The Source of Groundwater Recharge Based on Entropy Theory in the Arid Areas of North China

Objective Any natural system is constantly exchanging material, energy and information with the environment, and all tkese processes follow the basic law of thermodynamics, with no exception of groundwater recharge and discharge process. On the basis of the principle of the first law of thermodynamics, the reverse geochemical simulation method is widely used in the study of groundwater recharge, runoff and drainage process. However, some studies only consider the material conservation in theprocess, but ignore the probability of the transformation.

气候变暖对晋北黄土高原半干旱区马铃薯适播期的影响

以气候变暖为主要特征的气候变化对马铃薯物候期、生长发育及产量都产生很大影响,研究马铃薯生长季热量资源和适播期变化特征,对调整品种布局和合理利用气候资源具有重要意义。利用1981—2016年晋北地区地面气象观测站和农业气象观测站资料,通过趋势分析和相关分析,研究晋北马铃薯气候资源变化特征及对马铃薯产量的影响;基于积温稳定性原理,建立气象产量预测模型,得出最高气象产量对应的适播期,并分析适播期的年代变化特征。结果表明,晋北马铃薯生长季气温以0.32℃·10a^(-1)速率呈升温趋势,≥5℃积温以47.0℃·d·10a^(-1)速率呈增加趋势。气候变暖背景下对晋北马铃薯产量影响显著的气候因子主要是出苗~分枝期的平均气温,全生育期的积温、日照时数、需水量,出苗~分枝期、花序形成~可收期及全生育期的最高气温≥30℃的日数。气温和日照基本为负效应,降水在营养生长期为负效应,生殖生长期为正效应。晋北马铃薯适播期随着气候变暖有提前的趋势,20世纪80年代适播期在5月上旬末至5月中旬,90年代适播期在5月上旬,21世纪最初10 a适播期在4月下旬至5月上旬初,2010年以后马铃薯适播期提前到4月中旬末至4月下旬。建议晋北黄土高原半干旱区盆地地区种植中晚熟品种,尽量选择早播,可以选择4月中旬末至4月下旬,高海拔地区建议种植中熟品种或采取地膜覆盖提早播期来种植中晚熟品种,可以在4月下旬末至5月上旬播种。

北方农业雨水利用实践与发展前景展望

分析了北方雨水利用的现状,对国内雨水利用技术理论和实践以及国外较成功的经验作了详细的介绍。对雨水的自然利用和集雨农业中的降雨集流技术、雨水贮存净化技术、高效利用技术进行了概述。在北方地区进行集雨灌溉,合理发展集雨农业,既可以缓解灌溉水源紧张的局面,提高农业生产力,又可以减少雨水对土壤的侵蚀和水土流失,有助于北方农业可持续发展,具有广阔的发展前景。

北方半干旱区不同岩溶系统的碳循环研究

中国北方半干旱区存在丛山窄谷、冈山宽谷和孤山溶盆三种岩溶地貌。不同岩溶地貌区的碳酸盐岩溶蚀强度和碳循环强度不同。碳酸盐岩溶蚀量和ＣＯ２吸收量可以用化学热力学过程和化学动力学过程描述。

西北干旱区生态重建与人地系统优化的宏观背景及理论基础

本文在系统分析全球干旱区生态重建与人地系统优化宏观环境的基础上 ,分析了我国西北干旱区生态环境恶化形势和面临的生态重建机遇及挑战。认为生态威胁已上升为全球最大的安全威胁 ,生物多样性退化速度惊人 ,许多物种频频告急 ,诸多脆弱生态区域先后沦为生态灾难区 ,国家与地区之间的跨国生态掠夺仍在继续 ,惊人的生态破坏加剧着生态贫困与经济贫困 ,生态重建引起国际社会关注 ,生态安全战略成为全球战略重要组成部分。进而把区域可持续发展理论、恢复生态学理论。

北方干旱区地下水补给源问题讨论

野外调查表明,内蒙高原、华北平原、东北湿地河流、湖泊的主要补给源来自于泉水,但是河流、泉水中的同位素与当地降水呈现出很大的差异,表明地下水存在外源的补给。通过北方干旱区地下水中的2H、18O与全国降水加权平均值的对比发现,西藏内流区的渗漏水与北方干旱区的河流水、湖泊水具有相同的来源,西藏内流区的河流、湖泊存在渗漏,初步估算渗漏量超过800亿m3/a,其中纳木错湖泊的渗漏量超过90亿m3/a。氚与氟利昂(CFC)测定地下水的循环周期为20～30a,由此推断,羌塘盆地的渗漏水可能通过一种深循环方式补给到了内蒙高原、华北平原、东北湿地等地区,深循环的导水通道沿着西域克拉通、东亚克拉通以及微板块的缝合带分布,据此推断,板块缝合带附近分布的深层承压水与地下水的深循环有关,缝合带中地壳出现的高导低速结构可能是由导水通道所造成的。

西北干旱荒漠区植物属的区系分析

为了分析西北干旱荒漠区种子植物属的组成及其区系特点 ,探讨其起源与演化 ,作者根据多年的调查结果并查阅大量相关资料 ,研究表明 :西北干旱荒漠区分布有种子植物 4 84属 ,其区系特征为单种属、寡种属多 ,优势现象明显 ;植物区系具有强烈的旱生性和古老性 ;区系地理成分复杂多样 ,包含 1 4个分布区类型和 1 4个变型 ,地中海区 -西亚 -中亚分布、北温带分布、旧世界分布、中亚分布类型占据前四位 ,分别占总属的 2 2 .33%、1 7.98%、1 0 .6 9%、7.36 % ;特有成分比较低 ,中国特有成分仅 6属 ,只占总属数的 1 .5 7% ;起源古老 。

晋北干旱区盐碱地柽柳叶总有机碳与营养元素含量的关系

根据土壤板结程度、地表返盐现象严重程度以及植物生长状况,将晋北干旱区盐碱地划分为相对轻度、中度、重度3个盐碱胁迫等级。以30年生柽柳(Tamarix chinensis Lour.)人工纯林植株为研究对象,通过对不同盐碱胁迫柽柳叶片总有机碳(TOC)以及叶片和0~15 cm表层土壤全N、全P、全K、Na、Mg、Cu、Zn、Fe、Ca等营养元素及土壤CEC含量进行测定,研究晋北干旱区盐碱地柽柳植株体内元素化学计量特征,探讨晋北干旱区盐碱地柽柳叶片和表层土壤营养元素与柽柳叶碳的相关性,探究其叶碳含量的主要限制性营养元素,分析影响柽柳叶碳即植物生长的关键性因素。研究结果表明,(1)p H值在3个等级盐碱胁迫土壤之间无显著差异;Na含量以重度盐碱地最高(1 462.51 mg·kg^(-1)),轻度盐碱地最低(436.67mg·kg^(-1)),差异显著,Na^+含量相差较大导致的盐胁迫是影响柽柳人工林生长的主要环境因子。(2)基于单位质量和单位面积叶TOC含量均以中度盐碱地最高(分别为40.47 kg·kg^(-1)和1.79 kg·m^(-2)),Na含量(2.76 kg·kg^(-1)和0.12 kg·m^(-2))以中度盐碱地最高;基于单位质量的TN(1.95 kg·kg^(-1))和TP(0.27 kg·kg^(-1))含量以轻度盐碱地最高,TK含量(0.70 kg·kg^(-1))以中度盐碱地最高,说明柽柳的生长与体内营养元素密切相关,Na能够在泌盐植物柽柳体内富集,但并不是无限富集,而是存在一个阈值。(3)柽柳叶TOC含量和叶片K、Fe含量呈显著正相关(P<0.05),与表层土壤K含量亦呈显著正相关(P<0.05),表明这两种元素尤其是K在晋北干旱区盐碱地柽柳叶片形态建成、养分吸收和抗盐碱方面具有重要作用。研究结果可为该地区植被恢复和生态环境改善提供科学依据。

晋北干旱区盐碱地柽柳形态特征及其与土壤养分的关系

【目的】研究困难立地植被地上和地下部分对环境胁迫的响应,探讨植物叶、根形态对不良环境的适应策略,是逆境生理生态学研究的有效途径,可为困难立地造林及管理提供科学依据。【方法】以30年生柽柳Tamarix chinensis人工纯林为研究对象,分析其比叶面积(SLA)、细根比根面积(SRA)和比根长(SRL),并对0~60 cm不同土壤层次的全N、全P、速效K、Na、Mg、Ca、Zn、Fe、Cu等营养元素进行含量测定,研究盐碱地植物柽柳地上及地下部分形态特征及其与盐碱地土壤养分垂直分布格局的相关性。【结果】1)在晋北干旱区重度盐碱胁迫下的柽柳SLA显著高于轻度和中度胁迫(F=3.301,P=0.041);SRA在重度盐碱胁迫下高于轻度和中度胁迫,与轻度胁迫差异显著(F=0.154,P=0.015);SRL在不同盐碱胁迫等级下无显著差异(F=0.808,P=0.632),但在重度盐碱胁迫下其值明显高于轻度和中度胁迫。2)土壤全N含量表现为浅层高于深层,且重度胁迫盐碱含量明显低于轻度胁迫,全P、Cu含量在不同盐碱胁迫及不同土壤深度差异均不显著,速效K、Fe含量在不同盐碱胁迫下表现出完全不同的分布格局,Na含量在不同盐碱胁迫下差异显著,Mg、Ca、Fe含量在15~60 cm土壤表现出重度盐碱胁迫高于轻度和中度盐碱胁迫土壤,Zn含量在不同盐碱胁迫间差异不显著。3)不同的土壤营养元素对柽柳叶、根形态特征的作用机制不同,土壤速效K与柽柳SLA、SRA和SRL均呈显著正相关关系(P<0.05),Zn与柽柳SRA、SRL呈显著负相关关系(P<0.05),土壤全P和Fe含量与SRL呈显著正相关关系(P<0.05),其中以30~45 cm土壤养分含量与柽柳形态特征的关系最为密切,此土壤深度全N含量与SLA、SRA和SRL均呈显著负相关关系(P=0.038,0.019,0.006)。【结论】研究结果可为树种立地适应性评价、该区域植被恢复以及生态环境改善提供理论参考。

北温带干旱地区土壤-大气界面CO_2通量的变化特征

采用箱法对栗钙土、灰钙土、粗骨土和山地灰褐土4种有代表性的干旱土壤表面CO2通量进行观测和研究。结果表明:森林土壤(粗骨土和山地灰褐土)的通量显著大于草原土壤(栗钙土和灰钙土)。干旱区土壤表面CO2通量的平均值为230.05μmol/(m2·h),变化范围为-147.27～2319.55μmol/(m2·h)。不同土壤类型之间存在差异,粗骨土(351.82μmol/(m2·h))>山地灰褐土(347.33μmol/(m2·h))>栗钙土(193.36μmol/(m2·h))>灰钙土(162.37μmol/(m2·h))。土壤表面CO2通量存在季节变化,趋势呈"S"形。9月份最高(516.79μmol/(m2·h)),以土壤向大气释放为主;1月份最低(-7.09μmol/(m2·h)),以大气进入土壤为主;具有春夏秋冬交替规律,与气候变化趋势基本一致,土壤表面CO2通量稍有后滞。全天候土壤表面CO2通量呈"山峰"形变化,04:00最小(154.13μmol/(m2·h)),12:00最大(349.65μmol/(m2·h)),具有昼夜交替规律,比气候日变化稍有滞后。影响土壤表面CO2通量的环境因子有地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)、土壤含水量(0～10cm、10～20cm和20～30cm);其中,地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)和土壤含水量(0～10cm)分别与土壤表面CO2通量呈正相关关系,而10～20cm和20～30cm深度的土壤含水量与土壤表面CO2通量呈负相关关系,地表空气相对湿度与土壤表面CO2通量的关系不显著。大气与土壤之间的CO2存在双向转移机制,CO2不仅从土壤向大气转移,而且也从大气向土壤转移,热量在地球表面的差异性分布,导致温带和寒带地区的土壤具有平衡大气CO2浓度的功能,是温带、寒带地区的显著特征。

西北干旱区城市化进程中的生态预警初探

城市化是西北干旱区现代化进程中面临的最重要问题 ,开展城市化进程中的生态预警研究 ,有助于保持可持续的城市化进程 ,促进西北干旱区可持续发展。本文对西北干旱区城市扩展的生态环境阈限、城市化进程中生态预警指标体系、预警方法以及预警程序进行了初步探讨。

陕北半干旱风沙区人工林下植物群落数量特征研究

【目的】研究林下植物群落数量特征，为指导森林经营管理实践提供理论依据。【方法】采用标准地＋样方法对陕北半干旱风沙区（陕西靖边）人工林下的植物群落进行了调查，统计并计算了林下植物群落的生活型谱、盖度、优势度及物种多样性。【结果】（1）林下植物一般以隐芽植物和一年生植物种占绝对优势，所占比例为34％～88％。（2）林下植物的总盖度大小顺序为：旱柳林（26．18％）〉小叶杨×油松林、刺槐林（8．76％～11．77％）〉小叶杨林、小叶杨×柠条林（2．77％～3．16％）〉油松林、沙棘林、油松×柠条林、柠条林、天然草地（对照）（1．06％～1．57％）〉小叶杨×沙棘林、紫穗槐林（0．72％～0．77％）。除小叶杨×油凇林和小叶杨×柠条林地外，其他林地的草本层总盖度都大于灌木层。（3）林下优势植物种类差异不大，且以沙蒿（Artemisiadesertorum）、沙棘（Hippophae rhamnoides．）、狗尾草（Pennisetum alopecuroides）、羊胡子草（Carex rigescens）、沙蓬（Agriophyllum squarrosum）和冰草（Agropyron cristatum）为主。（4）林下植物的物种多样性指数和大小顺序为：旱柳林、刺槐林和小叶杨林（6．00～7．18）〉小叶杨×柠条林、小叶杨×油松林、油松林（4．87～5．38）〉沙棘林、油松×柠条林、柠条林、小叶杨×沙棘林（4．06～4．49）〉紫穗槐林、天然草地（2．15～2．76），且草本层物种多样性指数和均大于灌木层。【结论】陕北半干旱风沙区人工林下植物群落盖度及其物种多样性普遍较低，且阔叶树种林下植物群落一般比针叶树种和灌木林丰富，在针叶林中积极引进阔叶树种形成混交林，是增加林下植物多样性、维持人工林生态系统稳定性及可持续发展的有效途径。

绿洲化——荒漠化与西北干旱区可持续发展

通过对西北地区历史文献和沉积纪录中绿洲化和荒漠化之间变化现象的分析,印证了该地区绿洲化——荒漠化的演变过程,认为其是人类在与自然长期相互作用中形成的必然后果;人类在利用自然的过程中趋于绿洲化、避免荒漠化的唯一道路是协调人地关系、加强区域地理建设,由此才能实现可持续发展目标。

我国北方旱区发展节水灌溉农业刍议

我国北方旱区水资源缺乏。全国有４３％的国上面积，年均降水量小于４００ｍｍ，这些地区都分布在我国北方。采取节水灌溉用水措施，大力推行节水灌溉农业，实行灌区节水改造，将是旱区灌溉农业发展的根本出路，其主要措施：（１）拟定节水灌溉农业分区，因地制宜推广灌溉节水措施；（２）对可灌区实施以节水为目标的技术改造；（３）实行节水灌溉设备标准化、系列化、通用化；（４）加强科学管理。

渭北旱塬县域农业持续发展策略

渭北旱塬农业的持续发展 ,对于实现区域内部农民增收、经济发展及生态环境改善有着重要的意义。在分析黄土高原县域 (市 )资源状况的基础上 ,探讨了县域农业持续发展战略的内涵与意义 ,确定了渭北县域农业持续发展的重点和方向 ,提出以水肥资源持续利用为中心的农业发展模式和相应配套的技术措施 。

中国北方干旱区降雨与相对湿度变化趋势的非一致性研究

降雨量(P)和相对湿度(RH)是反映全球干湿变化最常用的气象因子,掌握二者在不同干旱区、不同时段(全年、雨季和非雨季)的变化趋势及其非一致性规律,对于准确认识全球变暖背景下干旱区干湿变化状况具有重要指导意义。基于中国北方干旱区20个气象站点1951-2018年的日气象数据,采用M-K趋势检验法研究了各站点P和RH在全年、雨季和非雨季时段的长期变化趋势,着重讨论了两者变化趋势的非一致性。结果表明:不同时段P呈增加趋势的站点占总站点个数的70%~100%,其在全年、雨季和非雨季的增幅分别为0.02~4.42、0.01~3.96和0.03~0.84 mm/a;不同时段RH的变化趋势大多与P相反,其在全年、雨季和非雨季呈降低趋势的站点比例分别为85%、85%和90%,降幅为0.01%/a~0.19%/a、0.01%/a~0.17%/a和0.01%/a~0.21%/a;P和RH在全年和非雨季时段的非一致性均高达90%,而在雨季时段的非一致程度较低,仅为65%;且气温T(全年和雨季)及其增量ΔT(非雨季)可能是导致P与RH呈非一致性的关键因子;未来气候变暖背景下,气温的升高将加剧雨季的降雨-蒸散发过程,且这一问题将覆盖越来越多的干旱区。

半干旱地区集雨旱作节水农业技术集成总体模式研究

在分析准格尔旗示范区生态、经济、社会等条件的基础上,针对以往集雨农业研究缺乏技术综合集成,导致工程布局和各个技术环节相互脱节的问题,抓住半干旱地区缺水制约经济发展与生态环境建设这个最大的障碍因素,以提高雨水集蓄率、水分利用率和利用转化效率为主线,综合运用3S技术、系统科学思想与实用农艺、水利工程技术,初步构筑起适合黄土高原北部地区集雨补灌条件下的综合技术集成模式,并结合示范区实际分析了雨水收集潜力,构建了三类农户生产应用子模式,取得了显著的经济与生态效益。

厚层基材喷播技术在北方半干旱区岩石边坡植被恢复中的应用——以京承高速公路(三期)植被恢复工程为例

以京承高速公路(三期)岩石边坡植被恢复工程为例,研究厚层基材喷播技术的施工工艺及植被恢复效果,从抗旱乡土植物的筛选与配置、技术适宜性评价以及养护措施效果方面,综合分析归纳出厚层基材喷播技术,在北方半干旱地区岩石边坡植被恢复中的应用效果及关键技术,对于完善我国裸露边坡植被恢复理论体系,指导裸露坡面工程绿化,都具有非常重要价值。

北方干旱地区刺槐覆膜播种育苗效果研究

为了提高我国北方干旱地区刺槐播种育苗效果,在播种育苗中设置了覆膜试验,比较覆膜后的种子出苗情况及苗木生长情况,结果表明:与未覆膜的刺槐处理相比,覆膜处理下的出苗率有所提高,达98.23%,比未覆膜的高19.3个百分点,差异达极显著水平;出苗时间比未覆膜提前2d;苗木的高、胸径及地径生长更旺盛,优质苗比例更高;越冬后覆膜处理的刺槐苗木抽干率比未覆膜的降低了25.33个百分点。