黄土区不同地貌类型耕地土壤养分空间格局及驱动因素

[目的]了解黄土区不同地貌条件耕地土壤养分空间格局,揭示养分空间变化的驱动因素,可为区域农业精准管理及农田工程建设提供参考。[方法]基于陕西黄土区2020年耕地土壤养分数据,采用克里金插值揭示4种不同地貌耕地土壤养分空间格局,采用地理探测器模型探讨养分空间变化的驱动因素作用。[结果](1)长城沿线风沙滩区、陕北黄土丘陵沟壑区、渭北黄土台塬区和关中平原区有机质(SOM)含量均值分别为10.20,10.08,15.28,18.78 g/kg,全氮(TN)均值分别为0.63,0.66,0.98,1.19 g/kg,有效磷(AP)均值分别为12.99,13.10,16.97,27.24 mg/kg,速效钾(AK)均值分别为117.72,149.94,217.27,252.83 mg/kg,各养分空间格局总体呈现出“风沙滩—丘陵沟壑—台塬—平原”逐渐递增的趋势;(2)日照时长对陕西黄土区整体养分含量解释力最大,其次为年气温与化肥用量,风沙滩区养分分布受土壤容重影响最大,丘陵沟壑区、台塬区及平原区均受化肥用量影响最大,排名前列的因子交互作用对养分的解释力均强于其单因子作用。[结论]风沙滩区及丘陵沟壑区宜适当增加养分输入及提升土壤保肥能力,台塬区及平原区宜注重提高养分利用效率;在农田建设过程中,应根据不同地貌区环境特征因地制宜地进行人为活动。

基于希尔伯特-黄变换与小波分析的降雨序列多时间尺度研究

[目的]对比分析不同方法在多尺度周期计算性能方面的差异,为区域水文周期分析方法的选择提供更多参考。[方法]利用2组已知周期和趋势特征的人工序列,对基于多元经验模态分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition,MEMD)改进的希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)与小波分析在多尺度周期计算性能差异上进行了测试、对比与分析;并在此基础上,使用改进的HHT(后称HHT)进一步分析了毛乌素沙地11个站点39年降雨序列的多时间尺度特征。[结果]对于人工序列,小波分析(对称延拓)结果偏大,与预设周期存在显著差异(Sig.=0.003<0.05);而HHT和小波分析(周期延拓)的周期结果与预设周期没有显著差异,且HHT精度(Sig.=0.142>0.05)要略高于周期延拓小波(Sig.=0.109>0.05)。对于实测降雨序列,HHT显示毛乌素沙地的降雨主周期存在明显区域差异:腹地站点降雨主周期为5.5 a,而边缘站点为2.7~3.3 a;分解后的残差分量表明了沙地降雨在时间上呈上升趋势,而空间上呈现由东到西逐渐减少的分布状态。[结论]HHT因其自适应性,无需考虑众多参数的选取,在保持精度的同时可以提取更多水文信息,在区域降雨序列多尺度分析上更具优势,因此具有重要的实际应用价值。

秸秆覆盖对桃树地植-土环境变化的影响研究

对果园实施秸秆覆盖,短期内主要表现为保墒和调节土壤温度两大功效。研究在桃树果园实施秸秆覆盖3年以来对植物与土壤环境的影响,主要从地上部分桃树形态变化、地下部分根系生长变化、土壤养分与土壤微生物变化这几个方面将覆盖与对照进行对比分析。分析表明,覆盖比对照树冠体积、茎干断面、根系直径小于1 cm的总长分别增加33.9%、110.6%和115.69%,同时使土壤养分和微生物也发生很大变化,分别是对照硝态氮含量、真菌、细菌和放线菌含量的2.2倍、1.56倍、2.36倍和1.89倍。所以长期实施秸秆覆盖对植物生长和土壤环境的改善有着很大的积极作用。

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数(NDVI),应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明:(1)1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^(−1)的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。(2)2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^(−1)的速率减少,此后以5.541 mm·a^(−1)的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122℃·a^(−1)与0.230℃·a^(−1),突变后,年均高温下降速率为-0.014℃·a^(−1),而年均低温上升速率为0.022℃·a^(−1)。(3)在植被年均NDVI缓慢增长阶段(1990—2005年),年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段(2006—2018年),年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。

毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明:(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R 2=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0~3 m)、过渡区(地下水埋深3~4 m)、稳定区(地下水埋深4~5 m)、外围区(地下水埋深5~10 m)及边缘区(地下水埋深10~15 m)。研究表明,植被盖度对地下水埋深的响应在空间上存在多尺度特征,该结果可为沙地生态恢复及地下水资源的保护与利用提供科学依据。

不同灌水定额条件下土壤水分空间变化特征研究

通过时域反射仪,对不同灌水定额下土壤含水率的变化进行了试验研究,分析了不同灌水定额下的土壤含水率随深度变化的曲线特征。因灌水量不同,土壤水分曲线从＂3＂型到＂7＂型再到＂2＂型曲线,规律性地揭示了灌水量对不同深度土壤水分变化曲线的渐变影响。同时研究了土壤水分运移的时间效应和垂直分布特征,通过图表规律的汇总将0-180 cm土层按其土壤水分运移规律进行划分。土壤湿度的垂直变化可分为4层：活跃层（0-30 cm）;贮水层（30-60 cm）;缓变层（60-100 cm）;均稳层（100-180 cm）。利用克立格法对各试验小区在N-S方向上进行了空间插值分析。采用多项式拟合与峰值拟合探讨这2种拟合方程在土壤含水率垂直分布上的应用。

土壤水势对桃树几个生理指标变化的影响

土壤水势是描述土壤干旱程度及土壤水分对植物有效性的重要指标。通过在不同土壤水势条件下,测定桃树光合速率、蒸腾速率以及叶片水分利用效率,分析了不同土壤水势下各个生理指标随时间的变化规律。结果表明:桃树在1 d内光合呈双峰变化规律,具有明显的"午休"现象,蒸腾速率变化与光合变化特征相似,也呈双峰变化规律,土壤水势过高并不利于桃树对水分的利用,当土壤水势维持在-60^-40 kPa之间时,桃树叶片光合速率、平均蒸腾速率以及水分利用效率相对较高。综合分析表明,土壤水势控制在-60^-40 kPa时,桃树各生理指标变化均维持较高水平,有利于桃树生长。

Moisture Movement and Transformation Law under Soil Moisture Conserving Irrigation in Winter Wheat Field

[Objective] The aim was to provide theoretical basis for field moisture conserving irrigation.[Method] With Xiaoyan No.6 as tested material,three different kinds of mulching irrigation treatments were carried out （straw mulching;plastic mulching;PAM control adjustment mulching）.With non-mulching treatment as control,moisture conserving effect of different treatments were compared.[Result] The results showed that the water consumption of winter wheat under different soil moisture conservation treatments was low at earlier stage and later stage,but high at mid-stage,which was consistent with the water consumption law of control.There were some differences in terms of consumption intensity because of irrigation schedule and growth condition;soil moisture conservation treatments could restrain ineffective evaporation of soil moisture before anthesis.We also found that the variation of soil moisture at depth of 0-20 cm in PAM and control treatment was dramatic.The soil moisture of the former was lower than the latter at the depth of 0-20 cm,but higher at the depth of 20-50 cm.The difference of soil moisture at the depth of 0-50 cm was significant.[Conclusion] Plastic mulching and straw mulching could restrain evaporation effectively.

渠道密度与渠系水利用系数关系研究

为了研究灌区渠道密度与渠系水利用系数之间的关系,首先从分析渠道水的渗漏情况入手,分析了渠系水利用系数与渗漏之间的关系,建立了在相同衬砌条件下渠道密度与渠系水利用系数之间的数学关系。然后提出有关渠道密度概念,这一概念的提出有利于灌区渠道分布合理性的进一步评价。渠道密度与渠系水利用系数两者之间关系式的确立,有助于从理论上评价渠道分布对渠系水利用系数的影响。

桃树茎干日变化与生态因子之间的关系研究

采用SPSS软件分析了2007年5—10月桃树茎干日变化与生态因子之间的关系,建立了多元回归数学模型,各月份回归系数均在0.9以上。结果表明,不同生长阶段影响茎干日变化的主要因子不同,而且在一日内影响茎干变化的主要因子也在随时间的推移而变化。从整个生长过程来看,桃树茎干日变化与空气温度和空气相对湿度这2个因子之间的关系相对比较密切。研究不同土壤水势条件下桃树茎干日变化与生态因子之间的关系,可为桃树生长环境的调控提供科学依据。

保墒灌溉条件下冬小麦地土壤水分迁移转化规律研究

[目的]为田间保墒灌溉提供理论依据。[方法]以小麦品种小燕6号为供试材料,对其进行3种不同的覆盖灌水处理(①秸秆覆盖;②地膜覆盖;③PAM化控调节覆盖),以非覆盖处理为对照,比较不同处理的蓄水保墒效果。[结果]不同保墒措施下冬小麦的耗水量均表现出前期小、中期大、后期小的特点,与对照小麦的耗水规律基本一致,但不同处理冬小麦的耗水强度因灌溉时间及小麦生长状况的不同而有所差异;各保墒处理均可抑制冬小麦开花前土壤水分的无效蒸发;PAM处理0～20cm土层土壤含水量略低于对照,但20～50cm土层土壤含水量略高于对照;不同处理土壤水分的差异主要体现在0～50cm土层。[结论]秸秆覆盖和地膜覆盖的抑蒸效果较好。

国内外渠系改造现状及发展展望

分析了我国目前灌区与渠系改造现状,然后论述了美国、日本、澳大利亚等几个国家在灌区改造方面的重点和成就,并结合我国灌区实际情况,对我国大型灌区的渠系改造发展趋势提出相关预测。

渭河滩地土壤水分特征曲线变化规律

在系统分析水势与土壤水势的概念、影响土壤水势的因素以及土壤水分特征曲线的基础上,分析了渭河滩地0～80 cm土层内不同深度土壤的水分特征曲线变化规律。结果表明:渭河滩地0～40 cm为沙壤土,持水性较好;40～60cm为黏性土壤,持水性较强;60 cm以下为沙子,持水性较左。

全自动灌溉监控系统关键技术分析

从植物缺水信号诊断系统、数据采集与控制系统和灌溉工程系统三方面对全自动灌溉监控系统进行了分析。对判定植物缺水状况的优势指标、植物生理指标和土壤水分指标进行了研究。提出了目前全自动灌溉监控系统的发展思路:研究不同植物对水分变化的最优敏感指标、研究植物生长变化监测传感器、开发数据分析软件、研制低成本的系统等。

土壤水势对桃树茎干变化的影响研究

本试验主要研究不同土壤水势条件下桃树茎干的变化规律。试验设置4个处理,分别是-100^-110 kPa(A区),自然条件下作为对照(B区),-10^-20 kPa(C区),-40^-60 kPa(D区)。分析不同月份各个处理桃树茎干日变化之间的差异,结果表明,桃树茎干日生长量在休眠期基本为负值,第一生长期内平均日生长量在20~50μm之间,第二生长期内平均日生长量在30~70μm之间,停长期内平均日生长量出现正负交替。结果同时表明,各处理桃树在整个生长周期内茎干生长量存在显著差异,整个生长周期内生长量由大到小顺序为D>C>A>B。综合分析得出,在桃树整个生长周期内将土壤水势维持在-40^-60 kPa时有利于桃树生长。

影响桃树茎干日最大收缩量变化因素分析

试验共设计2个处理和1个对照,分别将土壤水势控制在-10～-20 kPa和-40～-60 kPa,对照为自然条件。选取土壤水势、日最高温度、日平均温度、日温差几个因素,分析各因素与桃树茎干日最大收缩量(MDS)之间的相关关系。分析表明,3月份各因子与MDS变化之间相关性由高到低的顺序为:日温差>日最高温度>日平均温度>土壤水势;4月份为:日温差>日平均温度>日最高温度>土壤水势;5月份为:日最高温度>日平均温度>日温差>土壤水势。结果表明,在一定条件下,土壤水分不是影响桃树茎干日最大收缩量变化的主要因素,MDS不能准确反映土壤的干旱程度以及土壤水分对植物的有效性。因此,以MDS作为灌溉控制指标具有很大的局限性。

西北水资源可持续利用现状分析

通过分析西北水资源现状和水资源与生态环境，水资源与工业、农业及城市发展的关系，提出西北水资源可持续利用的对策与建议。

冬季桃树生理生态指标变化规律研究

在分析空气温度、土壤水势以及土壤温度生态因子变化的基础上，研究了桃树茎干日变化规律以及冬季桃树的茎干变化。得出冬季土壤水势随时间逐渐减小，并受土壤温度变化影响。分析了冬季桃树地5、15和30cm深度的土壤温度变化规律，并对曲线进行拟合，发现冬季土壤温度以二次函数规律变化，并且相关系数都在0．9以上。桃树茎干有明显的日变化规律，日最大收缩量受土壤水分状况影响较大，土壤水势高的处理，桃树茎干日最大收缩量大，相反水势较低的最大日收缩量变化较小。在2006年11月～2007年1月桃树茎干随时间不断收缩，但是收缩幅度与土壤水势有关，土壤水势高的收缩幅度较小，水势低的，收缩幅度较大。

陕西黄土区农田土壤主要养分特征及影响因素

为了探究陕西黄土区农田主要土壤养分特征及其影响因素,基于研究区5096个农田0~20 cm耕层采样点数据,利用GIS与地统计学方法对有机质(SOM)、全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量进行空间分析,并应用地理探测器模型探究18种影响因素对养分空间变异的解释程度。结果表明:SOM、TN、AP和AK含量均值分别为14.43 g·kg^(-1)、0.92 g·kg^(-1)、18.21 mg·kg^(-1)和190.28 mg·kg^(-1),呈现中等程度变异;4种养分最佳拟合模型均为指数模型,各养分呈现中等程度空间相关性,结构性与随机性因素的共同作用导致了养分含量的空间差异;养分全局空间相关性大小表现为:TN>SOM>AK>AP;养分含量区域差异明显,呈现由北向南逐渐递增的趋势;年日照时长、年均气温、化肥用量和地貌类型等单因子作用对各养分含量空间变异具有更强的解释力,两因子交互作用对养分的解释力强于其单因子解释力。研究表明,陕北地区宜适当增加肥料投入,关中地区宜进行精耕细作,农田建设应考虑多方面因素。

桃树茎直径微变化与土壤水势及气象因子的关系

通过对充分供水和逐步干旱处理的盆栽"仕女红"桃树茎直径微变化动态的观测,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和日最大值恢复时间(RT)对水分状况和气象因子的响应,并对适宜灌溉控制指标进行了探讨。结果表明:随土壤水势降低,桃树茎直径MDS和RT呈增大趋势,DI呈下降趋势并由正值变为负值;气象因子对桃树茎直径变化影响显著,太阳辐射(Rn)和空气相对湿度(RH)对MDS影响最强烈,连续降雨对DI和RT影响显著。DI受土壤水势影响产生变化的趋势明显并受气象因子影响较小,是最理想的灌溉控制指标,可将DI=0作为灌溉控制临界值;MDS受气象因子影响强烈,变异性较大,且需要充分灌溉条件下的MDS作为参考,RT与土壤水势的相关性不高,因此均不适合单独作为灌溉控制指标。