植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收.然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清.以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响.结果表明:与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1％;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1％;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8％;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13.综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收.研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系.

水资源短缺是影响黄土高原雨养农业发展的关键性因素,雨水资源开发是缓解该地区水资源短缺的有效措施.本研究利用管式TDR系统监测21年红富士老果园0～ 300 cm土层土壤含水率变化,分析了雨水集聚深层入渗(RWCI)系统下黄土高原旱作山地果园土壤水分时空分布特征.结果表明:RWCI系统能够显著增加果园土壤含水率,特别是40 ～ 80 cm土层(土壤含水率低值区)土壤含水率,在该区域,不同设计深度(40、60和80 cm)RWCI处理(RWCI40、RWCI60和RWCI80)年均土壤含水率分别较鱼鳞坑(CK)处理提高75.3％、85.4％和62.4％,分别较裸露坡地(BS)处理提高39.2％、47.2％和29.1％.RWCI40、RWCI60和RWCI80处理土壤水分入渗最大深度分别为80、120和180 cm,显著深于CK处理(60 cm),其中土壤水分变化幅度最大的土层分别主要发生在0～60、0～ 100和0～120 cm.在果树整个生育期内,RWCI处理土壤平均含水率(0～300 cm)以RWCI80处理最大,其次是RWCI40和RWCI60处理.总体来看,RWCI系统是黄土高原实现雨水资源化和农业高效用水的有效措施.

薇甘菊(Mikania micrantha)是华南地区危害最严重的外来入侵杂草,对天然次生林及其他生境造成了极大危害.为了探明本地植物粉葛(Pueraria lobata var.thomsonii)对薇甘菊进行替代控制的可能性,本实验设置了3个水分水平(土壤含水量低于10％、60-70％和120-130％)分别模拟干旱、正常水分(对照)和涝害,比较了粉葛与薇甘菊对干旱和涝害胁迫的生理响应差异.结果表明,在干旱胁迫条件下,薇甘菊的总生物量显著降低,为对照的72％.在涝害胁迫条件下,粉葛的总生物量与对照相比上升了16％,薇甘菊则下降了15％.在干旱条件下,粉葛的根冠比、叶绿素含量均显著高于对照(P＜0.05),恢复正常水分后仍维持在较高水平;薇甘菊的根冠比则与对照无显著差异(P＞0.05),仅叶绿素含量显著高于对照(P＜0.05),在恢复正常水分后低于正常水平.这可能与粉葛体内积累了较多的渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖有关.在涝害条件下,粉葛的丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量约为对照的2.1倍,薇甘菊则为对照的3.0倍;恢复正常水平后,薇甘菊和粉葛的MDA含量仍维持在较高水平,分别为对照组的1.72倍和1.45倍,显示粉葛受涝害影响的膜脂过氧化水平低于薇甘菊.可见,粉葛比薇甘菊有更强的抗干旱能力和抗涝害能力,对水分胁迫有更强的抗逆性,抵抗力指数也印证了这一点.这为选用粉葛对华南地区天然次生林林缘或林窗生境薇甘菊的替代控制提供了理论支持.

土壤渗透能力是影响土壤侵蚀的重要因素之一,是反映土壤水源涵养及调节功能的重要指标,目前对于亚热带山地草甸土壤渗透性方面研究较少.江西武功山草甸是亚热带山地草甸的典型代表,以面积广和分布基准海拔低的特点,在华东植被垂直带谱中具有典型性和特殊性,但是人为干扰和过度旅游开发使武功山脆弱的山地草甸出现严重退化和破碎化态势.以武功山不同海拔及旅游干扰程度山地草甸土壤为研究对象,分别测定0-20 cm和20-40 cm土层土壤的初渗率、稳渗率、平均入渗率、前60分钟渗透总量、温度、湿度、容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量、pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾等理化指标,分析不同海拔及干扰程度草甸土壤渗透性特征,探讨影响土壤渗透性的相关因子,为亚热带地区退化草甸的修复及可持续经营提供参考.结果表明:(1) 1600-1800 m范围,随着海拔升高,土壤渗透性呈降低趋势,在1900 m范围土壤渗透性又有所提高,各海拔土壤渗透性排序为1600 m＞1700 m＞1900 m＞1800m.(2)随着干扰程度增强,草甸土壤渗透性呈降低趋势,各干扰程度的土壤渗透性排序为无干扰＞轻度干扰＞中度干扰＞重度干扰.(3)所有草甸分布区0-20 cm土层的土壤渗透性均高于20-40cm土层,初渗率＞平均入渗率＞稳渗率.(4)通用经验模型更适合武功山草甸土壤水分入渗过程,Horton模型次之,Philip模型和Kostiakov模型拟合效果都比较差.(5)土壤渗透性与土壤湿度、毛管持水量呈显著正相关(P＜0.05),与容重呈显著负相关(P＜0.05),初渗率及平均入渗率与速效氮含量显著正相关(P＜0.05),稳渗率、平均入渗率、渗透总量与速效钾含量呈显著正相关(P＜0.05).

以二年生桢楠(Phoebe zhennan)幼树为研究对象,采用盆栽控水的方法,探讨了桢楠幼树在干旱胁迫下渗透调节和活性氧代谢的变化,以及施氮对桢楠幼树应对干旱胁迫能力的影响.试验先将土壤含水量调整到4个梯度(田间持水量的80％(80％ FC)、50％ FC、30％ FC和15％ FC),1周后测定受胁迫植株的相关生理指标,之后进行3个水平的施氮处理(对照N0,中氮MN,高氮HN,各施氮量分4次(即干旱梯度形成后第7、14、21和28天)分别施入).在施氮结束后30天(即开始施肥处理后51天)再次测定各项生理指标.结果表明:1)干旱处理7天后,桢楠叶片中游离脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量均随胁迫强度增大而显著增加,重度干旱(15％ FC)下的Pro含量增加尤为明显,可溶性蛋白(SP)含量则呈先增加后降低的趋势.施氮后,各种土壤水分状态下的Pro含量进一步增加.水分充足和轻度干旱MN水平下,SS含量也增加,而在中度和重度干旱下的SS含量显著降低,HN水平各干旱状态下SS含量变化均不显著.施氮结束后30天时,80％ FC和50％ FC下的SP含量表现为施氮组低于对照组,而30％ FC和15％ FC下则相反.2)施氮前随着干旱胁迫的增强,桢楠幼树叶片中过氧化氢(H2O2)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性显著上升,而过氧化物酶(POD)活性呈先上升后下降的趋势.施氮后,H2O2含量总体上表现为减少趋势,且MN水平下降幅度最大,HN水平反而不利于降低H2O2的含量.3种酶活性的变化则因干旱程度和施氮水平的不同而呈现出不同的变化趋势.3)施氮前随着干旱胁迫的增强,叶片丙二醛(MDA)含量呈显著上升趋势,相对电导率(REC)先显著下降后显著上升;施氮后,除重度干旱胁迫外,其他各干旱处理植株的MDA含量都表现为在MN水平下有所下降,而在HN水平下有所回升,但在重度干旱时,无论是MN或HN处理,MDA含量均呈上升趋势,表明在重度干旱胁迫下,难以通过施氮的方式缓解干旱胁迫产生的伤害.4)双因素方差分析显示,施氮与干旱胁迫间具有极显著的交互效应.以上结果表明:施一定量的氮肥有利于缓解桢楠幼树受到的干旱胁迫,以年施氮量计,施中氮(N元素质量为1.35 g.株1)对除重度干旱外的干旱胁迫具有一定的缓解作用,但施高氮(N元素质量为2.70 g.株1)时反而会对植株造成不利影响.

为了探究渭北旱塬苹果园不同水肥管理模式下的土壤水分差异,于2013-2016年在地处渭北旱塬的陕西省白水县田家洼村进行了田间试验,设置了3个不同果园水肥管理方式:农户模式(单施化肥,FM)、现有模式(推荐施肥配合地膜覆盖,EM)、优化模式(有机无机肥配施配合双元覆盖,OM),并对0～300 cm土层土壤水分进行了测定.结果表明:优化模式可以显著提高0～200 cm土层土壤贮水量,0～100 cm土层土壤含水量在干旱季节较农户模式和现有模式分别增加5.6％和15.3％,优化模式200～300 cm土层土壤水分相对亏缺指数低于现有模式,在干旱年份可以提高降雨入渗,降雨入渗达到300 cm,同时优化模式可以提高果园0～300 cm土层土壤降水补充量,稳定土壤水分变化,有效缓解了深层土壤干燥化程度.优化模式4年平均产量较农户模式和现有模式分别提高36.6％和22.5％.综上,优化模式可以通过提高土壤有效含水量,改善浅层和深层水分状况,提升土壤水分利用效率,在提高产量的同时,缓解土壤深层干燥化程度.

该文总结了罗布麻属(Apocynum) 植物对干旱、温度及盐碱非生物逆境和病虫、杂草生物逆境的响应,并归纳了其适应逆境的机理.罗布麻及罗布麻种子具有广泛的温度、水分和盐分适应范围,在10～ 35 ℃,土壤含水量0. 4％或土壤持水量最小为25％的中重度干旱胁迫下,地下水盐含量36. 59 ～ 93. 48 mmol/L 或土壤Na+ 的含量为0. 0083～ 0. 7551 g/kg、NaCl 浓度在0～ 400 mmol/L 的盐胁迫条件下均能够正常生长和萌发,其机理包括罗布麻通过调节自身的渗透调节物质含量和保护酶活性提高对逆境的适应; 罗布麻根部积累高浓度K+ 离子来提高其茎、叶中K+离子及K+/Na+比抵抗盐胁迫; 也可能是K+ 通道蛋白基因AvAKT1 在罗布麻响应盐和干旱逆境中发挥着有效作用,维持K+、Na+吸收或转运; 还有可能是罗布麻本身携带的抗盐碱基因AvDH1 起到一定的作用.严重危害罗布麻的病害主要是栅锈菌Melampsora apocyni 引致的锈病和壳针孢Septoria apocyni 引致的斑枯病,均引起罗布麻叶片凋落,植株死亡.随着罗布麻产业化和市场化的推进,应加强罗布麻对生物逆境响应及其机制的深入研究.

集雨-壤中防渗技术是在起垄覆膜垄沟覆草技术的基础上提出的一项新技术.为了探讨集雨-壤中防渗技术在陕北黄土丘陵区山地果园的应用效果,在米脂县党塔苹果科技示范基地山地红富士苹果园布设对照(CK)、黄绵土夯实防渗(L1)、红黏土防渗(R1)、红黏土夯实防渗(R2)4种处理,测定了不同防渗层类型的土壤容重、稳渗率以及不同处理的土壤水分、果实品质、产量和水分利用率.结果表明:红黏土夯实防渗层防渗效果最好,其土壤容重(1.61g·cm-3)最高,持水量最低,稳定入渗率(0.02 mm·min-1)最小,采用Kostiakov经验公式方程能很好地模拟不同防渗处理水分入渗特征.在整个苹果生长季节,不同防渗处理均能提高集雨沟下O～ 60 cm土层的土壤含水量,其中,R2的含水量始终最高,在旱季可以达到苹果树生长发育适宜的含水量标准;壤中防渗处理60 cm土层以下20～ 30 cm范围内存在一个明显的“低湿层”,但低湿层至200 cm土层的土壤含水量变化趋势较为稳定,较CK略有增加;集雨-壤中防渗处理能够提高果实产量和水分利用率、改善品质.其中,R2处理的产量比CK提高了19.2％,优果率提高了26.5％,水分利用效率提高了24.5％.建议陕北黄土丘陵区山地苹果生产中大力推广集雨-壤中防渗技术.

人工柠条林地表广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要的影响.该研究以荒漠草原人工柠条林生物土壤结皮为研究对象,通过有无结皮处理下旱季和雨季表层土壤水文过程的监测以及土壤水文物理特性的分析,进一步在季节尺度上揭示生物土壤结皮地表水文效应的形成及其影响因素.结果表明:(1)人工柠条林表层土壤结皮层水分含量动态在旱季和雨季表现出了截然相反的格局,其持水效应在以小降水为主,土壤蒸发强烈的夏季体现最为典型,但是进入雨季结皮的相对持水效应弱化甚至丧失.(2)由于生物结皮活性的季节转换,人工柠条林表层土壤容重、饱和含水率、总孔隙度在季节尺度上发生了不同程度的变化.(3)无论是旱季还是雨季,生物结皮的存在都会降低土壤水分入渗性能,而无论有无结皮覆盖,雨季土壤水分入渗速率都低于旱季.

陇中旱农区生产力水平低而不稳,而保护性耕作措施是农业可持续发展的重要途径.本研究依托2001年建立在陇中旱农区的长期不同耕作措施的定位试验,研究了不同耕作措施对土壤水分入渗、蒸发、作物产量和水分利用效率的影响.该试验共设6个处理,分别为传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆翻入(TS)、传统耕作+覆膜(TP)、免耕覆膜(NTP),春小麦和豌豆年间轮作.结果表明:与T处理相比,NTS处理的小麦地和豌豆地的土壤容重显著降低,总孔隙度显著增加.保护性耕作措施降低了豌豆地0～5 cm土壤渗吸率,NTS处理渗吸率比T处理降低56.2％.保护性耕作提高了土壤饱和导水率,无论小麦地和豌豆地,NTS均比T处理显著提高了饱和导水率,增幅为52.8％～ 107.1％.保护性耕作显著降低了作物生育期棵间蒸发量,NTP、TIP、NTS比T处理降低了14.4％～ 50.8％,并减弱了雨后土壤蒸发.保护性耕作提高了作物产量和水分利用效率,NTS、TP、NTP的产量比传统耕作提高了9.5％～62.8％,水分利用效率比传统耕作提高了0.4％～50.9％.因此,在陇中旱农区,保护性耕作措施可以提高水分利用效率,增加作物产量.