不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水热状况及其水分利用效率的影响

为研究旱作条件下马铃薯不同覆盖材料的土壤水热条件及其对产量与水分利用效率的影响,在大田条件下,设置普通地膜、秸秆、绿肥、液体地膜4种覆盖材料栽培方式,测定其土壤含水量、耕层土壤温度和产量,并计算各覆盖材料的水分利用效率。结果表明,与传统裸地(CK)相比,普通地膜、秸秆、绿肥、液体地膜覆盖材料处理下耕层土壤(0—25cm)日平均温度提高3.62,2.01,1.50以及2.38℃;各覆盖材料均可提高土壤含水率,普通地膜、秸秆、绿肥、液体地膜覆盖较对照耕层土壤(0—25cm)平均含水率增加3.25%,2.24%,2.40%以及2.50%;与对照相比,各种覆盖材料可使马铃薯块茎产量分别增加10.33%,23.03%,20.27%及27.17%;不同覆盖材料水分利用效率大小为:液体地膜绿肥秸秆普通地膜对照(CK)。液体地膜在土壤保水及对马铃薯产量的影响方面均具有显著效果。     

有机地表覆盖材料对树穴土壤理化性质的影响

通过大田试验,研究有机地表覆盖材料对土壤理化性质的影响。以圆明园公园内的桑葚林(Morus alba L.)树穴土壤为研究对象设置6种处理,即水性聚氨酯胶黏剂有机覆盖垫(A)、水性聚氨酯与淀粉胶黏剂混合比9∶1有机覆盖垫(B)、水性聚氨酯与淀粉胶黏剂混合比8∶2有机覆盖垫(C)、水性聚氨酯与淀粉胶黏剂混合比7∶3有机覆盖垫(D)、木片覆盖(M)和无覆盖处理(CK),对不同地表覆盖材料的覆盖效果进行评价。结果表明:(1)总体来看,1年后不同有机地表覆盖材料覆盖下树穴土壤的容重、孔隙度、持水量等物理指标以及不同土层土壤pH变化不大。(2)与CK相比,不同有机地表覆盖材料可增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量,覆盖后0-10 cm土层比10-20 cm土层的效果更为明显。综合考虑,不同有机地表覆盖材料能够改善土壤养分含量,水性聚氨酯与淀粉胶黏剂混合比8∶2有机覆盖垫(C)为5种有机地表覆盖材料中最适合裸露树穴的覆盖材料。     

不同有机材料覆盖对土壤保水效果的影响

[目的]研究不同有机材料覆盖对土壤水分蒸发量、土壤含水量的影响,并筛选出保水效果最佳的材料。[方法]以木片、树皮及经过堆腐的园林废弃物为研究对象,进行模拟蒸发及桶装控制试验。[结果]不同粒径的园林废弃物覆盖均能降低土壤水分日蒸发量,日蒸发量从大到小依次为CK,3～5 cm粒径(M_3)、0～1 cm粒径(M_1)、1～3 cm粒径(M_2)。在连续蒸发14 d后,M_2,M_1,M_3和CK的土壤水分累积蒸发量分别为193.0,269.5,304.0和1 037.0 g,与CK相比,分别减少了81.4%,74.0%,70.7%;不同有机材料覆盖均能提高土壤含水量。除了雨季之外,不同土层土壤含水量从高到低依次表现为:木片覆盖(M_4)树皮覆盖(M_5)1～3 cm粒径园林废弃物覆盖(M_2)CK。土壤含水量的年变化整体呈现出双峰趋势,一年中4—5月含水量较低,6—8月含水量较高,不同土层土壤含水量的年变化趋势基本一致。M_4,M_5,M_2和CK的0—40 cm土层土壤年平均含水量分别为32.9%,30.3%,27.4%,26.8%。[结论]木片为保水效果最好的有机材料,其次是树皮和园林废弃物。     

不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响

通过田间长期定位试验,分层采集冬小麦-休闲种植体系0—40 cm土层的土样,研究了常规、地表覆膜和覆草栽培对土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响。结果表明,覆膜或覆草可以显著增加地上部小麦生物量和子粒产量。不同地表覆盖对0—40 cm土层的无机碳含量和分布无显著影响,但与常规栽培相比,地表覆膜使0—5 cm土层的有机碳含量显著降低,0—40 cm各土层轻质有机碳表现出明显降低趋势,平均降低 C 6.1~74.5 mg/kg;地表覆草却表现出明显增加土壤轻质有机碳的趋势,0—5,5—10,10—20 cm土层的轻质有机碳含量分别增加C 235.2、190.0和144.9 mg/kg,相当于常规的38.7%,32.9%和34.5%。同时,覆草栽培还表现出降低0—10 cm土层轻质有机质含碳量的趋势,并使0—20 cm土层轻质有机碳占有机碳的比例显著高于常规栽培和地表覆膜处理。可见,地表长期覆膜不利于旱地土壤有机碳累积,覆草不仅可以增加表层土壤的轻质有机碳累积,还可改善土壤碳氮组成。     

地表覆盖对土壤热参数变化的影响

覆盖条件下土壤热性质的研究对于包气带水热运移及覆盖技术的应用均有重要意义。使用11针热脉冲探头对沙黄土不同深度(6 mm、18 mm、30 mm)的土壤热扩散率、热容量和热导率三个热参数进行测定,并进行地表覆盖(石子覆盖、秸秆覆盖)处理,旨在探究覆盖条件下表层土壤热性质动态变化过程及土壤热参数与水分的内在联系。结果表明:(1)相对于裸土,石子和秸秆覆盖条件下土壤热参数增大,且覆盖对于靠近表层土壤热参数的影响更加明显;(2)随降雨的发生,土壤热参数均增大,在两次降雨期间,土壤热参数逐渐减小,覆盖与裸土热参数差异逐渐增大;(3)三个热参数随降雨的发生,其动态变化过程表现不同,热容量对降雨的响应最为敏感,热导率次之,热扩散率开始减小的时间较热导率和热容量滞后,三个深度滞后时间均在48 h以上,而且覆盖以后热扩散开始减小的时间较裸土推迟(48 h以上)。土壤容重不变的情况下,在频繁干湿交替的过程中土壤水分为土壤热参数变化的最主要影响因素。覆盖条件下土壤热参数与土壤含水量关系研究表明:石子和秸秆覆盖条件下土壤热参数与土壤含水量的变化关系与裸土条件下一致,热导率与含水量呈幂函数增加的趋势,热容量随含水量线性增加,热扩散率随含水量增加先增后减,本研究所用沙黄土热扩散率峰值对应的含水量在0.20 cm3cm-3左右。由以上结果可以发现覆盖对近表层土壤热参数的动态变化有显著的影响,覆盖的保水效应直接影响土壤热参数的变化。     

不同铺装材料地面停车场的热效应

地面停车场作为城市重要的下垫面,其铺装选材影响着城市生态环境。通过对沥青、水泥、混凝土地砖、植草格4种地面停车场常用铺装材料的地表温度、气温、太阳直接辐射进行了连续12个月的观测,系统研究了4种铺装材料地表温度和气温的变化特征及影响因素,并进行了4种铺装材料地表温度与气象因子的相关性分析,旨在为地面停车场铺装选材提供热效应方面的参考依据。结果表明:(1) 4种铺装材料对地面停车场地表温度的影响由大到小的次序为:沥青> 混凝土地砖> 水泥> 植草格; (2)气温和太阳直接辐射与地面停车场地表温度呈显著正相关,其中气温起主导作用; (3)建立了各因子线性回归模型,可利用该模型计算地表实时温度,为气象服务提供更好的数据理论支持。     

微波的热与非热效应对淀粉性质的影响

微波是波长微小的电磁波,具有很强的介质穿透能力,可实现物料内外的同时升温。在利用微波熟化淀粉类食品时,具有热效率高、可控性强、设备占地小等优点。本文介绍了淀粉升温糊化过程中微波热效应和非热效应;总结了研究微波非热效应的几种新手段;比较了微波处理与热传导处理在淀粉升温糊化过程中,淀粉颗粒表观特征、晶体结构和分子结构的变化以及热学特性的差异;论述了微波处理淀粉乳中水的响应。本文为后续深入研究微波处理对食物中淀粉糊化的影响与微波糊化淀粉特性的开发利用提供了参考。     

干旱半干旱区地表覆盖对土壤风蚀的影响

为了探究地表覆盖对干旱半干旱地区土壤侵蚀及表层特性的影响,探寻农业发展的新机遇,使用Meta分析的方法,通过搜集国内外干旱半干旱地区土壤覆盖已发表的研究数据,分析了3种地表覆盖方式：覆盖植物、秸秆覆盖和高留茬对土壤风蚀模数及表层干容重、含水量和有机碳含量的影响。结果表明：(1)地表覆盖使土壤年风蚀量降低77.96%,地表风蚀量与覆盖度密切相关,秸秆覆盖度最高,减轻风蚀效果最佳。(2)地表覆盖平均降低2.94%表层(0—20 cm)土壤干容重,从而提高孔隙度保水保肥,抑制土壤侵蚀;其中覆盖植物效果最好,能够降低5.26%。(3)地表覆盖能够增加6.26%年均表层土壤含水量,从而有效增大土壤颗粒间的黏聚力;在降水量≤450 mm的半干旱地区该值能达到10.62%。(4)地表覆盖能够提高23.54%表层土壤有机碳含量,增加土壤颗粒间的黏结性,从而提高土体的抗风蚀能力;高留茬的提升效果最好,为34.42%;覆盖植物中豆科作物的效果最好,平均提高30.76%。总之,3种地表覆盖措施均能不同程度地减轻风蚀,能够实现保土、保水和固碳的多重收益,是未来双碳背景下实现农业可持续发展的有效解决方案。     

气候因子和地表覆盖对沿海滩涂土壤盐分动态的影响

为探明气候因子对沿海滩涂表层土壤盐分季节性变化规律的影响,并探讨植被和秸秆覆盖对滩涂土壤脱盐效果及控盐的作用。2014年5月—2015年5月,在江苏沿海滩涂盐碱地(中重度盐分),设置4种处理进行田间试验,分别为对照(裸地,CK)、秸秆覆盖(覆盖量为15 t·hm-2,SM)、植被覆盖(PC)和植被+秸秆覆盖(覆盖量为7.5 t·hm-2,PC+1/2SM),监测了气候因子和表层土壤盐分的季节性动态变化。结果表明:1)在沿海滩涂裸地中,土壤盐分具有一定程度的季节性规律,表现为在10—12月具有明显的积盐效果,且在10月EC1︰5达到最大值为3.90 d S·m-1。2)相关分析表明:采样前7 d降雨累积量与土壤盐分变化有着极密切负相关关系;气候因子的多因子及互作逐步分析表明:降雨量增加可以促进土壤脱盐作用,大气温度升高可加剧土壤盐分表聚,降雨量和大气温度的互作效应增加会对土壤盐分累积产生正效应。3)地表覆盖(包括PC和SM)显著地改变了气候因子对土壤盐分动态变化的影响,累积降雨量和大气平均温度与土壤盐分无显著相关性,且大量秸秆覆盖对滩涂表层土壤脱盐具有更明显的效果。因此,在沿海气候向暖湿方向发展的趋势下,综合考虑脱盐及控盐作用,选择适量秸秆覆盖(如覆盖量15 t·hm-2)或适量秸秆覆盖结合植被种植覆盖,同时充分利用沿海地区降雨量集中的特点,可能是未来滩涂盐碱盐渍土快速脱盐和土壤改良的重要措施。     

不同材料覆盖对城市裸露土壤理化性质的影响

[目的]研究不同材料覆盖城市裸露土壤的效果,为城市裸露土壤处理及生态美化提供理论指导和依据。[方法]以裸露土壤为对照,设置木片、园林废弃物、鹅卵石、陶粒、有机覆盖垫、分层覆盖(上层园林废弃物,下层园林废弃物堆肥)处理。[结果]不同材料覆盖均能影响土壤性质,但随着时间增长,效果减弱,0—10cm土层较10—20cm土层易受覆盖影响;鹅卵石、陶粒处理显著提高土壤含水量;木片、分层覆盖显著降低土壤容重,提高土壤孔隙度;分层覆盖和园林废弃物覆盖显著降低土壤pH值。有机材料覆盖均能提高土壤有机质和速效养分:其中分层覆盖和园林废弃物覆盖效果较明显,分别可提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量56.63%,85.73%,85.52%和48.66%,63.11%,25%,而养分供应持续性是分层覆盖和有机覆盖垫覆盖更好。[总结]分层覆盖效果最佳,在海绵城市与绿色化城市建设中具有现实推广意义。     

毛乌素沙地地膜—地布覆盖下土壤水势动态

在毛乌素沙地东南缘风沙滩区进行为期1年的野外连续定位观测试验,设置3组覆垄沟渗处理,即地膜加防草地布覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和无覆垄空白对照(CK)。利用MPS-6水势温度传感器监测沟表下5,15,30 cm深度30 min间隔的土壤水势和土壤温度。结果表明:(1)3组处理的土壤水势日变化均呈现余弦曲线变化特征,在5 cm土层处土壤水势日变幅较大,土壤水势值为-600～-120 kPa,呈MBCKDB;在15 cm土层处,土壤水势较高且变幅较小,变化在-180～-90 kPa,呈DBCKMB;在30 cm土层处,土壤水势保持基本稳定,MB与DB处理的水势较高,稳定在-100 kPa左右,CK较低,稳定在-285 kPa左右;(2)土壤水势年内变化存在2个低谷,主要发生在土壤水处于冻结状态的冬季和蒸发强烈的夏季;3组处理土壤水势年均值表现为:5 cm处,MBCKDB;15 cm处,DBCKMB;30 cm处,MB=DBCK,主要原因是覆盖条件下,白天土壤积温较高,夜间向上的温度梯度大,15 cm处土壤水分上移速度较快,地表膜布下积水,无膜布则蒸发,故表现为地表以下5 cm处MB水势较大,15 cm处水势较小;同时,MB条件下降雨入渗量最大,表层水分大;30 cm处MB和DB条件下,水势近似相同,但都大于裸地,主要原因是该地区降雨量较小,大部分降雨在无覆盖条件下不能下渗至30 cm处;(3)3组处理在0—30 cm土层,冻融期土壤水势受大气相对湿度及风速影响较大,非冻融期土壤水势受风速影响最大,其次是大气温度与相对湿度。试验表明5 cm土层MB保湿效果更好,而15 cm土层DB的保湿效果更好,30 cm土层MB和DB条件下水势接近,此结果可为沙漠地区固沙和植被恢复提供参考。     

土库曼斯坦典型绿洲土地利用格局变化的地表热环境响应研究

基于遥感和GIS,选择两期遥感影像,对土库曼斯坦穆尔加布—捷詹绿洲的土地利用及其地表热环境的变化进行分析,探讨了不同土地利用类型的空间格局对绿洲热环境的影响。结果表明:2001—2011年间,研究区土地利用变化最显著的特征是耕地的扩大和其他用地的减少,耕地从2001年的4.84×10⁵ hm²增加到2011年的5.82×10⁵ hm²,其他用地从2001年的5.00×10⁶ hm²减少到2011年的3.88×10⁵ hm²;不同土地利用类型上的地表温度具有明显差异,各土地利用类型地表温度平均值排序为:沙地 > 其他用地 > 盐碱地 > 耕地 > 林地 > 草地 > 水域;以耕地为突出特征的土地利用变化影响区域热效应的效果较为显著,具体表现为绿洲热环境效应减弱,冷岛效应增强。     

土地利用/土地覆被变化环境效应研究

土地利用/土地覆被变化（LUCC）是全球变化研究的重要方向之一。土地利用/土地覆被变化的环境效应问题一向都是研究的重点。结合近年来土地利用/土地覆被变化在环境方面的一些研究进展,综述了土地利用/土地覆被变化对全球气候、大气质量以及区域土壤、水文和生物多样性的影响,并提出了黄土高原地区土地利用/土地覆被变化研究亟需解决的一些问题。     

近年来毛乌素沙地土地覆被变化特征

利用2000年和2006年两期中巴卫星数据,建立了区域尺度沙漠化评价模型,分析了毛乌素沙地土地类型变化趋势及以县域为单位的沙漠化评价。（1）仅从土地类型面积变化来看,研究区沙漠化发展呈现总体稳定,局部恶化趋势;（2）在半固定、半流动和非沙漠化三种类型间沙漠化发展变化剧烈;（3）2006年与2000年的16个县域评价结果显示,极重度沙漠化的县域明显减少,转化为重度和中度,毛乌素沙地总体上呈现出良性发展态势。     

基于遥感和GWR的兰州中心城区夏季热场 格局及与土地覆盖的关系

兰州是河谷型城市的典型代表,利用多期Landsat遥感影像,定量反演兰州中心城区1990—2015年的夏季地表温度,分别采用普通线性回归模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)拟合土地覆被变化比例与地表温度的关系,分析其空间非稳定性。结果表明:空间分布上,兰州市中心城区夏季地表温度高的区域主要集中在南北两山的未利用地,黄河流经的河谷盆地温度较低;城市热岛比例指数也呈现出先下降后增长的特点。土地覆被变化比例对地表温度的变化影响显著,且二者之间存在空间上的非稳定性,地理位置和周边环境是产生空间非稳定性的主要原因。OLS回归模型会高估或低估不同土地覆被类型的增温或降温能力,GWR模型的拟合结果优于OLS模型,能够更直观准确地量化土地覆盖比例与地表温度二者关系的空间非稳定性时空格局。     

秸秆和菌渣改良剂对高寒沙地土壤有机碳库的影响

采用田间定位试验研究了秸秆颗粒(JG)和菌渣颗粒(JZ)改良剂(施用量分别为6,12,18,24 t/hm~2)对川西北高寒沙地土壤碳库的影响。结果表明:施用JG和JZ改良剂可显著提高沙化土壤有机碳含量、有机碳储量、活性碳、土壤微生物量碳、微生物熵和碳库管理指数,其中对土壤微生物量碳和微生物熵的提升效果最为显著。与CK相比,施用第2年JG处理土壤有机碳含量、有机碳储量、活性有机碳、碳库管理指数平均增加96.2%,100.0%,157.1%,169.4%,JZ处理平均增加69.2%,66.3%,85.7%,81.7%;而JG处理土壤微生物量碳、微生物熵分别较CK平均增加934.0%,433.0%,JZ处理平均增加956.2%,546.4%。JG改良剂对土壤有机碳库组分和碳库管理指数的提升效果优于JZ,而JZ改良剂更有利于提升土壤微生物量碳含量和土壤有机碳的周转速率。秸秆和菌渣改良剂均可增加沙化土壤有机碳库各组分含量,提高土壤有机碳周转速率和碳库管理指数,具有快速培肥沙化土壤的效果。     

沙漠化过程对植物凋落物分解的影响

应用分解袋法测定分析了沙漠化过程对凋落物分解及碳氮释放的影响。结果表明,潜在、轻度、中度、重度和严重沙漠化沙地土壤中的凋落物经过110d的分解后,干物质残留率分别为38.5%,40.8%,45.2%,55.6%和58.8%,C残留率分别为37.1%,36.6%,41.4%,53.6%和51.1%,N残留率分别为43.8%,47.6%,54.2%,59.4%和58.9%。说明随着沙漠化程度的增加,凋落物的干物质失重率降低,分解速率减小,C、N释放速率减缓。分解过程中,凋落物在各生境土壤中C的释放速率明显快于N;C含量变化趋势为先下降后略有上升,但总体低于初始C含量;N含量总体表现为上升的趋势。     

城市化进程中县域土地利用类型的转移特征及其对热环境的影响

[目的]评估城市化过程中土地利用类型的转移特征及其对热环境的影响,为优化土地利用格局和低碳背景下区域发展和管理提供科学依据。[方法]以浙江省海盐市为例,基于4期Landsat卫星影像,解译土地利用类型并反演地表温度,通过县域土地利用转移矩阵和热效应贡献度指数,分析城市热岛的时空分布及土地利用类型转移特征对热环境造成的影响。[结果] 2007—2017年10 a间,海盐县中心城区的建成区明显扩张,土地利用类型格局变化显著,土地利用动态度达42.3%。城市用地面积显著增加,转入比率达44.1%,主要由植被与道路转入;植被覆盖面积明显减少,转出比率达51.2%,主要转移为城市用地和道路。城市高温区分布从聚集的岛状逐渐分散化,向建成区边缘转移。城市用地的热贡献度最大,伴随着其面积的增加,其热贡献度从2007年的59.6%上升到2017年的87.5%。[结论]城市用地是影响海盐县中心城区热环境的决定性因素,城市化进程中,合理有效地规划和控制建成区的扩展,是减缓热岛效应的重要措施。     

福建省土地利用/覆被变化对区域生态环境影响研究

土地利用/覆被变化对区域生态环境的影响已成为国际土地科学研究中最为活跃的前沿领域之一,也是相关领域研究的重点。从气候、生物多样性、土地退化等几个方面分析了福建省土地利用/覆被变化对陆域生态环境的影响,土地利用变化对湿地的影响。结果表明:土地利用通过改变土地覆被将从正反两面影响区域的生物多样性;土地利用/覆被变化主要通过改变地表反射率和大气中气体含量影响气候质量;不同的土地利用类型和土地覆被程度引起土壤侵蚀的程度不同,土壤侵蚀过程加速了土壤养分的流失与土壤退化。