黑河中游荒漠绿洲过渡带梭梭(Haloxylon ammodendron)根区土壤含水量分布特征及影响因素

梭梭(Haloxylon ammodendron)在荒漠绿洲过渡带的防风固沙过程中发挥着重要作用,而土壤含水量在一定程度上决定着梭梭的生长状况。研究梭梭根区土壤含水量的分布特征及影响因素对进一步探究荒漠绿洲过渡带斑块植被的稳定性具有重要意义。在黑河中游荒漠绿洲过渡带的半固定沙地上于2017年5月下旬和10月中旬选取5株梭梭灌丛,对其根区土壤含水量的分布及影响因素进行研究。结果表明:1)花期土壤含水量在土层深度0~10 cm和80~120 cm较高, 10~40 cm次之,40~80 cm最低;果期土壤含水量则呈现出逐层增大的变化趋势;2)土壤温度影响土壤水分蒸发,温度越高,蒸发越大,导致花期土壤含水量随土壤温度的升高而降低。当温度低于一定范围时,蒸发受到抑制,土壤温度升高,土壤持水能力则随之增强,导致果期土壤含水量随土壤温度的升高而增大;3)土壤有机质含量增大,促使团聚体和胶体形成,土壤吸附水分能力增强,即花期和果期土壤含水量均随土壤有机质含量增加而增加;4)土壤中粗砂含量越少,中砂含量越多,土壤孔隙越小,持水能力越好。因此,花期和果期梭梭根区土壤含水量随粗砂含量的增加而减小,随中砂含量的增加而增大。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

基于粒子群优化投影寻踪的玉米单产估测

为了提高玉米单产估测精度,以河北省中部平原为研究区域,以与玉米长势和产量密切相关的条件植被温度指数(vegetation temperature condition index,VTCI)和叶面积指数(leaf area index,LAI)为遥感特征参数,通过投影寻踪法确定玉米主要生育时期VTCI和LAI的权重,进而构建基于县域尺度加权VTCI和LAI与玉米单产间的线性回归模型。结果表明,同时构建加权VTCI和LAI与玉米单产间的回归模型的精度最高,达到极显著水平(P0.001)。与变异系数法相比,基于投影寻踪法所建双参数回归模型的精度较高,研究区域各县(区)估测单产与实际单产的平均相对误差降低了0.88个百分点,均方根误差降低了50.56kg/hm2。通过投影寻踪法构建的双参数回归模型对研究区域玉米单产进行估测,结果表明研究区域玉米单产具有西部单产最高、北部和南部次之、东部最低的空间分布特征,以及在研究年份间玉米单产在波动中呈先下降后上升趋势的时间演变特征。     

基于NDVI遥感反演的半干旱沙区耕地地表温度异质性研究

土地荒漠化是半干旱沙区突出的生态环境问题,土地利用是导致该区域土地荒漠化的主要原因,在荒漠化呈整体逆转、局部扩张的背景下,基于地块尺度研究半干旱沙区耕地利用特征,对进一步防治荒漠化、实现生态恢复具有重要意义。本文利用遥感反演的地表温度,分析耕地地块的地表温度特征,并分析形成该特征的原因。结果表明,耕地地表温度总体分布范围较大;在耕地地块温差方面,地块温差较大,遥感影像的行编号条带号为030/120部分的耕地地块温差在0～10 K之间,行编号条带号为030/119部分的耕地地块温差在0～11 K之间,且地块温差大的耕地面积所占比例大;耕地地块边缘的地表平均温度高于地块平均温度。科左后旗自然降水量的空间分异使得耕地地表温度范围较大。坨甸微地形导致自然降水重新分配和耕地地块存在一定高差造成耕地地块温差较大。微地形条件、土壤质量及农业管理措施共同导致了耕地地块边缘的地表温度较高。基于以上研究结果,认为在半干旱沙区进行耕地质量评价时,评价单元的确定宜采用网格法;建议对耕地地块边缘的耕地进行退耕,以进一步防治土地荒漠化和恢复生态。     

植物工厂生菜根际通风对冠层和根际环境影响

随着植物工厂规模的不断扩大,传统环控方式难以实现各处均匀通风,环控效果难以保证,能源利用效率较低。该研究针对这一问题,提出了根际通风方法,使植物工厂环境空气流经水培系统中营养液面与栽培板之间的空气层后进入植物冠层下部,实现高效的通风。该文以成熟期的生菜作为试材,在同一环境条件下对低速连续通风(LCRV)、高速间隔通风(HIRV)与传统通风方式(CEC)下生菜冠层及根际环境参数变化进行对照,测试其通风调温效果。结果表明,各处理空气层温度均低于环境温度,湿度则普遍高于环境。其中,LCRV温度最低,与环境温差能够达到4.07℃;CEC湿度最高,可达100%。在冠层下部,LCRV温度低于环境3.47℃;CEC湿度较环境提高27.56%;该区域CO2浓度在LCRV作用下较CEC高139×10~(-6)。随着高度的增加与冠层遮挡的减小,根际通风对冠层上部环境参数的影响逐渐削弱,LCRV温度仍为最低,但其温差已经缩小至0.75℃,CEC温度则高于环境0.84℃;各处理相对湿度与环境的差异也有所减小,数值最高的LCRV较环境高15.8%。在营养液中,LCRV液温较CEC降低4.03℃;HIRV大幅减缓了溶解氧下降趋势,试验结束时仍维持在3.8 mg/L,同期LCRV和CEC处理只有1.8 mg/L。由此可见,传统环控方式下冠层与环境参数差异明显,以环境参数作为调控依据不够准确;相比之下,根际通风在解决传统环控方式通风温控不均匀的同时,对地上部及地下部多种微环境参数调控起到了积极作用,降低环控要求,提高空调温控效率,具有推广价值。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

遮阳网对西北地区夏季围栏牛场环境和肉牛生理特征的影响

为了研究遮阳网在中国西北地区应用于围栏育肥牛场以缓解夏季肉牛热应激的效果,该试验对现场环境指标进行实测,同时对肉牛的皮肤温度、呼吸频率进行了记录,通过数据分析,对不同时段牛场的温热环境进行了评价。结果表明:遮阳网在各个时段都能改善肉牛生长环境,在午时可减少87%的太阳辐射,使温度降低3.95℃,黑球温度降低19.9%,从而将环境从严重热应激状态转变为中度热应激状态;中午肉牛的躺卧行为百分比从14.21%升高至59.9%(P0.01),而站立行为的百分比从64.5%降至29.7%(P0.01),且各个时段肉牛饮水行为占比较低;非遮蔽区的黑球温度与肉牛皮温和呼吸频率的相关性最高,相关系数分别为0.53和0.20。以上结果通过环境和肉牛生理特征的变化,反映了遮阳网主要通过减少太阳辐射来降低肉牛热应激水平,改善肉牛的生长环境,从而在维持其生产性能的同时提高了动物福利。该研究可为遮阳网在中国肉牛行业中的应用效果提供参考。     

空气源热泵用作北京保育猪舍地暖的供暖效果研究

中国"2+26"城市禁煤供暖,猪场迫切需要找到可以替代燃煤、满足供暖需求的供暖方式。为了解空气源热泵在猪舍地暖的供暖效果,选择北京猪舍,配置空气源热泵设备,进行供暖期间保育猪舍热环境效果试验。结果表明:试验期间,室外最低和最高温度分别为-11.0和12.1℃;在地暖供暖猪舍中,地面温度与供水温度、室外温度都呈正比例相关关系,与供暖距离呈反比例线性关系;在系统供水温度范围为30.0～41.0℃时,猪舍无猪单元距离分水器最近(24 m)测点和最远(60 m)测点地面温度为19.1～28.6℃;实际供水温度平均值较设定温度降低1.8～4.0℃;距离分水器最近(24 m)测点地面温度较实际系统供水温度下降8.3～13.1℃;距离分水器最远(60 m)测点较最近测点(24 m)地面温度下降0.5～1.8℃。无猪时,0.3 m高温度较地面温度降低5.0℃;距离地面0.3 m以上不同高度温度变化不明显。对于北京保育猪舍适宜采用空气源热泵地暖供暖,推荐蓄水罐设定温度宜为43～32℃,实际供水温度宜为40.6～29.9℃。     

豫西高山夏季番茄育苗温度适宜度定量评价

高温是夏季蔬菜育苗的主要障碍因子,利用高海拔地区夏季气候冷凉优势,发展适地育苗是优化蔬菜种苗基地布局的重要方向。为了科学利用高山夏季气候优势,探明夏季高山育苗的温度适宜性及对幼苗生长的影响,该文以番茄为试材,于2016、2017两个年度,分别于高海拔(海拔998 m)和平原地区(海拔98 m)的同一类型的塑料大棚内进行了4茬育苗试验。运用温度适宜度模型和游程理论对温度特征进行了定量分析,探讨了气温和根际温度适宜度与番茄幼苗生长的关系。结果表明:夏季高山育苗设施内气温和根际的夜间均温比平原分别低了16.14%、18.99%,差异达极显著水平。育苗期间高山温度适宜度为163.64%(白天+夜间+根际),是平原的2.23倍;不适宜度为13.34%(白天+夜间+根际),比平原降低了88.73%。播后28 d,高山番茄幼苗全株干物质积累量是平原的1.39倍,壮苗指数是平原的1.34倍,可溶性糖含量比平原高37.91%,根系活力比平原提高了65.42%。白天温度适宜度与幼苗干物质(r=0.774)及地上干质量(r=0.773)的积累量,夜间温度适宜度与根冠比(r=0.934)及地下干物质(r=0.808)的积累量相关性均达极显著水平。高山培育的番茄幼苗定植后开花节位显著减低,开花数、坐果数和坐果率显著增加。综上,夏季利用高海拔地区气候冷凉优势是培育蔬菜壮苗的有效的途径,该研究为高海拔地区夏季开展蔬菜集约化育苗提供了参考。     

基于寒害过程的福建芒果种植气候风险区划

通过冬季寒害灾情调查、果园定位观测、地理移置和人工气候箱低温致灾试验4种渠道,收集芒果寒害的灾情样本39例,从而确定芒果寒害临界温度为2.0℃。在此基础上,筛选出福建芒果主产县市2001-2014年冬季28个寒害过程,通过将寒害过程温度、降水等气象因子与相对气象产量进行相关分析,确定芒果寒害致灾因子为过程极端最低气温、日最低气温≤2.0℃有害积寒、≤2.0℃寒害过程持续日数、≤2.0℃寒害过程降温幅度。利用主成分分析对4个致灾因子进行综合简化,得到芒果寒害评价的综合气候指标,结合相对气象产量确定了指标分级。根据寒害综合气候指标等级,应用GIS方法完成福建省芒果寒害种植气候风险区划,无寒害-轻度寒害的区域主要分布在沿海地区,是引种芒果优质品种寒害风险最低的区域。