黄土高原半干旱地区的农业发展与高效用水

黄土高原的大部分处于半干旱地带,属于生态环境脆弱地区,改善黄土高原地区的生态环境和提高生产力不仅是黄土高原地区内部的问题,而且是西部大开发的重要组成部分.本文在总结和对比分析国内外半干旱地区农业发展过程中的成功经验与关键措施的基础上,提出该地区的农业发展战略应该以实现水土资源高效利用和开发基因资源的潜力为目标.同时,针对黄土高原半干旱地区的农业水环境,论述了作物对有限水高效利用的原理,并对该地区农业可持续发展的技术对策提出了建议.

不同类型作物对干湿交替环境的反应

通过对干湿交替环境下春小麦、马铃薯、大豆和玉米等作物的产量、水分利用效率及光合作用、蒸腾作用、气孔导度等生理变化的研究表明 :( 1 )春小麦和马铃薯在干湿交替环境下可获得与充分供水相当的产量而它们的水分利用效率却显著提高 ,大豆减产幅度较大 ,玉米减产严重 ,其水分利用效率显著低于全湿处理 ;( 2 )浇水后各作物的光合速率、蒸腾速率和气孔导度都有所增加 ,但不同作物增加的幅度不同 ,就是同一作物各指标的增幅也不同 ;( 3)干湿交替环境下同化物的运输模式有利于春小麦籽粒的充实和马铃薯块茎的膨大 ,而不利于玉米产量的形成 ;( 4 )产量不仅决定于营养生长阶段 ,更主要决定于生殖生长阶段。此外 ,还就干湿交替过程中若干生理变化和经济产量形成机制作了初步探讨。

水分和氮磷水平对小麦碳同位素分辨率和水分利用效率的影响

依据盆栽试验数据 ,利用植物稳定性碳同位素分辨率的理论模型 ,研究了水分和氮磷营养对小麦叶片碳同位素分辨率 (Carbon- isotope discriminationΔ)的影响。结果表明 :水分差异引起碳同位素分辨率较大变异 ,碳同位素分辨率随土壤相对含水量 (Soil relative water content)的提高而提高 ,在土壤相对含水量为 6 0 %～ 70 %条件下碳同位素分辨率最高。缺水时磷水平提高 ,碳同位素分辨率提高。水分利用效率 (Water use efficiency)与碳同位素分辨率关系受土壤水分和养分水平的影响。缺水条件下水分利用效率与碳同位素分辨率之间为负相关 ,充分供水下为正相关 ;在低氮水平下的关系不明显 ,施氮 15 0 kg· hm- 2时相关性显著。

林地施肥与水肥效益

概述了国内外林地施肥的现状 ,简要论述了氮肥利用效率和水分利用效率在农林业生产中的意义。同时 ,阐述了水肥耦合的研究状况 ,并说明了水肥耦合理论应用于林业生产中以改善黄土高原因水肥不协调而形成大面积低效林的重要意义

陕北丘陵沟壑区坡地不同耕作法综合效益研究

以在陕北丘陵沟壑区坡耕地不同耕作法试验 7a的资料为依据 ,论述了不同耕作法的水分利用、土壤水分平衡及单位面积产量和水土保持等综合效益。作物生长主要依赖生育期内自然降雨 ;作物耗水量与每年生育期降雨量及土壤供水量呈显著正相关 ,不同耕作法之间变化不大 ,作物主要利用 0— 12 0 cm土层内的水分。同一年内不同耕作法的综合效益从优到劣、由高到低的排列顺序为宽梯田 >窄梯田 >水平沟 >平播 >水平阶 >隔坡梯田。而水土保持效益排列顺序为 :梯田 >水平沟 >隔坡梯田 >水平阶 >平播 >裸地。认为坡耕地确实应尽快退耕还林还草 ,以加速陕北生态环境建设 ,推进农业结构的战略性调整。

水分处理对油菜叶位光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响

通过对不同水分处理下油菜不同叶位叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)和水分利用效率(WUE)的测定表明,油菜主茎叶片的光合速率、蒸腾速率和水分利用效率随叶位的降低而降低;干旱胁迫下油菜水分利用效率显著提高,光合速率变化不明显,但上部、下部叶间光合速率差异大。充分供水时叶片的蒸腾速率提高,水分利用效率则降低,从上到下叶片水分利用效率、光合速率降低不剧烈,而蒸腾速率表现为上部和下部叶高,而中部叶低。据测定,干旱处理下油菜单株生物量为37.45g,充分供水时为38.76g,干旱导致油菜生物量降低;水分胁迫能提高作物水分利用效率;在充分供水条件下叶片蒸腾速率较高,这可能是气孔行为的结果。

黄土丘陵区柳枝稷光合生理生态特性的初步研究

研究了黄土丘陵区引种草种柳枝稷 ( Panicum virgatum)的光合生理生态特性 ,比较了不同叶位叶片光合速率 ( Pn)、蒸腾速率 ( Tr)、水分利用效率 ( WUE)的日变化以及环境因子的作用。结果表明 ,柳枝稷叶片 Pn日变化曲线为双峰型 ,中午“光合降低”主要是由于叶温过高导致呼吸高引起的净光合速率降低。叶龄增大 ,叶片 Pn日变化相对较平缓 ,其中壮龄叶Pn日变化最为平缓。幼龄叶 Tr的日变化为双峰型 ,随叶龄增大 (叶位下降 )而成为单峰型。WUE的日变化可划分为上午的降低和下午的波动 2个阶段 ,最上充分展开叶 (旗叶 )的WUE始终最高。

地下滴灌埋管深度对冬小麦根冠生长及水分利用效率的影响

在试验室内 ,进行了地下滴灌埋管深度对不同生育时期冬小麦根系生长和地上部分生长影响的试验研究。结果表明 :2 0 cm和 4 0 cm埋管深度的水分分布特征 ,在生育早期抑制地上部分营养生长 ,促进冬小麦蹲苗 ;而中后期则促进生殖生长 ,产量和水分利用效率较高。不考虑犁底层影响时 ,在重壤土上 4 0 cm是冬小麦进行地下滴灌的较好埋深

燕沟基本农田粮食稳产高产综合配套技术及试验示范

提出了以新修梯田耕作栽培技术和作物抗旱节水技术为中心的燕沟流域基本农田粮食高产综合配套技术体系 ,并在燕沟流域经过 3年试验示范 ,使粮食生产潜力实现率由原来的 2 3%～ 48% ,平均已达到 5 4 %～ 64% ,典型的抗旱节水综合试验示范地块的潜力实现率提高到 78%～ 87% ;作物平均单产和水分利用效率较原来分别提高了 63%和 5 9.1 % ,粮食单产平均较 1 997年翻了两番 ,粮食产量较 1 997年提高了 33.7%～ 62 .1 % ,人均产粮达到了 5 0 0 kg以上 ,基本实现了减地不减产和增产增效的效果

保墒灌溉对渠灌类型区冬小麦产量构成及生理特性的影响

以传统耕作栽培方式为对照,研究了5种保墒灌溉栽培方式下冬小麦产量构成的差异,并对冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量、MDA含量、SOD含量、水分利用效率进行了研究。结果显示:不同保墒灌溉栽培方式对冬小麦均有增产作用,平均增产13.46%,穗长平均增加7.15%,不孕小穗数平均降低21.78%,结实小穗平均增加11.42%,穗粒数平均增加10.82%,千粒重平均增加11.05%。保墒灌溉栽培方式的冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量降低减缓,MDA含量降低、SOD含量增高,水分利用效率平均提高24.03%。结果表明,以免耕留茬方式增产幅度最大,水分利用效率最高。

土壤水分状况对长白山阔叶红松林主要树种叶片生理生态特性的影响

Potted seadlings of Pinus koraiensis , Fraxinus mandshurica,Juglans mandshurica,Tilia amurensis, and Quercus mongolica ,which are five dominant species in the Korean pine broadleaf forest at Changbai mountain,were grown in different soil moistures.We designed three soil moisture scenarios:85%～100%(high water,CK),65%～85% (medium water,MW) and 45%～65% (low water,LW) of field water holding capacity.The results show that characteristics of typical drought resistance on the leaves are significantly developed.The net photosynthetic rate and water use efficiency of F. mandshurica were higher compared with CK at MW.The net photosynthetic rate and water use efficiency of other 4 tree species at CK were lower than those at MW and LW.The transpiration rate of 5 tree species responses differently to various soil water status.

Carbon Dioxide Exchange Between the Atmosphere and an Alpine Shrubland Meadow During the Growing Season on the Qinghai-Tibetan Plateau

In the present study, we used the eddy covariance method to measure CO2 exchange between the atmosphere and an alpine shrubland meadow ecosystem (37°36'N, 101°18'E; 3 250 m a.s.l.) on the Qinghai-Tibetan Plateau, China, during the growing season in 2003, from 20 April to 30 September. This meadow is dominated by formations of Potentilla fruticosa L. The soil is Mol-Cryic Cambisols. During the study period, the meadow was not grazed. The maximum rates of CO2 uptake and release derived from the diurnal course of CO2 flux were -9.38 and 5.02 μmol•m-2•s-1, respectively. The largest daily CO2 uptake was 1.7 g C•m-2•d-1 on 14 July, which is less than half that of an alpine Kobresia meadow ecosystem at similar latitudes. Daily CO2 uptake during the measurement period indicated that the alpine shrubland meadow ecosystem may behave as a sink of atmospheric CO2 during the growing season. The daytime CO2 uptake was correlated exponentially or linearly with the daily photo synthetic photon flux density each month. The daytime average water use efficiency of the ecosystem was 6.47 mg CO2/g H2O. The efficiency of the ecosystem increased with a decrease in vapor pressure deficit.

Characterizing evapotranspiration over a meadow ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau

To characterize evapotranspiration (ET) over grasslands on the Qinghai-Tibetan Plateau, we examined ET and its relevant environmental variables in a Kobresia meadow from 2002 to 2004 using the eddy covariance method. The annual precipitation changed greatly, with 554, 706, and 666 mm a(-1) for the three consecutive calendar years. The annual ET varied correspondingly to the annual precipitation with 341, 407, and 426 mm a(-1). The annual ET was, however, constant at about 60% of the annual precipitation. About 85% annual ET occurred during the growing season from May to September, and the averaged ET for this period was 1.90, 2.23, and 2.22 mm/d, respectively for the three consecutive years. The averaged ET was, however, very low (< 0.40 mm/d) during the nongrowing season from October to April. The annual canopy conductance (gc) and the Priestley-Taylor coefficient (a) showed the lowest values in the year with the lowest precipitation. This study first demonstrates that the alpine meadow ecosystem is characterized by a low ratio of annual ET to precipitation and that the interannual variation of ET is determined by annual precipitation.

喀斯特石漠化区植物水分利用的时空变化研究----以贵州清镇王家寨小流域为例

本研究以西南喀斯特地区的王家寨小流域为研究对象，以植物叶片δ13C值为植物水分利用效率的指示值，结合利用氢氧同位素对植物的水分来源进行确认，通过研究小流域中不同土壤类型石漠化样地、不同季节、不同等级石漠化样地及喀斯特不同小生境中常见植物种水分利用效率及水分来源的差异，旨在从小生境、植物种、植物群落等不同尺度上探讨石漠化发生过程对植物长期水分利用的影响，了解不同水源的利用对植物水分利用效率的影响，了解喀斯特生态系统特有生境中植物对水分的竞争和利用策略，以加深对生态系统水分平衡的认识。通过研究，得出了以下几点认识： 1 喀斯特石漠化区植物叶片δ13C值的时空变化 （1）在本研究区，不同土壤类型区域植物群落δ13C值均随着石漠化的进行趋正，方差分析结果显示黄壤序列植物群落叶片δ13C值存在显著差异（F（3，80）0.01=2.720.05)。整个生长季中，常见种叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其WUE提高。 （4）本研究区小生境类型主要有石面、石沟、石缝、及土面。各小生境内植物叶片δ13C值基本上随石漠化进行趋正，即小生境尺度上植物叶片δ13C值随石漠化进行趋正。基于石漠化梯度和小生境类别的双因素方差分析表明，生长于不同石漠化等级及不同小生境的植物叶片δ13C 值总体差异显著。土面上生长的植株叶片δ13C值最负，说明较厚的土层、较多的土量能供给植物较为充足的水分、养分，避免或减小了植物的水分胁迫。对各小生境植物叶片δ13C值与各小生境主要环境因子进行相关分析，结果表明植物叶片δ13C值与小生境土壤厚度、0-10cm土壤平均含水量以及日均大气相对湿度呈显著负相关，而与日均光照强度呈显著正相关。 （5）石漠化过程中常见植物种叶片解剖结构中的栅栏组织厚度、上角质层厚度、下角质层厚度、最大导管直径均呈现逐渐增大的趋势，而海绵组织厚度则呈现逐渐减少的趋势，方差分析结果显示各解剖结构均呈现显著性差异（p<0.05）。另外，对叶片解剖结构指标与叶片δ13C值的相关分析表明，所研究的植物种叶片上述解剖形态结构中除下角质层厚度与叶片δ13C值相关关系不显著（p>0.05）外，其余指标均与其叶片δ13C值呈现显著的正相关关系（p<0.05），说明植物的WUE与植物叶片解剖结构的变化存在着内在的相关关系。 2 喀斯特石漠化区植物水分来源的时空变化 （1）由于07年降雨丰富，其喀斯特皮下水显著低于06年，但是06年喀斯特皮下水的季节变化却不大，这是由于06年为特大欠水年，观测期内降雨仅721mm，为正常年份的60%，“活塞效应”不明显。2006年对各等级石漠化样地植物水分来源研究结果表明：（12月）土壤水及小枝木质部水分的δD及δ18O值明显高于夏季（7、9月）。降雨较多的7月，强、中度石漠化大多数植物主要利用土壤水，轻、无石漠化样地植物则利用土壤水和喀斯特皮下水。9月，由于干旱严重，各石漠化样地大多数植物均不同程度的利用了喀斯特皮下水。 （2）对研究区各小生境植物水分来源的研究表明：各小生境土壤水分δD、δ18O各不相同，石缝小生境土壤水分δD、δ18O最负，石面土壤水分δD、δ18O最正，土面、石沟居中。强度石漠化土壤剖面水分δD、δ18O值>中度石漠化样地>轻度石漠化样地>无石漠化样地，显示随着石漠化的进行，样地蒸发越强烈。整体上，石缝中植物比其他生境更容易利用喀斯特皮下水，无石漠化样地的植物比石漠化样地的植物更容易利用喀斯特皮下水，常绿植物比落叶植物利用更多的喀斯特皮下水，乔木比灌木利用更多的喀斯特皮下水。 3 植物稳定性氢氧同位素与碳同位素耦合 通过对研究区植物叶片δ13C值和不同水源和植物木质部δD、δ18O值的测定，结果表明无石漠化样地植物具有更负的δ13C值，即其水分利用效率（WUE）低于石漠化样地，这是由于无石漠化样地喀斯特水赋存的二元结构，植物除了可以利用浅薄土层的水分，还拥有稳定的浅层地下水即喀斯特皮下水，这已通过植物木质部水分δD、δ18O值的测定得到佐证。落叶种具有比常绿种更正的δ13C值，即其水分利用效率（WUE）高于常绿种，这是由于常绿种比较稳定的利用了浅层地下水，具有稳定的水分来源，使得常绿种的水分利用效率（WUE）较低。土面生境植物具有比其他生境更负的δ13C值，是因为较大的土面面积、较厚的土厚，较多的土量提够给植物较多的水分，养分，土壤水分较充足，避免或减少了植物的水分胁迫，植物WUE较低。

Proteomic approach to oxidative stress in Daphnia magna

The keystone aquatic organism Daphnia magna is extensively used to assess the toxicity of chemicals. This has recently lead to an increase in the omics literature focusing on daphnids, an increase fuelled by the sequencing of the Daphnia pulex genome. Yet, no omics study has looked directly at oxidative stress (OS) in daphnids, even though OS is of primary importance in the response of aquatic organisms to their changing environment and is often induced by anthropogenic xenobiotics. This thesis thus focuses on the application of redox-proteomics, the study of the oxidative modification of proteins, to D. magna Specifically, daphnids were exposed to copper or paraquat, two well studied prooxidants, and protein carbonyls were labelled with fluorescein-5-thiosemicarbazide prior to twodimensional electrophoresis (2DE). This showed clearly that both compounds affect a different portion of the proteome. The identified proteins indicated that energy metabolism was affected by paraquat, while copper induced a reduction of the heat shock response (heat shock proteins, proteases and chaperones) a counterintuitive result which may be adaptative to metal toxicity in arthropods. The same approach was then applied to the study of the toxicity mechanism of silver nanoparticles (AgNP), an increasingly utilised form of silver with expected environmental toxicity, and its comparison to silver nitrate. The results demonstrate that, although less toxic than silver ions, AgNP toxicity functions through a different mechanism. AgNP toxicity is thus not a product of silver dissolution and increased protein carbonylation indicates that AgNP cause OS. Interestingly three of the four tested compounds altered vitellogenin levels and oxidation. Vitellogenins could thus represent an interesting subproteome for the detection of stress in daphnids. Finally, an experiment with oxidised BSA demonstrates the applicability of solid phase hydrazide in the enrichment of undigested carbonylated proteins.