基于离散小波分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法与评估

为提高土壤含水量格点数据的区域适用性、准确性，该研究提出了基于离散小波多尺度分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法，利用2016-2018年6-9月ESA-CCI、SMAP、ERA5-Land数据集以及地面站点观测的土壤含水量数据，在以黄河流域为主体的主要农业气候区开展了融合方法可行性和适用性研究。结果表明，融合方法能有效捕获融合数据源的多尺度特征信息，通过多源多尺度逐层特征信息权重融合与重构，能有效改进单一数据源在不同农业气候区域的适用性、时空结构和波动特征的准确性。融合结果总体评估的均方根误差、偏差(Bias)和相关系数(r)分别为0.053 m³/m³、0.001 m³/m³和0.721，时空分解评估的综合表现均优于单一融合数据源的评估指标，多尺度时空波动频谱结构特征与观测时空序列更吻合，特别在25 d时间尺度以内时空波动吻合度改进最为明显。该研究获得了较理想的区域土壤含水量改进预期，可为区域生态环境监测、农业可持续发展、水土保持、防灾减灾等科学研究和业务应用提供可行有效的方法参考。     

山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应

[目的]了解山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应关系,对该流域生态保护、修复和高质量发展具有重要的意义。[方法]基于1998—2018年NDVI数据,利用NDVI变化趋势、变异系数、空间自相关等方法,对山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化特征及其与气温、降水的关系进行分析。[结果]不同土地利用类型NDVI变化趋势均呈向好态势,草地和林地覆盖状况优于整体水平。NDVI在空间上整体呈南北纵列、高低相间的分布格局,吕梁山和太岳山—中条山高,西部高原丘陵区和汾河谷地低。NDVI变化趋势的空间异质性显著,植被以显著改善为主。林地改善趋势的稳定性最好。NDVI表现出明显的空间集聚性特征,其中耕地NDVI变化趋势聚集特征最明显。不同土地利用类型NDVI对降水的敏感性强于气温。[结论]山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化差异显著,并对气温和降水存在响应关系,此研究将为该流域生态保护和建设提供更精准的植被恢复数据及其和气温、降水关系的基础资料。     

1969-2018年黄河实测径流与天然径流的变化

[目的] 分析黄河实测径流与天然径流的变化规律,为探究人类活动对径流的影响提供依据。[方法] 基于1969—2018年黄河干流8个水文站的天然径流和实测径流数据,使用Mann-Kendall趋势检验与突变检验法,对比分析近50 a黄河干流实测径流和天然径流的变化规律。并结合近15 a各分区耗水数据探讨人类活动对于径流的影响。[结果] ①1969—2018年黄河上中下游实测径流整体呈降低趋势,兰州、花园口、利津3个代表站多年平均降低速率分别为5.10×10⁷,3.55×10⁸,4.13×10⁸ m³/a。②近50 a天然径流和实测径流趋势突变主要集中在1986和1990两个年份,结合前人研究和重要水事分析,1986年突变可能与1984年以来一系列水土保持措施实施以及1986年龙羊峡水库修建有关;而造成1990年径流突变的原因可能是80—90年代黄河流域用水量激增和流域下垫面改变。③天然径流与实测径流的差值从上游至下游水文站断面逐渐增大,这主要与近15 a平均耗水量也沿程增大相一致;另外多年平均实测径流在利津站仅占天然径流的42%。耗水量最大的两个分区为花园口以下和兰州—头道拐段,分别达到了1.06×10¹⁰和1.04×10¹⁰ m³。[结论] 人类活动中的各项耗水（尤其是农田灌溉）是造成兰州站以下地区天然径流与实测径流差值大的主要原因,因此,应进一步推进黄河流域节水农业的发展,合理分配各项耗水量。     

近549年来黄河天然径流量时间变化特征研究

天然径流量是流域气候及下垫面综合作用的结果，同时是流域水资源分配的重要依据。深入探究长时间序列年径流量时间变化特征对流域水资源调控以及水资源可持续利用意义重大。基于黄河1470—2018年长时间序列天然径流量数据，综合采用EMD经验模态分解法、滑动平均法以及距平累积法揭示黄河549年间天然径流量的年际变化与周期变化特征。结果表明，黄河年天然径流量变化过程具有显著的随机特征，随年份不同呈现波动性变化，5%及95%频率的年天然径流量分别为337.0亿m³和681.0亿m³。采用距平累积法可将黄河近549年天然径流序列以1825年为界分为2个时期；黄河年天然径流量以2.8年变化周期最为显著，其次为23.8年、47.3年、5.6年、11.3年周期规律，出现该周期性规律主要是由于太阳黑子活动、厄尔尼诺现象以及地极移动振幅变化因子的影响。     

黄河三角洲不同土地利用方式对土壤的改良效应

通过对黄河三角洲地区棉田、果园、林地和荒地4种不同土地利用方式下土壤样品的采集与理化指标的分析,研究了该区域不同土地利用方式对轻度盐渍化土壤的改良功能。结果显示:果园土壤的容重、pH值和全盐含量等物理性状要优于其它3种用地方式;棉田土壤有机质与全N、全P和全K含量超过果园与林地土壤,而速效N和速效P含量以果园土壤最高,速效K含量以棉田最高,果园土壤最低;果园土壤C/N比值明显高于其它3种用地方式,以荒地土壤的C/N比值最低。综合分析认为:种植果树对土壤的物理性状改良效果较好,种植棉花对土壤的化学性状具有较好的改良效果。     

黄河兰州段邻苯二甲酸酯类有机污染物健康风险评价

近年来黄河兰州段的邻苯二甲酸酯类污染日渐严重,为研究黄河兰州段水体中邻苯二甲酸酯类有机污染物对人体产生的潜在健康危害风险,根据黄河兰州段2005年5个采样点水质监测数据,应用美国环境保护局（USEPA）的健康风险评价方法对邻苯二甲酸酯类有机污染物通过饮水和皮肤接触2种途径进入人体的健康风险进行了初步评价。结果表明,黄河兰州段邻苯二甲酸酯类有机污染物的非致癌风险指数值均小于1,其中邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯的非致癌风险指数值相对较高,在10-2数量级,偏高于邻苯二甲酸正丁酯。从位于兰州市饮用水水源地范围内的3号采样点（S3）采集的水样中邻苯二甲酸酯类有机污染物的非致癌风险指数值偏高,具有较高的健康风险。不同暴露途径健康风险的对比表明,饮水是水体中有毒有机污染物危害人体健康的最主要途径,其对人体健康总风险的贡献远大于洗浴皮肤暴露。常规的自来水处理工艺不能有效地去除源水中微量PAEs等有机污染物,因此地面水特别是饮用源水PAEs污染具有较大的健康风险。与国内其他地区相比,黄河兰州段邻苯二甲酸酯类有机污染物的非致癌风险亦较高。     

近50年黄河流域气温和降水量变化特征分析

利用黄河流域54个气象站点1961-2010年气象数据,探讨近50a黄河流域气温和降水量的变化趋势特征。结果表明:(1)黄河流域年降水量变化具有明显的空间差异,总体表现为上游地区增多、中游地区减少的特点。春季上游降水量呈显著增加趋势,秋季中游显著减少,冬季全流域降水量均呈显著增加趋势,其中下游增幅最大。年内降水量显著增加的时段主要集中在1-3月和12月;(2)黄河流域气温变化呈显著升高趋势,平均最高气温和最低气温变化具有明显的不对称性,平均最低气温变化对平均气温升高的贡献率大于平均最高气温。平均最高气温、平均气温和平均最低气温全流域均表现为冬季增幅最大,夏季和秋季则为流域上游增幅最大。月平均气温显著增加的站点比例最高,月最高气温显著增加的站点比例最小,且均集中在2月。(3)全流域冬季出现暖湿化趋势,春季上游出现暖湿化趋势,而秋季中游出现暖干化趋势。     

微酸性电解水结合壳聚糖对水蜜桃护色保鲜的效果

为了防止水蜜桃(Prunus persicaL.Batsch)采后的果肉颜色变化而严重影响其商品价值。该研究以南汇水蜜桃为材料,分别利用自制羧甲基壳聚糖复合保鲜剂,以及微酸性电解水对水蜜桃进行护色保鲜处理,并对冷藏条件下(2℃)水蜜桃果肉颜色及与颜色品质变化相关的指标进行了检测,同时还利用核磁共振成像(MRI)合成T2-MAP图研究了冷藏开始和结束后水蜜桃内部变化的规律。结果表明,在贮藏结束后,对照组果肉颜色的L*值、H*值、C*值分别是羧甲基壳聚糖复合保鲜剂和微酸性电解水处理组的85%～91%、85%～93%和114%～122%(p<0.05)。显然,羧甲基壳聚糖复合保鲜剂和微酸性电解水由于可以抑制水果自身乙烯的产生,减少水果的细胞膜透性和T2-MAP图中T2弛豫常数的变化,降低了多酚氧化酶(PPO)活性的增加速度,减少了酚类物质的累积,进而延缓了果肉的变色。另外,与仅用电解水处理相比,结合羧甲基壳聚糖处理具有较好的护色保鲜效果。通过该研究,可以为提高采后南汇水蜜桃的果肉护色保鲜效果提供参考。     

猪舍不同发酵床垫料氨挥发与氧化亚氮排放特征

为了探明发酵床养猪过程中的氨挥发与氧化亚氮排放特征,分别选取3种不同原料的发酵床:稻壳+锯木屑(FD)、稻壳+菌糠(FJ)、稻壳+酒糟(FW)作为研究对象,采用静态箱法收集气体,对1个养猪周期内(140 d)的氨挥发和氧化亚氮排放量进行测定。结果表明,3种垫料的氨挥发高峰期呈现出一定的时间顺序:FW主要出现在饲养前期,FJ出现在前中期,而FD则集中在饲养中后期。3种垫料的氨挥发总量具有显著性差异,FW发酵床在整个养殖周期内的氨挥发总量最大,为9.06 kg;其次是FJ,氨挥发总量达到4.83 kg。3种发酵床垫料的氧化亚氮排放规律具有一致性,即排放高峰期主要集中在饲养中后期;其排放总量同样具有显著性差异,同氨挥发总量一样,FW的氧化亚氮排放总量最高,达到2.06 kg;其次是FJ,氧化亚氮排放总量为1.74 kg。通过物质流分析发现,以氨气和氧化亚氮转化损失的氮量占氮素总损失量的23%~36%,说明气体转化是发酵床养猪过程中氮素的主要损失途径之一。     

1961-2010年黄河源区蓝绿水资源时空变化

利用SWAT(soil and water assessment tool,SWAT)模型和非参数检验方法(Mann-Kendall),从时空尺度上分析了黄河源区1961-2010年蓝绿水资源量多年平均变化和各生长季节的变化规律。研究结果表明,在时间上,近50 a来,黄河源区绿水资源量多年平均是蓝水的2倍以上。黄河源区蓝水资源春、秋两季减少,秋季显著减少,减少幅度0.355 mm/a,夏季略微增加;绿水资源春季减少,夏、秋两季增加,秋季显著增加,增加幅度0.286 mm/a。在空间上,黄河源区蓝绿水资源量在各季节呈现出由东南向西北递减的趋势,东南部地区蓝水资源秋季减少明显,减小幅度最大为1.98 mm/a,绿水资源量夏、秋两季增加明显,最大为1.62 mm/a。随全球气候的变化,蓝绿水资源量在时空上差异将会进一步加大。因此,应加强黄河源区水资源的管理,减少源区绿水尤其是其中无效用水(蒸发)的消耗,减少生长季高耗水作物的种植,以保证中下游地区水量的有序供给。