三峡库区消落带植物治理措施

根据三峡库区消落带的水土流失程度及库区水位变化规律,将145～152 m、152～170 m、170～177 m的消落带分别划为消落带下端、消落带中端与消落带上端,并以三峡库区185 m观景平台的上游消落带生态治理试点为例,采取植物与工程相结合的治理模式,通过选取植被覆盖率、物种种类、物种多样性、植物生长基质流失量4类指标,对试验区的生态修复效果状况进行监测分析.结果表明:试验区的植被覆盖率沿消落带梯度方向从上至下在观测期内逐年降低;物种种类因受库水长时间的淹没有所减少,均匀性随高程的不同也呈现较大差异,α多样性指数在监测期内随时间的增长逐年降低;库岸受库水的长期浸泡以及浪涌的高频繁冲刷是消落带植物生长基质流失的关键因素,造成消落带上下两端植物生长基质流失比中端严重的主要原因为行船所产生的涌浪,且其随时间的增长日趋严重.     

基于VOR模型的三峡库区消落带2010-2020年生态系统健康评价

健康的生态系统可保障人类社会的可持续发展,三峡库区作为我国重点生态环境保护区域,其生态系统健康状况是判断库区可持续发展的重要指标。为综合诊断全面蓄水后三峡库区消落带的生态系统健康状况,研究以景观生态学理论和遥感影像数据为基础,从生态系统活力、组织力和恢复力3个方面构建VOR模型,定量评价消落带10年间的生态系统健康状况。结果表明:(1)VOR模型可适用于三峡库区消落带生态系统健康评价,具有快速、高效等特点;(2)10年间研究区生态系统健康水平总体保持良好状态,其中改善型健康特征总面积占比最大,为44.47%,消落带健康状况呈现逐年稳定并改善趋势;(3)空间分布上,健康水平数量结构呈“凸”形分布态势,库腹消落带生态系统健康状况好于库首和库尾;(4)库首消落带生态系统活力值偏低,低值面积占库首消落带面积比超过60%,需要重视。综上,通过评价消落带的生态系统健康状况,可为三峡库区消落带生态系统保护与修复提供参考和决策支持。     

适宜三峡库区消落带的八种植物

以植物为主，治理三峡库区所形成的消落带，是一种积极而有效的手段。由于消落带面积大，适宜消落带绿化的苗木数量需求极大，目前苗木市场严重供不应求。作者众繁殖方法、栽培管理等方面重点介绍南川柳、秋花柳、枫杨、长叶水麻、小梾木、杭子稍、甜根子等、卡开芦等8种适宜种植在库区消落带的植物。     

三峡库区干支流消落带泥沙沉积特征分析

为了阐明三峡库区消落带泥沙沉积的特征,选择三峡库区5个典型支流断面和2个干流断面,采集消落带沉积泥沙样和坡面对照样共42个,分析了三峡库区干支流消落带沉积泥沙的颗粒组成、养分元素(有机质、总磷、总氮、钾)以及沉积泥沙来源。结果表明:干流消落带沉积泥沙相比支流消落带沉积泥沙较粗,干流消落带泥沙粘粒呈现明显富集状态,富集率达到1.57。干流和支流消落带均表现为上部(170m)比消落带下部(160m)的~(137)Cs比活度高,由于消落带上部和下部受淹水时间的不同,造成消落带不同高程带的沉积过程和泥沙来源存在差异。干流消落带样的各养分元素含量与坡面表层对照样含量相当,并没有发生明显富集;而支流则相反,各养分元素有明显的富集,尤其是总磷元素,富集率达到2.43。     

长江三峡库区消落带中山杉耐淹试验

于2014年3月,通过对长江三峡库区消落带中山杉的保存率与生长状况进行调查,研究中山杉的耐淹性。结果表明:1)中山杉在163~174 m高程范围内的平均保存率为98.1%,消落带坡度对水淹后中山杉的保存率具有显著影响,消落带原土地利用类型对其保存率影响不显著;2)中山杉在各高程上的平均树高均超过3.5 m,平均胸径均超过4 cm,水淹深度对中山杉的高生长没有显著影响,对其胸径生长有显著影响;3)消落带坡度对中山杉树高和胸径生长存在显著影响,但消落带原土地利用类型对其树高和胸径生长没有显著影响。中山杉极强的耐淹性为生物治理长江三峡库区消落带奠定了基础。     

三峡库区消落带土壤中铅污染调查

报道了三峡库区长江干流及小江支流消落带土壤中重金属铅含量背景值的调查结果。结果表明，目前土壤未被重金属铅污染。     

不同植被恢复模式下三峡库区万州段消落带土壤养分及其空间分布特征

消落带植被状况与水位消涨是影响土壤养分及其分布的重要因子。本文以三峡库区万州段消落带为研究地点,通过对人工和自然恢复样地沿海拔梯度对土壤进行取样和分析,揭示了不同恢复模式下消落带土壤养分及其空间分布特征。研究结果表明,植被恢复模式对土壤养分有显著影响,人工恢复样地消落带主要土壤养分含量总体高于自然恢复样地,显示人工恢复能有效促进土壤养分在植物群落中的积累;在库区反季节水位消涨的作用下,人工恢复地消落带土壤养分沿海拔梯度呈先增加后减少的空间分布格局,土壤养分含量在消落带中部(海拔165 m)达到最高值,而自然恢复地土壤有机质和全氮的空间分布则随海拔梯度增加而增加,以消落带上部(海拔175 m)的值最高。土壤养分的空间分布格局源自于不同海拔梯度的消落带受水位消涨扰动程度以及植被恢复状况的差异,植被恢复模式对土壤养分的空间分布仍有一定影响。今后应在消落带上部进一步引种适宜的乔灌木物种,不断提高消落带植被对土壤养分的固持能力。     

不同修复植被类型的三峡库区消落带土壤细菌群落分析

为了探究三峡库区消落带不同修复植被对土壤细菌群落结构的影响,以纯草地(A₁)、纯林地(A₂)和覆草林地(A₃)3种不同样地土壤为研究对象,采用土壤理化因子检测及扩增子测序的研究方法,分析了不同修复植被对三峡库区消落带土壤细菌群落的影响。结果表明:不同样地的pH值、全氮(TN)和全磷(TP)含量无显著性差异,A₁和A₃的土壤有机碳(SOC)含量之间无显著性差异,但均显著高于A₂(p<0.05); 相关分析显示样地土壤细菌群落ACE指数和Shannon指数与土壤SOC和TN含量显著正相关(p<0.05),Chao1指数与土壤SOC含量显著正相关(p<0.05); 不同样地土壤的细菌优势种群无明显区别; 属水平上6个优势种群的相对丰度与土壤SOC和TN含量显著相关(p<0.05); 冗余分析显示SOC是影响三峡库区消落带不同修复植被样地细菌群落的主要显著性因子(p<0.05)。由此可以得出,不同修复植被类型的消落带土壤的细菌优势种群无明显差异,土壤细菌群落结构主要受土壤SOC的影响。     

三峡库区湖岸带土地利用研究

三峡库区湖岸带是水生生态系统和陆地生态系统的交接地带.湖岸带是十分重要的土地资源.但是,对三峡库区湖岸带土地资源必须合理开发利用,才能做到对湖岸带的保护.湖岸带土地资源的开发利用问题应该十分重视.在分析三峡库区湖岸带土地资源现状的基础上,提出三峡库区湖岸土地资源的合理开发利用和保护措施.     

三峡库区消落带完整淹水后土壤重金属分布特征及其影响因素

通过野外采样和室内分析,对三峡库区小江流域消落带土壤重金属Cu、Zn、Cr、Ni的含量特征进行了评价,并同时对其在消落带上的影响因素和分布特征进行了研究.结果表明:Cu、Zn、Cr、Ni在消落带上的含量分别为28.69,126.03,57.20,27.91 mg/kg.相关分析表明,Ni、Cr、Cu的含量明显受土壤理化性质影响.其中,有机质、粗黏粒和黏粒均与Ni、Cr、Cu含量呈显著或极显著正相关,粉粒与Cr、Cu呈显著正相关,砂粒与Ni、Cr、Cu均呈显著负相关.逐步回归分析表明,Cr、Ni主要受粗黏粒含量的影响;Cu主要受砂粒含量的影响.单因素方差分析表明,Cu、Zn、Cr、Ni在消落带不同区段的分布存在显著性差异,总体呈从上游到中下游逐渐增大,下游又有所下降的趋势,其在消落带不同高程上分布的差异性不显著.     

径流曲线法模型参数在黄土地区的优化研究

根系吸水的定量模拟是土-根系统水分动力学研究的难点之一.现有根系吸水模拟模型往往是在特定条件下建立的,缺乏对根系吸水机制的了解,因而其应用受到限制.根系吸水的最小能量模型是基于植物为适应生存,用于根系吸收水分消耗的能量最小这一物理概念上提出来,是否能真实反映根系吸水情况值得进一步研究.采用土柱实验,对该模型进行了实验验证.发现正常水分条件下,最小能量模型模拟精度高,而在土壤干旱条件下模拟精度较差,可能与干旱条件下植物体内的生物调节机制有关.     

不同水分处理下基于辐热积的温室番茄干物质生产及分配模型

为了探讨干物质生产及分配模型在西北地区温室环境不同水分处理的使用性,以番茄为材料,于2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行亏水处理试验,设置全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%处理、苗期开花期连续亏水50%和全部亏水50%共4种水分处理,通过2013-2014年温室试验分析不同水分处理条件下番茄茎、叶、果实和根系的动态变化,建立了基于番茄耗水量、地上部和根系分配指数、地上部各器官分配指数的番茄干物质生产及分配模型;利用2014-2015年试验数据对干物质生产及分配模型进行验证。结果表明,利用累积辐热积与干物质总量进行拟合得到的关系式,可以利用累积辐热积较为准确地模拟不同水分处理下番茄干物质总量。番茄干物质总量受累积辐热积和水分影响较大,而干物质总量在地上部、根系及地上部各器官的分配指数只随辐热积变化,不随灌水量发生显著的变化。运用番茄耗水量、累积辐热积、经验公式和经验系数得到的干物质生产及分配模型,通过该模型估算不同水分处理番茄茎、叶、果实和根系干物质的预测值和实测值拟合度较高,其绝对误差为0.24~9.46 g/株,均方根误差为0.35~10.01 g/株和决定系数为0.78~0.89,可以用该模型预测肥料充分条件下各水分处理温室番茄各器官的干物质生产及分配,为温室番茄不同水分条件下番茄生产提供理论依据。     

植物根系吸收土壤水分的数学模型

本文根据植物根系吸水的物理过程,提出了一个能反映根系吸水机理的宏观数学模型,模拟结果与试验之间进行比较的情况非常令人满意,因而本模型具有较高的预报能力。在描述SPAC中水分运输的过程中,定量描述了相关的水势分量,同时还探究了这一过程中能量转换和消耗的特征。根系吸水速率与有效根密度的关系甚为密切。有效根密度的物理基础是单位土体中毛根的长度。因此,可采取优化的技术措施来加强根系发育,尤其是增加毛根的长度和数量,从而可提高植物的水分利用效率和创造高额的生物产量和经济产量。     

膜下滴灌棉花根系吸水模型的建立

黄土高原是世界上土壤侵蚀最为严重的地区之一,沟谷侵蚀是其最重要的研究课题。为了从地理学角度估算沟谷侵蚀量,以5m×5m分辨率的DEM为实验数据,运用传统地图制图学领域的等高线图形简化技术,结合现代GIS三维分析与数据挖掘方法,对陕西省安塞县马家沟流域典型样区进行了实验研究。结果表明,对构成沟谷部位的等高线几何图形实施简化,即相当于在实验条件下对沟谷实行了"虚拟填充",这种地形还原手法可用于模拟沟谷系统的形成和发展过程,对于探索单一沟谷或流域沟谷系统的长期演变过程,准确估算沟谷系统的侵蚀总量具有广泛的参考价值。     

水分胁迫条件下绿洲农田冬小麦水分运移规律研究

以干旱区绿洲农田冬小麦水分胁迫试验为基础,研究了不同水分胁迫条件下的冬小麦生长发育、水分利用以及土壤水分运动特征,建立了含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水分胁迫条件下冬小麦蒸腾、棵间蒸发、根系吸水、根系生长以及田间土壤水分运移过程。结果表明:在冬小麦生育前期、中期根系吸水主要在80cm以上,生育后期根系对下层土壤水分吸收量增加,但所占比例很小。根据实测根系生长资料分析水分胁迫下生育中期根系受到水分胁迫,在生育后期恢复灌水后根系早衰,生长缓慢;从胁迫程度上来说中度胁迫复水后的后效影响要大于重度胁迫处理。     

基于动态规划理论的棉花根长生长模拟方法

作物根系生长不仅取决于生理因素,还取决于生态环境因素,而土壤水分环境与作物根系生长之间的关系则是局部灌溉技术设计的理论依据之一。为了进一步探索影响棉花根系生长的主要因素,本文在根?冠水量平衡的基础上,结合作物系数与叶面积的关系模型、根长密度分布函数以及根系吸水效率函数,应用动态规划理论,建立了棉花根系生长模型,并以桶栽棉花试验结果进行验证。结果表明,该模型纳入了土壤水分环境、大气蒸腾力和叶面积等影响根系生长的因子,具有揭示根系生长耗水机理的作用。该模型模拟出的棉花总根长变化趋势与实测结果基本一致,当以多年月平均参考蒸散量(ET0)作为输入条件时,模拟结果总体误差为15.41%,可以用于工程设计。对模型敏感性分析结果表明,所建模型能够反映棉花根?叶生长的同步性,以及进入生殖生长期以后根—叶之间的水量平衡关系。棉花根系生长对土壤水分环境变化的敏感性高于对叶面积变化的敏感性,体现了棉花根系生长的机理,建模方法可行。本文研究成果对完善局部灌溉技术中灌溉制度的设计理论具有重要意义。     

果树根系吸水函数的建立

通过对苹果树根系的详细测定和研究,针对前人在作物根系吸水的研究中有争议之处,以大田一般情况为基础,提出了新的苹果树根系吸水函数,并建立了以新函数为源汇项的SPAC系统模拟模型,经田间试验检验,模拟准确、精度高。     

基于实时含水率数据的土壤墒情动态建模及预测

实时准确地预测墒情是进行灌溉预报,实现农田水分精准化管理,提高水分利用效率的重要措施。基于根区（0−60cm土层）水量平衡原理,利用泰勒级数对根区下界面水分通量和作物蒸腾量进行了线性化处理,并以实时根区平均土壤含水率为自变量构建了动态的土壤墒情预测模型。采用天津市武清区西吕村无线土壤墒情监测系统（包含3个监测点）实时监测数据（地表下30cm和60cm处的土壤含水率）,分别选取5d、10d、15d和20d作为建模系列长度进行回归分析,确定模型参数,对10d和15d两种预见期进行了土壤墒情预测精度分析。结果表明：（1）实时预测模型拟合程度较好,三种建模系列长度条件下的确定性系数均达到0.80以上（样本数均大于550）;（2）15d建模系列长度下相对误差最小;（3）15d建模系列长度、15d预见期、10%相对误差界限值条件下,3个监测点的墒情预测合格率分别达到98%、100%和89%。由此可见,研究提出的实时墒情预测模型预测精度较高,便于建模分析,为土壤墒情的预测提供了新方法。     

水磷互作对潮土玉米苗期生长及磷素积累的影响

利用温室盆栽试验研究了水磷互作对潮土玉米苗期生长及磷素积累的影响。结果表明,水、磷能显著影响玉米株高与叶面积状况。水分胁迫条件下,适度施磷处理比对照玉米株高和叶面积分别增加69.7%和33.6%;而适水条件下分别增加38.3%和48.0%。适度施磷条件下,水分胁迫促进了玉米根系发育,根干重与根冠比均高于适水处理。水磷配合能提高了玉米干物质积累量,表现出显著正交互效应。适度施磷范围内,适水处理能显著提高植株体磷素吸收积累总量,但对植株磷含量影响不大;适水处理下,过量施磷会导致植株对磷素奢侈吸收,而在水分胁迫下反而降低对磷素的吸收积累。水磷适度配合表现出较好的耦合效果,达到“以水促磷”与“以磷促水”的目的。     

玉米三维重构及可视化系统的设计与实现

重构出植物的三维形态是数字植物研究的基础。介绍了玉米三维重构及可视化系统的整体结构、数学基础及实现过程。系统由器官几何造型模块、生长模型模块、可视化控制模块、数据库和人机交互界面组成。其中，玉米叶片、茎节、雄穗、雌穗和根系的三维形态是由基于器官形态结构主要特征而构建的参数化的几何模型来描述的。模型参数具有较明确的生物学意义，均可由品种特征或生长模型生成；系统运行时，根据玉米品种特征和玉米生长模型生成植株的拓扑结构参数和器官几何模型参数，通过人机交互操作来确定行株距等农艺措施参数，进而结合VC++和openGL在计算机上重构出玉米器官、个体和群体的三维形态，具有较好地真实感。系统界面友好、使用方便，易于交互，为农学研究者提供了新的手段。