黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤水分季节变化特征与主控因素

土壤水分是黄土高原水蚀风蚀交错带生态环境恢复的关键因子,具有明显的时空异质性。以水蚀风蚀交错带的代表性流域—老爷满渠小流域为对象,采用网格法(50 m×50 m)共布设了73个样点,原位观测0—5 m土壤含水率,共测定23次(2013年6月至2019年10月),通过获取每个样点的环境因子,结合经典统计、地统计、随机森林等方法,分析了小流域尺度不同土层深度(每层1 m,共5层)土壤含水率的季节变化特征与影响因素。结果表明:不同土层土壤含水率的空间分布特征和季节性变化规律不同;对于0—1 m土层,土壤含水率在夏季和冬季之间存在显著性差异(p0.05),而对于1 m以下土层,春季平均土壤含水率高于其他季节,但不显著;无论在何种季节,不同土地利用方式、壤土与砂土间的土壤含水率在3 m以上土层均存在显著差异(p0.05),而阴、阳坡的土壤含水率在所有土层均存在显著差异(p0.05);在不同季节,土壤含水率与容重和砂粒呈负相关,与其他环境因子(有机碳含量、黏粒、粉粒、有机碳密度、土地利用、坡向、土壤质地和pH)呈正相关;除有机碳密度和黏粒较为稳定外,土壤含水率与环境因子的相关性均随土层深度增加呈减少趋势;环境因子对土壤含水率空间变异的整体相对贡献表现为土壤性质地形土地利用。研究结果可为研究区深层土壤水资源管理、土壤水文观测与模拟、植被优化布局等提供参考。     

中国天眼工程周边地区土地利用时空演变与生态环境效应

[目的] 分析FAST （中国天眼）工程周边的贵州省平塘县、惠水县、罗甸县的土地利用类型和空间变化,探讨土地利用变化与生态环境的关系,为FAST工程周边的生态环境保护和改善提供科学参考。[方法] 以2000,2005,2010,2013和2017年5期TM遥感影像数据为基础,运用RS和GIS技术解译遥感影像数据获取惠水县、罗甸县、平塘县“三生”空间的土地利用数据,计算区域生态环境质量指数及其生态贡献率,分析研究区近20 a土地利用功能演变特征及区域生态环境响应状况。[结果] ①FAST周边林地面积比例最大,但呈减少的趋势。研究区土地利用面积表现为：生态用地>生产用地>生活用地,但生活和生产用地面积增加,分别由1 661.74和12.84 km²增加到1 674.07和25.66 km²,生态用地面积则由6 610.55 km²减少到6 590.86 km²。②FAST工程建设加速土地利用类型的转变,促使FAST周边林地生态用地、草地生态用地、农业生产用地、水域生态用地相互转换,其中林地生态用地的转出面积最大,占转出面积的46.14%。③FAST周边的生态环境质量指数由0.471 0下降到0.468 1,生态环境呈现下降的趋势,FAST周边的发展促使高生态环境土地利用转向低生态环境土地利用类型。[结论] FAST周边的生态环境与土地利用变化存在耦合关系,生态环境质量随生态用地向生产、生活用地转变呈现下降趋势。提高FAST周边生态用地质量,有助于FAST工程的安全运行。     

施用石灰对果园酸性土壤镁吸附-解吸特征的影响

通过研究施用石灰对蜜柚果园酸性土壤镁吸附-解吸特性的影响,明确施用石灰对酸性土壤镁有效性的改良效果,为酸性土壤改良提供科学依据。以土壤培养试验以及田间石灰改良试验所采集土壤样品开展等温吸附试验,并以0.02 mol·L~(-1) Na NO_3进行解吸试验。结果表明,(1)随着石灰用量的增加,土壤p H及交换性盐基离子含量增加,且对果园不同土层土壤影响程度大小依次为0～10 cm(L1)10～20 cm(L2)20～40 cm(L3);(2)用Langmuir方程可以对吸附等温线进行较好拟合,描述土壤对镁的吸附作用(R~2=0.957～0.999),随着平衡液镁浓度的增加,土壤对镁的吸附量增加,吸附分配系数(K_d)下降。随着石灰施用量增加K_d上升,土壤固定镁的能力越强;(3)随着石灰用量的增加,土壤镁的解吸量先增加后下降,其大小依次为C2(1.8 mg·kg~(-1))C3(3.6 mg·kg~(-1))C1(0.9 mg·kg~(-1))C0(0),而解吸率呈现逐步下降的趋势;(4)土壤镁的吸附能力与pH、有机质、交换性Ca~(2+)、交换性Mg~(2+)、盐基饱和度存在显著正相关性(P0.05),与交换性酸、交换性Al~(3+)呈显著负相关(P0.05),解吸能力则反之。综上所述,合理施用石灰可以有效地改善土壤酸度,增加土壤镁的吸附量和解吸量,提高土壤镁的有效性。     

水土流失防治措施对马尾松林土壤微生物群落分子生态网络的影响

水土流失防治措施可以提高侵蚀退化林地的土壤质量。为了探究典型水土流失防治措施对土壤微生物分子生态网络的影响,在南方红壤区马尾松林下建立了水土流失防治措施小区,设置3种不同处理,分别为挖设鱼鳞坑加种植草本,挖设鱼鳞坑加种植草本与灌木,以及对坡面土壤不设置任何措施的对照。利用16S rRNA和18S rRNA基因 Illumina MiSeq 高通量测序技术,测定3种处理下的土壤微生物群落组成,基于随机矩阵的方法构建微生物网络。结果表明,措施实施后,绿弯菌门相对丰度显著降低,变形菌门与酸杆菌门的相对丰度显著升高（P < 0.05）。2种措施处理下微生物网络总节点数、总连接数、平均连通度以及模块性均较高,微生物网络的规模增大,微生物间互相作用更复杂。3个微生物网络均以负互相作用（60.59%～67.49%）为主,措施实施后物种间竞争作用进一步加强。绿弯菌门、放线菌门和变形菌门中的部分菌群在本研究区的微生物网络中起着重要的连接作用,此外,3个微生物网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低（< 1%）,对于构建微生物网络也具有关键作用。2种措施处理下微生物网络平均路径距离较长,微生物作用的响应速度慢,群落结构稳定性提高,其中挖设鱼鳞坑并种植草本与灌木的措施较挖设鱼鳞坑并只种植草本的措施效果更优。冗余分析表明,土壤容重（R2 = 0.465,P < 0.05）、pH（R2 = 0.377,P < 0.05）、有机质（R2 = 0.383,P < 0.05）、全氮（R2 = 0.545,P < 0.01）、对细菌群落结构有显著影响,土壤含水量（R2 = 0.485,P < 0.05）对真菌群落结构有显著影响。上述研究结果表明,水土流失防治措施实施后土壤微生物群落结构发生明显变化,网络规模增大、物种间互作强度以及微生物群落结构的稳定性提高。     

关于落实吉林省水土保持规划的几点思考

吉林省地处东北黑土区,是我国水土流失较为严重的省份之一。吉林省水土保持规划是吉林省依法防治水土流失、破解水土保持发展瓶颈和今后一个时期开展水土保持工作的总纲领,是吉林省贯彻落实国家生态文明建设的行动指南。结合工作实践,阐述了水土保持规划落实的法律依据及重要意义,着重从全省各地在规划落实过程中普遍存在的规划编制进度滞后、部门联动协作能力较差、公众水土保持意识较弱等主要问题入手,对如何落实好水土保持规划提出了措施和对策。     

基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%～34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3%和1.078 0%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。     

秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism,T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量(P0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate,PNR)分别为0.58、0.49μg·h~(-1)·g~(-1)(以NO_2~-计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40μg·h~(-1)·g~(-1))差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27μg·h~(-1)·g~(-1)),显著高于CK和S处理(P0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH_4~+浓度和土壤容重显著相关(P0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌Nitrosospira簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。     

行距配置方式对夏玉米氮素吸收利用及产量的影响

为确定黄淮南部夏玉米产区机械化生产适宜的行距配置方式,2012—2013年同时在河南省方城县和辉县两个试验点设置大田试验,以高、中、低3种株高类型的玉米杂交种‘先玉335’、‘郑单958’和‘512-4’为材料,设置2个种植密度(低:60 000株·hm~(-2);高:75 000株·hm~(-2))、5个行距配置方式(50 cm、60 cm、70 cm、80cm等行距和80 cm+40 cm宽窄行距),研究了不同株型玉米品种在不同密度和行距配置条件下对氮素吸收利用效率和产量的影响。结果显示,低密度种植条件下,高秆的‘XY335’和矮秆的‘512-4’均以60 cm等行距处理产量优势明显;中秆的‘ZD958’在辉县和方城分别以60 cm和70 cm等行距产量最高。在高密度种植条件下,高秆的‘XY335’和中秆的‘ZD958’均以60 cm等行距处理产量最高;而矮秆的‘512-4’则以50 cm等行距种植产量优势明显,但与60 cm等行距处理差异不显著。植株氮积累量随行距的扩大呈先升高后降低的趋势,以60 cm等行距的氮积累量较大,低密度时显著高于80 cm等行距和80 cm+40 cm宽窄行距处理,而高密度下与各行距处理差异不显著;不同品种植株氮积累量对行距反应不同,高秆品种在行距间差异不显著,中秆品种80 cm等行距最低且与其余行距处理差异显著,矮秆品种50 cm和60 cm等行距氮积累量最高且与其余行距差异显著。两个密度种植条件下,籽粒氮积累量和氮素收获指数均随行距的扩大先升高后降低,在60 cm等行距处理达到最大值,并且均显著高于其他行距处理;氮肥偏生产力随行距的扩大呈现先升高后降低的趋势,60 cm等行距处理较高,但在低密度下与其他行距处理差异不显著,高密度时与80 cm等行距处理差异显著。与其他行距处理相比,60 cm等行距处理具有相对较高的氮素吸收利用效率和产量,能够较好地协调玉米土壤与植株的氮素吸收利用关系,兼顾不同株高类型玉米品种在一定密度范围内获得高产,可作为目前黄淮南部地区夏玉米统一的行距配置方式进行推广。     

基于多时相遥感数据的常州市城市热景观变化特征

为分析20多年来常州城市热景观时空变化特征,选用4景TM/ETM+影像(1986年、1992年、2000年、2010年)为基本数据源,在RS,GIS技术以及景观分析工具的支持下,分析了常州市区热岛景观格局变化特征。研究结果表明:1986—2010年常州建成区均存在显著的热岛效应。随着城市化进程加快,到2010年城市与郊区的温差达到最大,为35.3K;城市强热岛及其以上等级面积从1986年的8 580.24hm~2增加到2010年的17 725.23hm~2,相应比例从4.58%增加到9.45%,增幅达106.33%;城市热岛等级类型的景观指数分析表明,到2010年高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,两环内高等级的热岛片状分布明显。受城市人类活动加剧的影响,各热岛等级斑块的形状逐渐趋于复杂。从景观水平尺度变化来看,2010年热岛景观多样性最丰富,分布最均匀,同时破碎化程度也最高。研究结论可为城市生态建设提供参考。     

秋施有机肥对土壤生物学、理化性状及玉米产量的影响

以黑龙江省海林农场白浆土为研究对象,在等氮量条件下（秋季有机肥配施来年春季无机肥）,设置100%有机肥（T₁）,30%有机肥+70%无机肥（T₂）,20%有机肥+80%无机肥（T₃）,100%无机肥（T₄）和不施肥（CK）5个处理,研究长期施肥对土壤生物学、理化性状以及玉米产量的影响。结果表明:玉米生育期内,土壤微生物数量呈先升高后降低的变化趋势,且施用高量有机肥有助于细菌和放线菌群落结构的形成,无机肥和不施肥适于真菌生长;有机无机肥配施处理在提高土壤酶活性方面占据绝对优势,脲酶和蔗糖酶活性始终显著高于其他处理,且有机肥较无机肥处理更能提高玉米生育期内土壤微生物生物量;有机无机肥配施可明显提高土壤全量和速效养分,培肥地力,单施效果稍差,且差异不大,而高量有机肥在降低土壤容重、增加总孔隙度百分比方面作用显著;两年玉米累计产量30%有机肥（T₂）最高,分别比100%有机肥（T₁）和100%无机肥（T₄）提高57.34%和4.59%,稳产并高产。总体来讲,30%有机肥+70%无机肥为最佳施肥模式。