淤地坝保碳、减排、增汇作用与其能力评估

淤地坝是黄土高原地区重要的沟道治理措施,也是陆地生态系统中重要的储碳场所。评估淤地坝的碳汇作用与能力,可为研究其他水土保持措施碳汇提供重要借鉴,也为我国碳达峰、碳中和目标提供科学依据。以黄土高原淤地坝为研究对象,系统探讨淤地坝的碳汇效应与机理,提出淤地坝碳汇能力估算方法。结果表明:淤地坝具有保土保碳、减蚀减排和增绿增汇作用。在过去50年中黄土高原淤地坝保碳能力为2.16×10⁷ t C,减排能力为4.33×10⁶~8.66×10⁶ t C,增汇能力为6.84×10⁵ t C。淤地坝产生积极的碳汇效益,对提升生态系统碳中和能力、降低碳达峰的峰值发挥重要作用。淤地坝与其他主要水土保持措施都具有保土、减蚀等多种水土保持效益,可充分发挥保碳、减排、增汇等多种碳汇作用。推行碳汇水土保持工作、实施水土保持增汇行动,既可全面巩固陆地生态系统碳汇作用,又能持续提升生态系统增汇能力,对碳达峰与碳中和作出水土保持贡献。     

黄土高原水土保持骨干坝设计中存在的问题与建议

通过对贯彻落实水利部关于进一步加强淤地坝建设管理和安全运行若干意见过程中水土保持骨干坝设计存在问题的分析,提出了在水土保持骨干坝"三大件"枢纽组成结构条件下,放水工程、溢洪道及其消能防冲设施的设计思路,以及坝体渗流计算在正常和非正常情况下的上游水位及其渗流计算条件的设定,对进一步加强淤地坝建设管理和安全运行、科学合理地进行水土保持骨干坝设计具有指导意义。     

化害为利:黄土高原淤地坝旱作农业系统探析

淤地坝属于黄土高原重要的水土保持工程措施,兼具淤地造田之效。以淤地坝为载体,坝地作物种植为核心的淤地坝旱作农业系统是黄土高原独特的农业系统和农业景观。通过文献梳理和实地调研,对黄土高原淤地坝旱作农业系统进行了系统分析。研究表明:(1)黄土高原淤地坝的人工修筑史可以追溯至明代万历年间,距今至少已有400余年的历史,1950年代以后得到普遍推广;(2)淤地坝传统的修筑技术和坝地旱作农业耕作技术体系,体现出人与自然和谐共处的生存准则和先民智慧的生活理念;(3)淤地坝旱作农业系统具有显著的经济价值、生态价值、文化价值、景观价值、社会价值与科研价值等农业文化遗产价值,在黄土高原生态文明建设、农业可持续发展和农耕文化传承等方面具有重要意义。     

淤地坝“淤满”后的水沙效应及防控对策

黄土高原大规模的淤地坝建设在减少黄河泥沙以及改善区域生态环境方面发挥了巨大作用.但是,在淤地坝“淤满”的极端条件下,关于其水沙效应变化及防治对策的研究还较少涉及.经分析,淤地坝“淤满”后:1)坝控范围内坡度降低,径流长度减少,沟道比降降低,而横断面由原来的“V”型沟道,演变为“U”型沟道;2)以关地沟4号坝为例,使用RUSLE计算,修建淤地坝前,坝控范围内平均每年土壤侵蚀模数为4 472 t/(km2 ·a),淤满后,土壤侵蚀模数下降至4 019 t/(km2·a),降幅约10％,“原地”减蚀作用显著,从修建至淤满阶段,拦沙作用巨大;3)淤地坝淤满后,坝地流速显著降低,从修建淤地坝前的0.83 m/s降至0.27 m/s,但坝体外坡的流速显著增加,特别是坡底,最大流速可达3.76 m/s;4)淤地坝淤满后,淤地坝“异地”减蚀作用会降低.基于上述变化,针对淤地坝淤满后的极端条件,本文提出如下防治对策:1)以小流域为单元,以溢洪道为主体,完善沟道排洪设施布设,提高支沟内以及支沟与主沟的连通度,提升排洪能力;2)遵循“因地制宜”原则,科学合理植树种草、修建梯田,加强坡面治理,减少坡面来水来沙,消耗和分散坡面来水侵蚀能量,降低坝地淤满后被损毁的风险;3)采取“截水沟和排水沟相结合,工程措施和植物措施相结合”的方法,做好坝体陡坡防治,提高坝体外边坡植被覆盖度.研究结果以期为黄土高原淤地坝建设提供理论支撑.     

黄河中游淤地坝工程可持续减沙途径分析

黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用十分显著,但20世纪80年代以后呈降低趋势,如何实现淤地坝的可持续减沙作用值得探讨.以黄河中游淤地坝工程最多的黄河二级支流大理河流域为例,采用“水保法”计算了梯田、林地、草地、坝地四大水土保持措施的减洪减沙量,分析了淤地坝减沙总量及其变化过程,探讨了淤地坝工程实现可持续减沙的技术途径.结果表明,大理河流域平均每淤1 hm2坝地需要泥沙75 000 t;要达到1 km2流域面积发展坝地3.33 hm2的目标,需要17 a左右的时间;实现淤地坝可持续减沙作用的布坝密度为2.5座/km2;未来大、中、小型淤地坝的配置比例为1∶2.5∶5.5;进行坝系建设时应尽量采用自下游向上游的建坝时序.要实现黄河中游淤地坝的可持续减沙作用,应从坝地发展速度、布坝密度与大、中、小型淤地坝配比、建坝时序及坝体加高5大技术途径方面进行综合分析和实施.同时,还应从淤地坝的后续建设、坡沟兼治、预防超标准洪水、明晰产权制度和加强管理养护等方面,完善并制订相应的政策措施.尤其要重视淤地坝建设的相关科学研究,努力提高其科技含量.     

典型淤地坝坝控流域水土保持措施的合理性分析

[目的]分析淤地坝坝控流域水土保持措施的合理性,为黄土高原的淤地坝建设与规划提供科学指导。[方法]对黄土丘陵沟壑区第一副区两座典型淤地坝进行分层土样采集,通过室内试验用常规方法对土样的颗粒组成进行了分析计算,在此基础上,利用分形理论,计算了分层土样颗粒组成的分形维数,分析了两座淤地坝坝地分层淤积物颗粒组成与其分形维数随淤积年限的变化趋势。[结果]两座典型淤地坝粒径组成的分形维数随淤积年限的增大都呈现逐渐减小的趋势。[结论]该典型淤地坝坝控流域不同土地利用类型表层或者更深层的土壤存在沙化趋势,淤积年限内坝控流域水土保持措施配置不合理。     

淤地坝防汛与安全度汛

淤地坝是水土保持和沟道治理最有效的工程措施之一。要持续发挥好淤地坝的生态效益、经济效益和社会效益,最大限度地减轻洪涝灾害给人民群众的生命财产造成损失,必须高度重视淤地坝的防汛工作,加强坝体、卧管和尾水渠、溢洪道的日常管理,出现险情及时维修处理;保证放水建筑物汛期能够正常泄洪和排水,防止洪水漫顶和垮坝事故发生,确保淤地坝安全防汛和度汛。     

沟道比降对淤地坝建设影响的定量研究

定量分析了沟道比降与库容及单位库容坝体土方量的关系,统计了黄土高原陕、晋、内蒙古、宁4省区在建的分布于32条小流域的556座淤地坝的坝体土方量和库容,计算出了这些淤地坝的单位库容坝体土方量,并在此基础上讨论了适宜建坝的沟道比降最大值:坝高分别为10、20、30、40 m时,适宜建坝的最大沟道比降分别为9.55%、8.42%、6.71%、5.57%。     

黄土高原淤地坝研究进展

[目的]对黄土高原淤地坝研究现状进行分析,旨在揭示今后淤地坝研究的重点方向和主要任务。[方法]利用学术论文数据库和文献计量分析法分析总结黄土高原淤地坝近16a来的主要研究成果,从淤地坝研究区域、研究方法、淤积机理等方面论述了淤地坝研究的重要进展。[结果]16a来,黄土高原淤地坝研究方向的论文数量呈现不断减少的趋势,同时存在着在拦沙功能效益客观评判方法、坝体加高修复等方面的难点或争议性问题。[结论]淤地坝是中国黄土高原小流域治理的主要举措,多年实践证明其已经取得明显的水土保持成果。今后国内学者还需继续拓展淤地坝的研究深度,注重多学科交叉和区域对比研究,不断提高淤地坝的科学研究水平。     

三维激光扫描技术在淤地坝安全监测中的应用

[目的]监测黄土高原丘陵地区淤地坝在运行中的缓慢和微小变化,及时发现淤地坝的病险隐患,为科学监测、评价陇中黄土丘陵沟壑区乃至西北黄土高原地区淤地坝安全运行提供依据。[方法]通过Nove MS 50全站扫描仪对南湾骨干坝和别杜川骨干坝坝体沉降、水平移位及坝体表面侵蚀进行定期激光扫描,利用等间隔的点云记录坝体和库岸不规则形态。[结果]两期监测对比可以看出,南湾骨干坝接近路面的部分有约1cm的变化,左侧库岸有明显的变化,变化量约为0.8cm,日后极有可能会发生小规模坍塌。别杜川骨干坝整个堤坝在半年的时间内右侧部分约有1~2cm的下降变化,监测结果和管理部门常规监测变形结果一致。[结论]将三维激光扫描技术应用于淤地坝变形监测,可以及时、准确、全面、直观获取淤地坝坝体和库岸表面数据,使得变形监测工作更加全面、便捷、可信。     

基于Landsat遥感影像和1∶50 000土壤数据库的福州市耕地有机碳动态变化研究

耕地土壤碳库是全球碳库中最为活跃的部分,其变化对全球气候变化产生重要影响。目前对耕地土壤有机碳估算多采用中、小系列比例尺的土壤数据库,较少结合遥感影像与大比例尺土壤数据库进行估算。基于此,本研究采用Landsat遥感影像和1∶50 000高精度土壤数据库,以福建省福州市为例,基于遥感与碳循环过程模型对1987年和2016年耕地土壤有机碳动态变化进行研究。结果表明,利用Landsat影像反演得到的耕地土壤基础呼吸与土壤有机碳相关性强,建立的1987年和2016年模型R²分别为0.637和0.752。研究期间,全市耕地土壤有机碳密度从东部沿海向西部内陆地区递增,整体发挥着“碳汇”作用,有机碳密度和储量分别增加0.20 kg·m^-2和2.946×10⁵ t。从不同土壤类型比较得出,黄壤、红壤和水稻土是“碳汇”,有机碳密度分别增加0.70 kg·m^-2、0.40 kg·m^-2和0.19 kg·m^-2;其他土类为“碳源”,其中,水稻土碳储量最大,两期在全市总碳储量中占比均超过90%。从不同行政区比较得出,仓山区、长乐区、马尾区和连江县为“碳源区”,其他地区为“碳汇区”,其中,仓山区碳储量一直为全市最低,两期占比均不足0.5%,而福清市则一直居于全市首位,占比均高于20%。总体而言,福州市耕地土壤有机碳30年间空间动态变化显著,在不同土类和行政区间存在差异,今后应根据不同耕地土壤类型和行政区的有机碳情况有针对性进行耕地管理。     

Silicon and salicylic acid in the physiology and yield of cotton

Silicon (Si) and salicylic acid (SA) foliar applications can benefit cotton yield especially if there is stress during cultivation. The objective of this study was to evaluate the foliar application of Si and SA on the photosynthetic variables and cotton yield. The experimental design used was randomized complete block, constituted by Si foliar application in potassium and sodium balanced silicate form (0 and 3.6?g L^?1 of Si) and SA (0 and 210?mg L^?1). The treatments were applied in three leaf sprays during the reproductive stage that coincided with water stress in tillage. Therefore, the Si foliar application associated with SA favors the physiological variables, increasing the photosynthesis, stomatal conductance and water use efficiency reflecting on the increase of cotton yield.     

基于生态导向的基本农田空间配置研究--以河北省卢龙县为例

基本农田是耕地中的精华,具有重要的战略地位。近年来,受市场经济驱动和退耕还林的影响,基本农田保护空间不断被压缩。为协调地方粮食安全、经济发展和生态安全之间的关系,该文在基本农田需求数量预算和生态基础设施构建的基础上,提出综合采用"反规划"理念和建设用地发展适宜思想,构建河北省卢龙县网络状生态基础设施作为基本农田划定的约束框架。同时,在建设用地适宜性评价的基础上,划分了县域栅格单元的空间建设开发适宜程度,并选取适宜度高的栅格单元用来作为预留建设用地。研究以卢龙县为例,采用GIS空间分析技术将中、高安全格局和建设用地适宜度低的地区叠加作为基本农田配置重点区域,将预测目标年36 800.27 hm2基本农田按照耕地等级由高到低依次布局到各乡镇。其中,位于生态基础设施中安全格局范围内,建设用地发展适宜度不高的燕河营镇、卢龙镇、印庄乡和潘庄镇面积为15 570.45 hm2,占基本农田总量的42.31%。结果表明,基于生态导向的基本农田空间配置能够在保护区域生态环境与为未来发展预留建设用地的前提下,保护基本农田。在新视角下构建基本农田数量、质量、生态及建设适宜度为一体的评价体系,从生态保护和空间战略上实现粮食安全、生态保护和经济发展共赢的局面。该方法科学合理、切实可行,能够为地区基本农田空间配置提供指导和借鉴。     

基于暗管埋设的农田生态工程对运东滨海盐碱地的改良原理与实践

我国具有丰富的盐碱地资源,滨海盐碱地是其重要组成。运东滨海平原盐碱地具有地下水埋深浅,土壤盐分重,土壤水盐季节性变化强烈等特点。基于上述特点,该区域农作物限制因子为盐分胁迫、干旱和涝渍害。针对限制因子总结了各种农田生态工程手段的实施及原理。通过对当地常见作物3种胁迫的敏感时期分析,结合农田生态工程原理,在河北省南大港管理区的荒地进行了农田生态工程改良盐碱地实践研究。结果显示,棉花、玉米的产量可分别达到2.23~3.98 t·hm-2和4.6~6.7 t·hm-2,接近当地耕地的平均水平。小麦-玉米一年两熟粮食总产量可达9.6~10.8 t·hm-2,小麦-谷子一年两熟粮食总产量达到9.1~11.9 t·hm-2。农田生态工程显著地增加了作物的种植适宜性,使多种轮作制度成为可能。但是单项的生态工程技术都有一定的局限性,如咸水结冰灌溉会增加土壤盐分,暗管工程会降低土壤养分含量和有效性,因此农田生态工程应系统化和体系化。多种技术手段互补,最终实现调整盐碱地土壤水分、盐分季节性分配,使作物避开盐分、水分胁迫敏感期,使作物生长与土壤水盐季节变化耦合,完成作物生命周期并形成产量,最后在周年内达到土壤积盐与排盐平衡。暗管工程必将取代明沟作为盐碱地区排水的基础,也是各项生态工程的基础。而农田生态工程技术的多样化、系统化和体系化是未来改良盐碱地的发展趋势。     

植物篱与石坎梯田改良坡耕地效益研究

三峡库区秭归段生态环境脆弱,当地群众广泛采用以石坎梯田为主的工程措施和以植物篱为主的农林复合技术措施改良利用坡耕地。通过试验,对三峡库区秭归县相同坡度、坡向和土层厚度的坡耕地采取石坎坡改梯和定植等高植物篱的投入和产出进行对比,结果表明:石坎梯田与植物篱均是改良利用坡耕地的有效方法;石坎梯田建设期投入费用高,涵水保土能力强,田坎无经济效益;植物篱坡地建设期投入费用低,生产期运行费用略高于石坎梯田,成坎周期较长,涵水保土能力初期较低后期逐渐增强,生产期产出效益明显。     

基于BP神经网络的农田大气氨浓度预测

农业源氨排放是大气氨最主要的来源,其中氮肥施用是最主要的农业氨排放源之一。预测大气氨浓度的变化,确定影响大气氨排放的因素,可为科学管理农田,减轻环境污染提供参考。本文利用BP神经网络分析农田大气氨浓度及与各气象因素的关系,以便清晰地了解农田大气氨浓度的变化规律,为研究农田大气氨提供一种新的思路与方法。首先选取2015年5—10月的农田大气氨浓度数据及气象监测数据,建立以气象因素（气压、气温、相对湿度、降水量、风速和日照时数）为输入变量,农田大气氨浓度作为输出变量的预测模型。其次采用主成分分析法筛选出对农田大气氨浓度影响较大的气象因素,分别为气温、相对湿度、降水量和风速,然后把筛选出的4个主要因素和原来的6个因素分别作为BP神经网络预测模型的输入变量,利用神经网络模型对农田大气氨浓度进行预测。结果显示,农田大气氨浓度的实际值为0.148 5 mg·m^-3,4个因素的预测值为0.159 4 mg·m^-3,6个因素的预测值为0.173 2 mg·m^-3,预测误差分别为7.35%、16.65%,并且4个因素的预测相对误差为1.4%~27.0%,而6个因素的预测相对误差为1.1%~45.0%。预测的农田大气氨浓度在前5 d内变化较大,但随着时间的推移,农田大气氨浓度逐渐变小趋于平缓,且预测值与实际值的变化趋势基本相符。利用4个因素作为输入变量建立预测模型,预测得到的农田大气氨浓度值比6个因素作为输入变量得到的农田大气氨浓度值与实际值更吻合,相对误差值较小。可见,通过主成分分析法去除冗余因素后建立的神经网络模型更加有效,预测结果比筛选之前的预测效果更好,所建立的模型对甄选关键因素具有较好的适用性,并且神经网络预测模型对农田大气氨浓度的预测精度较高。本文构建的农田大气氨浓度预测模型可为农田大气氨浓度分析及相关研究提供方法和思路上的指导。     

绿洲农田土壤粒径分布特征及其影响因素分析──以策勒绿洲为例

以塔里木盆地南缘策勒绿洲为例,重点探讨了绿洲农田土壤粒径分布特征及其主要影响因素。基于2008年9月对策勒绿洲范围内农田表层土壤粒度测定数据,首先通过土壤粒径分布体积分形维数分析,表明绿洲农田土壤粒径分布差异性显著,并根据分析结果提出假设,认为农田利用年限及空间位置的不同是土壤粒径分布产生差异性的主要因素;其次利用排序方法对影响因素的贡献率进行定量分析,并与分维值结果进行相互验证。研究结果表明在影响土壤粒径分布差异性方面,利用年限为主导因素,其相对贡献率达67%。因此,保证农田长期合理的耕作管理方式将有助于土壤粒径分布属性的稳定及改善。     

中国重金属污染耕地土壤安全利用存在问题与建议

中国耕地土壤重金属污染情况不容乐观，如何安全利用重金属污染耕地仍是当今亟需解决的农业和环保问题。本文综合分析了近几年不同污染程度耕地土壤的安全利用措施，提出重金属低积累作物种植、重金属钝化技术、农艺调控及种植结构调整为当前污染耕地土壤安全利用的主要手段，并指出污染源防控力度不足、土壤污染与作物安全性关系不明、原位钝化技术风险及低积累作物利用效果的局限性仍然是中国污染耕地土壤安全、高效利用面临的主要问题，建议进一步完善污染土壤评价标准、健全污染土壤防控体系、优化污染土壤安全利用技术，以推动重金属污染耕地土壤的安全、高效和可持续利用。     

VEGETATIVE GROWTH,YIELD, FRUIT QUALITY AND FRUIT AND LEAF COMPOSITION OF STRAWBERRY CV. ‘PAJARO’ AS INFLUENCED BY SALICYLIC ACID AND NICKEL SPRAYS

Salicylic acid (SA) occurs naturally in plants at low concentrations. Previous studies reported a vast range of responses after SA application on plants. Nickel (Ni) as an essential element for plant growth and development has been proven to have positive impact on overall plant life cycle. To evaluate influence of these two compounds on strawberry plants cv. ‘Pajero’ this study was carried out as a 3 × 4 factorial in a completely randomized design in greenhouse conditions. Treatments included SA at 0, 1, 2, and 3 mM and nickel sulfate (NiSO₄) at 0, 150 and 300 mg L^?1 concentration. It seems that treatments had promoting effects on measured parameters as 2 mM of SA increased root and shoot fresh and dry weight, concentration of anthocyanins and poliphenolics of fruits significantly, 3 mM of this phytohormone caused augmentation of vitamin C content of fruits. Nitrogen and nickel concentration within leaves and fruits were affected after SA treatments. 150 mg L^?1 of nickel solution promoted total yield, root dry weight and nitrogen concentration of fruits. Worth mentioning, beneficial effects of such treatments were higher when applied together. Further research is needed before recommendation on other cultivars and commercial use.     

武汉市耕地资源的社会生态价值估算

耕地利用存在的外部性,除了给国家和农户带来经济效益外,还具有社会生态效益。在构建耕地资源价值体系的基础上,探讨了耕地资源社会稳定价值、社会保障价值和生态效益价值的估算方法。研究结果表明:(1)武汉市耕地资源社会稳定效益逐年增长,由1996年的1.50×10⁸元增长到2009年的4.24×10⁸元;(2)耕地资源社会保障效益逐年递减,由1996年的7886.65元/(hm²·a)下降到2009年的6618.74元/(hm²·a),表明农村社会保障体系亟待建立。(3)耕地资源生态效益价值呈现先下降后上升的趋势,耕地数量的变动是重要的影响因素。武汉市耕地资源的社会生态价值总体变动趋势为上涨。基于我国城市土地利用中存在外延式扩张和粗放、低效利用并存的现象,有必要全面考虑耕地资源的价值。