海河流域干旱對典型農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)演變的影響機理.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、海河流域是我國重要的糧食生產(chǎn)基地,而流域干旱頻發(fā)、多發(fā)、連發(fā)、并發(fā)的特征,嚴重影響到農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性。水循環(huán)的極端情況(干旱和洪澇)對土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性威脅極大;農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)是人工生態(tài)系統(tǒng),其狀態(tài)不僅與氣候、地形地勢等密切相關,還受到人類活動的強烈影響,系統(tǒng)變化較為復雜;而當前水文學、農(nóng)學和氣象學對水資源的研究主要集中在地表水、地下水、灌溉效率和大氣水循環(huán)等方面,對農(nóng)田土壤水循環(huán)的研究相對薄弱。因此,在流域氣候-

2、水文-生態(tài)相互作用機制日益復雜的背景下,海河流域干旱對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響機理、農(nóng)田不同時期適宜土壤水分閾值、農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)干旱對產(chǎn)量的影響等是理論和實踐中亟需解決的核心問題。
   本文以水文學和生態(tài)學為理論基礎,以水分運移與土壤生態(tài)系統(tǒng)的相互作用機制為理論框架,以點面結(jié)合的原型觀測實驗、數(shù)理統(tǒng)計、地理信息技術(shù)為關鍵支撐,系統(tǒng)識別了人類活動強烈影響下農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)各屬性間的相關性,剖析了海河流域夏季干旱對夏玉米田土壤生態(tài)

3、系統(tǒng)的影響機理,以此為基礎確定了現(xiàn)狀和氣候變暖模式下夏玉米不同生育期的適宜土壤水分條件,提出相應的應對和適應策略。本文可為人們主動適應干旱及氣候變化形勢,采取合理的農(nóng)田土壤水分管理措施,維護我國糧食安全,指導水利工程建設及踐行“最嚴格的水資源管理制度”提供理論、技術(shù)和應用支撐。
   在微觀定量和宏觀定性相結(jié)合的基礎上,本文得到以下主要結(jié)論:
   (1)在人類活動干擾下,與土壤含水量關系密切的土壤屬性有土壤顆粒組成、土

4、壤團聚體含量和微生物量;與土壤微生物碳關系密切的有土壤含水量、團聚體含量、有機質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮和速效磷含量;與微生物氮關系密切的有土壤碳氮比、土壤顆粒組成、有機質(zhì)含量和速效鉀含量。
   (2)微生物總量隨土壤水分減少而顯著減少;細菌數(shù)量和放線菌數(shù)量隨土壤水分減少先增加后減少,最適水分條件分別為10%和7%左右;真菌隨土壤干旱程度加劇含量一直增加;三大菌群對干旱的耐受程度真菌>放線菌>細菌;底層土壤受干旱影響變化比表層復

5、雜,且底層環(huán)境對微生物生存更有利;干旱對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響使細菌比例降低,真菌和放線菌比例升高。
   (3)基于土壤微生物含量的夏玉米苗期、拔節(jié)-抽穗期、乳熟期的適宜土壤水分閾值分別為:12.3-19.3%、13.0%-19.7%和12.6%-20.7%;夏玉米苗期對干旱的耐受性最強,拔節(jié)-抽穗期最弱;在氣候變暖模式下夏玉米田灌溉閾值為15%左右。
   (4)中度干旱下復水,各層微生物量均可恢復,且高于正常水平,嚴

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