Comparisons of plant calcium fraction between two different vegetation zones in semi-arid region

To explore the characteristics of plant calcium(Ca) fraction, we analyzed 91 plant species in the Ningxia Habahu National Nature Reserve in Yanchi County of Ningxia and 84 plant species in Zhenglan Banner of Inner Mongolia. Results show that, for the two regions, there is no significant difference between Ca fraction for the same growth type, and between water soluble Ca content or between hydrochloric acid soluble Ca content for plants of the same ecosystem and between hydrochloric acid soluble Ca content for plants of the same family. In similar vegetation zones, there is a significant difference among hydrochloric acid soluble Ca content for different growth types in Yanchi County and Zhenglan Banner,which was the highest for annual herbs and the lowest for perennial herbs. There is a significant difference between acetic acid soluble Ca content and between hydrochloric acid soluble Ca content for sandy land and grassland ecosystems in Yanchi County. There is a significant difference among the same Ca fraction of different families in the same region. Thus, the characteristics of plant Ca fraction are results of long-term adaptation to the environment.

考虑生态耗水的干旱区绿洲灌溉用水效率评价指标与方法

针对现行干旱区绿洲尺度灌溉用水效率评价对生态服务效益考虑不足的问题,提出了在绿洲尺度上考虑生态耗水的灌溉用水效率评价指标和方法,并应用于宁夏引黄灌溉绿洲。结果表明:宁夏引黄灌溉绿洲农田蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达74.7%,生态系统蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达39.8%,灌溉水对生态系统的支撑作用显著;考虑生态耗水前后的灌溉用水效率差为0.052~0.074,占未考虑生态耗水灌溉用水效率的13.9%~16.1%,灌溉水的生态服务效益明显;提出的评价指标与方法合理可行,能客观反映干旱区灌溉用水的综合效益。

基于标准化降水指数(SPI)的宁夏中部干旱带旱灾危险性时空演变特征

[目的]揭示宁夏中部干旱带旱灾危险性的时空特征,为宁夏中部干旱带农业生产、农业灾害防治、种植结构调整和农业灌溉指导提供科学依据。[方法]收集宁夏中部干旱带的沙坡头区、中宁县、同心县、盐池县、海原县5个气象站点的气象观测资料,采用标准化降水指数(SPI)分析了近39年(1981—2019年)干旱等级的时空变化,并结合GIS技术评价其旱灾危险性时空演变特征。[结果]SPI 12结果表明代际干旱趋势呈波动中加剧趋势(趋势线斜率范围为-0.004~0.003)。SPI 3结果表明季尺度旱灾危险性时空分布异质性明显,空间上呈现出南低北高的特征,而时间上则表现为连旱特征突出。春冬两季旱灾发生频率高于45%;夏、秋两季干旱现象不显著,干旱发生频率处于10.26%~43.59%之间;旱灾危险性时空演变特征评价结果表明代际旱灾危险性呈现先下降后上升的变化趋势。季尺度旱灾危险性时空差异明显,空间上表现为旱灾危险性由南向北升高,时间上表现为春冬两季旱灾危险性较高,而夏、秋两季旱灾危险性较低。[结论]宁夏中部干旱带季尺度旱灾危险性时空异质性明显,沙坡头区、中宁县旱灾危险性高,未来应加强春、秋、冬三季的旱灾防治。

不同覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响

[目的]探明覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响,为宁夏回族自治区中部干旱带微量降水及露水有效利用提供科学依据及支撑。[方法]设置了普通聚乙烯膜覆垄(T_(1))、高密度聚乙烯膜覆垄(T_(2))、聚四氟乙烯膜覆垄(T_(3))共3个处理,以裸地(T_(4))为对照,进行集流面坡度优化,对微量降水和露水发生过程中土壤水分变化特征进行研究。[结果](1)研究区多年单次5 mm以下降水总量占年降水量的29.8%,年平均露水量为31.68 mm,占多年平均降水量的13.2%;(2)不同覆垄模式5 cm和15 cm埋深位置土壤体积含水率大小顺序一致,表现为:聚四氟乙烯膜覆垄>普通聚乙烯膜覆垄>高密度聚乙烯膜覆垄>裸地;(3)覆垄汇集微量降水对土壤水分影响深度明显增加,降水量为2 mm时,对土壤水分的影响深度可达15 cm,而裸地条件下仅达到5 cm位置;(4)露水对土壤水分的影响在0—5 cm,当露水量为0.8 mm时,普通聚乙烯膜覆垄、高密度聚乙烯膜覆垄、聚四氟乙烯膜覆垄、裸地的土壤体积含水率分别提高0.6%,1.6%,4%,0.2%。[结论]不同覆膜处理汇集微量降水和露水对土壤水分影响存在显著差异,其中聚四氟乙烯膜覆垄汇集效果最好,垄沟内土壤体积含水率最大。

2019年7月28日宁夏区域性暴雨天气过程成因分析

【目的】分析此次暴雨过程的产生机制,以期为今后宁夏暴雨的预报提供参考。【方法】利用ECMWF ERA5的逐时再分析资料,通过环流分析和物理量诊断方法,揭示2019年7月28日宁夏区域性暴雨的产生成因。【结果】此次降水过程是在东高西低环流背景下,西风气流中小股冷空气南下遇副高西伸北抬,形成锋区造成的。副高外围的暖湿气流带来充沛的水汽为此次过程提供所需水汽。700 hPa、850 hPa的切变线及中低层的锋区满足此次降水过程提供了动力抬升条件,并叠加了不稳定能量。【结论】宁夏北部地区以锋区降水为主,中南部地区暖区中有对流云发展,配合锋面抬升,造成对流云叠加,降水强度增大。

宁夏中部干旱带主要植物叶性状变异特征研究

以宁夏中部干旱带35种植物9种叶性状为研究对象,分析其变异特征、相关性以及不同科、功能类群间的关系,探讨该地区植物对环境的适应性,为该地区生态系统植被的恢复和重建提供理论依据。结果表明,叶性状特征存在种间差异,按照变异系数,可划分为3类:高变异系数(叶片厚度和叶片单位面积吸水量)、中变异系数(叶片含水量增加率、叶组织密度、叶片肉质化程度和比叶面积)和低变异系数(叶绿素含量、叶片干物质含量和叶片水分饱和亏)。一年生植物叶组织密度、叶绿素含量和叶片干物质含量的平均值极显著低于多年生植物,而比叶面积则极显著的高于多年生植物。叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量在不同科类群之间存在极显著差异,而比叶面积、叶片水分饱和亏、叶绿素含量和叶片含水量增加率之间则差异不显著。因此,可以将叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量用作不同科类群植物间相比较的研究因子。

干旱半干旱区水资源承载力评价及空间规划指引——以宁夏西海固地区为例

以宁夏西海固地区为例,在区域尺度水资源超载状态分析基础上,构建了栅格尺度水资源承载力评价指标体系和计算方法,阐释了水资源承载力空间格局、特征及其与人口经济要素的空间关系,并提出空间规划与发展路径指引。干旱半干旱区栅格尺度的水资源承载力评估指标体系包括5项一级指标和12项二级指标,案例实证研究与校验表明:指标体系与评估模型具有可操作性,可为空间规划与管制提供更有效的决策支撑;西海固地区栅格尺度的水资源承载力划分为强、较强、中等、较弱以及弱5个等级,强和较强等级区主要位于清水河河谷平原,是黄河扬水灌区与地下水资源富集区的叠加区域,较弱和弱等级区集中分布于黄土丘陵区、六盘山及其余脉山地区。在水资源承载力空间差异分析的基础上,因地制宜地制定空间开发指引,建立"节流为主、开源为辅"的水资源保障体系,有助于构建与区域水资源条件相适应的人口产业布局模式。

宁夏中部干旱带药用植物区系特点及开发利用

通过对宁夏具有很高药用价值的中药材生境和分布特点的分析,提出了加强资源保护、开发利用的措施与途径。

宁夏中部干旱带天然草地气候生产潜力研究

依据宁夏中部干旱带同心县、盐池县等10个代表性气象台站36年(1975-2010年)逐旬气温、降水资料,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型对宁夏中部干旱带1975-2006年间草地生产潜力作估算,并分析其变化规律,旨在为改良草地、植被恢复提供理论依据。结果表明:宁夏中部干旱带气候具有向"暖干化"变化的趋势,草地气候生产潜力年际变化范围为2668.56～7499.53kg.hm-2·a-1,气候生产潜力较大。当最高温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力增加或降低58.68kg.hm-2·a-1;年降水量每增加或降低1mm,草地气候生产潜力增加或降低18.64kg.hm-2·a-1。宁夏中部干旱带各区域年降水量与气候生产潜力相关系数为0.984～0.997,成极显著线性相关,而年均气温与气候生产潜力无显著相关性。在进行天然草地补种植物时,应考虑该地的自然承受力,即天然草地气候生产潜力。

压砂地持续利用对土壤的影响

以宁夏中部干旱区压砂地为研究对象,分析压砂地持续利用对土壤质量的影响。结果表明,随着压砂地利用年限的增加土壤肥力呈逐年下降的趋势,持续压砂利用15a后,土壤有机质、全氮、碱解氮质量分数分别比对照下降57.43%、46.56%、48.89%。压砂地土壤微生物量碳、氮随着压砂利用年限的延长整体呈下降趋势,土壤微生物生物量碳/氮值低于对照;持续压砂利用后,土壤微生物群落中细菌、真菌、放线菌的数量均显著降低,压砂改变了土壤微生物群落结构组成。Biolog ECO板的平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的增加呈上升趋势。压砂初期土壤微生物的碳源利用能力和微生物的功能多样性显著增加,但持续利用后期与对照无明显差异。压砂地不同土层土壤微生物类群对土壤碳源基质利用类型和利用能力存在差异,0~20cm土壤微生物群落对羧酸类化合物利用能力较强,20~40cm土壤微生物群落以碳水化合物利用类群为主。持续压砂影响土壤微生物的结构与功能,限制土壤养分的有效供给,可能是压砂地难以持续利用的主要因素。

宁夏中部干旱带农业景观格局变化研究

选择宁夏中部干旱带为研究区域,基于RS和GIS技术,运用人机交互目视解译方法对1987年、1996年、2005年和2011年的遥感影像进行解译分类,获得宁夏中部干旱带1987—2011年的农业景观解译分类专题图,采用Fragstats软件栅格版进行研究区农业景观格局指数的计算,在此基础上分析了研究区农业景观格局的变化特征。结果表明:研究区各类农业景观变化较明显,1987—1996年间,各景观类型斑块数增加,平均斑块面积减小,斑块密度变大,破碎化明显,而在2005年之后,朝着改善的方向发展。景观聚集度整体持续下降,表明景观中各种类型的斑块在空间的分布出现了均衡化,多样性和均匀性指数整体平稳增加,反映出研究区不同类型的农业景观的分配相对均匀,景观的异质性增加。

不同草田轮作模式对土壤养分动态的影响

在宁南旱区10年生苜蓿草地上进行了为期3a的27种不同草田轮作模式试验,研究了土壤有机质、氮、磷的动态变化特征。结果表明,与保持生长的对照苜蓿草地相比,苜蓿草地实行草田轮作后,有机质持续下降,轮作第1,3a的马铃薯,第2a的春小麦对土壤有机质有明显影响,马铃薯连作模式使土壤有机质降幅最大;不同轮作模式的土壤全氮变化有较大差异,谷子和春小麦等禾本科作物单一连作模式对土壤氮素造成偏耗;不同轮作模式碱解氮总体上呈下降趋势,轮作作物产量水平直接影响土壤碱解氮含量的高低。全磷呈先降后升又降趋势。作物轮作能够提高苜蓿草地土壤氮、磷有效性。为了高效、协调和可持续地利用水肥,应选择合理的草田轮作模式。

基于GIS和RS的宁夏中部干旱带近30年土地利用动态变化分析

基于GIS和RS技术,以宁夏中部干旱带6期遥感影像作为基本数据源,将解译结果在ArcView中进行统计计算,在ArcGIS中分别将相邻两期进行叠加,生成不同时期的土地利用类型的空间转移矩阵,进而进行单一和综合土地利用类型变化动态度和土地利用程度的计算.结果表明,研究时段内,研究区各种土地利用类型面积变化速度最快的是城乡居民工矿用地,其次是林地、耕地、未利用地、草地和水域;研究区的综合土地利用类型变化动态度在研究初期略低,转换方向为单向的不均衡转换,其余阶段都较高,双向转换频繁,呈现均衡转换状态;研究区的土地利用程度指数虽然在研究时段内呈增加状态,但整体而言程度不高.

宁夏中部干旱带几类土壤可蚀性对比研究

对比分析了旱作免耕农田、传统翻耕农田、冬小麦地、退耕草地(苜蓿地)和柠条林地地表粗糙度、风蚀量及其与地表附着物相关性等土壤可蚀性差异。结果表明:旱作传统翻耕农田就地起沙量最大,土壤可蚀性最小,是当地沙尘的主要来源之一;免耕、退耕草地和柠条林地都能有效减少地表风蚀,土壤可蚀性明显较强;传统翻耕农田、冬小麦地风蚀颗粒主要集中在近地表,为就地起沙;提高"杂草频度"即植被覆盖率,对有效防治就地起沙、提高土壤可蚀性效果明显。

宁夏中部干旱带草地生态农业体系建设研究

针对宁夏中部干旱带生态系统脆弱和农业生产低而不稳的现状,开展了"土地—植物—动物—社会产品"四位一体的草地生态农业生产模式研究。结果表明,改良退化天然草地、实施草地科学放牧、优化植物生产系统种植结构、发展节水高效农业、建立草畜转化与优化饲养体系等措施可实现生态和农业的协调发展。建立和发展草地生态农业体系是宁夏中部干旱带农牧业生产持续发展的有效途径。

宁夏中部干旱区甘草群落多样性分析

目的评价宁夏干旱区甘草群落的多样性,为野生甘草资源保护和开发利用提供依据。方法应用Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数、均匀度指数以及优势度指数综合分析甘草群落多样性水平及其影响因素。结果①甘草群落可划分为11个群丛,群丛间种群个体数量具有明显不均匀性,进而导致多样性指数在不同群丛间的变化;②生境异质性引起甘草群落多样性出现复杂的变化;人为无序采挖是造成甘草群落物种多样性减少最直接的原因,而放牧对群落物种多样性影响作用不一,有待于进一步的研究。结论在干旱荒漠生境条件下,有效控制人为的滥采乱挖是恢复和维持甘草群落多样性的基础。

基于SPI指数的宁夏中部干旱带1960—2012年干旱特征研究

研究宁夏中部干旱带的干旱特征可为区域农牧业发展和防灾减灾提供科学决策依据。利用1960—2012年的各站点气象观测资料,计算标准化降水指数(SPI),并借助集合经验模态分解、功率谱分析和重新标度极差分析等方法,对近50年来的干旱特征和变化趋势进行了研究。研究结果表明,宁夏中部干旱带在1960—2012年间发生中旱以上的干旱事件达到了总干旱次数的30%以上;干旱波动周期的多尺度分解显示,该区域存在着0.5 a尺度的轻旱,1 a尺度的中旱,3 a尺度的重旱和10 a尺度的特旱;平均干旱强度的年际波动周期特征中,有平均超过65%的贡献来自于3.25-4 a左右的干旱周期波动,而平均超过14%的贡献来自于5.78-6.5 a左右的干旱周期波动;总体来看,宁夏中部干旱带的干旱趋势处于增强态势,且具有长程依赖性,即未来还将持续干旱,但不同季节的干旱趋势特征又表现出一定的差异。

宁南旱区草粮轮作系统中紫花苜蓿适宜利用年限研究

2002—2004年对宁南旱区不同生长年限紫花苜蓿土壤理化性状和紫花苜蓿-谷子轮作进行了研究。结果表明，随着紫花苜蓿生长年限延长，土壤生态环境得到改善。紫花苜蓿3～22年生期间，0～100cm土壤容重减少了0．213g／cm^3，孔隙度增加8．03％，饱和持水率增加14．17％，持水能力增强。6～22年生期间，0～60cm土层有机质和碱解氮平均含量分别增加1．60g／kg和11．02mg／kg，pH值降低了0．09，为轮作作物生长创造了良好的土壤环境。紫花苜蓿轮作年份越早，土壤水分恢复效果越好，轮作作物水分利用效率越高；反之，紫花苜蓿生长时间过长，轮作后不利于土壤水分的恢复。6，10和22年生紫花苜蓿地轮作谷子收获后，0～200cm土壤水分恢复量分别为63．06，55．22和-42．55mm，轮作谷子产量分别为1725．95，1485．80和1560．75kg／hm^2，水分利用效率分别为12．0116，8．4325和5．8161kg／mm·hm^2。为使旱区农地有限的土壤水分达到合理、高效及可持续利用，取得较大的经济效益、生态效益和社会效益，紫花苜蓿实行草粮轮作的最适宜年限在5～6年生。

生态脆弱区土地利用格局变化及其环境效应——以宁夏回族自治区中部干旱带为例

基于遥感、GIS技术、景观生态学及层次分析方法,以宁夏回族自治区中部干旱带为研究区,利用1978年MSS以及1987,1996,2007年的TM/ETM遥感影像为数据源,对该区域近30a来土地利用格局变化及环境效应进行了分析。结果表明,30a来该区耕地和建设用地有不同程度的增加,新增耕地主要来自未利用土地和草地,建设用地面积的增加主要来源于耕地和未利用土地;耕地和未利用土地向林地、草地转化是林地和草地面积增加的主要来源。由于受人类活动的干扰,研究区土地利用景观结构发生了较大变化,土地利用格局变化产生了景观破碎化,景观异质性增加,生态环境退化等生态效应。但20世纪90年代中后期以来,在以还林还草、禁牧及水利等综合治理工程为核心的生态环境治理措施调控下,土地利用结构得以调整,植被覆盖增加,区域生态环境质量逐步得以改善。

宁南半干旱黄土丘陵区土壤水分的演变特征

宁南半干旱黄土丘陵区干旱少雨、水土流失严重。为充分利用宝贵的天然降水,提高雨水资源的利用效率,针对项目示范区的几种坡地雨水就地拦蓄工程技术,主要从坡地雨水资源化工程对土壤水分的影响(土壤水分年际变化、土壤水分的季节性动态)方面,对坡地雨水资源化工程技术所产生的效应进行了综合评价。结果表明:宁南半干旱黄土丘陵区坡地在经过雨水资源化工程技术措施治理后,水分有了明显的提高。这些集雨整地技术,在促进林地农业土壤水分的快速恢复上效果极为显著,且对促进流域内的植被恢复、防止水土流失、改变山区生态环境、提高土地生产力有着重要的意义。