黄塔小流域农业生态系统景观特征探析

应用GIS、RS和GPS现代技术研究了黄塔小流域农业生态系统景观特征;并从地形因素、基岩和母质、人类活动方面分析其对黄塔小流域景观生态系统的影响。     

典型山地丘陵区农业小流域氮素迁移特征

为探讨山地丘陵区农业小流域氮素迁移特征,对典型山地丘陵区农业小流域降雨—径流事件、水体氮素形态与浓度、时间变异特征及其迁移通量进行了全年观测研究。结果表明:(1)小流域水体氮素浓度存在显著季节变异特征,全年总氮(TN)平均浓度为2.14 mg/L,硝态氮(NO_3~-—N)平均浓度为0.77 mg/L,铵态氮(NH_4~+—N)平均浓度为0.25 mg/L,溶解性有机氮(DON)平均浓度为0.51 mg/L,其中NO_3~-—N是氮素迁移的主要形态;(2)小流域春季(3—5月)对全年氮素迁移通量贡献最高(43.56%),而秋季(9—11月)贡献率最低(3.70%);(3)降雨—径流事件和施肥等农事活动是小流域氮素迁移及其通量的重要驱动因子。     

川中丘陵区典型小流域治理对地表水水质的影响

为探讨小流域治理后地表水水质的时空变化规律,对川中丘陵区典型小流域截流村小流域综合治理后流域上游、中游和下游地表水的p H值、总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)进行了测定,并采用综合污染指数法对水质进行了评价。测定结果显示,截流村小流域上游和中游地表水中TN、NH+4-N和TP浓度雨季大于旱季,下游TN、NH+4-N和TP浓度旱季大于雨季;地表水TN、NH+4-N和TP浓度空间上旱季为上游中游下游,雨季为下游上游中游;地表水CODMn浓度旱季和雨季均表现为上游大于中游和下游,但不同部位之间差异不显著。综合污染指数法评价表明,截流村小流域地表水水质均属于轻度污染,污染程度旱季下游中游上游,雨季中游上游下游。研究表明农田面源污染是川中丘陵区小流域地表水的主要污染源,建议加大流域内梯田和防护林建设力度。     

上海地区氮素湿沉降及其对农业生态系统的影响

试验研究上海地区N素湿沉降及其对农业生态系统的影响结果表明,上海地区湿沉降中N营养盐含量较高,其中NO3-为2.587mg/L,NH4 达2.155mg/L,TIN的含量均在4.000mg/L以上。湿沉降输入到上海地区农业生态系统N营养盐的年通量较高,其中NH4 平均为26.580kg/hm2,1999年达到38.930kg/hm2;NO3-平均为31.545kg/hm2;TIN平均为58.123kg/hm2,相当于124.549kg/hm2尿素或327.980kg/hm2碳酸氢铵,1999年TIN输入量为77.750kg/hm2,相当于166.607kg/hm2尿素或438.732kg/hm2碳酸氢铵,占1998年全国化肥(N)平均施用量的35%。湿沉降中N的输入对农业生产有重要影响。     

川中丘陵区小流域优化综合治理效益研究

占丘陵区总土地面积１２．１万ｋｍ＾２，水土流失面积占６３．７％，以遂宁市市中区５条典型小流域进行优化综合治理措施与效益研究，通过对５个不同类型试验区的实测成果，采取定量与定性、计量与评估、分项计量与优化组合进行分析评价，其效益十分显著。     

川中丘陵区小流域综合治理措施及效益分析

为了探讨川中丘陵区小流域综合治理模式,采用农耕、生态、工程措施相结合的方法对川中丘陵区9市(州)所辖的37个县(市、区)212条小流域综合治理5年后的情况进行调查分析,结果表明:1)土地利用结构的调整使25°以上坡耕地面积减少49.28倍,人均基本农田面积增加0.21倍,农业总产值和人均纯收入分别提高37.91%和25.92%,泥沙拦蓄量提高5.41倍,径流拦截能力提高2.19倍;2)生态工程措施使林业总产值增幅达到138.13%,水利水土保持工程提高了农田水分利用效率及保护机制,治理后,泥沙拦蓄能力提高近5倍,径流拦蓄能力提高近3倍;3)社会效益成果显著,以粮食消费为标准的环境人口容量提高5.97%,以价值消费为标准的环境人口容量提高37.97%。说明川中小流域的综合治理工作卓有成效,这离不开当地农民的支持和配合,其中农耕措施所带来的经济效益最明显,可作为流域综合治理的切入点。     

川中丘陵区小流域非点源氮素迁移的季节特征——以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例

通过分析川中丘陵区典型小流域主排水沟不同部位氮素浓度随季节变化的特征,结果表明NO3--N和NH4 -N浓度随季节变化特征明显,但浓度变化波动大。NH4 -N浓度春季最高,达到2.11 mg/L,NO3--N浓度秋季最高,达到7.12 mg/L,与总氮浓度有显著相关关系。TON浓度随季节变化特征不明显,受人类活动影响大,TN浓度随季节变化波动较小,从上游到出口处经过河流自净作用能明显降低。     

基于DNDC模型的环渤海典型小流域农田氮素淋失潜力估算

为了定量评价流域尺度氮素污染的可能性并探明氮素污染的主要来源,以期指导农业生产实际保护农田生态环境,该文主要运用农业生态系统生物地球化学模型(DNDC)模拟的方法,以环渤海典型小流域——小清河流域为例,在GIS流域数据库支持下对该流域氮素淋失潜力进行了估算。研究结果表明,2006年小清河流域年均氮淋失负荷范围为10.44×103～36.86×103t,平均为23.65×103t。以当年氮肥投入总量222.2×103t计算,该流域平均氮素流失量占氮肥投入的10.6%。不同地区氮素淋失空间分布差别较大,与氮肥施用量的空间分布规律大体一致。其中,44%和27%的地区氮素潜在淋失量分别集中在20～40和>40～80kg/hm2,这些地区主要分布在小清河两侧沿岸及寿光市大部分地区,给流域水环境造成了较大影响。研究结果显示流域氮淋失存在较大的空间区域差异,根据不同地区的实际情况进行水氮管理,减少氮素的无效丢失十分必要。     

甘肃省水土保持小流域生态系统建设研究

1991～ 2 0 0 0年甘肃省开展了水土保持小流域生态系统建设研究 ,对全省不同水土流失类型区 10 3条小流域从治理方略、规划设计、生态建设、效益开发、经营管护等方面进行了系统的试验和探索 ,取得了显著成效。平均治理程度由 3 8 86%提高到 77 70 % ;农、林、牧用地比例由基期的 43 17∶12 5 8∶4 5 0调整为 3 8 5 3∶2 9 0 5∶14 19;年人均纯收入由3 82 87元增长到 110 6 3 5元 ;推广应用面积达到了 73 11km2 。     

川中丘陵区典型小流域土壤氮素空间变异特征及影响因素研究

根据94个样点表层土壤(0—20 cm)氮素的化验数据,在ArcGIS 9.0平台上运用地统计学方法研究了川中丘陵区清流河流域土壤全氮和速效氮的空间变异特征及其影响因素。结果表明,研究区土壤全氮和速效氮含量总体水平较低,二者平均值分别为(0.85±0.03)g/kg和(63.8±25.4)mg/kg。土壤全氮含量总体上呈条带状或斑块状分布,高值区(>1.12 g/kg)主要分布于东部大清河下游的石子镇、苏家、互助一带,并以此为中心向北和向西逐渐降低,向西南呈现出先逐渐降低至沱江流域后又有所上升的趋势,低值区(<0.88 g/kg)主要分布于北部的大冶乡、凤天乡、双桥乡以及西部的安全、靖民、郭北一带;研究区土壤速效氮含量空间分布特征和全氮基本一致。研究区土壤全氮和速效氮含量与土壤母质、地形、土地利用方式、灌溉方式、土壤侵蚀、土壤pH和土壤质地等因素密切相关,其中在不同土壤母质、地形、土地利用方式、灌溉方式、土壤侵蚀状况和土壤质地下土壤全氮和速效氮含量差异达极显著或显著水平。     

淮河流域农业生态系统中地下水体氮源追溯

淮河流域地下水体中的氮污染问题一直以来备受关注。为了从源头追溯氮污染物的来源,本文通过清单法收集淮河流域2002—2017年期间35个地级市的农业统计资料,首先构建基于化肥施用氮、人畜粪便返田氮、生物固氮、大气沉降氮、种子带入氮、秸秆带入氮为输入项和作物收获氮、反硝化脱氮、氨挥发脱氮为输出项的氮平衡模型,估算进入淮河流域农业生态系统内的氮盈余量和强度;然后利用氮盈余量与淋滤系数构建氮淋滤模型定量估算氮淋滤到地下水体中的量。研究发现：2002—2017年间淮河流域农业生态系统中氮年均输入量为1 005.01万t·a^-1,化肥施用氮是最大的氮输入源,占总输入量的52.76%;淮河流域农业生态系统中氮年均输出量为706.43万t·a^-1,作物收获氮在氮输出中所占的比例最大,达87.29%。随着时间的增加,氮盈余量和强度逐步降低。本次从地级市角度计算的氮源强度和其时间变化规律与以往从流域角度计算的氮源强度和其时间变化规律相差不大,保证了结果的准确性。从地区上分析,河南省各地级市的氮源强度最高,山东省和安徽省各地级市的最低。2002—2017年间,淮河流域农业区氮盈余量淋滤进入地下水中的氮污染物总量为26.22万~41.71万t·a^-1,淋滤进入到地下水体中的氮污染物平均量为31.41万t·a^-1,其中2006年最高。较大的氮淋滤值对水体环境造成了较大的污染负荷。采用SPSS 21.0中用F统计量和皮尔森相关系数（ρ）对地下水中的实际氮污染物浓度与估算值间的氮污染物量进行相关性检验,最终通过显著性检验且相关系数达到0.517,证实了本次模型选择的准确性。本文研究表示,2002—2017年淮河流域农业生态系统中地下水体中氮的来源主要为化肥输入,最主要的输出途径为作物收获,污染最严重年份为2006年,为解决农业面源污染问题提供了重要的前期资料,对地下水中氮污染的防控具有重要的现实意义。     

中国亚热带丘陵地区典型流域的营养元素释放

Agriculture is still the biggest contributor of non-point source(NPS) pollution to water bodies and runoff discharges of nutrients and other chemicals are one of the most importtant pathways.This study was conducted during 1998-1999 in a typical watershed with complex agriculture and forestry systems as well as dotted farmer villages,in a transitional region between the mid-and northern subtropical zones of China.Continuous sampling of stream water was performed regularly at a weekly frequency,with additional sampling after all major rainfall events.The discharges of N and P nutrients and suspended materials were measured and the total and area-averaged annual discharges of all components were calculated .The results showed an uneven seasonal distribution of nutrient discharges with summer storms contributing most to the total fluxes.This study demonstrated a high dependence of runoff vlume on rainfall but the overall runoff coefficients were dependent on land use type and watershed size.The area-averaed annual discharges varied greatly among the sub-watershed with differnt sizes and land use structures.This is the first study estimating the area-averaged annual discharges of N and P in the hilly areas of subtropical china,which were 1.5gm^-2 a-1 and 0.1gm^-2a^-1,respectively.providing important reference values for the assessment of regional agricultural non-point source pollution.     

滇中地区小流域治理前后水土流失变化规律的研究

通过生物措施、工程措施和耕作措施对滇中地区典型小流域—王家箐进行综合治理,观测了治理前后气象、水文、土壤侵蚀资料,分析了治理前后试验区降雨与径流、侵蚀之间的关系及变化。结果表明,试验区的水土流失主要集中在5～10月,区内次降雨的径流量、侵蚀量与降雨量和最大30 min雨强乘积的相关性最好,其关系式为一元三次方函数,相关系数在0.956到0.993之间(极显著相关);月径流量、月侵蚀量与月降雨量之间的关系为一元幂函数,相关系数在0.819到0.985之间(极显著相关)。采取生物措施、工程措施和耕作措施相结合的综合治理方式,能有效抑制以坡耕地为主的小流域的水土流失,但不改变流域降雨径流侵蚀函数关系式,只改变其系数。     

川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作氨挥发研究

大气中过量的氨会造成诸多环境问题并危害人类健康。我国农田氮肥施用后的氨挥发是一个重要的氨排放源。紫色土的土壤性质以及该区的气候条件导致其氨挥发潜力较大。与其他集约化农作区相比,该区农田氨挥发研究相对较少。本文探讨了川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系氨挥发情况,为开展陆地生态系统大气碳氮气体交换研究提供基础数据,同时也为氨排放清单的编制及农田氨减排措施研究提供依据。选取川中紫色土丘陵区典型的坡耕地作为研究对象,采用风洞法研究了紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系的氨挥发动态过程。每次试验设置1个施肥处理,3次重复。风速、风向、大气温湿度、土壤温湿度等气象数据由试验田微型气象站获取。每隔2~3 d采集土壤样品用以测定土壤NH4+-N含量。两年的田间试验结果表明,受氮肥深施及低温的影响,冬小麦季氨挥发损失率明显低于夏玉米季;2013年和2014年冬小麦季氨挥发损失率分别为7.4%和8.8%;2013年夏玉米季三叶期氮肥撒施的氨挥发速率为34.1%;2014年夏玉米季三叶期氮肥条施覆土降低了氨挥发损失,损失率为21.4%;2014年夏玉米季十叶期出现极端干旱的气候条件,撒施氮肥后立即灌水使氨挥发损失率高达46.6%,这是由于干旱条件下施肥灌水提供了利于氨挥发的土壤水分条件。因此在极端干旱的气候条件下,应避免采用此施肥方式。综合分析两年的数据可得:紫色土冬小麦季氨挥发损失占施氮量的(8.1±1.0)%,夏玉米氨挥发损失占施氮量的(32.8±1.8)%。     

丘陵半干旱区小流域土地资源定量化评价研究

该文选择丘陵半干旱区国家水土流失重点治理区的辽宁朝阳市北四家小流域作为典型试验区，遵循发生学和主导因素原则，应用层次分析和聚类分析方法，通过划分小流域土地类型、确定土地评价指标体系、建立土地评价层次分析模型、构造判断矩阵、层次排序和一致性检验，将该流域土地资源划分为6个等级，并对各等级土地进行了适宜性评价，提出了其生态环境恢复重建和开发利用的方向。为我国丘陵半干旱区土地资源定量化评价和高效开发利用提供科学依据。     

川中丘陵区不同治理模式对土壤微团聚体分形特征的影响

探讨川中丘陵区不同小流域治理模式对土壤微团聚体分形特征的影响,可为该区植被恢复与水土流失治理模式提供科学依据。本文通过室内分析,研究了5种不同小流域治理模式下的土壤微团聚体粒径组成、分形维数特征及其与土壤理化性质的关系。1该区土壤微团聚体组成以0.01~0.05 mm粒径为优势粒径,含量在0~10 cm和10~20 cm土层分别达28.63%和28.04%;0.001~0.005 mm粒径为次优势粒径,在0~10 cm和10~20 cm土层含量分别达25.90%和26.33%;各土层不同治理模式下各粒径微团聚体含量差异显著。2该区土壤微团聚体分形维数变化范围为2.643~2.717,不同治理模式土壤微团聚体分形维数呈现水保林甜橙林核桃林裸地坡改梯坡减缓的规律,分形维数与各粒径微团聚体含量呈线性关系。3相关性分析表明,土壤微团聚体分形维数与速效钾、全钾呈正相关,与土壤总孔隙、碱解氮、全氮、有机质呈负相关关系。土壤微团聚体分形维数能较好地反映川中丘陵区土壤的理化结构,是表征该区土壤理化性质的重要指标,林地是该区植被恢复与水土流失治理选择的最优模式。     

华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应研究

华北平原是我国重要粮食生产基地,农业生产中,片面追求高产,过量施肥现象普遍存在,由此造成了肥料利用率低下,氮素损失严重,对环境造成了巨大压力,影响到本区域农业经济和生态环境的可持续发展。本文对中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来有关农田氮素过程方面的研究成果进行了梳理,从相关长期定位试验介绍、氮素转化研究方法的创新集成、氮素过程通量与转化机制研究、氮素综合管理与调控等方面入手,全面汇总了有关华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应的研究进展。自建站以来先后建立了8组与氮素有关的长期定位试验,基于此开展了土壤培肥与高产高效、养分循环再利用、农田生态过程及其对人为干扰和环境变化响应和反馈效应等方面的试验研究。研究过程中不断对研究方法进行完善与创新,建立了N_2高背景浓度下原位土壤反硝化研究的方法体系,为土壤反硝化室内机理与原位无扰动反硝化脱氮总量及产物构成规律研究提供了新的方法;量化了乙炔抑制法测定反硝化的系统误差,为克服乙炔抑制法的误差提供了新的技术途径;建立了深层土壤剖面气体监测的技术体系,使N_2O的研究由单纯的农田排放通量测定扩展到深层土体N_2O的产生机制、扩散与还原过程研究,为定量深层土壤产生的N_2O对表层排放的贡献提供了技术支撑。通过对农田氮素转化机制、过程通量及其环境效应的综合研究,分析了该区域农田生态系统氮素平衡状况,定量评价了农田氮素不同损失途径的相对重要性,提出了阻控氮损失、提高肥料利用率的合理调控途径。     

山区小流域生态恢复研究进展

 山区小流域恢复是一项复杂的系统工程,山区流域生态恢复的对象是山区流域生态经济系统,目前国内已开展山区小流域生态恢复的理论和实践研究。从生态恢复的理论基础、实践过程、生态恢复的条件和目标,以及生态恢复的生态效应方面进行讨论,以期对目前的研究有所帮助。     

改进Hargreaves模型估算川中丘陵区参考作物蒸散量

为提高Hargreaves-Samani(HS)模型参考作物蒸散量(ET0)计算精度,该文基于贝叶斯原理利用川中丘陵区1954-2002年逐日资料对其温度指数、温度系数和温度常数进行改进,并使用2003-2013年资料以Penman-Monteith(PM)模型为标准评价HS改进模型计算精度与适应性。结果表明:HS改进模型参数在川中丘陵区各区均小于联合国粮农组织推荐值,并呈现出随纬度上升而增大的趋势;与PM模型计算结果相比,HS改进模型计算的ET0相对误差在川中丘陵区北部从14.2%~60.9%降至-1.1%~33.4%、中部从40.6%~92.6%降至16.9%~61.1%、南部从31.3%~96.0%降至8.5%~64.4%、整个川中丘陵区从32.1%~82.7%降至9.5%~52.6%;相关性分析表明,HS改进模型和PM模型计算的ET0回归曲线的斜率更接近于1(北部1.16、中部1.02、南部0.99、全区1.13),决定系数均达到0.85(P0.01)以上;趋势分析表明,HS改进模型和PM模型计算的ET0变化一致,年内均呈开口向下的抛物线状,年际均呈微小上升趋势。因此,基于贝叶斯原理改进的HS模型在川中丘陵区不同区域变异性较小,适应性较强,具有较高的计算精度,可作为川中丘陵区参考作物蒸散量简化计算的推荐模型。