东北作为我国重要农产品基地,其黑土有机质含量可达普通土壤的十倍.近年来由于过度的开发与利用,导致黑土质量下降,因此研究农田防护林对土壤质量的改善具有战略意义.为探讨农田防护林对黑土质量的改善效果,以不同林龄(Y1:林龄是1 a的小黑杨;Y5:林龄是5 a的小黑杨;Y6:林龄是6 a的小黑杨;Y8:林龄是8 a的小黑杨)小黑杨林下土壤为研究对象,通过测定小黑杨防护林样地的土壤理化性质,分析不同林龄小黑杨林下土壤理化性质的差异,并通过最小数据集方法对林下土壤质量进行评价.结果显示:(1)不同林龄土壤质地为:Y1:砂质土壤;Y5:壤土;Y6:粉砂质土壤;Y8:粉砂质土壤.(2)土壤透气保水性随林龄增长向良性方向演化,表层土壤容重由1.33 g/cm3减小到1.17 g/cm3,不同土层间差异不显著,且土壤物理指标与树木生长量及其他土壤因子具有较强的相关性.(3)土壤pH随林龄减小,随土层呈波动性变化,范围在6.19-6.58之间.土壤养分随林龄呈波动性变化,垂直变化差异显著,除速效钾外均富集在表层,各土壤养分元素之间相关性较弱.(4)土壤微量元素有效态含量在不同林龄及土层均差异显著,且各元素之间相关性较强.(5)基于最小数据集的构建发现,影响不同林龄小黑杨土壤质量的最小数据集指标包括全氮、全钾、饱和持水量、速效磷、钙、锰,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现小黑杨林下土壤质量有效信息.(6)小黑杨不同林龄土壤质量指数介于0.358-0.667,土壤质量综合得分排名为Y8＞Y6＞Y5＞Y1.基于以上发现,小黑杨作为农田防护林对黑土区土壤质量改善效果明显,土壤保水透气性显著提升,土壤化学养分及微量元素含量部分提高,且不同林龄小黑杨对养分的循环利用效果差异显著.为实现黑土资源的合理利用,本研究建议随防护林林龄增加,更改林下套种作物以提高土壤质量及作物产量,为幼龄防护林对黑土区耕地的可持续利用提供科学依据.

防护林是干旱沙区绿洲的生态屏障,能够有效防治风沙灾害.单木作为构成防护林的基础单元,其结构特征是影响防护效益的关键因素.本研究以乌兰布和沙漠绿洲无叶期典型树种新疆杨、箭杆杨、小美旱杨为研究对象,借助地面激光雷达,通过计算机数值模拟,在建立单木真实三维模型的基础上,充分探究单木结构及其周围空气动力学特征,并建立单木结构参数与风场指标间的关系.结果表明:结合AdQSM与MeshLab构建树木模型的方法精度高.单木周围风场大致分为6个区域,包括植株迎风面的衰减区、植株顶端的加速区、植株背风面的涡旋区、平静区、过渡区、恢复区.单木周围压力场呈现迎风面压力大、背风面压力小的梯度变化.水平方向上,在相对风速降低20％-50％的范围内,新疆杨、箭杆杨、小美旱杨的有效防护距离分别为0.21H-1.51H、0.20H-0.91H、0.25H-1.64H(H为对应树高),对应的有效防护面积分别为18-294、15～227、18～261 m2.垂直方向上,新疆杨和小美旱杨在0.3H高度处的风速衰减率最大,箭杆杨则体现在0.5H高度.综合单木结构参数与风场指标相关性和逐步回归分析,明确透光疏透度和体积孔隙度对防护效应的影响占主导地位.风场指标中,基于胸径、树木表面积、透光疏透度建立的透风系数回归模型最优;各等级有效防护距离和有效防护面积中,筛选的回归变量不尽相同.

切根贴膜简单易行,是减轻林带胁地效应的有效方法,但可能会对林带造成不良影响.本文以黑龙江省黑土区农田防护林为研究对象,以不切根贴膜为对照,研究距树干0.5、1、2、3 m切根贴膜处理对杨树光合特性的影响.结果表明:切根贴膜对杨树叶片含水率的影响较小.处理后杨树净光合速率峰、谷值出现的时间在7月较对照提前,日均值明显低于对照,各处理间差异显著.8-9月,处理后杨树净光合速率日均值仍低于对照,但降低幅度有所减小,距树干3 m处切根贴膜的杨树净光合速率与对照相比无显著差异.处理后杨树蒸腾曲线出现多种形式,距树干2、3 m处切根贴膜杨树蒸腾速率日均值较对照无显著变化,而距树干0.5、1 m处切根贴膜的杨树蒸腾速率在7月下降幅度比光合速率下降幅度更大,导致水分利用效率高于对照.切根贴膜处理没有改变杨树叶片水分利用效率的日变化趋势,但对杨树叶片水分利用效率的日均值产生了明显影响,且这种影响可能是负向的.综合分析,在距树干3 m处切根贴膜对杨树的光合特性影响较小,明显优于其他处理.

[目的]为了解单一作物种植模式、间作模式、以及农田防护林带对作物病虫害发生程度的影响及原因.[方法]本研究分别在夏秋两个季节调查了六师垦区内西部、中部和东部3个农场、4种作物、4种生境内的害虫和天敌种类及其丰富度情况.[结果]秋季害虫和天敌的种类和数量均显著高于夏季,秋季害虫和天敌种群密度分别是夏季的4.7倍和2.7倍.不同农场害虫种类和数量存在显著差异,以芳草湖农场害虫平均虫口数量最高,是奇台农场的2.8倍.不同作物地害虫种类存在明显不同,但虫口数量无显著差异.间作地和林带明显比单作和地边害虫种类多,但单作地害虫数量是间作地的2.1倍.不同的调查地点、作物类别和生境条件下天敌的种类和数量均存在显著差异,以奇台农场天敌数量最高,是共青团农场的2.9倍.林带内的天敌数量最丰富,是单作地的7.5倍,靠近地边的作物植株上天敌数量也较单一种植作物上高出3.1倍,间作地天敌数量是单作地的1.6倍.六师垦区内共发现8种捕食性瓢虫,其中以多异瓢虫Adonia variegata (Goeze)丰富度最高,占31.92％以上;其次为深点食螨瓢虫,约占26.54％.因此多异瓢虫Adonia variegata (Goeze)是六师垦区内最有保护利用前景的捕食性天敌,值得进一步开发利用.不同生境条件下节肢动物多样性指数存在较大差异,林带内生物多样性指数最高,其次为间作地,单作田最低.[结论]通过调查初步掌握了六师垦区内主要农作物虫害类别及其种群动态,明确了不同季节作物害虫的种类变化和消长规律,研究结果为垦区内生物灾害的有效治理和作物合理种植及其管理模式提供了科学的决策建议.

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带.其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整.积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素.从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性.为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析.结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差.民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险.农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题.

蒸散发作为干旱区农田最敏感的水分支出项, 是绿洲生态系统中水量和能量平衡的关键组成部分, 而防护林作为干旱区绿洲农田重要的生态屏障, 对绿洲农田蒸散发过程有着不可忽视的影响.本研究以新疆天山北坡典型流域——三工河流域绿洲为例, 研究农田防护林网分布格局对绿洲蒸散发的影响, 结果表明:防护林不仅能够有效降低绿洲农田蒸散量, 而且能够在一定程度上维持蒸散量在较低水平上的相对稳定;在防护林网的格局功能上, 防护林网带斑比指数与农田蒸散量呈极显著负相关 (P＜0.01), 环度指数与农田蒸散量呈显著负相关 (P＜0.05), 而防护林网连接度指数与蒸散量的相关性不明显 (P＞0.05), 说明防护林网的分布密度和林网结构的成型程度对农田蒸散量具有明显的影响, 而在网格基本成型的防护林网络中其连通性对蒸散量的影响不明显.在景观水平上, 研究防护林网格局对蒸散量的影响, 对于农田防护林网的规划管理具有一定的参考价值.

蒸散是地表水热平衡的重要分量,也是陆地生态过程与水文过程之间的重要纽带,尤其在干旱区地-气相互作用、碳循环、水循环等过程所包含的物质与能量交换中占有极其重要的地位.基于Landsat 8遥感影像和资源三号影像(ZY3)的高分辨率植被信息,利用SEBS模型对西北干旱区河西走廊中段临泽绿洲北部区域地表蒸散量进行了估算,并用绿洲内部和绿洲-荒漠过渡带两个通量塔涡动相关数据对模型进行评估,分析了不同土地覆盖类型对蒸散量空间分布的影响.结果 表明:(1) SEBS模型模拟值与实测日蒸散值之间拟合效果较好,且在均一地表时(绿洲农田区)估算精度更高(R2=0.96,P＜0.001),RMSE、MAE分别为0.84 mm/d、0.56 mm/d;(2)从季节变化来看蒸散量与作物生长密切相关,夏季灌溉和降雨使得研究区水分充足,植被覆盖度高,蒸散量相应增加,在绿洲地区可达5.95 mm/d,而冬季最小仅为0.52 mm/d;(3)从蒸散量的空间变化来看,水体蒸散值最大,其余依次为农田、防护林、裸地和灌木丛,说明除水体外,随着植被覆盖的增大,蒸散量也逐渐增加.通过ZY3影像的高分辨率植被信息与Landsat 8影像热红外数据融合,提高了SEBS模型对该区域蒸散量的模拟效果,增进了我们对绿洲下垫面与大气间水热交换规律、水文过程、生态-水文相互作用的深入理解.

新疆是我国西部生态环境问题比较突出的区域,开展生态状况调查评估、及时掌握生态质量状况及其变化特征是环境保护的一个研究重点.以遥感数据为基础,根据构建垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)的思想,改变土壤基线所经过的原点,提出表征土壤湿度的垂直湿度指数(Perpendicular Moisture Index,PMI).基于代表绿度的垂直植被指数(Perpendicular Vegetation Index,PVI)、代表湿度的垂直湿度指数PMI和代表热度的地表温度(Land Surface Temperature,LST),利用空间几何原理创建了植被-湿度-温度生态指数(Vegetation-Moisture-Temperature Ecological Index,VMTEI).利用MODIS数据计算了新疆2000-2018年的VMTEI,并进行趋势分析.结果 表明:VMTEI集成了植被、湿度和热度的信息,能很好地反映新疆生态质量的空间分布和时间变化趋势.新疆生态质量状况总体空间分布格局变化不大,与植被分布特征比较一致,呈现出纬向伸展的变化,不同生态系统VMTEI均值差异明显,湿地生态系统生态质量状态最好,VMTEI均值为0.43左右,其次为森林生态系统;最差的是荒漠生态系统,VMTEI仅为0.28.近20年来,新疆生态状况总体上得到改善,其中,生态状况明显改善的区域占2.332％,主要集中在塔里木河干流、伊犁河、额敏河和天山北坡绿洲经济带,以农田、聚落生态系统为主,主要原因为三北防护林建设、风沙治理、城市绿地面积增加造成的生态质量状况改善;生态状况严重退化的区域占0.430％,主要集中在塔克拉玛干沙漠外围、博斯腾湖、艾比湖以及零星分布于新疆的不同地区,以湿地生态系统为主,主要由于人为因素和气候变化造成平原湖泊以及部分水库的生态退化.

昆虫病原线虫在20世纪初后已发展成为生物防治领域研究热点之一,作为生防制剂被广泛使用,且可与杀虫剂混用.臭椿沟眶象Eucryptorrhynchus brandti是重要的林木蛀干害虫,对宁夏农田防护林主要树种臭椿Ailanthus altissima造成严重危害.目前臭椿沟眶象的主要防治方法之一是化学防治,但效果不理想.为了降低对臭椿沟眶象幼虫的农药使用剂量并提高防治效果,须筛选与昆虫病原线虫混用适合的杀虫剂.本研究测试了4.5％氯氰菊酯乳油、10％吡虫啉可溶液剂、5％啶虫脒乳油对小卷蛾斯氏线虫Steinernema carpocapsae All、长尾斯氏线虫Steinernema longicaudum X-7存活以及侵染率的影响,以筛选对臭椿沟眶象3龄幼虫致死效果好、能与昆虫病原线虫混用的杀虫剂和混用配比.结果 表明,3种杀虫剂对2种线虫的存活均无亚致死作用;吡虫啉对2种线虫的致死率无明显影响;不同浓度的氯氰菊酯和啶虫脒对2种线虫的致死率存在显著差异,其中有效成分为88.97 μg/mL、17.79 μg/mL的氯氰菊酯和有效成分为307.89 μg/mL、61.58 μg/mL的啶虫脒对2种线虫的致死率均显著高于对照.3种药剂与X-7、All混用对臭椿沟眶象3龄幼虫均表现为增效或叠加作用,其中有效成分为8.89 μg/mL的氯氰菊酯和有效成分为7.67 μg/mL的吡虫啉与线虫X-7混用对臭椿沟眶象3龄幼虫表现出增效作用,致死率分别为41.67％、54.17％,其它浓度和其它药剂与2种线虫混用的各处理均表现为叠加作用.该结果为进一步利用昆虫病原线虫开展野外防治试验奠定了基础.

"山水林田湖草沙"一体化治理现已成为干旱区生态环境建设的重要理念,目前虽已有部分重大工程项目在沙区实施,但一体化治理的科学与技术原理尚不清晰,仍未在这些工程中充分体现.鉴于此,本文就科尔沁沙地一体化治理的挑战、科学原理、技术原理与实施重点进行了论述.在科尔沁沙地,林-田、林-林、林-水、田-水、林-草、沙-水、田-草等要素关系尚不很协调,导致资源失衡、服务功能低下.进行一体化治理应遵循风沙运动规律、草地界面理论、水资源平衡理论、生物多样性维持理论、景观生态学理论和生态系统服务功能等科学原理与规律.一体化治理技术层面应突出体现水-沙关系协调、景观设计优化、防治技术与模式多方位并重、自然与人为景观兼顾、"三生"空间布局均衡等原理.一体化治理的重点应置于沙丘和防护林功能提升、农田和草地增效、湖泊生态保育、人居环境绿化美化、工程项目生态修复上.本文可为科尔沁沙地以及整个三北地区的沙区一体化生态环境建设提供参考.