基于低影响开发的校园雨水控制及效益分析

以安徽理工大学为研究对象,应用4种低影响开发(LID)方案(植草沟、下沉式绿地、雨水罐和植草沟-下沉式绿地-雨水罐组合)构建雨洪管理模型(SWMM),模拟不同雨水重现期下各种LID方案的水文和水质性能,并评价了经济效益.结果表明:植草沟的径流削减效率最好,可延迟流量峰现时间,且能有效地削减污染负荷;除雨水罐外,另外3种LID实践方案具有良好的环境效益;从成本效益上分析,下沉式绿地和组合LID实践方案的污染物控制效果较好,但其单位削减率成本高,植草沟对污染物控制效果不理想,但其具有最低的单位削减率;若想取得较好的污染物控制效果,则需要投入更大的成本,可以采用下沉式绿地或组合LID实践方案,下沉式绿地或组合LID实践方案不仅能有效削减峰值流量,缓解城市排水管网负荷,且对污染物的削减效果较好.可为中国校园中LID实践的应用决策提供理论支持.     

灌溉和生草对猕猴桃园土壤质量的影响

为探明灌溉和生草对猕猴桃园土壤质量的影响,于2016—2017年在陕西省眉县猕猴桃园试验地分别布设地面灌溉+除草(Ⅰ)、地面灌溉+自然生草(Ⅱ)、滴灌+除草(Ⅲ)和滴灌+自然生草(Ⅳ)4种处理,对试验地0～50 cm土层的土壤机械组成、物理和化学性质进行了统计分析,并利用土壤质量综合指数对土壤质量进行了评价,结果表明:与其他处理相比,Ⅲ处理使0～30 cm土层土壤容重和砂粒质量分数分别降低了0.02～0.24g·cm~(-3)和0.36%～5.25%,使土壤孔隙度、田间持水量、黏粒质量分数和土壤粒径分形维数分别增大了0.17%～7.17%、0.59%～2.53%、0.99%～7.15%和0.01～0.13;Ⅳ处理在0～30 cm土层中的速效磷和碱解氮与Ⅰ、Ⅱ处理无差异,显著高于Ⅲ处理10.75～109.55 mg·kg~(-1)和20.74～78.91 mg·kg~(-1)(P0.05),可使0～50 cm土层的速效钾、速效磷和碱解氮分别达到猕猴桃施肥标准的丰富、中等及中等水平;与其他处理相比,Ⅳ处理可使0～50 cm土层土壤黏粒质量分数增加了1.21%～2.66%,土壤粉粒质量分数减少了0.81%～1.41%,使土壤分形维数显著增加(P0.05),土壤质量综合指数最大,达0.619。因此,滴灌+自然生草(Ⅳ)的管理方式是猕猴桃园土地可持续性利用的有效措施。     

黄土丘陵半干旱区枣林露水量研究

利用2012年和2013年叶片湿度传感器(LWS)、温湿度仪、热扩散式探针(TDP)、中子仪实测的露水强度、冠层温湿度、树干径流、土壤水分及气象站监测的气象因子,分析了枣林生育期内露水量的变化规律,探讨了其与水资源输入、输出项的关系。研究结果表明,2012年和2013年枣林露水量随生育期变化呈现递增趋势,果实成熟期达到最大值。露水总量分别为31.31、37.87 mm,分别占同期降水量、蒸腾量和蒸发量的6.87%、10.00%、17.65%和7.90%、15.00%、17.90%,露水量日平均值分别达0.44、0.47 mm。此外,露水量具有发生频率高、稳定性强、重度露水量(大于0.20 mm)比重大的特点。在枣树全生育期内,露水量作为水资源输入项会引起蒸腾量在果实膨大和成熟期显著降低(P0.05),但对蒸发量无显著影响。研究显示露水是该区枣林重要水源,是水量平衡中不可缺少的输入项。     

简易草莓大棚智慧管理系统设计与性能分析

为探索简易塑料草莓大棚的人工智能种植,根据关中地区简易大棚的特点构建了大棚环境感知、计算机后台种植模型智能处置决策、用户手机微信告知及执行检查评价等环节的简易大棚物联网架构,开发智慧种植管理系统。该系统基于标准化技术体系分期给用户下达工艺单,基于环境感知由后台计算机给每个种植户下达处置要求,实施区应用效果良好,单个大棚产量和收入分别提高79.7%和169.6%,农药残留和药物资金投入分别降低15.6%和23.5%,节约灌水量29.8m3,水分产量利用效率和水分经济利用效率分别提高137.6%和255.4%。     

不同覆盖措施对减少枣林休眠期土壤水分损失的影响

针对黄土丘陵半干旱区林地土壤干化缺水严重的现象,利用2012-2015年3种覆盖措施下土壤水分定位实测数据,探讨和分析全年覆盖措施对枣林休眠期土壤水分损失的影响。结果表明:休眠期是枣林地土壤水分损失的重要时期,无覆盖枣林地土壤水分损失85.64~92.34 mm,是同期降雨量的2.12倍。当地枣林地土壤水分损失的土层深度基本在0~200 cm范围。在0~200 cm范围土壤垂直剖面上,休眠期3种覆盖措施下土壤水分损失均呈现随深度增加而均匀减少的规律。休眠期0~200 cm土层秸秆覆盖、地膜覆盖和石子覆盖土壤水分总损失量分别较裸地减少38.32、50.56、40.48 mm。覆盖措施可以促进休眠期土壤水分向深层运移。     

黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应

在陕北米脂试验站设置了野外10 m地下大型土柱,分别利用BLJW-4小型综合气象观测站、CS650-CR1000自动监测系统对降雨状况和土壤水分状况进行长期连续定位观测,分析黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应。结果表明:(1)黄土丘陵区降雨可以划分为3种类型:快速蒸发型降雨(P≤13 mm)、缓慢蒸发型降雨(13 mmP26 mm)、入渗主导型降雨(P≥26 mm)。其中快速蒸发型降雨、缓慢蒸发型降雨在裸露地表情况下仅能引发浅层土壤的降雨入渗响应(Z_(rapid)≤30 cm, 30 cmZ_(slow)60 cm),不能对深层干化土壤形成有效的水分补给;而入渗主导型降雨则能够引发深层干化土壤的降雨入渗响应(Z_(infiltration)≥60 cm),能够促进干化土壤得到水分修复。(2)0～90 cm土层为降雨入渗、蒸发循环层,该深度范围土壤受降雨、蒸发作用影响强烈,土壤水分呈现频繁增、减波动;90 cm以下土层为降雨入渗主导层,该深度范围内土壤不再受蒸发作用影响,土壤水分呈增加趋势。(3)入渗主导型降雨年最大入渗深度在140～160 cm,雨后上层土壤水在蒸发作用下69～435 h恢复至雨前水平。裸露地表状况下,多年累积降雨能够促进深层干化土壤产生入渗响应,2014—2019年干化土壤对于自然降雨的入渗响应深度依次为180、220、400、700、900 cm及1 000 cm。     

自然降雨对干化土壤水分恢复有效性分析

研究自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性,有利于合理利用降水资源,加强干化土壤水分管理,促进土壤干层得到有效恢复。在陕北米脂试验站设置野外地下大型土柱,通过2014—2019年连续定位监测降雨、土壤含水率状况,分析自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性。结果表明:(1)从深层干化土壤水分恢复角度考虑,黄土丘陵半干旱区降雨可以分为3种类型:表层入渗快速蒸发型、浅层入渗缓慢蒸发型和深层入渗补给型。其中深层入渗补给型降雨为有效降雨,该类型雨量>26 mm,能够对深层干化土壤产生有效水分补给。2014—2019年发生深层入渗补给型降雨仅16次,累积雨量791.8 mm,降雨次数、降雨量的有效率分别为4.64%和35.19%。(2)月尺度条件下,降雨量(P月)与逐月入渗深度(Z逐月)、月累积入渗深度(Z累积)均呈二次函数关系变化,Z逐月=-0.0102P月2+3.955P月-6.7335(R^2=0.9639),Z累积=-0.0003P月2-0.1331P月+191.71(R^2=0.9208)。(3)年尺度条件下,2014—2019年雨量分别为187.6,391.6,590.8,337.6,342.4,400.0 mm,降雨逐年引发的入渗深度依次为160,220,400,260,260,120 cm,累积入渗深度依次可达180,220,400,700,1000,1400 cm。研究结果对揭示自然降水恢复干化土壤机理,加强土壤干层人工蓄水保墒技术,合理选择保墒措施,以及促进当地生态环境建设具有积极的推动作用。     

自然降雨条件下干化土壤水分恢复试验

土壤干燥化是制约黄土丘陵半干旱地区生态环境可持续发展的瓶颈问题,自然降雨是当地土壤水分补充的唯一来源。为探究自然降雨条件下干化土壤的水分恢复状况,在陕北米脂试验站构建野外10 m深大型地下土柱,2014—2019年间利用CS650-CR1000型土壤水分自动监测系统和BLJW-4小型气象观测站对土壤水分、气象状况进行连续定位观测,分别对次降雨、月降雨、年降雨条件下的干化土壤入渗恢复深度进行研究。结果表明:黄土区降雨分布的阶段性和年际不均衡性是直接影响深层干化土壤水分入渗的主导因素,年内降雨可以划分为3个阶段:降雨匮乏阶段(上年11—次年3月)、降雨过渡增加阶段(4—6月)、降雨丰沛阶段(7—10月)。试验期间,能够促进深层干化土壤水分恢复的有效降雨(入渗深度大于50 cm)发生次数为56次,有效降雨量1 455.20 mm,分别为6a总降雨次数和总降雨量的16.23%、64.68%。月尺度、年尺度条件下,逐月、逐年降雨入渗深度均随降雨量增加呈二次函数增大变化,累积降雨入渗深度则随时间延续持续增大,对深层干化土壤水分恢复起决定作用。至2018年12月,累积降雨入渗深度达到1 000cm。以农地土壤水分为标准,2014—2019年自然降雨条件下干化土壤完全恢复深度分别为140、180、300、600、700、700cm,完全恢复程度依次可达14%、18%、30%、60%、70%、70%。研究结果对于探讨半干旱黄土区在自然降雨条件下林地深层干化土壤水分恢复规律,制定合理措施促进干化土壤水分恢复,以及深入干化土壤水文循环机理研究具有重要意义。     

水分调控对梨枣果实品质与投入产出效益的影响分析

本试验以梨枣为试验材料, 设置5 个灌水梯度(保持70%、60%、50%、40%的田间持水量和不灌水对照), 分别在梨枣萌芽展叶期、开花坐果期与果实膨大期各灌水2 次, 研究水分调控对梨枣果实品质的影响,并进行投入产出效益的比较分析。结果表明: (1)梨枣果实膨大期与开花坐果期是影响果实品质与经济效益的关键需水时期。(2)适当灌溉可以明显改善果实的风味品质与营养品质, 并显著提高梨枣树的果实单果重与果实收获数; 但灌水过多, 产量与品质未得到明显改善, 却增加了成本。(3)合理调控“高产”与“优质”的关键需水时期, 可以均衡达到“高产和优质”。综合分析认为: 对陕北梨枣树灌溉至田间持水量的60%比较适宜,既改善梨枣果实品质, 并显著提高经济产量。     

宁南带状柠条林地根系及土壤水分养分分布特征

为探究宁夏南部黄土丘陵区柠条人工林地根系、土壤水分、土壤N、P养分特征,采用野外调查与室内分析相结合的方法,对宁南黄土丘陵区人工种植20 a的柠条林地0～1 000 cm土壤中根系垂直分布、土壤水分、土壤N、P含量(质量分数,下同)变化进行分析。结果表明：1)柠条林地0～1 000 cm土壤水分消耗量大,土壤储水量较旱作农田减少919.84 mm,平均每年较旱作农田耗水增加45.99 mm,为柠条林地深层土壤干化的直接原因;2)柠条林地根系主要集中在0～80 cm土层,该层根系(表面积密度)占0～1 000 cm根系总量的62.4%;3)柠条林地土壤N、P养分分布规律与根系分布规律一致,即表层多深层少,0～200 cm土层内全N含量平均值为0.53 g·kg^-1,是0～1 000 cm土壤全N含量平均值1.86倍,全P含量平均值达0.52 g·kg^-1,与0～1 000 cm土层全P含量平均值近似。研究结果对于深入了解半干旱黄土区柠条人工林地根系、水分与养分关系及可持续经营具有积极意义。