砒砂岩区生态治理-生态衍生产业协同发展关键技术与模式

探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径,是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此,以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象,基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法,提出了生态治理-生态衍生产业协同发展的基本原理和应遵循的原则,探索了生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与模式,并开展了示范应用。1)生态治理-生态衍生产业协同发展的原理是行为互驱动、效应互补偿,应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”;2)鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区生态环境有明显差异,分别构建了小流域生态治理-生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和模式,以坡顶、坡面和沟道为水土保持措施配置的3个地貌单元,选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的作物进行生物措施配置,配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理;3)研发了物理-化学-生物综合改良砒砂岩土壤、砒砂岩复配风沙土+生物改良提质、灌草优化平茬及饲料加工、煤矸石改性资源化利用、高陡边坡抗蚀+控渗+植生固稳、生态果园建植等关键技术;4)基于砒砂岩覆沙区“土壤改良固沙+”(如土壤改良固沙+经济林种植、土壤改良固沙+梭梭草套种甘草等)生态治理模式的实践与示范,探索实施了“政府支持,科技支撑,企业产业化+公益性投资,农牧民市场化参与”的多元投资、多方参与、共同受益运行机制与模式。通过灌草平茬饲料加工、土壤改良、经济作物种植等产业化中试,以及矿区回填区生态恢复、小流域生态治理-生态衍生产业协同发展示范性实践,表明脆弱生态区治理中发展生态衍生产业具有广阔的前景。

黄河砒砂岩区生态治理关键技术研究

砒砂岩区是黄河流域生态最脆弱、复合侵蚀最严重的粗泥沙集中来源的核心区,为实现黄河流域生态保护和高质量发展国家战略确立的生态保护重大目标,迫切需要创新砒砂岩区生态治理关键技术。针对砒砂岩区生态退化和复合侵蚀的治理问题,通过典型抽样调查、遥感解译统计、室内水化与力学试验、野外原位观测与示范验证等多种方法,重点研发了砒砂岩区生态治理若干关键技术。介绍了砒砂岩区块体状重力侵蚀治理、砒砂岩改性材料谷坊建造、砒砂岩煤矸石改性利用、砒砂岩质地土壤改良提质、生态综合治理模式等的关键技术原理与内容,以及这些技术的示范应用效果;展望了砒砂岩区生态治理理论与技术研究的发展方向,为砒砂岩区生态治理提供科技支撑,并推进脆弱生态区治理技术的深化研究。

加强水资源国际合作 为灌区农业用水提供可持续解决方案

黄河流域是国家重要的粮食生产基地,对保障国家粮食安全意义重大。粮食安全与水资源利用关系紧密,黄河是资源性缺水流域,以占全国2%的河川径流量,承担了全国17%的耕地和12%的人口的供水任务,农业用水占比接近70%。如何把农业用水效率提上去、总量省出来,提升流域水资源优化配置和统筹调配能力,夯实粮食安全水利基础。

引黄灌区土壤水盐运移模式及变化特征研究

为了研究引黄灌区土壤水盐运移模式及变化特征,以黄河下游开封市黑岗口引黄灌区为研究区,设置不同灌溉方案、排水方案、施肥方案,研究灌区土壤20~100 cm土层的水盐运移模式及变化特征,并使用灰色关联法,分析影响土壤水盐运移状态的敏感因素。研究结果显示:20~100 cm土层范围内,随深度增大,含水率先变小后变大,全盐量先变大后变小。具体变化特征是:定额浸灌相比定额喷灌模式而言,浸灌时土壤含水率较高、土壤全盐量较少。排水周期较短时,土壤含水率、全盐量变少。施肥量对土壤含水率影响不大,不施肥时全盐量最少,施肥量增多时全盐量增多;影响土壤水盐运移状态的敏感因素排名是:灌溉模式>灌水定额>排水周期>排水强度>施肥量。研究结果可作为调控土壤水盐运移状态的参考依据。

覆沙坡面产流产沙过程试验研究

通过对覆沙坡面产流产沙过程进行研究,以期揭示风水蚀交错区风水复合侵蚀机制,采用3个雨强（1.0mm/min,1.5mm/min,2.0mm/min）和3个覆沙厚度（0.5cm,1.0cm,1.5cm）在室内进行模拟降雨试验,分析不同雨强（覆沙厚度）下坡面的产流产沙特征。结果表明：坡面覆沙后与裸坡相比使得坡面的初始产流时间有所延长,不同雨强下延长了4.0~11.0倍,不同覆沙厚度下延长了11.0~14.0倍,初始产流时间随着雨强的增大而缩短,随着覆沙厚度的增加为延长;与裸坡对比,不同雨强下侵蚀量增加了1.9~19.0倍,不同覆沙厚度下侵蚀量大小是1.5cm〉0.5cm〉1.0cm;总之,坡面覆沙使得初始产流时间延长且在一定程度上加剧了侵蚀的发生。

黄河砒砂岩区生态治理—衍生产业协同发展关键技术与应用

1研究背景黄河流域砒砂岩区是我国乃至世界上生态极度脆弱、复合侵蚀最为严重、生态退化致贫现象尤为突出的区域,成为黄河粗泥沙的核心来源区,被称之为“地球生态癌症”,对构筑我国北方生态安全屏障、实现黄河长治久安和区域高质量发展带来重大挑战。黄河流域生态保护和高质量发展国家战略提出了着力加强生态保护治理,实施水蚀风蚀交错区重点防治工程,促进全流域高质量发展的目标任务。因此,研发黄河砒砂岩区生态治理—衍生产业协同发展的基础理论和关键技术,是黄河国家战略的重大需求。

丹江典型小流域土壤有效铜分布规律

[目的]研究丹江中游典型小流域土壤有效铜在不同土层深度、土地利用类型以及地形地貌因子下的分布规律,以期为该流域土地管理提供科学依据。[方法]应用地统计学和空间分析的方法对流域野外采样数据进行分析。[结果]（1）取样区土壤有效铜均值为0.743mg/kg,土壤有效铜含量随土层深度的增加而降低;（2）不同土地利用类型下土壤有效铜含量在0.289~2.043mg/kg之间且土壤有效铜含量总体处于较低范围;（3）不同土壤深度下土壤有效铜含量均与海拔呈负相关,而与坡度无相关性。[结论]结构性因素导致土壤有效铜分布呈现出强的空间依赖性;而施肥状况、耕作措施、种植制度等各类人为活动的影响又使得随机性因素增加,最终使得研究区域内土壤有效铜含量总体上呈带状分布格局。

关中平原灌区地下水电导率时间变化特征分析

不合理的灌溉方式使我国干旱半干旱地区土壤次生盐渍化问题加重,已成为该地区灌溉农业发展和生态环境质量的制约因素,研究地下水电导率的时间变化对指导灌区农业灌溉具有重要意义。基于对洛惠渠灌区51个观测井地下水电导率的长期监测结果,利用Spearman秩相关系数法和相对差分法分析了地下水电导率的时间稳定性特征。结果表明:洛惠渠灌区地下水主要是微含盐水和中含盐水,其电导率随时间呈现出一定的变化,电导率值越大,其值随时间的变化也相对越大。51个井点的地下水平均电导率在整个监测期间没有呈现增大的趋势,但地下水电导率呈中等变异,变异系数的范围为61%～72%。地下水电导率的Spearman相关系数变化范围为0.81到0.98(p<0.01),这表明监测井点地下水电导率时空格局的稳定性较强。2#井点是洛惠渠灌区地下水平均电导率的代表性位置点,基于2#井点的电导率预测值与研究区地下水平均电导率的实际值差异不大。因此,基于洛惠渠灌区地下水的电导率在时间上的稳定性,通过确定地下水电导率代表性位置及该点平均电导率可以快速有效地监测该区地下水平均电导率变化,从而为确定灌溉时间提供科学指导。

丹江鹦鹉沟小流域土壤有效锰质量分数分布特征

锰是土壤中的一种重要元素,其迁移过程可在一定程度上反映水土流失过程。为进一步阐明小流域内水土流失过程和小流域土壤有效锰的分布特征,采用DTPA-原子吸收火焰分光光度法对鹦鹉沟小流域不同地形因子、土地利用方式下土壤有效锰质量分数的测定,作出流域内土壤有效锰质量分数的各个方向分形维数,得出该小流域有效态锰的分布特征。结果表明：鹦鹉沟小流域土壤有效锰质量分数范围为7.43-57.67 mg/kg,均值为39.52mg/kg;海拔480-540 m地区质量分数最高,为41.61 mg/kg,变异系数从大到小为低海拔、中海拔、高海拔;8-14°坡度质量分数分布最高,为43.32 mg/kg,在不同坡度上变异系数从大到小为：较缓坡、微坡、急陡坡、较陡坡、缓坡;上坡位质量分数最高42.16 mg/kg,变异系数从大到小上坡位、中坡位、下坡位;林地质量分数最高42.07 mg/kg,变异系数从大到小为农地、林地、草地;在45°方向上具有较显著的分形特征,且变异程度最高。

鄂尔多斯砒砂岩区降雨径流资源调控与高效利用研究进展

鄂尔多斯砒砂岩区水资源短缺,生态环境脆弱,严重制约了社会经济可持续发展和生态环境良性循环。在已有研究成果的基础上,系统总结了砒砂岩区降雨产汇流水文模拟、径流调控、径流资源高效利用等方面的研究进展,分析了研究中存在的主要问题,提出了覆土区、覆沙区、裸露区三种砒砂岩区域的径流高效利用措施与模式,探讨了鄂尔多斯砒砂岩区径流资源调控与高效利用研究中面临的挑战和未来发展方向,以期为开展相关研究提供参考。

陕北地区土地利用变化对生态服务功能价值的影响

以陕北地区榆林、延安2市作为研究区域,利用土地利用变化数据,对陕北地区用地类型的变化进行分析,并使用合适的生物量因子,修正生态服务功能价值当量表,使当量表更符合陕北地区的实际情况,结合已有研究得到的二级用地类型当量因子比例关系,细化生态系统服务功能当量因子表,以便更准确的估算陕北地区生态系统服务功能价值。结果表明:1985—2013年间,主要用地类型变化为耕地、林地和草地,耕地面积减少2 811 km2,减少率达到9.98%,林地和草地面积分别增加1 392和2 417 km2,增幅分别达到12.85%和7.10%;其中,2000—2013年面积急剧变化,林地和草地面积的增加量分别是1985—2000年的7倍和2倍,退耕还林(草)效果明显;生态系统服务功能价值大量增加,林地和草地的生态系统服务功能价值增量分别为25.2亿和13.9亿元,2000—2013年的增量是1985—2000年增量的3倍。生态服务功能价值的变化与全面推行退耕还林(草)的时间相对应,表明退耕还林(草)政策,对陕北地区生态系统服务功能价值有积极的影响。

基于GA-RBF神经网络的位山闸引水能力预测研究

【目的】对位山闸改建后的引水能力进行预测。【方法】利用RBF神经网络非线性拟合能力强和遗传算法寻优能力强的优点,建立一种基于遗传算法(GA)优化RBF神经网络隐层各参数的位山闸引水能力预测模型,模型输入变量为闸门开数、闸前、闸后水深和季节因子(受汛期影响,汛期内季节因子为1,非汛期内季节因子为2),输出变量为实测过闸流量,利用现状水情数据组成的样本集对该模型进行训练和检验,检验训练后的模型平均误差为1.64%,证明预测效果较好。【结果】汛期时引水能力能满足设计要求;非汛期时,引水能力随闸后水头降低而增大,考虑闸后输沙渠下挖改造方案,基本也能满足设计要求。【结论】GA-RBF模型在位山闸引水能力预测上适应性强,预测精度高,有一定的推广应用价值。

黄土坡面侵蚀沟沟岸扩张过程

坡面细沟、浅沟及切沟侵蚀是黄土高原土壤侵蚀的常见类型.为了研究坡度和流量对侵蚀沟沟岸扩张的影响,获得侵蚀沟道断面宽度随时间和空间的动态变化过程,从而预测侵蚀沟道最大宽度,设计了3个试验坡度:12°、20°、30°,3个试验流量:12、20、30L/min,进行了9个坡度流量组合的径流冲刷试验,结合高清摄像监测的方式,记录冲刷过程中沟道侵蚀量、沟道扩张过程.在Matlab中,利用图像自动边缘检测算法提取沟边沿并转换为矢量文件,得到从沟头到沟尾,间隔50mm、每min的沟道断面宽度数据,通过Matlab编程计算,得到了在断面最大沟宽位置处,沟宽随时间变化曲线,从而建立了沟宽随时间变化方程,得到最大沟道宽度及不同时刻的沟道宽度,该方程形式简单,容易求解;沟宽随时间变化曲线符合S型曲线的发展规律,对应着沟岸扩张发生-快速发育-稳定-崩塌-再稳定的周期性过程,沟岸扩张过程中,随着跌坎发育为侵蚀沟,断面侵蚀沟宽度随冲刷时间的变化存在激增点,当沟宽随时间推移趋于无穷时,宽度趋于定值;侵蚀沟沟道发展的最大宽度也可用流量Q和坡度S表示,建立了沟宽最大宽度预测方程(R^2=0.91,RMSE=0.0338);最后,结合断面侵蚀沟宽度的变化曲线,分析了侵蚀过程中坡面沟道侵蚀量与断面沟宽变化的关系,结果表明:流量和坡度是侵蚀过程的动力因素,沟道断面最大宽度与坡度及流量有关.