Integrating soil carbon cycling with that of nitrogen and phosphorus in the watershed model SWAT: Theory and model testing

In this paper we describe and test a sub-model that integrates the cycling of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in the Soil Water Assessment Tool (SWAT) watershed model. The core of the sub-model is a multi-layer, one-pool soil organic carbon (S_C) algorithm, in which the decomposition rate of S_C and input rate to S_C (through decomposition and humification of residues) depend on the current size of S_C. The organic N and P fluxes are coupled to that of C and depend on the available mineral N and P, and the C:N and N:P ratios of the decomposing pools. Tillage explicitly affects the soil organic matter turnover rate through tool-specific coefficients. Unlike most models, the turnover of soil organic matter does not follow first order kinetics. Each soil layer has a specific maximum capacity to accumulate C or C saturation (S_x) that depends on texture and controls the turnover rate. It is shown in an analytical solution that S_x is a parameter with major influence in the model C dynamics. Testing with a 65-yr data set from the dryland wheat growing region in Oregon shows that the model adequately simulates the S_C dynamics in the topsoil (top 0.3 m) for three different treatments. Three key model parameters, the optimal decomposition and humification rates and a factor controlling the effect of soil moisture and temperature on the decomposition rate, showed low uncertainty as determined by generalized likelihood uncertainty estimation. Nonetheless, the parameter set that provided accurate simulations in the topsoil tended to overestimate S_C in the subsoil, suggesting that a mechanism that expresses at depth might not be represented in the current sub-model structure. The explicit integration of C, N, and P fluxes allows for a more cohesive simulation of nutrient cycling in the SWAT model. The sub-model has to be tested in forestland and rangeland in addition to agricultural land, and in diverse soils with extreme properties such high or low pH, an organic horizon, or volcanic soils.     

不同尺度下耕地土壤Cr含量的空间自相关性分析

以山东省禹城市耕地土壤重金属铬(Cr)元素为例,采用Moran’s I统计量对县级和镇级两个不同取样尺度下Cr含量的空间自相关关系、空间相关尺度和空间分布规律进行了对比研究.结果表明:1)随着研究尺度的增大,Cr含量的变异系数增加,块基比(C0/Sill)减小,空间结构性增强;2)两个尺度下Cr含量Moran’s I指数都大于0,表明研究区内两个尺度下的Cr含量都存在空间正自相关,且Moran’s I指数随着研究尺度的增加而增大;3)Lisa聚类图表明,两个尺度下Cr含量都存在空间聚集区和空间孤立区,其中"高—高"空间聚集和"低—高"空间孤立区域存在潜在Cr污染风险.研究表明小尺度下能够观察到大尺度下观察不到的细微差别,研究可为土壤重金属环境质量评价和重金属污染防治提供重要参考.图4表2参23     

苗期棉花对向日葵列当种子萌发诱导作用初探

以5个推广棉花（Gossypium hirsutum L.）品种（中棉所63、中棉所57、中棉所47、中棉所44和中棉所41）为研究对象,利用盆栽试验分别采集棉花苗期3个时期（二叶一心、四叶一心和六叶一心期）的根际土和植株样品,并用其甲醇浸提测试对向日葵列当（Orobanche cumana Wallr.）种子的发芽率。结果表明,根际土、植株样（根、茎和叶）甲醇浸提液诱导种子发芽率高低顺序为根际土〉根〉茎〉叶,表明棉花的根际土和根的甲醇提取液对向日葵列当种子的萌发诱导作用较强。3个时期中,二叶一心期诱导向日葵列当的发芽在品种之间不存在显著性差异,表现为较稳定的诱导种子萌发作用。综合得出,棉花二叶一心期的根际土和根的甲醇提取液对向日葵列当种子萌发的诱导作用较强,二叶一心期为棉花作为＂诱捕作物＂生物防除寄生杂草提供科学依据。     

磁暴对沿海核电站变压器安全影响的研究

磁暴产生的地磁感应电流(GIC)直接损伤变压器和间接干扰继电保护等设备,强磁暴可能威胁到电网的安全运行。为探明磁暴对沿海核电站变压器的影响,对第23太阳周峰年强磁暴侵害广东岭澳核电站、江苏上河变电站的GIC测量数据,以及西北陕甘青宁750 kV电网计算数据进行统计分析,研究沿海核电站与内陆变电站变压器GIC大小及其差异原因。结果表明,由于受海岸效应现象的影响,沿海核电站的变压器更容易遭受磁暴的侵害。在此基础上,对极端磁暴的可能危害、灾害风险以及沿海核电站的磁暴灾害进行评估,并建议核电站选址和变压器选型时应评估磁暴的影响。     

乌鲁木齐市蔬菜基地土壤有效态镉的空间变异特征

以乌鲁木齐市北郊蔬菜基地为典型区,对干旱区绿洲城市郊区土壤有效态镉含量的结构特征进行分析,得出该区有效态镉的空间分布格局,并揭示了引起这种分布格局的成因和污染来源.结果表明,乌鲁木齐市北郊蔬菜基地有效态镉属中等变异.半方差函数模型拟合表明,有效态镉含量可以用指数函数拟合,且在一定范围内存在空间相关性.采用Kriging...     

基于GIS的滑坡灾害风险空间预测

滑坡灾害风险评价是一个包含有滑坡危险性评价和承灾体易损性评价的体系,对滑坡危险性进行了空间预测与区划,并开展了区域承灾体易损性的区划与评价。结合风险评价的基本要求,进行了研究区滑坡灾害的风险区划,将其划分为极高、高、中、低与极低风险区。针对研究区经济发展水平及政府防灾力度,提出了适合研究区的可接受风险标准与管理对策。     

我国自然灾害时空分布及其粮食风险评估

分析了旱灾、水灾、风雹灾、霜冻灾、台风灾和农业病虫害、草害、鼠害8种自然灾害的时空分布情况,计算了其造成的历年粮食减产量,并在此基础上评估2020年自然灾害对粮食产量的影响。结果表明,2020年不同自然灾害对我国各省粮食生产的影响程度不同。旱灾风险区集中在我国北方地区,分布在黄淮海区、西北区等;涝灾风险区集中在我国南方地区,分布在长江中下游区等;风雹灾风险区对我国粮食产量影响相对较小,主要分布在新疆和青海;台风灾风险区集中在我国南方沿海地区;农业病虫害风险区集中在我国的南方地区,分布在华南沿海区和西南区等;而霜冻灾、农业草害、鼠害对粮食生产的影响范围和影响程度较小。     

西南高山峡谷区植被变化及影响因素分析

西南高山峡谷区是我国典型生态脆弱区,认识其植被变化特征及影响因素可以为西南高山峡谷区生态环境建设对策的制定提供理论依据,对实现区域经济、环境以及生态和谐统一发展,具有一定的现实意义.基于2000~2019年NDVI、社会经济因子和自然因子数据集,采用一元线性回归法、Hurst指数、地理探测器模型和变异系数等方法分析了西南高山峡谷区NDVI时空变化及稳定性特征,并探讨了NDVI空间分异影响因素.结果表明：①空间上看,植被呈现东南高,西北低的分布格局,中高和高植被覆盖的区域面积占比71.71%,植被覆盖总体处于较高水平.时间上看,植被呈现改善趋势的区域面积占比85.90%,恢复效果明显,且未来植被变化趋势还将以改善为主.②高程、植被类型和土壤类型是影响NDVI空间分异的主导因子,q值均不低于0.40;气温和降雨量为次要因子,q值分别为0.274和0.225.双因子交互作用增强了单因子的影响力,表现为双因子增强和非线性增强两种关系,其中高程∩植被类型组合q值最高为0.714,其次是高程∩土壤类型组合q值为0.688.③研究时段内NDVI整体稳定性较好,低波动变化和较低波动变化的区域面积占比为89.95%;而中等以上波动的区域面积占比为10.05%,集中在海拔高、气温低、降雨少、土壤贫瘠和植被较差等生态环境相对脆弱的区域.植被变化是多因素综合作用的结果,需因地制宜,有针对性地采取不同策略修复西南高山峡谷区生态环境.     

环境规制影响资源型城市绿色全要素生产率的途径与政策建议

环境规制对资源型城市绿色全要素生产率是否具有推动作用,通过何种路径驱动以及是否存在城市类型异质性有待进一步理清。本文选取2004—2019年中国113座资源型城市的面板数据,利用非径向、非角度的SBM模型与GML指数对资源型城市绿色全要素生产率进行测算,随后通过构建多重中介效应模型实证检验了科技创新、外商直接投资和产业结构优化在环境规制影响绿色全要素生产率的传导机制及其在城市类型间的异质性。研究表明：（1）从全样本回归结果看,环境规制对资源型城市绿色全要素生产率的作用系数显著为正,产业结构优化和外商直接投资均发挥了显著的正向中介效应,而科技创新表现为间接抑制作用;在非资源型城市中,三类中介效应均不显著。（2）类型异质性检验显示,科技创新在成长型、成熟型城市中发挥了正向中介效应,在再生型城市中表现为间接抑制作用;外商直接投资在衰退型城市中的中介效应值为正,而在再生型城市中表现为负向中介效应;产业结构优化在成长型与成熟型城市中发挥了正向中介效应。（3）对比中介效应结果表明,全样本回归时,产业结构优化、外商直接投资和科技创新的中介效应梯次递减,产业结构优化的中介效应占比接近80%,环境规制的...     

气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_2.5浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ～Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m².重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%...