黄土高原不同封育年限草地土壤与植物根系的生态化学计量特征

黄土高原特别是干草原地区植被演替的研究比较薄弱。当前植物生态化学计量学的研究主要集中在植物叶片方面,对根系的研究较少。选取宁夏云雾山草原植被不同封育年限的土壤和植物样品,以生态化学计量学原理为基础,测定并分析了土壤与根系的碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量比与相互关系。结果表明:(1)随着封育年限的增加,土壤容重逐渐减小,土壤有机碳和全氮变异性较大,全磷变异性较小,且封育初期土壤有机碳和全氮含量先降后升,至封育20、30年,保持相对平稳。0~20 cm土层土壤的碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)分别为9.04~9.63、19.62~32.27、2.14~3.37,20~40 cm土层土壤的分别为8.68~9.22、15.74~26.32、1.80~3.03。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关。(2)植物根系C、N、P含量变化范围分别为357.6~381.4 g kg-1、7.35~8.18 g kg-1、0.54~0.70 g kg-1;根系中的C元素含量随封育年限的增加逐渐升高,N、P元素含量均小于全球平均值。根系C∶N随着封育年限的增加变异性较大,C∶P、N∶P随着封育年限的增加变异性较小。(3)植物根系的C∶N∶P化学计量特征受土壤的影响调控大于其自身,且土壤磷含量对植物根系C∶N∶P生态化学计量特征影响的显著性(p0.01)大于土壤氮含量(p0.05)。此外,该地区封禁后,草地生产力易受到土壤N含量的限制。     

高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性

标准扇形喷头与空气诱导喷头均为地面喷雾常用喷头,其在低速条件下的雾化特性已有较多研究,而在高速气流下的雾化特性尚不清楚。为了探究对比2种喷头在高速气流条件下的雾化特性,以及其用作航空喷头的可能性,基于北京农业智能装备技术研究中心自行设计制造的IEA-I型高速风洞,采用马尔文Spraytec喷雾粒度仪对德国Lechler公司生产的LU-120-03标准扇形压力喷头和IDK-120-03空气诱导喷头进行了测试。试验结果表明,两种类型喷头在距离出口0.15 m时,雾滴并未完全雾化。而在距离出口0.35 m时雾滴均已充分雾化。其中LU-120-03扇形压力喷头雾滴体积中径随风速增大从210μm逐渐减小至130μm,在管道压力达0.4 MPa以上时,其雾滴粒径分布跨度随风速增大逐渐从1.3增至1.5。而IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴粒径相对较大,在风速为120 km/h时,达420~450μm,但其随着风速进一步增加快速减小,在风速达305 km/h时,其产生的雾滴体积中径降低到150μm。试验还发现管道压力变化对LU-120-03扇形压力喷头产生雾滴体积中径影响较大,而对IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴体积中径影响较小。该研究可为固定翼有人机航空施药方案,如喷头选型、压力选择、作业速度选择等提供试验数据指导。     

西安少陵塬黄土—古土壤序列S_3剖面元素迁移及古气候意义

以西安少陵塬S3古土壤剖面为研究对象,通过地球化学分析并结合野外剖面观察,探讨该剖面的元素迁移、化学风化特征及其所揭示的气候变化等问题。结果表明:(1)少陵塬剖面S3黏化层具有3层结构,根据铁质胶膜发育、Ca CO3迁移等可以将S3剖面构型划分为黏化层(Bts1-Bts2-Bts3)、风化淋滤黄土层(BC)和Ca CO3结核淀积层(Bck);(2)Bts层Ca O与Ca CO3迁移程度最大,淋失率分别达到了-99.3%、-83.1%,Sr、Na2O和Mg O也发生了显著迁移,而Fe2O3、Al2O3和Rb则在黏化层略有富集,尤其Fe2O3和Al2O3在Bts3层有明显富集;(3)少陵塬S3古土壤介于初等风化向中等强度风化的过渡阶段,风化作用由BC→Bts2→Bts1→Bts3逐渐增强,Bts3已基本完成初期脱Ca、Na风化过程;(4)依据Ca CO3与Fe2O3的迁移富集特点确定,少陵塬剖面S3古土壤Bts3发育时的土壤为弱碱性,而Bts1和Bts2为碱性;初步确定少陵塬S3为黄褐土,S3发育时期西安地区的年均降水量为800 mm左右。     

东祁连山不同高寒灌丛草地土壤抗蚀性研究

为探讨祁连山东段不同高寒灌丛草地的土壤抗蚀性特征,采用野外调查和室内试验的方式,对东祁连山金露梅、柳、杜鹃3类高寒灌丛草地的土壤抗蚀性特征及其影响因素进行了研究。结果表明:不同灌丛草地土壤水稳性团聚体主要以0.5mm的大粒径水稳性团聚体为主,土壤团聚结构破坏率表现为:柳灌丛草地杜鹃灌丛草地金露梅灌丛草地;土壤水稳性指数依次为:杜鹃灌丛草地(97.1%)柳灌丛草地(96.9%)金露梅灌丛草地(95.8%);土壤抗蚀指数表现为:杜鹃灌丛草地最大(95.0%),金露梅灌丛草地最小(92.9%)。总体上,杜鹃灌丛草地的土壤抗蚀性最强,金露梅灌丛草地的土壤抗蚀性最差。通过灰色关联度法,对0.5mm的机械团聚体含量、0.25mm的机械团聚体含量、0.25mm的水稳性团聚体含量、0.5mm的水稳性团聚体含量、土壤结构破坏率、水稳性团聚体平均质量直径、有机质、土壤崩解率、土壤水稳性指数、土壤抗蚀指数10个土壤抗蚀性指标进行评价分析认为,影响高寒灌丛草地土壤抗蚀性最主要的因素是水稳性指数、0.25mm水稳团聚体和水稳性团聚体平均质量直径。     

有效降水指数在暴雨洪涝监测和评估中的应用

科学有效的监测和评估是防范和减轻暴雨洪涝灾害的重要基础。基于有效降水指数(EP)构建单站和区域暴雨洪涝监测、评估指标,利用1961-2014年湖北省76站逐日气象观测资料及相关灾情资料,确定降水衰减参数及致涝阈值,在此基础上分析EP指数在历史暴雨洪涝评估及实时暴雨洪涝过程监测中的应用效果。结果表明：经参数率定后的EP指数对农作物洪涝受灾面积的解释方差达78.1%,对年际间暴雨洪涝强度差异反应敏感,能识别历史典型大涝年和严重洪涝年,在2014年实时暴雨洪涝过程监测中能直观诊断出一般性暴雨洪涝的起止时间和过程动态变化,但对局地性和间歇性发生的暴雨洪涝过程刻画不足。创建EP指数所需数据资料少、计算简便,可用于洪涝灾害历史排位、年景评价、灾情预评估、风险区划以及作物产量建模等。     

长江上游梯级电站开发区泥石流的治理工程效果评估与减灾策略——以金沙江白鹤滩水电站为例

[目的]评估灾害性泥石流严重的长江上游梯级电站开发区泥石流灾害治理工程效果,为长江上游同类水电站的泥石流防灾减灾与治理效果评估研究提供思路。[方法]选择金沙江白鹤滩水电站施工区的矮子沟和大寨沟泥石流治理工程为案例,通过2013—2015年连续3a的现场跟踪调查分析,结合模型计算对矮子沟和大寨沟泥石流峰值流量过程进行计算,分别评估2014和2015年矮子沟、大寨沟泥石流治理工程效果,并进行泥石流危险性评价。[结果]基于长江上游梯级电站开发区泥石流灾害特点,提出了长江上游梯级电站开发区泥石流治理工程效果评估模式,并提出了基于风险控制的水电工程泥石流"以排为主,适当拦挡"治理模式与减灾策略。[结论]矮子沟、大寨沟现有的泥石流防治措施在满库的状态下能够满足500年一遇泥石流过流的要求,泥石流危险性小。     

江苏省水资源利用相对效率时间分异与影响因素

[目的]全面客观地研究2005—2014年江苏省用水效率的时间分异性,为江苏省更好地开展水资源可持续利用工作,提高水资源利用效率提供有针对性地科学理论依据。[方法]选取江苏省2005—2014年的相关指标数据,运用传统数据包络分析模型及其改进模型,计算得到江苏省的用水技术冗余率、规模冗余率及水资源相对利用效率;并结合典型相关分析模型,探究影响水资源利用相对效率相关因素。[结果]规模冗余率与人均地区生产总值符合环境库兹涅茨曲线。技术冗余率与人均地区生产总值呈负相关。运用典型相关分析方法研究发现影响两种冗余率的因素也并不完全相同。[结论]近10a江苏省水资源利用效率呈现平稳增长,其中影响技术冗余率的因素主要是万元地区生产总值用水量和第三产业比重;而影响规模冗余率的因素则为水资源开发利用率和万元地区生产总值用水量。     

基于低频GPR的土壤累积入渗量的探测方法研究

农田尺度上土壤累积入渗量的准确获取是目前土壤入渗研究中的难题.通过土工模拟和灌水实验,探讨利用低频探地雷达(GPR)技术探测土壤累积入渗量的方法.在分析灌水前后GPR剖面特征的基础上,分别构建和对比了基于波速法和振幅法的土壤累积入渗量计算模型.结果表明,基于振幅的探测模型在精度和稳定性方面均优于波速法,反射波振幅模型精度高于地面波模型,利用反射波波谷1构建的累积入渗量的GPR探测模型的决定系数达到0.96.因此,使用低频探地雷达可以实现对土壤累积入渗量的准确探测.研究结果为农田尺度上土壤累积入渗量的探测方法提供了一种新思路,同时,也为GPR在土壤学领域中的进一步应用提供了科学依据.     

王茂沟流域淤地坝系土壤颗粒与有机碳分布特征研究

为了研究黄土高原丘陵沟壑区坝系坝地土壤颗粒与有机碳的分布特征,以陕北绥德县王茂沟小流域为研究对象,选取了47个土壤剖面,采集土样940个,分析了分形维数、粗化度、有机碳与各粒径组成之间的关系。结果表明:（1）研究区坝地的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,依次为砂粒、黏粒;（2）王茂沟坝地土壤颗粒的分形维数在2.674~2.829之内变化,垂直剖面上变化很微小,坝前、坝中、坝后土壤颗粒分形维数分别为2.803 3,2.783 6,2.795 8;（3）王茂沟坝地土壤质地粗化度在0.27~0.58,平均值为0.44,坝前（0.40） < 坝后（0.45） < 坝中（0.46）;（4）坝地土壤颗粒在0.05~0.002 mm和 < 0.002 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著正相关,在2.0~0.05 mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著负相关;坝地土壤有机碳与粉粒和黏粒呈正相关,与细砂粒和极细沙粒含量呈负相关。     

树木枯落叶在河流水体中的分解及氮、磷释放动态

以郑州市东风渠为试验点,选择法国梧桐枯落叶为对象,利用分解袋法,在为期39d的分解试验中,研究了落叶分解及氮、磷的动态变化。结果表明:分解过程中,样品质量变化呈现持续减少的趋势,试验期间质量损失约11.6%,理论完全分解时间约8.21a。在生物和非生物因素共同作用下,落叶中的氮、磷含量变化波动较大。试验初期(0-9d),氮含量快速降低;然后又表现为逐渐升高,在分解后期(29-39d)又呈现下降趋势。落叶中磷含量在分解初期呈下降趋势,随后又逐渐升高,到分解中期,磷含量又表现为先下降后升高的趋势,至分解末期,再次出现下降。落叶中氮素的累积指数NAI和磷素累积指数PAI整体上表现出以释放为主。随分解时间,大体上呈现释放-积累-再释放的规律。