黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

黄土高原地区生态系统碳储量空间分布及其影响因素

准确估算生态系统碳储量,探明其空间分布及其影响因素对区域生态管理具有重要意义,但黄土高原地区碳储量现状、空间格局及其驱动因素尚不清楚。选择黄土高原地区森林（包括乔木林和灌木林）,草地和农田生态系统为对象,基于大量实测样点通过克里金插值和地统计方法,评估了三种生态系统地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和0-100 cm土壤有机碳密度空间分布,并通过路径分析探讨了各碳库的主要影响因素。结果表明：黄土高原地区约占全国总面积的6.7%,其生态系统总碳储量约为2.29 Pg,仅占我国生态系统碳储量的2.3%。生态系统各碳库中,地上生物量碳储量、地下生物量碳储量、土壤有机碳储量分别为0.44、0.32和1.52 Pg;森林、草地、农田（仅指土壤）生态系统碳储量分别为0.98、1.09和0.21 Pg。气候（年均温度、年均降水）、海拔、坡度、土壤质地（砂粒、粉粒、粘粒含量）、植被覆盖状况（用NDVI表示）等因子可解释地上生物量碳密度、地下生物量碳密度、农田土壤有机碳密度空间变异的12%、8%和32%,其中,年均降水、海拔、粘粒含量是黄土高原地区生态系统碳储量空间格局的主要影响因素。本研究表明,由于黄土高原地区独特的气候、地形和土壤条件,其生态系统虽然具有较大的碳储量,但是低于我国生态系统碳储量的平均水平。     

基于多源数据的黄土高原陆地水循环结构变化分析

近几十年间,黄土高原的水循环进程在人类活动与气候变化的影响下已产生了剧烈的变化。为加深对水循环结构变化的了解与认识,利用1982-2010年的降水、蒸散发、径流、土壤储水量和社会经济用水等数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析方法,对黄土高原的水量平衡进行评估,且细化了组成水循环的12种水文变量,并分析了水循环各分量的变化趋势及其结构的演化规律。由于网格化的社会经济用水数据（1982-2010年）对本研究产生了较大的时间限制,因此本文注重于探究这29年间黄土高原各水文变量的变化趋势及水循环结构的演化规律。结果表明：在自然系统中,蒸散发以1.97 mm/a的速率上升（P<0.01）,径流、降水和土壤储水量分别以1.01 mm/a（P<0.01）、0.77 mm/a和0.46 mm/a的速率下降。在社会系统中,社会经济用水以0.50 mm/a的速率上升,其中主要由于生活、制造业、发电和采矿用水分别以0.22、0.23、0.30 mm/a和0.01 mm/a的速率增加所导致。此外,灌溉和牲畜用水分别以0.25 mm/a（P<0.05）、0.01 mm/a（P<0.01）的速率减少。就水循环结构而言,多年平均蒸散发和社会经济用水占水循环的平均比例分别为80.95%、15.27%,并以每年0.16%、0.06%的速率逐渐升高。径流、土壤储水量的变化占水循环的平均比例分别为4.00%、-0.24%,并以每年0.24%（P<0.01）、0.02%的速率逐渐下降。随着社会经济的发展和人口的增加,区域水资源供需矛盾将进一步加剧,本研究对黄土高原水资源的科学调控与可持续利用有重要参考意义。     

太白山栎属树种叶片生态化学计量特征沿海拔梯度的变化规律

植物叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量学能够反映植物对环境的适应性以及环境变化对植物的影响,是生态化学计量学的热点之一。研究亲缘关系相近物种对环境变化的适应差异对于深入了解植物的化学计量策略具有重要意义,而目前对于亲缘关系相近物种沿海拔梯度各如何变化未获得一致性的结论。因此,本研究在秦岭太白山海拔约1100-2200 m范围内,对槲栎（Quercus aliena）、栓皮栎（Q.variabilis）、锐齿栎（Q.aliena var.acuteserrata）、辽东栎（Q.wutaishansea）这4种栎属树种的叶片C、N、P含量进行测定与分析,考察叶片化学计量特征随海拔的变化趋势,同时量化气候、土壤和地形3种影响因素对其变异规律的解释程度。结果表明：（1）总体来看,4树种叶片C含量随海拔升高先上升后降低,叶片N含量和N：P则表现出随海拔升高而降低的趋势,而叶片C：N随海拔升高而升高。（2）不同树种随海拔的变化趋势不同：槲栎与锐齿栎具有相似性,叶片N、P含量都随海拔升高显著降低,C：N都随海拔升高显著升高;栓皮栎的叶片N含量和C：N与前两者呈现相反趋势;辽东栎叶片C含量随海拔上升而下降,与栓皮栎相同,但其叶片P含量和N：P分别呈现先升高后降低、先降低后升高的曲线变化趋势。（3）叶片不同化学计量特征值受到不同因子的影响。其中,叶片N含量和C：N主要受气候因子影响（解释度为39.91%和36.59%）;叶片C含量主要受土壤因子影响（解释度为25.22%）;叶片P含量、N：P和C：P则主要受到土壤因子和坡度影响（解释度有23.70%-39.83%）,且这两个因子的交互效应影响较大（交互效应解释度有16.24%-24.72%）。本研究结果说明：（1）亲缘关系较近的物种在应对环境变化时,也会有不同的变化格局及对应的养分策略,而且这能在一定程度上解释它们的地带性分布规律;（2）地形因子会与土壤因子共同影响植物的化学计量特征,在研究山地森林生态系统时,坡度也是需要考虑的重要影响因子。     

基于生态系统服务价值变化的环境与经济协调发展研究——以陕西省为例

为探讨生态环境与经济发展间的协调程度,选取2000、2005、2010和2015年4期的陕西省107个县（区）数据,利用单位面积生态系统服务价值和人均GDP构建环境经济协调度指数。结合空间自相关分析和空间杜宾模型等方法,分析了环境经济协调度指数的时空演变特征及驱动因素。研究表明：（1）从时间上看,陕西省环境经济协调度指数整体呈现缓慢下降趋势;从空间上看,大部分县（区）已处于基本协调和中度协调状态,并形成了陕北地区优于陕南地区,陕南地区优于关中地区的空间格局。（2）陕西省环境经济协调度指数具有显著的空间正相关性,高高集聚和低低集聚效果比较明显。（3）退耕还林工程、城镇化水平、产业结构、降水量是提升协调度指数的关键因素,气温则是制约协调度发展的约束要素。未来应因地制宜实施差异化的发展战略,以实现环境与经济协调发展。     

不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺和棉田土壤盐碱化问题,研究不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐的影响,为棉田节水控盐和高效生产提供理论依据。通过大田膜下滴灌试验,以棉花灌水时期滴头下方20 cm处土壤基质势下限控制水平-50 kPa为对照(CK),在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)、苗期+蕾期+花铃期(C)设置3个基于土壤基质势下限的灌溉水平:W₁(-20 kPa)、W₂(-30 kPa)和W₃(-40 kPa),测定棉花生长、地上干物质量、产量和土壤水盐分布等指标。结果表明:不同生育期土壤基质势调控时,株高、叶面积指数和地上干物质量均表现为:WC>WB>WA>CK;不同土壤基质势水平调控时,随着土壤基质势下限的提高,株高、叶面积指数和地上干物质量也随之增加,其中,W₁C和W₂C处理显著高于其他处理。有效铃数、单铃重和衣分等产量构成要素均随着土壤基质势下限的升高而增加。W₁C和W₂C处理棉花的产量基本一致且显著高于其他处理,W₂C的水分利用效率显著高于W₁C处理。不同生育期土壤基质势均控制在-20或-30 kPa可以改善棉花主根区水分状况。各处理在收获期均表现为浅层积盐(0～40 cm),且膜外大于膜内;土壤基质势越高,膜内主根区(0～40 cm)积盐越少,其中W₁C和W₂C较其他处理减少24%。综合考虑高效生产和节水控盐,建议将当地休作期未淋洗棉田灌水时期土壤基质势控制在-30 kPa为宜。     

关中平原麦玉轮作体系作物秸秆不同还田模式下土壤有机碳和无机碳库变化特征

为探究不同秸秆还田模式对土壤碳库的影响,以陕西关中平原连续11年麦玉秸秆还田定位试验为基础,选择5种还田模式,即秸秆均不还田(CK)、小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田(WH-MC)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC)、小麦高留茬-玉米秸秆不还田(WH-MN)和小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆不还田(WC-MN),测定不同模式土壤有机碳(SOC)、活性碳组分和无机碳(SIC)在0～40 cm土层的分布。结果表明: 与CK相比,WH-MC和WC-MC的SOC储量分别增加28.1%和22.2%,SIC储量分别增加20.4%和17.3%;与试验初始土壤碳储量相比,各还田模式SOC固持量变化为-0.84～6.55 t·hm^-2,SIC固持量为-0.26～8.61 t·hm^-2;土壤总固碳效率为7.5%,维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.65 t·hm^-2·a^-1;与CK相比,WH-MC和WC-MC显著提升0～20 cm土层活性碳组分含量。主成分分析表明,不同还田模式下土壤碳库变化主要受秸秆投入量的影响。来源于灌溉水和植物残体的Ca²⁺、Mg²⁺与SOC矿化产生的CO₂可共沉淀形成CaCO₃,可能是本研究SIC增加的主要机制。从提高土壤碳固持角度来看,小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田模式为最佳还田模式。     

黄土高原生物结皮对SCS-CN模型初损率的影响

水文模型是水文过程研究的有效工具,初损率(λ)是径流模型SCS-CN模型的参数,对模拟流域水文过程具有重要意义。为了确定生物结皮对λ的影响,提高该模型在黄土高原生物结皮广泛分布的退耕地的预测精度,本研究以陕西省定边县鹰窝山涧流域不同盖度的生物结皮坡面为对象,采用模拟降雨试验,分析土壤潜在最大入渗量(S)与实际入渗量(F)的关系,以及生物结皮盖度对λ的影响,并修订了λ;在此基础上,采用陕西省安塞县纸坊沟流域生物结皮径流小区的模拟降雨试验数据校验了参数修订后的模型。结果表明: 生物结皮坡面S与F的关系式为: S/F=2.5×60/T(其中T为降雨历时);模型参数λ与生物结皮盖度(C_BSC)呈极显著负相关关系,二者关系式为: λ=0.0791×e^{(-0.015×C_BSC}),R²=0.60;较λ取标准值,依生物结皮盖度修订λ后,SCS-CN模型Nash效率系数提高338.7%,合格率提升16.1%。研究结果为黄土高原生物结皮坡面λ的确定提供了科学依据,对准确评估黄土高原退耕还林(草)工程的水文效应具有重要意义。     

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。     

基于地理探测器的中国农业生态效率时空分异及其影响因素

研究农业生态效率的时空分异及其影响因素对实现中国农业生态高质量发展具有重要意义。基于2000—2018年中国30个省/区/市的面板数据,采用超效率SBM模型测算省际农业生态效率,在时间序列、空间可视化及趋势面分析揭示农业生态效率时空演变规律的基础上,进一步利用地理探测器模型识别影响农业生态效率空间分异的主导因子及其交互作用。结果表明: 2000—2018年,中国农业生态效率整体呈现稳定上升的趋势,但仍然处于较低水平,存在较大提升空间;中国农业生态效率具有显著的空间分异特征,总体上呈现出东西部地区较高、而中部地区较低的空间分布格局;中国农业生态效率的空间分异受到农业资源禀赋、社会经济、自然生态环境等多种因素的影响,不同因子对农业生态效率空间分异的影响存在明显差异且因子间交互作用会增强其空间分异。综上,要关注农业生态效率时空分异的主导因子,并注重区域间的协同合作,以实现农业的高质量发展。