和田地区绿洲外围农田防护林带的防护效益

在和田地区新垦农地外围的流动沙地种植新疆杨乔木+沙拐枣灌木复合防护林,通过布设风速风向观测仪、沙尘通量梯度仪、温湿度和辐射等测定仪于林带前后,研究防护林网的防护效益,为营建绿洲外围防护林和合理开发利用荒漠区的土地资源提供理论依据。结果表明,防护林带的防风效能随着高度的增加而减弱,大于起沙风速(6m/s)时,新疆杨林带、沙拐枣林带在0.5m处的防风效能分别为67.2%和94.5%,在3m处的防风效能分别为31.3%和33.7%。随着风速的增大,沙拐枣林带和新疆杨林带的防风效能均减弱,新疆杨林带的减弱更为明显。防护林带有效地降低了地表风速,减轻地表风蚀。林带内的输沙量仅为外围的10%左右。此外,林带内的太阳辐射强度下降,温度降低,湿度显著增加。由此可见,防护林可以有效地起到防风固沙,改善区域小气候的作用。     

辽河三角洲泥质海岸防护林小气候效益研究

利用常规观测与梯度观测相结合的方法,对辽河三角洲典型泥质海岸的片状防护林和单片防护林带的风速、土壤温度、光照强度、空气湿度等气象因子进行观测。结果表明：片状林带透风系数为0.26,属于疏透结构,在林带背风区1H-5H（H为树高）范围内风速降低最明显,降低幅度为38.51%～57.25%,10H-20H范围内比较缓和,风速降低8.19%～20.57%,林内风速平均比林外对照降低62.86%;单林带1H-5H风速平均降幅为41.54%～59.53%,10H-20H平均降幅为9.26%～16.14%。林内各层土壤温度比林外低,日平均空气湿度林内比林外高30.6%,日平均光照强度林内比林外降低40.4%。单片、片状林带的有效防风距离为20H;片状海防林带具有改善森林小气候的功能,能够增加林带内空气湿度,降低光照强度,调控土壤温度。     

埋土防寒区葡萄冬剪后挂枝的防风效果

为了改善葡萄传统栽培方式冬春季地表裸露导致的风蚀状况,该文研究了"爬地龙"栽培模式下,葡萄冬剪后枝条悬挂在铁丝上形成风障的防风阻沙效果。结果表明:此防护措施的透光疏透度值75.6%分布在0.48~0.68,均值0.58,确定为通风结构;分析风速与防护长度的关系,得到1 m高度处风速在途经风障时变化过程:遇风障减弱、集流加速、迅速减弱、恢复和背风侧消减;在风障中距迎风侧边缘34 m处风速达到最低值,较旷野风速值减小84.20%,防风效能达80.72%;从背风侧风障边缘到距离边缘34 m处,均属于相对有效防护距离以内,防风效能均值达40.94%;该研究中葡萄园的输沙量沿高度分布遵循幂函数,输沙量均集中在近地面。挂枝的距地表5~150 cm高度的总输沙量比对照高39.0%。该研究可为中国葡萄埋土防寒区的防风阻沙工作提供参考。     

黑河中游农田荒漠过渡带土壤冻融过程中水热动态

以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。     

农田休闲期垄作地形对近地表风场的影响

垄作是旱作农田常用的保护性耕作技术,而其防风抗蚀的机制尚需研究。通过野外试验,对垄脊高25cm,垄沟宽1.5m的垄作田上风向、垄间及下风向地带0～4m的风流场进行了同步观测,对不同观测位置的时均风速、空气动力学粗糙度、摩阻速度和风速脉动进行了对比分析。结果表明,土垄间和下风向近地表0～1m内时均风速比上风向平坦地表明显降低,其中高0.3m处降低幅度最大。水平方向上风速降低幅度、空气动力学粗糙度和摩阻速度均随观测点与垄作地表距离的增大而减小。受风速递增的影响,风速的绝对脉动强度随高度呈对数关系递增。风速的相对脉动强度在0～1m内随高度增大而降低,1m以上基本无变化。高0.05m处风速的相对脉动强度在水平方向上随与垄作田距离的减小而增大,其中垄间最大,时均风速相同时对地面剪切力最大。     

表层有效土壤水分参数化及冠层下土面蒸发模拟

通过观测田间微气象数据、土壤表层水分变化状况及荞麦作物冠层下土面蒸发等资料,引进一个表面体积含水率的函数,构建了基于表层有效土壤水分的土壤蒸发模型。该模型包含了土面蒸发的2个过程:水蒸气从土壤孔隙中扩散到地表面及水蒸气由地表面传输到大气中。模型中表层有效土壤水分参数不仅取决于表层土壤含水状况,而且受风速影响。采用波文比能量平衡法及微型蒸发器观测荞麦地实际蒸腾蒸发量及冠层下土面蒸发的变化规律,并验证模型精度。结果表明,所构建模型可以成功预测冠层下土面蒸发,其平均相对误差为13.5%。该研究对于实现土壤蒸发及作物蒸腾的分离估算,减少无效水分消耗具有重要意义。     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

黄泛沙地杨树丰产林改善小气候效应的研究

对杨树丰产林内的小气候因素进行系统测定，结果表明：杨树丰产林能有效地降低风速；减少土壤的风蚀量；对空气温度具有明显的调节作用，在5月份能降低日平均空气温度、减小空气温度日较差；降低土壤温度，尤其是土壤表层温度的降温效果最为明显；杨树丰产林明显的提高空气湿度，有效地减少地面水分蒸发；杨树纯林能增加土壤湿度，而林麦间作则由于作物根系的吸水作用，土壤含水量明显低于纯林和对照地。     

梭梭和沙拐枣对风沙土壤水热盐动态的影响

为揭示塔克拉玛干沙漠公路防护林不同植物类型下土壤水热盐运移规律,于2015年5—9月采用CS656土壤水热盐三参数传感器对防护林内梭梭和沙拐枣根区土壤水分、盐分和温度进行实时监测,分析了气温与土壤温度的相互关系和土壤水盐动态变化规律。结果表明:(1)梭梭和沙拐枣根区土壤温度基本一致,气温与土壤温度呈极显著相关(p0.01),各土层间土壤温度相关性随深度的增加逐渐减弱;(2)受灌溉制度影响,防护林土壤水盐呈现出明显的周期性变化规律,梭梭和沙拐枣根区土壤水盐动态变化趋势相似。在垂直方向上呈单峰曲线,其峰值分别位于30,10cm土层处。其中,梭梭林下土壤可分为水分速变层、弱变层和稳定层3个土壤层次,而沙拐枣林下土壤可分为水分速变层和弱变层2个土壤层次;(3)灌溉后土壤湿润体均呈"半椭球形"分布,梭梭和沙拐枣根区土壤灌溉水影响深度分别为60,150cm,而土壤盐分呈"表聚型"分布,但尚未造成土壤盐渍化(1.0 mS/cm);(4)6—9月份梭梭根区土壤平均贮水量(116.34mm)略大于沙拐枣(100.99mm),土壤水分亏缺明显,都大于270mm。     

可降解地膜对土壤、温度水分及玉米生长发育的影响

针对普通地膜覆盖导致的农田土壤污染现象,进行了可降解地膜、普通地膜覆盖及露地栽培玉米对比试验,探讨可降解地膜对土壤温度、土壤水分、玉米生长发育、产量及相关农艺性状的影响。结果表明,与露地栽培相比,可降解地膜覆盖能明显提高玉米播种后2个月的地表和地下10 cm的土壤温度,增加玉米播种至大喇叭口期0～20 cm、>20～40 cm的土壤水分含量,使玉米生育进程加快,出苗率和拔节期节根层数及条数增加,玉米不同生育时期株高、叶面积及地上部干物质积累量增加,玉米穗粒数增加9.6%,千粒质量增加20.9%,产量增加35.1%。可降解地膜和普通地膜间差异不显著。研究认为,以可降解地膜替代普通地膜应用于农业生产是可行的。     

黄河乌兰布和沙漠段沿岸不同高度典型沙丘风沙特征

为探究乌兰布和沙漠沿黄段典型沙丘的风速流场与风沙运移特征,以3座不同高度的典型沙丘为研究对象,对沙丘不同部位5个高度的风速流场、风速廓线、风速加速率及输沙量进行了测定。结果表明:(1)风速从沙丘迎风坡脚至背风坡坡脚呈现先增大后减小再增大的"S"型趋势,沙丘顶部风速最大,背风坡中部最小。(2)沙丘各部位风速的垂直变化与高度的对数值呈V=aln(z)+b线性变化规律,风速廓线斜率a由沙丘顶部向迎风坡脚与背风坡脚逐渐增大。不同高度沙丘的摩阻流速与粗糙度变化趋势不一。(3)沙丘发育尺度对沙丘迎风坡风速加速率影响明显,其沙丘发育尺度越大,对气流的反馈作用越强,迎风坡低层20cm风速加速率明显高于高层风速加速率;(4)沙丘不同部位0~100cm的输沙率随高度呈幂函数规律递减,输沙量主要集中在0~10cm内,但不均匀,大部分集中在0~4cm,且在距地高度约4~5cm处是相对输沙量不随高程变化的不变层。     

棚式牛舍的温热环境及其对乳牛产奶量的影响

以一栋棚舍和其中所饲养的奶牛为对象,系统地测定了舍内、外的气温、湿度、风速、辐射强度、黑体温度及屋顶热流量,并计算了奶牛产奶量的环境影响系数。结果表明:夏季舍内旬均THI值全超过了荷斯坦牛热应激的临界值,舍内热辐射强烈,黑体温度高;环境影响系数以7～9月为较大的负值,对奶牛产奶最不利。冬季舍内寒冷,同时受舍外气流的影响;但环境影响系数仍然为正值,对奶牛产奶量影响相对较小。这在一定程度上还提示,中原地区可以采用棚式乳牛舍,增加棚舍高度和选用高热阻屋顶材料利于夏季防暑     

Assessing the protective effect of vertically heterogeneous canopies against radiative frost: The case of quinoa on the Andean Altiplano

Night radiative frost is a highly limiting factor for agriculture in Andean highlands. Nevertheless, a diversity of crop species have been domesticated there, commonly showing high heterogeneity in plant growth at the field level. The possible protective effect of crop canopy heterogeneity against nocturnal radiative frost is examined using a dual approach, combining a field experiment and a simplified energy balance model at the leaf level. Leaf and air temperatures were registered over an entire quinoa crop cycle in the Andean highlands of Bolivia, comparing two cultivars: Blanca de Yanamuyu, a traditional landrace with high plant height heterogeneity, and Surumi, a more homogeneous selected variety. In both cultivars, inverted air density profiles during calm and clear nights result in air temperature changes up to 3 °C over 0.5 m height, with minimum air temperature concentrated at the upper part of the canopy. In these conditions, leaf temperature gradients of up to 2.6 °C m⁻¹ develop within the canopy of the traditional landrace, with minimum leaf temperature significantly higher (P < 0.001) in shaded plants of the landrace than in the selected cultivar. A dynamic model of leaf temperature based on canopy parameters and climatic records at screen level adequately simulates leaf temperature differences in the case of a vertically heterogeneous quinoa canopy. A sensitivity analysis of the model reveals that canopy height, leaf area index, and sky cloudiness have the most important influences on the development of the sheltering effect, while air temperature and air humidity play a minor role under typical radiative frost conditions. As for wind speed, its actual influence remains unclear due to experimental and modelling limitations at low wind speeds. The significance of these results is discussed in terms of the trade-off between stress adaptation and biomass productivity.     

黄泛平原小网格农田林网的风场特征

有效控制黄泛平原风沙危害对于农业增产增收具有重要的意义,以山东省菏泽市鄄城县黄河滩区3种主林带林龄(分别为4 a、6 a和8 a)的等面积小网格(分别记为网格1、2、3)农田林网为研究对象,通过空间多点观测,研究网格内风场的空间分布特征及其防护效能。结果表明:主林带树高或林龄对林网内风速的变化有较大影响,防风效能和防护面积随着主林带树高的增加而增大。林网内风速的半方差函数分析表明,3种网格内风速理论变异模型分别为高斯模型、球型模型和球型模型,而且有强烈的空间自相关性,其自相关性大小和空间连续性与主林带林龄密切相关,表现为网格1<网格2<网格3。以降低风速30%～50%为标准确定有效防护面积,3种网格的平均有效防护面积比分别为31.0%、40.7%和46.7%。总体上,相同面积林网的防护效能随林带树高增大而增大。研究成果可为农田林网的可持续经营提供理论依据。     

红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——Ⅱ．叶面冠层一大气界面水分传输

定位观测红壤坡地典型作物系统叶面冠层 大气界面水分传输结果表明 ,叶面冠层 大气界面水汽传输通量大小取决于景观植物群落的构建 ,稳定群落叶面冠层 大气界面水汽传输通量有明显日变化规律 ,除受植物生理机制影响外 ,还明显受土壤水分和气象条件的影响。植株叶片蒸腾速率有明显日变化规律且呈单峰型曲线及多峰态势。净辐射、空气饱和水汽压差、气温、地表温度、风速对蒸腾的影响均达极显著水平 (正相关 ) ,其中净辐射、气温为主要影响因子。叶片气孔导度可反映叶片蒸腾速率 ,叶片气孔阻力日变化规律是植物对气象条件的响应 ,且受土壤水分状况强烈影响。改善作物生长环境 ,调节气孔行为 ,进而协调作物蒸腾作用和光合作用耗水制约 ,可调控叶面冠层 大气界面水分传输 ,提高作物水分利用效率     

宁夏地区农田防护林结构与小气候效应

 为研究宁夏地区农田防护林体系的生态效益,于2002年和2003年8月,对宁夏地区农田防护林体系的疏透度、林网内风速、温度、湿度、农作物增产量等多项生态因子,进行了全面调查。采用综合疏透度和农作物增产量的综合权重指标分析表明:大林网、多林带、多树种混交,利于防护林体系综合效益的提高,应是今后防护林建设的重点。对该地区农田防护林体系的生态效益研究表明:农田防护林的防风效能在35%～45%时较高,偏高或偏低时,防护效能都将下降,农田防护林体系特征,决定了林网内风速变化规律;农田防护林体系通过对太阳辐射的再分配,在地面、树体、树叶及作物表面使温度下降40%～60%,这种温度效益在宁夏地区具有防止作物被灼伤的作用;农田防护林网具有增加空气相对湿度和土壤含水量的生态效益,其作用机制与林带的防风功能密切相关。     

农田秸秆覆盖保墒研究

秸秆覆盖不但能够改变田间辐射、温度、湿度、风速等影响蒸发的外界条件,还改善了土壤的团粒结构,提高了土壤的供水能力,从而起到了改善田间小气候环境、减缓土壤水分波动、蓄水保墒的作用。农田秸秆覆盖后作物苗期棵间土壤蒸发明显减少,使旺盛生长期可利用水分增加,提高了水分的利用率。     

基于温度差监测西北地区的土壤相对湿度

在2012年黑河生态水文遥感试验（HiWATER）观测资料的基础上,结合卫星的地表温度产品计算观测点的垂直温度差及温度的日较差,并分析了不同时间尺度上温度差与浅层土壤相对湿度（包括土层深度2 cm,4 cm和10 cm的土壤相对湿度）的相关性。为检验温度差在区域含水量监测中的效果,利用经度、纬度和海拔高度对气温进行插值。同时为消除温度的区域性差异,将各温度差进行归一化处理,最后将归一化后的垂直温度差区域分布与土壤相对湿度进行了对比。结果表明:在各温度差中,地表温度和气温计算的垂直温度差与浅层土壤相对湿度的相关性最好;在时间尺度上,温度差与浅层土壤相对湿度的相关系数随时间尺度的增加而增大;在各土层深度中,温度差与4 cm的浅层土壤相对湿度相关性更好;在气温插值中,在纬度和海拔高度基础上插值出的气温与实测值之间更为接近;区域尺度上,归一化后的垂直温度差有效地解决了地理位置和下垫面对垂直温度差的影响,可以很好地监测月尺度上土壤湿度的变化的情况。     

新疆策勒县新开垦农田地表蚀积变化

用插钎法结合气象数据对新疆维吾尔自治区策勒县开垦年限分别为2和1a农田地表进行风蚀风积观测,结果表明,沿主风向,防护林带前后0—3H(树高)内表现为风积,林前风积量明显大于林后风积量,防护林带之间中部主要以风蚀为主。红枣幼苗旁种植的冬小麦在一定程度上能有效地抵御红枣根部风蚀。未开垦的植被盖度3个不同的下垫面内,植被盖度和高度越大,其阻沙积沙能力越强。由于新开垦未种植裸荒地地表疏松无植被覆盖,表现出同阶段内最大的地表风蚀量。新开垦农田地表蚀积变化不仅与植被覆盖度、防护林结构、风速大小与风向紧密相关外,还与地表的微地形有关。     

风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响

植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题，研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面，针对植被边坡土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律，该研究基于前期调查选取缙云山3种典型乔木（杉木、润楠、大头茶），采用Geo-studio建立边坡数值模型，分析了各坡体模型在不同风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明：1）风荷载作用下，在根土盘位置出现了应力集中现象，迎风侧根土盘上部和下部表现为压力和张力，背风侧则相反；随风速和坡度增大，整体转动趋势加剧，总位移中坡位>上坡位>下坡位。2）当坡度较小时，边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低，坡度较大时，稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在最大风速（30 m/s）下，大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低3.6%、27%、11.8%，大头茶边坡在风荷载下平均应力和总位移最小，稳定性受风荷载影响最小。3）林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大，冠高和根盘深度的极差变化不大，林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直...