黑河流域山前绿洲灌溉农田蒸散发模拟研究

基于Penman-Monteith蒸散公式, 应用土壤-植被-大气系统水分和能量传输理论对Shuttleworth-Wallace蒸散模型的参数进行改进, 得出解析计算农田作物蒸腾和土壤蒸发的双源模型. 对黑河流域山前绿洲农田春小麦生长期土壤蒸发、作物蒸腾以及总蒸散过程进行了模拟研究. 对模型的计算结果以田间观测和水量平衡方法进行验证, 误差目标NSE=0.98, 说明该模型用于农田蒸发和蒸腾的计算是合理的. 对影响蒸发和蒸腾的主导因子净辐射、叶面积指数、土壤含水量进行了相关性分析, 得出三者的变化对土壤蒸发、作物蒸腾的影响. 通过不同时期日蒸散发量变化特征的分析, 表明土壤、冠层两个界面对能量和水汽传输的交互影响效应显著.     

中国生态系统研究网络水体pH和矿化度监测数据初步分析

介绍了中国生态系统研究网络(CERN)陆地生态系统水环境监测指标与频率。初步分析了CERN 31个典型陆地生态系统监测地表水和地下水、6个湖泊和海湾生态系统、1个城市生态系统地下水体pH、矿化度(电导率)状况。结果表明,我国森林生态系统pH和矿化度分布规律基本一致,为从西向东、从北向南逐渐降低的趋势,pH在鼎湖山自然保护区出现强酸性(4.15),其他台站为弱碱性、中性或弱酸性(6.01~8.26),森林生态系统矿化度均较低(33~322 mg/L)。我国农田、荒漠、湿地生态系统水体pH和矿化度分布规律为:华北与黄土农业区、西北绿洲农业与牧业区相对较高,东北农业区和青藏高原农牧区其次,南方农业区最低;除南方农业生态系统与北方三江湿地生态系统水体pH为弱酸性(6.27~6.82)外,其他监测水体均为中性和弱碱性,500 mg/L以上矿化度水体主要出现在西北部荒漠生态系统,黄河冲积平原农业生态系统。湖泊、海湾生态系统水体和北京城市生态系统地下水pH均为弱碱性,海湾水体pH季节波动不明显,湖泊水体和北京城市地下水pH和电导率呈明显季节波动,湖泊水体pH表现为夏秋季节较高,电导率表现为6~9月较低;北京城市地下水pH为...     

中国地带性森林和农田生态系统C-N-P化学计量统计特征

基于中国国家生态系统观测研究网络的7个森林和10个农田生态系统观测研究站的定位调查数据,本文对中国地带性森林和农田生态系统各个组分的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征进行了研究。结果表明:1)森林生态系统各组分的N和P含量大小排序均为叶凋落物枝根茎土壤,植被的各器官和凋落物的C含量明显高于土壤C含量。森林生态系统不同组分的C∶N和C∶P的大小排序均为茎根枝凋落物叶土壤;植被的各器官及凋落物的N∶P也高于土壤。2)在农田生态系统中,作物各器官的C含量相近,而籽粒的N和P含量明显高于其他组分;各组分C∶N、C∶P和N:P的大小排序均表现为茎≈叶≈根籽粒土壤。3)森林生态系统植被的C∶N∶P为3582∶27∶1,土壤的C∶N∶P为111∶8∶1;农田生态系统植被的C∶N∶P为740∶15∶1,土壤的C∶N∶P为26∶3∶1。本研究以地带性生态系统为研究对象,探讨生态系统及其各组分的C-N-P化学计量特征,增加了对生态系统尺度元素化学计量特征的科学认识,为进一步认识中国区域生态系统元素化学计量关系的空间变异规律提供基础数据。     

节水稻基农田作物轮作与灌溉模式需水规律研究

采取田间试验方法,研究了南方丘陵典型季节性干旱区节水稻基农田作物轮作与灌溉模式的需水规律和稻田水分利用率.结果表明,节水稻基农田作物轮茬与灌溉模式通过对水稻和油菜等作物产生的生长调控作用和补偿生效应,使植株蒸腾量、棵间蒸发量及稻田渗漏量大幅降低,各阶段的腾发量、需水强度和需水模系均发生显著变化,形成了稻基农田作物轮茬与灌溉模式新的需水规律.与常规双季模式相比,节水灌溉双季稻模式、水旱轮作双季稻模式、稻油轮作模式的需水强度分别减少了0.76、1.15、0.71 mm/d,渗漏强度分别减少了0.12、0.16、0.19mm/d,水分利用率提高了30.14%、47.95%、17.81%.     

南川市三泉镇岩溶区农田生态系统植被碳库的动态变化

通过农田样方观测与实验分析获得南川市三泉镇农田生态系统主要农作物的含碳率、经济系数、果实水分系数,结合该区近26年来( 1980- 2005)主要农作物产量与耕地面积的相关数据,用农作物产量与碳储量转换模型计算法估算和分析该区农田生态系统植被碳库的总量及构成的动态变化。结果发现: 近26年来该镇农田植被碳库和碳密度略有提高,具有微弱的碳汇效应。与邻近的四川盆地非岩溶区相比,该区农田植被碳密度较低。针对农田生态系统植被碳库的构成特点和动态特征,该镇今后应进行作物结构调整,适度增加水稻等大春作物的种植和马铃薯、油菜和饲料等小春作物的种植面积,稳定小麦等作物的播种面积; 加强农田基本建设,发展生态农业,以进一步提高农田生态系统植被碳库的碳储量和碳密度。      

喷灌条件下冬小麦田间水分运移数学模拟及灌溉模式的研究

为探讨节水高产喷灌模式,用数学模拟和田间试验相结合方法,研究了冬小麦在喷灌条件下田间水分运移规律。数学模拟结果与田间实测土壤含水率吻合良好。在此基础上模拟计算出不同喷灌定额下,消耗于作物蒸腾、表土蒸发和深层渗漏的水量,结果表明40～60mm喷灌定额下的农田水分无效消耗(表土蒸发+深层渗漏)最小,从而得出节水高产的冬小麦喷灌灌溉模式。经田间试验对比,获得相同产量条件下,本文提出的模式比现行喷灌模式节约灌溉水45%。     

基于冠层温度的作物缺水研究进展

冠导温度信息可以很好地反映作物的水分状况。自20世纪70年代以来，基于冠层温度的作物缺水指标的研究经历了三个阶段，即单纯研究冠层温度本身变化特征的第一阶段、以冠层能量平衡原理为基础的作物水分胁迫指数的第二阶段和考虑冠层和土壤的复合温度的水分亏缺指数的第三阶段。指标的局长也由使用手持式红外辐射仪信息扩大到使用航空和卫星遥感信息。这一类指标在点和区域尺度上均可应用。加强这一类指标的研究对于我国北方地区农作物的有效灌溉和区域水资源的管理都有重要意义。     

小灌区农田土壤水分析

对山西省小灌区农田土壤水分在时空分布及其影响因素进行了分析.结果表明:大气降水、农田灌溉、作物蒸腾和田间土壤蒸发是影响土壤水分变化的主要因素.农田土壤水分分布随着作物的种类而变化.     

耕作措施对陕西耕作土壤碳储量的影响模拟*

鉴于农业生态系统土壤有机碳(SOC)平衡对中国农业可持续发展的重要性,文章以陕西农业生态系统为对象,整合农业生物地球化学模型(DNDC)与陕西农业地理信息系统数据库,利用陕西地区气象和作物资料,对陕西省2000年作物生长发育和土壤碳循环进行了模型模拟,实例探讨了耕作管理对土壤碳储量的影响,并由此评价生物地球化学模型在气候变化、土壤性质及农业耕作管理措施对土壤碳含量影响方面的预测能力。敏感性分析表明土壤性状,尤其是初始有机碳含量是影响模型区域尺度模拟的最主要敏感因素。区域模拟使用灵敏系数分析法,分别采用敏感因子的最大、最小值驱动模型在每一模拟单元内的运算,以产生一个土壤有机碳变化的范围值,土壤有机碳变化的真实值应以较大机率包含在这一范围内。分析模拟结果可以得出3点结论: 1)2000年陕西耕作土壤总有机碳储量约为103TgC,是一个大气CO₂源,向大气释放碳0.5TgC; 2)提高作物秸秆还田率是提高陕西农田碳库储量的有效可行措施,将作物秸秆还田率从当前的15 ％ 提高到50 ％ 或90 ％ 会使陕西农田土壤从大气CO₂源转变为汇,每年分别增加土壤有机碳库储量0.7TgC或2.1TgC; 3)施用有机农肥(500kg/hm²)也会增加土壤碳输入,从而提高土壤碳储量,使陕西农田系统转变为较弱的碳(C)源,每年可多固定0.2TgC。     

大气水—地表水—土壤水—地下水相互转化关系的试验研究

本文重点研究了有作物条件下不同供水农田的“四水”相互转化,突出了有作物条件下降水入渗、潜水蒸发的差异性,土壤水在农业生态环境中的重要性,为水资源多目标开发,探索新路子。     

全球变化压力下中国东部样带植被与农业生态系统格局的可能性变化

在中国东部南北样带NSTEC大量实验数据的基础上 ,对热量梯度驱动下自然植被生态系统连续带的生产力变化进行模拟 ,对反映植被组成结构特征的生活型谱的变化 ,以及在全球变化平均温度可能增加的情况下 ,农业生态系统的生产格局的变化进行分析。在这一样带中 ,从南到北地带性植被有北热带季节雨林、南亚热带季风常绿阔叶林、中亚热带常绿阔叶林、北亚热带常绿落叶混交林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔叶混交林和寒温带针叶林。模拟在温度增加 1℃的情况下生产力的变化 ;由南部的北热带季节雨林和南亚热带季风常绿阔叶林增加约 1%到温带针阔叶混交林和寒温带针叶林增加约 5 %～ 6 %,显示出生产力增加强度随纬度增大具一定相关关系。植被的物种结构变化比生产力变化缓慢得多。对样带的森林植被的生活型谱进行分析 ,表明其存在着 8种主要的生活谱结构类型。在平均温度增加的情况下 ,不同生活型谱结构的生态系统分布呈现向北扩展位移的趋势。在农业生态系统的格局中 ,在平均温度增加的情况下 ,南亚热带水稻三熟将不会季节太紧而有可能进行大面积三造生产。中亚热带双季稻连作一年三熟受低温影响减少。北亚热带一年二熟季节上有保证。暖温带许多地方能有二造收成。温带和寒温带的生产面积将有较大幅度的增加。总     

南水北调对北方干旱化趋势可能影响的初步分析

使用地表土壤水量平衡模式和大气能量平衡模式，对南水北调中线工程对华北地区的可能局地气候效应进行了虚拟模拟试验，得出了在不同调水方案和气候情景假定下华北地区可能出现的局地土壤水分、蒸发、温度和降水的变化。结果表明，不同调水量在不同时间、不同气候条件下的气候效应是有差别的，并与降水的季节变化有关。总体而言，在给定气候背景下调入水可以改变土壤水含量和径流，并使局地夏半年温度降低、冬半年温度有所升高；夏半年局地降水量和蒸发量有所增加，而冬半年变化不大。因此，在目前情况下南水北调中线工程的实施不仅可以减缓华北地区水资源紧缺的矛盾，而且有可能在一定程度上改善当地的局地干旱气候环境，进而有利于生态环境的良性循环和有序人类活动的可持续发展。     

陕西洛南龙牙洞遗址的特征和环境

要本文第一作者曾在陕西洛南龙牙南洞中获得洛南直立人的上臼齿及少量哺乳类化石。近年作者等又在龙牙北洞中采集到大量石制品及哺乳动物化石。龙牙洞是黄河流域最南的一个旧石器遗址。由30多种哺乳类化石组成的龙牙洞动物群是一个兼具古北界和东洋界动物的过渡型动物群,可与蓝田公王岭动物群对比,时代为早更新世晚期,是温暖、湿润的森林、草原、多水体环境条件下的动物组合。石制品非常丰富,属华北旧石器文化系统,但又可见南方文化的影响。龙牙北洞遗址很可能是洛南直立人制作石器的场地。     

土壤侵蚀量预报模型研究进展

土壤侵蚀模型是定量评价水土资源发展动态、指导综合治理规划、评价治理方案和措施的技术工具。根据建模的手段和方法，土壤侵蚀量预报模型有经验模型和物理成因模型两大类。根据建模对象的不同，土壤侵蚀模型又有坡面土壤侵蚀模型和流域土壤侵蚀模型之分。主要从这4个方面入手，介绍了国内外土壤侵蚀量预报模型研究的主要成就，指出了现有模型的不足。在总结前人工作的基础上，提出了我国土壤侵蚀模型今后的发展方向。     

黑河流域山区植被生态水文功能的研究

依据土壤-植被-大气系统的结构特性,从林冠层、苔藓-枯枝落叶层、土壤层剖面结构分析了黑河流域山区水源涵养林在水文过程中的作用.观测试验表明,林冠截留大气降水的32.7%,使到达林地的水分相对减少而养分增加,而林冠遮荫使林内土壤蒸发仅为林外草地的34.2%.苔藓-枯枝落叶层疏松多孔,最大持水量可达12.5mm水层深,加上表层较高的体积含水量和较小的水分变差系数,使其在涵蓄一部分大气降水的同时具有良好的保水性能.林地土壤具有良好的渗透性和涵蓄大气降水的能力,从而减少了地表径流量.森林的蒸散发使林区空气湿度高于周边地区17%,形成山区独特的森林小气候,从而进一步影响着山区的水文过程.     

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值（21.0 mm）较裸地（8.7 mm）和农地（9.7 mm）坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5 mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度 > 草地全坡面尺度 > 草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I₃₀≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30 min雨强（I₃₀）标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量（P）标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。     

不同林草系统对集水区水量平衡的影响研究

应用SWAT99.2模型(Soil and Water Assessment Tool),系统地研究了红壤丘岗集水区4种林草系统(自然草被、阔叶林、混交林和针叶林)的地表径流、根层渗漏、蒸发蒸腾、土壤蓄水量的时空特点,并用实测的地表径流对模型进行校正和验证,月地表径流的Nash-Sutcliffe模拟效率系数达到0.74,模拟值和观测值的决定系数达0.90。结果表明,降水的年内分配不均造成了径流、渗漏、土壤蓄水量月份之间的差异,年际间气象条件(特别是降水)的差异性导致了水量平衡支出项的年际差异,其中径流量和渗漏量受降水的影响最大,蒸发蒸腾量次之,土壤蓄水量的年变化量受降水的影响最小;林地能有效地减少区域的地表径流量,其中以阔叶林和混交林的效果最好;林地入渗性能大于草地;蒸发蒸腾量是林地水量平衡支出中最大的一项,且3种林地的蒸发蒸腾量均大于草地。水量平衡的预测结果显示,土地利用方式是区域短期水量平衡的主要影响因子。     

青木关岩溶槽谷流域不同土地利用类型土壤可蚀性分析

基于土壤实地采样和理化性质测试分析,采用EPIC模型K值计算方法,分析青木关岩溶槽谷流域的土壤理化性质、土壤可蚀性及其影响因子。结果发现:（1）青木关岩溶槽谷流域表层土壤（0~10 cm）可蚀性K值介于0.037 1~0.060 5之间,均值为0.048 5,中值为0.047 5,变异系数为10.71%,偏度和峰度值小于1;（2）表土机械组成中以粉粒含量为主,土壤质地属于粉壤土;有机质含量在13.98~52.24 g.kg-1之间,均值为29.20 g.kg-1;表土可蚀性K值与砂粒含量、有机碳含量呈极显著负相关,与粉粒含量呈极显著正相关,与黏粒含量呈负相关;（3）不同土地利用类型下的表土可蚀性K值以裸土地最大,为0.058 3,耕地次之,为0.053 4,其次为园地、荒草地和竹林,分别为0.048 3、0.047 8和0.046 9,针阔叶混交林最小,为0.0427,分别存在显著差异（P＜0.05）,变异系数介于2.7%～6.1%之间;受人类活动影响强烈的裸土地和耕地是本地区主要的泥沙策源地,恢复植被能有效提高土壤抗蚀能力;（4）不同土地利用类型土壤剖面K值均值为耕地（0.056 3）显著大于荒草地（0.051 6）与林地（0.048 1）（P＜0.05）,荒草地与林地K值间差异性不显著;K值剖面分布一致表现为0~35 cm相对较小且变化较大,土下35~60 cm随着深度的增加而增大。      

中国陆地生态系统植被结构和净第一性生产力对未来气候变化响应

本文对现有的区域植被动态模型进行了改进,改进后的模型包含了生态系统中生物量动态、植被结构动态、氮素循环过程三者之间的耦合,以及植被和土壤的相互作用.新模型的状态变量包括植被的绿色和非绿色生物量及其氮素浓度,3层土壤的水分,土壤的全氮和速效氮含量.利用全国范围内在过去数10年中定点观测生物量、生产力、土壤全氮和速效氮的含量、卫星遥感植被指数、全国植被图、地形图、土壤图等多方面的基础数据,我们进行了模型的参数化工作,并对模型做了初步验证.结果说明本模型能够比较准确地模拟当前气候条件下植被的生物量、生产力和氮素吸收等动态过程.在此基础上,我们将改进后的模型用于中国陆地生态系统对全球变化响应的研究.为此我们采用了7个大气环流模型的输出的降水和温度的改变量和大气CO2浓度加倍条件,结合现有气候条件,生成未来气候变化情景(scenarios),并用这些情景来驱动改进后的模型直到模型到达稳定状态.模拟结果说明:在未来气候变化条件下,温带常绿针叶林、亚热带山地常绿针叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶林,典型禾草草原的分布将显著增加,而落叶针叶林、亚热带常绿针叶林、常绿灌木、禾草和半灌木草原、高寒禾草草甸的分布将有显著的下降,其他植被类型对全球变化的响应不太敏感.33°N以南,净第一性生产力将有显著增加,而33°N以北,净第一性生产力增加较少,局部地区生产力甚至下降.模拟的中国陆地生态系统的北部生产力比南部具有较大的变化和不确定范围.因此,从最大程度的减少和降低生态系统对气候变化响应的不确定程度出发,未来气候变化的研究的重点应该在北方.     

京杭大运河的功能与苏北运河段的发展利用*

京杭大运河历史时期的主要功能是运输和灌溉,增强军事防卫能力,维系政治统治,促进文化交流与经济发展。苏北段跨越黄淮平原和江淮平原,串联众多湖泊,北接鲁西南能源基地,南接经济发达的长江三角洲地区,是苏北地区重要的运输通道。在文献资料汇集整理和实地考察的基础上,提出当代大运河应充分发挥沟通乡镇、"北煤南运"及"南水北调"通道的作用,同时,还应在科学规划的基础上,发挥其历史文化遗迹、旅游民俗休闲与公众教育的功能。针对大运河苏北段水质污染、环境质量下降,航道堵塞及缺乏统一的管理机构等问题,建议加大水污染的防治力度,重视作为运河水源的湖泊水环境保护; 整治航道,在工程中注意保护运河沿岸文物; 成立大运河专门机构,统一规划部署; 加强运河航道管理以及协同地方政府与有关机构保护和利用大运河旅游资源,为申报世界遗产增强实力。