Short term soil priming effects and the mineralisation of biochar following its incorporation to soils of different pH

The aim of this work was to determine the magnitude of the priming effect, i.e. short-term changes in the rate (negative or positive) of mineralisation of native soil organic carbon (C), following addition of biochars. The biochars were made from Miscanthus giganteus, a C4 plant, naturally enriched with ¹³C. The biochars were produced at 350 °C (biochar350) and 700 °C (biochar700) and applied with and without ryegrass as a substrate to a clay-loam soil at pH 3.7 and 7.6. A secondary aim was to determine the effect of ryegrass addition on the mineralisation of the two biochars.After 87 days, biochar350 addition caused priming effects equivalent to 250 and 319 μg CO₂-C g⁻¹ soil, in the low and high pH soil, respectively. The largest priming effects occurred at the start of the incubations. The size of the priming effect was decreased at higher biochar pyrolysis temperatures, which may be a way of controlling priming effects following biochar incorporation to soil, if desired. The priming effect was probably induced by the water soluble components of the biochar. At 87 days of incubation, 0.14% and 0.18% of biochar700 and 0.61% and 0.84% of biochar350 were mineralized in the low and high pH soil, respectively. Ryegrass addition gave an increased biochar350 mineralisation of 33% and 40%, and increased biochar700 at 137% and 70%, in the low and high pH soils, respectively. Certainly, on the basis of our results, if biochar is used to sequester carbon a priming effect may occur, increasing CO₂-C evolved from soil and decreasing soil organic C. However, this will be more than compensated for by the increased soil C caused by biochar incorporation. A similar conclusion holds for accelerated mineralisation of biochar due to incorporation of fresh labile substrates. We consider that our results are the first to unequivocally demonstrate the initiation, progress and termination of a true positive priming effect by biochar on native soil organic C.     

干旱区土地盐渍化时空动态变化及影响因子分析

土壤是人类社会及一切社会活动的基本条件,而土壤盐渍化是土壤退化和土壤荒漠化的重要类型之一,是当今干旱区发展中面临的重要问题之一,也是影响干旱半干旱区农业生产的第一障碍性问题。土壤盐渍化时空动态变化研究是发展土壤监测研究及估算方法的重要基础工作。因此盐渍化治理工作的好坏也成了人们关注的问题。文章以新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用1989年9月25日及2001年8月1日的遥感影像,通过计算盐分指数,得到盐分指数图像,进一步将盐分指数图像参与其它波段进行分类,通过统计分析,研究了渭干河-库车河三角洲盐渍地动态变化状况和变化趋势,并对变化影响因素进行了分析。结果表明：非盐渍地有所减少,轻、微盐渍地有所扩大,年均扩大率3.37%,中度盐渍地和重度盐渍地都相应减少,而中度盐渍地减少较多,年均减少率分别为1.96%和1.09%;盐渍地时空变化是同时受自然和人文因素影响的复杂过程,其中人为因素的影响最大。虽然盐渍化治理工作取得了一定的成就,但干旱区盐渍化防治工作需要进一步努力和加强。     

水稻植株不同部位中三唑磷含量动态分布趋势的研究

为揭示三唑磷农药在水稻中的动态变化,研究了田间栽培条件下两个品种水稻（内2优6号和秀水09）不同组织部位中三唑磷分布和动态趋势。水稻抽穗前,经不同浓度三唑磷（2250、4500mL·hm-2）处理一次,分别于0、1、3、7、14、21、60d测定水稻叶片、叶鞘、茎秆和穗等部位中三唑磷含量。结果表明,水稻叶片、叶鞘中三唑磷含量动态分布趋势均为随时间延长而逐渐降低,施药后第21d,2种水稻品种叶片中三唑磷的降解率均大于95%;水稻茎秆、穗中三唑磷含量动态分布趋势均呈现单峰曲线变化,其含量随时间延长先增加后降低。水稻叶片、叶鞘、茎秆和穗中三唑磷出现最高浓度的时间存在显著性差异,分别为施药后第0、0、1～3和21d,进一步表明,水稻叶鞘中三唑磷含量动态分布与叶片中相应过程具有一致性,而茎秆和穗中三唑磷含量动态分布与其在叶片和叶鞘中相应过程具有显著的滞后性。结合实际生产,水稻抽穗前应严格控制三唑磷的施用量和施用次数。     

石羊河流域冬季冻土深度变化趋势及原因

利用1961~2007年石羊河流域上游、中游、下游当地气象站的冬季最大冻土深度、气温、地温、日照时数、降水量、相对湿度、蒸发、积雪资料,分析了近47 a石羊河流域冬季最大冻土深度的空间分布以及时间变化特征,进而采用相关系数法进一步探讨了冬季最大冻土深度变化的原因。结果表明:在空间分布上,石羊河流域冬季最大冻土深度分布与本地地理位置、土壤类型和海拔高度密切相关。石羊河流域冬季最大冻土深度梯度呈南—北走向,最大值出现在南部古浪,最小值出现在北部民勤。时间变化上,近47 a,石羊河流域以及流域上、中游冬季最大冻土深度呈下降趋势,而下游民勤冬季最大冻土深度则呈上升趋势,石羊河流域冬季最大冻土深度在不同时段内存在明显的6~7 a和9~10 a的周期反映,除下游民勤外在20世纪90年代都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域冬季最大冻土深度的气象因子是主要是热力因子,热力因子中关联最强的是极端最低地温和气温;水分因子中蒸发和冬季最大冻土深度的关联最明显。     

西南岩溶区水土流失与石漠化动态评价研究

以西南滇黔桂水土流失及石漠化遥感数据为例,并分别以我国西南岩溶区土壤侵蚀分级标准和国家林业局关于石漠化程度的界定标准为依据,运用层次分析法确定权重值,建立基于面积和权重的水土流失综合指数(WSL-CI)和石漠化综合指数(KDI),对西南滇黔桂水土流失强度与石漠化程度进行了动态研究。结果表明:西南各区的水土流失强度在总体上有减弱的趋势,而石漠化程度均有上升的趋势,这主要与水土流失强度和石漠化程度关系的复杂性、阶段性,岩溶区水土流失的隐蔽性和岩溶区水土流失解译结果存在误差有关。     

气动侧摆关节的动态特性

针对目前气动关节存在的缺点,提出了采用气动柔性驱动器(flexible pneumatic actuator,FPA)直接驱动,模拟人手指侧摆运动的侧摆关节。介绍了侧摆关节的工作原理。根据热力学第一定律,结合关节的动力学方程,推导建立了关节的转角及输出力矩的动态模型,并进行了仿真分析研究了关节的动态特性;试验研究了侧摆关节的动态特性,分析了关节转角及输出力矩的实际动态响应较慢原因;采用了串联双闭环控制方法,对关节的转角及输出力矩进行了控制研究,结果表明:期望角度为15°时,关节转角闭环动态响应时间约为0.3s,稳态相对偏差小于0.65%;期望输出力矩为188N?mm时,闭环输出力矩动态响应约为0.3s,稳态相对偏差小于1.5%。侧摆关节可控性高,可满足多指灵巧手关节设计要求。     

实验地貌的动态观测装置

实验地貌的动态观测对于研究沟坡的侵蚀过程和发生机制具有重要意义.在介绍实验地貌动态观测装置——MX - 2010 -G型地貌仪的基础上,采用传统钢尺+水准仪观测方法以及地貌仪测量方法,测量同一坡体的体积,以率定地貌仪的观测精度.结果表明:对于5组不同坡度、体积约为2.4万cm3的沟坡模型,地貌仪测量的体积相对误差可以控制在±10％以内,其中绝对值最大相对误差为9.0％,绝对值最小误差为-0.4％;对于120 cm×140 cm范围内的坡面,10个检查点空间坐标在x、y、z 3个方向上的均方误差平均值分别为0.99、0.84和0.42 cm;在6个断面测点系列高程值线性回归分析中,回归系数6与相关系数R2值均接近于1.结果表明,该地貌仪能够对沟坡微地貌的变化过程进行精确的观测.     

不同草田轮作模式对土壤养分动态的影响

在宁南旱区10年生苜蓿草地上进行了为期3a的27种不同草田轮作模式试验,研究了土壤有机质、氮、磷的动态变化特征。结果表明,与保持生长的对照苜蓿草地相比,苜蓿草地实行草田轮作后,有机质持续下降,轮作第1,3a的马铃薯,第2a的春小麦对土壤有机质有明显影响,马铃薯连作模式使土壤有机质降幅最大;不同轮作模式的土壤全氮变化有较大差异,谷子和春小麦等禾本科作物单一连作模式对土壤氮素造成偏耗;不同轮作模式碱解氮总体上呈下降趋势,轮作作物产量水平直接影响土壤碱解氮含量的高低。全磷呈先降后升又降趋势。作物轮作能够提高苜蓿草地土壤氮、磷有效性。为了高效、协调和可持续地利用水肥,应选择合理的草田轮作模式。     

近40a凯拉库姆库区土地利用/覆盖变化及景观格局分析

为研究近40 a凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局时空变化状况,该文以凯拉库姆库区1975年Landsat MSS、1990年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2011年Landsat TM遥感影像为数据源,利用ENVI软件得到各时期的土地利用/覆盖类型转移矩阵,建立土地利用面积变化量、单一土地利用类型动态度以及区域土地利用综合动态度模型;同时,在景观格局分析中采用景观格局数量分析方法,在类型水平和景观水平分别选取不同的指数,系统分析凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局变化的时空特征。研究结果显示:近40 a凯拉库姆库区的土地利用/覆盖发生了剧烈变化,建设用地面积呈现出持续增加的态势,低覆盖度草地和未利用地的面积随时间序列呈"V"型变化,而水体、耕地、中覆盖度草地的面积随时间序列呈倒"V"型变化;建设用地和耕地大面积急剧扩张,并伴随着低覆盖度草地、中覆盖度草地和未利用地面积的减少,大量的中覆盖度草地、未利用地转化为耕地,同时部分耕地又转化为建设用地,使得建设用地和耕地面积显著增加,研究区区域土地利用综合动态度呈"V"字型变化,并有逐渐加快的趋势,活跃土地利用/覆盖类型由早期和中期的水体转化为近期低覆盖度草地,稳定土地利用/覆盖类型由早期的耕地和中覆盖度草地,过度到中期未利用地,进而转化为近期的耕地;景观格局分析表明,中覆盖度草地和耕地对整个景观发挥主导作用,与水体相邻的景观要素多,建设用地斑块数目多且相对分散,但有集中分布的趋势,在人类活动的影响下,整体斑块尺度趋于均匀,景观趋于丰富和复杂化,斑块聚集程度减少,破碎度增加。该研究结果为凯拉库姆库区水土地资源可持续开发和利用、生态环境保护提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库动态变化特征

幼苗是植物生活史中一个不可缺失的阶段,对自然植被恢复起着非常重要的作用。为了探索黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库的动态变化特征,选择5种不同侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的15个样地,通过野外定点跟踪调查,运用单因素方差分析法对幼苗物种数、幼苗密度、物种多样性进行了分析。结果表明:(1)不同侵蚀环境下幼苗物种数从阴沟坡到阴峁坡、峁顶、阳峁坡、阳沟坡依次减少,且幼苗物种组成存在差异;生长季内不同月份间幼苗物种数呈现先波动性增大后降低的动态变化趋势,最大值出现在9月初。(2)不同侵蚀环境间幼苗密度差异性显著,阴峁坡最大,阳沟坡最小;不同月份间幼苗密度具有明显的先升后降的动态变化特征,最大值出现在7月初,最小值出现在4月初或11月中旬。(3)不同侵蚀环境间阴坡幼苗物种丰富多样,阳坡幼苗物种较为单一;不同月份间幼苗物种多样性指数和丰富度指数呈现出4—9月份逐渐增大至峰值,10月初和11月中旬稍有降低的趋势。