土壤含水量、种植模式和丁香酚对土壤微生物种群结构的影响

盆栽试验了田间持水量（45%、60%、75%）、种植模式和小麦根系分泌物丁香酚对小麦、蚕豆下土壤微生物种群结构的影响。结果表明：间作土壤中细菌、真菌和放线菌数量较单作加权平均有所减少，但间作化感促进作用和土壤微生物多样性均大于单作加权平均，且丁香酚对单作小麦和小麦间作蚕豆土壤微生物数量表现出明显的化感促进作用，在丁香酚处理下间作土壤中3种菌类数量较单作加权平均分别提高95.9%、8.8%和99.6%，但对单作蚕豆土壤微生物数量表现为化感抑制作用；随着供水水平的增加，单作小麦化感促进作用增强，单作蚕豆化感抑制作用减弱，间作化感促进作用在60%相对含水量以下随供水水平增加而增强，超过60%后随供水水平增加而减弱。丁香酚处理下间作土壤微生物多样性指数在小麦拔节期、灌浆期和成熟期比单作加权平均提高74.3%、96.1%和134.0%，且在单作小麦和间作群体下在60%相对含水量以下随供水水平增加而提高，超过60%后随供水水平增加而降低，单作蚕豆则随供水水平增加而持续降低。因此，利用间作和灌水水平的控制可充分挖掘根系分泌物对土壤微生物数量和多样性的化感促进作用。     

黑沙蒿(Artemisia ordosica)对羊柴(Hedysarum laeve)及柠条(Caragana intermedia)的化感作用

采用生物测定方法,研究了黑沙蒿(Artemisia ordosica)叶水浸液对生态相关种羊柴(Hedysarum laeve)与柠条(Caragana intermedia)种子萌发与幼苗生长的化感作用。结果表明:黑沙蒿叶水浸液可抑制羊柴种子萌发与幼苗生长,抑制作用随浓度的升高逐渐加强;幼苗形态指标对叶水浸液作用较为敏感,敏感程度为苗干重苗鲜重根鲜重根长苗高根干重;丙二醛含量综合化感效应指数值明显大于其他指标,相对电导率也表现出较敏感的抑制效应。黑沙蒿叶水浸液对柠条种子萌发存在低促高抑作用;对幼苗形态指标综合化感效应表现为促进,促进作用随浓度的升高逐渐减弱,根鲜重、根长与苗干重为较敏感指标;对生理指标化感综合效应表现为抑制,抑制作用随浓度升高而增强,相对电导率是最敏感的指标,丙二醛含量指标也较敏感。由此推断,对膜系统的伤害可能是黑沙蒿化感物质多种效应的生物起点。     

骆驼蓬(Peganum harmala)茎叶水浸液对黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子萌发与幼苗生长的化感作用

采用生物测定的方法研究了荒漠植物骆驼蓬(Peganum harmala)对受体植物黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子发芽与幼苗生长的化感作用。结果表明:(1)骆驼蓬茎叶水浸液对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长均有抑制作用,且随处理浓度的升高而增强;(2)苗干重和苗鲜重对水浸液作用表现最为敏感,其次为根鲜重和苗高,根长和根干重表现较不敏感;(3)丙二醛含量的综合化感效应指数(IR=34.22)明显大于其他指标,相对电导率也表现出较为敏感的抑制效应,而水浸液对受试植物可溶性蛋白含量的影响最小(IR=0.52)。由此推断,骆驼蓬茎叶水浸液中化感物质多种效应的生物起点可能是对膜系统的伤害。     

白刺根系的研究

白刺是荒漠、半荒漠地区建群植物种之一,是骆驼和绵羊、山羊较重要的饲草。根系研究表明,白刺根系入土较浅,侧根发达。根系分布与土壤水分、紧实度有密切的关系。平均冠幅为0.87m²的白刺单株,根系干重72.1g,体积233cm³,根系总长536.1m,根系表面积1.06m²,且都以0-40cm土层占的比例较大。     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

根系分隔对小麦玉米套作田土壤水分状况的影响

2009年3-10月通过田间试验研究了小麦玉米套作田塑料薄膜隔根（PW/C）、尼龙网隔根（NW/C）、不隔根（W/C）及单作玉米（C）和单作小麦（W）的土壤水分状况。结果表明：以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W/C、NW/C和PW/C处理分别显著提高经济产量33.60 %、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W/C处理较NW/C和PW/C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。小麦玉米共生期,土壤水分在套作群体组分间能够优化分配,根系分隔显著降低了作物群体产量及对土壤水分的利用效率。     

连作马铃薯根系分泌物鉴定及其对尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）的作用

为了揭示马铃薯连作化感物质与枯萎病之间的关系,通过水培和田间长期定位试验相结合方法,收集不同连作年限马铃薯根系分泌物,采用GC-TOF-MS进行分离鉴定。结果表明：在检测到的马铃薯根系分泌的48种物质中有机酸占30种。比较轮作、连作5年和连作10年马铃薯根系分泌物中有机酸的相对含量,发现苹果酸和棕榈酸的差异比较大。马铃薯连作条件下根系分泌物能显著增强尖孢镰孢菌（Fusariumoxysporum）的发育并加重枯萎病发生。通过外源添加法研究苹果酸和棕榈酸对尖孢镰孢菌的化感作用,苹果酸和棕榈酸浓度分别在0.10—0.50 mmol·L^-1和0.05—0.10 mmol·L^-1对尖孢镰孢菌生长起到显著的促进作用。盆栽试验表明,浓度0.05—0.50 mmol·L^-1苹果酸和棕榈酸对马铃薯枯萎病有显著的促进作用。这说明苹果酸和棕榈酸是马铃薯根系分泌的化感自毒物质,对尖孢镰孢菌生长起促进作用是连作马铃薯枯萎病发病主要原因。     

干旱区绿洲不同种植模式作物的耗水特征

研究了限量交替灌溉条件下小麦间作玉米的产量效应和水分利用效率(WUE),并采用微型蒸渗仪测定了小麦间作玉米的棵间蒸发量,分析了影响间作棵间蒸发量的主要因素。结果表明,在低、中、高3个灌水水平下,小麦间作玉米的土地当量比分别达到了1.25、1.22、1.28,WUE较单作小麦和单作玉米的加权平均分别提高了5.8%、7.2%、16.9%。间作的日棵间蒸发量较单作加权平均分别高10.75%、8.53%、4.41%,棵间蒸发量占蒸散量比重间作较单作高6.0%～11.7%,降低表土层的土壤含水量是降低间作棵间蒸发的可行措施之一。间作通过叶日积的增大提高了作物产量和WUE,但其全生育期较低的叶面积指数不利于无效蒸发的抑制。     

豆禾牧草间作根际土壤养分、酶活性及微生物群落特征

西北半干旱地区生态系统脆弱,土地养分流失严重,而过量施肥和连作会导致土壤性状恶化。为了满足当地饲草需求及改善土壤状况,本研究对紫花苜蓿和玉米进行连续间作,研究其对根际土壤养分、生物活性及稳定性的影响。结果表明:根际土壤pH在间作下较单作大幅降低。间作根际土壤有机质、有效磷和速效钾含量均显著大于玉米单作,根际土壤碱性磷酸酶活性显著大于紫花苜蓿单作,而过氧化氢酶活性则表现相反。间作土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著大于玉米单作。细菌/真菌数量在间作根际土壤中显著大于单作。间作根际土壤细菌、放线菌数量及细菌序列数显著大于玉米单作,拟杆菌门和疣微菌门相对丰度显著大于紫花苜蓿单作,土壤绿弯菌门和放线菌门相对丰度显著大于玉米单作。土壤酶活性和细菌数量均与pH呈极显著负相关,而与有机质、全氮、碱解氮含量极显著正相关;拟杆菌门与pH呈极显著负相关,与有机质、碱解氮及速效钾含量极显著正相关;酸杆菌门、疣微菌门与pH显著正相关,而与有机质、全氮、碱解氮及速效钾含量极显著负相关。紫花苜蓿/玉米间作可改善根际土壤碱性条件及微生物环境,同时改善玉米根际土壤养分。紫花苜蓿/玉米间作是防止西北半干旱区土壤退化、改善土壤稳定性的有效措施。     

施磷对蒙古莸(Caryopteris mongholica)形态和酸性磷酸酶活性的影响

采用土培法,设置不同的供磷水平(P0,0 mg·kg-1;P1,17.5 mg·kg-1;P2,35 mg·kg-1;P3,52.5 mg·kg-1;P4,70mg·kg-1),对蒙古莸(Caryopteris mongholica)地上部形态、根系形态、生物量、叶片和根系酸性磷酸酶活性的变化进行研究。结果表明:(1)株高、基径、茎粗、地径随供磷水平增加均呈现出先增大后减小的趋势,在P1水平下最大。(2)总根长、根体积、根表面积、根平均直径随供磷水平增加呈现出先增加后减小的趋势,其中在P1水平下总根长和根平均直径达到最大。(3)P0水平下根冠比最大,地上部干重和根系干重在P1水平下最大。(4)根系酸性磷酸酶活性随供磷水平增加呈现出逐渐下降的趋势,并且与根体积、总根长、根平均直径、根表面积均呈负相关;叶片酸性磷酸酶活性随供磷水平增加呈现出先降低后上升的趋势,并且与株高、地径、基径、茎粗、地上生物量均呈负相关。     

盐角草(Salicornia europaea)对NaCl处理的生理响应

用含有NaCl的Hoagland培养液处理盐角草(Salicornia europaea)11d。检测其鲜重,干重,离子含量,电导率,溶解性总固体(TDS)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)浓度。结果表明:随着NaCl浓度的增加,盐角草干重和鲜重呈现先上升后下降的趋势,相对电导率、TDS、SOD、POD、CAT及MDA均呈现先下降后上升的趋势,在NaCl溶液浓度为200mmol·L-1左右时,干重和鲜重的值达到最大,电导率、TDS、SOD、POD、CAT、MDA含量达到最小值;500mmol·L-1和800mmol·L-1时,SOD和CAT活性下降,电导率、TDS、POD、MDA含量则急剧上升。由此说明,一定浓度的NaCl溶液促进了盐角草的生长,200mmol·L-1左右是其生长的最适浓度,500mmol·L-1和800mmol·L-1高盐浓度会对盐角草的膜结构、酶系统等造成不同程度的损伤。盐角草主要将Na+、K+积累在地上部,且随着NaCl处理浓度的增大,Na+含量逐渐增加、K+含量逐渐降低,这可能是盐角草调节细胞内离子平衡对抗盐胁迫的一种适应策略。     

土壤氮、盐浓度对盐角草(Salicornia europaea)生长发育及氮素吸收的影响

以盐生植物盐角草(Salicornia europaea)为材料,以NaCl模拟不同盐度环境,盆栽试验了氮(0.3g·kg-1,N1;0.6g·kg-1,N2;1.2g·kg-1,N3;2.4g·kg-1,N4)、盐(2.5g·kg-1,S1;5.0g·kg-1,S2;7.5g·kg-1,S3)处理对其生长发育及氮素吸收利用的影响。结果表明:(1)不同盐度下施氮均可以显著促进盐角草的生长,地上部干质量均在N2处理下达到最大,而株高均在N1时达到最高,且施氮对盐角草生长的影响与盐度有关;(2)不同盐度环境下施氮所能达到的最高干物质产量及最高施氮限量不同,表现为S3S1S2,随着施氮量的增加,氮素生产力与氮素农学利用效率均表现出下降的趋势;(3)施氮显著增加了盐角草各器官含氮量及氮吸收量,同一施氮水平下盐角草各器官含氮量及氮吸收量均表现为同化枝茎根;(4)同一施氮水平下,随着盐度的增加,盐角草同化枝渗透势显著下降,同一盐度环境下,随着施氮量的增加,同化枝渗透势呈现出下降趋势,渗透调节能力增大;(5)3个盐度环境下,施氮均增加盐角草同化枝光合色素含量,从而提高光合效率,增强其对盐渍环境的适应能力。     

孑遗植物四合木(Tetraena mongolica)异地保护条件下的气候生物学特征与光合效率

为了廓清异地保护条件下孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)的气候生物学特征、光合生理生态适应性及生境适宜性,应用1971—2011年的地面气象资料进行了不同试验区的气候生物图解与分析,测定了四合木及其伴生种白刺(Nitraria tangutorum)的叶片气体交换参数及光合效率。结果表明:①四合木自然分布区(内蒙古乌海地区)与异地保护区的气候生物学特征存在明显分异;②当年种植的四合木实生苗的生长量大小依次为:乌海四合木核心区实生苗鄂尔多斯实生苗阿拉善实生苗;③自然条件下,5个处理的净光合速率(Pn)依次为阿拉善移植的四合木成株(24.05±1.68μmol·m-2·s-1)乌海客土栽培的四合木(19.97±1.05μmol·m-2·s-1)乌海栽培的四合木实生苗(18.96±1.04μmol·m-2·s-1)鄂尔多斯栽培的四合木实生苗(16.64±0.92μmol·m-2·s-1)阿拉善栽培的四合木实生苗(16.48±0.13μmol·m-2·s-1);异地保护试验区栽培的四合木实生苗的Pn没有明显差异(p≥0.05),即原生境条件下栽培的四合木实生苗的Pn较高。同时,异地保护栽培四合木实生苗中,鄂尔多斯栽培的四合木实生苗的Pn阿拉善栽培的四合木实生苗。从四合木光合作用特征中的Pn、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度、气候生物学特征和生长量等综合研究结果可以推断,从原生境区东移的实生苗迁地保护,使四合木具有更高的生理生态适宜性和环境适应性。     

灌溉和施氮对甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的影响

为了解水、氮供应水平对河西绿洲灌区甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的调控效应,研究了灌溉量(常规灌溉,320mm;节水20%,灌溉256mm;节水40%,灌溉192mm)和施氮量(0、100、200、300kg·hm-2)对甜叶菊光合特性和产量的影响。结果表明:与不施氮相比,施氮可显著提高甜叶菊不同生育期光合速率和产量,施氮处理间光合速率和产量差异均不显著;灌溉量从192mm增加到320mm,甜叶菊产量随灌溉量的增加先增加后降低。施氮100、200、300kg·hm-2下甜叶菊产量分别较不施氮增产6.00%、9.17%、9.76%,256mm灌溉量和300kg·hm-2施氮量为甜叶菊高产的最优组合,产量达到4 177.50kg·hm-2。     

生物肥部分替代化肥对甘蓝(Brassica oleracea)养分吸收、光合作用以及品质的影响

采用大田试验,研究了化肥减量20%~40%、配施生物肥对春茬甘蓝(Brassica oleracea)生长、养分吸收利用、光合作用以及品质的影响。结果表明:与当地施肥量(底肥:N 139.2kg·hm-2,P2O5255kg·hm-2,K2O 93.6kg·hm-2;追肥:N 208.8kg·hm-2)相比,化肥减量并配施生物肥使甘蓝生长前期、后期的茎粗变小;对甘蓝的叶片数、冠幅投影面积无显著影响;叶片的气孔导度、净光合速率均与对照无显著差异;促进了甘蓝叶球生长,叶球中硝酸盐和可溶性固形物含量降低,Vc含量增加;甘蓝叶球、叶片和根系氮含量降低,氮在叶球分配的比例提高,在叶片、根系分配的比例降低。化肥减量并配施生物肥提高了幼苗株高、增加了茎粗,气孔导度和净光合速率升高,降低了硝酸盐和可溶性固形物含量、叶球氮含量和根系的钾含量。     

干旱胁迫下钠复合肥对霸王(Zygophyllum xanthoxylum)根系生长的促进作用

霸王(Zygophyllum xanthoxylum)是荒漠区广为分布的一种多浆旱生植物。采用盆栽育苗的方法,初步评价了干旱胁迫下Na+对霸王根系生长的贡献,探讨了一种新型钠复合肥对霸王根系形态、生理学指标的影响。结果显示,钠复合肥能显著促进霸王根系的生长并提高其抗旱性:(1)正常浇水时,钠复合肥对霸王的促进作用主要体现在株高的增加和侧根的增长上,根系活力显著增强;(2)自然干旱15d后,钠复合肥使得霸王根系活跃吸收面积显著提高24%,促进主根的加粗和伸长以吸收更多的水分和矿质养分;(3)干旱胁迫下,钠复合肥处理使霸王根部Na+浓度保持较高水平,K+浓度下降42%。因此认为,干旱前钠复合肥显著促进了霸王侧根的生长和根系活力的提高,干旱后钠复合肥通过促进根系活跃吸收面积的扩大和主根的生长以提高霸王的抗旱性,其主要原因是根和叶中积累了较多的Na+、而非K+。     

灌溉量对2种灌木光合特性和水分利用效率的影响

采用野外试验,研究了灌溉量对新疆策勒绿洲木沙拐枣（Calligonum mongolicum）和花棒（Hedysarum scoparium）光合特性和水分利用效率的影响。结果表明：（1） 随着灌溉量的增加,沙拐枣和花棒的净光合速率均增加,但是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度没有明显增加;（2） 灌溉增加了沙拐枣的清晨水势和正午水势,并且只有灌溉和无灌溉处理的正午水势差异显著（p<0.05）;而灌溉只增加了花棒的清晨水势,并且只有充分灌溉和无灌溉的条件下差异显著（p<0.05）;（3） 在不同的灌溉条件下,沙拐枣和花棒的稳定碳同位素比率δ¹³C变化不大,沙拐枣在无灌溉、适度灌溉、充分灌溉下δ¹³C的平均值分别为-12.267、-12.147、-11.958,花棒的δ¹³C分别为-27.928、-28.068、-27.166;（4） 沙拐枣和花棒的水分利用效率均在无灌溉条件下明显高于灌溉条件下,而且一次性的灌溉不会改变其水分利用效率。     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系

为阐明祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林分布带对其土壤碳、氮含量的影响,以分布在祁连山东段和西段的典型青海云杉林为研究对象,通过野外取样和室内分析,论述了青海云杉林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系。结果表明:(1)祁连山东、西段土壤剖面有机碳含量均随土壤深度的增加而减小,但不同土层差异显著性不同,0~40cm含量分别为73.57±17.17g·kg-1和45.85±11.93g·kg-1;东、西段土壤剖面有机碳储量没有明显的变化规律,0~40cm有机碳储量分别为205.51±39.44t·hm-2和134.93±25.80t·hm-2。(2)祁连山东、西段土壤全氮含量随土层深度变化和不同土层差异显著性变化规律同土壤有机碳含量,0~40cm全氮含量分别为4.56±0.88g·kg-1和2.81±0.66g·kg-1;东、西段土壤全氮储量亦同土壤有机碳储量变化规律,0~40cm储量分别为12.77±2.08t·hm-2和8.38±1.56t·hm-2。(3)祁连山东、西段土壤剖面不同土层C/N比差异显著性变化规律相同,其C/N值分别为15.92±1.24和16.10±2.07;C/N比值大小主要取决于有机碳含量;线性分析表明,土壤有机碳与全氮含之间呈极显著的正相关关系,可用乘幂曲线模型Y=aXb较好地描述(p0.01)。上述研究结果可为祁连山水源涵养林建群种青海云杉林的经营和管理提供理论依据和数据支撑。     

种植于人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林的肉苁蓉(Cistanche deserticola)个体质量特征

为掌握人工种植条件下肉苁蓉(Cistanche deserticola)个体质量特征,在塔克拉玛干沙漠腹地咸水滴灌人工梭梭林内,采用统一的开沟、撒种接种方式,对不同林龄、不同深度接种肉苁蓉以及造林当年接种连年采收肉苁蓉的质量进行了调查和分析。结果表明:(1)所有样地出土肉苁蓉个体间质量差异大,分布离散程度高。(2)接种时林龄越大,出土肉苁蓉个体平均质量、质量品质较好的比率以及质量分布离散程度都越高;不同林龄间肉苁蓉个体质量有极显著差异。造林当年接种、连年出土肉苁蓉个体质量的特征与不同林龄的相似,但质量品质较好的比率相对较低。(3)在40~120cm深度,随种植深度增加,出土2年生以上肉苁蓉个体的数量以及质量品质较好的比率总体呈现增加趋势,并可以分为3个层面:40cm、50~80cm、100~120cm。其中40cm深度质量指标明显较低,其他深度间没有表现出明显的差异和规律,100~120cm深度的肉苁蓉个体相对细长、品相差。