干旱和半干旱流域水环境质量评价模型及其应用

[目的]通过建立模型修复水生态系统,评价流域水环境质量,为生态系统修复提供实用工具。[方法]以涑水河流域为例,采用了层次分析法(AHP),同时运用模糊隶属函数和综合指数法对影响水质因子的各个指标进行综合评价分析,建立干旱和半干旱流域水环境质量健康评价体系及评价模型。[结果]涑水河流域2008—2011年水环境质量健康评价结果为Ⅲ级,状态一般,较健康,评价结果与实际生态情况相符。[结论]所建立的干旱和半干旱流域水环境质量健康评价体系是合理的,能满足流域水环境质量健康评价需要。     

凹凸棒土对土壤团粒结构及水力参数的影响

向粉砂质壤土中均匀添加不同含量(0、10、20、30、40 g·kg~(-1))凹凸棒土(简称ATP)进行土壤水分特征曲线试验、土壤颗分试验及土壤团聚体试验,研究不同ATP施加量对土壤团粒结构及土壤水力参数的影响。结果表明:土壤中的黏粒(0.002 mm)从9.28%减小至7.06%,粉粒(0.002~0.02 mm)从50.21%减小至26.8%,砂粒(0.02~2 mm)比例从40.52%增加至41.49%;随着ATP含量增大,土壤水分特征曲线分形维数从2.859增加至2.876,土壤粒径分形维数从2.645减小至2.628,在ATP含量为30 g·kg~(-1)时两者的分形维数均出现拐点;试验结束自然风干后的土壤大颗粒含量增加,0.25 mm的土壤团粒随着ATP含量的增加从0增加至2;利用土壤水分特征曲线分形模型对土壤含水率进行模拟后,其模拟计算值与实测值的均方根误差RMSE在10%以内;利用非饱和土壤水力传导度分形模型对不同含量ATP非饱和水力传导度进行预测,其预测值随着ATP含量的增加整体呈减小趋势。综合分析可知,加入ATP后的土壤持水能力增强,具有改良土壤的作用,且当ATP含量为30 g·kg~(-1)时的改良效果最佳。     

白羊草光合特性及非结构性碳水化合物含量对 CO2 浓度倍增和干旱胁迫的响应

【目的】 探明 CO₂ 浓度倍增对干旱胁迫下白羊草光合特性及非结构性碳水化合物含量的影响,为未来大气 CO₂ 浓度升高以及干旱、半干旱地区水分亏缺等逆境下白羊草的生长提供理论依据和技术参数。 【方法】 盆栽试验采用裂区设计,研究了黄土丘陵区典型草本植物白羊草光合特性和非结构性碳水化合物 (NSC) 及其组分 (可溶性糖和淀粉) 的含量对不同 CO₂ 浓度 (400 μmol/mol 和 800 μmol/mol) 和不同水分处理 [35%～40% FC (重度干旱胁迫)、55%～60% FC (轻度干旱胁迫) 和 75%～80% FC (对照)] 的响应。 【结果】 CO₂ 浓度倍增和干旱胁迫对白羊草光合–光响应曲线参数和 NSC 及其组分含量有显著影响,但 2 个因素之间没有显著的交互作用。CO₂ 浓度倍增显著提高了白羊草叶片最大净光合速率 (P_max )、表观量子效率 (AQY)、光饱和点 (LSP) 和光补偿点 (LCP)(P < 0.01),而干旱胁迫则显著降低了P_max 、AQY 和LSP (P < 0.01)。CO₂ 浓度倍增和干旱胁迫均提高了白羊草地上部分可溶性糖含量。在正常 CO₂ 浓度条件下,与对照相比,轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫均显著降低了白羊草地上部分和根系部分淀粉含量。CO₂ 浓度倍增使对照、轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理下白羊草地上部分淀粉含量分别提高了 17.4%、44.2% 和 18.7%,根系部分淀粉含量分别提高了 17.3%、88.4% 和 54.4%。轻度和重度干旱胁迫均显著降低了正常 CO₂ 浓度条件下白羊草根系部分 NSC 含量。CO₂ 浓度倍增显著提高了对照处理和轻度干旱胁迫处理下白羊草地上部分以及轻度干旱胁迫处理和重度干旱胁迫处理下白羊草根系部分 NSC 含量。在正常 CO₂ 浓度下,轻度和重度干旱胁迫导致白羊草地上部分和根系部分可溶性糖含量与总 NSC 含量比值的显著提高。在倍增 CO₂ 浓度下,重度干旱胁迫显著提高了白羊草地上部分可溶性糖含量与总 NSC 含量的比值,而对照处理和轻度干旱胁迫处理无显著差异。 【结论】 干旱胁迫促进了白羊草体内淀粉向可溶性糖的转化,导致可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低。CO₂ 浓度倍增促进了白羊草地上部分和根系部分淀粉和 NSC 含量的积累,为干旱胁迫下白羊草生理代谢活动所需可溶性糖提供了来源。CO₂ 浓度升高能够缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高了白羊草的抗旱性。      

青藏高原地区典型公路路域水环境特征

[目的]阐明青藏高原地区公路路域水环境特征及影响因素,为青藏高速公路建设及水环境保护措施提供理论基础及科学依据。[方法]基于2015年6—7月对共玉公路(青海省共和县至玉树县)和青藏公路(格尔木市至拉萨市)路域水环境测试结果,对青藏高原地区公路路域水环境特征及影响因素进行分析。[结果]经T检验,青藏高原地区公路路域径流污染具有显著性差异,各水质指标存在不同程度的变异性,变异系数(Cv)变化范围为11%~396%,表明不同径流水体污染物因所处位置不同而有所差异;对比了典型路域水环境特征,新建公路(共玉公路)的水环境质量好于运营期公路(青藏公路),高速公路运营后对路域水环境影响明显;对不同径流水体进行了Person检验。结果显示,悬浮物(SS)与其他水质参数之间均表现出不同程度的相关性,说明SS不仅是青藏高原地区路域径流污染的主要污染物,且是其他污染物(重金属和化学需氧量COD)的载体。[结论]路面径流是路域水环境污染的重灾区,对降雨径流进行收集处理及采用新型的路面,布置径流处理措施,将有效地降低路域水环境的影响。     

基于DPSIR模型的甘肃省2000-2018年水安全评价

[目的] 对甘肃省水安全状况进行评价,为该区相关部门制定相应的区域水安全措施提供科学依据。[方法] 通过构建DPSIR评价指标体系,运用熵值法和单指标量化—多指标综合—多准则综合的方法对甘肃省2000,2005,2010,2015和2018年水安全进行评价。[结果] 甘肃省水安全健康指标由2000年的不安全上升至2018年的较不安全,总体呈上升趋势,但幅度较小,处于基本安全线以下。对于准则层而言,驱动力上升缓慢,压力依然较大,而响应水平有限,是甘肃省水安全健康指标向更好状态发展的主要限制因素。该省水安全状态和影响虽处于较不安全状态,但逐年稳步上升,是推动甘肃省水安全健康指标向更高水平发展的重要动力。[结论] 甘肃省水安全现状不容乐观,处于不安全状态。需要从水资源、生态环境和社会经济3方面入手改变水安全现状。     

夏闲期降水对黄土旱塬冬小麦水氮利用效率的影响

黄土旱塬冬小麦生长所需的水分主要来源于大气降水,分析夏闲期降水对土壤水分的补给对于发展田间水分管理措施和补充灌溉技术具有重要意义。该文利用不同的水肥耦合处理试验,研究了不同水肥耦合处理下夏闲期降水对土壤水分补给量以及对翌年作物耗水量、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量的影响。结果表明,夏闲期降水量对土壤水分的补给量有极显著的影响(P0.01);冬小麦生育期不同的水肥耦合处理对夏闲期土壤水分补给有显著的影响(P0.05)。收获期土壤水分亏缺度在43.68%~52.63%之间时土壤水分的补给系数较高(51.84%~67.42%),且二者存在良好的幂函数关系;翌年冬小麦生育期耗水量的贡献率、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量均与土壤水分补给系数呈幂函数关系,且在土壤水分补给系数为25%~40%时冬小麦水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量分别达到最大值。研究可为旱塬农田水分管理提供参考。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

微咸水入渗下施加PAM土壤水盐运移特性研究

土壤改良剂与微咸水灌溉相结合,对于合理开发利用微咸水、改善盐碱土结构及促进作物生长有着重要意义。基于一维垂直土柱积水入渗和水平土柱吸渗试验,研究了微咸水入渗条件下,不同聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)施量(0、0.02%、0.04%和0.06%)对盐碱土水盐运移特性的影响。结果表明:(1)微咸水入渗条件下,施加PAM能够降低土壤入渗速率,增加土壤保水性能。(2)施加PAM对Philip及Kostiakov入渗模型参数有显著影响,在PAM施量0.04%时,吸渗率S和经验系数K最小,而经验指数β最大。(3)在PAM施量为0.04%时,土壤饱和体积含水量最大,BrooksCorey模型进气吸力hd增加了15.30%,土壤持水性能显著提高;土壤水分扩散率最小,水分分布最均匀。(4)施加PAM能够显著提高土层的持水效率和微咸水的淋洗效果,在PAM施量为0.04%时,土层持水效率最高,盐分淋洗量最大。     

不同遮光度对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响

[目的]探究不同程度遮光对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响,分析遮光条件下小麦的生长发育状况及耗水特性,为节水灌溉提供新途径。[方法]通过小区试验,设置不遮光(CK)、20%遮光(L_(20))、40%遮光(L_(40))、60%遮光(L60)、80%遮光(L_(80))共5个处理组,分析冬小麦株高、叶面积、干物质、产量和水分利用效率的变化特征。[结果]遮光处理使冬小麦生育期延长,叶面积增加,但各处理间的株高无明显变化;L_(40),L60,L_(80)处理抑制了冬小麦茎、穗干物质的积累;遮光使得光合产物在茎、叶、穗各器官中的分配比例发生变化,但L_(20)处理对冬小麦茎、叶、穗干物质的积累和分配无明显影响;遮光使得土面蒸发量和冬小麦的总耗水量均明显降低,且遮光度越大,降低幅度越大;与CK相比,L_(20)处理的产量下降了4.23%,水分利用效率则提高了10.11%,其他处理的产量和水分利用效率均有所下降。[结论]L_(20)处理对产量无明显影响,但有效提高了水分利用效率,起到了明显的节水作用。     

基于主成分分析和层次分析法相结合的陕西省农业干旱风险评估

农业干旱灾害发生机理复杂,评价指标众多,为确定合理的干旱风险评价指标,以陕西省为研究对象,提出基于主成分分析和层次分析法(AHP)相结合的农业干旱风险评价指标体系和评估方法。运用主成分分析,结合陕西省干旱成因及特点,基于风险四要素(危险性、暴露性、脆弱性和抗旱能力)筛选并构建了农业干旱风险评价指标体系,采用AHP评估了陕西省农业干旱风险。结果表明,在考虑地区抗旱能力情况下,陕西省农业干旱风险从北向南,从东向西均呈现出递减趋势,北部榆林地区和东部渭南、商洛地区,农业干旱风险较高。通过主成分分析和AHP相结合的评价体系,可以合理选取评价指标,缩减指标个数;准确评估干旱风险,指出风险要素来源,为抗旱部门有效识别致灾因子,提出相应的抗旱减灾方法。