黄土丘陵区生态恢复重建过程中流域降雨及其水沙变化特征研究

以燕沟流域为研究对象，着重研究生态恢复重建过程中流域系统的降雨和水沙变化特征，并对高度治理流域的总体减沙水平做了分析。结果表明：治理流域增强了土壤接受降雨的人渗能力，提高了流域自身林草涵养水分以及流域地表对径流的调蓄能力，因而增加了流域生态建设可用的径流资源量。燕沟流域1997年以来的年降雨量具有一定的代表性．说明燕沟流域的输沙模数逐年锐减，对近年来流域所实施生态环境建设和流域植被重建工程起到了显著的水土保持效果，与治理前相比，减沙效益约为83．7％。     

降雨量和水土保持对皇甫川输沙量变化的贡献率分析

为探究黄河支流输沙量减少与流域内降雨量变化及水土保持措施的定量关系。以黄河中游皇甫川流域为研究区域,基于1960—2015年准格尔气象站日降水量、皇甫水文站年径流量和年输沙量数据,分析对皇甫川流域年径流量与年输沙量有影响的降雨量参数。通过双累积曲线法和突变点检验法确定输沙量变化的3个典型时期：Per1(1960—1986年)、Per2(1987—1999年)和Per3(2000—2015年);计算了降雨量变化、植被恢复和工程措施对该流域不同时期输沙量变化的贡献率。结果表明：(1)1960—2015年皇甫川流域降雨强度超过25 mm/d的降雨减少,径流量和输沙量呈显著减少趋势(M—K检验Z<0,p<0.01);(2)因水土保持引起流域下垫面条件的改变,当Per3与Per1时期中有相似降雨量的年份,Per3时期这些年份的输沙量比Per1时期显著减少,减小范围为50.2%～98.6%;(3)1987—1999年植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为73.0%和38.4%,2000—2015年降雨量变化、植被恢复和工程措施的减沙贡献率分别为11.5%,69.8%和18.7%。研究结果...     

三川河流域重点治理减沙效益分析

三川河流域自1983年列入全国八大重点治理区后,至1992年底止,10年新增治理面积1129km~2,流域累计治理程度达到57.6％。采用水文法与水保法分析该流域重点治理以来的减沙效益,前者的分析结果是,重点治理期间的年均输沙量较重点治理前减少59.03％,每毫米汛期降雨所产生的输沙量分别比1957～1972年、1957～1982年减少61.30％和52.23％;后者的分析结果是年均输沙量分别比1957～1972年、1957～1982年减少44.26％和55.18％。考虑到降雨变化对水文法分析产沙的影响,故10年重点治理期间较重点治理前多年平均输沙量年均减少约为50.0％。     

延河流域 1997—2006 年林草植被减洪减沙效应分析简

根据延河流域长系列水文资料,对1997-2006年林草植被减洪减沙效应进行重点分析.结果表明：1）与基准期的1956-1969年相比,延河流域1997-2006年汛期降水、径流、输沙量分别减少了15.1％、45.6％和67.2％.截至2006年底,延河流域（含未控区）水土保持措施保存面积37万1 751 hm2,其中林草措施保存面积30万7 412hm2,占82.7％;2）延河流域1997-2006年林草植被年均减少洪水量2 885万m 3,年均减沙量1 695万t,分别占水土保持措施年均减洪减沙总量的63.6％和58.2％,其中林地减洪减沙效应最为明显,其减洪减沙量分别是草地和封禁治理措施减洪减沙量之和的4.9和4.7倍;3）1997-2006年延河流域林草植被减洪减沙上升趋势明显,林草植被与工程措施减洪量之比约为64％∶36％,减沙量之比约为58％∶42％.     

1990～1996年渭河流域水沙变化原因初步分析

根据流域水文泥沙观测资料及1990年土地详查成果和1996年土地变更调查成果等,采用"水保法"和"水文法"对渭河流域1990～1996年水土保持措施减水减沙作用及水沙变化原因进行了分析计算.经"水保法"分析,年均减水量28.48亿m3,效益47.7%,其中减洪水量9 .19亿m3,减洪效益37.1%;年均减沙量4 630万t,效益35.8%,其中减洪沙量3 986万t, 减洪沙效益33.6%.经"水文法"分析,年均减水量25.71亿m3,减水效益44.3%,在减少的年径流量中,人类活动影响占51.5%,降雨影响占48.5%;年均减沙量0.800亿t,效益59.7 %,在减少的沙量中,人类活动影响占57.1%,降雨影响占42.9%.     

佳芦河流域特大暴雨洪水对下垫面治理的响应

根据实测水文资料,从下垫面治理入手,对佳芦河流域“2012-7-27”暴雨洪水进行了实地调查和成因分析。采用回归分析方法分析了流域洪水泥沙关系和汛期降雨产流关系及其变化,采用“指标法”计算了流域水土保持措施减洪减沙量,并分析了水土保持措施减沙能力和植被措施对流域洪水泥沙的削减作用。结果表明:（1）“2012-7-27”暴雨的雨量、雨强和笼罩面积都很大,但洪峰流量、最大含沙量、洪水量和洪水输沙量却明显减小;流域汛期降雨产流关系具有明显的分区特征,以场次洪水对应的面平均雨量为参数,可以分为暴雨区、大雨区和一般降雨区等3个区。（2）流域水土保持措施削洪减沙作用十分明显。“2012-7-27”暴雨中水土保持措施减洪减沙效益分别达到26.8%和38.3%,其中坝地减洪减沙所占比例最大,分别为71.0%和51.9%,林草等植被措施（包括封禁治理）减洪减沙所占比例其次,梯田减洪减沙所占比例位居第三。（3）植被措施对流域洪水泥沙削减作用显著,但梯田、林地减沙能力均未达到其最大减沙能力,抵御暴雨洪水的空间仍然很大,草地减沙能力约为其最大减沙能力的1.8倍,需要继续加大植被措施建设力度。同时,在流域治理中要继续加大治沟骨干工程建设力度,大力实施“坡改梯”工程。     

黄土高原燕沟流域生态环境建设模式及效益研究

简要介绍了燕沟流域自1998年以来生态系统恢复的生态农业建设模式、植被恢复重建措施等,并对生态建设中社会经济以及生态环境效益进行了分析。结果表明燕沟流域综合治理措施配置和生态农业建设模式选择合理,为黄土高原的生态农业建设提供了科学依据和示范样板。     

陕北黄土丘陵沟壑区植被减沙效益研究

本文分析了不同的林草植被类型，林草地覆盖度和林地凋落物与蓄水减沙效益的关系。其研究方法是通过植被类型小区和治理沟与对比沟，进行径流泥沙观测;用样方和静水浸泡法测定林地凋落物量和贮水量。结果表明:植被类型不同蓄水减沙效益不同。以成年柠条林、6年～15年生刺槐林、2年～8年生沙打旺草地蓄水减沙效益最显著，其次为1年～6年生刺槐林和1年～5年生苜蓿草地;天然荒坡草地的径流量大于农地，大大减少了土壤流失量。同一树种林地覆盖度越大减沙效益越显著。林地凋落物层对蓄水减沙起重要作用。     

黄土丘陵区燕沟流域水土流失治理的水沙效应

黄土高原大规模的生态恢复必将对水土流失区的生态环境产生深刻影响,其流域尺度的水文效应对理解生态环境响应尤其重要。通过对延安燕沟流域1998-2010年的生态系统恢复进程及其流域水沙变化过程耦合分析表明:燕沟流域治理后径流泥沙发生了深刻变化,尽管流域总径流仍随降雨波动,但洪水径流显著减少,径流中泥沙含量迅速减少,总输沙进一步减少。这种变化趋势与流域进行的治理措施、治理阶段吻合;梯田、坝地等工程措施使得流域径流显著减少,林草植被恢复使得径流减少的同时,径流含沙率减少幅度更大。工程措施配以植被措施基本可以做到泥不出沟。因此,黄土丘陵区治理流域应该生物措施与工程措施并重,达到控制水土流失的目的。     

黄土区林草植被对坡地产流产沙的影响

为进一步探讨林草植被对流域降雨产流产沙的影响,为黄土区植被建设提供理论依据,对蔡家川流域坡面径流小区和试验小流域降雨产流产沙进行了测定和分析。结果表明,坡面自然更新的次生林和虎榛子灌木林较人工林有更好的涵养水源、保持水土功能;通过灰色关联分析,林分郁闭度和草本、枯落物生物量对坡面产流产沙影响显著。在对嵌套流域聚类分析的基础上,相似地形地貌的子流域,少林流域比多林流域的雨季径流深、径流系数高2.7~2.9倍,且前者暴雨径流输沙量是后者3倍~6倍。     

兰州土壤-蔬菜系统铅污染特征及全钾速效钾与pH对其富集特性影响

通过野外调查取样与实验测定相结合的方法,对兰州市农业生态系统土壤-蔬菜体系49个样点进行研究,分析探讨了研究区蔬菜与土壤的铅污染水平以及蔬菜铅富集效应特性。结果表明：①蔬菜种植地土壤铅平均含量为26.30 mg.kg-1,合格率为93.62%,在不同县区存在显著差异,其大小顺序为红古区〉榆中县〉永登县;②蔬菜铅平均含量为0.59 mg.kg-1,合格率为60.78%,在不同县区存在显著差异,其大小顺序为永登县〉榆中县〉红古区;③蔬菜铅富集系数为（1.69±2.99）%,永登县蔬菜的铅富集能力显著高于榆中县和红古区,不同种类蔬菜铅富集能力在不同县区具有差异性;④土壤全钾除与白菜和甘蓝有正相关性以外,与其他蔬菜均为负相关性,其中与白菜、番茄、土豆显著相关,与胡萝卜为极显著相关;⑤土壤速效钾与各种蔬菜的铅富集能力均为正相关性,其中与胡萝卜、甜菜、甘蓝为显著正相关,与番茄、土豆、菜花为极显著正相关;⑥土壤pH值与胡萝卜、甜菜铅富集系数呈显著负相关,与菜花呈极显著负相关。研究表明,兰州市不同蔬菜产区的各类蔬菜对土壤铅的富集具有明显的差异性,同时不同形态的钾元素及土壤pH值对蔬菜铅富集能力具有显著的影响。     

3S支持下的陇中黄土高原生态系统健康评价--以甘肃省榆中县为例

利用遥感影像、DEM和调查数据,在野外调查的基础上,利用3S技术,生成各参评因子的专题栅格图层.运用层次分析法,从影响生态系统健康的自然和人文因子的角度出发,选择活力、组织结构、负荷能力、恢复力、生态系统功能维持、外部投入及人群健康状况作为研究区生态系统健康评价的7个要素,构建生态系统健康评价指标体系.健康等级划分为:很健康、健康、中度健康、一般病态和疾病5级.研究结果表明,该县生态系统健康状况处于中等偏下水平,一般病态面积占到45%～50%,而且从1991年-2002年-2006年病态面积逐年增加,健康面积逐步缩小,反映出榆中县2006年生态系统健康状况较2002年和1991年有所下降.     

25年来种植业结构调整驱动的县域养分平衡状况的变化——以山东惠民县为例

本文以山东省惠民县为例,采用1984年全国第二次土壤普查和2004年土壤调查的实测数据以及历年农户调查结果和统计数据,系统分析了过去25年来惠民县种植业结构调整对该县养分平衡和土壤养分特征的影响。结果表明,惠民县种植业结构由以粮棉为主演变为以棉粮菜为主;该县的养分平衡状况为氮盈余6089～19405t,磷盈余259～7001t,钾亏缺2532～6712t;该县土壤有机质含量、全氮含量、速效磷含量分别增加了57%、22%、303%,速效钾含量则降低了6%。种植业结构的改变影响了农田氮、磷、钾养分的投入,进而影响到整个县域的养分收支平衡和土壤的养分含量,因此如何合理进行作物种植布局并优化不同种植体系的施肥技术将成为今后区域农业生产优质高效的主要方向。     

Resistance and resilience of the soil microbial biomass to severe drought in semiarid soils: The importance of organic amendments

Changes in mean global air temperature and precipitation patterns, leading to longer drought periods and more extremely dry years, are predicted. The objective of this work was to assess whether a long period of severe drought can affect the growth and activity of the microbiota of a semiarid soil, as well as the effect of organic amendments on soil resistance and resilience to this severe drought. A soil incubation experiment was carried out over 60 days, under controlled conditions (25 °C and 60/80% day/night relative humidity), with two treatments: unamended (US) and amended (AS) with manure compost (100 t ha⁻¹). Two levels of irrigation were imposed: (1) well-watered (MUS and MAS), the soil being maintained at 60% of its water-holding capacity (WHC), and (2) dry, without irrigation (DUS and DAS). Then, a single level of irrigation was established for 37 days, dry soils being irrigated under the same conditions than well-watered soils, to assess soil resilience to this period of drought. Under well-watered conditions, the soil water-soluble nitrogen contents were 73 and 88% higher, the microbial biomass carbon 63 and 48% higher, alkaline phosphomonoesterase activity 46 and 32% higher, β-glucosidase activity 16 and 25% higher and urease activity 30 and 19% higher for the US and AS treatments, respectively, compared with the dry conditions at the end of the experimental period. Furthermore, the organic amendment helped the soil to retain moisture and encouraged the growth and activity of soil microbial populations. However, a 2-month drought seems insufficient to destroy the native microbial biomass in the arid soil used in this study, indicating that it is well adapted to adverse climate conditions. Thus, microbiological and biochemical parameters experienced a rapid recovery after soil rewetting, DUS and DAS showing values similar to MUS and MAS, after rewetting, highlighting the resilience of this type of soil against drought stress.     

农业旱情遥感指数验证与不确定性分析

以山西省太谷与山东省济宁试验为例,对极轨气象卫星农业旱情遥感监测指数进行验证,并对其不确定性进行分析。山西省太谷试验结果表明,旬温度条件指数(T),植被条件指数(V),植被健康指数(H)与土壤湿度有较高相关性(R2分别达到0.51,0.50,0.56),日部分指数相关性更高(R2分别达到0.58,0.45,0.60);山东省济宁日指数与土壤湿度相关性比太谷的高(T,V,H的R2分别达到0.93,0.66,0.97),但是两地区叶面缺水指数(W)与土壤湿度的相关性都很低,验证结果表明,利用H与T较适合农业旱情监测。另外在对比分析2个地区试验结果的基础上,从作物种植结构、监测时间尺度、植被生理状况,以及指数本身特性等角度分析了农业旱情监测中的不确定性。     

典型黑土区水土保持生态抗旱技术措施体系的构建——以黑龙江省拜泉县为例

[目的]对典型黑土区水土保持生态抗旱技术措施体系的构建进行探讨,以期为该区生态农业可持续发展提供理论支持。[方法]以半干旱半湿润、水土流失严重的拜泉县为研究区,运用生态学原理,采取水量平衡分析的方法,对该区生态抗旱措施体系进行构建和效果评估。[结果](1)确定了区域内各项水土保持生态抗旱措施的优化配置比例。(2)生态抗旱技术措施体系缓解了旱情的发生,2005—2009年区域内基本无春旱发生;与相邻县份相比,10a间旱灾发生频率减少了28.5%。(3)水量平衡分析表明,区域水资源利用率提高了13.6%。[结论]水土保持生态抗旱是半干旱半湿润水土流失区生态建设的一种有效途径,拜泉县生态抗旱技术措施体系的构建取得了显著的生态、经济和社会效益。不同地区应根据自然条件和环境特点构建适合本区域的生态抗旱技术措施体系。     

保水剂对岩溶石山土壤及金银花生长的影响

广西忻城县岩溶石山土壤具有土层浅薄贫瘠、保水性差、易干旱等特点。本试验选用高效农林保水剂、农作物果树抗旱保水剂、稷丰保水剂和旱宝贝MP-3005四种保水剂在移栽金银花扦插苗时施用,探讨了它们对忻城石山土壤物理性状及金银花生长的影响。结果表明:施用保水剂能降低土壤容重,提高土壤总孔隙度和毛管孔隙度,改良土壤结构,从而提高石山土壤持水能力;在石山土壤干旱时,高效农林、旱宝贝MP-3005两种保水剂能够促进金银花二级分枝生长,提高金银花幼苗存活率,保持金银花长势良好,有助于治理荒漠化石山和改善石山地区生态环境。     

Plant regeneration functional groups modulate the response to fire of soil enzyme activities in a Mediterranean shrubland

Soil enzymes are critical to soil nutrient cycling function but knowledge on the factors that control their response to major disturbances such as wildfires remains very limited. We evaluated the effect of fire-related plant functional traits (resprouting and seeding) on the resistance and resilience to fire of two soil enzyme activities involved in phosphorus and carbon cycling (acid phosphatase and β-glucosidase) in a Mediterranean shrublands in SE Spain. Using experimental fires, we compared four types of shrubland microsites: SS (vegetation patches dominated by seeder species), RR (patches dominated by resprouter species), SR (patches co-dominated by seeder and resprouter species), and IP (shrub interpatches). We assessed pre- and post-fire activities of the target soil enzymes, available P, soil organic C, and plant cover dynamics over three years after the fire. Post-fire regeneration functional groups (resprouter, seeder) modulated both pre- and post-fire activity of acid phosphatase and β-glucosidase, with higher activity in RR and SR patches than in SS patches and IP. However, we found no major differences in enzyme resistance and resilience between microsite types, except for a trend towards less resilience in SS patches. Fire similarly reduced the activity of both enzymes. However, acid phosphatase and β-glucosidase showed contrasting post-fire dynamics. While β-glucosidase proved to be rather resilient to fire, fully recovering three years after fire, acid phosphatase showed no signs of recovery in that period. Overall, the results indicate a positive influence of resprouter species on soil enzyme activity that is very resistant to fire. Long-lasting decrease in acid phosphatase activity probably resulted from the combined effect of P availability and post-fire drought. Our results provide insights on how plant functional traits modulate soil biochemical and microbiological response to fire in Mediterranean fire-prone shrublands.     

Severe drought-induced community tolerance to heat wave. An experimental study on soil microbial processes

Purpose

The purposes of this study were to identify the influence of a severe drought period on the impact of a subsequent heat–drought disturbance on the microbial community of a Mediterranean agricultural soil and particularly to highlight the long-term effects on the microbial catabolic profiles.

Materials and methods

We performed an experiment in microcosms and applied the MicroResp? method on soil microbial communities.

Results and discussion

A 21-day combined heat–drought disturbance had less impact on soil microbial communities pre-exposed to a 73-day severe drought than on those that were not pre-exposed. These differences were observed not only for biomass and physiological traits (basal respiration, qCO₂), but also for catabolic microbial structure evolution during the recovery time.

Conclusions

These observations suggest that the physiological stress imposed by the initial severe drought changed the microbial catabolic structure or physiological state and favoured a portion of the microbial community best adapted to cope with the final heat–drought disturbance. Consequently, the initial severe drought may have induced a community tolerance to the subsequent heat wave. In this study, we also note that resilience was, more than resistance, an indicator of pre-exposure to stress. In the context of assessing the effects of extreme climatic events on soil microbial processes, these results suggest that future studies should take into account the historic stress of habitats and resilience parameters.

     

淮北地区农业干旱预警模型与灌溉决策服务系统

根据2002-2005年3a的田间试验资料和1990-2005年16a的大田土壤水分观测资料,分析确定了安徽淮北地区冬小麦、夏玉米干旱等级指标和适宜土壤水分指标。基于常规气象资料建立了36个逐旬中期降水预报模型,基于温度、降水等气象要素建立了24个土壤墒情逐月回归模型,基于土壤水分平衡方程建立了农业干旱逐旬预报数学模型,对各模型进行综合集成,建立了淮北地区农业干旱综合预警模型。根据干旱预报和降水预报结果,以及作物-土壤适宜水分指标、作物需水量关键期、临界期和土壤水分临界值等,开发了淮北地区冬小麦、夏玉米的干旱预警和灌溉决策计算机服务系统,使用简便快捷,业务化程度高,在近2a的业务应用中,服务效果显著。