黄土高原退耕方式与年限对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键过程,明确退耕后土地利用变化对土壤呼吸及其温度敏感性的影响是提升土壤碳汇能力的重要前提。以黄土高原20 a耕地、退耕3、6、10 a的苹果园与撂荒地为研究对象,原位监测样地2018年7-12月的土壤呼吸速率,估算其温度敏感性,并应用偏最小二乘结构方程模型,明确土壤呼吸及其温度敏感性的关键影响因子。结果表明,随退耕年限的增加,撂荒地土壤有机碳和全氮含量呈现先降低后升高的趋势,苹果园则与之相反。监测期间撂荒地平均土壤呼吸速率为2.73~4.65μmol·m^(-2)·s^(-1),苹果园为1.07~3.13μmol·m^(-2)·s^(-1),退耕3 a和6 a撂荒地的土壤呼吸速率显著高于苹果园(P<0.05)。土壤呼吸温度敏感性的变化范围为1.477~4.055,不同退耕方式间土壤呼吸温度敏感性并无显著差异。偏最小二乘-结构方程模型结果表明,土壤因子共解释了土壤呼吸及其温度敏感性34.4%的变化;相比于化学和生物因子,土壤水分与温度等物理因子对土壤呼吸及其温度敏感性的影响更为显著。研究表明,退耕后短期内(0~6 a),苹果园的固碳潜力更大,但随着退耕年限的延长(>6 a),撂荒地更有利于土壤固碳。

城市水土保持区划及水土流失防控策略——以深圳市为例

新型城镇化是我国新时期社会经济发展的重大战略,城镇化进程带来的资源与环境需求对新时期水土保持工作提出了高质量发展的要求。深圳市作为高度城镇化地区,长期引领城市水土保持工作,但并未形成适合自身高密度经济单元、高科技产业类型、高质量环境要求的水土保持区划。以深圳市为研究对象,通过数理统计方法构建了水土保持区划指标体系;基于层次聚类分析和地理信息系统(GIS)空间叠加分析等定量手段和定性修正,划定了以最低行政层级的街道为基本单元的水土保持区划方案,并针对各分区水土流失特征与经济社会发展定位,提出了区域化水土流失防控重点和策略。区划方案与城市空间扩张、内部功能调整形成的格局一致,充分体现了深圳市城市水土保持特色,可用于指导深圳市水土保持分区审批、分类管理、分级防控,进而为实现深圳新时代的历史使命提供支撑。

武汉地铁7号线行车荷载下越江公铁两用隧道结构动力响应分析

以武汉地铁7号线越江公铁两用隧道为研究对象,建立了考虑地铁行车荷载的越江隧道(含钢轨、轨枕、管片及周边岩土体等)离散元模型。在该隧道某截面上选取14个测点,分析了地铁行车荷载下该截面各层混凝土板的局部动力响应及管片动力响应。结果表明:管片结构及各混凝土板对称点处的颗粒振动加速度呈对称分布;随着地铁行车荷载的施加,排烟道两侧与管片连接处、公路路面板中心区域的剪应力逐渐增大,易出现裂隙破坏;地铁行车荷载引起的振动波在管片内的传递以横向振动波和竖向振动波为主;地铁列车开始通过隧道截面时对隧道管片的影响最大。

土壤侵蚀条件下土壤微生物生物量碳含量变化及其影响因素的Meta分析

土壤侵蚀是碳流失的重要驱动力,分析土壤侵蚀条件下土壤微生物生物量碳(SMBC)含量变化及其相关影响因素,对理解土壤侵蚀对土壤养分周转与碳循环机制具有重要意义。以未发生侵蚀为对照,基于2003—2022年间相关学者在中国区域内开展的有关土壤侵蚀对SMBC影响研究已公开发表的35篇学术论文的230组试验数据,按照土壤类型(紫色土、黑土、黄土和红壤)、土壤容重(高容重和低容重)、土地利用方式(林地、农田、草地和坡耕地)、水力侵蚀类型区(东北黑土区、西北黄土高原区、西南土石山区和南方红壤丘陵区)、年平均降雨量(1 000—2 000 mm、500—1 000 mm和≤500 mm)和年平均温度(≥20℃、10—20℃、5—10℃和<5℃)进行分组,采用Meta分析对土壤侵蚀条件下SMBC含量变化的特征进行综合分析,并通过亚组分析探讨了侵蚀对SMBC的影响。研究发现,与未发生土壤侵蚀相比,(1)土壤侵蚀导致SMBC含量显著降低(下降程度为35.39%,置信区间为-0.407 4—-0.300 5);(2)紫色土、黑土、黄土和红壤中,土壤侵蚀对SMBC含量的影响均表现出显著的负效应,下降幅度分别为78.72%、43.49%、42.52%和18.48%。不同土壤容重条件下,土壤侵蚀使SMBC含量显著下降,SMBC下降程度在高容重条件下是低容重的2.12倍。同时不同土地利用类型中林地(33.26%)SMBC下降最少,草地(39.73%)下降最多。SMBC含量的下降程度在东北黑土区(43.55%)最高,西北黄土高原区(42.57%)和西南土石山区(33.68%)次之,在南方红壤丘陵区(27.51%)最低;不同年均降雨量和不同年均温条件下的SMBC含量下降程度在年均降雨量1 000—2 000 mm、500—1 000 mm和≤500 mm的地区分别为29.91%、43.15%和37.52%,在年均温为10—20℃、5—10℃和<5℃的地区分别为40%、37.25%和43.58%。由此可见,土壤侵蚀显著降低SMBC含量;不同土壤类型、不同土地利用方式、不同土壤容重、不同水力侵蚀类型区、不同年均降雨量等条件下,土壤侵蚀对SMBC下降的作用程度不同。

基于Citespace方法的全球土地利用变化与土壤侵蚀研究进展

本研究收集了2000~2022年间发表在Web of Science数据库核心合集期刊10894篇,以CiteSpace为分析工具结合文献计量学方法,从文献的发表年份、国家、关键词共现和文献共被引频次4个方面,分析了近20多年来全球土地利用变化与土壤侵蚀的研究现状、发展方向和热点。结果显示中国在该领域研究方面展现出强大的科研能力和影响力;研究热点和发展方向受学科发展、政策导向及社会发展影响呈现了不一样的研究历程。最后,对未来的研究提出几点展望。

基于生态无砂混凝土护岸的植物抗冲刷性能

生态无砂混凝土因透水透气性强、可联通水陆域生态环境等优点,已被广泛应用于河道人工生态护岸工程。然而,生态无砂混凝土在满足河道岸坡稳定的同时,在其上生长的植物还需满足一定的抗冲刷能力。为揭示生态无砂混凝土植物壅水机理及降低水流流速效果,探究基于生态无砂混凝土护岸的植物抗冲刷性能,概化设计了室内冲刷试验,通过控制不同流速,分析生态无砂混凝土上生长的不同植物对水位及流速的影响。研究结果表明:受植物高度和易倒伏程度影响,狗牙根植草壅水效果优于马尼拉草皮;受植物密度对水流紊动强度的影响,马尼拉草皮降低水流流速效果优于狗牙根植草;同一断面处,距离植物层越近的区域,植物降低水流流速效果越明显,流速降低率最高达75.24%;马尼拉及狗牙根可承受的水流流速为5 m/s。研究成果可为江河岸坡生态无砂混凝土施工工艺完善及植物选配提供参考。

水力侵蚀作用下土壤有机碳动态研究进展

水蚀作用下土壤有机碳动态对于准确评估土壤侵蚀的碳"源/汇"角色具有重要意义。论述了侵蚀作用对全球碳循环格局产生的影响,阐明了水蚀作用下土壤有机碳动态机制研究的重要意义,并从水蚀作用下土壤碳循环格局以及有机碳库动态过程机制等方面介绍了国内外最新研究进展,进而深入分析了当前研究存在的系列问题及今后的发展趋势。分析认为,以微生物为切入点进行侵蚀作用下的碳矿化研究将有助于从机理层面解决侵蚀在土壤碳循环中的不确定性问题。此外,运用模型模拟的方法全面考察水力侵蚀作用下土壤有机碳库动态机制,将是今后侵蚀作用下土壤碳循环研究中亟待开展的工作。

陇南土石山区水土流失格局及分区防治研究

陇南土石山区是长江上游典型的水土流失生态脆弱区,经过国家"长治"工程多年治理,水土流失加剧的趋势得到了有效控制,但该区水土流失面积大,自然环境条件恶劣,综合治理任重道远。在分析陇南土石山区水土流失的现状、空间分异格局及特点的基础上,结合现代生态文明建设和水土保持先进理念,研究探索了该区水土流失分区防治对策。研究认为,陇南土石山区水土流失分区治理本质取决于人们从事农业生产活动的主观能动性受自然地理环境的约束限度。当前,注重分区防治战略规划,保障经费及人力投入,并形成长效机制,是保障治理取得显著成效的重中之重,更是巩固"长治"工程巨大成就的迫切需求。

基于SQL Server＋ SDE的综合农业环境数据库建设机制优化研究

针对现阶段我国精准农业和数字农业发展的需求,整合当前较为先进的空间数据库引擎技术、数据库技术和3S技术等技术手段,研究提出建设区域性综合农业环境数据库的优化技术组合理论,并在此基础上进一步提出区域性综合农业环境数据库的性能优化策略,同时给出了数据库部分实例功能与整体效果评析。研究结果表明:基于Ice混合层次空间数据库引擎+SQLServer2000农业环境数据库建设技术理论,在针对农业环境数据信息自身特点的基础上,优化了基于关系型数据库管理系统的农业数据统一存储机制,提高了结构化与非结构化农业环境信息数据间的协调性能与互操作性能;基于Ice混合层次空间数据库引擎、优化空间数据模型的运用,也为区域农业环境信息的深度挖掘与高效管理提供了理论与技术支持。

洞庭湖区农业环境信息数据库建设研究

针对当前洞庭湖区农业环境信息组织相对滞后的现状,基于ArcSDE+SQLServer2000的数据库构建理论,结合对洞庭湖区各类农业数据源进行标准化的数据整理分析与质量控制,阐述了基于优化构建理论为支撑进行综合农业环境信息数据库设计及实现的方法.研究结果表明,优化理论为区域性农业环境信息数据库提供了全套完整的数据存储与管理机制,在海量数据组织、复杂格式数据存储和数据互操作等核心技术问题上获得了优化,从而为区域性农业环境数据库建设提供了相对规范化与更加高效的理论与技术参考.

流域尺度水土保持系统化发展格局构建

统筹山水林田湖草系统治理理念在生态文明建设背景下具有现实意义,水土保持作为与生态文明建设一脉相承的人类活动,必须坚持走系统化发展道路。基于现阶段我国水土保持工作实际,立足于新时代水土保持工作要有新思路、新举措、新作为、新成效的迫切需求,在充分探讨和论证基于流域尺度开展水土保持工作的必要性及科学性基础上,提出走基于流域尺度的水土保持系统化发展之路,并从格局构建、保障措施及建设愿景上进行全面分析阐述,为现阶段流域管理保护及生态建设相关工作提供参考。

红壤有机碳流失特征及其与泥沙径流流失量的定量关系

通过野外微型径流小区模拟降雨试验,对坡面小区尺度水力侵蚀过程中物理运移土壤有机碳的规律进行研究。结果表明:2 m×5 m径流小区持续降雨30 min后,大雨强(1.64 mm min-1)和小雨强(0.58 mm min-1)降雨条件下泥沙携带流失的有机碳总量分别为56.09 g和3.18 g,溶解于径流流失的有机碳总量分别为13.55 g和2.81 g。降雨强度和持续时间对有机碳流失的过程特征有显著影响。降雨强度越大,泥沙携带及溶解于径流的有机碳流失速率和总量也越大。大雨强泥沙有机碳富集比在产流发生后的18min内大于1,随后降至1以下。小雨强泥沙有机碳富集比始终小于1。大雨强径流有机碳浓度与径流量呈立方关系,小雨强有机碳流失量随径流量增加呈线性递增趋势;大雨强泥沙有机碳含量与泥沙量之间具有明显的立方关系。

生产建设项目弃土弃渣特性及资源化利用潜力评价

20世纪以来,我国经济进入了蓬勃发展阶段,各类建设项目大量开展,加剧了人、地、资源之间的矛盾。生产建设项目弃土弃渣尤其是土石混合堆弃体不合理处置,不仅浪费大量的土(石)资源,还侵占大量土地,造成环境污染,甚至导致滑坡、泥石流等灾害。目前,我国正大力推行生态文明建设,土壤污染防治行动计划、无废城市建设试点工程等陆续开展,弃土弃渣资源化利用更是水土保持法的明确要求,因此开展弃土弃渣特性分析及资源化利用潜力评价具有重要的意义。以现有资料为基础,预测我国目前已有的弃土弃渣量已接近400亿t;弃土弃渣的物质组成主要是土、砂和石块,实现资源化利用的方法、材料更易实现且成本低,更具资源化利用潜力。目前为止,针对弃土弃渣的管理和研究主要是从政策方面制定指导意见,对于实现资源化利用的途径、方法及潜力评价等方面的研究仍较薄弱。研究从弃土弃渣类型、现状、物质组成及利用潜力评价等方面总结分析,指明以土石混合为主的弃土弃渣实现资源化利用的重要性及可行性,为生产建设单位及相关行政管理部门切实有效减少弃土弃渣产生及实现资源化再利用提供科学指导。

红壤丘陵区不同地类活性有机碳分布特征及与草本生物量关系

以南方红壤丘陵区荒地、松林、草地坡地小区为研究对象,在研究了土地利用方式对土壤活性有机碳和草本生物量分布特征影响规律的基础上,深入探讨了不同土地利用方式下土壤活性有机碳与草本生物量的定量关系.结果表明不同土地利用方式对土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)以及草本生物量的分布特征均有重要影响,其中草地坡面小区的活性有机碳各组分和草本生物量均高于荒地和松林小区;定量关系研究表明,影响荒地、松林和草地草本生物量的活性有机碳组分分别为DOC,ROC,DOC和MBC,其中荒地坡面DOC主要通过土壤有机碳(SOC)对草本生物量产生影响.

基于ArcGIS Engine的水稻生产潜力预测系统的设计与实现

针对以往作物模型都是基于单点进行研究而导致空间外推不理想、尺度上升困难等问题,根据水稻生产潜力模型和栅格计算的特点,将模型与地理信息系统集成,综合利用空间数据和属性数据,在Visual Studio.NET 2005开发环境中嵌入ArcGIS Engine组件.利用COM技术,遵照软件系统设计思想,设计并实现了水稻生产潜力动态预测系统.该系统使模型参数得到系统化处理,模型计算更加高效,分析更加精确,能较好地实现水稻生产潜力动态预测功能,同时对农业资源管理也具有非常重要的作用.

基于标识指数与敏感性分析的洞庭湖滨湖区地下水重金属污染评价

以洞庭湖滨湖区城西垸为例,采用基于熵权的综合标识指数模型,探讨了滨湖区地下水中各重金属污染现状,分析了综合评价结果对各评价因子的敏感性程度,并针对不同评价方法的评价结果进行了对比.结果表明:基于GBT 14848—1993《地下水水环境质量标准》Ⅲ类水质标准,研究区ρ(Pb)、ρ(Fe)、ρ(Mn)的超标率均达到67%,最差水质类别分别为劣Ⅴ类、Ⅳ类和Ⅴ类;地下水重金属污染空间变异明显,其中湘江西支地下水污染最为严重,综合标识指数(4.126)最大,属于Ⅳ类水质,洞庭湖区次之,湘江东支地下水污染程度最轻(3.515),并且两支流地下水由上游至下游呈污染逐渐减轻的趋势;敏感性分析表明,综合评价结果对ρ(Pb)和ρ(Mn)的敏感性较强,敏感性系数分别为0.053 9和0.047 9,说明Pb、Mn是影响城西垸地下水水质变化的主要重金属污染物.

红壤丘陵区不同成土母质发育稻田土壤的肥力特性

以红壤丘陵区的典型区域宝洞裕流域作为研究区域,采用对比研究法探讨了不同成土母质发育的稻田土壤肥力状况,并采用模型综合评判法(INDEX模型)评价了稻田土壤的肥力水平.肥力指标研究结果表明,第四纪红土发育稻田土壤的养分质量分数相对其他两种母质较高,其表层土壤有机质质量分数均达到32 g.kg-1以上,全量养分指标和有效养分指标也有同样的规律;肥力综合评价结果表明,第四纪红土发育的清夹泥水稻土综合肥力指数达到0.109 969,而紫色沙页岩冲积物仅为0.028 521.

基于PI指数模型的南方典型红壤丘陵区稻田土壤肥力评价

通过田间采样和室内分析的方法,对南方典型红壤丘陵区稻田土壤44个样品进行检测分析,以pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾为评判指标,运用PI指数模型法对水稻土的肥力质量进行综合评价,探讨该区域的土壤养分肥力水平以及水稻产量与土壤肥力的关系。研究结果表明:(1)本实验区水稻土有机质含量丰富,供氮能力较高,土壤为弱酸性与中性土壤,较适合水稻生长,但其供磷与供钾水平相对较低。(2)各样品肥力指数与实际产量之间的相关系数为0.736**,即水稻产量对土壤肥力呈极显著正相关关系。

三种土壤质地工程堆积体坡面流速及产沙特征

生产建设项目工程堆积体由于土壤质地、砾石质量分数差异较大,导致侵蚀过程流速及产沙特性发生变化。通过人工模拟降雨试验,研究砂土、壤土及黏土3种土壤质地堆积体的流速与产沙特性。结果表明:①堆积体坡面流速在产流开始3min内递增,随后趋于稳定;②小雨强时砂土堆积体侵蚀主要发生在产流的中后期,壤土堆积体发生在产流前期和中期,而黏土堆积体的侵蚀发生在整个降雨过程,21min后的累计产沙量占次降雨总产沙量砂土、壤土和黏土堆积体分别为52.3%~95.6%、29.6%~44.9%和42.1%~50.0%;③产流历时、雨强与径流率、入渗率、流速、产沙率均呈显著相关性;④雨强增加1.5~2.0倍,3种土质堆积体侵蚀量增大1.2~39.8倍。相同雨强下砂土堆积体侵蚀量是壤土的6.0~6.3倍,是黏土的3.2~3.5倍;相同砾石质量分数下砂土堆积体侵蚀量分别是壤土和黏土的5.0~9.8倍和2.7~3.8倍。研究成果对于明确含砾石堆积体侵蚀过程机理具有重要意义,并为建立堆积体侵蚀预报模型奠定基础。

基于投影特征的快速图像稳定算法

本文针对摄像机的载体既有抖动又有正常扫描运动的图像稳定问题提出了一种快速算法。该算法首先把二维图像数据投影为一维数据,并在投影数据上估计图像序列的偏移量;然后通过卡尔曼滤波从图像序列的偏移量序列中消除抖动带来的影响,从而保持正常的扫描运动;最后依据滤波后的偏移矢量对图像进行运动补偿。实验结果表明,该算法在保持与块匹配算法相当的稳像准确度的前提下,大大减少了计算量。