适用于三峡水库中陡土坡消落区等高种植的土工结构模型

[目的]探讨在当前三峡库区面临的严峻生态环境下,采取何种适合的生态治理技术以解决库区生态环境安全问题,为三峡库区生态环境修复提供一定的参考依据。[方法]通过生态治理模型整体框架结构,提高中、陡土坡生态系统地表基底稳定性;通过等高种植平面绿化技术、土工格室垂直绿化技术,提高消落区植被覆盖率和土壤肥力;通过不同高层区段消落区适宜植物"乔—灌—草—藤(177~170 m)、"灌—草—藤"(170~160m)、"草—藤"配置(160~145m),对消落区的生物多样性、植被覆盖率及景观层次起提高作用。[结果]通过模型设计,将传统混凝土护坡技术与现代生态护坡技术相结合、等高种植平面绿化技术与土工格室垂直绿化技术相结合,实现了生物措施与工程措施的高度统一、系统稳定性与开放性的高度统一、植被覆盖率与景观层次的高度统一。[结论]该土工结构模型的应用对三峡水库中陡土坡消落区生态治理具有一定的参考价值和现实的应用前景。     

不同含水量天然硫酸盐盐渍土中二氧化碳和氧化亚氮的排放

Soil salinization may negatively affect microbial processes related to carbon dioxide(CO_2) and nitrous oxide(N_2O) emissions. A short-term laboratory incubation experiment was conducted to investigate the effects of soil electrical conductivity(EC) and moisture content on CO_2 and N_2O emissions from sulfate-based natural saline soils. Three separate 100-m long transects were established along the salinity gradient on a salt-affected agricultural field at Mooreton, North Dakota, USA. Surface soils were collected from four equally spaced sampling positions within each transect, at the depths of 0–15 and 15–30 cm. In the laboratory, artificial soil cores were formed combining soils from both the depths in each transect, and incubated at 60% and 90% water-filled pore space(WFPS) at 25?C. The measured depth-weighted EC of the saturated paste extract(EC_e) across the sampling positions ranged from 0.43 to 4.65 dS m~(-1). Potential nitrogen(N) mineralization rate and CO_2 emissions decreased with increasing soil EC_e, but the relative decline in soil CO_2 emissions with increasing ECe was smaller at 60% WFPS than at 90% WFPS. At 60% WFPS, soil N_2O emissions decreased from 133 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e 0.50 dS m~(-1) to 72 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 4.65 dS m~(-1). In contrast, at 90% WFPS,soil N_2O emissions increased from 262 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 0.81 dS m~(-1) to 849 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 4.65 dS m~(-1), suggesting that N_2O emissions were linked to both soil ECe and moisture content. Therefore, spatial variability in soil EC_e and pattern of rainfall over the season need to be considered when up-scaling N_2O and CO_2 emissions from field to landscape scales.     

未来30年川东平行岭谷区县域农田SOC动态模拟

以位于川东平行岭谷的典型县——垫江县为研究对象,探讨在特定气候模式下未来30 a研究区农田土壤有机碳(SOC)及其动态变化,为研究区未来耕地可持续利用与管理提供数据支持和科学依据。利用生物地球化学模型DNDC,选取IPCC AR4报告中的BCCR_BCM 2.0的B1模式,在基于研究区土壤性质和农业管理制度等建立的GIS区域数据库的支持下,模拟研究区2011—2041年SOC动态变化。结果表明:1)DNDC模型能够较好地模拟特定气候条件下SOC及其动态变化,模拟值和观测值的相关系数r为0.981,达到0.01水平下的极显著相关关系;模拟值和观测值的RMSE值为16%,模拟结果较好。2)未来30 a研究区农田0~20 cm土层SOC密度和储量均呈显著增加态势,单位面积碳增量2 637.07~8 091.55 kg(C)·hm~(-2),增幅为10%~34%,新增固碳量2.7×10~5~8.3×10~5 t,年均增速87.9~269.7 kg(C)·hm~(-2)·a~(-1)。3)未来30 a川东平行区县域农田土壤总体呈持续碳增汇状态,研究区固碳、丢碳以及相对平衡三者间的差异将逐渐凸显。     

改良剂对柴油污染土壤中黑麦草生理代谢的调节

开展了土壤柴油污染的单因素盆栽实验和柴油污染盐渍化土壤中添加锯末-硝酸铵-磷酸二氢钾的三因素正交盆栽实验,对黑麦草幼苗抗氧化酶活性和叶绿素含量进行了分析,探究了柴油污染土壤中黑麦草幼苗的生理变化与调节。结果表明,土壤柴油污染显著减小了黑麦草幼苗生物量,与对照相比,叶SOD活性在柴油浓度0.3%和0.9%时显著降低,POD和CAT活性在0.6%和0.9%柴油浓度下显著降低;根SOD活性在0.9%柴油浓度下显著增大,POD活性在0.6%和0.9%柴油浓度下显著下降。受柴油污染的盐渍化土壤,施加锯末体积分数为10%时,黑麦草幼苗叶POD和CAT活性显著增强,叶绿素a和叶绿素b含量显著增加;施氮量为0.3 g·kg~(-1)土时,黑麦草幼苗叶绿素a和叶绿素b含量显著增加。可见,土壤受柴油污染时,添加锯末和硝酸铵可有效调节黑麦草幼苗的生理代谢。     

生物炭及炭基肥对棕壤持水能力的影响

通过连续6年微区定位试验,以传统的土壤培肥方式作为对照,探究较长时间施用生物炭和炭基肥对土壤保水作用的影响,为生物炭农用提供理论参考。定位试验于2009年开始,连续6年进行了花生微区田间试验（2 m²）。试验设4个处理,分别为秸秆还田+NPK（CS）、施用猪厩肥+NPK（PMC）、生物炭+NPK（BIO）和炭基肥（BF）处理,在2014年花生的生育期间测定了表层土壤含水量、水分累积蒸发量和土壤理化性质。研究表明:土壤水分含量充足时,BIO和BF处理含水量与PMC处理接近,都高于CS处理;土壤含水量较低时,BIO和BF处理含水量低于CS和PMC处理。与秸秆还田和施用猪厩肥相比,生物炭处理可提高土壤供水数量但降低土壤保水能力。炭基肥处理降低了土壤供水数量和保水能力。     

黄土区大型露天矿排土场水力侵蚀计算与防治

以黄土区安太堡露天矿未复垦排土场为对象,研究未复垦排土场平台水力侵蚀(沟蚀)状况,通过实地外业采样和内业数据处理,结合数据统计分析平台,计算出了研究区内的沟蚀量分布情况,并分析了平台汇水面、土壤容重、坡度与沟蚀模数的关系,估算研究区水力侵蚀造成的直接经济损失,提出排土场平台复垦和水土流失防治措施。结果表明:(1)研究区水力侵蚀严重,总体沟蚀模数相当于自然地貌土壤侵蚀模数的6.8倍,其中平台汇水面对沟蚀模数的影响巨大;(2)排土场平台表层土壤压实,40cm以内土层压实最为严重,深层土壤土质较疏松;(3)排土场平台坡度和坡长在一定程度上可以反映出土壤侵蚀的高低,在水土流失防治措施中应予考虑。在平台复垦和土壤侵蚀防治中应采用减少平台汇水面积、增大地表水入渗能力和提高植被覆盖度的措施为主,本研究成果可为排土场复垦和水土流失防治提供参考。     

若尔盖高原退化湿地土壤有机碳储量

为了定量评价若尔盖高原泥炭沼泽湿地退化的碳储存潜力,研究通过土壤剖面法,收集了3个样点的泥炭沼泽湿地土壤样品(原始泥炭地0—200cm、中度退化沼泽湿地0—100cm和重度退化泥炭地0—100cm)。研究表明:(1)中度退化沼泽湿地(1.11±0.18g/cm~3)和重度退化泥炭地(0.72±0.04g/cm~3)土壤容重平均值较原始泥炭地增加了251.8%和129.7%;中度退化沼泽湿地(46.18±6.61g/kg)和重度退化泥炭地(87.37±6.36g/kg)土壤有机碳含量平均值较原始泥炭地降低了74.2%和51.1%。(2)土层深度为0—100cm时,原始泥炭地土壤有机碳储量较中度退化沼泽湿地(384.73±95.57t/hm~2)显著高了47.0%,而与重度退化泥炭地(518.39±33.07t/hm~2)土壤有机碳储量无显著差异;当原始泥炭地有机层增加到0—200cm后,中度退化沼泽湿地和重度退化泥炭地土壤有机碳储量较原始泥炭地(1 088.17±172.84t/hm~2)降低了64.6%和52.4%,退化湿地土壤有机碳储量的降低可能主要是土壤有机碳含量降低的原因。尽管退化湿地土壤有机碳储量下降,但仍是中国(102.89t/hm~2)和全球(116.56t/hm~2)陆地土壤有机碳储量的3~5倍,该研究可为保护与恢复若尔盖高原湿地提供科学依据。     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土储水能力影响的研究

为探析砒砂岩对于风沙土储水能力的影响,在毛乌素沙地设置不同比例砒砂岩与沙复配成土试验小区(砒砂岩与沙的体积比分别为1∶1,1∶2,1∶5),进行单季玉米种植,并分别于2013—2015年连续3年对0—120cm深度内土壤水分进行动态监测。结果表明:从2013—2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土储水量从100mm左右提升至200mm以上,并可逐步调节土壤水分至不亏缺状态,显著提升土壤的保水蓄水能力,有利于作物生长需求;土壤储水以40cm以下中深层土壤储水能力改善作用最为明显,且经多年种植,0—40cm和80—120cm土层逐步成为土壤水分较为稳定的土层,利于作物根系对水分的吸收利用;砒砂岩与沙1∶1~1∶5范围内,随砒砂岩所占比例提高,复配土储水特征的改善作用有增强趋势,但趋势不显著。     

微咸水灌溉对土壤水盐分布及冬小麦生长的影响

水资源短缺成为制约黄河三角洲地区社会经济发展的主要瓶颈和突出问题,合理开发利用该区的地下微咸水资源,利用微咸水进行农田灌溉已成为缓解该区域水资源短缺的重要策略之一。以黄河三角洲盐渍化典型地区为例,通过野外田间灌溉试验探讨了微咸水对土壤水盐分布特征及冬小麦生长、产量、光合作用特性的影响,并提出了土壤水盐调控措施。结果表明:(1)冬小麦生长期微咸水灌溉(淡水-微咸水-微咸水组合灌溉)增加了试验田土壤的含盐量,特别是表层0—20cm增加量达0.9g/kg;随后的雨季降水使土壤盐分得到淋洗进而避免盐分过多积累,至下一季冬小麦播种前0—20cm土壤盐分增加量减至0.12g/kg;(2)受微咸水灌溉的影响,冬小麦灌浆期的蒸腾速率显著下降(p0.05),但光合速率和气孔导度等差异不显著(p0.05);(3)微咸水灌溉和淡水灌溉的冬小麦产量分别为9 767,10 455kg/hm~2,微咸水灌溉下冬小麦略有减产,但无显著性差异(p0.05),千粒重均为44.9g,2种灌溉条件下冬小麦生长期的叶面积指数和叶绿素含量差异不显著(p0.05)。在当地淡水资源短缺的情况下,可以考虑使用3g/L的微咸水与淡水进行合理的组合灌溉,节约淡水资源,具有较好的社会经济效益,但从微咸水长期安全使用和土壤可持续利用来讲,需要采取一定的水盐调控措施并长期监测土壤盐分动态。     

旱地玉米秸秆地膜二元覆盖的土壤水热效应研究

为了研究不同覆盖方式对旱地农田土壤水温变化规律和降水高效利用的影响,以探求旱地玉米最佳覆盖种植方式,于2013—2015年在山西省寿阳县连续定点定位设置秸秆地膜二元覆盖(MS)、宽膜覆盖(FM)、窄膜覆盖(NM))3个不同覆盖种植方式,以传统露地平作为对照(CK),研究不同覆盖种植模式对旱地玉米土壤温度、水分和产量的影响。结果表明:(1)二元覆盖昼夜温差比宽膜覆盖、窄膜覆盖和露地变化幅度小,二元覆盖昼夜相差8.8℃;在播后25~35天,15cm土层的土壤温度由19.1℃上升到26.5℃,呈现微弱的增温效应。(2)玉米整个生育期秸秆地膜二元覆盖处理(MS)0—160cm土壤贮水量较CK增加68mm;3年平均含水量显示,MS、FM和NM比CK分别提高4.5%,0.4%和1.2%。(3)秸秆地膜二元覆盖(MS)处理,比露地增产17.4%,水分利用效率提高24.8%。因此,秸秆地膜二元覆盖能综合改善田间温度、水分因子,提高了玉米产量和水分利用效率,是山西省旱地玉米最佳的覆盖方式。