基于系统性策略的灌溉水资源时空优化配置

随着社会、经济的发展以及人口数量的急剧增长,人类对水资源的需求量越来越大.在水资源日益短缺的情况下,科学合理地规划与管理灌溉水资源对提高水分利用率和保障粮食安全具有十分重要的意义.研究人员对此开展了大量卓有成效的工作,但多专注于特定的方面或尺度,深入性很强,系统性、整体性较弱.本文从管理的综合性与技术的集成性出发,提出了用于灌溉水资源时空优化配置的多层次多尺度框架,并阐明了框架内各组成部分的基础理论,以智能算法在各类模型求解中的应用为主线回顾和总结了前人的研究成果.基于系统性策略来研究灌溉水资源优化配置问题,既可以从时间尺度上总体控制灌溉用水总量,也可以从空间尺度上减少灌溉水量的损失,为提升灌区灌溉水资源管理水平,提高水分生产率以保障粮食安全提供科学依据与技术支撑.     

砒砂岩区不同施氮水平下5种潜在适生植物氮素利用比较研究

鄂尔多斯高原砒砂岩区土壤贫瘠、水土流失强烈,土壤氮素养分也是该区域植被恢复重建的主要限制因子。该研究以3种乡土种芨芨草(Achnatherum splendens)、长柄扁桃(Amygdalus pedunculata)和沙棘(Hippophae rhamnoides)与2种外来种掌叶大黄(Rheum palmatum)和杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)为研究对象,采用田间试验方法,分析比较鄂尔多斯砒砂岩区5种潜在适生植物在4个施氮水平[对照N_0、低(N_L,0.1 g N/kg风干土)、中(N_M,0.2 g N/kg风干土)、高(N_H,0.3 g N/kg风干土)]下个体生长表现和氮素利用相关指标的差异,旨在从氮素利用角度以及物种选择与施氮干预两方面为区域植被恢复重建提供理论依据。结果表明:(1)5种植物的个体生长表现在中等施氮水平下最佳,试验期间掌叶大黄、芨芨草、长柄扁桃、杂交狼尾草和沙棘在中等施氮水平下的株高和生物量分别增加10.00、41.41、38.95、151.45、41.08 cm和52.84、60.55、75.36、668.67、142.86 g。(2)5种植物在4个氮素水平下的平均氮素利用效率(NUE)为1 154.42 g·g~(-1),各施氮水平下,沙棘、掌叶大黄、长柄扁桃、杂交狼尾草和芨芨草的NUE分别为1 546.16、1 429.45、1 389.75、731.09、675.65(g·g~(-1)),且5种植物的NUE存在显著的种间差异,各施氮水平下植物的NUE综合表现为:沙棘、掌叶大黄、长柄扁桃大于杂交狼尾草、芨芨草。(3)氮素水平对5种植物NUE的影响显著,以中等施氮下最高,且5种植物不同施氮水平的NUE综合表现为:中氮对照、高氮低氮。(4)在影响NUE的两种乘项构成因素中,5种植物因生活型等方面的差异呈现出较为明显的氮素生产力(NP)和平均滞留时间(MRT)间的权衡,其中作为速生植物类引进的杂交狼尾草倾向于通过提高氮素生产力来提高氮素利用效率;而大型灌木类本地种——沙棘和长柄扁桃则偏向于通过提高滞留时间来提高氮素利用效率。研究认为,在砒砂岩区植被恢复物种选择和施氮干预中,建议栽植沙棘和长柄扁桃;并且适度施氮有助于提高区域适生植物氮素利用效率,促进植被恢复重建。