基于CSLE的泛第三极地区土壤侵蚀强度空间分布特征

[目的]定量评估泛第三极地区的土壤侵蚀状况,明确土壤侵蚀的分布特征,以期为土壤侵蚀的科学防治提供依据。[方法]基于分层不等概系统抽样方法,共布设31 406个调查单元。利用中国土壤流失方程CSLE计算泛第三极地区土壤侵蚀速率,并利用莫兰指数(I)探讨其分布特征。[结果](1)泛第三极地区平均土壤侵蚀速率为162.73 t/(km^(2)·a),水土流失面积比例为7.75%,土壤侵蚀速率超过500 t/(km^(2)·a)的地区主要位于西亚、东亚和南亚;(2)土壤侵蚀存在明显的空间聚集性(I=0.920 9),以高高型和低低型聚集为主,高高型聚集主要分布在西亚北部、南亚北部和西南部以及中国的东北、黄土高原和西藏南部;(3)草地、灌丛和耕地是土壤侵蚀较严重的土地利用类型,其中>1 000 m的草地、>500 m的灌丛和耕地的土壤侵蚀更严重,超过25%的土地都发生了水土流失,平均土壤侵蚀速率变化于426.85~683.72 t/(km^(2)·a)。[结论]海拔介于1 000~6 000 m的草地、500~4 000 m的灌丛以及1 000~4 000 m的耕地是泛第三极地区土壤侵蚀发生的重点区域,需特别关注。

黄土高原土壤可蚀性对退耕还林(草)的响应

退耕还林(草)的实施显著影响黄土高原退耕地土壤理化属性,进而可能影响土壤可蚀性。然而,目前黄土高原全区土壤可蚀性对退耕方式的响应及其区域特征尚不明确。为此,以耕地为对照,以黄土高原4个降雨量带内(200~300,300~400,400~500,>500 mm)的3种退耕地(乔木林地、灌木地和草地)为对象,通过野外调查和室内分析,研究不同类型退耕地土壤理化性质,采用EPIC模型估算土壤可蚀性,分析不同退耕方式对黄土高原不同区域土壤可蚀性的影响。结果表明:就整个黄土高原而言,退耕地0—20 cm土壤有机碳含量增加1.22~2.83 g/kg,乔木林地、灌木地和草地的土壤有机碳含量分别平均增加1.70,1.72,2.72 g/kg。黄土高原仅200~300 mm降雨量带内的草地与耕地的黏粒差异显著,300~400,400~500,>500 mm降雨量带内的各类型退耕地间的黏粒、粉砂粒和砂粒差异不显著。相较于耕地,退耕地土壤可蚀性呈现降低趋势,由0.0124(t·hm^(2)·h)/(hm^(2)·MJ·mm)降至0.0115(t·hm^(2)·h)/(hm^(2)·MJ·mm),但差异不显著,乔木林地、灌木地、草地与耕地间土壤可蚀性亦无显著差异。总体表明,退耕还林(草)虽显著提高土壤有机碳含量,但并未显著影响颗粒组成和土壤可蚀性。研究结果可为预报黄土高原退耕后的土壤侵蚀提供科学依据。

抗非洲猪瘟病毒NP419L蛋白纳米抗体的筛选鉴定及其在抗体检测中的初步应用

非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是猪的一种高度传染性疾病,严重威胁全球养猪业的发展。本研究旨在筛选抗非洲猪瘟病毒(ASF virus,ASFV)NP419L蛋白的纳米抗体并对其在ASF抗体检测中的应用进行初步评价。大肠杆菌表达和Ni-NTA亲和层析纯化等技术表达纯化重组NP419L蛋白;将纯化的重组蛋白免疫双峰驼,5次免疫采集外周血淋巴细胞提取总RNA,经反转录、巢式PCR、酶切、连接和电转化等构建抗NP419L蛋白的噬菌体展示文库;利用噬菌体展示筛淘技术,经三轮筛淘获得抗NP419L蛋白的纳米抗体;构建纳米抗体与辣根过氧化物酶(HRP)融合蛋白的真核表达载体,转染HEK293T细胞,ELISA和间接免疫荧光(IFA)等鉴定融合蛋白的分泌表达及其与NP419L蛋白的结合;竞争ELISA初步评价获得的纳米抗体与HRP融合蛋白在ASF抗体检测中的应用。结果显示,成功制备了纯度较高的预期大小为48 ku的重组NP419L蛋白;构建获得了阳性率为89.5%,库容量为6×108的噬菌体展示文库;筛淘获得了6株抗NP419L蛋白的纳米抗体;分泌表达了该6株纳米抗体与HRP的融合蛋白,ELISA检测发现该6株融合蛋白可特异性结合重组NP419L蛋白,IFA检测发现1株融合蛋白与真核表达的NP419L蛋白结合,该融合蛋白可作为探针应用于ASF抗体的检测。本研究成功筛选出6株抗ASFV NP419L蛋白的特异性纳米抗体,并对其进行了结合蛋白特性的鉴定和抗体检测初步应用的评价,为后续ASF诊断技术的研发和NP419L蛋白功能研究奠定了基础。

高性能自流平砂浆的配置及特性研究

高性能自流平砂浆具有优良的性能,施工简易快捷,在绿色建筑施工领域有着重要的意义。为优化地坪砂浆配置,提高地坪砂浆的各项工作性能,在实验室针对不同水泥掺量、石英砂级配、多种外加剂用量等方面进行了多组试验。结果表明,硅灰的少量掺入可大大提高砂浆的工作性能,减少砂浆的泌水问题;0.1364%聚羧酸高效减水剂掺量相较于0.0909%、0.1091%的砂浆初期强度增长更快,拉拔性能更为优异;石英砂级配不均匀时,砂浆性能有明显下降;酒石酸的掺量增加砂浆初期强度逐渐降低,水化反应越来越稳定,砂浆更不容易产生裂缝。优化配制后的砂浆各项性能均超出预期,具有较好的实用意义。

山东临朐2019年“8·10”特大暴雨水土保持调查

2019年8月10日6时至12日6时,受台风“利奇马”影响,山东淄博、东营、潍坊等地区发生特大暴雨天气,造成了严重的水土流失灾害。暴雨发生后,水利部水土保持监测中心组织调查人员,运用现代技术手段对暴雨中心典型小流域进行了系统、全面的水土保持实地调查。结果表明:(1)本次特大暴雨降雨量为570.6 mm,最大24 h降雨507.6 mm,均超过历史记录;(2)本次暴雨造成严重水土流失灾害,典型小流域水蚀模数达9741 t/km^2,是多年平均值的2.4倍,梯田损毁率达5.96%,河道淤积厚度达10~30 cm,近1/3生产道路完全损毁,引起了严重的重力侵蚀,多处发生滑坡、泥石流;(3)通过对比小流域调查发现,高林草覆盖和重点工程治理分别可削减洪峰模数79%和36%,降低水蚀模数分别达80%和54%;重点治理小流域道路损毁比例减少23.9%,梯田损毁减少40.4%,重力侵蚀减少40%以上。调查摸清了本次特大暴雨径流输沙特征、土壤侵蚀状况、水土流失成灾情况、水土保持措施效益等,初步形成了科学的暴雨水土流失调查方法体系,为今后暴雨水土保持调查制度的建立提供了良好基础。

淤地坝与check dam的差异及其英文译法

淤地坝是黄土高原重要水土流失治理工程措施,对减少入黄泥沙、增加耕地面积发挥了重要作用。关于淤地坝英文翻译,普遍采用check dam,然而其并不能真实反映黄土高原水土保持工程建设实际情况,因此,笔者从目的、功能、尺寸等方面,系统对比黄土高原淤地坝与国外check dam的差异。在此基础上,建议采用淤地坝汉语拼音“Yudiba dam”表达这类大量分布在黄土高原可在拦截泥沙、减少沟道侵蚀、增加耕地面积的水土保持工程措施,从而明确其与国外check dam的区分。

地表过程与可持续发展研究进展与展望

自2007年地表过程与资源生态国家重点实验室批准建设以来,围绕地表多要素、多尺度和多过程及其资源生态效应,开展了基础性和面向国家需求的系统研究.总结实验室15年来的建设和发展,取得的主要成果如下:1)地表过程监测与研究,包括风沙过程、土壤侵蚀过程和生态水文过程等的观测系统与大型模拟设施建设,以及理论突破与应用;2)资源生态研究,包括生物多样性维持机制、植被-环境系统互馈及生态参数测量、景观生态与服务等方面的理论与应用实践;3)人-地系统动力学研究,包括环境演变与人类活动、人-地系统动力学模型与模拟2方面的探索;4)区域可持续发展范式,包括土地利用/覆盖变化(LUCC)和综合自然灾害风险2个方面取得的显著成果.面对国家重点实验改革与重组,展望未来,将围绕地表过程与可持续发展,开展更加有组织的、面向系统性解决方案的科学探究,核心目标是研究生态脆弱区和灾害高风险区人-地系统耦合理论与区域高质量发展路径.主要任务:1)通过构建天空地网一体化观测体系,系统开展从“山水林田湖草沙冰”等要素过程到生命共同体的综合研究;2)通过研发实验和模拟装置,揭示水土气生人相互作用的机制与动力学过程,构建多要素、多过程、多尺度的地表动态模型体系,揭示人地系统耦合机制与过程;3)以承接系统性国家级科研任务,解析人与自然系统互馈机制和关联效应,建立区域高质量发展监测、评估和预警体系,服务于制定区域与国家生态文明建设的长远战略.

基于CSLE模型的珠江流域土壤侵蚀强度评价

为探讨珠江流域土壤侵蚀状况,分析研究区土壤侵蚀的空间格局及主控因子,本文基于中国土壤侵蚀模型(Chinese Soil Loss Equation,CSLE),使用地图代数和空间插值2种方法进行土壤侵蚀制图,并应用地理探测器方法分析土壤侵蚀的主控因子。结果表明:1)研究区土壤侵蚀主要位于研究区内贵州省及云南省、广西中部和广东省沿海区,其中强烈和极强烈侵蚀分布范围较小且位于较零散的坡耕地上;2)地图代数法的制图结果对局地变异表达较好,而空间插值法则对侵蚀速率的宏观格局表达更好,因此空间插值法可作为区域土壤侵蚀制图的首选方法;3)土地利用类型是影响土壤侵蚀的主控因子,其次为植被的影响,其他因素(降雨、地形和土壤等)总体上未表现出控制性影响。因此,调整土地利用结构、优化植被水保功能是今后的主要治理方向,该研究结果可为该区水土流失治理和生态监视提供科学依据。

区域土壤侵蚀遥感抽样调查方法

土壤侵蚀是全球性环境问题,土壤侵蚀调查是水土保持规划和生态文明建设的科学基础。为了完善土壤侵蚀抽样调查方法,快速、精准地估算土壤侵蚀实际速率,对基于高分辨率遥感影像进行目视解译,提取高精度土地利用和水土保持措施信息的方法进行了研究。基于现代地理信息科学,充分利用虚拟地球及其提供的公开高分辨率遥感数据资源,考虑土壤侵蚀及其治理的时空特征,采用分层不等概系统空间抽样方法布设抽样单元,通过对公开高分辨率遥感影像的目视解译,完成泛第三极地区土地利用和水保措施的遥感抽样调查。研究实现了2万个抽样调查单元的解译,提取了土地利用和水土保持措施信息;基于CSLE模型完成了典型抽样调查单元的土壤流失速率计算,并对解译结果进行了精度和实用性分析。结果表明:基于公开高分辨率遥感影像、利用分层不等概系统空间抽样方法,可快速提取土地利用和水土保持措施信息,完成区域土壤侵蚀抽样调查。

区域沟蚀野外调查方法--以东北地区为例

区域沟蚀调查结果是进行沟蚀治理的依据,但目前应用的遥感调查方法难以识别浅沟和规模较小的切沟。本研究在全国第1次水利普查土壤侵蚀抽样调查方法基础上,设计了基于调查单元的沟蚀调查方法,并在东北地区的辽宁省辽阳县和彰武县、黑龙江省嫩江县和内蒙古阿荣旗的112个野外调查单元进行了沟蚀调查。结果表明:辽阳、彰武、嫩江和阿荣旗4个县(旗)沟壑密度分别为1.70、0.61、1.51和5.04 km/km2,沟蚀强度分别为中度、轻度、中度和剧烈;4个县沟蚀条数分别为14.7、9.3、12.4和44.0条/km2,其中浅沟比例分别为46.9%、44.1%、71.0%和66.1%;以丘陵地形为主的辽阳县切沟比例高,以漫岗地形为主的嫩江县和阿荣旗浅沟比例高,以台地缓丘为主的彰武县沟蚀相对较弱,发生沟蚀时多以切沟为主;沟蚀主要发生在耕地,浅沟数量在旱地的比例高达88.8%~100%,切沟数量比例也达到40.1%~99.1%。本方法不仅能够客观、定量地反映区域沟蚀强度,而且能够通过在同一调查单元调查片蚀和沟蚀,实现片蚀和沟蚀强度评价和侵蚀贡献估算。

基于遥感影像研究极端暴雨条件下新成切沟发生发展规律

土壤侵蚀严重破坏土地资源,是全球性的环境问题,切沟侵蚀是土壤侵蚀的重要表现形式,近年来极端暴雨频发加剧了切沟侵蚀的发生和发展。为了研究气候变化条件下新成切沟的形成与发育规律,该研究以陕北子洲岔巴沟流域王武沟小流域为研究区,基于无人机航摄影像,以2017年陕北“7·26”暴雨新成切沟为研究对象,分析新成切沟发生规律,并探讨在之后的3 a中其发育特征、与原有切沟发育的差异性及其与地形参数的关系。结果表明:1)在“7·26”暴雨中,王武沟发育新成切沟45条,约101条/km^(2),可分为坡面切沟、梯田切沟、道路切沟和底部切沟四类,以坡面切沟最多,底部切沟和梯田切沟总体更宽、面积更大;生产道路、淤地坝和坡耕地在暴雨条件下是最容易发生切沟的地块;2)新成切沟在形成之后的3 a内沟头发育较原有切沟更为迅速。34.48%的新成切沟沟头进一步前进,这一数值为原有切沟的1.32倍;新成切沟前进距离均值是原有切沟的3倍,达0.58 m/a;3)汇水面积增加可显著促进切沟沟头发育,是模拟切沟沟头前进速率的重要地形指标。可见,极端降雨条件下研究区土壤侵蚀严重,新成切沟发生之后的3 a内溯源尤为迅速,应给予特别关注,加强对这类切沟的预防与治理。

退耕还林草20年来榆林市植被覆盖度时空变化及影响因素分析

为了解退耕还林草工程实施20年来黄土高原生态脆弱区生态环境的变化及其主要驱动力,选取榆林市作为黄土高原生态环境脆弱区的代表,基于像元二分模型估算榆林市2001—2020年的植被覆盖度,利用一元线性回归法分析其20年来植被覆盖度的时空变化特征,并结合偏相关分析和地理探测器法筛选退耕还林草不同时期影响榆林市植被覆盖度年际变化和空间分异的主导因素。结果表明:(1)2001—2020年榆林市植被覆盖度随时间序列呈显著增加趋势(S=0.011,p<0.01)。建设期(2001—2010年)榆林市整体植被覆盖度显著增加(S=0.013,p<0.01),而巩固期(2011—2020年)增加趋势不显著(S=0.005,p>0.05)。(2)2001—2020年榆林市植被覆盖度空间分布呈由东向西递减的格局,榆林市各县(区)植被覆盖度总体呈现增长趋势,其中榆林市东部地区增长趋势较为显著。建设期榆林市植被覆盖度呈增加趋势的面积占比(82.1%)多于巩固期(58.0%)。(3)2001—2020年影响植被覆盖度年际变化的主导因素为累积退耕还林草面积和降雨量,累积退耕还林草面积和降雨量分别是建设期和巩固期的首要影响因素。(4)2001—2020年影响榆林市植被覆盖度空间分异的主导因素为土壤质地、降雨量和土地利用方式。在建设期和巩固期土壤质地的空间差异都与植被覆盖度空间分异密切相关。植被分布的空间异质性和主要影响因素之间的交互作用可为生态恢复措施的精准实施提供科学依据。

中国5种典型土壤的侵蚀泥沙粒径分布特征

通过天然降雨试验,研究我国5种典型土壤的侵蚀泥沙团粒和单粒粒径分布以及泥沙各级团粒的机械组成特征。2013—2014年汛期(6—9月),监测红壤、紫色土、黄绵土、褐土和黑土径流小区的降雨产流事件,收集侵蚀泥沙样品,利用湿筛法和吸管法测定其团粒和单粒粒径分布;同时,筛选出泥沙各级团粒样品,进一步测定其单粒粒径组成。结果表明:(1)侵蚀泥沙粒径分布是土壤质地和降雨强度综合作用的结果,团粒粒径分布更适合作为表征泥沙输移的指标;(2)5种土壤的侵蚀泥沙皆表现出粉团(0.002~0.05mm)和黏团(<0.002mm)的明显富集;(3)在泥沙单粒粒径分布方面,除红壤的粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(<0.002mm)有轻微富集外,其余4种土壤的各级单粒均无明显富集;(4)红壤侵蚀泥沙粉团(0.002~0.05mm)中的黏粒含量最多,其余4种土壤侵蚀泥沙机械组成和各级团粒的机械组成均与原土接近。

极端暴雨下小流域洪峰对植被和梯田的响应——以山东临朐台风“利奇马”暴雨为例

全球气候变化背景下,极端暴雨事件出现频率增加,研究小流域洪峰形成机理对暴雨洪水预测与防灾减灾具有重要意义。基于2019年9号台风“利奇马”在山东省潍坊市临朐县造成的特大暴雨事件,选取暴雨中心附近的17个小流域,综合应用野外调查、遥感解译等方法,研究了小流域洪峰强度和敏感性对植被和梯田的响应特征。结果表明:该暴雨事件中,小流域洪峰流量为2.36~56.50 m^3/s,洪峰模数为8.00~48.89 m^3/(s·km^2),洪水指数介于3.61~4.55。在相似降雨条件下,洪峰模数、洪水指数与坡耕地比例呈显著的正相关关系(p<0.05),洪峰模数与林草地和梯田比例呈显著的负相关关系(p<0.05),洪水指数与林草地和梯田比例呈一定的负相关关系。植被和梯田对洪峰影响的有效性随着次降雨量的增大,呈现先增加后降低的非线性特征;在极端暴雨条件下,调查流域对洪水的敏感性属于“Average”水平;增加林草地、梯田等土地类型的面积可提高小流域对极端暴雨的应对能力。

基于小区实测数据的不同类型土壤可蚀性因子计算

[目的]对不同类型土壤可蚀性因子进行计算,为土壤侵蚀定量评价、水土流失动态监测提供科学依据。[方法]通过收集全国范围野外径流小区实测资料,采用一定的数据遴选标准,利用小区法计算我国主要土壤的K值;同时考虑实测值评价Wischmeier和EPIC K值估算公式在我国的适用性。[结果]我国主要土壤的K值范围分布在0.0008~0.0705(t·hm^2·h)/(hm^2·MJ·mm)之间。黑土、黄绵土和褐土的K值较大,红壤和紫色土因子值较小。全国范围内,公式估算得到的K值与实测值存在较大误差;修订后的Wischmeier公式估算东北黑土区K值精度相对较高。[结论]基于全国实测站点数据和文献数据,计算出修正到标准小区的K值,K值空间变化幅度较大,大体呈现出从北向南减小的趋势。为获得比较准确的K值,建立相关经验公式需进一步加强监测点管理和长序列观测数据的积累。

细沟间侵蚀影响因子交互作用定量分析

细沟间侵蚀是多种影响因子共同作用形成的复杂过程,不同因子的作用依赖于其他因子的变化而变化。利用前人已发表数据,基于多元线性回归分析,定量分析土壤类型、雨强、坡度和坡长对坡面细沟间侵蚀过程影响及因子间交互作用效应。结果表明:雨强、坡度、细沟间可蚀性及坡长对细沟间侵蚀率的影响具有正向效应,雨强对细沟间侵蚀率的贡献最大(62.93%)。因子间交互作用分析表明,坡长的增加对坡度因子的贡献具有促进作用,对雨强因子的贡献具有抑制作用;坡度增加对坡长因子的贡献具有先促进后抑制的作用,对雨强因子的贡献则相反,20%为坡度对坡长和雨强交互作用方向变化的拐点;雨强增加对坡长因子和坡度因子具有正向交互作用,但是与坡长相比,坡度对雨强的依赖性更强。

作物覆盖度对土壤侵蚀的影响

为研究传统耕作模式下坡耕地作物覆盖度对土壤侵蚀的影响,利用冬小麦不同的种植密度和生长期来模拟作物不同的覆盖度情况。采用人工模拟降雨方法测定0,150万,250万,350万,450万株/hm^(2)5种不同密度处理在不同生育期的覆盖度、地表径流和土壤侵蚀,分析作物覆盖度对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)坡耕地作物种植密度的不同导致覆盖度产生差异,对土壤侵蚀有明显的影响,作物覆盖度一般随种植密度的增加而增加,但如果密度过大,由于生长状况不佳,覆盖度反而变小,表现为7.5万株/hm^(2)时覆盖度最大,种植密度最大的9万株/hm^(2)的覆盖度却不是最大;(2)侵蚀量和径流量与作物覆盖均呈较好的指数函数关系,分别为Y=44.37e^(-0.09 x)(p<0.01),Y=1089.19e^(-0.02 x)(p<0.01),即随作物覆盖度的增加,径流量和侵蚀量减少;(3)土壤侵蚀和地表径流之间存在显著的指数函数关系(R^(2)=0.96)。研究结果对分析传统耕作农地的土壤侵蚀,量化耕作措施因子和准确预测土壤侵蚀,指导农田水土保持有重要意义。

黄土高原治沟造地水利设施综合配置与管理

治沟造地是我国解决耕地后备资源不足的重要举措。解决好用水、排水和防洪安全问题,是治沟造地流域农业产量提升、生态环境高质量发展的关键。在总结黄土高原流域水资源利用和水利设施防洪现有问题的基础上,提出了黄土高原治沟造地流域蓄(水)、排(水)、防(洪、盐渍化)、灌(溉)、管(理)为一体的水利综合配套技术,并推荐了两个适用于不同汇水面积的洪峰流量计算公式,为蓄排水工程设计提供依据。该技术有利于黄土高原治沟造地流域水资源的永续利用和治沟造地的土地安全。

几个常用土壤侵蚀术语辨析及其生产实践意义

土壤侵蚀是导致土地退化的主要原因,已成为全球性的环境问题之一。理解和规范土壤侵蚀术语对于土壤侵蚀研究、水土流失调查和水土保持规划具有重要意义。本文将几种常用的土壤侵蚀术语划分为6组,分别展开辨析,依次包括1)土壤侵蚀、土壤流失和水土流失,2)古代侵蚀与现代侵蚀,3)地质侵蚀与加速侵蚀,4)片蚀、溅蚀、面蚀和细沟间侵蚀,5)细沟、浅沟、切沟侵蚀和瓦背状地形,以及6)冲沟、干沟和河沟侵蚀,阐述各组术语之间的差别和联系,并探讨其在生产实践中的意义。

双峰驼血清IgG纯化及其抗血清制备

纯化双峰驼血清IgG并制备兔抗骆驼IgG抗血清,为制备针对特定蛋白的特异性纳米抗体储备材料,利用Protein G纯化双峰驼血清IgG,并用纯化的IgG免疫成年家兔后采用ELISA方法检测抗血清效价;采用间接ELISA方法,利用制备的抗血清检测PCV2 Cap蛋白免疫双峰驼血清中抗Cap蛋白的抗体水平,Western blot技术检测制备的抗血清与从噬菌体纳米抗体库中筛选到的针对不同蛋白的纳米抗体的反应性,以确定抗血清的适用性。结果显示,从双峰驼血清中纯化到骆驼IgG,SDS-PAGE分析显示纯化的骆驼IgG包括3条链,约50ku的传统重链IgG1,约43ku缺失CH1的重链IgG3和约30ku的传统轻链;3次免疫后兔抗骆驼IgG抗血清效价达1∶512 000;应用制备的抗血清检测PCV2 Cap蛋白免疫5次的双峰驼血清中抗Cap蛋白的抗体效价达1∶1 024 000;制备的抗血清可以与原核表达的针对不同病毒蛋白的纳米抗体反应;说明制备的兔抗骆驼IgG抗血清可用于免疫骆驼血清和表达的纳米抗体的检测。研究结果为目标蛋白免疫骆驼后抗体效价检测及纳米抗体文库构建提供关键材料。