检索结果-南通市图书馆

作者：严正升中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

黄土丘陵半干旱区水资源缺乏,水分是植被生长发育的重要限制因子。因此,研究该地区林地土壤水分的动态变化对植被恢复和生态重建具有的意义。本文以人工柠条林为对象,研究了土壤水分对降水的响应、密度对土壤水分的影响以及枝条覆盖对... 详细信息

黄土丘陵半干旱区水资源缺乏,水分是植被生长发育的重要限制因子。因此,研究该地区林地土壤水分的动态变化对植被恢复和生态重建具有的意义。本文以人工柠条林为对象,研究了土壤水分对降水的响应、密度对土壤水分的影响以及枝条覆盖对土壤水分的影响,得出以下主要结论:(1)研究区的降水频率随着降水量的增大而减小,以≤10mm的小降水事件为主。在丰水年,对全年降水量贡献最大的是>30mm的大降水事件;在枯水年,对全年降水量贡献最大的是≤10mm的小降水事件。(2)降水入渗具有滞后性,且滞后性与密度存在一定的正相关作用,即密度越大滞后作用越明显。降水入渗深度、入渗量因林分密度不同存在差异。撂荒地的降水入渗深度最小,入渗深度与密度整体上呈现正相关关系。土壤水分入渗量与密度成负相关关系。(3)不管丰水年还是枯水年,1.5小区率先到达土壤水资源利用限度,其次为2.0小区,在其次是0.5小区,最后为1.0小区。(4)考虑到人工柠条林的可持续经营,1.0小区的柠条密度最为适宜,其密度为24株/m2。(5)未覆盖和覆盖林地降雨补给量与降雨量之间均呈极显著正相关关系。枝条覆盖使林地降水入渗补给系数由0.50增加至0.70,明显提高了林地次降水补给量和入渗深度。

关键词：柠条土壤水分降水覆盖土壤水资源利用限度

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添加生物炭对坡面土壤侵蚀的影响研究

添加生物炭对坡面土壤侵蚀的影响研究

作者：吴媛媛中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

以农林废弃物资源化利用为基础的生物炭,在当今气候变化、能源短缺、环境污染、粮食危机和农业可持续发展受限的宏观背景下,以其固有的特性和理化性质成为了当今农业、能源与环境等领域的研究热点。目前,农业领域中施加生物炭对土壤结... 详细信息

以农林废弃物资源化利用为基础的生物炭,在当今气候变化、能源短缺、环境污染、粮食危机和农业可持续发展受限的宏观背景下,以其固有的特性和理化性质成为了当今农业、能源与环境等领域的研究热点。目前,农业领域中施加生物炭对土壤结构改良、理化性质改善和作物产量提高等方向的研究已广泛开展。黄土高原作为全球水土流失最严重的地区之一,该区土壤贫瘠、水分短缺和水土流失严重,导致该区经济社会发展和生态环境建设受限,目前相关学者试图利用生物炭的特殊性质改善黄土高原土壤结构、养分和水分状况,然而黄土高原最主要的环境问题是水土流失,利用生物炭之前,探究添加生物炭对坡面土壤侵蚀状况影响具有重要的意义。本研究以黄土高原黄绵土为研究对象,基于室内人工模拟降雨和土壤理化性质分析,通过2014-2015年试验,在明确添加不同含量(0%、1%、3%、5%和7%)和粒级(2-1mm、1-0.25mm、生物炭对黄绵土的饱和导水率、土壤团聚体、土壤分形维数及泥沙分形维数影响的基础上,系统地研究添加生物炭对坡面土壤侵蚀的影响及时间效应,分析侵蚀泥沙分形维数、泥沙养分含量和泥沙生物炭含量等指标在降雨过程中的变化特征及对添加生物炭的响应。主要结论如下:1、在定容重条件下,添加生物炭对土壤饱和导水率有显著影响。采用定水头法测定生物炭含量、粒级和时间效应对土壤饱和导水率影响,结果显示:随着生物炭含量的增加,土壤饱和导水率减小;小颗粒的生物炭可增大土壤饱和导水率;经过室外自然放置培养后土壤饱和导水率增大。2、经过7个月的室外自然放置培养后,采用干筛和湿筛法对土壤团聚体稳定性的研究表明:添加生物炭会使土壤中“>2mm组分”和“>0.25mm组分”的团聚体含量、土壤平均重量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)和土壤中“>2mm组分”与“>0.25mm组分”的破碎率(PAD)在生物炭的作用下有所增加,,即团聚体粒径增大但破碎率也增大。表明在短期内对生物炭土壤团聚体结构和其稳定性的影响较小,建议进行更长时间的团聚体状况监测,以进一步明确生物炭施用对土壤团聚体的影响效应和过程。3、添加生物炭后,土壤的分形维数随着生物炭含量的增加和粒级的减小而减小。降雨过程中,泥沙分形维数随着降雨历时呈现先增大后趋于平稳的趋势。土壤分形维数与土壤侵蚀量的变化呈显著的二次函数的相关关系,但与降雨径流变化无明显关系。4、添加生物炭对土壤养分有一定影响:随着生物炭含量的增加,土壤全氮、全磷增大,全钾减小,而土壤全量养分随着生物炭粒级无明显变化。在降雨过程中,携带生物炭的泥沙全氮呈现降低趋势,全磷呈现增加趋势,而全钾无明显变化规律。降雨后,不携带生物炭的泥沙颗粒平均全氮和全钾养分随着生物炭含量增加而增加,全磷则减小,即生物炭在降雨过程中释放了N和K,而磷素的损失可能是随水流失也可能是生物炭产生了吸附作用。5、添加生物炭对降雨侵蚀有显著影响:生物炭含量对侵蚀泥沙量和降雨径流量变化的影响贡献率分别是40.64%和33.61%,随着生物炭含量的增加降雨侵蚀量和坡面径流量均有增大趋势。生物炭粒级对侵蚀泥沙量和降雨径流量变化的影响贡献率分别是5.03%和5.27%,随着生物炭粒级的减小侵蚀泥沙量呈现增大趋势,而径流量呈现减小趋势。添加生物炭的土壤室外自然放置7个月时间后,降雨侵蚀量和坡面径流量均减小,可能原因是放置后土壤与生物炭形成大颗粒的团聚体,使得土壤饱和导水率增大,坡面径流减小,但是所形成的团聚体结构稳定性差,在降雨过程中易发生破碎,所以侵蚀泥沙量有减小趋势,但是变化幅度小。6、降雨过程中泥沙生物炭含量呈幂指数下降形式。次降雨后泥沙的平均生物炭含量随着添加量的增大有贫化现象,随着生物炭粒级的减小其富集现象减弱,这是因为小颗粒的生物炭更易损失。对上述指标的分析发现,生物炭的添加主要是通过改变土壤的理化性质来影响其对降雨侵蚀的作用效果,通过对土壤结构、泥沙养分、生物炭含量及降雨产流产沙的分析明确了降雨侵蚀对添加生物炭的响应。添加生物炭对各个指标均产生了影响,但是短期内主要是影响土壤的物理性质,需要建立长期的检测体系来进一步明确生物炭对侵蚀的影响效果和作用机制。

关键词：生物炭黄土高原坡面土壤侵蚀土壤理化性质

滴灌条件下施肥时段对土壤中速效氮时空分布的影响研究

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滴灌条件下施肥时段对土壤中速效氮时空分布的影响研究

作者：王旭洋中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

基于肥料对农作物生长的重要作用,针对水肥一体化灌溉技术中的施肥问题,大多数国内外学者研究了在滴灌条件下设置不同施肥梯度,不同生育期施肥施肥量,以及水肥不同混合比例等条件对作物生长、产量以及品质的影响,研究目标偏重于作物生... 详细信息

基于肥料对农作物生长的重要作用,针对水肥一体化灌溉技术中的施肥问题,大多数国内外学者研究了在滴灌条件下设置不同施肥梯度,不同生育期施肥施肥量,以及水肥不同混合比例等条件对作物生长、产量以及品质的影响,研究目标偏重于作物生长过程中的施肥制度研究,而对于滴灌条件下肥力因子在土壤中的时空分布研究相对较少。氮素是植物必需的大量元素之一,通常植物在生长过程中吸收的氮素要高于其它矿质元素,因而氮素常成为限制植物生长的主要元素,同时多数植物在生长过程当中吸收的氮主要是NO3--N和NH4+-N。为了提高氮肥利用效率,本研究开展了在水肥一体化灌溉条件下,灌溉过程中不同时段施氮对速效氮在土壤中的时空分布试验。试验设计计划湿润层深度为30cm,湿润半径为20cm,经过计算,一次最大灌水量为8L,整个滴灌历时为240min,设计施肥量分为常规施肥尿素20g和加大施肥量80g。不同施氮时段设计为四个处理,具体为:A)全时段灌水施肥;B)前1/2时段灌水施肥,后1/2时段纯粹灌水;C)前1/2时段纯粹灌水,后1/2时段灌水施肥;D)前1/4时段灌水,接下来1/2时段灌水施肥,最后1/4时段灌水。取样时间确定为滴灌结束后1,3,5,7d,取样点分别距离入渗点横向距离为5cm,15cm,20cm处;距地表纵向为0-5,5-15,15-25,25-35cm处,探讨滴灌条件和不同施肥时段下NO3--N和NH4+-N的时空分布,可以更加直观的了解氮素在土壤中运移变化规律及其时空分布特点,具体得出以下主要结论:(1)各处理结束后,随着时间的推移,土壤湿润体中NO3--N的含量均表现为先增大后减小的趋势,前5天一直增大,第7天减小,说明水肥一体化灌溉结束后,氮肥需要5-6天就可完全转化成硝态氮。NH4+-N在时间上转化速率相对较快,在灌水施肥结束后的第3天硝化作用最强,从第3天到第5天NH4+-N浓度急剧降低,结合土壤湿润体中NO3--N的含量的变化规律,二者表现为此消彼长的趋势,说面部分NH4+-N在湿润的土壤中经硝化作用转化为NO3--N,这也是NO3--N浓度在第5天达到高峰的部分原因。(2)在水肥一体化灌溉条件下,尽管施肥量相同,但由于施肥时段不一致,致使土壤湿润体中NO3--N和NH4+-N含量的峰值大小和出现位置明显不同,表现为灌水前期施肥,NO3--N和NH4+-N主要分布在土壤湿润体的边缘区域,灌水后期施肥,NO3--N和NH4+-N主要分布在土壤湿润体的中心区域。A和C处理土壤中NO3--N较高浓度主要集中在滴头附近,即05cm土层和水平方向05cm范围内,表现出明显的表聚性,B处理下NO3--N高浓度值在距离滴头水平方向15cm,纵深25cm处,D处理NO3--N高浓度值分布在距离滴头水平方向15cm,纵深15cm处。相对于NO3--N,NH4+-N空间运移距离较小,A和B处理NH4+-N主要分布在0-15cm,C处理NH4+-N集中在0-5cm,D处理下5-15cm土层NH4+-N含量较高。由此可得:一方面土壤对铵态氮有一定的吸附作用;另一方面,对于可溶性肥料,还存在着肥随水走的现实,所以,控制灌水定额不仅节水,而且节肥。(3)当增大施氮量后,不同时段施肥条件下土壤中硝态氮含量相应升高,当肥液浓度为10g/L时,不论先施肥后灌水,还是先灌水后施肥均会发生硝态氮在湿润体边缘累积的现象,而控制在中间时段施肥可将硝态氮很好的保持在土壤中间土层,避免肥料渗漏造成的浪费与及污染。高施氮量会造成土壤氮素浓度过高,影响作物的水肥利用效率。因此,在水肥一体化灌溉条件下,施肥方式采用少量多次的模式,有利于提高水肥利用效率。

关键词：水肥一体化施肥时段硝态氮铵态氮时空分布

人工培育生物结皮在毛乌素沙地光伏电站施工迹地的风蚀防治研究

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人工培育生物结皮在毛乌素沙地光伏电站施工迹地的风蚀防治研究

作者：杨延哲中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

生物结皮广泛分布于我国西北干旱和半干旱地区,是该区生态系统的重要组成部分,能够显著提高土壤抗风蚀能力。已有诸多研究证实,在西北沙漠地区和黄土高原进行生物结皮人工培育是可行的,而且表现出良好的风蚀防治作用,然而将生物结皮人... 详细信息

生物结皮广泛分布于我国西北干旱和半干旱地区,是该区生态系统的重要组成部分,能够显著提高土壤抗风蚀能力。已有诸多研究证实,在西北沙漠地区和黄土高原进行生物结皮人工培育是可行的,而且表现出良好的风蚀防治作用,然而将生物结皮人工培育与西北风沙区的光伏电站风蚀防治相结合的研究却鲜有报道。本试验以毛乌素沙地的光伏发电项目施工迹地作为研究区域,探索适用于该区域的不同类型生物结皮的最优培育方式以及PAM因子的影响。同时探讨了人工培育的风蚀防治的效益与机理。主要结论如下:1)西北风沙区光伏项目施工迹地人工培育生物结皮的影响因子通过人工撒播培育生物结皮,在降水量为400mm左右的区域可行。较优措施为:接种量500g/m2,施水量为3L/m2,施水频率2天/次,75天培育的撒播苔藓结皮和撒播藻结皮的盖度达到70%。苔藓结皮野外培育最优因素组合为营养液+洒水2天/次,撒播藻结皮野外培育最优因素组合为洒水2天/次+营养液或洒水2天/次+无营养液。2)PAM保水剂对人工培育生物结皮的影响在人工培育生物结皮过程中,PAM具有减少沙地表层水分蒸发的作用,因而PAM在洒水10天/次下对结皮生长具有显著促进作用。在洒水2天/次下,由于水分以满足结皮生长的需要,PAM对结皮的生长并没有起到促进作用。3)生物结皮的风蚀防治效益与机理裸沙表面培育生物结皮之后,防风蚀效果明显增强。与裸沙小区相比,喷播藻结皮小区、撒播藻结皮小区、撒播苔藓结皮小区年风蚀量分别下降27.88%、108.65%、114.42%,说明生物结皮措施能够极显著的提高土壤的抗风蚀能力,撒播藻结皮小区、撒播苔藓结皮小区最终出现了沙粒的堆积现象。撒播藻结皮和撒播苔藓结皮随着时间的增加,其结皮厚度也逐渐增加,会固定一部分沙粒。生物结皮结合工程措施风蚀防治试验结果表明光伏板下撒播苔藓结皮+出风口布设砾石处理防治风蚀效果最好,光伏板下撒播藻结皮+出风口布设砾石处理防风蚀效果次之,板下喷播藻结皮防治风蚀效果并不理想。

关键词：光伏电站生物结皮人工培育 PAM 风蚀防治

黄土丘陵区微地形尺度下草地植物群落生物学及生态化学计量学特征

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黄土丘陵区微地形尺度下草地植物群落生物学及生态化学计量学特征

作者：汝海丽中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

地形因子是黄土丘陵区影响植被生长的关键,微地形通过影响光照福射、温湿度及土壤养分格局,进一步影响了植物群落的分布和组成。本文以黄土丘陵区安塞试验站微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)尺度下的草地群落为研究... 详细信息

地形因子是黄土丘陵区影响植被生长的关键,微地形通过影响光照福射、温湿度及土壤养分格局,进一步影响了植物群落的分布和组成。本文以黄土丘陵区安塞试验站微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)尺度下的草地群落为研究对象,通过野外调查群落组成和地上、地下生物量以及室内分析测定群落植物叶片、根系及土壤化学计量学特征,探究黄土丘陵区群落生物学及化学计量学特征随微地形的变化特征,主要结论如下:(1)研究区内草地群落主要由菊科、禾本科和豆科的物种组成,阴坡物种较阳坡丰富。群落地上、地下生物量、根系年生长量分别为:164.12 g?m-2、1044.87 g?m-2、731.77 g?m-2?a-1,且在不同坡向的大小顺序都为:阴坡>阳坡>坡顶。根系生长主要集中在00 cm,且从上到下逐渐减小。(2)研究区土壤有机碳(1.202.78 g?kg-1)、全氮(0.14.94 g?kg-1)、全磷(0.14.63 g?kg-1)、全钾(8.321.53 g?kg-1)、速效钾(40.826.75 mg?kg-1)、铵态氮(3.53.23 mg?kg-1)、硝态氮(12.257.91 mg?kg-1)、速效磷(0.43.92 mg?kg-1)和土壤含水量(3.912.2%)基本都在阴坡大于阳坡,并且在阴阳坡的坡下部富集。土壤C/N比值(4.859.38)、C/P比值(3.647.66)、N/P比值(0.50.78)、C/K比值(0.22.13)也随着微地形的变化而变化。方差分析表明,坡向和坡位及其交互作用都对土壤养分和水分有显著影响。相关分析表明,土壤水分和养分与群落生产力之间密切相关。(3)研究区草本群落叶片C、N、P、K含量的平均值分别为:433.47、24.84、1.61、16.15 g?kg-1。叶片C/N、C/P、N/P、C/K化学计量比的平均值分别为:18.18、320.36、17.41、29.69,叶片N/P比值表明黄土丘陵区植物生长更易受P限制。根系C、N、P、K含量的平均值分别为:380.05、9.07、0.31、5.46 g?kg-1,根系C/N、C/P、N/P化学计量比的平均值分别为:49.61、1326.64、30.73。研究发现研究区草地群落叶片及根系C、N、P、K含量在坡向梯度上表现为阴坡大于阳坡。(4)植物与土壤作为生物地球化学循环的不同环节,两者之间必然存在着联系。相关分析表明:00、200、500、8000 cm四个分层的土壤C、N、P、K含量与叶片及根系化学计量特征之间都有不同程度的相关关系,特别是表层土壤C、N、P、K含量与叶片及根系C、N、P、K含量基本都呈显著正相关关系。(5)草地群落添加N肥和N+P复合肥后显著增加了地上生物量而降低了地下生物量,且施肥增加了叶片N、P含量,改变了叶片N/P值,但根系C和K含量对施N肥和N+P复合肥后响应不大。施肥同样也改变了土壤养分含量和土壤化学计量特征,尤其是施肥大大增加了土壤速效N、P养分含量。

关键词：微地形尺度草地群落生物量化学计量学特征

基于碳汇的县南沟流域退耕生态林补偿标准研究

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基于碳汇的县南沟流域退耕生态林补偿标准研究

作者：王正淑中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

黄土高原丘陵沟壑区实施退耕还林(草)工程以来成效显著,实践表明,退耕能否顺利实施、成果能否巩固的关键在于退耕还林的生态补偿,而生态补偿的核心与难点是补偿标准的定量表示与核算。退耕生态林是退耕还林(草)工程的重要组成部分,为探... 详细信息

黄土高原丘陵沟壑区实施退耕还林(草)工程以来成效显著,实践表明,退耕能否顺利实施、成果能否巩固的关键在于退耕还林的生态补偿,而生态补偿的核心与难点是补偿标准的定量表示与核算。退耕生态林是退耕还林(草)工程的重要组成部分,为探讨黄土高原丘陵沟壑区退耕生态林合适的补偿标准,基于目前退耕补偿标准对退耕生态林生态系统服务功能的公共产品性考虑不到位的现实,根据生态功能补偿的生态经济学理论分析,在清洁发展机制的国际背景下,把碳汇价值与退耕农户的机会成本相结合,构建了禁伐政策下退耕生态林生态效益补偿下限的动态模型,并选取黄土高原退耕的代表流域—县南沟进行实证分析,通过实地测量和室内试验测算林地碳汇量,结合课题组积累的农户调研资料计算机会成本,以此确定县南沟流域体现生态功能价值、随退耕年限变化的补偿标准。主要结论有：1、构建了基于碳汇的退耕生态林补偿标准理论模型。运用联合生产、外部性、效用价值论等生态经济学理论,结合碳汇测算和交易市场发展的现实基础,充分考虑补偿主客体的利益和选择倾向,认为现阶段基于碳汇进行退耕生态林生态系统服务功能的生态补偿具有现实性和可操作性,能达到退耕补偿的目的、保障退耕还林工程成果的维持。在此基础上,借鉴前人关于补偿标准的理论探讨,把碳汇价值与退耕农户的机会成本相结合,构建的退耕生态林补偿标准的动态模型为：(式中：5(t)为退耕第t年的补偿标准值;FVst为碳汇价值终值;FVct为机会成本终值;t为退耕年限;n为补偿周期)。其中,(式中：Δb(t)为碳汇年增量,Mg;Pb为碳汇价格,元/Mg;r为利率：t为退耕年限);(式中：m为某坡耕地种植作物的种类;0为作物单产,kg/hm2;P为作物价格,元/kg;C为作物的经济投入,元;j为每种作物经济投入的种类,如化肥、农药、机械等;A为种植面积,hm2;I为复种系数;G为造林成本,元/hm2;r为利率;t为退耕年限)2、测算了县南沟流域退耕生态林生态系统的碳汇量。采用“空间序列代替时间序列”的方法,测定退耕10a、11a、12a、13a、14a、15a、16a、19a、20a、25a、33a、38a、39a刺槐的胸径、树高,将胸径、树高与退耕年限进行拟合,综合拟合优度与树木生长趋势,选取理查德方程拟合的模型,所得刺槐胸径生长模型为：刺槐高生长模型为：(R2=0.988)(式中：t为树龄;D为胸径,cm;H为树高,m)。刺槐胸径、树高生长模型与己有的异速生长方程以及实测的刺槐各组分含碳率相结合得到刺槐单株碳汇量。实测坡耕地、退耕39a的0-100 cm土层厚度的土壤有机碳含量和土壤容重,计算得土壤有机碳密度(SOCD),SOCD与退耕年限进行曲线拟合,指数函数的拟合优度最佳,退耕后逐年变化的土壤有机碳密度可表示为：y=22.513e0.0207t(R2=0.980),实测的林下草和枯落物碳汇占整个林地生态系统碳汇量的比例极低,不超过5%。3、依据流域内退耕刺槐林生长特性确定退耕的一个补偿周期为35a,通过流域内退耕刺槐林年碳汇增量和退耕机会成本的测算,将退耕补偿过程与补偿标准分为2个阶段,具体是：退耕1-13a,机会成本大于碳汇价值,为防止农户复垦,应补偿退耕生态林的机会成本,通过机会成本的计算,补偿的可执行标准为1909.17元/(hm2.a);退耕14-35a,碳汇价值大于机会成本,意味着产业更替己经完成,此时可实现对退耕生态林碳汇价值的补偿,通过碳汇模型进行测算,补偿的可执行标准为3650.65元／(hm2.a)。人工刺槐纯林在补偿周期之后会逐渐出现灌木层和衰败现象,因此,这一补偿期结束后,应根据林地生态群落的变化再行核算并完善其补偿标准。将碳汇价值纳入补偿体系,能促使农民为提高碳汇产量自觉增强林地管护,巩固退耕成果。4、构建了基于碳汇的退耕生态林生态补偿机制,包括基于碳汇生产下退耕补偿的标准、补偿的主体与途径、补偿的资金来源、碳汇监测的技术和组织保障等方面;并分析了该补偿机制的演化,基于碳汇的补偿标准是在考虑退耕生态林生态服务功能价值下的一种最低补偿标准,当退耕林的其他正外部性的公共生态产品足够稀缺,且有国际社会公认的测算方法及交易市场之后,补偿标准会有所提高。当碳汇交易市场足够成熟和完善,农民掌握了碳汇交易运行机制后,补偿途径可实现政府补偿向市场补偿的成功过渡,碳汇购买者(补偿主体)会由政府转变为碳排放者。

关键词：补偿标准碳汇价值机会成本退耕生态林县南沟流域

黄土高塬沟壑区农田土壤养分与作物产量的长期监测研究

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黄土高塬沟壑区农田土壤养分与作物产量的长期监测研究

作者：徐娜中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

黄土高塬是我国西北地区的粮食来源基地,土壤养分贫瘠和水分不足限制了该区农业的发展。中国科学院长武农田生态系统国家野外科学观测研究站是中国生态系统研究网络(CERN)36个国家级野外科学研究站之一,承担对当地气象、水文、土壤、生... 详细信息

黄土高塬是我国西北地区的粮食来源基地,土壤养分贫瘠和水分不足限制了该区农业的发展。中国科学院长武农田生态系统国家野外科学观测研究站是中国生态系统研究网络(CERN)36个国家级野外科学研究站之一,承担对当地气象、水文、土壤、生物以及农业经济等要素进行长期动态监测。本研究以长武站长期试验监测场为基础,结合野外采样、走访调查以及室内分析的研究方法,深入探讨了农田生态系统不同施肥以及不同地形条件下土壤养分要素的长期动态演变以及相应的生物效应响应;并针对不同降雨年型下的作物水分利用效率及土壤含水量变化做了研究,探讨养分、水分和作物产量之间的关系;最后,对DSSAT模型在该研究区域的适用性做出了评价,模拟预测了不同氮素供应下的小麦产量。本研究得出的主要结论如下:(1)各施肥监测区经过10年的长期施肥管理后,土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均得到不同程度的提高。对于化肥监测区(HF),土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加了1.97 g/kg、0.13 g/kg、8.42 mg/kg和8.4 mg/kg;化肥有机肥监测区(HM)各土壤养分含量分别增加了2.2 g/kg、0.06 g/kg、11.86 mg/kg和0.9 mg/kg;农民地监测区(NM)分别增加了1.44 g/kg、0.05 g/kg、3.06 mg/kg和27 mg/kg。对于无肥区(CK),长期不施肥必然会导致土壤各养分元素含量降低,土壤肥力退化。在该研究区域有机肥增加了土壤硝化、反硝化作用以及土壤微生物活性,使得土壤碱解氮只在化肥监测区(HF)出现增长,而在其它监测区均降低。在黄土高塬沟壑区,除了施肥水平外,小麦产量受生育期降水及其合理分配以及>0℃积温影响较大。(2)长期施肥可以改善塬面和梯田农田土壤的养分状况。相比于试验前,塬面土壤的有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量分别增长了0.72g/kg、0.02g/kg、1.23mg/kg和34.06mg/kg,有效磷含量出现降低;梯田土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量分别增加了2.42g/kg、0.1g/kg、15.0mg/kg和2.49mg/kg,速效钾含量出现降低。整体看出,长期施肥对梯田土壤的改良效果较塬面更加显著,这主要与梯田土壤理化性质初始水平较低有关。塬面监测区的小麦产量显著高于梯田监测区,这说明梯田土壤性质有待于进一步提高,可通过采取相应的培肥及工程措施改善梯田土壤质量,提高作物产量效益。(3)作物耗水量与小麦生育期降水量呈现正相关关系,作物水分利用效率则与生育期降水量呈现负相关关系,塬面土壤的作物耗水与水分利用效率显著高于梯田土壤。夏闲期降水对土壤水分的补给作用与降雨年型关系密切,塬面土壤的水分补给作用相对于梯田较高。在黄土高塬沟壑区农田生态系统中,0-300cm土层土壤含水量受降雨影响较为明显,各监测区在不同降雨年份0-300cm土层土壤水分的活跃层、次活跃层和稳定层深度不同。对塬面土壤来说,平水年土壤水分活跃层出现在0-100cm之间,次活跃层出现在100-180cm之间,180cm土层以下为土壤水分稳定层;干旱年份各土壤水分变化层次均出现明显上移;丰水年土壤水分活跃层较平水年深度明显增加,基本达到300cm土层以下,次活跃层不明显,0-300cm未出现水分稳定层。梯田在平水年土壤水分的波动程度分界土层为160cm;干旱年份土壤水分稳定层明显上移,为100cm土层以下;丰水年土壤水分活跃层深度明显增加,0-300cm未出现稳定层。(4)DSSAT作物生长模拟模型对黄土高塬沟壑区塬面农田生态系统中冬小麦的生长发育具有良好的适用性。通过模拟预测不同氮肥处理试验发现,在该研究区域N4M2(氮肥135kg/hm2、有机肥30000kg/hm2)为当地农田最佳的氮肥用量配比,可在减少氮肥用量的基础上维持小麦高产,进一步提高资源利用效率,降低环境潜在污染。

关键词：黄土高塬土壤养分作物产量变化趋势作物模型

粗质地土壤前期含水量对模拟降雨过程中入渗-产流的影响

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粗质地土壤前期含水量对模拟降雨过程中入渗-产流的影响

作者：王亚飞中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

针对黄土高原生态恢复与重建过程中水资源短缺、土壤干燥化现象普遍发生及其对降雨过程中入渗-径流的影响等问题。本文采用空间代替时间序列的方法对地处黄土高原水蚀风蚀交错区的六道沟小流域在植被恢复过程中的土壤储水量和土壤垂直... 详细信息

针对黄土高原生态恢复与重建过程中水资源短缺、土壤干燥化现象普遍发生及其对降雨过程中入渗-径流的影响等问题。本文采用空间代替时间序列的方法对地处黄土高原水蚀风蚀交错区的六道沟小流域在植被恢复过程中的土壤储水量和土壤垂直剖面含水量特征进行了研究,分析了紫花苜蓿地(12,15,17,21,26,41 a)、荒草地(15,32,41 a)、弃耕地(12,21,41 a)、杏树地(14 a)的土壤储水量和土壤垂直剖面含水量特征。在明确土壤水分变化程度的基础上,利用野外模拟降雨的方法,定量分析不同土壤前期含水量处理条件下的径流、土壤流失、径流含沙量及入渗特征,并对土壤含水量(0-10cm、0-20cm、0-30cm)与径流系数进行拟合统计分析,同时研究植被盖度对径流及泥沙过程的影响,结果表明:1)4种植被恢复方式下,土壤储水量的大小顺序为弃耕地>荒草地>杏树地>苜蓿地;苜蓿地、弃耕地0-200 cm储水量随着生长年限的延长先快速增加后缓慢减少,而荒草地的储水量随着生长年限的延长却持续减少。水蚀风蚀交错区植被恢复过程中,植被恢复方式是该地区土壤水分含量的主要影响因素,生长年限对土壤水分动态变化作用不显著。2)当连续性降雨次数相同时,随着降雨强度的增加,开始产流的时间更早,径流系数更大,产流总体积更多;当降雨强度相同时,连续性降雨次数越多,开始产生径流的时间越早、径流系数越大、产流体积越多。连续降雨次数对开始产流时间、径流速率、径流系数、泥沙流失量影响显著(P研究连续性降雨过程中坡面平均入渗率和累积入渗量变化过程发现,三种降雨强度下的第一次降雨的土壤入渗率均较大,随着连续性降雨次数的增加平均入渗率逐渐减小,而累积入渗量呈线性增加。5)径流与土壤流失量随着降雨强度的变化而变化,两者呈现显著的线性关系(P<0.01),y=77.3x-70.3,拟合系数为0.80。整体上,呈现“水大沙多”的特征。6)泥沙随着盖度的增加呈现单调减少的趋势;与裸地小区相比,地表留有根系的小区的径流速率明显小于裸地小区径流速率,平均入渗率明显高于裸地小区平均入渗率。

关键词：植被恢复方式土壤储水量人工模拟降雨土壤前期含水量降雨入渗-产流

陕西省两种典型森林生态系统碳库组成特征及其影响机制

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陕西省两种典型森林生态系统碳库组成特征及其影响机制

作者：崔高阳中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

森林生态系统作为陆地碳汇功能实现的主体部分,在全球碳循环和碳平衡中发挥着重要的作用。而以往的研究多关注于系统中植被碳汇功能的发挥,对土壤、林下灌草及凋落物等主要组成碳库缺乏系统综合的研究,这对准确定量评估区域尺度森林生... 详细信息

森林生态系统作为陆地碳汇功能实现的主体部分,在全球碳循环和碳平衡中发挥着重要的作用。而以往的研究多关注于系统中植被碳汇功能的发挥,对土壤、林下灌草及凋落物等主要组成碳库缺乏系统综合的研究,这对准确定量评估区域尺度森林生态系统固碳现状、速率和潜力,全面深入理解系统源汇功能的发挥实现及其生物非生物调控机制仍显不足。为此,本文以陕西省油松人工林和栎类次生林两种典型森林生态系统为研究对象,基于方差分析、回归和主成分分析等统计分析方法对其碳库组成特征及其影响机制进行了分析探讨,以期为未来基于森林清查资料获取准确的系统碳储存,及森林生态系统增汇经营管理提供参考和依据。本研究重点分析了两典型森林生态系统碳库组成特征及其在区域和林龄组间的差异;探讨了各主要组成碳库间的联系;并基于主成分分析和冗余分析等排序分析方法揭示明晰其生物非生物影响因素。主要结论如下:(1)油松林生态系统各主要碳库碳储量组成为:乔木层,28.16-40.6%;灌木层,0.63-1.08%;草本层,0.24-1.17%;凋落物层,1.53-4.53%;土壤层,53.62-68.40%。均值为34.54%,0.81%,0.54%,2.91%,61.21%。栎类林生态系统各组成碳库比例分别介于:乔木层,20.49-50.11%;灌木层,0.47-3.11%;草本层,0.14-0.83%;凋落物层,1.02-4.63%;土壤层,47.34-71.64%。均值为34.73%,1.24%,0.36%,2.18%,61.49%。其中,土壤层碳储量约为乔木层的两倍,两者是系统碳库的的主要贡献者,分别为两典型森林生态系统总碳储量的95.75%、96.22%。(2)全省尺度上油松林乔木层碳储量与灌木层、凋落物层和土壤层储量均呈现线性正相关关系,与草本层储量呈现线性负相关关系;而栎类林乔木层碳储量与灌木层、草本层呈现微弱的负相关关系,与凋落物层和土壤层储量则不存在明显的联系。进一步将灌草层合并为林下植被碳库,乔木层、灌木和草本层合并为系统植被碳库,乔、灌、草、凋合并为系统地上碳库,分析乔木层与林下植被碳储量、植被与凋落物碳储量、系统地上与地下土壤碳储量之间的联系,发现油松林植被层碳储量与凋落物、系统地上碳储量与地下都存在着正相关关系,而栎类林乔木层碳储量与与林下植被层存在着负相关关系。(3)对两典型森林生态系统碳库组成进行主成分分析显示,油松林系统库间组成主要表现为林龄组间的变化,随林龄的增大,油松林乔木层、灌木层、凋落物层和土壤层碳储量在增加,草本层碳储量则降低,乔木层与土壤层碳储量之比在升高;而栎类林碳库组成除了林龄组间的变化,还表现出区域差异,从北部到中南部,其乔木层和土壤层碳储量在增加,而灌木层、草本层和凋落物层碳储量在减小,乔木层所占比例相应的在增加。此外结合生物环境因子进行的冗余分析则表明,地形、水热和土壤养分等生物环境因子共能分别解释油松林、栎类林碳库组成总变异的66.86%和40.94%,其中郁闭度和年均温对油松林碳库组成分布有显著影响(p生态系统碳库组成特征的研究,在未来基于森林资源清查资料和野外样地调查数据估算系统碳储量时,需注意不同树种(组)乔木层与系统其它层间库间转换关系,并应结合多种估算方法进行横向比较以降低估算中存在的不确定性;另外有关不同树种碳库组成对水热气候因子响应的差异性也应予以进一步的关注,深入剖析其背后所隐藏的生物学机理,探寻系统增汇技术途径。

关键词：油松林林龄组区域组成碳库栎类

黄土丘陵区水蚀坡面土壤碳排放影响因素及模拟

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黄土丘陵区水蚀坡面土壤碳排放影响因素及模拟

作者：张亚锋中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)

学位级别：硕士

土壤侵蚀是普遍存在的环境问题,由此引起的土壤有机碳迁移和再分布强烈影响碳循环过程和碳排放。当前关于侵蚀条件下土壤碳排放和控制机理认识还不统一,相关研究很少涉及土壤碳排放多因素综合影响及碳源汇关系转换条件,对于侵蚀影响下... 详细信息

土壤侵蚀是普遍存在的环境问题,由此引起的土壤有机碳迁移和再分布强烈影响碳循环过程和碳排放。当前关于侵蚀条件下土壤碳排放和控制机理认识还不统一,相关研究很少涉及土壤碳排放多因素综合影响及碳源汇关系转换条件,对于侵蚀影响下陆地生态系统碳源汇效应评估仍具有较大的不确定性。本研究以黄土丘陵区水蚀坡面为研究对象,通过野外采样测定、土壤呼吸监测以及室内矿化培养试验,利用相关分析、通径分析等方法,分析了土壤碳排放影响因素作用机制,通过模型模拟不同有机碳水平下侵蚀坡面碳排放多因素综合影响,对水蚀坡面土壤碳源汇转换临界条件进行探讨。主要结论如下:1)本研究区侵蚀坡面土壤呼吸速率影响因素的主次关系为:土壤温度>土壤含水量>土壤有机碳水平>坡位,温度是影响该区土壤呼吸速率的最主要因素。土壤温湿度主要通过对土壤呼吸的直接作用对土壤呼吸速率产生影响,通径系数分别为0.619和0.257。土壤有机碳含量与土壤呼吸速率密切相关,>0.5 mm土壤团聚体含量和容重的间接作用主要通过土壤有机碳对土壤呼吸产生影响,间接通径系数分别为0.292和-0.158。2)不同有机碳背景下水蚀坡面表现出不同的有机碳矿化特征。在侵蚀区,坡面侵蚀加速了土壤有机碳矿化;在沉积区,低碳(C1)水平下坡面侵蚀促进了土壤有机碳矿化,中碳(C3)和高碳(C4)水平下土壤有机碳矿化受到抑制。3)土壤有机碳水平、温度和含水量对土壤有机碳矿化潜力(Cp值)有明显影响,土壤温湿度的影响随有机碳水平的降低而减小。Cp值能综合反映土壤有机碳水平、温度和含水量对有机碳矿化的影响,可以用来解释土壤有机碳矿化影响因素的作用机理。在一级动力学方程的基础上,通过Cp值修正,得到土壤有机碳矿化多因素方程,可以很好地拟合不同有机碳水平下土壤有机碳矿化动态。4)土壤温湿度双因素模型对水蚀坡面土壤呼吸速率的拟合度较好(0.385

关键词：土壤有机碳水蚀坡面矿化动态影响因素模拟碳源/汇