Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
Not a member yet
7916 research outputs found
Sort by
黄土高原冬小麦产量差及其水氮利用效率分析
No full text黄土高原是中国主要的冬小麦产地之一，探究该地区实际产量、水分限制产量、氮素限制产量与潜在产量之间产量差的时空分布特征，有助于定量估计区域内冬小麦产量的可提升空间，揭示限制产量提高的主要因素，明确未来提升作物产量的重点区域和优化增产的关键措施。本研究在全球产量差评估系统中的GYGA-ED（Global Yield Gap Atlas Extrapolation Domain）法划分的气候区基础上，根据冬小麦生育期内需要的有效生长积温(GDD)、干旱指数（年平均降水量/年平均蒸腾量）、DEM和地形因素，在保持了县界完整性的前提下，将黄土高原冬小麦种植区划分为4个农业气候区（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ）。基于冬小麦种植区内32个气象站1961-2016年逐日气象资料、土壤数据、作物管理资料和各省市的统计年鉴，结合APSIM–Wheat模型模拟和ArcGIS空间分析功能，分析研究区冬小麦各级产量差的时空分布特征，解析引起产量差的主要限制因素并量化其限制程度。根据1961-2016年冬小麦生长季内逐年的降水量，将其划分为三种降水年型，明确了不同降水年型下的灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE）和氮肥农学效率（Agronomic efficiency of applied Nitrogen，AEN），并探讨了不同降水年型下黄土高原各区域冬小麦产量的提升空间。主要结果如下：
（1）1961-2016年黄土高原冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低，产量面积加权平均值分别为8868.62kgha-1和5415.61 kgha-1。55年来潜在产量、水分限制产量每年分别减少9.6 kg ha-1、21.17 kg ha-1yr-1，氮素限制产量则每年增加0.92kg ha-1。水分限制产量变异系数最大，为14.3%，该产量稳定性最差。各气候区中，Ⅰ区冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低。Ⅲ区潜在产量最低而氮素限制产量最高。Ⅱ区水分限制产量最高，而Ⅳ区水分限制产量最低。
（2）气候变化背景下，冬小麦生长季内的太阳辐射、降水量、最高温度分别是影响黄土高原冬小麦潜在产量、水分限制产量和氮素限制产量的主要因素，均为正效应（P<0.01），相关系数分别为0.64、0.83和0.63。
（3）黄土高原冬小麦实际产量的空间差异明显，整体呈西北高东南低的空间分布特征，全区平均产量为3382kg ha-1，以每年增加64.99 kg ha-1的幅度上升。提高Ⅰ区的化肥施入，Ⅱ和Ⅲ区的农业机械投入，Ⅳ区的灌溉量可以最大程度地增产。
（4）黄土高原冬小麦产量仍旧具有很大的提升空间，影响各气候区产量提高的主要限制因素不同。黄土高原冬小麦实际产量仅达到潜在产量的43%，提升空间较大。两者之间产量差的平均值为5046.58 kg ha-1，2005-2016年，以每年174.62 kg ha-1的幅度下降。水分限制产量占潜在产量的比例为73％，仍旧有一定的提升空间。两者之间产量差的平均值为2353 kg ha-1。55年来该产量差平均每年增加11.57 kg ha-1。由氮素限制引起的产量差平均为3430 kg ha-1。氮素限制产量占潜在产量的比例为61％，提升空间稍大。55年来该产量差呈缩小趋势，每年下降11.57 kg ha-1。氮肥对黄土高原冬小麦产量影响最大，水分其次，但是对各地区的影响程度不同，其中氮肥水平对Ⅰ区的影响最大，水分投入对Ⅳ区的影响最大。
（5）干旱年型黄土高原冬小麦IWUE最高，为52.31%。在该年型下通过补充灌溉，产量的可提升空间最高，为39.9%。各气候区中，增加Ⅰ区的灌溉投入，得到的收益回报更大。湿润年型黄土高原冬小麦AEN最高，为50.11%。该年型下施加氮肥产量提升空间最高，为40.3%。提高Ⅲ区的氮肥利用效率是缩减该区氮肥限制造成的产量差的关键。</p
Use of montmorillonite-enriched sandstone to remediate a sandy mined soil
No full textMan-made soils (technosols) could be a practical alternative when the availability of suitable natural topsoil is limited in surface mine areas for reclamation. Screening potential topsoils is a necessary step to determine the suitability of materials for revegetation. This study aimed to obtain insights into the growth of alfalfa (Medicago sativa L.) on homogeneous and layered initial soils prepared with local natural materials (sandy soil and montmorillonite-enriched sandstone), before screening the optimal topsoil for alfalfa growth. Ten technosols were assessed in a growth study over 5 months by using the biomass production and root system as performance indicators. The shoot and root biomass production were highest in the treatment with a 20 cm montmorilloniteenriched sandstone layer at a depth of 20–40 cm, where the biomass production rate was approximately twice that in sandy soil. The root distribution according to the depth was more even in a homogeneous mixture of sandy soil combined with montmorillonite-enriched sandstone and the treatment with a 20 cm montmorilloniteenriched sandstone layer at a depth of 20–40 cm compared with the other eight options, possibly due to the higher water-holding capacity of the montmorillonite-enriched sandstone. The optimal technosol was determined as a 20 cm montmorillonite-enriched sandstone layer at a depth of 20–40 cm in a sandy matrix. The results of this study using locally sourced components for preparing topsoil could facilitate the development of strategies for mine reclamation.</p
Effects of Vegetation Restoration on Soil Bacterial Communities, Enzyme Activities, and Nutrients of Reconstructed Soil in a Mining Area on the Loess Plateau, China
No full textSoil microbes are the main driving forces and influencing factors of biochemical reactions in the environment. Study of ecological recovery after mining activities has prompted wider recognition of the importance of microbial diversity to ecosystem recovery; however, the response of
soil bacterial communities to vegetation restoration types and soil biochemical properties remains poorly understood. The purpose of this research was to explore the soil bacterial communities and soil biochemical properties at four sampling sites (brushland (BL), forestland (FL), grassland (GL) and unreclaimed land (UL)) on the Loess Plateau, China, to evaluate the effect of vegetation restoration on the reconstructed soil in mining areas. In August 2017, samples were collected at the Heidaigou coal mine dumps. Illumina MiSeq sequencing was used to identify the structure of the soil bacterial community and evaluate its relationships with soil biochemical properties. The results
showed that soil biochemical properties (soil organic matter, available phosphorus, urease, sucrase, microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen) were significantly increased in BL, FL and GL relative to UL, indicating that the soil quality was significantly improved by vegetation restoration. In addition, the results showed that the vegetation restoration on the reconstructed soil in the mining area could significantly improve the operational taxonomic units (OTUs), abundance
(ACE and Chao1) and diversity (Shannon and Simpson) indices of bacterial community and the dominant phyla were Proteobacteria, Actinobacteria and Acidobacteria. With vegetation restoration,
the relative abundance of Proteobacteria and Acidobacteria showed an increasing trend, while that of Actinobacteria showed a decreasing trend, and the dominant phyla were only significantly correlated with a few biochemical properties. Moreover, there were no changes in soil bacterial community structures across the four sampling sites and the response of the bacterial community to biochemical properties was not obvious. This implies that, although the region has experienced about 20 years of
vegetation restoration, the microbial community still maintains good stability and lagging response to soil biochemical properties. Since the BL soil had better biochemical properties and higher bacterial richness and diversity, it was recommended as the optimum vegetation restoration type for soil reclamation in this area.</p
水蚀风蚀交错区典型植被叶面积指数动态变化及其对冠层截留量的影响
No full text叶面积指数（LAI）的自动准确测量可以为相关生态过程研究提供关键参数。本研究首先采用光学鱼眼相机（DHP）和LAI-2200测量了黄土高原北部典型植被柠条、沙柳、紫花苜蓿、长芒草、大豆和玉米不同生长时期冠层LAI，通过比较两者测量结果去验证光学鱼眼镜头的准确性。其次通过在玉米、大豆和柠条样地固定安装鱼眼摄像机定时拍摄冠层照片，并运用图像处理软件CAN-EYE分析获取LAI动态变化，同期使用LAI-2200、LI-3000A、DHP仪器以每周一次的频率测量LAI，对比校正摄像机数据。最后将鱼眼摄像机法测量LAI应用于灌木冠层截留影响机制的研究，以柠条和沙柳群落为研究对象，通过测量2017-2018年自然生长状态下两样地的降雨再分配模式，明确两种灌木截留量的主控因素。并通过人工控制沙柳样地LAI大小，对比相同气象因素条件下LAI对冠层截留量的影响。主要研究结果如下：
（1）DHP获取的多种植被类型的LAI与LAI-2200测量结果存在显著线性相关关系（R2=0.85，P＜0.05），均方根误差为0.256。拍照时的太阳辐射值直接影响专业软件处理照片时的关键参数，镜头朝下时，计算LAI的关键参数-绿色指数随着拍摄照片时太阳辐射强度的增加而增加；但是镜头朝上时，亮度参数随着太阳辐射值的增加而减少。通过关键参数的调整，玉米、大豆和柠条样地LAI变化与LAI-2200测量结果一致，很好地反映了这些植物生长期的LAI动态变化，鱼眼摄像机可以用于定位监测LAI动态变化。
（2）利用鱼眼摄像机可获取阔叶作物（玉米和大豆）和旱生灌木（柠条）的每日LAI，它在测量植被LAI的动态方面具有较大的潜力。本研究首次将玉米地生长后期拍摄的鱼眼照片中的衰老部分去掉，降低了光学仪器在测量玉米等阔叶作物生长后期时较大的不确定性（y=0.24x，RMSE=0.79），这与破坏法测量LAI值产生了较好的一致性（y=0.75x，RMSE=0.37）。朝下安装的鱼眼摄像机获取的LAI具有更好的代表性，适合于低矮植被，如大豆、苜蓿和长芒草等；而朝上安装的鱼眼摄像机由于处理照片时分类像素的不确定性较小，更适合较高的植被，如高杆作物（玉米）、灌木和乔木等。使用CAN-EYE软件处理柠条地朝上照片时，通过选择不同的分类像素，可估计木质部分面积指数（WAI）。鱼眼摄像机可以精确、廉价、简单和快速的测量冠层结构变量LAI和CI。应该对该方法进行进一步的评估，特别是对于密集的冠层。
（3）柠条林冠层截留量随降雨量增加而逐渐增加，稳定截留率约为15%。沙柳林冠层截留率相对较低，稳定截留率约为10%。沙柳样地LAI高水平（1.7）时，穿透雨最少，树干茎流居中，截留量最多；LAI中水平（1.3）时，穿透雨居中，树干茎流量最多，截留量最少；LAI低水平（1.0）时，穿透雨最多，树干茎流量最少，截留量居中。这表明沙柳截留量受树干茎流量的影响较大，LAI低水平时树干茎流量最少，进而推断叶片对茎流起积极作用，而相比LAI高水平，LAI中水平时树干茎流量更大，叶片似乎对茎流量又起消极作用。适宜的LAI可减少截留蒸发，增加树干茎流。</p
氮添加对油松幼苗不同器官非结构性碳水化合物含量及 δ13C 的影响
No full text 碳水化合物是植物光合作用的主要产物。非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC)是植物生长代谢过程中重要的能量供应物质，在植物的呼吸、生长和其它生理需求与光合作用不同步时提供碳的缓冲区。NSC 的变化不仅反映同化物储蓄和生长投资分配之间的动态平衡，而且进一步影响植物的生长和对环境变化的响应。全球氮（N）沉降对植物 NSC 含量的影响已成为该领域的研究热点，目的是揭示生态系统的碳平衡和物质循环对土壤有效 N 变化的响应机制，以此提出有参考价值的人工林培育和经营策略。本研究以一年生油松幼苗盆栽 N 添加实验为基础，设置 4 种氮添加水平(0、3、6、12 g N⋅m-2⋅a-1)，将植物器官分为叶片、枝干、不同径级(0-1mm、1-2mm、>2mm)根系 5 个器官，通过定期取样和脉冲标记等方法研究了氮添加对油松幼苗不同器官 NSC 及其组分（可溶性糖和淀粉）的含量、光合碳分配和碳水化合物中 δ13C 的影响过程和机制，主要结论如下：
（1）高浓度的氮素添加(12 g N⋅m-2⋅a-1)处理显著提高了苗高和生物量，在 N12 水平下幼苗苗高和生物量分别比未施氮处理增加 26.62%和 28.57%。随氮添加水平增加，根冠比降低，叶重比、地上生物量增加，说明土壤有效 N 含量增加后，油松对根部生物量的投资相对减少，氮添加有利于植物地上生物量的增加。幼苗苗高、生物量及分配格局的改变表明油松幼苗可以通过调节生物量在地上与根系、叶与茎之间的分配适应外界环境条件的变化。
（2）由于不同组织在植物生长中的主要作用和功能不同，1-2mm 根中可溶性糖、淀粉和 NSC 含量均显著高于叶片、枝干、0-1mm 根、>2mm 根，且在各组织中浓度大小均表现出 1-2mm 根>叶片>枝干、以及>2mm 根>枝干的大小关系；油松幼苗各器官中可溶性糖、淀粉和 NSC 含量存在明显的取样时间差异，后两次取样 NSC 及其组分含量明显降低，说明以上指标具有时间动态性；随着氮添加水平增加，油松幼苗中可溶性糖、淀粉、NSC 含量在不同器官间变化趋势存在差异，这说明油松幼苗不同器官对氮添加有不同的适应性，油松幼苗能通过改变 NSC 及其组分在各器官中的积累与分配来适应氮的增加，而改变的程度随氮素供应水平而不同。各器官中可溶性糖/淀粉的比值基本都小于 1，说明 NSC 主要以淀粉为主。随氮添加水平增加，土壤 pH 值呈现降低的趋势；并且随取样时间增加，油松幼苗中可溶性糖、淀粉、NSC 含量主要受土壤 pH 影响。总之，不同氮添加水平、取样时间对油松幼苗不同器官中 NSC 及其组分（可溶性糖和淀粉）含量的影响不同。
（3）13C 稳定同位素标记表明，随氮添加水平增加，各器官中13C 含量和碳水化合物中 δ13C 值均呈增加的趋势，说明短期 N 添加有利于植物同化13C，并提高油松各器官碳水化合物中13C 的分配。可溶性糖、淀粉、纤维素中 δ13C 值在不同施氮处理以及不同器官间均表现一定的差异，说明植物对碳的同化及在不同器官中的分配受植物自身生理特征和土壤有效 N 变化的影响。
总之，氮添加水平对油松幼苗中 NSC 及其组分的含量、碳在不同器官间的分配存在明显差异，说明全球 N 沉降可能对树木不同器官异速生长的影响不同，并因此对针叶林生态系统产生影响。</p
基于评价指标为潜变量背景下的纸坊沟流域水土保持 技术评估
No full text基于生态技术属性、应用、实施效果以及其特征表现为潜变量的现实，以潜变量为背景，构建了两种情境下的指标体系，在
纸坊沟流域对两种情境下的指标体系进行验证，两种情境下的评估结果与均现实相符。水土保持技术选择、应用过程以及技术
体系之间的互动关系直接涉及到的是潜变量，为了精确揭示水土保持技术的本质、明确纸坊沟流域水土保持技术应用过程及水
土保持技术体系，基于课题“生态技术评价方法、指标与评价模型开发”的相关研究成果以及 2018 年 5 月农户调研资料，构建了
包括技术成熟度、技术应用难度、技术相宜性、技术效益以及技术推广潜力在内的 5 个一级指标、技术完整性等在内的 14 个二
级指标的水土保持技术评价指标体系，并对各指标进行解释，得到评判标准。采取一二级指标相互印证的方法对安塞县纸坊沟
流域水土保持技术进行评估，结果表明: 纸坊沟流域 3 个阶段水土保持技术综合得分分别为: 0．5399( 0．5191) ，0．6724( 0．6628) ，
0．7866( 0．7748) ( 括号内为基于二级指标的测算结果) 。流域内水土保持技术及其应用综合效果不断提升，动因为: 水土保持技
术体系不断优化，水土保持技术选择与应用的要素的耦合度不断提升，并与农户理念趋近。</div
基于无人机可见光遥感的冬小麦株高估算
No full text株高是作物生长过程中重要的生长指标。为探索快速准确获取作物株高的方法，利用无人机可
见光图像采集系统，获取冬小麦拔节期至成熟期的高清数码图像，建立冬小麦拔节期、抽穗期、灌浆期及成熟
期的作物数字表面模型（ｄｉｇｉｔａｌｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌｓ，ＤＳＭ）及作物高度模型（ｃｒｏｐｈｅｉｇｈｔｍｏｄｅｌ，ＣＨＭ），并对模型
进行验证。结果表明，冬小麦株高各生育时期 ＣＨＭ 提取值与地面实测值极显著相关（Ｐ＜０．０１），误差为
－０．１０～０．０９ｍ，相对 误 差 为 １７．６４％ ～１９．６０％。株 高 预 测 值 与 实 测 值 拟 合 性 较 高 （Ｒ２ ＝０．８２，ＲＭＳＥ＝
４．３１ｃｍ）。这说明用无人机拍摄的高清数码影像可快速估算冬小麦的株高。</div
垄膜沟灌对旱区农田土壤盐分及硝态氮运移特征的影响
No full text引黄水量的执行性削减加剧了河套灌区农业水资源的紧缺程度及土壤次生盐渍化问题。采取 合 理
的节水灌溉模式对缓解河套灌区农业用水紧张、改良盐渍化土壤、营造适宜作物生长的土壤环境具有重要
意义。为明晰垄膜沟灌对河套灌区土壤盐分及硝态氮运移特征的影响及调控效果，通 过４次 田 间 沟 灌 试
验，对比研究了高水、中水、低水及高肥、低肥６个组合处理条件下土壤盐分以及土壤硝态氮的变化特征。
结果表明：垄膜沟灌条件下灌水量对土壤全盐量的影响高于施肥量，中水处理土壤全盐量始终维持在一个
适宜且稳定的水平。灌水量和施肥量对土壤硝态氮含量均有不同程度的影响，中、低水处理后期硝态氮的
淋溶显著低于高水处理。垄膜沟灌种植模式下中水低肥处理增加了土壤水分的有效性，抑制了土壤反盐，
减少了垄上硝态氮的淋溶，在节水节肥的基础上为作物的生长发育提供了一个适宜的土壤环境，利于生物
量的累积及最终产量的形成，在一定程度上解决了河套灌区引黄灌溉配额减少与漫灌洗盐方式严重浪费
水资源之间的矛盾，为当地垄膜沟灌技术的推广提供了一定的理论依据与技术支撑。</div