是风沙土最低的氮淋溶界限,在传统农业条件下对该类土壤进行改良是必要的。     

内陆绿洲灌溉农田SPAC系统土壤水分动态模拟研究

基于土壤水动力学原理,建立了内陆河流域山前农田绿洲SPAC系统土壤水分运移的子模型。应用该模型对土壤剖面含水率、农田棵间蒸发和叶面蒸腾量进行了模拟研究,并以实测值进行了验证。对相同种植与田间管理条件下的春小麦生长季田间土壤水分、土壤蒸发和叶面蒸腾量进行了预报,得到了较满意的结果。对模型主要参数土壤饱和导水率Ks、土表排水系数Wmax、净辐射Rn、风速Uz、饱和差D、作物叶面指数LAI进行了敏感性分析,得出这些参数对土壤水分运移的影响显著。应用该模型对西北干旱区内陆河流域山前绿洲灌溉农田的土壤水分均衡和作物根系吸水规律以及SPAC系统中土壤水分运移规律进行了模拟研究。     

沙漠腹地乔木状沙拐枣对灌水量的生理生态响应

对不同灌水量条件下塔克拉玛干沙漠腹地乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens Litv）的水分生理、生长和土壤水分进行了动态测定与分析。结果表明:①在35、24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下,土壤水分活跃层分别为:0～200、0～160 cm和0～100 cm。根系区土壤水分为3%～4%条件下,沙拐枣能正常生长,低于2.5%就会受到水分胁迫。②早晨和午后,沙拐枣的水势随着灌溉后时间的增加而降低,前期降幅较大。随着灌水量的减小,其水势降低较快,在14 kg·株-1·次-1处理下,灌溉3 d后早晨水势和午后水势分别达到-1.3 MPa和-2.19 MPa。③随着灌水量的减少沙拐枣的日耗水量急剧减小,液流速率也快速降低,灌溉后第15天,在24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下沙拐枣液流速率都为双峰型曲线,第25天3个处理都呈双峰型曲线。④不同灌水量下,沙拐枣的基径、新枝长度以及新枝直径的年增长量都随着灌水量的减少而减小,方差分析表明灌水量对新枝长度的影响非常显著(P=0.05)。     

Guilspare施用量对土壤蒸发和水盐垂直分布的影响

 塔里木沙漠公路防护林生态工程全长436 km,位于极端干旱的塔克拉玛干沙漠,造林树种以抗逆性较强的沙拐枣属（Calligonum L．）、柽柳属（Tamarix L．）、梭梭属（Haloxylon Bunge）等优良防风固沙灌木为主,防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题。为探求适合塔里木沙漠公路防护林的节水技术,利用微型蒸渗仪研究了塔克拉玛干沙漠腹地咸水灌溉条件下Guilspare（浓度1.5 % v/v）施用量对土壤蒸发和水盐垂直分布的影响。结果表明：（1）Guilspare对土壤蒸发有显著影响,其施用量与累积蒸发量间呈对数关系。当施用量小于4.0 L/m2时,土壤日蒸发量在试验初期均表现为对照组（CK）大于处理组,试验中后期却相反;当施用量大于4.0 L/m2时,日蒸发量始终小于CK。（2）Guilspare施用量为6.0 L/m2的抑制效率最大,与其他处理（除7.0 L/m2）间差异达到显著水平（p﹤0.05）。（3）施用Guilspare对土壤蒸发第一阶段的蒸发强度有明显的减弱作用,其减弱程度与施用量的大小有密切关系,当施用量为6.0 L/m2时,蒸发强度最弱。（4）相同初始含水量条件下,表层土壤含水量和土壤浸提液电导率（除7.0 L/m2）均随着施用量的增大而变小;其他土层（除10~14 cm）,两者均随着施用量的增大而变大。     

不同水肥处理的沙地玉米生长分析

在奈曼站农业观测场进行了5种水肥处理的玉米生长试验。结果表明,各处理的玉米株高快速生长期均从6月下旬始,至8月初达最高值。不施肥处理株高和茎粗生长在拔节后期落后于其他处理,早于其他处理停止生长。根量快速增长从6月底开始,至7月底结束,8月下旬根开始死亡,至9月20日,细根数量减少至峰值期的50%。高肥处理的根系增长率高于其他处理,其根密度值最大,不施追肥处理的最小。不浇水的处理在7月初雨季到来时根系开始快速增长。不施追肥的处理早于其他处理7d停止根系的增长。5种不同处理的根系生长动态趋势一致,均为单峰形。施肥量最大的处理(T₁)产量最高,不施肥的处理产量最低。玉米生长期多次灌溉并不能促进生长,相反使产量减少。     

沙地渗灌系统的自动监测与控制

通过沙地渗灌系统的应用实践以及与沟灌、漫灌进行的比较研究,着重介绍了其对水分实行自动监测与控制的功能;分析了其可向植物根群区直接供给水分和养分,减少水分蒸发,保持沙地良好水分状态的优越性。     

沙地春玉米叶片水势与土壤水肥关系的研究

通过鉴定二次回归旋转正交组合设计试验,获得沙地春玉米拔节期叶片水势(Y)与土壤相对含水量(X₁)和尿素施用量(X₂)之间的关系方程:Y=-1.35+0.06X₁-0.02X₂+0.05X₁X₂+0.05X₁²+0.09X₂²。玉米拔节期的叶片水势受土壤含水量的影响远大于受施肥量的影响;当土壤相对含水量为74%、尿素施用为59g·m^-2时,玉米拔节期的叶片水势最高。     

塔干沙漠南缘骆驼刺幼苗根系生长和分布对不同灌溉量的响应

为修复绿洲-荒漠过渡带上受损的骆驼刺群落,创造适宜幼苗正常生长的土壤水分条件,2009年3—10月,在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围研究了不同灌溉梯度对骆驼刺幼苗根系生物量积累、根系空间分布以及根冠比等的影响。结果表明,灌溉对骆驼刺幼苗根系生长和分布有显著影响,干旱胁迫（处理A）下幼苗扎根深度最大,但各月根系生物量积累却有限,根系干重较适度灌溉（处理B）下降了38.8%,尤其是细根（<2 mm）萎缩严重,只占总根重的18.1%;过度灌水（处理C）也导致了根系生物量和细根比重有不同程度的下降。各处理下,骆驼刺幼苗根系干重均随土壤深度的增加而逐层降低,大量根系集中在0~40 cm的表层,而且灌溉量越多,消根系数β越小,这种集中趋势越明显。随着幼苗的生长发育,骆驼刺幼苗根冠比逐渐增大,反映了骆驼刺将越来越多的资源投入到了地下部分,这符合荒漠区植被的生长特性。处理B下骆驼刺幼苗根系生物量积累最多,而且空间分布最大,表明适度灌溉有利于幼苗根系的正常生长和合理分布,对提高其潜在生产力具有积极意义。     

Effects of Poplar Plantations on the Physical and Chemical Properties of Soils: A Case Study in the North China Plain

In recent years, large areas of farmland in the North China Plain have been converted into short-rotation poplar plantations. To analyze the impacts of poplar plantations on soil, 22 soil samples were collected and assayed from the soil profiles of a corn field and a poplar plantation. The results showed that the average soil moisture content of the soil profile in the poplar field was 2.6 percent lower than that of the arable land. The maximum difference in soil moisture content was found in the upper 0-10 cm of topsoil. Soil organic matter and nitrogen, phosphorus and potassium in the cornfield were significantly higher than in the poplar field. Higher nutrient content in the corn field may result from higher fertilizer inputs and the practice of returning straw to the cropped field. The analysis also showed no significant increase in soil organic matter content in deeper soil layers of the poplar field, which means that the conditions are not favorable for the formation of soil organic matter, or that soil organic matter needs a longer time to develop. Elements such as magnesium, iron, manganese and copper in both the corn field and the poplar field had a tendency to accumulate with increasing soil depth. Magnesium, iron, manganese and copper in the 0-80 cm soil layer of the poplar field were higher than those of the cornfield, but the situation was reversed at depths greater than 80 cm. It is concluded that poplar trees consume a large amount of soil moisture and soil nutrients. Local governments should prevent the development of new plantations of fast-growing trees in farmland and help farmers to recover their farmland from forestry plantations.