考虑融雪量的多变量综合干旱指数的构建与评估

【目的】为解决大多数干旱评估中雪因素常被忽略的问题,需要开发适用于高寒融雪流域的干旱指数。【方法】根据潜在蒸散量、融雪量、降雨量计算水分增益/损失,然后利用Copula函数计算水分增加/损失与土壤水分的联合分布概率,从而构建了一个基于降雨、融雪量、潜在蒸散量和土壤水分新的标准化融雪综合干旱指数(SSCDI),并比较和评估了3月和6月时间尺度的SSCDI在黄河源区的干旱监测性能。【结果】结果表明,Fischer-Hinzmann Copula是构建SSCDI的最佳连接函数;新构建的SSCDI与SPEI和MSDI相比,同SSI的拟合程度更好(R^(2)高于0.7);SSCDI比SPEI和MSDI更符合观测到的干旱变化。【结论】特别是在高寒流域,对雪因素的考虑提高了SSCDI的干旱监测能力,并且SSCDI能够同时监测出SPEI和MSDI所监测到的干旱情况,总体而言,SSCDI可用于识别和监测高寒区不同时间尺度的气象和农业综合干旱。

基于二元水循环的水量-水质-水效联合调控模型开发与应用

为将我国最严格水资源管理制度的实践与二元水循环理论相结合,提高"三条红线"控制指标的科学性与合理性,本文以SWAT模型为基础,通过改进子流域划分方法、添加经济社会模块和人工用水模块,对其人工侧支循环模拟进行了系统的完善,开发了基于SWAT的水量-水质-水效联合调控模型SWAT_WAQER。以广西南流江流域为例,从国民经济用水量、河道径流与水质等方面对模型进行校验,并在此基础上划分了2030年"三条红线"控制指标。结果表明:该模型性能良好,能够用于不同节水情景下的国民经济用水量、污染物排放量、水功能区水质达标结果分析,可以作为科学制定"三条红线"控制指标的有力支撑工具。

土壤水分调控对超级稻根系特征的影响

【目的】探究土壤中不同含水率对超级稻节水率以及节水条件下根系生长特征的影响。【方法】采用盆栽试验,通过设置不同的土壤含水率,以占田间持水率比例进行划分:A处理(90%~100%)、B处理(80%~90%)、C处理(70%~80%)、D处理(60%~70%),并以充分灌溉为对照(CK),测算了超级稻全生育期灌溉耗水量,并测试了超级稻不同生长阶段根系相关特征指标。【结果】土壤水分调控处理比CK节水15%~30%。土壤水分调控处理能够增加超级稻根系平均直径24.67%、总根体积4.80%。在超级稻生长阶段的颖花结实期和成熟期,土壤水分调控处理组根系活力高于CK。B处理根系生长优于其他土壤水分调控处理,另外B处理超级稻平均根系干物质积累量为92.36 g。【结论】土壤水分调控处理能减少超级稻灌溉水量,促进根系发育,提高耐旱性;土壤水分为田间持水率的80%~90%时,超级稻根系生长最佳。

增氧和施有机肥对土壤肥效及水稻生长的影响

研究土壤增氧条件下施加绿肥(紫云英)和施加农家肥(干牛粪)对水稻生长和产量的影响。于水稻生长过程中不同时期采集处理组土壤样品,分析其碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量的变化;于水稻成熟后测定各处理组水稻的分蘖数、叶面积指数和产量等农艺性状指标。结果表明:增氧处理能够促进有机肥肥效元素的释放,提高土壤有效态肥效元素含量;增氧条件下,施加绿肥和农家肥均可促进水稻的分蘖生长,OAF(增氧施绿肥)和OCF(增氧施农家肥)处理的总分蘖数分别为51.34和50.16,对照组总分蘖数为36.93;增氧施农家肥处理比单施农家肥处理组的叶面积指数显著提高,增氧施绿肥处理与不增氧施绿肥处理组叶面积指数的差异无统计学意义;增氧施加有机肥处理组水稻的稻穗长度、穗结实粒数、每株谷粒质量均显著大于单施有机肥处理组,大于对照组。增氧与施有机肥相结合可有效提高土壤的肥效,促进作物生长。

西部调水下长期气候效应研究

调水工程是优化配置水资源的战略措施,我国从1950年代就开始研究西部调水工程。然而,区域外调水的引入必将打破受水区原有的水热平衡,改变当地大气-陆面间的水分、能量交换过程,进而影响局地气候。因此有必要开展有关调水的区域气候效应研究。利用CMIP5中的全球气候模式MPI-ESM-MR输出结果作为区域气候模式RegCM4的初始场和边界场,研究在2021—2050年两种典型浓度路径情景下西北地区调水灌溉对区域气温、降水以及能量收支的影响。结果表明,大面积调水灌溉对全年的气温和降水均产生了影响,其影响在夏季尤为明显。具体来说,蒸散发在夏季明显增加(潜热通量增加35~45 W·m^(-2)),显热通量降低,导致夏季地温降低了近2℃。夏季降水增加主要在受水区及周边天山、祁连山和昆仑山等山脉附近,低空环流异常变化和对流上升运动增强为夏季降水的变化(增加0.5~1 mm·d^(-1))提供了动力条件,增加了受水区及周边高山地区的对流性降水潜力。此外,大面积调水灌溉使得该地区产生了复杂的大气环流变化,气象要素在600~925 hPa的垂直梯度发生了明显改变。

施磷增氧条件对水稻光合特性及镉吸收分配的影响

为探明水稻镉吸收及叶片光合特性对增氧条件下施磷量的响应特征,明确施磷量和根际增氧的作用效果,以杂交水稻C两优608为材料,考虑施磷水平和灌溉方式两个主要因素,设置4个施磷(PO)水平,即P1(不施磷)、P2(0.18 g·kg^(-1))、P3(0.36 g·kg^(-1))、P4(0.54 g·kg^(-1)),2种灌溉方式,即NI(不增氧灌溉)、OI(增氧灌溉),采用盆栽试验研究施磷与增氧对水稻各生育期叶片光合特性及成熟期镉吸收及迁移转运的影响规律,确定了水稻叶片光合特性与水稻镉吸收的对应关系,揭示了施磷与增氧降低水稻成熟期籽粒镉含量的机理。结果表明:与不施磷相比,无论增氧与否,施磷均可促进水稻成熟期根部、秸秆部镉的吸收与转运;增氧处理下水稻镉由秸秆部向籽粒的转运系数、籽粒镉累积分配比例均低于不增氧处理,秸秆部镉累积分配比例均高于不增氧处理;不外施磷肥情况下,增氧处理水稻成熟期籽粒镉含量最低(0.13 mg·kg^(-1)),水稻各部位镉多集中于根部(33.95%)和秸秆部(46.18%),只有19.87%集中于籽粒。抽穗期、灌浆期是影响水稻成熟期镉吸收的关键时期,增氧在提高灌浆期净光合能力的同时,还促进了镉由水稻根部向秸秆部转移,降低了镉从秸秆部向籽粒的转移,使水稻镉进行重新分配。研究表明,增氧可通过调整水稻内在敏感性,降低水稻成熟期籽粒镉含量及镉从秸秆部向籽粒的转移能力。

基于面源污染的松花江下游水质评价

为服务于三江平原农田大规模开发和区域水资源保护,在农田小区试验的基础上,结合不同污染源机理分析,采用试验与模型相结合的方法,以松花江干流下游为研究区域,对其水质进行现状评价,进而对未来水资源配置格局下的水质状况进行预测。结果表明:现状条件下,松花江干流下游地区农田面源污染物总产生量为氨态氮6 560.46 t/a、总氮37 558.63 t/a、总磷14 269.00 t/a,总入河量为氨态氮328.02 t/a、总氮149.11 t/a、总磷14.27 t/a,松花江干流下游水质综合评价为Ⅲ类,评价结果与监测数据基本相符,精度满足相关要求;基于未来水资源配置格局计算农田退水量,预测各断面未来的污染物浓度,与现状计算结果相比,各个指标浓度虽然稍有增高,但其水质仍然为Ⅲ类,表明未来水资源配置格局对松花江干流下游水质影响有限。

关于我国水权制度建设的思考和建议

通过系统梳理文献、调研等对我国水权制度建设进行了回顾,总结了我国水权制度建设过程中存在的问题与不足;结合我国国情水情和时代需求,对我国水权制度建设提出建议。新时代水权制度建设应更加强调水资源的综合调控与协同发展功能,协同健全最严格水资源管理制度以实现水资源高效利用,促进水资源跨区域流动以优化水资源配置,统筹山水林田湖草以实现系统治理,健全水资源治理体系以实现“政府-社会-市场”多方发力。

三氟乙酸催化玉米秸秆纤维素制备三醋酸纤维素研究

以玉米秸秆纤维素为原料,以三氟乙酸(Trifluoroacetic acid,TFA)为催化剂,提出采用一锅法高效制备三醋酸纤维素(Cellulose triacetate,CTA)的新工艺,并进行了合成试验。以CTA的取代度和产率为指标,分析了TFA添加量、反应温度、反应时间以及乙酸酐添加量对CTA取代度及产率的影响,并优化了合成工艺,结果表明,CTA的最佳制备条件为:TFA添加量15 mL/g、反应温度25℃、反应时间30 min、乙酸酐添加量5 mL/g,得到的CTA的取代度为2.95,产率为96.2%。通过傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析以及氢核磁共振分析对产物理化特性进行了表征,结果表明,纤维素发生了乙酰化反应,并合成了CTA;热重分析结果表明,该工艺制备的CTA具有较高的热稳定性。

玉米秸秆纤维素的磷酸结合碱性过氧化氢分离

传统玉米秸秆纤维素分离工艺中,一般采用硫酸等强酸进行处理,存在酸腐蚀性强及碱消耗量大等问题。基于此,研究以磷酸预处理结合碱性过氧化氢的处理工艺,探究处理过程中玉米秸秆纤维素、半纤维素及木质素质量分数的变化。通过单因素试验优化得到适宜工艺为:磷酸处理温度150℃,处理时间1. 5 h,磷酸质量分数1. 67%,氢氧化钠质量分数1. 0%,过氧化氢质量分数2. 0%,处理温度50℃,处理时间3 h,在此条件下制备的玉米秸秆纤维素得率达89. 02%,半纤维素去除率达93. 25%,木质素去除率达95. 18%,纤维素质量分数达90. 19%,同时在稀磷酸处理过程获得的滤液中能得到高副加值产物木糖、阿拉伯糖以及糠醛,半纤维素的回收率高达93. 81%。通过FTIR、SEM、AFM和XRD等测试分析发现,玉米秸秆经过磷酸处理后能有效去除半纤维素,碱性过氧化氢处理能脱除木质素组分,两步处理过程中秸秆纤维素晶型无变化,但是结晶度显著提高,热稳定性增强。

一种水肥气高效耦合灌溉系统的设计与试验研究

本研究旨在解决传统灌溉农业的"水氧矛盾"和根系的"向水追氧"两大农业难题,应用现代水肥耦合和增氧灌溉技术,设计了一种水肥气高效耦合灌溉系统。笔者通过应用增氧灌溉技术对水稻、黄瓜等作物的栽培试验证明:相比于常规灌溉方式,水、肥、气耦合灌溉能促进作物根系生长和提高根系活力,使其能最大限度地从土壤中吸收水分和养分,进一步挖掘和提高作物自身生产力,提高水肥利用效率,增产提质,同时也为从根源上缓解农业面源污染提供一种新途径。

基于问题导向的农业物料工程特性实验课教学探索

农业物料工程实验课程教学在农林类院校培养研究生科研、创新意识,以及提供农业物料基本工程数据等方面发挥着关键作用,传统实验教学大多为机械式照搬实验指导,重现数据,忽略了研究生的理论基础和主观能动性。该文提出在农业物料工程特性实验课程中以学生科研课题需求为导向,设置扫描电镜、原子力显微镜和红外光谱等实验内容,以农业物料的理化特性表征分析贯穿始终,最后通过撰写论文报告采用团队互评等形式可显著提升课程实效。

磷钨酸盐催化水解三醋酸纤维素制备二醋酸纤维素研究

以玉米秸秆基三醋酸纤维素(CTA)为原料,采用自制离子液体型磷钨酸盐(ILP)为水解催化剂,提出一种绿色、高效制备二醋酸纤维素(CDA)的新工艺。考察水添加量、ILP添加量以及反应时间对水解产物取代度和质量分数的影响,并对产物理化特性及结构进行表征。结果表明,在CTA添加量为0.6 g,反应温度为110℃时,CDA的最佳水解条件为:水添加量0.3 g、ILP添加量0.1 g,即水解液中ILP与水质量比为1∶3,原料与水解液质量比为3∶2,反应时间60 min,得到的CDA取代度为2.62,质量分数为69.33%。CDA聚合度为66.54,可溶于丙酮、冰醋酸、二氯甲烷、1,4-二氧六环和二甲基亚砜。电镜结果表明CDA微观形貌呈现粗糙、分散的状态,表面破坏程度严重。红外光谱和热重分析表明CTA成功水解为CDA。以玉米秸秆为原料时,原料的质量转化率达到47.72%。

京津冀地区潜在蒸散量时空演变特征及归因分析

为了深入认识京津冀地区潜在蒸散量的时空变化特征及其对气候变化的响应,该研究基于京津冀地区23个气象站57 a逐日气象观测资料,应用Penman-Monteith公式计算各站点日潜在蒸散量(ET0),剖析ET0的时空变化特征,运用敏感性分析法定量研究ET0对各气象要素的敏感性及其时空变化特征,定量识别各气象要素变化对ET0变化的贡献。研究结果表明:1)京津冀地区ET0空间分布整体呈由南向北递减趋势(除中部地区的塘沽站、黄烨站与保定站点ET0较高外)。ET0整体呈下降趋势,线性趋势率为-0.92 mm/a。ET0变化趋势空间分布由西北向东南递减,以春季减幅最为明显。2)京津冀地区ET0对相对湿度的最为敏感(-0.44),其次为风速(0.31)、日照时数(0.28)与平均气温(0.26)。随时间推移,ET0对平均风速与相对湿度敏感性整体呈下降趋势,而ET0对平均气温与日照时数的敏感性逐渐增强。敏感性系数空间分布从西北到东南:风速与平均气温敏感性系数逐渐递增,而日照时数与相对湿度敏感性系数逐渐递减。3)风速变化对京津冀地区ET0变化的贡献最大,平均气温次之。风速为主导因素的站点个数随时间呈下降趋势,平均气温与日照时数为主导的站点个数随时间呈上升趋势,说明近年来平均气温与日照时数对潜在蒸散量变化的影响愈加明显,这可能是由于近年来京津冀地区雾霾尤其是冬季雾霾对日照时数、气温与风速的产生一定影响,进而影响ET0。

普通高校信息技术融入音乐通识教育的理论研究

随着经济社会的不断发展,我国当前的音乐教育与信息技术融合,取得了阶段性成效。但在日常的音乐通识教育工作中,其应用得并不深入和透彻,且成因是复杂多样的。文章就普通高校信息技术融入音乐通识教育进行深入的理论分析与研究,将信息技术与音乐通识教育学科融合,进行教学创新,探索一种全新的教育模式和教学手段,在高校孕育公平的音乐通识教育课堂。

社会水循环通量演变及驱动力分析——以保定市为例

社会水循环是自然-人工二元水循环的重要环节,社会水循环通量作为社会水循环的基本研究内容之一,在水资源短缺的背景下,把握其演变规律,揭示使其演变的驱动因子,对水资源的规划、利用和管理具有重要意义。基于2000—2015年保定市的气象数据和社会经济数据,采用信息熵法对保定市的用水结构进行分析,结果表明保定市的用水结构趋向均衡的方向发展;有效降水的演变没有明显规律,随降水的丰枯变化。从自然环境和社会经济两方面选取了20个驱动因子,采用灰色关联分析法定量分析,结果显示:第一产业产值比重和有效降水与社会水循环通量的灰色关联度分别为0.748和0.705,表明这两个因子对社会水循环通量演变的驱动力最大;自然环境因子和农业用水因子与社会水循环通量的关联度数值均处于较高水平,表明这两类因子对社会水循环通量演变的驱动力较强。

基于氢氧同位素的油茶果实生长高峰期水分来源量化

量化丘陵区油茶果实生长高峰期水分来源,对油茶林的科学灌溉和生态管理至关重要。该研究以3~5年生的幼年油茶为对象,利用氢氧稳定同位素,分析果实生长高峰期油茶木质部水和根系活动层土壤水的同位素组成,应用线性混合模型和贝叶斯混合模型(MixSIAR)量化油茶根系吸水来源。结果表明:在果实生长高峰期,油茶主要利用0~30 cm土层土壤水,相比第一生长高峰期(4—6月),第二果实生长高峰期(7—8月)的油茶吸水深度有所增加,其中,0~30、>30~60和>60~100 cm的贡献率分别为51.3%、28.2%和20.5%,3个土层(单位体积)对油茶根系吸水的贡献量分别为149.6、81.1和58.7 mm。线性混合模型和MixSIAR模拟的各土层土壤水对油茶的贡献比例略有差异,但结论基本一致。该研究可为制定南方丘陵区幼年油茶适宜灌溉制度及促进林地水肥一体化建设提供参考。

气候变化与人类活动影响下大清河流域上游河流径流响应研究

河北雄安新区的设立,引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注,特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响,采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程,并结合弹性系数法验证比对,分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明,1981-2015年,大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势,倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10m3/s及0.07m3/s。人类活动为影响径流的主导因子,其贡献率为53.4%~60.8%;气候变化较人类活动影响径流稍小,其贡献率为39.2%~46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。

基于综合水质指数的白洋淀流域水质评价

开展水质评价对流域水生态保护治理具有重要参考意义,当前采用流域综合水质指数法(WQI)开展水质评价及关键参数的研究主要集中在湿润、半湿润地区,而干旱、半干旱地区中WQI的关键参数研究还不深入。为此,以白洋淀流域为典型研究区,以白洋淀流域17个监测站点2010—2016年逐月水质监测数据为基础,探讨了水质状况影响因素的时空差异性,评价了流域水质整体状况,识别了关键参数,并基于综合水质指标构建和筛选最优WQI_(min)模型,验证了模型在干旱、半干旱地区的适用性。结果表明,白洋淀流域水质总体评价为“中等”,平均WQI指数为68.85,其中9项水质监测变量在空间上存在显著差异。通过聚类分析可知,拒马河、唐河、潴龙河上游等区域水质状况较好,府河中下游焦庄、望亭、安州及拒马河码头断面等区域水质状况较差,全流域呈从上游至下游水质总体变差的趋势;水质指数呈季节性特征,水质良好率春季最高(97%),其次为冬季(95.17%)。白洋淀流域WQI_(min)模型由EC、NH_(4)-N、DO、COD和T等5项关键参数组成,其回归系数(R^(2))和百分比误差(PE)分别为0.82和9.46%。WQI_(min)模型作为一种成本小、效率高的流域水质评估和管理工具,具有较好应用前景。

基于改进的CASA模型三峡库区NPP时空特征及气候驱动机制

采用改进后的CASA模型对三峡库区2001—2015年的NPP进行了估算。通过Sen斜率的方法,对NPP的年内及年际时空变化趋势及分布特征进行了分析;基于相关性分析方法,深入探讨了气候因子对NPP的驱动机制;并以气候模式模拟结果为输入项,对NPP的未来变化趋势进行了预测,得到如下结论:(1)2001—2015年间,三峡库区NPP的月值呈单峰型季节变化趋势,峰值达到160 gC m^(-2)月^(-1),发生于7月。NPP年际变化呈波动型上升趋势,幅度较小,多年平均值为727 gC m^(-2)a^(-1)。空间分布上,主要表现为库首库尾较高、库腹较低和长江以北高于长江以南的特点。(2)NPP与降水、气温及净辐射等气候因子之间均呈显著正相关,其中与气温的相关性最强,与降水的相关性最弱,植被生产力对气温的变化更为敏感。(3)未来15年NPP多年平均值为859 gC m^(-2)a^(-1),总体呈微弱减小趋势,幅度为4.14 gC m^(-2)10a^(-1)。与现状对比来看,未来NPP表现出一定程度的增加,总体而言,三峡库区植被长势趋好,呈良性稳定态势发展。