干旱-半干旱区不同地质背景区典型灌区土壤盐分特征及成因对比分析

为揭示干旱-半干旱区盐碱土盐化与碱化的差异性演化过程,本研究结合地质学对景泰灌区、河套灌区盐碱土进行系统采样分析,采用主成分分析以及水-岩反应模拟实验对两灌区土壤盐碱化特征及成因开展对比研究。结果表明:景泰灌区土壤盐分离子主要为Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-),河套灌区Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)相对较低,CO_(3)^(2-)含量较高;景泰灌区土壤盐化过程主要与周边地层的三叠纪红砂岩及奥陶纪海相硅质岩的可溶盐淋溶有关,河套灌区土壤碱化过程主要受到狼山、阴山太古代片麻岩群及元古代花岗岩群化学风化影响。可见土壤盐化(EC)与碱化(pH)是不同因素的盐渍化过程,区域地层母岩及其风化机制的不同是干旱-半干旱区土壤盐化和碱化差异性成因的根源。

羊肚菌菌种生产车间气溶胶微生物群落研究

为研究羊肚菌菌种生产车间的气溶胶微生物群落动态变化,从菌种生产源头寻找影响羊肚菌安全生产的环境微生物因素。利用高通量扩增子测序对羊肚菌菌种大生产期间的接种室、原种室和栽培种室的气溶胶微生物群落进行监测。结果发现,随着菌种扩繁级别增加,扩繁车间空气中的真菌多样性显著升高,而细菌多样性无显著变化。车间的真菌群落以子囊菌门为主,细菌群落以变形菌门、厚壁菌门和放线菌门为主。假单胞菌属和乳杆菌属在3种扩繁车间的细菌群落均占主导地位,其比例随着菌种级别升高呈上升趋势;Phialemoniopsis sp.主导了3种扩繁车间的真菌群落,比例均超过96%。Phialemoniopsis sp.与羊肚菌不出菇的潜在风险因子——枝顶孢属具有极高的系统发育关系相关性,表明它可能影响羊肚菌生产的风险生态因子之一。研究为羊肚菌菌种安全生产的环境条件需求提供了理论补充。

1965-2015年毛乌素沙地人类活动强度时空变化研究

利用多源遥感数据,提取毛乌素沙地1965-2015年8期土地覆被动态变化信息,构建人类活动强度模型,探讨区域人类活动强度时空演变特征.结果表明,50 a来毛乌素沙地人类活动强度呈逐年增加的趋势,其中1995年以前毛乌素沙地人类活动强度处于中等强度,1995年以后人类活动强度变为较高强度;50 a来毛乌素人类活动强度变化可划分为4个阶段:1965-1990年为缓慢增加阶段,1990-1995年为显著增加阶段,1995-2000年为缓慢增加阶段,2000-2015年为迅速增加阶段;毛乌素沙地人类活动强度呈自西向东逐渐增强的趋势;通过人类活动重心模型计算,50 a来研究区内人类活动强度迁移速度越来越快,主要与人类改造地表能力的增强以及生态保护政策密切相关.

1975-2020年疏勒河流域绿洲时空变化研究

掌握内陆河流域绿洲时空动态是内陆河流域实现水资源优化配置和动态管理的基本前提。基于Landsat系列数据,结合面向对象随机森林和目视解译方法,分析了1975-2020年疏勒河流域绿洲的时空格局、结构变化及其成因,并探讨了人工/天然绿洲比例变化对生态环境的影响。结果表明:(1)2020年疏勒河流域绿洲面积为5790.24km^(2),占流域面积比例的4.65%,其中人工绿洲、自然绿洲和过渡带分别占绿洲总面积比例为45.29%、51.07%和3.64%;(2)疏勒河流域绿洲分布模式主要为内陆河沙漠区模式和干流模式;(3)1975-2020年疏勒河流域绿洲面积整体上呈扩张趋势,且绿洲变化以人工绿洲扩张、天然绿洲和荒漠-绿洲过渡带减少为主要特征,土地类型的主要变化为草地和荒漠被开垦,绿洲变化可分为1975-2000年缓慢扩张和2000-2020年迅速扩张2个阶段,主要原因为流域径流量增加和外来移民输入;(4)随着人工与天然绿洲面积之比由3:7(1975年)增加到5:5(2020年),流域绿洲生态环境质量呈现先上升后下降趋势,2005年达到最高。研究可为疏勒河流域绿洲生态系统稳定发展提供数据支撑和科学依据。

基于PLUS-SD耦合模型的黑河流域中游甘临高地区土地利用研究

土地利用/覆被变化(Land Use and Cover Change,LUCC)是全球环境变化的重要组成部分。数量-空间耦合模型因能有效模拟土地利用斑块数量及其在空间上的快速变化,成为近年来土地利用研究的主要手段。本研究首先对比斑块生成土地利用变化模拟模型(Patch-Generating Land Use Simulation Model,PLUS)、未来土地利用模型(Future Land Use Simulation Model,FLUS)和小尺度土地利用变化及其空间效益模型(Conversion of Land Use and Its Effects at Small Regional Extent,CLUE-S)模拟2015年黑河流域中游甘临高地区(张掖市甘州区、临泽县和高台县)土地利用结构,筛选出最适合研究区的空间模拟模型;然后将其与系统动力学模型(System Dynamics,SD)进行耦合,形成数量-空间耦合模型;最后利用耦合模型预测2030年研究区在经济发展(Economic Development,ED)、生态保护(Ecological Protection,EP)和协调发展(Harmonious Development,HD)情景下的土地利用结构,并进行对比评价。研究结果表明:(1)在同一像元尺度下,PLUS模型的质量系数(Figure of Merit,FoM)高于FLUS和CLUE-S模型,且3个模型的数量Kappa系数(K_(no))和位置Kappa系数(Klocation)从高至低为:PLUS、CLUE-S和FLUS模型,说明PLUS模型在本研究区的空间拟合效果最优;(2)PLUS-SD耦合模型预测的不同情景表明,ED情景中建设用地和耕地迅速扩张但森林覆盖率较低,EP情景中的森林覆盖率明显提高,但经济发展水平偏低,HD情景中城市化水平提高的同时生态环境呈良性发展。本研究验证了PLUS-SD耦合模型的显著优势,凸显了PLUS模型有效的土地利用空间模拟能力与SD模型强大的数据处理功能。该结果可为土地规划政策的制定提供参考。

荒漠绿洲过渡带多枝柽柳树干液流特征及其与环境因子关系

防护林在维护干旱区绿洲稳定与风沙灾害防治过程中扮演着十分关键的作用。多枝柽柳(Tamarix ramosissima)是典型的耐贫瘠多年旱生灌木,是防护林重要的乡土物种之一,而多枝柽柳的蒸腾耗水量和该地区可利用水资源间的平衡决定了其生存和生长状态。文中利用包裹式茎流计于2020年5-10月对多枝柽柳树干液流进行监测,并同步对环境因子进行测量。结果表明:监测期间,多枝柽柳的累计树干液流量为75.43kg,日均树干液流量为523.8g·d^(-1),且具有明显的季节性特征;多枝柽柳树干液流速率分别与光合有效辐射、气温和饱和水汽压差呈显著正相关(P<0.001),与浅层土壤含水量(0-40cm)和中层土壤含水量(40-160cm)无显著相关;多枝柽柳通过树干液流峰值与气象因子峰值的“滞后”效应来适应环境。研究结果为进一步深入揭示多枝柽柳对干旱逆境的适应机制,以及为干旱区生态恢复和重建过程中造林物种的选取与管理提供参考。

民勤荒漠绿洲过渡带粘土夹层水力性质及其生态水文意义探讨

土壤水力性质是土壤水文功能的重要组成部分及影响因子,其对土壤水分分布状态、土壤水分循环的强度与速率具有重要影响。粘土夹层虽在干旱区呈不连续分布的状态,但其植被覆盖率却远高于相同水热条件下的非夹粘土壤。文中以民勤荒漠绿洲过渡带粘土夹层为研究对象,对其土壤物理性质、土壤持水性和导水性质进行测量,同时利用壕沟法对该地15年林龄的深根系乡土物种多枝柽柳根系进行了调查,分析了夹粘土壤剖面的水力性质变化特征及其影响因素,探讨了粘土夹层对干旱区植被恢复和重建的生态水文意义。结果表明:1)土壤颗粒组成和有机质含量是影响土壤持水性和导水性的重要因子。2)15年林龄多枝柽柳根系生物量(d<2mm)在粘土夹层上下界面处呈现明显增加的趋势。3)粘土夹层具有较高的持水性,其可通过毛管作用补给其他土层,同时,粘土夹层阻滞了土壤水分的运移,二者的共同作用改善了粘土夹层上下界面处的土壤水分条件。粘土夹层可以改变土壤水分入渗和存储的环境,在含有粘土夹层的土壤上进行植被建设,有助于干旱区固沙植被的恢复和建设。文中研究为了解荒漠绿洲过渡带土壤水文过程、生态恢复和重建提供了一定的数据支持。

黄河景电灌区土壤盐渍化反演的多模型对比

位于中国西北干旱区东部的景电灌区是黄河景泰川电力提灌二期工程覆盖的重要地区。不合理的水资源利用和区内排水不畅导致该区成为次生盐渍化发生的重点区域。为更好地预测景电灌区的土壤盐渍化问题,服务盐渍化防治和盐渍土改良的国家需求,基于地表实测高光谱反射率和土壤电导率数据,从模型稳定性、噪声问题、共线性问题和准确度4个方面对比分析了深度神经网络(Deep neural network,DNN)、分布式随机森林(Distributed random forest,DRF)和梯度提升机(Gradient boosting machine,GBM)3个模型在景电灌区土壤盐分预测方面的适用性。结果表明:(1)实测高光谱反射率数据与土壤电导率之间存在较强的相关性,高光谱数据为土壤盐分预测研究提供了便利;(2)DNN模型的稳定性高,对噪声和共线性问题的处理能力更强,模拟准确度相对较高,而DRF和GBM模型模拟结果差别较小。DNN模型更适于景电灌区土壤盐分预测研究,这在模型适用性方面为该区域的土壤盐渍化研究提供了参考。

基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区(甘州区、临泽县和高台县)的适用性;之后分别采用多目标线性规划(Multiple-objective programming,MOP)模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展(Sustainable development,SUD)情景、基本发展(Basic development,BAD)情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明:各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数(Mixed-cell figure of merit,mcFoM)和平均相对熵(Relative entropy,RE)分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟(Patch-generating land use simulation model,PLUS)模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。

干旱区绿洲耕地撂荒与复耕对土壤水力性质的影响

土地利用变化会改变土壤质地与结构,影响土壤水力性质,进而改变土壤水分有效性,影响植物生长。由于区域气候的干湿交替与水资源利用效率的提高,干旱区绿洲耕地普遍存在着撂荒-复耕现象。为了明确干旱区耕地撂荒与复耕对土壤水力性质的影响,以民勤绿洲北部边缘的耕地、撂荒地与撂荒复耕地为研究对象,测定0—40 cm深度土壤理化性质,分析不同土地利用下土壤水力性质差异及其影响因素。结果表明:耕地撂荒导致0—40 cm深度黏粒与粉粒比重增加,有机质含量降低,容重降低(P<0.05),土壤孔隙度显著增加(P<0.05),犁底层消失;在高水势阶段,土壤持水与导水能力增强,在土壤有效含水量对应的水势阶段,土壤持水与导水能力变差,有效含水量显著降低(P<0.05)。撂荒地复耕后,0—40 cm深度黏粒与粉粒含量继续增加,有机质含量转而增加,容重增加(P<0.05),土壤孔隙度降低(P<0.05),犁底层重新出现,土壤持水与导水能力又逐渐趋向于耕地水平。撂荒对干旱区绿洲土壤肥力与蓄水能力的提升不显著,而留茬免耕、深耕灭茬还田等保护性耕作措施能有效提高持水能力。利用研究区易测的土壤黏粒、砂粒含量与土壤容重,采用多元线性回归方法,可以准确、快捷预测土壤水分常数,这将有利于研究区农田灌溉制度的准确制定与优化,以及耕地利用变化对土壤水力性质影响的快速评估。

麦秸鸡粪发酵有机肥对六妹羊肚菌连作的影响

为探索有机肥在六妹羊肚菌(Morchella sextelata)连作栽培中的应用技术,研究有机肥对土壤理化性质和羊肚菌产量的影响。通过向羊肚菌栽培土壤中施用麦秸鸡粪有机肥,并连续统计两年羊肚菌的产量和土壤理化指标变化情况,利用主成分分析方法寻找影响土壤理化指标的主要因素,利用相关性分析方法确定影响羊肚菌产量的关键土壤理化指标。施用有机肥显著改变了土壤理化性质,土壤肥力水平明显提升。羊肚菌栽培对土壤容重、pH值、腐殖酸、有机质、碱解氮、有效磷、有效钼、有效硼、交换性钙离子和交换性镁离子含量影响较大。施用有机肥可以连续两年提升羊肚菌出菇产量20%以上,具有一定增产、稳产的效果。羊肚菌产量与土壤腐殖酸和交换性钙离子含量呈显著正相关。研究展示了秸秆发酵有机肥在羊肚菌连作栽培中的应用潜力,揭示了影响羊肚菌产量的关键土壤理化指标。

生态输水后民勤盆地绿洲适宜规模及结构变化

为研究生态输水工程对内陆河下游绿洲适宜规模及结构的影响,以石羊河下游的民勤盆地绿洲为研究区,根据水热平衡原理与绿洲圈层理论,计算生态输水前后绿洲适宜规模和适宜结构,以此反映生态输水对绿洲规模和结构的影响。结果表明:生态输水工程的实施增加了民勤盆地绿洲可利用水资源量,优化了非人工绿洲耗水结构;生态输水工程在一定程度上提升了民勤盆地的适宜绿洲规模和适宜耕地规模,优化了绿洲结构,适宜绿洲规模和适宜耕地规模分别由2000年的366.70~550.05 km^2和242.72~246.55 km^2增加到2015年691.54~1 037.31 km^2和523.13~530.20 km^2;绿洲的稳定性由濒临不稳定向稳定状态发展,然而与实际绿洲规模和结构相比,绿洲的稳定性和结构性仍然处于亚稳定状态。因此,有必要在生态输水的同时,调整绿洲结构,以期民勤盆地绿洲达到稳定。