露天煤矿排土场土层重构及接菌对植物根系提水作用试验研究

露天煤矿排土场土层重构对于生态重建具有重要意义,为研究接种深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)对不同重构土层模式下玉米根系水分的利用效应,采用土柱模拟培养试验,设置4种类型土层处理,每种土层类型下设置接菌及对照处理,共8组处理。结果表明:掺黄土20%处理下玉米根长密度最大,分别为掺黄土0%、10%和40%的3.2、2.4、2.8倍,水分胁迫后根系具有向下生长、吸取深层水分的能力;基于δ18O值的MixSIAR模型水源分析,掺黄土0%处理下玉米主要利用0~25 cm处的水分,水分利用效率达到80%;掺黄土10 %处理下玉米主要利用15~35 cm处的水分,水分利用效率达到64%;而掺黄土20%处理下玉米对0~25 cm处的水分利用效率仅为36%,对25~45 cm处水分利用率达到64%,说明掺黄土20%处理下玉米主要利用土壤深层水分。接种DSE提高了植物吸收更深层水的能力,掺黄土20%处理下水分利用深度向下增加了5 cm,掺黄土20%基质中接菌处理在干旱胁迫后植物根系提水量达到最大,生长期总提水量较不接菌处理提升了45%;在不接菌条件下掺黄土20%植物根系提水量是掺黄土0%的1.45倍,而在接菌条件下掺黄土20%植物根系提水量可达到掺黄土0%的1.72倍。综上认为,接种DSE及土层重构均对提升植物提水能力具有显著作用。此外,本研究结果对露天矿区排土场土层重构过程中土壤改良及植物的水分利用效率提供实验参考依据。      

水分胁迫下菌根真菌对滇柏(CupressusduclouxianaHichel)幼苗生长和养分吸收的影响

在正常水分、中度干旱、重度干旱3个水分条件下,设对照(A)、接种内生菌根真菌(B)、接种外生菌根真菌(C)、混合接种(D)四个处理,利用盆栽实验研究了菌根真菌对滇柏生物量和N、P含量以及根系形态的影响。结果表明:在正常水分条件下,菌根真菌对滇柏的响应主要表现在生物量上,对N、P含量的影响主要体现在根上,其中滇柏的B、C、D处理根系中氮含量分别比对照显著增加了65.4%、118.2%和117.7%,而根系中磷含量只有C和D处理比对照显著增加了40.4%和49.4%。对根系形态影响显著,其中D处理的根长和表面积和对照差异显著。在中度干旱条件下,以外生菌和混合菌接种对植物的N的响应差异显著,主要体现在叶上,其中C和D处理和对照呈显著性差异。以外生菌和混合菌接种对植物的P的响应差异显著,主要体现在根和叶上。从根系形态上,接种处理的影响呈现出一个总体趋势,混合>外生>内生>对照。重度干旱条件下,不论是外生菌或内生菌或混合对滇柏的影响都很小。可见,在极度缺水的条件下,菌根真菌的作用有限。总之,在一般干旱条件下,菌根真菌能够提高滇柏的抗旱能力。      

丛枝菌根真菌与沙棘对露天矿排土场的联合改良效应

我国东部草原露天矿区土壤瘠薄,草场退化严重,生态恢复难度大。针对露天矿排土场的特殊环境,研究丛枝菌根真菌与沙棘的共生状况以及菌根对沙棘根系发育的影响和对排土场土壤的改良效应。试验发现,接菌组(+M)沙棘的株高和冠幅比对照组处理(CK)分别提高了20%和21%,+M的根长和根体积分别为CK的1.46倍和1.97倍;+M中沙棘根际土中的易提取球囊霉素含量为3.22 mg/g,显著高于CK的2.16 mg/g;+M的磷酸酶活性是CK的1.76倍,速效磷含量也有相似变化规律。研究结果表明,利用微生物促进露天矿排土场的土壤改良及生态恢复具有较强的可行性,对矿区生态系统的恢复具有重要意义。      

河套灌区耕地-荒地-海子系统间不同类型水分运移转化

为了探明耕地-荒地-海子系统中不同类型水分的运移转化规律,在2018-2019年典型时期对系统内具有代表性的采样点进行水样采集,分析了不同时期内不同水体的δ¹⁸O变化特征,并利用二端元混合模型和土壤水动力学方法计算了不同类型水分转化贡献率。结果发现：①在灌溉期,82%的灌溉水储存于1 m土体中,18%的灌溉水通过渗漏补给了耕地地下水,渠系灌溉水通过地下侧向径流给耕地地下水贡献了76%。②灌溉水和降雨对耕地地下水平均贡献率为94%和6%;耕地地下水和降雨对荒地地下水的平均贡献率为71%和29%;荒地地下水和降雨对海子的平均贡献率为43%和57%。③渠系灌溉水通过侧向径流贡献给耕地地下水的水量基本全部迁移给了荒地地下水,地下水迁移转化是由渠系水侧向径流触发的。④灌后5 d,耕荒地交界土层0~40 cm存在饱和-非饱和侧向补给;灌后15 d和30 d,耕地和耕荒地交界处的地下水向根区40~60 cm、土层80 cm以及100 cm补给水分;灌后30 d,耕地中的灌溉水水分消失。⑤在非灌溉期,荒地地下水和海子耗水较多,应给海子补给水分。     

河套灌区耕地-荒地-海子系统间不同类型水分运移转化

为了探明耕地-荒地-海子系统中不同类型水分的运移转化规律,在2018-2019年典型时期对系统内具有代表性的采样点进行水样采集,分析了不同时期内不同水体的δ18O变化特征,并利用二端元混合模型和土壤水动力学方法计算了不同类型水分转化贡献率。结果发现:①在灌溉期,82%的灌溉水储存于1 m土体中,18%的灌溉水通过渗漏补给了耕地地下水,渠系灌溉水通过地下侧向径流给耕地地下水贡献了76%。②灌溉水和降雨对耕地地下水平均贡献率为94%和6%;耕地地下水和降雨对荒地地下水的平均贡献率为71%和29%;荒地地下水和降雨对海子的平均贡献率为43%和57%。③渠系灌溉水通过侧向径流贡献给耕地地下水的水量基本全部迁移给了荒地地下水,地下水迁移转化是由渠系水侧向径流触发的。④灌后5 d,耕荒地交界土层0~40 cm存在饱和-非饱和侧向补给;灌后15 d和30 d,耕地和耕荒地交界处的地下水向根区40~60 cm、土层80 cm以及100 cm补给水分;灌后30 d,耕地中的灌溉水水分消失。⑤在非灌溉期,荒地地下水和海子耗水较多,应给海子补给水分。     

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

黑河下游河岸林植物水分来源初步研究

通过分析黑河下游极端干旱区荒漠河岸林植物木质部水及其不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用"同位素质量守恒多元"分析方法初步研究了不同潜在水源对河岸林植物的贡献.结果表明:在黑河下游荒漠河岸林生态系统,在河水转化为地下水和土壤水及水分在土壤剖面再分配的过程中均存在强烈的同位素分馏.对植物水δ18O而言,胡杨、柽柳和苦豆子的δ18O分别为-6.43‰、-6.28‰～和-6.61‰,较苦苣菜(-5.14‰)和蒲公英(-5·52‰)明显偏负.柱状频率图显示胡杨最多能利用93%的地下水,柽柳最多利用90%的地下水.而苦豆子97%水分来源于80 cm土层范围内的土壤水.除0～20 cm土层内的土壤水外,苦苣菜和蒲公英可能还有其他潜在水源.即在黑河下游天然河岸林乔木和灌木较多地利用地下水,而草本植物仍然以地表水为主.     

疏勒河中下游胡杨林土壤水盐空间变化与影响

基于河西走廊疏勒河中下游绿洲天然胡杨林下8个采样点720个土壤样品和6.8524 hm2的7个样方,应用统计学及相邻格子法等研究了胡杨林土壤水盐的空间变化特征及其影响。结果表明:研究区土壤含水量随深度而增加,土壤全盐量变化与之相反,两者在80 cm土层之上变化剧烈,之下变化平缓;土壤水盐含量变异差异明显,均属于中强度变异。各层土壤水盐含量存在着自中游向下游水分减少、盐分增加、表层聚盐加重的显著空间分布规律。研究区胡杨林生长受到土壤水盐胁迫,种群结构残缺;下游胡杨林分偏老,稀疏矮小,已明显衰退。长此下去,下游胡杨林将因快速衰退演替而全部死亡。     

冻融季节苏打盐渍土的水盐变化规律

通过野外定位观测和室内分析,探讨了冻融季节的微域尺度(32 m长的横剖面)苏打盐渍土的水分和盐分的变化规律.结果表明:冻结期大量地下水迁移并储存在盐化草甸土的冻层中,同时地下水位埋深迅速从1.2 m下降到2.5 m以下;苏打盐化草甸土冻结层的含水率明显增加,其中30~40 cm土层的含水率变化最明显(从冻结前的20%增加到50%).苏打碱土冻层的含水率增量不明显,但盐分显著增加,其中白盖苏打碱土表层的盐分增量幅度达80%.盐分变化主要表现为苏打盐渍土表层HCO₃-、CO₃2-、SO₄2-以及Na+的增加,大量盐分表聚使消融期土壤的盐渍化程度不断加重.     

基于氢氧稳定同位素识别干旱区棉花水分利用来源

棉花是我国西北内陆干旱地区主要的农作物,研究干旱区棉花的水分利用来源对合理制定灌溉制度、实现农业节水灌溉和保证作物稳产高产具有重要意义.在新疆生产建设兵团炮台土壤改良试验站,基于水文监测和氢氧稳定同位素方法分析膜下滴灌棉田土壤水中氢氧同位素的动态变化特征,确定棉花不同生育期及灌溉后的水分利用来源,并应用多水源混合模型(IsoSource模型)定量计算了棉花对不同深度土壤水的利用率.研究结果表明:棉花在蕾期、花期、铃期和吐絮期主要的水分利用来源及利用率分别为0~30 cm(78.2%)、30~60 cm(31.9%)、60~110 cm(32%)、110~220 cm(47.3%),整个生育期内水分利用来源存在由浅变深的规律.膜下滴灌后,棉花调整其水分利用来源,显著增加了0~30 cm浅层土壤水的利用率.综合试验结果表明低额高频的灌溉制度可以提高棉花对灌溉水的利用率.      

水文山流域土壤水δ~(18)O空间分布异质性研究

流域非饱和带和土壤层的空间异质性是构成水文过程非线性的主要根源,也是水文实验研究中的薄弱环节,特别是其空间分布,传统研究集中于等值线类型的定性描述。研究通过实验流域土壤水δ~(18)O这一非饱和带的主要空间变量,结合传统统计和地统计方法分析不同深度土层δ~(18)O的变化机制和分布空间的分布变异情况,为地统计学方法对水文参数空间变异定量的应用提供数据基础。研究结果显示:15 cm土层土壤水δ~(18)O半方差函数空间模型从纯金模型到高斯和指数模型,再回到纯块金模型,变化剧烈。通过蒸发分馏估算其蒸发强度,得到45cm土层最强(11%),且有关离散性质的极差、标准差和偏度差绝对值也都以45cm土层为最大。说明了在这非饱和带过程中,起关键作用的不是所想象的表面土层,而是中部土层,在水文山实验流域则是地面下的45cm土层;45cm土层的δ~(18)O符合高斯模型和指数模型,且高斯模型中块金与基台值之比C_0/(C_0+C_1)接近于零,说明在下渗、蒸发、迁移以及和土壤中原有δ~(18)O融合后,形成更强的空间自相关性。80cm深度参与"混合"机制的是46d前降雨的"老水",其δ~(18)O的空间自相关性变化则呈现明显滞后性,48 h后才呈现出空间的相关性。可见,经典统计学点参数变量和地统计学区域化变量方法在流域水文参数空间定量方面的有效性,同时在流域水文机制方面出现有意外的、特别是与传统概念相悖的现象。     

浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究

西北干旱、半干旱地区,浅层包气带水分通量主要由水汽组成,而水汽在运移过程中产生的能量转换和质量迁移是地表质能平衡计算不可缺少的重要源汇项。在野外进行一个沙坑实验,发现土壤水在中午(12:00—15:00)达到最大值(10cm深度,5.9~6.1cm3/cm3;30cm深度,11.9~13.1cm3/cm3),而在凌晨(02:00—05:00)出现最小值(10cm深度,4.4~4.5cm3/cm3;30cm深度,10.4~10.8cm3/cm3)。为进一步验证该实验条件下的土壤水运移及分布规律,考虑了土壤水、汽、热耦合运移的HYDRUS-1D模型被用来对实验过程进行模拟,模拟结果与实测结果吻合较好。为描述土壤水分昼夜运移模式,笔者将土壤水耦合运移的时间信息和空间信息进行同步分析;并根据土壤水运移的不同驱动力,分别对温度梯度、基质势梯度作用下的液态水及汽态水通量进行了分析。     

青藏高原多年冻土区高寒草地生物量与环境因子关系的初步分析

以青藏高原多年冻土区3种高寒草地植被为研究对象,设置6个样地,并结合附近活动层观测场环境因子数据,定量分析生物量与环境因子的关系.结果表明,各高寒草地地下生物量对总生物量的贡献率最大,而地下生物量在0～10cm集中分布;对于总生物量和地下生物量,各因子影响程度大小次序为:土壤盐分土壤含水量空气温度,而对地上生物量,依次为土壤含水量土壤盐分空气温度;土壤温度同生物量存在负相关关系.同时,伴随多年冻土退化,活动层表层不同深度(10～50cm)土壤温度明显升高,含水量逐渐降低,土壤盐分不断增加,从而使高寒草地植被类型出现由高寒沼泽草甸、高寒草甸至高寒草原的逆向演替过程,群落总盖度及生物量均表现出明显降低的趋势.     

敦煌西湖荒漠-湿地生态系统植被与土壤水分空间异质性研究

基于敦煌西湖荒漠-湿地生态系统植被与土壤特性调查, 采用地统计学方法, 研究了敦煌西湖荒漠-湿地生态系统的土壤水分和植被的空间变异特征. 结果表明: 研究区植被盖度、高度和多度的平均值分别为36.14%、80.42 cm和0.66株·m², 变异系数依次为117.52%、124.63%和36.50%, 植被盖度和高度均为高度变异, 植被多度为中等变异; 0~200 cm土层各层土壤湿度平均值为14.873%, 介于6.681%~ 23.004%, 变异系数介于39.28%~88.65%. 200 cm土层水分贮量平均值为163.598 mm, 变异系数为36.51%, 0~200 cm土层各层土壤湿度和2 m土层水分贮量均为中等变异. 植被特征与土壤特性各要素的基台值(C₀+C)介于0.112~0.549, 结构比介于76.6%~97.6%, 各变量具有较强的空间自相关性. 研究区植被型组由盐池湾向南呈沼泽→盐沼→草甸→阔叶林→荒漠演变过程, 植被特征与土壤特性在样带空间分布上具有明显的规律性, 且存在较强的空间自相关性和格局.     

膜下滴灌棉花根系发育特征及其与土壤水盐分布的关系

为探讨膜下滴灌条件下水分和盐分对棉花根系空间发育的影响,在花铃期选择相同灌溉制度、咸淡水灌溉的两个膜下滴灌处理田块采集距滴灌带不同距离、不同深度上的根系样品144 件。用1 mm 土筛和手拣将棉花根系从土壤中筛分出来,去除死根,冲洗干净后用扫描仪扫描成tif 格式图像,再用DT-SCAN 软件计算根长密度。对比分析发现膜下滴灌及盐胁迫条件下,咸水灌溉的根系分布范围较大,其总根长密度比淡水大31.69 mm/cm3,根系生长深度也远大于淡水灌溉。咸水灌溉根系分布主要受盐分胁迫,淡水灌溉根系分布主要受水分胁迫。水平方向上距滴头40 cm以远,水分胁迫对根系发育起主导作用。土壤体积含水率在20% 以上、电导率在2 000 μs/cm 以下时可以满足根系的正常生长发育。     

荒漠绿洲区人工梭梭林土壤水分空间异质性的定量研究

利用12×12m²样地中1×1m²、0～100cm剖面的土壤水分调查数据,采用地统计学原理与方法,研究了人工梭梭林(Haloxylon ammodendron)在栽植20a后的土壤水分格局的空间异质性程度、异质性组成、尺度以及与梭梭生长的关系.结果表明:人工梭梭林土壤水分空间异质性的96%～88%是由空间自相关因素引起的,随机因素起的作用较小.除60～80cm土层土壤水分的块金值与基台值比值较高(C₀/(C₀+C)=0.5),其它各层都较小(0.04～0.12),变程为1.57～2.97m.在较小(<2m)和较大(>8m)的尺度上,土壤水分的空间相关性较强.沿垂直剖面土壤含水量差异显著,10～20cm土层含水量最高(2.82%),其它各层较小(1.30%～1.67%).     

吉林西部盐碱水田区冻融期土壤水盐运移特征及酶活性变化

为研究冻融作用下水田0~50cm土层水、盐、pH、脲酶活性变化规律及其相关关系,采集吉林西部盐碱土区大安市水田土壤,选取冻结12h、融化12h为一个循环,开展室内模拟试验,模拟昼夜反复冻融条件下土壤水盐运移和酶活性的动态变化,分别用质量法、残渣烘干法、电位法、靛酚蓝比色法测定各层土壤含水率、含盐量、pH和脲酶活性,分析其在不同冻融条件下的变化规律和相关性。研究表明,土壤深度是影响含水率、含盐量、pH、脲酶活性的主要因素之一:20~50cm土层的水分和盐分不断向上层运移,使表层含盐量和pH升高,且水、盐之间具有显著的相关性,说明水分运移在一定程度上决定了盐分的运移;除10~20cm土层脲酶活性略有升高外,其他各层脲酶活性出现不同程度的降低。冻融过程中含水率、含盐量、pH均与脲酶活性呈现显著的相关性,脲酶活性是冻融次数、温度、含盐量、pH、有机质等多种因素共同作用的结果。因此,冻融作用在引起或加重水田表层土壤盐碱化方面起到至关重要的作用,冻融作用降低了土壤脲酶的活性,进而会影响土壤的肥力。     

沧州市土壤湿度变化特征分析

利用沧州市19处土壤墒情监测站的2003～2010年的监测资料,分析了沧州市土壤质地和水分物理常数分布特征,以及土壤相对湿度的时空分布特点及其受降水量、蒸发量的影响规律。结果表明:沧州市土壤质地多为壤土,有少数砂土和粘土,部分区域土层深度不同,土质不一样;土壤凋萎系数6%～7%之间;土壤田间持水率在26%～30%之间;土壤容重1.35～1.55 g/cm2之间;土壤相对温度随土层增大而增大;土壤相对温度汛初最小,汛末最大;降水量多,蒸发量小年份土壤相对湿度大,反之则相对湿度小。     

云南岩溶断陷盆地植被演替土壤碳氮磷化学计量学特征

岩溶断陷盆地生态环境脆弱,石漠化严重,植被恢复是该地区生态重建、水土保持的有效措施。文章采用空间换时间的方法,以云南省泸西县岩溶断陷盆地5种不同演替阶段（玉米地、人工林、草地、灌木林、原始林）不同土层（0～10、10～20 cm）的土壤为研究对象,对比分析不同植被类型和不同深度条件下土壤C（碳）、N（氮）、P（磷）含量及化学计量比差异,旨在探明研究区土壤养分垂向分布及化学计量学特征,为该地区植被恢复管理及土地合理利用提供科学依据。结果表明：不同演替阶段、不同土壤深度土壤养分含量存在较大差异;随着演替年限的增长,土壤SOC（土壤有机碳）、TN（总氮）含量总体呈增长趋势且主要表现在0～10 cm深度土层上,而TP（总磷）含量存在波动,未表现出明显变化规律;各演替阶段0～10 cm土层的SOC、TN含量数值上均要高于10～20 cm土层,除原始林地以外,其余演替阶段不同土层间TP含量没有显著差异;在0～10 cm土层上,C/N、C/P、N/P均与土壤SOC含量呈显著正相关,C/P、N/P与土壤TN含量呈显著正相关,土壤TP含量与C/N、C/P和N/P无显著相关性;植被类型和土壤深度显著影响研...     

确定含水层渗透系数的冲击试验方法

运用Hvorslevr冲击试验方法测定CIRP试验场地下研究设施(URF)试验含水层的渗透系数。由于含水层厚度小、富水性差,正在进行核素迁移试验,以及操作空间有限,因此不能进行抽水或注水试验,同时考虑到试验范围较小,故采取冲击试验求含水层的渗透系数。含水层介质为亚粘土,隔水底板距URF底板面约6m。试验的冲击量小,可以忽略URF内南部含水层对试验结果的影响。试验钻孔的孔径和井管内径相近,减小了钻孔结构对试验结果的影响。试验结果(472×10-4、658×10-4cm/s)与采用自URF内试验含水层的未扰动土柱所作的室内渗透试验结果(41×10-4～82×10-4cm/s)在同一数量级。