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1. chinaXiv:202103.00048 [pdf]

1980—2017 年青海省地表温度时空变化特征

赵美亮; 曹广超; 曹生奎; 刘富刚; 袁杰; 张卓; 刁二龙; 付建新
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

地表温度是区域气候、农业生产及土壤养分的重要影响因素,分析地表温度的变化规律对深入了解气候变化的原因及农业生产的布局具有重要意义。基于青海省35个气象基站1980—2017年逐日地表温度、气温和风速数据,采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等数理统计方法对青海省地表温度的时空变化特征及其与气温、风速、海拔等因子的关系进行了研究。结果表明:(1)青海省年均地表温度呈波动上升的趋势,增温速率达0.68 ℃·(10a)-1(P<0.01),2001年发生突变;地表温度变化存在明显的季节差异,冬季地温变化速率最明显,为0.77 ℃·(10a)-1(P<0.01),其他季节差异不大;青海省年均地表温度具有4~7 a和11~16 a两种周期变化;(2)全年地表平均温度分别在青南高原和祁连山区形成2个低温区,在柴达木盆地和东部农业区形成2个高温区,且低温区的增温速率较大;(3)全年及各季地表平均温度与平均气温呈显著正相关,与风速、海拔呈显著负相关关系;(4)地表平均温度呈现出明显的垂直递减规律且海拔高的地区变暖趋势更加明显。

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2. chinaXiv:202103.00050 [pdf]

新疆夏季行星边界层参数化方案模拟特征研究

张海亮; 李火青; 买买提艾力·买买提依明
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

行星边界层参数化方案(PBL)对天气气候和大气环境的模拟与预报具有重要影响。通过基于单柱模式(SCM)的乌鲁木齐单点理想实验,以及新疆2019年8月15—18日的一次降水天气过程的模拟检验及诊断分析,研究了YSU、ACM2、BOULAC、GBM、MYJ和QNSE 6种常用的PBL参数化方案模拟的大气比湿、位温等气象要素响应土壤湿度变化的特征。结果表明:土壤湿度增加时,使用不同PBL参数化方案模拟的低层大气都呈现出比湿增加、位温降低、边界层高度降低的显著特征;GBM、ACM2中,垂直水汽输送效率较低,大气比湿较低、位温较高、湍涡作用范围较大,降水偏漏报;QNSE、MYJ中,垂直水汽输送效率较高,大气比湿较高、位温较低,湍涡作用范围较小,降水偏空报;QNSE、MYJ模拟的2 m比湿最大;ACM2模拟的2 m比湿最小;夜间QNSE模拟的2 m温度最低;白天MYJ模拟的2m温度最高;QNSE、MYJ模拟的10 m风速最高。这些模拟特征与PBL方案水汽垂直输送效率的差异密切相关。

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3. chinaXiv:202103.00070 [pdf]

棉花陆海重组自交系群体花铃期抗旱性鉴定及评价

姜梦辉; 孙丰磊; 杨阳; 王艳艳; 曲延英; 陈全家
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

以陆地棉材料(中07)和海岛棉材料(新海20)构建的F2:6陆海重组自交系群体为试验材料,分别于2018年、2019年的7月份在石河子144团采用田间干旱胁迫的方法,在花铃期对棉花陆海重组自交系群体进行干旱胁迫处理,通过测定农艺性状和产量相关性状,采用方差分析、主成分分析、聚类分析等相结合的方式,对陆海重组自交系群体进行抗旱性鉴定及评价。由主成分分析可知,陆海重组自交系群体在干旱胁迫状态下铃数、皮棉、有效果枝数和衣分变化较为明显。根据抗旱性度量值(D 值)进行聚类,将陆海重组自交系群体材料划分为4个类群:第Ⅰ类群为抗旱型,是HL-44、HL-48、HL-13等16个株系;第Ⅱ类群为中抗旱型,是HL-21、HL-8、HL-19等19个株系;第Ⅲ类群为干旱敏感型,是HL-11、HL-12、HL-3等29个株系;第Ⅳ类群为干旱极敏感型,是HL-10、HL-18、HL-31等8个株系。并鉴定出亲本中07属于抗旱型材料,新海20属于抗旱敏感材料。同时发现群体材料中有比亲本中07抗旱性更强的株系有5个,在抗旱型类群;比亲本新海20抗旱性更敏感的株系有8份,在极敏感型类群。说明该陆海重组自交系群体在抗旱性方面不仅有亲本陆地棉和海岛棉的遗传特性,还有超越亲本的遗传特性。为今后研究海陆重组自交系群体的抗旱性提供了基础。

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4. chinaXiv:202103.00071 [pdf]

微咸水膜下滴灌对棉花生长及产量的影响

刘雪艳; 丁邦新; 白云岗; 柴仲平; 王小童
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

新疆南部地区淡水资源短缺,浅层地下咸水及灌溉排水资源相对丰富,研究淡咸水混合灌溉对棉花生长及产量的影响,以期获得一套简易的应用模式,在极端干旱年份对于缓解新疆南部棉花种植地区的干旱损失具有重要意义。以灌溉地表水(矿化度0.38~0.75 g·L-1)为对照与排水渠咸水(矿化度9.81~11.81 g·L-1)按照不同比例混合,设置6种不同梯度的灌溉水,即淡咸比1:0(对照);淡咸比4:1(处理1);淡咸比3:2(处理2);淡咸比2:3(处理3);淡咸比1:4(处理4);淡咸比0:1(处理5),对棉花进行大田灌溉试验。结果表明:(1)随着灌溉水矿化度增加,棉花的生理性状呈现下降趋势。与对照相比,处理1灌溉水对棉花生长的影响较小,棉花产量较对照下降11.85%。(2)灌溉水分生产效率随着灌溉水矿化度的升高而降低,处理1较对照减少最少。(3)不同微咸水处理下10~40 cm土壤盐分呈现累积现象,其中对照最后1次灌水后的土壤盐分较第1次灌水前增加14.08%,处理5增加最多为173.08%。灌溉水配比4:1即矿化度为2.36~3.39 g·L-1时对棉花生长、产量、灌溉水分生产效率及土壤盐分影响较小。说明在干旱缺水时期采用适当的咸淡混合灌溉方式,对于缓解区域水资源短缺,保证棉花产量具有重要的作用。

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5. chinaXiv:202103.00072 [pdf]

半干旱区箭舌豌豆播期对间作马铃薯生物量 和水分利用效率的影响

张绪成; 于显枫; 马一凡; 侯慧芝; 王红丽; 方彦杰
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

协调马铃薯与绿肥作物对水分的利用,是协同实现二者间作提高半干旱区马铃薯产量和提升耕地质量的关键。于2017—2018年在西北黄土高原半干旱区布置定位试验,间作箭舌豌豆设计6月10日(PS1)、6月26日(PS2)和7月10日(PS3)3个播期,以马铃薯单作(P)为对照,测定土壤水分、生物量、马铃薯叶片叶绿素相对含量(Soil and Plant Analyzer Development,SPAD)、冠层温度和产量等指标。结果表明,与P相比,平水年(2017年)PS1降低了马铃薯花期120~160 cm土层和块茎膨大期20~40 cm土层的土壤贮水量,PS2和PS3则增加了块茎膨大期140~200 cm、收获期0 ~ 80 cm土层的土壤贮水量;间作提高了丰水年(2018年)土壤贮水量。平水年PS1花前耗水量最高,较PS3提高了15.7%;丰水年PS3最高,较PS1增加了17.9%,但均和P、PS2无显著差异;P的花后耗水量在平水年分别较PS1、PS2 和PS3 增加了70.9%、48.6%和32.0%;PS3 的花后耗水量在丰水年分别较P、PS1 和PS2 增加了24.3%、23.1%和38.1%,均达到显著差异。PS2和PS3的地上生物量较P在2017和2018年分别增加了1.1%~12.4%和11.0%~13.2%,且PS3在平水年显著提高了水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)。平水年P和PS3的产量无显著差异,但显著高于PS1和PS2;丰水年P、PS2和PS3的产量无显著差异,但显著高于PS1。因此,半干旱区马铃薯间作的箭舌豌豆适宜播期在6月下旬到7月上中旬,在不降低马铃薯块茎产量的基础上增加地上部生物量,并显著提高平水年马铃薯的WUE。

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6. chinaXiv:202103.00073 [pdf]

矿井水排放湖泊沿岸土壤氮素空间分布规律的研究 ——以宁夏灵武园疙瘩湖为例

段文艳; 于小娟; 唐明; 严洁; 李鑫; 张文瑞; 盛敏
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

为探明湖泊滨岸对矿井水中氮素的截留与缓冲作用及其与滨岸土壤氮素空间分布间的关系,以宁夏灵武市羊场湾煤矿矿井水排放湖泊——园疙瘩湖为研究对象,测定了该湖水滨区域、近岸陆域和自然区域土壤中8种氮素的含量和土壤酶的活性,分析了水滨区域和近岸陆域与自然区域相比的土壤氮素变化系数及其随距矿井水排放口距离远近的变化规律。结果表明:园疙瘩湖滨岸土壤氮素空间分布存在异质性;相比较而言,水滨区域与周边自然区域的土壤氮素分布特征差异较大,而近岸陆域与周边自然区域的差异较小;相较于无机态氮,有机态氮的空间异质性更强;各有机氮形态中,颗粒物有机氮多被截留于离岸最近的水滨区域,而氨基酸氮和可溶性有机氮则需要更为宽阔的截留区域;水滨区域对颗粒物有机氮的截留效应随着距矿井水排放口距离的增加而降低;水滨区域和近岸陆域对氨基酸氮的截留效应在1400 m内逐渐降低,而在1400 m后趋于稳定;水滨区域和近岸陆域对可溶性有机氮的截留效应与其离矿井水排放口的距离无关,这可能是因为可溶性有机氮的易溶解特性使其随水体的迁移性较强,滨岸带土壤虽在吸附和缓存可溶性有机氮中发挥了一定的作用,但其较强的迁移性致其在滨岸带土壤中的分布较为均一;滨岸土壤氮素的空间异质性与土壤酶活性无关。综上可知,湖泊滨岸土壤对矿井水中有机态氮具有截留作用,且该截留作用多发生在距矿井水排放口1400 m的滨岸带内,滨岸土壤对矿井水中氮素的截留作用亦是滨岸土壤氮素空间分布异质性的主导因素。本研究结果可为指导矿井水排放路径的设计及矿井水资源的合理开发与利用提供指导。

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7. chinaXiv:202103.00074 [pdf]

基于遥感指数的区县级生态环境评价

张亚球; 姜放; 纪梦达; 姜海山; 王子彦
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

基于遥感生态指数(RSEI)能够对生态环境实现快速的监测和评价,RSEI的提出为遥感生态评价提供了一种新的方法。针对RSEI的应用问题,本研究选取吉林省长春市主城区、内蒙古赤峰市翁牛特旗中东部半干旱区、青海省西宁市北川河自然保护区为试验区,分别在指数优化和细节表征两方面进行了研究,从近20个指数中选定最优指数并将以主成分分析法和多元线性回归法得到的结果进行细节表征对比,旨在探索适用于区县级的生态评价方法。结果表明:(1)以固定指数构成的RSEI模型在细部表征较差,存在较多误判;(2)同样使用PCA法以优化后的指数构建的RSEI(NEW)模型对细节信息的保留较前者要好,在主城市区的结果相较于其余模型更好;(3)利用逐步多元线性回归模型以优化后的指标参与构建的MLR(RSEI)在半干旱区和生态区的结果最佳。试验表明,以最优指数参与的多元线性回归模型能够较好的保留细部特征,对复杂环境的区县级小区域生态评价具有较强的适用性。

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8. chinaXiv:202103.00075 [pdf]

补水与制冷不同初始条件对黏土冻融过程 影响的试验研究

孙雯; 宋玲; 陈新瑞; 许清峰; 陈鹏; 杨禹锟; 吴浩
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

为研究补水过程中新疆黏土的冻融特征,于室内开展单向冻融模型试验,分析非饱和黏土单向冻融过程中温度、冻胀量、融沉量的时空变化规律。结果表明:冻融量随温度的变化而变化;冻融初期,温度变化较快,冻胀/融沉量开始产生并逐渐增大;冻融后期,温度变化减慢并趋于稳定。两种条件下融化时长均短于冻结时长,初始含水率越大的土样,冻融历时、冻结/融化深度及冻胀/融沉量越大。研究结果表明:初始含水率的不同会导致水冰之间的相变差异及土体水热的变化,从而造成冻融过程中温度场和冻融量不同。此研究所得出的冻融温度场、冻结/融化锋面和冻胀/融沉量的变化规律,可为寒旱区水利工程的设计、修建及运营维护提供理论参考。

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9. chinaXiv:202103.00103 [pdf]

高寒草地沙化过程植被与土壤特征变化的 生态阈值估算

宗宁; 石培礼; 孙建
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

草地沙化是目前面临的重要环境问题,会对牧草生产与居民生活环境产生重要影响。目前关于草地沙化的研究主要集中在沙化过程植被特征与土壤性质的变化,选择何种敏感指标指示沙化过程以及如何量化沙化过程的生态阈值仍缺乏研究。本文利用空间代替时间的方法,在半干旱高寒草原区选择5种沙化梯度作为研究对象,系统研究沙化过程中植物、土壤及微生物特征的变化,并对沙化过程的生态阈值进行估算。结果显示,随着沙化程度的加深,群落盖度、地上和地下生物量表现出显著降低的趋势;土壤含水量呈现逐渐降低趋势,而土壤容重呈现逐渐升高趋势,极重度沙化草地的砾石比例显著高于其他沙化梯度。对土壤养分含量的分析显示,表层土壤(0~10cm)全碳、全氮含量逐渐降低,极重度沙化碳氮比显著高于其他沙化梯度。草地沙化过程中植被的生态阈值发生在轻度—中度沙化梯度,土壤和土壤微生物的生态阈值发生在中度—重度沙化梯度。从阈值估算来看,植物反应比土壤更加敏感,把植物群落特征变化作为指示草地沙化程度的指标更科学。同时,轻度到中度沙化梯度是沙化过程的关键时期,所以对沙化草地的早期防治至关重要。

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10. chinaXiv:202103.00078 [pdf]

极端干旱与氮添加对半干旱沙质草地物种 多样性、叶性状和生产力的影响

孙一梅; 田青; 吕朋; 郭爱霞; 张森溪; 左小安
Subjects: Environmental Sciences, Resource Sciences >> Basic Disciplines of Environmental Science and Technology

以科尔沁沙质草地为研究对象,研究了短期内极端干旱(减雨60%和干旱60 d)和氮添加(20 g·m-2·a-1)对植物群落物种多样性、叶性状和生物量的影响。结果表明:水、氮变化改变了群落中优势物种的重要值,其中优势物种砂蓝刺头和黄蒿的重要值在短期极端干旱和氮添加处理下明显增加。短期内极端干旱对植株高度(Hight,H)、叶片氮含量(Leaf Nitrogen Content, LNC)及地上生物量有显著影响,减雨60%降低了H,而增加了LNC,生物量在减雨60%和干旱60 d处理下均显著降低,物种多样性、比叶面积(Specific Leaf Area, SLA)、叶干物质含量(LeafDry Matter Content, LDMC)及叶碳含量(Leaf Carbon Content, LCC)在不同干旱处理间均无显著差异。短期氮添加对植物叶性状及地上生物量有显著影响,H、SLA和LNC在氮添加处理下增加,而LDMC降低,植物多样性无显著变化。极端干旱与氮添加两者交互作用对物种多样性、叶性状及生物量均无显著影响。相关回归分析表明,物种多样性、SLA、LDMC、LCC及LNC与生物量无显著相关关系,而H与生物量显著正相关。半干旱沙质草地一年生为主的植物群落通过改变优势物种关键性状来适应极端干旱和氮沉降,其中H对草地生产力的维持有较大的影响。

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