有机溶剂预处理对麦秆厌氧发酵产气的影响

目前,通过对秸秆进行化学预处理后产沼气的研究越来越多,其中以酸碱作为预处理试剂最为常见,但酸碱试剂对设备腐蚀较严重且对环境造成二次污染,故试验选择在厌氧发酵过程中可以被微生物分解的有机溶剂甲醇、丙酮进行预处理。为此,利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以小麦秸秆为发酵原料,通过p H值、VFA、甲烷含量、还原糖等指标分析了秸秆经不同浓度的甲醇、丙酮处理后其厌氧发酵产气效率的变化。结果表明:浓度为3%、4%、5%的甲醇、丙酮预处理后的秸秆的累积产气量较对照组均有所提高。其中,5%丙酮处理秸秆后的发酵效果最好,较对照产气量增加了81%;经5%甲醇处理组的秸秆甲烷含量达到68%。     

鸡粪、猪粪与秸秆混合厌氧发酵配比参数优化

以鸡粪、猪粪、麦秆和玉米秆为发酵原料,采用混料设计和中心组合试验设计对鸡粪、猪粪、麦秆和鸡粪、猪粪、玉米秆原料混合厌氧发酵进行了优化。混料设计以3种原料为自变量,中心组合设计以鸡粪与猪粪的比例和碳氮比为自变量,均以甲烷产量为响应变量。结果表明,3种原料混合厌氧发酵的甲烷产量显著高于单一原料及两种原料混合发酵;多原料间在发酵过程中的协同作用提高了甲烷产量,在优化配比下,各试验组实际甲烷产量分别是其期望值的1.62、1.70、1.66和1.73倍。混料设计和中心组合设计均可优化混合原料发酵的原料配比,但中心组合设计具有更广泛的适用性。     

黄土丘陵区不同恢复年限退耕林地土壤碳氮差异及其影响因素

【目的】研究黄土丘陵区不同退耕年限林地有机碳及全氮的差异性,分析全氮及有机碳与环境和土壤因子的关系,为该区域生态恢复与土壤质量评价提供科学参考。【方法】结合野外调查和室内分析,运用统计分析及冗余分析方法(RDA),以耕地(CL)为对照,对黄土丘陵区退耕种植25,35,40年的柠条(Caragana korshinskii Lam.,CK)、刺槐(Robinia pseudoacacia L.,RP)林地(以下分别用CK25a、CK35a、CK40a、RP25a、RP35a、RP40a表示)为研究对象,分别采集各样地0~10,10~20,20~30cm土层的土样,研究0~30cm土层有机碳、全氮含量及有机碳密度、全氮密度、微生物生物量碳、微生物生物量氮随退耕年限的变化特征,最后分析了土壤有机碳、全氮含量及有机碳密度、全氮密度与环境因子、土壤因子的关系。【结果】与耕地相比,不同退耕年限刺槐、柠条林地0~30cm土层土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮含量及有机碳密度、全氮密度显著增加,在0~30cm土层,有机碳、全氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量由大到小依次为RP40aRP35aRP25aCL;有机碳密度从高到低依次为CK35aCK40aCK25aCL;全氮密度由大到小依次是CK35aCK25aCK40aCL。对于不同退耕年限的刺槐和柠条林地,环境因子中的植被盖度、退耕年限、坡度均与土壤有机碳、全氮及有机碳密度、全氮密度呈正相关,坡向、海拔、土壤体积质量、pH均与其呈负相关。而土壤因子中的微生物生物量碳、微生物生物量氮、总孔隙度均与有机碳、全氮及有机碳密度、全氮密度呈正相关,土壤体积质量、pH均与其呈负相关。【结论】土壤有机碳及全氮含量变化与退耕年限、植被盖度、坡度及土壤因子存在密切关系,且植被恢复使土壤质量得到了极大改良。     

黄土高原林(草)生态工程作用机理及模型验证

【目的】分析林(草)生态工程对生态环境影响的作用机理,提出生态退化和治理的因子触发-响应机制模型,为黄土高原植被修复和生态重建提供理论参考。【方法】根据生态恢复的相关原则、方法与理论,结合近年来的研究与实践经验,提出黄土高原生态环境退化形成与治理的因子触发-响应机制模型,分析黄土高原生态系统与干扰因子的相互作用机制和生态退化机理,并对该模型进行初步验证。【结果】通过构建黄土高原生态退化的因子触发-响应机制模型,认为黄土高原本身维持生态系统自我发展的主导力脆弱,系统演变过程受干扰因子作用而偏离生态演替顶级的趋势提前。严重退化的黄土高原生态系统通过适时、适宜的人为设计,可使治理措施与生态系统产生良性触发,促进植被的正向演替,将生态系统导入良性循环。模型验证结果表明,黄土高原植被恢复措施总体上使该地区生态系统处于良性触发态势,明显提高了地表植被覆盖度,改善了土壤的理化性质,提高了生物多样性。但良性触发的主导因子是封山禁牧,人工造林短期内由于耗竭土壤水分、生物多样性低等原因而处于恶性触发态。【结论】黄土高原生态修复应充分考虑"生态系统-干扰因子"的响应机制,使治理措施与生态系统产生良性触发,充分发挥封山禁牧的良性触发作用,以修复退化的生态环境、减小人工造林的负面影响。     

生态导向的西部地区城镇体系宏观布局研究

通过对西部地区城镇体系布局进行生态分析,指出进行生态化布局的必要性,构建了以自然生态空间为布局基质,在各省区经济增长点发展组团式城镇群,而各组团城镇群沿西部城市干线网络化布局的生态调控方案。     

黄土丘陵区退耕还林土壤不同大小颗粒固碳过程与速率

为揭示黄土丘陵区退耕还林土壤固碳过程及其变化机制,采用物理分组法探讨了安塞纸坊沟退耕15~45 a刺槐与柠条林地土壤砂粒、粉粒、黏粒截存有机碳的效应与速率。结果表明,对比坡耕地,两种退耕林地土壤颗粒结合碳含量均随退耕年限延长显著增加,并且表层0~10 cm土壤增幅最高,10~60 cm各土层增幅基本接近。退耕15~45 a期间,刺槐与柠条林0~20 cm土层均以粉粒碳密度增速最高,分别达0.21、0.11 Mg/(hm2·a),砂粒碳和黏粒碳增速相近,平均分别为0.13、0.06 Mg/(hm2·a)。同样的变化发生在0~60 cm土层,但各颗粒碳密度增速为0~20 cm土层的1.6~2.5倍。按此增速到退耕45 a时柠条林地砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳相比坡耕地分别增大了2.6、1.1、0.8倍,刺槐林地则分别增大了8.3、2.2、2.8倍,并且对总有机碳累积贡献的平均比率为:砂粒碳(23%)等于黏粒碳(26%)且均小于粉粒碳(51%)。此外碳库管理指数比碳库活度与土壤总有机碳库变化有更显著的线性相关性。综上分析,该区域退耕刺槐林比柠条林土壤有更强的固碳效应,两种林地均以粉粒碳为主要固碳组分,以砂粒碳周转速率最快。     

黄土高原人工植被对局地小气候影响的效应研究

研究人工植被对局地小气候影响的效应,是评价人工林草工程生态效应的主要表征之一.利用定点观测的方法,对安塞县退耕地上建立的人工植被和撂荒形成的自然植被群落进行了大气温湿状况、土壤水热状况等小气候特征的观测分析,并以裸露农地为对照,比较人工植被和撂荒植被对小气候的影响效应.结果表明:退耕还林营造人工林后,下垫面的变化引起局地水热循环的变化,具体表现为降温效应、增湿效应、改土效应和阻风效应,尤其是在植被生长旺盛的夏季,人工植被区近地层1.0 m处日均气温明显下降,低于撂荒植被区2.2℃;日均相对空气湿度增大,高于撂荒植被区1.97%;日平均风速降低,日均减风效益高于撂荒植被区28%,同时,土壤导热性能提高,土壤物理性质得到改良.局地小气候环境的改善,说明人工林草工程这一措施对脆弱生态的恢复改造有明显的效果.     

黄土丘陵区人工柠条林土壤酶活性与养分变化特征

为揭示黄土丘陵区柠条人工林地土壤生物活性与肥力恢复过程,选择退耕种植柠条后恢复15 a、30 a、40 a的林地作为研究对象,并以坡耕地（CK）为对照,研究了柠条林地恢复过程中土壤4种酶活性变化特征及其与碳氮磷养分关系。结果表明：坡耕地种植柠条林后土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均显著增加,而随着柠条年限的增长,脲酶、蔗糖酶活性变化比过氧化氢酶、碱性磷酸酶更敏感,均呈现出递增的趋势,对比耕地,在0～10 cm土层蔗糖酶增幅可达40%,84%,109%,而脲酶增幅可达5.32,6.11,8.58倍,随着土壤深度的增加,酶活性降低。相关性分析表明,脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性与土壤可溶性有机碳氮,速效磷,有机碳,全氮,全磷之间都具有显著或极显著的正相关关系（P<0.05,P<0.01）,可以作为评价柠条林土壤质量的生物学指标。     

黄土丘陵区不同退耕还林地土壤颗粒结合态碳库分异特征

为揭示黄土丘陵区不同退耕还林土壤有机碳库差异及变化机制,比较分析了15 a生刺槐、山杏、杨树、沙棘、柠条5种退耕还林地土壤砂粒(≥53~2000μm)、粉粒(≥2~53μm)、黏粒(2μm)结合碳的质量分数与分布变化状况。结果表明,与坡耕地比较,不同退耕林地从表层0~10cm到40~60 cm土层土壤总有机碳质量分数增加了1.0~1.9 g/kg,砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳质量分数分别增加了0.5~0.1、1.0~0.6、0.4~0.3 g/kg。同时,各林地0~20 cm土层土壤总有机碳和粉粒碳密度差异为杨树=柠条沙棘山杏刺槐,两种碳库增幅分别为2.4~5.8和1.2~3.5 Mg/hm2;但不同林地该土层黏粒碳和砂粒碳基本无显著差异,平均增幅分别为0.7和0.9 Mg/hm2。土层深度为0~60 cm时,土壤总有机碳、粉粒碳、黏粒碳密度均表现为沙棘=杨树=柠条山杏=刺槐,3种碳库增幅分别7.1~12.1、3.8~6.8、1.8~3.2 Mg/hm2;该土层砂粒碳密度在不同林地间仍无显著差异,平均提高了1.5 Mg/hm2。不同林地土壤颗粒碳组分占全有机碳比例均以粉粒碳最高(56.8%)、黏粒碳次之(29.3%),砂粒碳最低(13.8%)。综上,不同退耕林地均以粉粒碳为土壤碳库变化和累积的主要形式,但以刺槐和山杏林提升退耕土壤总有机碳及颗粒碳组分库效应最明显,可作为该区域优选的退耕还林生态固碳技术。     

生态导向的西部地区城镇体系宏观布局研究

通过对西部地区城镇体系布局进行生态分析,指出进行生态化布局的必要性,构建了以自然生态空间为布局基质,在各省区经济增长点发展组团式城镇群,而各组团城镇群沿西部城市干线网络化布局的生态调控方案。