黑河流域水资源优化配置研究
作者: 李小琴  日期:2005-03-01 来源 :西安理工大学 文献类型 :学位论文 关键词:可持续利用 水资源 黑河流域 承载力 优化配置 评价 
描述:黑河是中国第二大内陆河,长期以来,由于人口增长,经济发展, 中游地区人类活动用水量增加,致使进入下游水量急剧减少,导致森林 死亡、草场退化、沙漠化扩展,成为中国北方地区沙尘暴的主要沙源地 之一。本文在分析了黑河流域水资源开发利用现状的基础上,指出了目 前黑河流域水资源开发利用中存在的问题,综述了国内外水资源优化配 置的研究进展,收集、整理并分析了大量黑河流域社会、经济、生态环 境等与水资源优化配置相关的资料数据;对黑河流域水资源需求进行了 分析和预测;建立了水资源优化配置模型,获得了水资源优化配置方案, 对实现黑河流域水资源优化配置具有重要的参考价值。本文取得的主要 研究成果如下: (1) 提出了黑河流域水资源优化配置的指导思想、原则和目标,结 合流域水资源开发利用特点和目标生成了2010水平年五个水资源配置方 案,为研究或实施黑河流域水资源优化配置方案奠定了基础。 (2) 结合产业结构和农业种植结构调整及对灌区的节水改造,采用定 额法对生活、生产、生态需水进行了预测,总需水量由现状的42. 01亿 m3减少到2010水平年的34. 93亿m3,减小了16. 9%,需水的负增长趋势 是合理的,符合流域实情。 (3) 考虑到黑河流域水资源短缺,需水量大于水资源量的实情,建立 西安理工大学工程硕士学位论文 了兼顾流域缺水均衡,以流域总缺水最小为目标的水资源优化配置模型 (LPM);提出了应用遗传算法求解LPM模型具体步骤,推导并给出了该 算法有关公式和参数,丰富了水资源优化配置方法。 (4)采用长系列资料,应用LPM模型,进行大量运算获得了现状年和 2010水平年的六个黑河流域水资源优化配置方案;通过各方案在实现分 配水权、生活、生产和生态用水的协调程度、供水保证率、水资源开发 利用程度等方面的分析比较,以及水资源可持续承载能力的评价,重点 评价了发展系数、协调系数、公平系数和可持续发展系数,得出了方案5 为水资源配置最优方案。论文取得的成果对实现黑河流域水资源优化配 置具有重要的指导意义。 关键词:黑河流域;水资源;优化配置;可持续利用;承载力;评价
黄土高原旱地长期定位试验土壤酶活性研究
作者: 樊军  日期:2001-05-01 来源 :西北农林科技大学 文献类型 :学位论文 关键词:土壤酶动力学 微生物量碳氮 微生物数量 土壤酶活性 长期定位试验 
描述:本论文对设在黄土高原旱地农田上的两个长期定位试验土壤酶活性进行研究,包括过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶,结合土壤养分含量、微生物数量、微生物量碳氮等性质对旱地农田的土壤酶活性进行综合研究,探索旱地长期施肥与轮作等农业措施对土壤生物学性质,特别是酶活性影响的实质原因,并用酶活性综合评价土壤肥力。 长期轮作施肥对土壤养分含量有显著影响。轮作施肥中施有机肥有利于土壤有机C含量的增加和增强土壤生物学活性,为作物稳产高产创造良好的生物化学环境,施有机肥本身带入土壤外源酶,同时为土壤微生物创造了良好的生活环境,有利于酶活性的提高,因此施用有机肥在旱地土壤有很好的培肥增产效果,在小麦连作系统中凡施有机肥处理的产量平均3255kg/hm2,而氮肥(1200 kg/hm2)、磷肥(700 kg/hm2)单施的产量与CK(1100 kg/hm2)接近。 长期轮作施肥对土壤微生物量碳氮有显著影响,尤其施用有机肥可以显著提高土壤微生物量,微生物碳相对休闲地增加幅度在62.3%~270%,微生物氮增加41.2%~353.1%,施肥使微生物量氮占全氮的比例明显提高。微生物量碳、氮与土壤酶活性有很好的相关关系;有机肥提高了土壤微生物数量,它们与酶活性的关系不密切,仅真菌数量与3种酶活性相关达到显著水平,造成这种现象的原因可能是微生物数量测定方法的限制。 土壤酶活性随冬小麦生育期波动较小,土壤中游离脲酶、碱性磷酸酶活性占总酶活性的1%左右,结合酶促反应动力学参数研究证实:旱地土壤酶活性主要是累积在土壤中酶的活性,它与土壤有机无机胶体紧密结合,受其保护,稳定性很高;对土壤0~200cm剖面酶活性分布研究表明,酶活性在土壤耕层显著高于底层,过氧化氢酶活性从表层向下层降低幅度较小,而其余4种酶活性急剧降低。 长期施用化肥及化肥与有机肥配合施用显著降低了土壤过氧化氢酶活性,对土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性有改善作用。相关分析与通径分析表明过氧化氢酶活性与土壤有效P含量显著负相关,脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶活性与土壤C、N状况有密切关系,较高的土壤有效P含量对土壤碱性磷酸酶活性有抑制作用。土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性与冬小麦产量呈显著线性相关关系,因此土壤酶活性可以用来综合评价旱地土壤生产力高低。 长期种植不同植物及轮作,进入土壤的植物残体数量与成分不同对土壤酶活性影响不同,苜蓿、豌豆、红豆草等豆科植物对土壤酶活性的影响作用大于小麦、玉米、 洋芋等作物。 根据主成分分析结果,土壤酶活性构成的信息系统与化学性质及微生物性质所构成的信息系统所表征的土壤肥力状况完全一致,证明旱地土壤肥力状况可以用过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性综合评价,其中脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性所反映的信息量高于过氧化氢酶与蔗糖酶活性。
黄土高原地区村级农田土壤养分空间变异特征与肥力评价研究
作者: 高义民  日期:2005-08-01 来源 :西北农林科技大学 文献类型 :学位论文 关键词:空间变异性 村级尺度 评价 土壤养分 
描述:农田土壤养分的空间变异性具有普遍性。开展土壤养分空间变异性研究对于科学合理地制定农田施肥方案,提高养分资源利用率,促进变量施肥技术的发展,实现精确施肥都具有重要意义。长期以来,国内外关于土壤养分空间变异的研究大都集中在田块级小尺度或县乡级大尺度,而对村级尺度下的土壤养分空间变异性研究很少。村级单位是我国农业生产管理的最基本单位,许多农艺措施(如施肥、灌溉、种植结构、品种引进等)都以村为单位组织实施,因此研究村级尺度下的农田土壤养分空间变异性,在我国更具有实际意义。 本研究选择黄土高原地区陕西省新集村为研究对象,在219hm2耕地上用网格法(采样间距为粮食作物70×70m,果园50×50m,蔬菜地30×30m)结合GPS技术采集364个耕层(0~20cm)土壤样品,并应用土壤养分状况系统研究法(ASI法)测定了土壤的pH、有机质和速效养分(N,P,K,Ca,Mg,S、B、Fe、Mn、Zn、Cu)共13个养分指标项目。 常规统计结果表明,除有效K外,试验区土壤养分指标高低顺序为:大棚蔬菜地>果园>农田,其中,水浇地>非水浇地,而有效K含量顺序为:水浇地>大棚蔬菜>非水浇地。ASI法评价结果显示,试验区土壤有效N、P、K、Fe和Zn处于临界值以下的土样数占全部土样总数的比例分别为98.9%、4.4%、11.5%、95.3%和55.5%,这表明该村农田养分亏缺程度排序从大到小依次为N>Fe>Zn>K>P。地统计学研究结果表明:在该试验区,土壤pH、有效P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu的理论半方差模型符合线性有基台模型,而有机质(OM)和有效态N、S、B的理论半方差模型则符合线性模型。从空间相关程度看,除有效Fe具有强烈的空间相关性外,其余观测指标(pH值,有机质,有效P、K、Ca、Mg、S、B、Mn、Zn、Cu)均具有中等的空间相关性,空间变异程度大小依次为:Fe>pH>Cu>P>OM>Mn>Ca>K>Mg>Zn>B>N>S。不同观测指标空间最大相关距离在148 m~1853 m之间,其排列顺序为:N>OM=S=B>Cu>Mg>P>Ca>K>Zn>Mn>Fe>pH。 Kriging插值结果显示,该村土壤养分分布状况极不均匀,耕作习惯、水分管理、作物类型、土地利用方式均对土壤养分分布构成影响,主要是由于施肥所致。建议在该试验村对土壤K、P养分进行分区管理,N肥采用同一标准,均量管理,同时增施微量元素Fe、Zn肥料,从而达到养分平衡管理的目标。采用这一养分管理模式选择葡萄、猕猴桃进行田间试验,取得较好的产量和较高的经济效益。
黄土高原北部农牧交错带庭院集雨提高水分转化效率技术途径的研究
作者: 马治国  日期:2005-06-01 来源 :中国农业大学 文献类型 :学位论文 关键词:黄土高原农牧交错带 集雨补灌 提高水分转化效率 庭院经济 
描述:本研究以内蒙古准格尔旗为例,研究了在半干旱气候条件下,建设集雨补灌农业.发展高效节水庭院经济的途径和对策。本区位于黄土高原北部农牧交错带,自然环境恶劣,水土流失严重,土壤生产力低下,由于过度开垦和放牧,植被破坏严重,生态恶化,急需治理。在此条件下,发展生态节水型庭院经济,可缓解生态压力,对于促进区域经济的发展具有重要意义。主要研究结果如下: (1) 在试验区,大力建设集雨设施是发展庭院经济的基础。主要的庭院集雨设施有旱井、水窖和水窑等基本形式。根据当地降水特征,分析了在不同降水量和保证率下,可集雨水潜力和现有集雨设施和效率下庭院的最大可集雨量和旱井数量。庭院的最大集雨量为390.1m~3,旱井数量应为13个。 (2) 以典型庭院为依据,计算出多年平均集雨量为240.7m~3;人均生活用水量在高、中、低三种水平(分别为30、20和10L/d)下,基本年需水量分别为33、22和11m~3;庭院养殖业每年需水量在高、中、低三种水平下分别为38.04、31.66和25.73m~3;庭院种植业的每年最大用水量(干旱年)和平均用水量(平水年)分别为18.1和10.1m~3。根据基本限制因素——生存周期和经济效益,确定用水优先序为:人的生活用水——养殖业用水——种植业用水;并且在3大部分内部,又进一步细化了用水的优先序。 (3) 在庭院经济的种植业子系统中,以提高雨水经济转化效率的数学表达形式B=R×C_1×C_2×C_3为线索,具体分析了C_1、C_2和C_3这3个参数。当庭院面积和路面的面积比例为1:2、1:1和2:1三种情况下,C_1分别为48%、52.6%和57.0%。对于不同的庭院经济作物蔬菜、西瓜和果树,C_2的平均值分别是21.8、15.6、60.7kg/m~3,C_3分别为0.84、0.42和0.50元/kg。对于各个参数分别提出了提高水分经济转化效率的途径。
黄土高原农田土壤有机碳空间变异性
作者: 张志霞  日期:2014-05-01 来源 :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) 文献类型 :学位论文 关键词:空间变异 不确定性 尺度效应 农田有机碳 黄土高原 
描述:伴随着生态环境问题的不断出现,各类碳问题逐渐成为科学家们探讨的热点。作为陆地生态系统最大的碳库,土壤碳库储量的估算存在较大的不确定性,有机碳空间变异是其不确定的重要原因之一。受人为活动的强烈影响,农田土壤有机碳具有较大的空间变异。在黄土高原地区,由于地形起伏大、地貌类型多样,进一步增加了农田土壤有机碳的变异性和碳储量估算的不确定性。目前对黄土高原区农田土壤有机碳空间变异的研究大多集中在坡面和小流域尺度,在黄土高原区域尺度的研究工作相对缺乏。本文以黄土高原丘陵区、高塬区、平原区为研究区域,从不同地貌类型区域尺度、同种地貌类型对应的县域尺度、地貌单元尺度和乡镇尺度,采用传统统计学与地统计学结合的方法,通过对不同尺度下土壤有机碳空间变异、影响因素、合理样本数、布点方法的差异性研究,确定黄土高原典型地貌区及典型县有机碳含量空间变异性、影响因素及尺度效应。研究结果对准确估算区域农田土壤有机碳储量,建立合理的土壤采样布点方案具有重要的理论和现实意义。主要得出以下结论: (1)黄土高原不同地貌类型区及对应的县域尺度下,土壤有机碳空间变异性具有尺度效应,丘陵区的有机碳含量与变异系数尺度效应较为明显。区域尺度上平原区有机碳含量最高,其次为高塬区与丘陵区,有机碳含量变异规律与之相反。县域尺度上有机碳含量大小顺序为平原区>丘陵区>高塬区,变异规律为平原区>高塬区>丘陵区。因此,丘陵区县域尺度上庄浪县有机碳含量代表性较差,其他两区县域有机碳含量代表性较好。整体上看,研究区土壤有机碳空间相关性距离都表现出与面积的正相关关系。丘陵区在区域尺度上和县域尺度上土壤有机碳都表现出强烈的空间相关性,在平原地区随着面积的增大有机碳含量随机性增强,而在高塬区两 种尺度下有机碳含量都呈现出随机效应。 (2)黄土高原不同空间尺度下土壤有机碳变异的主要影响因子及其影响程度有明显差异,但在相同地貌类型区,平原区除外,区域尺度影响因子较为复杂,且涵盖了县域尺度上主要的影响因子。在区域尺度上,土壤有机碳空间变异的主要影响因子及其贡献率表现为丘陵区:土壤侵蚀程度29.7%、海拔29.6%、土壤类型26.3%;平原区为种植制度57.4%、土壤类型15.3%、土壤质地12.3%;高塬区为土壤质地66.6%、田面坡度16.7%、坡向16.7%。在县域尺度上,有机碳空间变异表现为丘陵区海拔86.5%、土壤类型13.5%;平原区为种植制度51.2%、海拔29.9%;高塬区显著性影响因子不明确。 (3)丘陵区庄浪县海拔与土壤类型是导致土壤有机碳发生空间变异的主要因素,其地貌单元尺度和乡镇尺度下土壤有机碳空间变异具有明显差异,不同空间尺度下(县域-地貌单元-乡镇)土壤有机碳变异的影响因子存在差异,随着空间尺度的缩小,海拔和土壤类型对有机碳空间变异的影响减弱。海拔每升高200m有机碳含量差异显著,黑垆土、黄绵土与红粘土三种土类对有机碳含量有显著影响。在完整地貌单元尺度上,有机碳含量表现出高山区>低山丘陵区>丘陵沟壑区,变异系数表现为丘陵沟壑区>低山丘陵区>高山区;乡镇尺度上,有机碳含量表现为低山丘陵区>丘陵沟壑区>高山区,变异系数表现为高山区>丘陵沟壑区>低山丘陵区。丘陵沟壑区地貌单元尺度和乡镇尺度土壤有机碳空间变异影响因子无尺度效应;在低山丘陵区,地貌单元上农田土壤有机碳空间变异的主控因子是海拔与土壤类型,而在乡镇尺度上则转化为田面坡度;在高山区,地貌单元上主控因子是土壤类型,而乡镇尺度上主要影响因素为土壤侵蚀程度。 (4)经典统计学与地统计学两种统计方法所确定的样本量相差较大,联合单元布点较随机均匀布点需求的样本量要小。黄土丘陵区庄浪县不同样本量下的各组样点都具有充分的代表性。联合单元布点比随机均匀布点不确定性稍大。庄浪县有机碳含量采用传统统计学随机布点确定的合理样本数为64个,联合单元布点下的合理样本为61个,差别较小。而采用地统计学在随机布点下所确定的样本量为903个以上,联合单元布点下为454个以上,差别较大。因此,利用经典统计学对区域进行大致趋势及特征的研究时,联合单元布点与随机均匀布点均可运用;但若采用克里格法来获取县域水平土壤有机碳空间分布状况时,联合单元布点能大量地减少采样量与投入及分析成本。
黄土高原农户高效节水灌溉技术选择行为研究
作者: 刘黎黎  日期:2014-05-01 来源 :中国农业科学院 文献类型 :学位论文 关键词:选择行为 投入产出比 高效节水灌溉技术 农户 Logit二元选择模型 
描述:全球水资源短缺且分布极不平衡的问题受到各界越来越多的关注,在这种情况下,各国纷纷积极探索和实践节约水资源的有效技术手段。我国水资源总量不丰富,且分布不均,人均占有量低的现状也成为经济社会发展的重要限制因素。我国水资源利用以农业为主,农业节水空间广大。在水资源日益匮乏的当今,农业节水灌溉技术作为有效的节水方式越来越受到关注和推广。黄土高原水资源短缺与浪费并存,水资源短缺的矛盾日益突出。研究黄土高原农户高效节水灌溉的选择行为是有效推广农业节水灌溉技术的必经之路,是解决黄土高原水资源问题的基础,是保障全国食物安全的关键,是促进传统农业向现代农业转化的需要。 本文以陕西省靖边县农户采纳高效节水灌溉技术行为为例,通过对农户的实地调研,探讨农户采纳高效节水灌溉技术措施的行为特点,分析农户高效节水灌溉技术选择行为及其影响因素,并在此基础上对高效节水灌溉技术的效益进行评价,结合当地农村和农民的实际情况,提出切实有效的政策建议,加快农业科技成果的转化进程。 本研究所使用的数据来自于本人于2012年10月至2013年6月到7月间的两次实地调研,调研内容包括:陕西省靖边县4个乡镇8个村130户农户2012年的有关农户节水灌溉采用情况,以及2个乡镇7个村61户农户2011年采用节水灌溉的成本效益情况。根据调研结果,对调研地区——陕西省靖边县自然、社会等基本情况及节水灌溉发展现状进行分析;通过户主特征、耕地细碎化程度、农作物经济特征、水资源短缺程度、地形、制度6个方面,分析农户采纳高效节水灌溉技术措施的影响因素;运用Logit二元选择模型对农户高效节水灌溉技术选择行为进行计量分析;并基于农户、政府、社会三个角度,对推广和采用高效节水灌溉技术的效益进行评价,在此基础上为激励农户采纳高效节水灌溉技术措施提供政策建议。 本研究结果表明:靖边县高效节水灌溉技术发展相对落后;农户希望政府加大对高效节水灌溉技术的投资力度;劳动力占比、亩产值、地形、水资源因素对农户选择高效节水灌溉行为影响显著;兼业程度、块均耕地面积、受教育程度对农户选择高效节水灌溉行为有较大影响。 根据上述结论,本文提出以下政策建议:推动高效节水灌溉项目区建设,优化农业产业布局;制定高效节水灌溉技术采纳的扶持政策,鼓励农民参与投资;加快城镇化建设步伐,实现农业生产现代化与投资;加快土地流转,促进规模经营。
黄土沟壑区不同下垫面条件对农田降雨入渗及产流关系影响的研究
作者: 宋孝玉  日期:2001-06-01 来源 :西北农林科技大学 文献类型 :学位论文 关键词:黄土沟壑区 农田 降雨入渗产流 数值模拟 不同下垫面 
描述:水土资源短缺和生态环境恶化已成为全世界普遍关注的严重问题,这使人们认识到节约用水和保护环境的重要性。为确保粮食安全和生态环境良性发展,必须加强农田水土资源的管理和生态系统重建的研究,处理好水资源利用和生态重建之间的关系,大力推广节水灌溉技术和雨水资源利用技术,以水资源作为主要约束条件,调整农业产业结构布局 ,由传统的丰水高产型灌溉转向节水增产型灌溉,以提高农业用水的生产效率,实施水资源可持续利用和生态环境良性发展战略。 土壤侵蚀和干旱缺水同时存在于黄土高原地区,年平均降水量多在400mm~600mm之间,自然降水少、地下水埋藏极深,大量坡地无法耕种而形成荒坡,一遇暴雨则形成严重的水土流失,对当地生产和生态环境造成严重的影响,极大地增加了下游河道治理与水资源利用的难度。因此,研究黄土沟壑区不同下垫面农田降雨入渗、产流的转化机理和影响因素,并对其水量转化过程进行定量模拟,这为摸清该地区降雨入渗、产流规律,进而探求人工调控的方式和机制、增加入渗和土壤蓄水、减少径流和土壤侵蚀,为有针对性地防止水土流失,充分合理地利用当地雨水资源发展农业生产,改善生态环境提供科学依据。基于上述研究背景,本文针对黄土区的特点,采用目前国际上最先进的土壤水分测定仪—时域发射仪(TDR)进行野外观测,通过大量的田间试验和室内实验,对不同下垫面条件农田降雨入渗、产流规律进行了较为深入的探讨,建立了定量描述坡地降雨—入渗—产流关系的数学模型,得到以下主要结论: 1.本论文野外试验是在中国科学院长武农业生态试验站进行,室内实验是在西北农林科技大学干旱半干旱研究中心进行。在对试验区的土壤机械组成,土壤水分常数和土壤水分运动参数进行室内测定的基础上,对试区1996、1997两年不同下垫面条件8个径流小区,(面积有5m(20m和5m(50m两种,坡度有00、30'、10、30等,作物有小麦、玉米、糜子及裸地等,各小区土壤容重均为1.3g/cm3)降雨前及降雨过程中的土壤水分动态、降雨后土壤水分再分布、蒸发条件下土壤水分动态,采用先进的土壤水分测定仪—时域反射仪(TDR)进行较为系统的田间观测(田间土壤水分观测,沿坡自上而下,每隔5米分层埋一组波导线,测深为10~70cm);同时对降雨过程中不同径流小区的产流、产沙量进行野外观测(产流、产沙量观测在各径流小区的集水池内进行,降雨后根据产流情况,不定时用直尺测量集水池中水深,并在测每一水深的同时,搅浑池中水,用量筒取几个样,以测量相应产流量下的产沙量),为系统进行不同下垫面农田水量转化规律研究收集了较为重要的基础资料。 2.对1996、1997两年野外实测农田降雨、入渗、产流资料进行整理分析,从产流条件、不产流条件对不同下垫面农田降雨入渗及产流规律进行研究,并对久旱无雨的蒸发条件下的田间土壤水分变化动态进行了系统的分析研究。 3.通过对试验区不同下垫面条件农田产流产沙规律及其影响因素分析研究,指出:降雨强度是影响产流、产沙量的最主要因素,降雨强度对于产流量和产沙量的影响占绝对优势;在降雨强度作为主要影响因素的前提下,降雨历时也影响着产流、产沙量,历时越长,产流量、产沙量越多;在各次降雨产流、产沙中,覆盖条件越好,产流量越少,产沙量也越少;在覆盖条件相同时,同一降雨,坡度越大,产流量越大,而产沙量规律并不明显。影响产流、产沙的条件还有前期土壤含水量和坡长等,但在试验区,对产流、产沙总量影响并不很大,前期土壤含水量对产流起迄时间影响较大,一般为土壤含水量越高,则产流、产沙越早,而产流总量和产沙总量并无明显变化规律。 4.系统地分析了农田坡地水量转化过程和机理,建立了二维的坡地土壤水分运动基本方程,并分别给出了考虑与不考虑地下水影响、地表蒸发、积水入渗、非积水入渗等情况下的定解条件;建立了以土壤水动力学和运动波理论为基础,充分反映水量转化机理的坡地水量转化数值模型。 5.编制了计算软件,经对模拟值与实测值进行比较表明模型有较高的精度,模型可以模拟降雨过程中坡面不同位置的实际入渗过程、产流过程、坡面水深、流速变化过程、各深度处的土壤水分动态变化过程等。模型考虑了植被覆盖的影响,提出了综合反映下垫面因素的有效糙率的确定方法。模型求解过程中采用CSMP(Continuous System Modeling Program)软件编制程序,能自动调整步长并能自动识别运算顺序。
黄土旱塬农田土壤有机碳、氮的演变与模拟
作者: 郭胜利  日期:2001-10-01 来源 :西北农林科技大学 文献类型 :学位论文 关键词:黄土旱塬 种植措施 土壤有机碳、氮 施肥措施 演变与模拟 农田土壤 
描述:土壤有机质是影响土地生产力的重要因素。有机质在改善土壤结构、保持水分、防止土壤侵蚀和退化、提供植物养分特别是氮素等方面具有重要作用。黄土高原是我国主要生态脆弱区,了解这一地区管理措施对有机质周转影响,分析该地区土地生产潜力是调控土壤有机质含量的基础。本文以中国科学院长武试验站的长期试验(始于1985年)为依托,通过对典型处理8-15年的土壤养分、作物产量以及同期降水量等的系统分析,揭示了黄土旱塬区不同种植体系中土壤有机碳、氮的演变规律:阐明了长期施肥条件下土壤硝态氮的迁移积累机理;提出了目前水肥条件下黄土旱塬区冬小麦生产潜力及其提高途径。在获得上述实验资料的基础上,建立了黄土旱塬区土壤有机碳周转的模拟模型。其主要新进展如下: (1)在黄土旱塬区,禾本科连作能够保持土壤有机碳、氮的含量(6.50gkg~(-1)、0.82gkg~(-1);禾本科与豆科作物轮作土壤有机碳、氮积累略有提高;小麦与红豆草轮作或苜蓿连作对提高土壤有机碳、氮积累具有显著的促进作用;长期休闲土壤有机碳、氮呈缓慢降低趋势。 (2)不同作物系统中,增施化肥显著提高了土壤有机碳、氮的积累,有机碳、氮增幅分别为19-33%、22-35%。 (3)本区降水量的不足与多变限制了豌豆-小麦轮作对土壤有机碳、氮积累的促进作用,但在红豆草-小麦轮作中,红豆草对有限土壤水分的消耗促进了土壤有机碳、氮的积累。 (4)本区土壤C/N比一般稳定在8.3左右,作物和施肥措施对此影响不大。 (5)不同土地利用方式显著影响土壤微生物碳、氮含量。本区不同种植系统中土壤微生物碳含量占土壤有机碳含量的1-4%;微生物氮含量占有机氮含量的2-6%,微生物碳(氮)含量与有机碳(氮)含量具有显著的相关关系。相同管理条件下,微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化方向与有机碳一致。但与土壤有机碳相比,微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化幅度更大。因此可以利用土壤微生物碳含量、微生物碳与有机碳比率变化指示土壤质量变化。 (6)土壤水分含量依赖于年际、季节间降水量的变化。作物、施肥不改变土壤水分的变化模式,但影响土壤水分变化强度。休闲处理土壤水分含量季节性变化相对稳定。不同作物对土壤水分含量的影响强度顺序为:苜蓿>小麦>休闲地。不同施肥条件下,小麦地收获期土壤水分含量和播种前降水入渗深度大小为:不施肥处理、M、PM、N处理>NP、NM、NPM处理。常年生长苜蓿的土壤,其水分含量显著低于休闲处理,降水入渗深度显著降低。苜蓿连作土壤中,施肥措施对土壤水分影响不大。 作物影响土壤NO_3-N的含量、迁移和积累。小麦连作中,施氮肥处理土壤NO_3-N含量显著升高,N处理的NO_3-N向下迁移深度显著大于NPM、MN处理。不同处理NO_3-N迁移深度与相应处理降水入渗深度基本一致。NO_3-N在土壤剖面(0-300cm)积累量可占到氮肥施用总量的12-55%。其NO_3-N积累量的大小顺序为:N处理>NPM,MN>NP,与相应 11 黄土旱源农田土壤有机碳、氮的演变与模拟 处理氮肥的利用率大小颀序相反。首捂连作中,NO3N迁移深度与降水的入渗深度一样显著 变浅,即使在NPM施肥条件下也没有发生NO3N在剖面中的显著积累。 (7)不同作物与施肥条件下,建立的土壤有机碳周转模拟模型(SCNC)与测定值相对 误差在t 10%范围内的模拟值可达到80%以上,而RohC--26.3模型的模拟值与测定值相对误差 均在30%以上。 (8)目前水肥条件下,本区小麦产量远未达到水肥资源生产潜力。分析表明,休闲期门一9 月)降水量是影响产量的重要因素,但小麦产量只与7月降水量关系密切,因而提高8月、9 月降水的入渗、保持和利用是本区冬小麦产量进一步提高的重要途径。增施化肥是提高黄土 旱源区作物产量的主要措施。在目前氮肥投入水平(12 kgNha’)基础上,进一步增施氮肥, 小麦产量还具有一定的增产空间。 上述研究结果为黄士旱源区土壤生产力提高、土壤有机碳、氮的调控管理提供了新的理 论依据。
陕西省潼关县农田土壤及农作物重金属污染现状研究
作者: 王爽  日期:2014-05-01 来源 :西北农林科技大学 文献类型 :学位论文 关键词:重金属 土壤 潼关 农作物 污染评价 
描述:陕西省潼关县作为我国重要的黄金产地,矿业活动一直较为频繁。频繁的矿业活动既给当地带来了很大的经济效益,也对当地的环境造成了严重的重金属污染。本文对潼关县北部农业生产区内农田土壤和主要农作物受Hg、Cd、Pb、Cu、Zn、As的污染现状和污染特点进行了调查研究与评价,并对常见的野生优势植物中Hg、Cd、Pb的重金属含量进行了测量,旨在查明潼关县农田土壤和农作物污染现状,并寻找可能的超富集植物,以期能为区域环境治理、农田土壤修复、保证农产品安全提供科学依据。研究所得到的结果如下: (1)研究区内堆放的矿渣中重金属含量较高,对比土壤环境质量三级标准,除了As并未超标以外,Hg、Cd、Pb、Cu、Zn都不同程度地超过了国家标准,这说明研究区内矿渣的随意堆放有极大的可能会对研究区内土壤、水资源和大气造成污染。 (2)农田土壤样品Hg、Cd、Pb是主要的污染物,其中Hg的污染最为严重。综合污染指数分析表明,研究区受污农田土壤面积达83.6%,重污染面积达30.6%.从潜在生态危害系数来看,Hg的潜在生态危害最大,Cd的潜在生态危害次之,Pb只有轻微的生态危害。从潜在生态危害指数来看,有55.1%的土壤样品具有中等及更严重的生态危害,有44.9%的土壤样品具有轻微的生态危害.总的来说,研究区内农田土壤已经明显受到了重金属的污染, Hg是最主要污染物。 (3)通过对农田土壤样品重金属空间分布分析可以得出,农田土壤样品中重金属含量总的分布趋势是由南部采矿区向北部农业生产区递减。并且Cd、Hg的含量空间分布特征、Cd、Hg的潜在危害系数空间分布特征、农田土壤重金属潜在危害指数空间分布特征以及污染源的分布特征之间都有明显相关性,而Pb仅在研究区南部小区域内含量较高。 (4)农作物小麦和玉米都明显受到的Hg、Cd、Pb的污染,小麦中这三种元素的超标率分别为39.1%,39.1%和47.8%,玉米中这三种元素的超标率分别为44.4%,33.3%和33.3%. (5)油料作物油葵和油菜也明显受到了Hg、Cd、Pb的污染油葵样品中这三种元素的超标率分别为60.0%,20.0%,60.0%,油菜样品Hg、Pb的超标率分别为66.7%和100%,油菜样品中Cd未超标. (6)对于农作物可食部分重金属含量与土壤中重金属含量的相关性探讨结果发现,小麦和玉米籽实中Hg含量均与土壤中Hg含量表现出了显著的相关性,油葵籽实中Cd含量与土壤中Cd含量表现出了显著的相关性。 (7)对于小麦和玉米籽实中重金属空间分布特征分析结果表明,小麦籽实中Hg和Pb含量较高的区域与土壤中Hg和Pb含量较高的区域有有一定的重合。 (8)研究区内其它种植较为广泛的农作物的污染状况表明,叶菜类作物受到的污染较严重,调味料类作物样品次之,药用作物样品仅有Hg受到了污染,根茎类作物样品、果菜类作物样品、豆类作物样品、水果样品和油料作物样品基本未受污染。 (9)对于研究区内优势野生植物内重金属含量的研究发现,小白酒草对Hg和Cd的富集系数较大,可能成为适宜的修复植物,但还需进一步的研究。
陕西白水苹果园土壤元素分布与环境研究
作者: 董红梅  日期:2014-09-01 来源 :陕西师范大学 文献类型 :学位论文 关键词:土壤剖面 元素分布 人为富集 自然富集 预测模型 白水苹果园 
描述:土壤是人类赖以生存的重要自然资源,而土壤元素的丰缺情况直接影响着农产品的品质和产量。研究土壤元素的组成,不仅能认识土壤元素的垂直分布特征及成因,而且对揭示人类活动的污染强度和影响深度,对改善土壤质量实现农业可持续发展具有重要意义。黄土高原是中国乃至世界优质苹果生产基地之一,但多年种植造成果园土壤质量下降已严重威胁到苹果的生产。研究和评价苹果生产基地不同种植年限的土壤环境质量对发展优质高效农业和指导果业安全生产具有重要价值。本文以陕西白水县5年、10年、15年、20年、25年苹果树土壤为研究对象,以自然土壤(受人类影响较少的草地)和农田(玉米/小麦轮耕地)为对照,在分析土壤基本理化性质(质地、有机质、pH值、碳酸钙、颜色和磁化率)的基础上,重点研究了剖面中常量元素、重金属等微量元素的垂直分布、迁移富集特征,分析了其与土壤基本理化指标之间的关系,并建立土壤基本理化指标与元素含量之间的定量关系模型。采用单因子和综合指数法对土壤剖面的重金属含量进行了环境评价,利用磁化率和色度对土壤重金属含量进行了快速诊断与预测。 获得了以下主要结果与认识: (1)土壤以粉砂为主,pH值为7.0-8.3,呈中-弱碱性。有机质含量是土壤表层高,且自然土壤高于苹果园、农田土壤。碳酸钙含量在剖面中呈中上部低、下部高。磁化率呈低-高-低的变化特点。土壤亮度在古土壤so层位明显低,红度值在S0层位较高。 (2) Cu、Zn、Cr、Ni、As、Pb、Hg、P、S的平均含量和变异系数在不同土壤剖面间差别较大。而其它微量元素如Cd、Mn、Mo、Co、Rb、V的平均含量差别不大,变异系数也较小。其中苹果园土壤中的P平均含量>农田土壤>自然土壤,说明P的富集为人为输入为主。常量元素的含量及变异系数在各土壤剖面间差别不大,但具有不同的分布模式,可能与剖面上部遭受了不同程度的侵蚀有关。 (3)绝大多数元素含量在剖面上呈现低-高-低的分布特点,与土壤剖面中的L0(耕作层)-So(古土壤)-L1(黄土层)层位基本对应。Cr、Ni、Cu、As、Zn、 Pb、Mn、Mo、Co、V在S0层位的含量最高,成为苹果园土壤中最明显的潜在污染源。Cd、Hg在土壤剖面分布的规律性不强。 (4)有些重金属元素如Cu、Zn、Ni等在土壤剖面中存在多层迁移与富集,不仅与剖面中存在着L0、S0、L1三个不同时期的成壤作用有关,而且与现代人类耕作活动有关。目前,白水苹果园土壤特别是种植年限较长的苹果园土壤表层中,已出现了Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、V、P、S等的人为富集,这与苹果种植过程中长期大量地施用化肥和农药有关。苹果园剖面中部(S0)存在Cr、As、Pb、V等元素的自然富集,是由于So中大量易迁移元素淋溶迁移及黏土矿物对重金属元素的吸附作用造成的。Cu、Zn、Ni在有些苹果园剖面的So层位也表现为富集。重金属的迁移深度一般在0.3~0.7m,最大迁移深度小于1.5m。据野外CaCO3白色薄膜分布深度和室内Ca富集系数分析发现白水土壤剖面CaCO3迁移深度也可达1.5m。根据CaCO3迁移的水分存在形式及其与重金属迁移的关系,提出了土壤重金属等微量元素迁移深度主要是受重力水动力控制的新认识。 (5)土壤黏粒与大多数微量元素具有明显正相关,而砂含量、碳酸盐含量与大多数微量元素呈负相关,表明黏粒、砂含量、碳酸盐含量都是影响土壤元素剖面分布的重要因素。而土壤有机质、pH值、粉砂与微量元素的相关性在不同剖面中存在明显差异。Pb、Cr、Zn、Ni、As与土壤磁化率、红度具有显著的正相关性,与亮度具有显著的负相关性,表明磁化率值、色度值在一定程度上可以反映土壤中这些元素的含量。以7个剖面的古土壤S0(B层)和L1(C层)的土壤基本理化指标为依据,建立了元素含量回归预测方程。经验证,Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、Mn、 As、Ga等预测值与实测值相当接近。将回归预测方程应用于表层土壤L0(A层)元素含量预测,为识别表层土壤元素的自然污染与人为污染贡献的大小提供了新途径,并揭示出人为输入主要对Cu、As的富集作用较大。 (6)根据不同年限苹果园土壤表层中P、K、 Ca、Mg、S、Mn、Zn、Cu、Mo、 Pb、Cd、Hg等元素含量变化,建立了这些元素含量与种植年限之间的函数关系,表明这些元素含量随种植年限增加而呈现三次函数分布。 (7)白水苹果园土壤重金属富集现状的评价表明,苹果园土壤还没有达到重金属的最低污染等级。但是,在表层土壤中,重金属综合环境质量己处于污染的警界水平。在5年、15年、20年、25年苹果园剖面的So中,Cr、As的自然富集已处于污染警戒线。而Cr在25年苹果园耕作层中的污染指数大于0.7,是人为原因造成的。而Cd的污染指数最高(>0.7),与研究区Cd背景值高有关,为自然富集警戒元素。白水苹果园土壤P与重金属元素的相关性分析表明,施用磷肥对苹果园土壤中Pb、Cd含量的影响最大,其次是Zn、Cu、Cr、Ni,影响最小的是As、Hg元素。通过研究,建立了土壤磁化率、亮度、红度的重金属含量预测模型,能够预测土壤中Cr、Pb、Zn、Ni、As的含量,为简捷快速诊断果园土壤中重金属含量提供新方法。
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