海河流域干旱對(duì)典型農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)演變的影響機(jī)理.pdf

1、海河流域是我國(guó)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(yán)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(duì)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(shì)等密切相關(guān)，還受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，系統(tǒng)變化較為復(fù)雜；而當(dāng)前水文學(xué)、農(nóng)學(xué)和氣象學(xué)對(duì)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(duì)農(nóng)田土壤水循環(huán)的研究相對(duì)薄弱。因此，在流域氣候-

2、水文-生態(tài)相互作用機(jī)制日益復(fù)雜的背景下，海河流域干旱對(duì)農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)理、農(nóng)田不同時(shí)期適宜土壤水分閾值、農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)干旱對(duì)產(chǎn)量的影響等是理論和實(shí)踐中亟需解決的核心問題。
　　 本文以水文學(xué)和生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以水分運(yùn)移與土壤生態(tài)系統(tǒng)的相互作用機(jī)制為理論框架，以點(diǎn)面結(jié)合的原型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、地理信息技術(shù)為關(guān)鍵支撐，系統(tǒng)識(shí)別了人類活動(dòng)強(qiáng)烈影響下農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)各屬性間的相關(guān)性，剖析了海河流域夏季干旱對(duì)夏玉米田土壤生態(tài)

3、系統(tǒng)的影響機(jī)理，以此為基礎(chǔ)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(yīng)的應(yīng)對(duì)和適應(yīng)策略。本文可為人們主動(dòng)適應(yīng)干旱及氣候變化形勢(shì)，采取合理的農(nóng)田土壤水分管理措施，維護(hù)我國(guó)糧食安全，指導(dǎo)水利工程建設(shè)及踐行“最嚴(yán)格的水資源管理制度”提供理論、技術(shù)和應(yīng)用支撐。
　　 在微觀定量和宏觀定性相結(jié)合的基礎(chǔ)上，本文得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)在人類活動(dòng)干擾下，與土壤含水量關(guān)系密切的土壤屬性有土壤顆粒組成、土

4、壤團(tuán)聚體含量和微生物量；與土壤微生物碳關(guān)系密切的有土壤含水量、團(tuán)聚體含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮和速效磷含量；與微生物氮關(guān)系密切的有土壤碳氮比、土壤顆粒組成、有機(jī)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(xì)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(duì)干旱的耐受程度真菌>放線菌>細(xì)菌；底層土壤受干旱影響變化比表層復(fù)

5、雜，且底層環(huán)境對(duì)微生物生存更有利；干旱對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響使細(xì)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(duì)干旱的耐受性最強(qiáng)，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(fù)水，各層微生物量均可恢復(fù)，且高于正常水平，嚴(yán)