中亚农业水资源脆弱性及其变化特征分析

农业用水是链接自然环境和社会经济发展的重要环节,研究农业水资源脆弱性的时空变化对揭示水资源的可持续开发利用、保障水资源安全、应对洪旱灾害具有重要意义。为研究中亚地区农业水资源脆弱性变化特征,本文以中亚五国为研究区,基于气象、土地覆盖、地形和社会经济数据,依据脆弱性概念框架,从暴露度、敏感度和适应度3个方面选取18个指标,建立了农业水资源脆弱性评价指标体系,采用等权重法和主成分分析法确定指标权重,对1992-2017年中亚农业水资源脆弱性进行了评价及特征分析。结果表明:1)中亚农业水资源脆弱性空间分布表现为"南高北低"的特征,5国中土库曼斯坦农业水资源脆弱性最强,其次为乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦,而哈萨克斯坦农业水资源脆弱性最弱;研究时段内农业水资源脆弱性空间分布格局变化较小。2)中亚农业水资源脆弱性随时间变化表现为"前期升高,中期降低,后期稳定"的态势,整个研究期内研究区农业水资源脆弱性变化类型以相对稳定为主。不同地区农业水资源脆弱性随时间的变化存在差异,吉尔吉斯斯坦西部和土库曼斯坦的农业水资源脆弱性升高,乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦以及咸海地区水资源脆弱性降低,其他地区相对稳定。3)不同地区农业水资源脆弱性对各指标的敏感性不同,北部农业水资源脆弱性动态变化对农田灌溉定额和灌溉指数以负敏感为主,对其他指标以正敏感为主,而南部对各指标的敏感性正负均有;相关性分析表明,森林覆盖率、农业用水比例、农田灌溉定额、水分胁迫指数、灌溉指数和农业水分生产率是导致中亚农业水资源脆弱性空间差异的重要因素。4)为降低农业水资源脆弱性,中亚地区需发展集约型农业,调整作物种植结构,推广耐旱品种农作物,进行节水灌溉。研究结果可为中亚农业水资源规划管理、农业生产布局调整以及农业可持续发展提供参考依据。     

大型真菌重金属富集能力与机制研究进展

部分大型真菌有媲美甚至超过超累积植物的重金属富集能力,如蛹虫草(Cordyceps militaris)对Zn富集浓度可达20 000mg·kg-1以上,因而在污染环境的生态修复方面有着重要的应用前景。本文综述了近年报道的部分大型真菌的重金属富集能力,分析了不同生长时期、生长部位对重金属的富集特性,并对不同品种做了对比分析。大型真菌对自身重金属富集能力的调控有多种机制,包括胞外聚合物沉淀、细胞壁吸附和细胞内吸收,进入细胞的重金属可通过螯合、转运或引起氧化胁迫应激等途径来降低对细胞的毒害。基于大型真菌重金属富集能力强的优势,本文提出了拓展应用的方向及对目前存在问题的若干对策,从而为国内这一方向的发展提供参考。     

点云数据抽稀与加密对微地形数据分析的影响

针对不同观测尺度下,大起伏(20cm耕作处理)、微起伏(耙平裸坡处理)两种地形的点云数据进行抽稀、加密处理,选取地表曲率、坡向、地表糙度3种直观的指标对抽稀、加密处理对微地形数据分析的影响进行了评价。结果显示:抽稀与加密处理对于起伏较大的地形曲率影响更为明显,对于起伏较小的地形则影响不显著。5,10mm数据抽稀与加密处理后坡向变化不显著。1mm尺度抽稀地表糙度的影响十分规律,5mm加密与抽稀对于大起伏地形的影响十分复杂,10mm加密对于大起伏地形糙度变化较为复杂,裸坡变化则相对规律。     

回填土下再生水灌溉对玉米生长及土壤理化性质的影响

为了对劣质土及再生水灌溉下农田水分高效利用进行研究,通过野外试验的方法,以内蒙古干旱区城郊建筑回填土农田再生水灌溉玉米为研究对象,系统研究了再生水灌溉劣质土对玉米生长及土壤理化性质的影响。试验期间共灌溉4次水,共设不同再生水(Z)—清水(Q)5个处理,分别是T1(4Q)、T2(2Q2Z)、T3(1Q3Z)、T4(1Q2Z1Q)、T5(1Q1Z1Q1Z)5种模式。结果表明:建筑回填土下再生水灌溉玉米能显著增加玉米干物质、株高、叶面积及产量,且增产最大为15.91%;短期再生水灌溉不会对玉米重金属含量产生影响;再生水灌溉后土壤容重呈增加趋势,长期再生水灌溉会对深层土壤盐分累积产生潜在风险。     

沙柳和柠条灌丛分枝生长对模拟降雨改变的响应

利用模拟降雨操纵试验(对照、降雨增加45％和减少50％),研究第2年沙柳和柠条灌丛不同径级分枝生长对模拟降雨改变的响应.结果表明:1)沙柳10～15 mm径级的分枝基径、枝长和生物量对降雨改变有一定响应,15 ～ 20 mm径级分枝枝长和生物量对降雨改变有响应;干旱显著降低了10 ～ 15 mm径级枝长和生物量的增加量,而增水增加了15～20 mm径级枝长和生物量的增加量,其他径级对降雨改变无显著响应.2)柠条＜20 mm径级的基径生长对降雨改变均有显著的响应,但只有＜ 10 mm径级枝长对降雨改变有显著响应,小径级分枝对降雨改变的响应更敏感.增水增加了＜ 10 mm径级生物量,而干旱并未导致该径级生物量显著降低;增水对10～20 mm径级生长季生物量并未产生影响,但干旱导致该径级生物量显著降低.3)增水导致沙柳和柠条每丛生物量增加量分别为11.3％和35.5％,而干旱导致每丛生物量增加量分别下降14.2％和36.8％,降水改变对柠条生长的影响要大于沙柳.该研究可为未来降雨格局改变下,2种灌木的生长动态和生产力预测提供理论依据.     

耕地空间优化配置研究——以常州市新北区为例

如何通过配置耕地的空间布局,缓解城市建设用地扩张与耕地保护之间的矛盾,是国土资源利用过程中必须重视的问题。研究以常州市新北区为例,首先,从耕地的自然禀赋、质量条件、空间形态、区位条件和规划预测五个方面入手,共选取18个指标因子,构建了耕地资源保护价值评价指标体系;然后,利用S型模糊隶属度函数标准化指标数值,并综合运用灰色关联分析和理想点逼近法,以实际地块为单元,对评价结果进行优劣排序;最后,根据最大相似性原理,将研究区内的耕地分为五级,以预测模拟的目标年份耕地需求量为基准,确定耕地空间上的最优分布位置。研究结果表明,2020年新北区耕地需求量的模拟值为10 679.93hm~2,前四级耕地总量能够满足其要求,故将相应耕地划入最优区域。春江镇和孟河镇分别以其广大的区位优势和优良的耕地质量成为耕地保护的重点区域。     

不同气候和土壤条件下秸秆腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

农田土壤中秸秆腐解伴随氮磷钾养分的释放是重要的生物地球化学过程,也是秸秆还田替代化肥养分的基础。了解不同农区秸秆分解过程中的养分释放动态,揭示秸秆、气候和土壤条件的交互作用机制,是制定秸秆还田合理措施的理论基础。基于寒温带-暖温带-中亚热带的黑土、潮土、红壤互置试验平台,研究了小麦、玉米秸秆在3年腐解过程中养分释放过程和影响因素。结果表明,秸秆中养分释放速率的大小顺序为KPN;秸秆中氮素和磷素在寒温带以及在红壤和潮土中表现为先富集再释放特征,在暖温带、中亚热带以及黑土中表现为直接释放特征;秸秆中钾素均表现为直接快速释放特征,在腐解0.5 a平均释放率达89.5%。气候和土壤条件主导了氮磷的释放,其相对平均贡献率分别为19.5%和15.2%。在腐解后期(2~3 a)气候、土壤和秸秆因素对养分释放的贡献率30%,说明土壤生物因素可能起了主导作用。     

黑土长缓坡地形与横垄对土壤有机碳空间分异的交互作用

横坡垄作对坡耕地土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）流失有一定的阻控作用,但黑土区特有长而缓的地形与横垄对坡耕地SOC空间分异会产生交互作用,而这种交互作用引发的SOC流失风险没引起足够的重视。该研究以典型黑土区黑龙江省黑河市北安分局红星农场为研究区域,2022年在横坡垄作与顺坡水线方向上共布设25个采样点,采用地理探测器模型、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关性分析,探讨土壤有机碳的空间分异及其交互作用。结果表明,横坡垄作方向上垄沟土壤有机碳含量从坡顶到水线呈现逐渐增大的变化趋势;在垄台从坡顶到水线呈现先增大后减小的变化趋势。顺坡水线方向,土壤有机碳含量在垄沟呈现从上坡到下坡增大的变化趋势;在垄台呈现先增大后减小的变化趋势。由于断垄产生水线,顺坡土壤有机碳含量上坡与下坡仍有显著差异（P＜0.05）。Pearson相关性分析表明, 有机碳与可蚀性K因子呈显著负相关（垄沟和垄台相关系数分别为–0.228和–0.238,P＜0.05）,与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和微生物生物量碳在垄沟呈极显著正相关（相关系数为0.398和0.676,P<0.01）。地理探测器分析表明,顺坡水线对土壤有机碳空间分异的影响最大,其对垄沟和垄台SOC的解释力分别达到61%和52%以上;顺坡水线与其他因子的交互作用共同增强了对土壤有机碳的解释力,尤其是顺坡水线与高程的交互作用最为明显。黑土区坡耕地土壤有机碳空间分异主要受顺坡水线与高程的交互作用,横坡垄作虽然能够拦截径流,但由于长缓坡地形影响产生的断垄会加剧土壤侵蚀诱发的有机碳流失。因此,黑土坡耕地治理需要同时考虑横垄与地形的共同影响,从而实现防蚀的优化效果。     

PP织物袋梯田效益研究

PP织物袋梯田是陕南秦巴山区一项新的水土保持工程措施。通过定点观测试验,分析和比较了PP织物袋梯田的蓄水保土能力和经济、社会效益,结果表明:PP织物袋梯田与坡耕地比较,能有效提高土壤含水量和养分含量,调水保土、增产增收效益显著;与土坎和石坎梯田相比土壤含水量和养分含量差异不大,但节约投资效益明显。因此,PP织物袋梯田为该区低成本高效益梯田建设和发展提供了一种新的技术途径。     

白洋淀芦苇湿地生态系统中植硅体的产生和积累研究

植硅体(phytoliths),又称植物蛋白石,存在于大部分植物组织细胞中,主要是依靠植物的根系吸取土壤溶液中的可溶性二氧化硅,在植物细胞或细胞内沉淀硅化而形成的一种固体的非晶质含水二氧化硅颗粒物[1].植硅体主要组成部分是二氧化硅(67％～95％)、水(1％～12％)、碳(0.1％～6％)及少量的无机元素Na、K、 Ca、 Fe、 AL、 Ti等[2],由于其具有较强的抗分解、抗腐蚀和耐高温等特性,可以长时间较稳定地保存在一些岩石和土壤中[3-5],在硅的生物地球化学循环中有着重要的作用,是全球硅循环的重要参与者[6].虽然植硅体作为生物硅的重要组成部分,在全球硅的生物地球化学循环中占据着重要地位,但在湿地生态系统中植硅体产生和积累研究则鲜见报道[7].