准确获取土壤水分和有机质含量对中低产田土壤质量提升具有重要意义.为探讨分数阶微分(FOD)联合不同光谱指数对土壤水分和有机质含量的估算效果,本研究以宁夏引黄灌区中低产田土壤为对象,对野外实测高光谱反射率进行均方根变换后,采用0～2阶FOD处理(步长0.25),构建差值指数(DI)、比值指数(RI)、乘积指数(PI)、加和指数(SI)、广义指数(GDI)和氮平面域指数(NPDI),基于6种光谱指数与水分和有机质含量的相关系数来筛选最优光谱指数,建立基于偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)的水分和有机质含量估算模型.结果表明:经FOD变换后,水分和有机质含量与光谱信息间的相关性较原始光谱均得到有效提升,最大分别提升0.1785和0.1713.水分含量敏感波段主要在400～630和1350～1940 nm;有机质含量敏感波段主要在460～850、1530～1910和2060～2310 nm.SVM模型精度明显高于PLSR,基于1.75阶NPDI-SVM的水分含量估算模型精度最佳,其验证决定系数(Rp2)为0.970,均方根误差(RMSE)为1.615,相对分析误差(RPD)为4.211;基于0.5阶DI-SVM的有机质含量估算模型效果最佳,其Rp2、RMSE和RPD分别为0.983、0.701和5.307.本研究可为相似地区中低产田土壤水肥监测、质量提升和制图提供数据与技术支撑.

宁夏吴忠引黄灌区边缘土壤次生盐渍化严重.为了解滴灌条件下不同覆盖措施对土壤盐分抑制和水分保蓄的效果,以枸杞(Lycium barbarum L.)为试验对象,设置生草覆盖(CG)、黑膜覆盖(HM)、草帘覆盖(CL)和对照(CK,不覆盖)4个处理进行田间试验.在枸杞生长旺季测定土壤水分、盐分、pH及枸杞株径、株高、冠幅等指标.结果表明,物理覆盖(HM和CL)措施能够显著减缓枸杞根区土壤水分耗散,相对CK处理,HM和CL处理土壤质量含水率分别提高29.6％和13.3％,而CG处理土壤含水率无显著提高.经过一个生育期的改良,各处理均由原来的重度盐土转变为中度盐土,HM、CL、CG和CK盐分相对初始值分别降低45.9％、65.2％、47.4％和44.5％;受灌溉水pH的影响,HM、CL、CG和CK的pH从初始值8.03分别增加到8.23、8.17、8.32和8.37.CL处理盐分降低幅度最大,pH增加幅度最小,且与其余处理有显著差异.枸杞株径、株高和冠幅3个生长指标的主成分分析表明,HM和CL处理枸杞生长状况均好于CK和CG处理,且两者之间没有显著差异.综合考虑土壤水分保蓄、盐分抑制效果及枸杞生长情况,该地区盐渍土滴灌植被建设时最佳覆盖措施为草帘覆盖.

灌溉在保障农业正常生产的同时,也对土壤理化性质产生重要影响.本研究以宁夏引黄灌区为例,通过与未进行灌溉、耕作等人为活动影响的自然土壤进行对比分析,研究了引用含有泥沙的黄河水灌溉、耕作对土壤基本理化属性和土壤有机碳组分变化的影响.结果表明:与自然土壤相比,引黄灌溉后,土壤总有机碳、重组有机碳和轻组有机碳增加显著,分别增加了272％、222％和318％ (P＜0.01).重组有机碳是引黄灌区土壤碳库的主要组分,占总有机碳65％以上,灌区土壤碳库稳定性较高;引黄灌溉耕作后,全氮和全磷含量分别由0.27和0.85 g·kg-1增加到0.77和1.68 g kg-1(P＜0.05);土壤容重降低,通气保水能力增强,pH下降,土壤盐化趋势减弱,土壤肥力水平提高.引黄灌溉是改善该区土壤性状和提高土地生产力的有效措施.

为促进黄河上游半干旱盐渍区植被群落营造与生态恢复,利用样地调查法,于2016年7月对宁夏引黄灌区次生盐碱地天然柽柳群落进行调查,采用经典统计学与地统计学方法,对柽柳群落影响下的土壤水盐空间分布特征及其响应关系进行分析. 结果表明:研究区土壤水分普遍较低(1.98％-7.55％),盐渍化程度高(平均电导率10.28-25.38 mS/cm),土壤水盐变异系数为36.1％-83.7％,均属于中等程度变异,且土壤盐分变异程度随土层深度增加而减小. 样地土壤水盐均具有明显的空间结构特征,块金系数为0.04％-49.88％,主要受到结构性因素影响或结构性因素与随机因素的共同影响,空间相关性较强. 各样地柽柳群落土壤水盐的空间分布呈斑块状格局,土壤水盐高值区域与柽柳集中分布区域较为一致. 相关分析表明土壤水分与盐分间呈正相关关系. 综上所述,黄河上游半干旱盐渍区土壤水盐制约着柽柳的群落分布与生长状况,柽柳的生长与分布也增强了土壤水盐的空间变异性. (图3 表9 参31)

为了解宁夏引黄灌区苜蓿种植对土壤微生物、酶活性的影响及其变化规律,合理评价苜蓿人工草地对土壤培肥的影响提供理论依据,本研究对宁夏引黄灌区8个苜蓿品种种植5年后土壤微生物数量和酶活性进行了研究.结果表明,在宁夏引黄灌区苜蓿种植5年后土壤中的微生物数量和酶活性在苜蓿品种间及不同土层间存在显著差异(p＜0.05).在固原紫花地中土壤微生物数量和酶活性显著高于其它品种,在柏拉图、WL343HQ地中土壤微生物数量最少,且酶活性最低.所有苜蓿品种地中土壤微生物数量和酶活性均随土层深度的增加呈明显的降趋势.固原紫花对土壤肥力有较好的影响,而柏拉图和WL343HQ对土壤肥力的改善效果较差.

在宁夏西北盐化生态脆弱区的典型盐碱化土地,通过随机区组试验,探究在栽植穴填埋秸秆2000(T1)、7000(T2)、12000kg/hm2(T3)及17000 kg/hm2(T4)等作隔盐层对土壤水盐运移及垂柳(Salix babylonica)反射光谱的影响,将地下土壤水盐变化与地上植物生长及生理状况相结合,以期更准确的反映出各处理对盐碱土壤改良效果及地上植被恢复情况.研究结果表明:(1)填埋一定量的秸秆作隔盐垫层可以改变地下土壤水盐的剖面分布特征.T2、T3和T4处理与对照组相比,20-80 cm土层土壤含水量都显著提高,填埋的秸秆层起到了蓄水保墒的作用;都明显降低了0-80 cm土层土壤盐分含量和盐溶质浓度;但这3种处理之间无显著差别.T1由于填埋秸秆量过少,无显著蓄水控盐效果.(2)通过检测植物叶片反射光谱可以反映出地上植物生长及生理状况的变化.填埋一定量的秸秆作为隔盐垫层有助于改善垂柳的生理状况.T2的垂柳叶片光合色素含量最高,光合特性及营养状况最好,其他光谱参数结果都显著提高.T3显著提高叶绿素含量和光合特性,但效果均不如T2,且营养状况差.T4处理类胡萝卜素含量与叶片水分含量均处于最高水平,但叶绿素含量、营养状态以及光合特性都显著降低.T1处理效果最差.(3)在地下填埋秸秆作隔盐层,会通过对地下土壤水盐运移及微域生态系统环境的调节,影响到地上植物生长及生理状况.综合地下水盐分布与地上植物叶片反射光谱的结果,T2是宁夏引黄灌区盐碱地改良中最适宜的秸秆填埋量.

通过在甘肃引黄灌区灰钙土2015-2017年的田间试验,研究深松35 cm秸秆还田、深松35 cm秸秆不还田与传统旋耕秸秆不还田对土壤紧实度、容重、入渗率和0～ 100 cm土层土壤水分、玉米产量、养分吸收量的影响.结果表明:与深松35 cm秸秆不还田及旋耕秸秆不还田相比,深松35 cm秸秆还田使0～40 cm土层土壤紧实度和容重降低最明显,2017年收获后紧实度与容重较2015年试验前分别下降42.6％、7.0％,且2016和2017年播种前与收获后0～40 cm土层紧实度和容重的变幅最小,紧实度变异系数平均为6.1％,容重为3.2％,土壤入渗率较旋耕秸秆不还田提高33.6％;深松35 cm秸秆还田可显著提高春秋两季0～ 100 em土层剖面含水量,降低剖面水分变异,0～ 100 cm土层土壤贮水量较旋耕秸秆不还田春季增加15.5％,秋季增加5.6％,水分利用效率提高32.4％;此外,深松35 cm秸秆还田能促进玉米生产,较旋耕秸秆不还田的经济产量两年平均分别增产25.6％,生物产量提升33.3％,玉米氮、磷、钾养分吸收量分别提高49.6％、51.5％和37.6％.综上,深松35 em秸秆还田能改善物理土壤特性,稳定耕层物理性状,提高0～ 100 cm土层剖面水分含量及春秋两季土壤平均贮水量,降低水分变异,是促进玉米水肥高效利用,实现高产的最优措施,为甘肃引黄灌区耕层构建技术的深入研究提供理论依据.

为摸清宁夏地区2013年以来大气环境的变化情况, 利用MODIS卫星遥感AOD数据、气象数据及同期地面观测的PM10质量浓度数据, 采用地理加权回归方法构建宁夏地区PM10遥感估算模型, 分析了2013—2016年宁夏地区PM10时空变化特征.结果表明:从空间分布上看, 2013—2016年, 宁夏地区PM10空间差异较为明显, 南部六盘山区域和西北边缘贺兰山区较低, 中部半干旱区和北部引黄灌区较高;宁夏地区PM10浓度年均值为100μg·m-3, 区域内年均值分布范围在76127μg·m-3;年内季节差异明显, 冬季最高, 春季次之, 夏季最低;从时间变化趋势上看, 2013—2016年总体呈下降趋势, 下降趋势为每年15.8μg·m-3;区域间差异呈减少趋势, PM10浓度年均值区域方差下降速率为每年2.8μg·m-3.

基于MODIS NDVI遥感数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数及Hurst指数等方法反演了2000-2016年宁夏地区植被的动态变化特征.结果 表明:宁夏地表植被覆盖总体为增加趋势,呈现显著的地域性特征,南北差异很大.植被年际变化受自然和人为的影响具有明显的阶段特征,2000-2016年整体为增长趋势,2000-2005和2006-2011年间增长显著,2012-2016年植被退化,降水量和湿润指数对植被生长的响应最为显著.生长季植被显著增加的面积占79.88％,春、夏、秋季NDVI分别以0.026·10 a-1、0.07·10 a-1和0.049·10 a-1的速率增加.宁夏大部分地区植被变化将保持现有的生长趋势,但局部将有反持续性的变化,62.13％的植被NDVI呈现持续改善的趋势,且南部林区持续改善的面积大于北部引黄灌区.

在宁夏引黄灌区次生盐碱地,设置了填埋秸秆层(B)、覆盖秸秆层(M)、填埋配合覆盖秸秆层(B+M)和无任何处理(空白对照,CK)共4种处理,通过随机区组试验,在土壤水盐变化的基础上,通过分析速生杨光谱及光合特性对秸秆层响应,探究不同秸秆层的植物光合速率、色素含量、营养状况以及受胁迫等情况,以期更准确的反应出各处理的改良效果及植被恢复情况.研究结果表明:(1)秸秆层有助于提升灌区次生盐碱地速生杨的光谱与光合等生理状况.B、M和B+M均能显著提升速生杨叶片的最大净光合速率与饱和光强,其中,B和B+M还能够明显降低速生杨叶片的光补偿点和暗呼吸速率,M则不能.B和B+M均显著提高速生杨叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合参数.另外,B+M的速生杨叶片光合色素含量最高,营养状况最好,其他光谱参数结果与CK相比都有显著提高.处理B和M也可以显著提高速生杨叶片光合色素含量和营养状况,但效果均不如B+M.(2)B与B+M均能降低不同时期的土壤盐分含量,但B+M在不同时期提高土壤含水量的效果均高于B.M也能降低土壤盐分和提升土壤含水量,但不同时期的效果均不如处理B+M.综合试验结果,在引黄灌区次生盐碱地,不同秸秆层均能不同程度的调节土壤水盐变化,缓解水盐胁迫,提升速生杨光合与光谱特性,其中B+M作为秸秆层效果最佳.