基于Landsat8时间序列的宁夏青铜峡市农田防护林提取

农田防护林在西北多风沙地区发挥了重要防护作用,为农作物提供了良好的生长环境。为了解农田防护林的空间分布特征,需要对防护林进行有效提取,采用中低分辨率遥感数据进行农田防护林提取成为重要途径。以宁夏青铜峡市农田防护林为研究对象,在2019年影像中选取7期可以代表4个季度地物特征的Landsat8 OLI影像数据,在影像预处理基础上,融入水体指数、植被特征和植被指数,提取植被的物候特征,掩膜去除研究区内其他地物,从而实现农田防护林的提取。同时利用野外调查结果和土地利用数据对提取结果进行精度评价。结果表明,该方法防护林提取的总体精度为85.16%,野外调查的50个采样点中有44个点被准确提取,精度达到88.00%。青铜峡市农田防护林多以林带的形式呈现,林带主要沿排水沟分布。

宁夏河东沙区柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略

【目的】探究柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略,分析这2个树种在混交林中的水分利用关系、土壤水利用率的影响因子以及种植方式对土壤水分环境的影响,为旱区防护林的林分结构优化调控提供理论指导。【方法】于2018年生长季(5—10月),在宁夏河东沙区选择柠条纯林、新疆杨纯林和柠条+新疆杨混交林,利用氢氧稳定同位素技术和IsoSource混合模型,分析柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分来源,采用相似性比例指数(PS指数)计算柠条和新疆杨在混交林中的水分利用关系;同时,监测土壤含水量、土壤养分和根系生物量,并利用结构方程模型(SEM)量化不同因子对林地植物土壤水利用率的影响;计算土壤储水量、土壤水分亏缺和土壤水消耗率,分析柠条、新疆杨纯林及混交林对土壤水分环境的影响。【结果】1)在纯林和混交林中,整个生长季的柠条的主要水分来源土层基本一致,而新疆杨则表现出不一致性。2)混交林中柠条和新疆杨在整个生长季的相似性比例指数(PS)为62.75%,表明两者之间存在较弱的水分竞争,在生长季不同时期,2个树种的主要水分来源土层不同,能通过水分利用的时间和空间分离来应对干旱。3)土壤含水量对3个林地的植物土壤水利用率的总效应最高,土壤含水量和土壤养分与柠条纯林的土壤水利用率呈极显著负相关(P<0.01),而与混交林中柠条的土壤水利用率呈极显著正相关(P<0.01),与新疆杨纯林和混交林的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05);根系生物量对3个林地的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05)。4)混交林土壤储水量高于柠条和新疆杨纯林,而土壤水分亏缺和土壤水消耗率低于柠条和新疆杨纯林。【结论】柠条在纯林和混交林中的水分利用策略基本一致,新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略存在差异;混交林中的柠条和新疆杨通过时间和空间上的水分利用的差异来应对干旱,且混交林相比纯林可更有效降低土壤干旱化风险;土壤含水量和土壤养分是影响3个林地植物土壤水利用率的主要因素。

宁夏银北盐碱地不同植被光谱特征研究

【目的】研究不同程度盐碱化土壤上植被的光谱特征,为基于典型植被冠层光谱特征估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤盐碱化程度提供理论依据。【方法】于2018年7月中旬,在宁夏银北盐碱地区选取样地,调查不同盐碱化程度土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量,分析不同程度盐碱化土壤上代表性植被类型(白刺和芦苇)以及中度盐碱化程度土壤上15种植被(向日葵、芦苇、花花柴、白茎盐生草、西伯利亚滨藜、藜、稗、紫苜蓿、柳枝稷、水稻、砂引草、白刺、槐、赖草、芨芨草)的冠层光谱特征及红边参数变化,研究植被冠层红边参数与土壤pH值、全盐含量以及叶片叶绿素含量的相关性。【结果】不同程度盐碱化土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量有明显差异。随着土壤盐碱化程度的增加,在可见光波段(350~760 nm),白刺冠层光谱反射率呈先上升后下降的趋势,芦苇冠层光谱反射率总体上先降低后升高;在760~1400 nm波段,白刺冠层光谱反射率逐渐降低,芦苇冠层反射率先升高后降低;在1400~2500 nm波段,白刺冠层反射率分别是先升高后降低(1400~1900 nm)和持续增加(1900~2500 nm),芦苇冠层反射率先降低后升高。随着土壤盐碱化程度的增加,白刺冠层光谱红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值均减小;芦苇冠层光谱以上红边参数均先增加后减小。中度盐碱化土壤上,15种植被冠层光谱特征曲线变化趋势相似,但光谱反射率大小存在不同程度差异;除了最小振幅之外,15种植被冠层光谱的红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值差异较大,故根据光谱特征在野外能够区分典型植被类型。土壤pH值与红边位置、红边斜率和红边峰值面积均呈极显著负相关关系,与红边斜率与最小振幅的比值呈显著负相关关系;土壤全盐含量与红边参数均不相关;叶片叶绿素含量与红边位置之间呈极显著正相关关系,与红边斜率和红边峰值面积之间为显著正相关关系。【结论】在不同程度盐碱化土壤上,不同植被冠层光谱特征变化趋势有差异,根据典型植被冠层光谱特征可以估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤pH。

利用多源光谱信息反演宁夏银北地区干湿季土壤含盐量

土壤盐渍化是导致全球荒漠化和土壤退化的主要诱因之一。为确定高光谱和多光谱遥感反演干湿季土壤含盐量的最优模型,该研究以宁夏银北平罗县为例,以干季(4月)和湿季(10月)实测高光谱和Landsat 8 OLI多光谱以及干湿两季实测土壤含盐量为基础数据源,利用相关系数法、灰度关联法和逐步回归法筛选敏感光谱数据,分别采用偏最小二乘、支持向量机、岭回归、BP神经网络和地理加权回归建立干湿两季土壤含盐量反演模型。结果表明:1)银北地区土壤盐渍化较为严重,干湿季含盐量均表现为强度变异,且干季变异程度大于湿季;2)在不同土壤含盐量条件下,重采样后的高光谱波段反射率和影像波段反射率具有显著相关性;3)对比相关性分析、灰度关联和逐步回归三组变量筛选方法下各模型R2和RMSE,逐步回归组模型整体效果较好;4)5种土壤含盐量反演模型中地理加权回归模型精度较高,支持向量机算法和BP神经网络算法在基于不同变量组的模型中表现较为接近,岭回归表现最差,偏最小二乘回归模型出现了较严重的“过拟合”现象。局部模型在土壤含盐量反演方面更具优越性。干季以实测灰度关联组-地理加权回归模型效果最佳,其验证决定系数Rp 2和相对分析误差RPD分别为0.94和4.49;湿季以影像相关系数组-地理加权回归模型反演效果最好,其验证决定系数Rp 2和相对分析误差RPD分别为0.96和4.83。研究结果可为当地及同类地区土壤盐渍化的识别、防治提供理论依据。

宁夏河东沙区刺槐和丝绵木水分利用策略

刺槐和丝绵木混交林是宁夏河东沙区防护林建设的主要模式,了解刺槐和丝绵木的水分利用策略,能为区域植被恢复和防护林林分结构调整提供科学依据。以宁夏河东沙区刺槐(Robinia pseudoacacia)和丝绵木(Euonymus bungeanus)混交林为研究对象,通过监测微气象、树干液流和土壤质量含水量,结合大气降水、土壤水、植物木质部水同位素组成,采用Granier及其校正公式,运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)和相似性比例指数(PS)研究2个树种的蒸腾耗水、水分来源和水分利用关系。结果表明:刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量在生长季中期较高,前期和后期较小,刺槐的蒸腾耗水量是丝绵木的1.55倍;影响刺槐蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;影响丝绵木蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、平均气温、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;蒸腾耗水较高时,刺槐主要吸收利用中层土壤水,丝绵木主要吸收利用浅层土壤水,蒸腾耗水较低时,刺槐主要吸收利用浅层土壤水,丝绵木主要吸收利用中层土壤水;在土壤水分含量较小的月份,刺槐和丝绵木主要通过水分利用空间上的差异来应对干旱,维持自身的蒸腾耗水;土壤水分含量较高的月份,刺槐和丝绵木的相似性比例指数最大,存在较强的水分竞争关系;浅层土壤水分含量较高可能反映了沙区植物根系对土壤水分再分配作用下植物在水分和养分需求之间的平衡。

宁夏河东沙地不同坡度柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)水分利用策略差异

为探讨全球气候变化背景下多元线性混合模型(IsoSource)和贝叶斯混合模型(MixSIAR)解析宁夏河东沙地柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)水分利用策略差异及适用性,利用氢氧稳定同位素技术,结合直接对比法、IsoSource模型和MixSIAR模型对比分析不同坡度(6°、10°、16°和24°)样地柠条锦鸡儿在生长季不同时期对各潜在水源的利用率,并评估两种模型的植物水分溯源效果。结果表明:柠条锦鸡儿对不同土层深度土壤水的利用存在明显的季节性差异,生长季初期,随着坡度的增大,柠条锦鸡儿对中层土壤水的利用率呈现出先增大后减小的趋势;生长季中期,随坡度增大,柠条锦鸡儿主要水分来源由深层土壤转移至浅层土壤;生长季后期,柠条锦鸡儿主要水分来源随着坡度的增大由浅层土壤转移至深层土壤。基于直接对比法的定性判断结果,IsoSource模型和MixSIAR模型计算坡度6°、10°和16°样地柠条锦鸡儿主要水分来源利用率的适用性均较高;而Mix⁃SIAR模型计算坡度24°样地柠条锦鸡儿主要的水分来源以及其贡献率具有更高的可靠性。Iso⁃Source模型更适合解析较小坡度(6°和16°)样地柠条锦鸡儿的水分利用策略;而MixSIAR模型解析较大坡度(10°和24°)样地柠条锦鸡儿水分利用策略的适用性更好。研究结果可为我国干旱区植物水分来源鉴别方法的选择提供科学参考.

限制开发生态区农户生计脆弱性影响因素评价

宁夏盐池县属于主体功能区划中的限制开发生态脆弱区,承担着区域重要的生态系统服务功能,本研究选取盐池县8个典型乡镇、26个行政村调研,基于279份农户调查数据,运用主客观综合权重法、综合指数法、主成分分析法对农户生计资本定量分析,探讨影响农户生计脆弱性的重要因素,为提高农户可持续生计能力提供参考.结果表明:①农户生计脆弱性指数呈现显著的区域差异性特征,且农户的生计脆弱性指数与社会-生态系统的脆弱性指数发展趋势相吻合.禁止开发生态区农户生计处于高度脆弱状态,强限制开发生态区和中限制开发生态区的农户生计处于中高度脆弱状态,弱限制开发生态区农户生计处于中度生计脆弱状态.②物质资本的高度不稳定性、认知资本的耦合复杂性、人力资本本身的区域差异性是驱动生计脆弱性变化的关键.农户生计资本受其生计方式、环境保护意识、政策认知程度、牲畜存栏量和社会关系网络的显著影响.③生态补偿政策(社会政策制度)对农户生计方式选择和整个社会-生态系统产生显著影响,使社会生态系统朝着良性方向发展,在一定程度上降低了农户生计脆弱性水平.有助于我们从新视角全面对人地关系演变趋势做出及时预测,缩减应对环境变化风险的反应能力.

宁夏中部干旱带农田防护林对西瓜叶片光合特性及产量的影响

以宁夏中部干旱带的旱柳防护林网为研究对象,测定0.5H(H为树高)、1H、2H、3H、5H与林网中心西瓜的光合生理特性及产量,分析防护林网对西瓜生长的影响。结果表明:林网内西瓜叶片的光合生理特性与其和林网的距离存在显著相关性,与林网中心相比,林网东侧2H、西侧1H、南侧1H与北侧0.5H范围内不同位置的光合有效辐射(PAR)日平均值减少30%以上,林网东侧受到的影响最大;林网内不同位置的净光合速率(Pn)与光合有效辐射间存在显著正相关关系,随着与防护林距离的增加,Pn与PAR呈相似的变化趋势;西瓜产量与气温和光合有效辐射间存在显著正相关关系,林网东侧2H、西侧1H、南侧1H与北侧0.5H范围内西瓜出现减产趋势,减产量为17.46%~38.08%,其余地方处于平产或增产区。综上,防护林通过遮阴影响了西瓜的光合特性,防护林附近区域西瓜减产严重;可在防护林影响范围内种植喜阴作物,增加经济效益。

脱硫石膏与粉煤灰配施对碱化土壤改良及苜蓿生长的影响

【目的】筛选适宜新垦龟裂碱化土壤改良和苜蓿生长的脱硫石膏和粉煤灰配比。【方法】采用小区试验,试验设置CK(脱硫石膏0、粉煤灰0)、T1(脱硫石膏30 t/hm^(2)、粉煤灰15 t/hm^(2))、T2(脱硫石膏30 t/hm^(2)、粉煤灰30 t/hm^(2))、T3(脱硫石膏30 t/hm^(2)、粉煤灰45 t/hm^(2))、T4(脱硫石膏45 t/hm^(2)、粉煤灰15 t/hm^(2))、T5(脱硫石膏45 t/hm^(2)、粉煤灰30 t/hm^(2))、T6(脱硫石膏45 t/hm^(2)、粉煤灰45 t/hm^(2))共7个处理,研究脱硫石膏和粉煤灰配施对土壤pH值、碱化度和可溶性盐量及苜蓿生长影响。【结果】脱硫石膏和粉煤灰配施显著改善龟裂碱化土壤物理性质,与CK相比,T3处理土壤体积质量降低7.69%,土壤孔隙度和田间持水率分别提高9.69%和18.70%;脱硫石膏和粉煤灰配施对0~40 cm土层土壤化学性质改良效果较好,T4处理0~10、10~20 cm土层土壤pH值分别降低10.51%、11.66%,碱化度分别降低56.76%和50.27%;T4处理0~10、10~20、20~40 cm土层土壤可溶性盐量分别下降32.33%、52.55%、3.04%;T4、T1处理苜蓿增产效果较好,与CK相比,苜蓿鲜质量分别提高61.76%、43.21%,干物质量分别提高48.80%、30.72%;但脱硫石膏和粉煤灰配施量过大则会造成减产,T6处理苜蓿鲜质量和干物质量分别较CK降低19.69%、10.24%。【结论】脱硫石膏和粉煤灰配合施用能有效降低龟裂碱化土壤的体积质量、pH值、碱化度和可溶性盐量,提高土壤孔隙度、田间持水率,从而有利于苜蓿的生长和发育,其中45 t/hm^(2)脱硫石膏与15 t/hm^(2)粉煤灰为最优配比组合。

基于Gash修正模型与神经网络优化模型的刺槐冠层截留模拟

[目的]对比分析Gash修正模型和神经网络模型在模拟和预测人工林冠层截留的适用性,揭示干旱区刺槐冠层截留及其响应过程,为深入了解森林生态水文过程及其调控机制提供科学依据。[方法]于2019年5—10月,以宁夏河东地区刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,定位观测了树干茎流和穿透雨并计算得到冠层截留,采用修正后的Gash模型与神经网络模型对刺槐林林冠截留量进行了模拟。[结果](1)研究区刺槐人工林的穿透雨量、树干茎流量、林冠截留量分别为154.19,5.61,16.5 mm,产生穿透雨和树干茎流的阈值分别为1.37,2.17 mm。(2)Gash修正模型和优化后的神经网络模型均能较好地模拟刺槐冠层截留量,Gash修正模型的绝对误差、均方误差、均方根误差、平均绝对百分比误差分别为0.20%,0.06%,0.24%,52.43%,模拟结果拟合精度达到83%;与Gash修正模型相比,采用麻雀搜索算法优化后的BP神经网络算法模型(SSA-BP),均方误差降低了61.48%,平均绝对误差降低了40.39%,均方根误差降低了37.93%,平均绝对百分比误差降低了50.52%,决定系数提高了1.2%。[结论]在林木冠层截留模拟研究方面,加入麻雀搜索算法后的BP神经网络模型具有较好的可靠性,可以有效降低模拟误差,提高模型的预测精度。

施磷水平对盐碱地柳枝稷碳氮磷生态化学计量特征的影响

为探究不同施磷水平对盐碱地柳枝稷叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,本研究以宁夏大学西大滩盐碱地综合改良利用核心试验站的两种生态型柳枝稷为研究对象,设不施磷(0)、施低磷P2O530 kg·hm^(-2)(30)和施高磷P2O590 kg·hm^(-2)(90)3个水平,分析比较了2019-2020年低地型品种Alamo和高地型品种Pathfinder柳枝稷叶片与土壤C,N,P含量及其生态化学计量变化规律。结果表明:连续2年施磷处理条件下,Alamo和Pathfinder品种柳枝稷叶片C,N,P生态化学计量特征差异显著。Pathfinder品种的C、N、P含量显著高于Alamo品种。就施磷水平而言,施高磷影响更为显著。连续2年施磷处理可以有效提高土壤有效磷含量和磷酸酶活性,降低土壤pH值和盐分含量。柳枝稷叶片与土壤化学计量特征之间存在较强的相关关系。因此,施磷处理有效改变了柳枝稷叶片和土壤C、N、P含量及化学计量比,为揭示盐碱地农业生态系统元素平衡提供一定的参考价值。

碳中和背景下光伏阵列对沙漠地区微气候的影响

【目的】为更好地掌握沙漠地区光伏阵列对局地微气候的影响。【方法】选取宁夏中卫沙漠光伏产业园作为研究区域,采用自动气象站实地观测,对比分析光伏电站内与流动沙丘(对照点)气象要素和土壤温湿度的变化特征及差异。【结果】与流动沙丘(对照点)相比,光伏电站内2 m高度空气温度增加了0.13℃,空气湿度提高了0.85%,太阳辐射量降低了11.87 W/m^(2),平均风速减少了1.35 m/s;站内偏南北方向的风明显减少,主风向由原来的东北风转变为东风,风向更加单一;光伏电站内空气温度日较差显著高于站外,空气湿度日较差大于站外,夜间差异明显。电站内土壤温度分别为22.76℃(10 cm)、23.13℃(20 cm)、22.94℃(30 cm),较流动沙丘(对照点)分别降低1.5℃、1.11℃、0.74℃;电站内土壤含水量分别为7.35%(20 cm)、8.58%(30 cm),较流动沙丘(对照点)分别增加了1.2%、0.73%;与流动沙丘(对照点)相比,夜间(8时前和21时后)光伏电站内土壤温度(10 cm)上升,4时至9时光伏电站内土壤温度(20 cm)上升;不同时刻光伏电站内不同深度土壤含水量均高于流动沙丘(对照点)。【结论】光伏阵列对近地表气象要素和土壤温湿度影响明显,站内空气温湿度具有复杂的昼夜变化特征;光伏阵列的布设可改善沙漠地区的环境因子,增加空气湿度、土壤含水量,降低太阳辐射和风速,发挥着防风固沙的作用。本研究结果可为沙漠地带未来光伏电站的可持续发展提供理论支撑,对荒漠区风光电建设的生态保护与修复具有重要的指导意义。

腾格里沙漠光伏阵列对气流场和风沙流的扰动作用

[目的]研究腾格里沙漠光伏(PV)阵列扰动下的近地层气流场与风沙流结构特征,评估光伏阵列的防风固沙效果,为沙漠地区风沙灾害治理和生态环境可持续发展提供理论支撑。[方法]采用梯度风速观测设备,实地观测光伏阵列(电板前沿、电板后沿和阵列间中线)和对照点的风速垂直分布、风速流场和风沙流结构,对比分析电站内外不同位置的气流场与输沙特征。[结果](1)电站内整体风速呈现降低特点,阵列间与电板后沿平均风速随高度上升而增加,电板前沿平均风速随着高度增加呈先降低后增加的趋势。(2)(1)草方格观测断面。电板前沿出风口处的风速明显增加,电板后沿进风口和阵列间中线100 cm以下的风速降低;(2)风蚀坑观测断面。光伏电板150 cm以下的风速降低,阵列间的风速脉动变化明显;(3)砾石观测断面。风速相对变化率与风速流场格局稳定,电板后沿150 cm以上部分风速增加。平均防风效果:砾石>草方格。(3)输沙量表现为:电板前沿>电板后沿>阵列间中线;流动沙丘参照点(上风向)与电板前沿λ(风沙流结构特征值)呈饱和状态,电板后沿和阵列间λ呈非饱和状态。[结论]与流动沙丘相比,光伏阵列扰动了风速流场格局,风速脉动和湍流度发生变化,输沙量明显下降,固沙效益明显。

宁夏河东沙区侧柏冠层气孔导度对环境因子的响应及其模拟

为了解林木冠层气孔导度对环境因子的响应规律,进一步阐释冠层气孔导度调控森林蒸腾的机理,本研究以宁夏河东沙区典型防护林树种侧柏(Platycladus orientalis)为对象,利用Granier热扩散技术,在生长旺季(7—9月)连续监测树干液流,并同步观测小气候;利用Penman-Monteith方程计算获得连续的冠层气孔导度(gc),并采用Jarvis-Stewart气孔模型对侧柏冠层气孔导度变化过程进行模拟。结果表明:环境因子与gc呈极显著相关关系(P<0.01),对侧柏gc的影响从大到小依次为大气温度(Ta)>太阳辐射(Rs)>饱和水气压亏缺(VPD)>空气湿度(RH)。典型晴天下,gc与VPD、Ta的关系曲线上升阶段和下降阶段路径不同,呈现"磁滞回环"的特性,且不同时段表现出不同的响应规律。Jarvis-Stewart模型较好地模拟了侧柏冠层气孔导度对环境变量Rs、VPD、Ta的响应过程,采用交叉验证法对模型进行验证和参数率定,可以解释84.4%的变量。

不同盐结皮光谱特征及其盐渍化信息预测研究

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,为及时、准确获取土壤盐渍化信息,以宁夏银北地区不同盐结皮土壤为研究对象,运用土壤学和地统计学方法,以土壤野外原位光谱数据和室内盐分指标测定数据为基本信息源,系统分析不同盐结皮光谱特征,确定对结皮层pH值、电导率(EC)和盐分离子含量最敏感的土壤光谱反射率转换形式、波段和光谱盐分指数,进而建立并验证基于敏感盐分指数的盐分指标预测模型。结果表明:研究区白碱结皮光谱反射率在450～1 050 nm波段最高,马尿碱结皮次之,黑油碱结皮最低。通过野外光谱反射率可以将研究区主要盐结皮类型进行分类。反射率平滑后再经过一阶微分、倒数对数一阶微分、连续统去除和连续统去除一阶微分转换后,最大相关系数比只作平滑处理的反射率显著增大。与pH值、EC和CO2-3、Mg2+含量相关性最强的转换方式是连续统去除一阶微分,与SO2-4、Ca2+、K+含量相关性最强的转换方式是倒数对数一阶微分,与HCO-3、Cl-、Na+含量相关性最强的转换方式是一阶微分。整体上连续统去除一阶微分与各盐分指标的相关性最强。整体来看,盐分敏感区域在蓝光450、470、485 nm附近,绿光501、575 nm附近,红光680 nm附近和近红外多个波段。与各盐分指标相关性最强的盐分指数分别为:pH值为盐分指数S1,Cl-、K+含量为盐分指数SI3,SO2-4、Mg2+含量为盐分指数S2,EC和HCO-3、Na+含量为盐分指数S3,CO2-3、Ca2+含量为盐结皮指数SCI。除CO2-3含量外,利用敏感盐分指数可以准确预测土壤结皮层pH值、EC和其他盐分离子含量,其中对Na+含量的拟合度最大。该研究可为银北地区不同盐结皮土壤分类及盐渍化信息的准确预测提供科学依据。

河东沙区侧柏树干液流与蒸腾驱动因子的时滞效应研究

树干液流传导反映树木蒸腾过程是估算林木耗水量的重要基础,忽视液流的时滞现象则会造成显著误差。以宁夏河东沙区防护林树种——侧柏(Platycladus orientalis)为研究对象,利用热扩散茎流计监测林木生长旺季的树干液流(J_s)日变化格局,采用时间错位对比法分析侧柏树干液流与蒸腾驱动因子之间的时滞效应,旨在为准确理解液流时滞和冠层蒸腾的关系,提高预测森林蒸腾耗水的准确度提供依据。结果表明:典型晴天下,侧柏树干液流与蒸腾驱动因子太阳辐射(E_s)、饱和水汽压亏缺(D)、大气温度(θ_a)均呈现"迟滞回环"的关系,液流密度J_s对D、θ_a的响应回环过程呈顺时针方向,而J_s与E_s间响应回环过程则为逆时针。采用高斯方程拟合E_s、D、θ_a、潜在蒸散(E_p)及J_s日变化过程,结果表明Js峰值时刻明显滞后于E_s和E_p,提前于θ_a和D;E_s与E_p日变化过程和峰值时刻同步,但明显早于θ_a和D。错位对比法分析得出,典型晴天下侧柏树干液流与主要驱动因子E_s、D、θ_a的实际时滞分别为0.75、-0.75和-0.25 h。侧柏树干液流与E_s之间的时滞ΔJ_s-E_s与日间耗水量(W_d)和日平均水汽压饱和亏缺(D)显著相关;与D之间的时滞ΔJ_s-D与W_d、日间太阳辐射总量(E_(sT))、D显著相关,且对侧柏树干液流时滞具有促进作用。

基于高光谱特征的盐渍化土壤不同土层盐分离子含量预测

为了利用高光谱技术准确预测不同土层土壤盐渍化程度,该研究以宁夏银北地区不同层次土壤为研究对象,以土壤实测光谱数据和室内盐渍化指标测定数据为基本信息源,系统分析不同类型盐渍化土壤光谱特征,确定与土壤pH值、电导率(electric conductivity,EC)和可溶性盐分离子相关性最强的反射率转换方式,筛选0~5 cm和0~20 cm土层盐分指标敏感波段,然后建立并验证不同土层不同土壤盐分指标的预测模型。结果表明:研究区不同类型、不同盐渍化程度土壤光谱特征曲线变化趋势相似,盐土光谱反射率最高,轻度硫酸盐型土壤反射率最低。在所有盐分指标中,单波段反射率与0~5 cm土壤SO42-的相关性最强(相关系数为0.910 4);反射率与CO3^2-、HCO3^-、Cl^-含量相关性不显著。土壤单波段反射率与0~20 cm土层SO42-的平均相关系数比0~5 cm土层降低了0.232 2,但Cl^-、K^+、HCO3^-和EC的相关系数都有所增大。反射率通过不同方式转换后,敏感波段与各盐分的相关性有不同程度的增强,尤其是一阶微分和连续统去除后一阶微分转换。在0~5 cm土层反射率经过平滑后一阶微分转换后与土壤pH值、SO4^2-、K^+、Mg^2+相关性最强;反射率经平滑后连续统去除一阶微分转换与土壤EC、CO3^2-、HCO3^-、Cl^-、Na^+、Ca^2+的相关性最强。0~20 cm土层中,平滑后连续统去除一阶微分与土壤pH值、Cl^-相关性最强,平滑后倒数对数一阶微分与EC、HCO3^-、SO4^2-、Na^+、Ca^2+的相关性最强,而平滑后一阶微分与CO3^2-、K^+、Mg^2+相关性最强。不同土层相同盐分指标敏感波段不同。利用偏最小二乘回归建立的预测模型中,0~5 cm和0~20 cm敏感波段对10个盐分指标预测平均决定系数分别为0.820 8和0.890 7,其中0~5 cm敏感波段对SO4^2-的预测模型决定系数达0.967 6。采用逐步回归与偏最小二乘回归相比模型引入敏感波段减少,但R2降低。验证结果表明模型对0~20 cm土层SO4^2-和CO3^2-的预测能力不及0~5 cm;但对其他8个盐分离子的预测能力明显高于0~5 cm。研究结果可以为该地区土壤的盐渍化信息预测及植物格局配置提供科学依据。

盐碱地不同柳枝稷品种的生理特性

在宁夏银北盐碱地区,以11个柳枝稷(Panicum virgatum)品种为供试材料,通过田间试验研究了柳枝稷的生理适应性。结果表明,柳枝稷各时期不同生理指标变化趋势不一致,柳枝稷叶片电导率在返青期最高,SPAD值在抽穗期最大,可溶性糖含量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性在灌浆期最高,脯氨酸含量和过氧化物酶(POD)活性在拔节期达最大值,并且品种之间差异明显。抽穗期、开花期不同柳枝稷品种生理指标差异较大,可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量最高值分别是最低值的8.76、2.54、4.65倍。Cave-in-Rock和NewYork品种SPAD值和渗透调节物质含量均较高,表现出较强的生理适应性;Trailblazer、Japan和Nebraska 28这3个品种渗透调节物质含量较高,生理适应性中等;Alamo、Forestberg、Black Well、Ansai、Pathfinder、Kanlow这6个品种CAT活性较低,其他指标中等,生理适应性一般。

降碱抑盐改良剂对重度盐化碱土的改良效果

以宁夏银北重度盐化碱土为研究对象,连续4 a监测脱硫石膏、糠醛渣、醋糟和菌肥单独或配合施用对土壤pH值、全盐和其他理化性状的改良效果及对水稻生长指标的影响。结果表明:(1)改良4年间T2(单施脱硫石膏)或各改良剂配合施用的处理(T3~T6)在0~20 cm土层pH值比T1(CK,不施用改良剂)降低,其中T5(脱硫石膏+糠醛渣+醋糟+菌肥)相对降幅最大,T6(脱硫石膏+菌肥)降幅最小,T3(脱硫石膏+糠醛渣+菌肥)和T4(脱硫石膏+醋糟+菌肥)差异较小;土壤碱化度和电导率变化趋势与pH值相似,但降幅明显大于pH值降幅。(2)4年间T2~T6处理表层土壤有机质含量比T1分别平均增加了1.30、3.97、4.03、5.16 g·kg -1 和2.15 g·kg -1;不同处理土壤速效养分含量的变化趋势与有机质相似,但增幅均大于有机质。(3)4年间T2处理水稻保苗率显著高于T1,但普遍低于改良剂配合施用的处理,T5保苗率最高,T4保苗率略优于T3;改良剂配合施用对株高提升效果不及保苗率明显;各改良剂均能提高作物穗长、每穗粒数和结实率,降低空秕数;T2~T6处理4年产量平均值分别比对照增加 77.92%、118.48%、128.93%、158.10%和102.13%,T4纯收入最高,其次为T5。整体来讲,施用脱硫石膏+糠醛渣+醋糟可以显著降低土壤pH值、碱化度和EC、提高土壤有机质和养分含量,实现土壤降碱抑盐、作物增产增收的目的。

能源牧草与盐碱地生态治理研究

能源牧草抗逆性强、产量高,既能提供优良饲料,又能生产生物能源,兼有经济效益和生态效益,在盐碱地生态治理和生态产业发展中,开发潜力巨大。文章分析了甜高粱、柳枝稷、巨菌草和苜蓿等几种典型能源牧草的特性,从盐碱地耐盐植物筛选利用、微生物生态治理以及生态治理装备和技术等方面总结了盐碱地生态治理关键技术的发展趋势,分析了盐碱地生态治理的困境,并提出了以能源牧草为核心的盐碱地生态治理模式,为盐碱地生态治理和生态产业提供了新的发展思路。