Water-use efficiency of a poplar plantation in Northern China

The water-use efficiency (WUE) of an ecosystem—defined as the gross ecosystem production (GEP) divided by the evapotranspiration (ET)—is an important index for understanding the coupling of water and carbon and quantifying water–carbon trade-offs in forests. An open-path eddy covariance technique and a microclimate measurement system were deployed to investigate the WUE of a poplar plantation ecosystem in the Daxing District of Beijing, China, during the growing seasons in 2006, 2007, and 2008. We found that WUE values changed diurnally, peaking in early morning and showing a minimum between 2 pm and 3 pm. This pattern was regulated by photosynthetically active radiation, saturated vapor pressure deficit, and stomatal opening and closure. WUE had inter-daily variations but no substantial seasonal variation. The WUE decreased with increasing soil water content due to the higher sensitivity of ET than GEP to increased soil moisture. Under moist soil conditions (i.e., relative extractable water content >0.4), GEP was stable and WUE was generally low. These results suggest that the poplar plantation does not effectively use the available soil water for carbon uptake, and that soil moisture is lost to the atmosphere through ET.     

林业野外巡护采集信息北斗短报文编码设计及应用

我国林业野外巡护范围广,涉及的业务多、规模大,北斗卫星导航系统提供的短报文功能具有双向通信能力,是解决林区常规通讯平台存在的盲区多、信息无法有效实时传输等问题的有效手段。基于北斗短报文的特点,本文根据林业野外巡护信息传输流程和巡护信息采集内容的分析结果,设计适应于北斗短报文要求且具有较强扩展性的巡护信息编码,并在此基础上,将该编码应用于林业野外巡护管理系统的开发实现。该系统包括信息编码解码、短报文传输、通信模式自适应和多媒体信息补发等功能,确保了北斗短报文在巡护终端和调度管理中心之间信息的及时传递。     

Land Management History of Canadian Grasslands and the Impact on Soil Carbon Storage

Grasslands represent a large potential reservoir in storing carbon (C) in plant biomass and soil organic matter via C sequestration, but the potential greatly depends on how grasslands are managed, especially for livestock and wild animal grazing. Positive and negative grazing effects on soil organic carbon have been reported by various studies globally, but it is not known if Canadian grasslands function as a source or a sink for atmospheric C under current management practices. This article examines the effect of grassland management on carbon storage by compiling historical range management facts and measurements from multiple experiments. Results indicate that grazing on grasslands has contributed to a net C sink in the top 15-cm depth under current utilization regimes with a removal rate of CO₂ at 0.19 ±  Mg · C · ha^-1 · yr^-1 from the atmosphere during recent decades, and net C sequestration was estimated at 5.64 ±  Mg · C · ha^-1 on average. Naturalization of 2.3 M ha of previously cultivated grasslands in the 1930s has also led to C sequestration in the Canadian prairies but has likely abated as the pool has saturated. Efforts made by researchers, policymakers, and the public has successfully led to the restoration of the Canadian prairies to a healthier state and to achieve considerable C sequestration in soils since their severe deterioration in the 1930s. In-depth analysis of management, legislation, and agricultural programs is urgently needed to place the focus on maintaining range health and achieving more C storage in soils, particularly when facing the reduced potential for further C sequestration.     

聚丙烯酰胺施用量、初始含水率和容重对土壤水分入渗特性的影响

  目的  聚丙烯酰胺（PAM）被认为是最有潜力的人工合成土壤改良剂。研究PAM对土壤水分入渗的影响,为黄土高原水土流失防治和土壤改良提供依据。  方法  通过室内模拟土柱试验,分析了PAM施用量、初始含水率和容重对一维垂直积水入渗的累积入渗量与湿润锋运移距离的影响,并通过多元回归分析得到各因子影响程度。  结果  （1）不同PAM施用量处理120 min累积入渗量和120 min湿润锋运移距离总体上呈减小趋势,减小程度与PAM施用量有关。（2）无论是否施用PAM,120 min累积入渗量随初始含水率和容重的增加均呈现不同幅度的减少,而120 min湿润锋运移距离随初始含水率和容重的增加分别表现为增大和减小的趋势。（3）各因子对120 min累积入渗量和120 min湿润锋运移距离的影响程度排序均为:容重 > PAM施用量 > 初始含水率。（4）建立了基于非线性回归方法的多元土壤水分入渗经验模型。  结论  PAM对于改良黄土高原地区旱作土壤的水分状况具有良好效果。     

横、顺坡垄作对黑土坡面侵蚀-沉积周期规律的影响

我国东北黑土区的水土流失和土地退化正严重制约着东北地区农业经济发展,威胁国家粮食生产安全。掌握不同垄作方向耕作措施下的东北黑土区土壤侵蚀规律,对合理布设水保措施、控制水土流失等具有重要意义。采用¹³⁷Cs示踪技术并结合小波分析方法,对不同垄作方向坡耕地土壤侵蚀-沉积速率的空间变化规律开展研究。结果表明：(1)横、顺坡垄作坡面¹³⁷Cs平均浓度分别为1 802 Bq·m^-2和1 770 Bq·m^-2,均小于当地背景值2 417 Bq·m^-2,说明在两种垄作方向下均发生了不同程度的土壤侵蚀。(2)横坡垄作的坡面平均侵蚀速率(1 341 t·km^-2·a^-1)小于顺坡垄作(1 477 t·km^-2·a^-1),表明在长期平均条件下前者的水土保持作用优于后者。尽管研究区土壤侵蚀属于轻度侵蚀,但其侵蚀速率远大于黑土区的土壤容许流失量(200 t·km^-2·a^-1     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

绿肥填闲种植对旱作冬小麦农田耕层土壤物理性质的影响

[目的]探讨绿肥填闲种植对旱作冬小麦农田耕层土壤物理性质的影响,为其在黄土高原旱作农业区的推广提供科学依据。[方法]基于4 a田间定位试验,研究了夏闲期种植长武怀豆、苏丹草、怀豆/苏丹草混播以及裸地休闲(CK)对旱作冬小麦收获期农田耕层(0—20 cm)土壤容重、孔隙度、持水量和团聚体的影响。[结果]在0—10 cm土层,与CK相比,苏丹草和混播处理显著降低了土壤容重,怀豆,苏丹草和混播处理显著提高了土壤毛管孔隙度、总孔隙度、饱和持水量、毛管持水量、大团聚体(>5 mm)所占比例和团聚体平均重量直径(MWD);在10—20 cm土层,苏丹草处理大团聚体所占比例和MWD均显著高于CK。土壤容重与土壤有机碳含量呈显著负相关,毛管孔隙度和团聚体平均重量与绿肥生物量呈显著正相关,而土壤总孔隙度、饱和持水量和毛管持水量与绿肥生物量和土壤有机碳均呈显著正相关。[结论]在黄土高原地区,夏闲期单播种植长武怀豆、苏丹草及混播均能显著改善耕层土壤物理性质,综合来看,苏丹草单播的效果优于长武怀豆单播和二者混播。     

大别山区板栗林地水土流失特性研究

[目的]研究大别山区板栗林地水土流失特性,为该区水土流失综合防治和生态安全保障工作提供科学支持。[方法]以“全国板栗第一县”湖北省罗田县为典型,通过对10°,15°,20°共3种坡度板栗林及对照10°,15°撂荒小区2014—2018年的降雨、径流、泥沙、植被覆盖度进行观测分析,研究大别山区板栗林下水土流失特性。[结果](1)在同等坡度和降雨条件下,虽然板栗林植被覆盖度更高,但其土壤侵蚀程度较撂荒地更加严重,说明板栗林存在较明显的林下水土流失;(2)植被覆盖度越低土壤侵蚀越严重,但植被覆盖度最高时土壤侵蚀程度并不一定最弱,说明由于林分结构的复杂性,即使在相同降雨、土壤、坡度条件下,植被覆盖度也不能作为反映土壤侵蚀程度的唯一指标;(3)板栗林水土流失程度并非随坡度的增大而增大,其侵蚀峰值(临界坡度)在15°左右。[结论]大别山区板栗分布广泛,其林下水土流失现象需要引起科研和管理部门的进一步关注。     

微咸水加肥灌溉下陶瓷灌水器与迷宫流道灌水器的抗堵塞性能

为探求微孔陶瓷灌水器与迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下抗堵塞性能的差异及堵塞机理,本研究选择了微咸水(A1)、肥水(A2)、微咸水加肥(A3)3种不同水质,分析管间式微孔陶瓷灌水器和6种常用的迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下的平均相对流量变化规律,并用X射线衍射仪测定堵塞物质组成成分,用场发射扫描电镜观测堵塞物质表面微观形貌及动态生长过程。结果表明：各灌水器的流量随着灌溉运行时间的推移均发生不同程度的下降,其中A1处理下陶瓷灌水器的流量下降最慢,表现出优于迷宫流道灌水器的抗堵塞性能,A2、A3处理下陶瓷灌水器的平均相对流量下降速度先慢后快,试验结束时平均相对流量降幅最大,抗堵塞性能较差;A1处理下堵塞物质的主要成分是CaCO3,A2、A3处理下堵塞物质的主要成分是(NH4)2SO4;A1处理下各灌水器堵塞物表面微观形貌的生长过程为晶体颗粒不断团聚,A2、A3处理下堵塞物的动态生长过程为絮状物不断黏合成板块状或膜状。陶瓷灌水器堵塞发生在内壁上,堵塞物未进入到灌水器内部微孔中,随着堵塞物质增多且变得紧密复杂逐渐覆盖了内壁上的孔隙导致堵塞;迷宫流道灌水器是由于堵塞物质在流道内沉积导致过水断面减小,从而造成堵塞。研究结果可为陶瓷灌水器的应用及改进提供参考。     

基于电导率和结构稳定性阳离子比的微咸水灌溉水质评估方法

电导率（Electrical Conductivity,EC）和结构稳定性阳离子比（Cation Ratio of Soil Structural Stability,CROSS）是评估微咸水对土壤渗透性能影响的重要指标。虽然CROSS全面地考虑了Na+、K+、Ca2+和Mg2+对土壤结构稳定性的复杂影响,但CROSS的离子浓度系数在不同地区的适用性存在差异,有必要根据当地的水质条件确定基于EC和CROSS评估方法的分类标准。该研究旨在分析CROSS替代钠吸附比（Sodium Adsorption Ratio,SAR）评估水质危害的合理性以及其在河套灌区的适用性。在河套灌区不同区域采集73份地下水水样,并采用EC和SAR、EC和CROSS对其进行评估。结果表明,基于2种方法的地下水分类结果中,仅有34.25%的水样分类结果相同,并且不同的CROSS计算方法（基于阳离子相对絮凝能力（Flocculation）的CROSSf、相对分散能力（Dispersion）的CROSSd和优化的（Optimal）CROSSopt）在河套灌区的适用性也不相同。建议采用CROSSd或CROSSopt,并结合土壤盐分和离子浓度评估河套灌区地下水水质。该评估方法更全面地考虑了地下水和土壤中的离子组成对土壤渗透性能的影响,有效避免了不合理的微咸水利用导致的土壤结构恶化等问题,可为微咸水的安全可持续利用提供理论支撑。