生物多样性保护优先区生态网络构建与优化——以太行山片区为例

生物多样性保护优先区是重要物种的栖息地，是生物多样性保护工作的重点区域。基于生态学“源”“汇”理论，提取2000-2016年生态系统转移变化较小、生境质量较好的生态斑块和各类自然保护地作为生态源地，采用最小累积阻力模型构建研究区潜在生态廊道，并进行连通性评价，提出生态网络优化方案。结果表明，林地、灌丛是该区域物种迁移和扩散过程中起主导连接作用的景观类型，占生态廊道面积比例的63.9%，其次是草地，占生态廊道面积比例的13.87%；潜在生态网络结构连接度较高，但部分廊道结构较复杂，冗余性较高；通过重力模型优先选择相互作用力>5的生态廊道，并提取出32个生态断裂点和28个“暂栖息地”，最终提出保护生态源地、分级生态廊道、规划暂栖息地和修复生态断裂点等生态网络优化对策，研究结果可为太行山优先区-太行山片区生物多样性保护提供科学方法和建议。     

基于ITD与信息熵的区域蒸发时序复杂性分析

蒸发序列复杂性分析对揭示区域水文系统非稳态与不确定性具有重要现实意义。以中国黑龙江省哈尔滨市为例,将本征时间尺度分解(Intrinsic time-scale decomposition,ITD)算法引入水文系统复杂性测度中,将其与信息熵(Information entropy,IE)结合,探讨逐月蒸发序列复杂性特征。结果表明,研究区月蒸发复杂性呈西高东低基本格局,哈尔滨市蒸发时序复杂性与海拔高度呈正相关,与水田面积、旱田面积、工业产值呈负相关,而人口密度对哈尔滨市蒸发复杂性影响较小;相较于小波熵与样本熵研究提出ITD-IE蒸发时序复杂性测度组合算法表现出更优异鲁棒性。研究成果提高水文序列复杂性测度结果准确性,揭示蒸发序列复杂性变异规律,可为哈尔滨市科学合理利用水资源与指导农业生产实践等提供理论支撑。     

黄河未来输沙量态势及其适用性对策

[目的] 探索黄河输沙预测的新思路，预估黄河未来输沙态势与输沙量水平，为黄河流域生态治理规划提供参考。[方法] 结合黄河流域水土保持生态修复现状，采用单累积曲线法、滑动平均及频率分析方法，分析1950—2019年黄河主要来沙区间的实测输沙量变化特征及其未来态势。[结果] 1950—2019年黄河输沙量呈现阶梯式减少。1950—2019年黄河中游各站累积实测输沙量随时间的变化可用“左半抛物线”表征。黄河输沙量自1997年以来已进入相对稳定态势，目前已达企稳状态；黄河潼关站未来年输沙量在90%频率下为1.00×10⁸ t左右，在10%频率下为5.00×10⁸ t左右，未来多年平均输沙量为1.40×10⁸ t。[结论] 为了维持黄河输沙量低稳状态，提升水土保持措施质量与标准，补齐“后水土保持”短板，构建完善的水沙关系调控体系，维持黄河下游河道冲淤平衡，是黄河流域生态保护与高质量发展的保障。     

植保无人机旋翼风场模型与雾滴运动机理研究进展

近几年，植保无人机施药技术在中国获得广泛应用，并逐渐发展为国内主要植保技术之一。但由于对植保无人机施药技术基础理论研究不够深入，相关机理尚不明晰，且植保无人机作业平台的稳定性依然有待提高，导致国内植保无人机施药效果不够理想。深入研究植保无人机施药技术的基础理论，理论结合试验结果共同指导植保无人机田间施药是提高其施药效果的经典方法。该研究综述了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互机理及雾滴分散和蒸发特性等植保无人机施药技术基础理论及其模型构建情况的国内外研究现状，并结合其基础理论与模型构建的国内外研究现状，给出植保无人机施药技术的未来发展建议，以期为植保无人机施药技术的发展提供参考。     

基于氧同位素的玉米农田蒸散发估算和区分

农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的估算和区分是土壤-植物-大气连续体中的重要研究内容,是农业水资源高效利用的重要基础。该研究分析了土壤水、蒸发水汽、蒸腾水汽和大气背景混合水汽氧同位素组成分布特征,并采用2种同位素的方法对玉米农田蒸散发进行估算和区分:1)结合Keeling plot和Craig-Gordon模型的同位素方法(Iso-CG);2)基于土壤水同位素守恒和水量平衡的方法(Iso-WB)。结果表明,在玉米生育期内Iso-WB方法与Iso-CG方法所计算的玉米蒸腾比例分别为0.64~0.91和0.52~0.91,平均值分别为0.80和0.78。玉米蒸散发总量在前期、中期和后期均值分别为3.95、5.30和4.98 mm/d。通过比较参数并与前人研究结果对比分析,表明采用Iso-CG方法估算区分ET相对精确,采用Iso-WB方法计算蒸散发要求的测量精度相对较高,计算误差较大。该研究成果不仅为玉米农田制定灌溉制度及提高用水效率提供了理论依据,而且对深入探索氧同位素水文学领域具有重要意义。     

GFDL-ESM2M气候模式下京津冀地区未来潜在蒸散量时空变化

为探究未来潜在蒸散量时空变化特征,该研究以京津冀地区为例,基于美国GFDL提供的GFDL-ESM2M全球气候模式,得到京津冀地区92个格点2000-2050年的平均气温、最高气温、最低气温、太阳总辐射、平均相对湿度和近地面平均风速,应用Penman-Monteith公式计算京津冀地区未来92个格点的逐日潜在蒸散量(ET0),分析其时空分布特征及其与气象要素的相关关系。结果表明:未来年ET0总体呈增加趋势,RCP8.5情景下ET0上升速度最快,且随着时间推移增幅越来越大。夏季ET0增长速度最快,其次为春季、秋季与冬季,意味着未来ET0季节差异将愈加明显,可能出现更为严重的季节性干旱。ET0空间分布呈由西南向东北逐渐递减趋势,其中中部地区增速最快,增长趋势由中部向南北递减。不同气候情景下平均气温均呈逐年上升趋势,风速、太阳总辐射略微上升,而相对湿度下降。ET0与太阳总辐射的相关系数最大,呈由东北向西南递增趋势,其次为最高气温,呈由西北向东南递增趋势。ET0与相对湿度变化呈显著负相关,相关系数绝对值呈东北向西南递增趋势,ET0与风速相关度不明显。该研究可为农业需水预测与灌溉管理、科学应对气候变化提供基础支撑。     

行距比例及密度对绿洲灌区玉米水分利用效率的互作效应

探究是否可以将行距比例和种植密度集成于同一作物生产系统中来提高作物产量,增加水分利用效率。以玉米"五谷568"为研究材料,于2017—2018年进行大田试验,设7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm),6∶4 (L_2,宽行48 cm∶窄行32 cm),5∶5(L_3,等行距40 cm) 3个行距比例水平,82 500株/hm~2(D_1)、90 000株/hm~2(D_2)、97 500株/hm~2(D_3)、105 000株/hm~2(D_4)、112 500株/hm~2(D_5) 5个种植密度,探讨不同行距比例及密度处理对玉米的耗水特征、产量及水分利用效率的影响。结果表明,L1行距比例可有效降低玉米耗水量,但会增加棵间蒸发,对E/ET影响不显著,其中2017年L_1较L_3能有效降低耗水量11.9%,2018年无显著差异;此外与传统行距比例相比,L_1行距比例具有增产优势,玉米增产5.2%～10.5%,提高水分利用效率6.5%～8.7%。密度间比较,D_3密度较传统密度D_1能有效降低耗水量、棵间蒸发量以及E/ET,对玉米增产及水分利用效率的提高有促进作用;其中D_3密度较传统密度D_1耗水量降低13.3%,2018年差异不显著;棵间蒸发量减小7.1%～7.2%;E/ET减小6.8%～19.2%;玉米增产7.5%～17.1%;水分利用效率提高23.9%～46.2%。2年L_1D_3较传统处理L_3D_1耗水量降低12.8%～30.6%;棵间蒸发量降低8.5%～10.4%;E/ET降低7.3%～7.5%;玉米产量增加7.7%～25.5%;水分利用效率提高36.0%～41.2%。因此,在河西绿洲灌区,7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm)行距比例结合97 500株/hm~2(D_3)种植密度可有效增加玉米产量,提高玉米水分利用效率。     

喀斯特森林近地表层覆盖对碳酸盐岩红土蒸发过程的影响

蒸发是西南喀斯特地区薄层土壤水分损失的主要途径,浅层土壤水分的存蓄对喀斯特地区农业生产和生态恢复至关重要。以西南喀斯特森林碳酸盐岩红土为研究对象,基于室内蒸渗试验设置4个苔藓生物量(0,0.32,0.64,0.95 kg/m~2)和3个松针生物量(0,0.32,0.64 kg/m~2)共12种处理,分析森林近地表层覆盖对碳酸盐岩红土蒸发过程及表层温度时空分布的影响规律,并对比3种蒸发模型(Black、Rose、空气动力学蒸发模型)在喀斯特森林碳酸盐岩红土的适用性。结果表明:苔藓和松针覆盖显著降低累积蒸发量和蒸发速率(P0.05),接种苔藓0.95 kg/m~2和覆盖松针0.64 kg/m~2处理比裸土累积蒸发量小36.9%;苔藓和松针导致土壤含水量显著增加(P0.05);苔藓和松针增加了表层土壤的平均温度,松针对土壤温度的提升作用强于苔藓;Black、Rose和空气动力学模型均能较好地模拟碳酸盐岩红土蒸发过程,Black蒸发模型的拟合精度高于Rose和空气动力学蒸发模型。研究结果能为西南喀斯特地区的水量平衡分析提供理论支撑并加强对喀斯特森林地表水文过程的认知。     

光响应性阳离子表面活性剂PCDA-C6-NH3+的合成及其对液滴蒸发行为的调控

农药的有效利用与农药液滴在植物叶片上的蒸发过程息息相关。传统表面活性剂虽然可以改变液滴的蒸发模式或速率,但并不能根据外界环境变化对蒸发过程进行主动调节。为实现"自主调控"农药液滴蒸发的目的,本文设计合成了一种含丁二炔官能团的光响应性阳离子表面活性剂(PCDA-C6-NH3+),利用紫外光刺激改变其在液滴中的聚集状态,调控液滴的蒸发过程。该表面活性剂以10,12-二十五碳二炔酸(PCDA)作为骨架,通过酰胺化反应引入末端氨基并质子化后得到。采用紫外-可见光谱研究了PCDA-C6-NH3+的拓扑化学聚合反应,并利用静态表面张力和动态接触角分析了其紫外光照前后的表面活性和蒸发行为。该研究为实现液滴"自主调控"蒸发过程提供了一种新思路,对提高农药利用率具有重要意义。