模拟降雨条件下弃渣体边坡不同防护措施的减水减沙效益

采用野外人工模拟降雨方法,以未防护弃渣体边坡为对照,研究了1.0、1.5 mm min-1降雨强度条件下神府矿区种草和鱼鳞坑措施对偏土质、偏石质和煤矸石弃渣体产流产沙的调控作用。结果表明:(1)不同措施下3种弃渣体边坡径流率均在产流6~9 min后趋于稳定,产流过程中弃渣体边坡侵蚀速率均呈波动减小趋势,且未防护坡面减小趋势较防护更明显。(2)植草对偏土质、偏石质、煤矸石弃渣体减水和减沙效益分别为42.91%~51.21%、26.28%~55.20%、1 0.3 3%和9 7.5 4%~9 7.9 5%、4 1.8 7%~4 2.2 6%、7.8 0%;鱼鳞坑的减水和减沙效益则分别为:51.89%~72.72%、22.37%~42.92%、21.32%和98.41%~99.30%、94.90%~91.84%、39.50%。(3)鱼鳞坑措施对偏土质弃渣体的减水和减沙效益较种草分别提高8.98%~21.51%和0.46%~1.76%;种草措施对偏石质和煤矸石弃渣体的减水和减沙效益较鱼鳞坑措施分别提高3.91%~12.28%和0.28%~3.06%及10.99%和31.70%。(4)3种未防护弃渣体的侵蚀速率和径流率呈显著线性关系,种草和鱼鳞坑措施改变了坡面水沙关系,侵蚀速率和径流率相关性减弱或无显著关系。研究结果可为矿区弃渣体边坡生态恢复措施布设提供科学指导。     

氮素添加和干旱胁迫下白羊草碳氮磷化学计量特征

【目的】氮素和水分是干旱半干旱区生态系统的主要限制因子,研究两者交互作用对干旱半干旱区植物碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征的影响有助于深入了解干旱半干旱生态系统对全球变化的响应。【方法】以黄土丘陵区退耕地典型草本植物白羊草（Bothriochloa ischaemum）为研究对象,采用盆栽控制试验,设置添加氮0（对照）、2.5 g/（m2a）（低氮）、5.0 g/（m2a）（高氮）三个水平;供水处理设75%~80% FC（充分供水）、55%~60% FC（轻度干旱胁迫）和35%~40% FC（重度干旱胁迫）三个水平。测定了白羊草地上部分和根系碳氮磷含量,讨论了氮素和水分供应对其化学计量特征的影响。【结果】氮素添加和干旱胁迫对白羊草地上部分和根系碳含量无显著影响,氮素添加使白羊草地上部分氮含量提高9.7%~48.8%（P 0.001）,而干旱胁迫使其降低2.8%~28.3%（P 0.001）。氮素添加和干旱胁迫对白羊草根系氮含量的影响表现为正常水分条件下氮素添加使根系氮含量提高25.0%~26.1%（P 0.01）,而干旱条件下氮素添加无显著作用。氮素添加和干旱胁迫使白羊草地上部分磷含量分别降低17.4%~31.8%和12.0%~22.1%（P 0.001）。氮素添加和干旱胁迫对白羊草地上部分C:N的影响表现为在干旱胁迫条件下氮素添加使地上部分C:N降低24.9%~32.9%（P 0.05）,在正常供水条件下氮素添加无显著影响。氮素添加对根系部分C:N有显著影响,在正常供水条件下氮素添加使根系部分C:N降低19.8%~24.5%（P 0.05）。氮素添加和干旱胁迫使白羊草地上部分C:P分别提高24.4%~42.3%和12.2%~31.0%（P 0.001）,对根系C:P无显著影响。氮素添加显著提高白羊草地上部分N:P,干旱胁迫对白羊草地上部分N:P无显著影响。氮素添加和干旱胁迫对白羊草根系部分N:P表现为在正常供水条件下氮素添加使根系部分N:P提高26.8%~54.8%（P 0.05）,在干旱胁迫条件下氮素添加无显著影响。【结论】氮素添加条件下白羊草C:P和N:P的提高表明氮沉降增加一定程度上改善了土壤供氮状况,进一步加剧了磷素限制作用。氮素增加条件下干旱胁迫对N:P无显著影响,表明白羊草的生长将逐渐受到氮素和磷素的共同限制。     

子午岭林区两种天然次生林叶片C、N、P化学计量特征的季节变化

为阐明不同天然林叶片C、N、P化学计量特征及季节变化规律,了解植物对环境的适应策略,以陕西省子午岭林区桥山林场的油松和辽东栎天然次生林为研究对象,对其生长季内不同月份叶片的C、N、P含量及其计量比进行了分析。结果表明:(1)油松叶片C、N、P含量及其计量比分别为48.06%,1.15%,0.11%和42.58,473.22,11.02,辽东栎叶片C、N、P含量及其计量比分别为43.16%,2.10%,0.19%和25.47,380.18,14.49;两树种叶片各指标季节间变异系数表现为C含量最小,P含量最大。(2)两树种叶片C、N、P含量及其计量比在整个生长季内的变化规律不一致,油松叶片C含量在4—6月显著下降,之后保持平稳状态,8月后显著上升,至10月基本与4月持平;而辽东栎叶片C含量在整个生长季内变化不明显。油松叶片N含量在6月前较稳定,6—8月显著下降,随后显著上升,至10月基本与6月持平;辽东栎叶片N含量在4—6月显著下降,随后保持稳定,8月后再次显著下降,并在10月达到最低值。油松叶片P含量在8月前变化不明显,8月后显著上升,并在10月达到最高值;辽东栎叶片P含量在4月到6月显著下降,随后基本不变。两树种C∶N和C∶P的变化与N、P浓度相反;油松叶片N∶P在4—6月显著下降,6—8月显著上升,8—10月再次显著下降,辽东栎叶片N∶P在6月前显著上升并达到最高值,6—10月显著下降。(3)叶片C含量和C∶N主要受树种的影响,其他各指标受树种与月份交互作用的影响最大。(4)油松叶片C含量显著高于辽东栎,N含量显著低于辽东栎,因此,C∶N显著高于辽东栎,而辽东栎叶片的N∶P显著高于油松,但P含量和C∶P在两者之间无显著性差异。除叶片C含量外,各指标季节间变异系数均表现为油松小于辽东栎。研究结果丰富了天然林生态化学计量学的研究,同时也为黄土丘陵沟壑区的森林恢复与管理工作提供了一定的理论依据。     

覆膜和氮肥用量对雨养春玉米农田甲烷吸收的影响

为了研究覆膜与氮肥用量对雨养春玉米农田CH_4吸收的影响,在覆膜(FM)与不覆膜(BP)条件下分别设置了0、100、250、400 kg·hm~(-2)4个氮肥水平,共8个处理,采用静态暗箱-气相色谱法对农田CH_4的吸收通量进行连续观测,同时观测影响通量变化的温度、水分以及硝铵态氮等环境因子。结果表明:旱作春玉米农田是甲烷的汇,休闲期的累积吸收量占年总吸收量48%~60%,在年总吸收量中占了不可忽视的一部分;FM0、FM100、FM250、FM400和BP0、BP100、BP250、BP400在2014—2015年的年总吸收量分别为0.99、1.38、1.3、1.37 CH_4-C kg·hm~(-2)和1.43、1.77、1.68、1.56 CH_4-C kg·hm~(-2),地膜覆盖和施氮量的增加均未显著改变雨养春玉米农田对CH_4的吸收量;雨养春玉米农田土壤CH_4的吸收速率与0、10 cm土层土壤温度呈极显著正相关,与土壤孔隙含水量(WFPS)、NH4+-N之间呈极显著负相关,不覆膜条件下与NO3--N之间呈负相关关系,且达到极显著水平(P0.01)。     

Simulating the productivity of a subalpine forest at high elevations under representative concentration pathway scenarios in the Qilian Mountains of northwest China

The current work adopted the Biome-BioGeochemical Cycle model to simulate the net primary productivity (NPP) of a subalpine forest (Picea crassifolia forest) under four representative concentration pathway (RCP) scenarios in the Qilian Mountains of northwest China. This study also investigated the responses of forest’s NPP to different combinations of climatic changes and CO₂ concentration increase. Results showed that (1) under the RCP scenarios, greater increases in temperature, precipitation, and CO₂ concentration caused larger increments in forest NPP; (2) the effect of CO₂ concentration (increased NPP from 19.9% to 21.7%) was more significant than that of climate change (increased NPP from 7.5% to 17.1%); (3) the simultaneous increments in climatic change and atmospheric CO₂ concentration led to a remarkable increase in P. crassifolia forest NPP (ranging from 33.1% to 41.3%), with the combination of the two exerting strong interactive effects on forest NPP; and (4) the response of the forest’s NPP to future global change was more intense at high elevations than at low ones, with the temperature being the main factor controlling forest NPP variation at the high-elevation regions. These valuable predictions can help clarify how subalpine forest ecosystems respond to simultaneous or independent changes in climate and CO₂ concentration.     

不同长度小麦秸秆覆盖下黄土耕地坡面流水动力学特性

为了系统研究秸秆长度对坡面流水动力学特性的影响,利用室内人工模拟冲刷定床阻力试验,在4个坡度、5个流量条件下分别对3~5、8~10和13~15 cm长度秸秆覆盖坡面流水动力学参数变化特征进行分析,阐明不同长度秸秆覆盖坡面水流阻力与雷诺数的关系。结果表明,秸秆长度对坡面流水动力学参数影响显著。不同长度秸秆覆盖条件下,坡面流雷诺数变化范围为166~558,当流量≤7.5 L/min时,坡面流态为层缓流;流量为9.0 L/min时,坡面流态为过渡缓流。秸秆覆盖条件下,坡面流具有较小的流速和较大的水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数。随着秸秆长度增加,坡面流流速随之增加,而水深、Darcy-Weisbach阻力系数及曼宁糙率系数随之降低。随着秸秆长度和水力坡度增加,流态指数值总体呈现降低趋势。当秸秆长度由3~5 cm增加至13~15 cm时,流态指数平均由0.716降至0.501。研究可为秸秆覆盖条件下水土流失阻控机理研究提供科学依据。     

基于SWAT模型的延河流域径流侵蚀能量空间分布

降雨侵蚀力是通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)等流域土壤侵蚀模型中应用最广泛的侵蚀动力因子,但仍具有一定的局限性,相比之下,径流侵蚀功率可以更充分地反映地表水力侵蚀动力的综合作用。分析径流侵蚀功率的空间分布,以期从能量的角度阐明流域侵蚀的分布情况,研究流域空间侵蚀的特征。该研究运用SWAT模型在延河流域的模拟结果,将次暴雨径流侵蚀功率推广到年尺度,提出年径流侵蚀功率的概念,并研究年径流侵蚀功率的空间分布规律及尺度效应。研究结果表明:在延河流域年径流侵蚀功率的空间分布具有"支流大、干流小;上游大、下游小"的特点;将子流域出口断面控制面积作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈幂函数关系,空间尺度效应阈值在155 km2;将子流域出口断面以上河长作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈指数函数关系,且干、支流的空间尺度效应不同。研究结果从能量角度阐明了延河流域水力侵蚀动力的空间分布,为在延河流域不同地区进行针对性的水土资源管理、水土保持工程建设提供理论支持。     

基于可变源区理论的SCS模型改进及其应用

准确预测小流域的径流量是进行侵蚀预报和水土流失治理的关键。SCS-CN是预测无径流观测资料地区降雨产流的常见模型之一。针对传统SCS-CN模型不能准确识别饱和产流源区问题,基于可变源区理论对SCS-CN模型进行了改进,并以三峡地区王家桥小流域50场降雨径流数据为例,对基于可变源区的SCS方法（CN-VSA）、初损率λ=0.2和改进的λ=0.05的SCS-CN方法进行了对比。结果表明:SCS-CN_0.2方法不适合该流域,CN-VSA和SCS-CN_0.05方法均能较好模拟结果,CN-VSA方法决定系数为0.802,效率系数是0.651,SCS-CN_0.05方法分别是0.763,0.766,但是SCS-CN_0.05方法不能准确定位饱和产流源区。在流域综合治理的水文效应评估中,饱和产流源区准确定位十分重要,改进的CN-VSA方法能定位产流源区,在实践中有着重要意义。     

基于图谱可视化的中国大气氮沉降研究态势分析

[目的]系统地探究近10a中国大气氮沉降研究态势,为今后的相关研究提供科学借鉴。[方法]基于科学计量学与信息可视化分析方法,借助Citespace软件,从文献中分析近10a中国大气氮沉降研究热点及趋势。[结果]近10a来,在氮沉降背景下,森林生态系统中凋落物分解与土壤微生物特征一直是研究热点;近5a草地生态系统的研究地区更加广泛,但较少涉及林下草地;碳氮循环相关研究多集中于温带及亚热带森林区,研究内容更加丰富,研究方法向大数据分析及模型建立方向发展;大气氮沉降通量观测以水域生态系统为主,近5a来较多地结合了非点源污染及示踪技术。[结论]近10a来,中国氮沉降领域各学科交叉性和系统性增强,研究内容和尺度不断扩大,研究方法和技术趋于多样化;草地生态系统及微生物群落特征、氮沉降与全球变化及人类活动耦合关系研究成为近年来关注的热点。