近年來土壤學發(fā)展的特點范文
時間:2023-12-15 17:33:50
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篇1
論文關鍵詞:北京林業(yè)大學;農(nóng)業(yè)資源利用;學科建設;林業(yè)特色;人才培養(yǎng)
北京林業(yè)大學農(nóng)業(yè)資源利用一級學科可追溯到最早的森林土壤學科,1990年以前屬于一級學科“林學”下面的二級學科,1990改為土壤學,1997年由農(nóng)學門類下的林學一級學科劃歸為同一門類的一級學科“農(nóng)業(yè)資源利用”。2004年植物營養(yǎng)學科經(jīng)國務院學位辦批準,開始招收碩士研究生。2005年土壤學科被國務院學位委員會批準為林業(yè)院校的首個土壤學博士點,并同時被授予一級學科“農(nóng)業(yè)資源利用”碩士學位授予點。
經(jīng)過50多年幾代人的共同努力,我校在學術梯隊、科學研究和人才培養(yǎng)等方面取得了一系列成績,形成了具有林業(yè)特色的優(yōu)勢學科。
一、學科梯隊合理
在學科隊伍上建設上,注重人才的引進,從美國、加拿大、挪威、日本等引進歸國人員。不同國家和地區(qū)的學術思想和氛圍能在我們這里相互促進和相互影響,研究方向齊全。通過多年的努力,我校已形成了一支知識覆蓋面廣、學術氣氛活躍、梯隊合理、并具有廣泛國內(nèi)外聯(lián)系的以中青年為學術骨干的學科隊伍。
二、研究方向獨具特色、優(yōu)勢明顯
我校農(nóng)業(yè)資源利用一級學科下設兩個二級學科:土壤學和植物營養(yǎng)學。行政上隸屬于水保學院。依托過去水保學院在全國名列前茅的科研優(yōu)勢地位,緊緊圍繞林業(yè)六大生態(tài)工程,土壤和植物營養(yǎng)兩個二級學科形成了一些固定的具有特色和優(yōu)勢的研究方向,并取得了一些重要的研究成果。
(一)土壤學科
土壤學主要有森林土壤、土壤侵蝕、土壤生態(tài)與植被恢復等研究方向。
1.森林土壤。森林土壤是森林培育、森林經(jīng)營的基礎。主要任務是應用系統(tǒng)的、先進的理論知識和實驗技術,研究森林土壤的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)及其演化規(guī)律,揭示森林土壤的功能,解決林業(yè)生產(chǎn)以及不良立地條件森林植被恢復的實際問題,從而實現(xiàn)森林土壤資源的合理利用。
近年來我校土壤學科主要在森林土壤發(fā)生分類和森林土壤與環(huán)境等方面展開了一些研究。通過對華北山地土壤發(fā)生特性和診斷特征的研究,提出了以土壤系統(tǒng)分類為依據(jù)的土壤類型,通過對土壤粘化過程的研究,糾正了地帶性土壤分布中棕壤與褐土的分布問題,為褐土、棕壤土類與系統(tǒng)分類的參比提供了可靠的理論依據(jù),并受到了老一輩土壤學家李連捷院士的好評。
森林土壤是重要的陸地碳庫,并和大氣進行著頻繁的氣體交換,特別是一些溫室效應氣體,如二氧化碳、甲烷和氮氧化物。研究這些氣體在土壤中吸收或釋放的機理,并監(jiān)測其排放通量和影響因素,認清森林土壤和溫室效應氣體排放及全球變化的關系,可以為采取科學的調(diào)控措施提供理論基礎。通過承擔國家自然科學基金、博士點基金和教育部新世紀人才資助等項目,我們在這一領域的研究成果有新的突破,研究成果被許多專著引用。
2.土壤侵蝕。土壤侵蝕是當今的土壤物理學的中心內(nèi)容。土壤水的保持和運動直接或間接影響著土壤肥、氣和熱的狀況。不同的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蝕能力。研究土壤侵蝕規(guī)律對改良土壤性狀,提高土壤肥力以及整個生物圈和人類生存的生態(tài)環(huán)境有著重要關系。
在土壤流失分布特性研究方面,研究了長江三峽地區(qū)、黃土高原地區(qū)存在的土壤侵蝕類型,不同土壤侵蝕類型的土壤流失量與降雨、地面坡度、地面覆蓋度等因素的關系。對三峽花崗巖地區(qū)坡面土壤流失規(guī)律和庫區(qū)土壤中管流和優(yōu)先流對地表徑流過程的影響進行了系統(tǒng)研究,發(fā)表的論文有多篇被EI檢索,并申請到瑞典國際自然科學基金資助。
在森林植被保水保土作用研究方面,以不同地區(qū)林下地被物為研究對象,經(jīng)長期試驗得出:林下地被物具有較強的吸持降水、涵養(yǎng)地表徑流、增加地表糙率、改良土壤特性等作用,能夠在很大程度上固持土壤,對于防止土壤侵蝕具有較大作用。完成2項國家自然科學基金課題。3篇論文被EI檢索。
在土壤滲透特性及土壤水分運動機理研究方面,以達西定律、連續(xù)方程為理論基礎,對非飽和帶土壤水分運動進行定量研究,它是分布式水文模型的重要組成部分。以三峽庫區(qū)為試驗基點,經(jīng)過長期觀測,得出了長江三峽花崗巖區(qū)林地坡面土壤滲透遵循霍頓方程,其土壤特性具有蓄滿產(chǎn)流條件的結(jié)論。研究成果對三峽庫區(qū)的生態(tài)建設具有重要的理論和實踐意義。
3.土壤生態(tài)與植被恢復。土壤同成土因素共同構(gòu)成一個生態(tài)系統(tǒng),并作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的一個亞系統(tǒng)而獨立存在。針對我國土壤生態(tài)的關鍵問題,我們首先進行了林地土壤干擾生態(tài)學研究。針對我國森林土壤的特點,我們主持了一些國家和北京市自然基金課題,率先在東北天然林、華北人工林進行了土壤種子庫、林地粗木質(zhì)殘體生態(tài)學、林地空隙對土壤質(zhì)量演變等方面的研究,發(fā)表多篇論文,并取得了多項成果,其中一項成果獲北京市林業(yè)系統(tǒng)科技進步一等獎。
在土壤一植被一大氣系統(tǒng)的水分轉(zhuǎn)移規(guī)律的研究中,用能量的觀點來定量研究和描述水分的運動。SPAC是水分循環(huán)的一個通道,我們在研究土壤水分循環(huán)與平衡時,都是以SPAC和“四水”轉(zhuǎn)化為基礎,利用國家“九五”和“十五”攻關課題,在河南黃泛區(qū)、內(nèi)蒙和寧夏沙漠化地區(qū)、黃土高原地區(qū)及北京等地進行了深入系統(tǒng)的研究,部分成果通過國家鑒定。自然土壤中的營養(yǎng)元素循環(huán)是一個十分復雜的問題。我們對北方主要森林土壤中的C、N、P、K、S等元素在以土壤為界面上的循環(huán)及伴隨水文過程的循環(huán)進行了系統(tǒng)的研究,取得了不可多得的資料和研究結(jié)果,豐富了森林土壤養(yǎng)分的循環(huán)理論。
困難立地條件下土壤退化機理及恢復生態(tài)學也是我們的研究重點。通過對我國華北石質(zhì)山區(qū)和黃土高原干旱侵蝕地區(qū)土壤質(zhì)量的現(xiàn)狀和演替規(guī)律的研究,分析土壤退化的原因,結(jié)合對主要造林樹種耐旱性等生理生態(tài)特性的研究,提出了一系列針對類似地區(qū)的造林技術,如徑流林業(yè)技術、固體水技術。以上研究,為有效地解決我國干旱半干旱地區(qū)的植被恢復提供了強大的理論支撐和技術支持。
(二)植物營養(yǎng)學科
植物營養(yǎng)主要側(cè)重于樹木營養(yǎng)與施肥、花卉及草坪營養(yǎng)與施肥,無土栽培和花木基質(zhì)等方面。對樹木營養(yǎng)和施肥的研究主要集中在毛白楊和泡桐人工林上。在三倍體毛白楊紙漿林生產(chǎn)建設中,系統(tǒng)研究了我國毛白楊在生長季節(jié)的營養(yǎng)規(guī)律,并進行了原位的林木正交施肥試驗,其研究結(jié)果對指導毛白楊速生豐產(chǎn)林的生產(chǎn)有重要意義。運用矢量競爭理論(Vectorcompetitionanalysis),研究了油松、側(cè)柏混交林種間的營養(yǎng)競爭或互惠關系,為混交林的營造以及人工純林的改造提供了理論依據(jù)。
同時,我們也承擔了首都古樹復壯的工作。草坪生態(tài)系統(tǒng)是人工生態(tài)系統(tǒng),在養(yǎng)分循環(huán)方面不像自然生態(tài)系統(tǒng)那樣可以無限自然循環(huán),在其生產(chǎn)和修剪過程中或多或少有養(yǎng)分的損失。因此,肥料是提高草坪生產(chǎn)質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎。人為控制下的正確施肥,是維持草坪持久性、保持其良好景觀,從而實現(xiàn)草坪可持續(xù)發(fā)展的有效手段。利用穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)理論,采取指數(shù)施肥的方法對草坪進行了出圃前施肥的研究,并取得了一定的成果,在國際植物營養(yǎng)大會上進行了交流。
三、人才培養(yǎng)成果
在學科建設上,注重將研究生培養(yǎng)和科研工作緊密結(jié)合,1984年開始招收土壤學碩士研究生,生源主要來自農(nóng)林院校的林學、資源與環(huán)境(原來的土壤農(nóng)化)和生物學、地理學等專業(yè),20多年來共培養(yǎng)碩士研究生49人,為首都和全國的林業(yè)、土肥、環(huán)保等相關領域提供了重要的專業(yè)和管理人才。
篇2
一
蘇聯(lián)解體后,俄羅斯農(nóng)業(yè)發(fā)生了急劇變化,特別是所有制形式發(fā)生了巨大變化,即對原來的集體農(nóng)莊和國營農(nóng)場進行了改組,農(nóng)村經(jīng)濟出現(xiàn)多種所有制并存的格局。據(jù)1994年統(tǒng)計資料,集體農(nóng)莊和國營農(nóng)場占18.5%,農(nóng)工生產(chǎn)聯(lián)合體占55.5%,私人農(nóng)場占24.8%,家庭農(nóng)場占1.2%。
近年來,由于向市場經(jīng)濟過渡,各種所有制并存,不但沒有促進農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展,反而陷入了40多年來從來沒有過的深刻危機之中,生產(chǎn)連續(xù)下降。1994年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值比1990年下降了26%,農(nóng)業(yè)基本建設投入減少原來的1/9,生產(chǎn)基金也為原來的1/5,農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工企業(yè)的技術裝備水平明顯下降。1995年農(nóng)作物普遍減產(chǎn),糧食總產(chǎn)量為6520萬噸,而1994年為8130萬噸,減產(chǎn)1610萬噸,其中小麥產(chǎn)量的相應數(shù)為2800萬噸和3200萬噸,減產(chǎn)400萬噸。牲畜頭數(shù)下降,1995年與1994年比較,奶牛減少6%,豬減少11%,羊減少23%,造成肉、奶產(chǎn)量下降,供應緊張。目前,肉、奶制品的自給率為70—80%,植物油和食糖的自給率為40—50%,不足部分靠進口調(diào)劑。據(jù)有關資料,1995食品進口在其進口總額中的比重相應上升28%左右。今年西伯利亞地區(qū)年景較好,農(nóng)業(yè)豐收在望,但后期天氣氣候不利,可能對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生一定的影響。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)下降的原因是多方面的,有不利的氣候條件影響,更主要地是經(jīng)濟和政治因素,特別是匆匆忙忙地向市場經(jīng)濟過渡,私有化速度過快,嚴重的通貨膨脹和打破原有的各種經(jīng)濟關系,其中忽視農(nóng)業(yè)科技進步的重要作用,也是因素之一。
針對上述,俄羅斯聯(lián)邦政府采取了一系列措施,以避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)繼續(xù)滑坡:保存農(nóng)工生產(chǎn)聯(lián)合體的生產(chǎn)形式,增加農(nóng)業(yè)投入,提高農(nóng)業(yè)裝備水平,提高科技進步的貢獻率。
二
為發(fā)展西伯利亞的農(nóng)業(yè)科學技術,1968年10月2日蘇共中央、蘇聯(lián)部長會議通過“關于改善農(nóng)業(yè)科學研究工作領域措施的決議”和1969年11月14日蘇聯(lián)部長會議專門通過“關于發(fā)展西伯利亞和遠東地區(qū)農(nóng)業(yè)問題,建立綜合科學技術辦法”的規(guī)定,明確提出了建立全蘇農(nóng)業(yè)科學院西伯利亞分院和第一個農(nóng)業(yè)綜合科學研究任務。26年來,在加速遠東地區(qū)農(nóng)業(yè)科學技術進步的方針指引下,西伯利亞農(nóng)業(yè)科學院分院建立了30個研究所、2個國家級作物育種站、9個獨立核算的農(nóng)業(yè)試驗站和16個地區(qū)性農(nóng)業(yè)科學研究所,以及10個科研——生產(chǎn)聯(lián)合體和60個試驗——生產(chǎn)農(nóng)場,擁有6名全俄科學院院士、6名全俄農(nóng)業(yè)科學院通訊院士,89名博士、748名碩士和1540名科技工作者,緊密圍繞農(nóng)業(yè)理論與生產(chǎn)問題,創(chuàng)造性地進行探索,取得了一批重要的科技成果,為推進科技進步,發(fā)展集約化經(jīng)營,提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量作出了貢獻。
通過這次訪問,西伯利亞地區(qū)的農(nóng)業(yè)科學研究與開發(fā)工作,基礎較好,實力雄厚,給我們留下了深刻印象,概括具有以下特點:
(一)重視農(nóng)業(yè)科學的基礎性工作,不斷培育開發(fā)新品種、新品系,用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。西伯利亞農(nóng)業(yè)科學院分院成立以來,十分重視農(nóng)作物和牲畜種質(zhì)資源收集、保存工作,在作物育種栽培研究所建立了基因庫,在各地建立了種畜場,保存具有地區(qū)特點的豐富的動植物品種資源,并緊密與良種培育相結(jié)合,培育出一批新品種、新品系。據(jù)西伯利亞農(nóng)業(yè)科學院分院25年的統(tǒng)計,培育并向全國品種區(qū)域試驗推薦作物新品種759個,培育并向西伯利亞各栽培區(qū)推廣的作物新品種385個,其中4個冬黑麥新品種;2個冬小麥新品種,在冬季雪覆
蓋下-20~-30℃可以安全越冬,每公頃產(chǎn)量達4—5噸;6個硬粒春小麥品種,在濕潤年份一般每公頃可生產(chǎn)3—5噸,在干旱年份也不會大幅度減產(chǎn);培育的大麥新品種推廣面積占總種植面積的61.8%,使大麥種植面積比1980年擴大了2.5倍,特別是培育的啤酒大麥新品種在國內(nèi)外享有盛名;培育的多穗玉米雜交種,生長期只有90天,每公頃產(chǎn)量達6噸;還培育出高產(chǎn)飼料作物新品種86個等。在牲畜方面,培育出具有很高生產(chǎn)價值的黑雜奶牛,其母畜群超過70%,個體產(chǎn)奶量達4500—5000公斤;培育出肉牛新品系,日增重達1100—1800克;培育出細毛綿羊新品系,其羊毛產(chǎn)量和品質(zhì)得到明顯改善;還培育出產(chǎn)肉型的豬新品種等。所有這些,已廣泛用于生產(chǎn),在農(nóng)牧業(yè)增產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。
(二)加強農(nóng)業(yè)科學的高技術研究開發(fā)與跟蹤,在一些領域具有較高的科技水平。60年代后期,為適應原蘇聯(lián)經(jīng)濟建設戰(zhàn)略重點東移的需要,在新西伯利亞建立了科學城,采取多項特殊措施,吸引一批農(nóng)業(yè)科學家蕓集在西伯利亞分院及所屬科研機構(gòu)工作,結(jié)合經(jīng)濟、科學發(fā)展需要,瞄準國際農(nóng)業(yè)科學前沿,加強高技術研究與開發(fā),取得了重要進展和突破性成果。例如全俄科學院西伯利亞分院植物細胞與分子遺傳學研究所,深入開展植物基因表達與調(diào)控、基因定位、分離及其結(jié)構(gòu)與功能的研究,并在牧草上取得成效??死怪Z亞爾斯克科學中心生物物理研究所,利用發(fā)射的返回式衛(wèi)星,研究作物種子空間環(huán)境誘變的生物效應及其機理,已選育出一批作物新品種。同時,建造了地面宇宙?zhèn)}裝置,模擬空間環(huán)境,研究微重力、空間輻射、超真空等條件下,作物遺傳變異規(guī)律,選育新品種。24年的實踐成果:冬小麥生長期60天,在人工控制條件下,一年可收獲6次,每公頃生產(chǎn)籽粒6噸的高產(chǎn)紀錄。這個科學中心的遙感技術應用研究所,利用先進的儀器設備和計算機數(shù)據(jù)處理條件,系統(tǒng)地監(jiān)測西伯利亞和遠東地區(qū)森林火災動態(tài)變化,并做出準確的火情預測預報。開展冬季積雪融化動態(tài)監(jiān)測,水蝕防洪預測預報,范圍之廣,精度之高,是前所未有的。這些研究不僅是最活躍而富有成果的領域,而且也是當代學科前沿,已引起國際同行的關注。
(三)組織多學科的綜合研究,解決生產(chǎn)與科學上的重大問題取得成效。為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,研究解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大問題,積極提倡并組織跨研究所的力量,開展多學科的綜合研究,取得了成效與突破。例如西伯利亞分院組織農(nóng)學、土壤學、地學和經(jīng)濟科學等協(xié)作,經(jīng)過多年的努力,編制出西伯利亞和遠東地區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤圖、農(nóng)業(yè)氣候圖、農(nóng)業(yè)水文圖、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟圖集等,為劃區(qū)種植和作物合理配置提供了科學依據(jù)。組織農(nóng)學、土壤學、水利學和生物化學等,聯(lián)合攻關,實行農(nóng)業(yè)與工程措施結(jié)合,改良西伯利亞900公頃鹽堿地取得成效,糧食每公頃可增產(chǎn)5公擔,飼料作物每公頃可增產(chǎn)2.5—3.5公擔。特別值得提出的是西伯利亞分院農(nóng)業(yè)物理研究所與土壤肥料研究所、作物育種栽培研究所、園藝作物研究所等結(jié)合,研究提出了作物新品種農(nóng)藝性狀鑒定方法,作物抗寒力鑒定方法,飼料標準評定方法、反芻牲畜疾病快速診斷方法,以及溫室環(huán)境調(diào)控技術等50多種儀器儀表和自動化工具,準確、快速、方便,實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究提供了現(xiàn)代化手段。
(四)加快農(nóng)業(yè)先進技術和科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力,取得了顯著的經(jīng)濟效益。西伯利亞分院的試驗示范農(nóng)場,根據(jù)生產(chǎn)需求,繁殖作物優(yōu)良品種和純種幼畜,每年為國營農(nóng)場、農(nóng)工生產(chǎn)聯(lián)合體和私人農(nóng)場等提供各類谷物作物良種8萬噸、油料作物良種31萬噸、牧草良種850噸和大量的牲畜良種,實現(xiàn)了商品化、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營,經(jīng)濟效益顯著。
為適應市場經(jīng)濟的需要,西伯利亞分院的畜牧設計——工藝研究所研制奶制品加工工藝,提供了上百種的奶制品、奶酪等產(chǎn)品。1988年還組建了農(nóng)產(chǎn)品加工設計——工藝研究所,加強了產(chǎn)后加工研究與開發(fā),取得重要進展。他們利用園藝作物研究所培育的大粒型、結(jié)果密的沙辣新品種,開發(fā)出沙辣飲料、沙辣酒等,在國內(nèi)市場銷售??死怪Z亞爾斯克科學中心的森林研究所,利用當?shù)刎S富的生物資源,進行深加工,研制出藥用、工業(yè)用新產(chǎn)品87種,其中沙辣油、葵花油、香桂籽油和藥用茶等,已打入了歐洲市場,頗受歡迎。然而,在西伯利亞地區(qū),由于俄羅斯經(jīng)濟狀況欠佳,農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)面臨不少困難和問題,主要是:政府對科研機構(gòu)的撥款減少了25—50%,科研任務不夠飽滿,科技人才外流比較嚴重,人心不穩(wěn),積極性不高,對農(nóng)業(yè)科研、生產(chǎn)將產(chǎn)生一定的影響。
三
中國和俄羅斯聯(lián)邦的西伯利亞地區(qū),有著漫長的共同疆界。長期以來,中國和西伯利亞地區(qū)人民友好相處,有著深厚的傳統(tǒng)友誼,業(yè)已存在良好的合作基礎。近年來,隨著中國對外開放,沿邊各省、自治區(qū)與西伯利亞地區(qū)經(jīng)濟與科技合作日趨頻繁,農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)科技領域有許多共同點,有較強的互補性和共通性,特別是經(jīng)過這次短暫的訪問和考察,增進了新的了解,為此,特提出以下建議:
(一)在重視同西方發(fā)達國家農(nóng)業(yè)科技合作的同時,應重視同俄羅斯,特別是西伯利亞地區(qū)的農(nóng)業(yè)科技合作與交流。要本著“優(yōu)勢互補,互惠互利”的原則,根據(jù)中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展需要,全方位、有選擇地開展合作與交流。
(二)按照中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)科技“九五”計劃需要,從西伯利亞地區(qū)引進早熟、抗寒、生長期短的冬小麥、春小麥、玉米、牧草、花卉等新品種和育種材料,引進牲畜和經(jīng)濟野生動物新品種、新品系。在早熟、抗寒作物新品種選育、航天育種、礦質(zhì)營養(yǎng)和獸醫(yī)疫苗等方面,開展合作研究。采取共同制定科研計劃,分別在各自的研究所工作,每年定期進行總結(jié)與交流,以提高科研效率和水平。
篇3
【摘 要】 本文介紹了土地資源管理專業(yè)應用型本科學生的培養(yǎng)目標和去南五臺實習的主要內(nèi)容,總結(jié)了實習后學生能力的提升效果。認為,通過本次實習,提高了同學們的理解能力,提高了同學們的動手操作能力,提高了同學們的團結(jié)協(xié)作能力。
【關鍵詞】 應用型本科學生;土地資源管理專業(yè);實踐能力;培養(yǎng)
一、土地資源管理專業(yè)應用型本科學生培養(yǎng)目標的確定
針對應用型人才培養(yǎng)的要求,結(jié)合本院的實際,我們確定了如下的培養(yǎng)目標。以加強素質(zhì)教育為基礎,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為重點,創(chuàng)造有利于學生知識、能力和素質(zhì)全面提高,同時適合學生個性發(fā)展的環(huán)境和條件,達到“寬口徑、厚基礎、強能力、高素質(zhì)、重應用”的專業(yè)本科人才培養(yǎng)目標。通過實踐環(huán)節(jié),克服課堂教學的抽象性和空洞性,提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力;培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、社交能力和合作精神;并激發(fā)了同學們對自己專業(yè)的興趣與熱愛;極大地提高學生的綜合素質(zhì)。
二、土地資源管理專業(yè)學生南五臺實習的主要內(nèi)容
土地資源學是土地資源管理專業(yè)的必修課,是該專業(yè)的骨干課程。該課程綜合了氣候?qū)W、地質(zhì)地貌學、土壤學、水文學、植被學、巖石礦物學、社會學、管理學等學科的專業(yè)知識。具有內(nèi)容復雜、學科綜合性高、知識理解難度大等特點。特別是有關巖石礦物的組成、土壤母質(zhì)的分類、土壤剖面結(jié)構(gòu)的組成、土地種類的劃分及命名、植被及氣候的區(qū)域空間結(jié)構(gòu)組成及其變化規(guī)律等內(nèi)容具有抽象性,難以理解的特點。為了加深同學們對于該部分內(nèi)容的理解,故選擇了南五臺作為實習基地。
1、南五臺的區(qū)域位置認識
南五臺位于秦嶺北坡,屬于秦嶺山脈北坡終南山中段的一座山地,地處西安市長安區(qū)五臺鄉(xiāng),北距西安市區(qū)約25KM;地理位置位于東經(jīng)108°57’-108°59’,北緯33°58’-34°02’。南五臺屬于1992年林業(yè)部批準的終南山國家森林公園景區(qū)的一部分,整個景區(qū)南北長15KM,東西寬10KM,總面積7675公頃,森林覆蓋率58%,主要景區(qū)由南五臺、翠華山、石貶峪和羅漢坪四個景區(qū)組成,景區(qū)主峰終南山海拔2589M。
2、南五臺的地質(zhì)地貌認識
南五臺是燕山運動以來秦嶺再行上升并發(fā)生多處斷層的結(jié)果,除山麓為第四紀黃土及沖積、洪積物覆蓋外,整個山體均由震旦紀以前的花崗變質(zhì)巖系所組成,海拔1100M以下,主要由石英片麻巖、石英云母片麻巖和長石云母片麻巖組成;以上則以石英長石片麻巖和石英片麻巖組成。
3、南五臺的氣候認識
南五臺地區(qū)位于暖溫帶季風氣候區(qū)內(nèi),但由于地處秦嶺北坡,東亞季風在每年夏季越過秦嶺南坡和秦嶺主脊后,水汽含量已大大減少,夏季風的影響相對較小,但冬季風尤其是寒潮天氣很容易到達本區(qū),所以,氣候特點表現(xiàn)為夏季風影響較小而冬季風影響相對較大,加之本區(qū)山地地形的特殊作用,全區(qū)范圍夏季相對短促,溫度高,降水多;冬季則溫度低,氣候干燥。氣候類型屬于南暖溫帶山地氣候。
4、南五臺的土壤認識
南五臺地區(qū)的主要土壤有不飽和沖積土、鈣積褐土、山地鈣積褐土、山地淋溶褐土及山地棕壤等類型。由于成土條件在南五臺具有顯著的垂直分布規(guī)律,所以造成了以上土壤也具有顯著的垂直分布現(xiàn)象。
5、南五臺的植物認識
本區(qū)雖然多年來受強烈的人類活動影響,但由于其歷來為宗教圣地,許多植物物種長期受惠于僧眾保護,加之自然環(huán)境復雜多變,至今仍有較多數(shù)量的植物物種。據(jù)1999年統(tǒng)計,終南山國家森林公園南五臺景區(qū)共有種子植物170科、505屬、1398種。是秦嶺北坡植物種類較為豐富的一個山地,種數(shù)明顯多于華山、翠華山、樓觀臺等北坡其他山地。
植物區(qū)系地理成分復雜,但以大量的華北成分為主,如油松、狼牙刺、山楊、栓皮櫟等,華中成分也比較常見。陜西泡桐、秦嶺槭、秦嶺巖白菜、膀胱果等種類是陜西或秦嶺特有品種。
植物的生態(tài)類型在本區(qū)有陽生、陰生、耐蔭;濕生、旱生、石生、水生等類型。
近年來,在林業(yè)工人的辛勤努力下,許多珍貴樹種在本區(qū)安家落戶,成為南五臺植物家族中新成員,如山桐子、水杉、日本落葉松、柳杉等種類。
6、南五臺的植被垂直帶譜認識
由于隨著海拔高度的變化,氣候、濕度和降雨量也在發(fā)生變化垂直,從而引起土壤和植被的垂直變化。故植被帶的垂直變化為栽培植被帶(500-700m)、側(cè)柏林帶(700-800m)、栓皮櫟林帶(800-1100m)、栓皮櫟、銳齒櫟林帶(1100-1320m)、油松、銳齒櫟林帶(1320-1688m)。
7、南五臺的土地類型分類及命名
依據(jù)土地分類的命名規(guī)則,本文采用四要素命名法,即“地形+氣候+土壤+植被”進行命名。故南五臺的土地分類結(jié)果為:山前臺塬、沖積、洪積扇中干暖溫鈣積褐土沖積土壤栽培植被帶(500-700m)、淺山微干暖溫山地鈣積褐土側(cè)柏林帶(700-800m)、低山中濕溫和淋溶褐土栓皮櫟林帶(800-1100m)、中山溫涼棕壤油松、銳齒櫟林帶(1100-1688m)
三、學生能力的提升效果
1、通過本次實習,提高了同學們的理解能力
通過實習使得同學們理解了氣候日照、溫度、降雨對農(nóng)作物分布及生長的影響,理解了氣候要素的垂直分布變化規(guī)律。掌握了土壤母質(zhì)的分類及特點,特別是洪積物、沖積物、坡積物、殘積物的形態(tài)特點。掌握了南五臺的主要用材樹種、藥用植物、油料植物、其他經(jīng)濟植物和風景園藝植物的常見品種,及其植被的垂直分布變化規(guī)律。掌握了巖石的風化類型及特點,能夠辨識常見的土壤礦物。
2、通過本次實習,提高了同學們的動手操作能力
通過本次實習,同學們掌握了如何尋找最佳的土壤剖面位置、如何利用鐵鍬挖掘土壤剖面、如何對土壤剖面進行分層以及如何描述土壤剖面的特性等內(nèi)容。
3、通過本次實習,提高了同學們的團結(jié)協(xié)作能力
在實習過程中同學們既明確分工又通力協(xié)作,共同完成了實習過程中的各項內(nèi)容。使得同學們意識到團結(jié)協(xié)作的重要性和必要性,在同學們之間建立了良好的伙伴關系,也加深了老師和同學們之間的師生友誼。
篇4
土壤退化(Soildegradation)是指在各種自然,特別是人為因素影響下所發(fā)生的導致土壤的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力或土地利用和環(huán)境調(diào)控潛力,即土壤質(zhì)量及其可持續(xù)性下降(包括暫時性的和永久性的)甚至完全喪失其物理的、化學的和生物學特征的過程,包括過去的、現(xiàn)在的和將來的退化過程,是土地退化的核心部分。土壤質(zhì)量(Soilquality)則是指土壤的生產(chǎn)力狀態(tài)或健康(Health)狀況,特別是維持生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和持續(xù)土地利用及環(huán)境管理、促進動植物健康的能力[2]。土壤質(zhì)量的核心是土壤生產(chǎn)力,其基礎是土壤肥力。土壤肥力是土壤維持植物生長的自然能力,它一方面是五大自然成土因素,即成土母質(zhì)、氣候、生物、地形和時間因素長期相互作用的結(jié)果,帶有明顯的響應主導成土因素的物理、化學和生物學特性;另一方面,人類活動也深刻影響著自然成土過程,改變土壤肥力及土壤質(zhì)量的變化方向。因此,土壤質(zhì)量的下降或土壤退化往往是一個自然和人為因素綜合作用的動態(tài)過程。根據(jù)土壤退化的表現(xiàn)形式,土壤退化可分為顯型退化和隱型退化兩大類型。前者是指退化過程(有些甚至是短暫的)可導致明顯的退化結(jié)果,后者則是指有些退化過程雖然已經(jīng)開始或已經(jīng)進行較長時間,但尚未導致明顯的退化結(jié)果。
2全球土壤退化概況
當前,因各種不合理的人類活動所引起的土壤和土地退化問題,已嚴重威脅著世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。據(jù)統(tǒng)計,全球土壤退化面積達1965萬km2。就地區(qū)分布來看,地處熱帶亞熱帶地區(qū)的亞洲、非洲土壤退化尤為突出,約300萬km2的嚴重退化土壤中有120萬km2分布在非洲、110萬km2分布于亞洲;就土壤退化類型來看,土壤侵蝕退化占總退化面積的84%,是造成土壤退化的最主要原因之一;就退化等級來看,土壤退化以中度、嚴重和極嚴重退化為主,輕度退化僅占總退化面積的
38%[3~6]。
全球土壤退化評價(GlobalAssessmentofSoilDegradation)研究結(jié)果[3~6]顯示,土壤侵蝕是最重要的土壤退化形式,全球退化土壤中水蝕影響占56%,風蝕占28%;至于水蝕的動因,43%是由于森林的破壞、29%是由于過度放牧、24%是由于不合理的農(nóng)業(yè)管理,而風蝕的動因,60%是由于過度放牧、16%是由于不合理的農(nóng)業(yè)管理、16%是由于自然植被的過度開發(fā)、8%是由于森林破壞;全球受土壤化學退化(包括土壤養(yǎng)分衰減、鹽堿化、酸化、污染等)影響的總面積達240萬km2,其主要原因是農(nóng)業(yè)的不合理利用(56%)和森林的破壞(28%);全球物理退化的土壤總面積約83萬km2,主要集中于溫帶地區(qū),可能絕大部分與農(nóng)業(yè)機械的壓實有關。
3我國土壤退化狀況
首先,我國水土流失狀況相當嚴重,在部分地區(qū)有進一步加重的趨勢。據(jù)統(tǒng)計資料[7],1996年我國水土流失面積已達183萬km2,占國土總面積的19%。僅南方紅黃壤地區(qū)土壤侵蝕面積就達6153萬km2,占該區(qū)土地總面積的1/4[8]。同時,對長江流域13個重點流失縣水土流失面積調(diào)查結(jié)果表明,在過去的30年中,其土壤侵蝕面積以平均每年1.2%~2.5%的速率增加[9],水土流失形勢不容樂觀。
其次,從土壤肥力狀況來看,我國耕地的有機質(zhì)含量一般較低,水田土壤大多在1%~3%,而旱地土壤有機質(zhì)含量較水田低,<1%的就占31.2%;我國大部分耕地土壤全氮都在0.2%以下,其中山東、河北、河南、山西、新疆等5省(區(qū))嚴重缺氮面積占其耕地總面積的一半以上;缺磷土壤面積為67.3萬km2,其中有20多個?。▍^(qū))有一半以上耕地嚴重缺磷;缺鉀土壤面積比例較小,約有18.5萬km2,但在南方缺鉀較為普遍,其中海南、廣東、廣西、江西等?。▍^(qū))有75%以上的耕地缺鉀,而且近年來,全國各地農(nóng)田養(yǎng)分平衡中,鉀素均虧缺,因而,無論在南方還是北方,農(nóng)田土壤速效鉀含量均有普遍下降的趨勢;缺乏中量元素的耕地占63.3%[10]。對全國土壤綜合肥力狀況的評價尚未見報道,就東部紅壤丘陵區(qū)而言,選擇土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、pH值、CEC、物理性粘粒含量、粉/粘比、表層土壤厚度等11項土壤肥力指標進行土壤肥力綜合評價的結(jié)果表明,其大部分土壤均不同程度遭受肥力退化的影響,處于中、下等水平,高、中、低肥力等級的土壤的面積分別占該區(qū)總面積的25.9%、40.8%和33.3%,在廣東丘陵山區(qū)、廣西百色地區(qū)、江西吉泰盆地以及福建南部等地區(qū)肥力退化已十分嚴重[11]。
此外,其它形式的土壤退化問題也十分嚴重。以南方紅壤區(qū)為例,約20萬km2的土壤由于酸化問題而影響其生產(chǎn)潛力的發(fā)揮;化肥、農(nóng)藥施用量逐年上升,地下水污染不斷加劇,在部分沿海地區(qū)其地下水硝態(tài)氮含量已遠遠高于WHO建議的最高允許濃度10mg/l;同時,在一些礦區(qū)附近和復墾地及沿海地區(qū)土壤重金屬污染也相當嚴重[8]。
4土壤退化研究進展
自1971年FAO提出土壤退化問題并出版“土壤退化"專著以來,土壤退化問題日益受到人們的關注。第一次與土地退化有關的全球性會議——聯(lián)合國土地荒漠化(desertification)會議于1977在肯尼亞內(nèi)羅畢召開。聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)又分別于1990年和1992年資助了Oldeman等開展全球土壤退化評價(GLASOD)、編制全球土壤退化圖和干旱土地的土地退化(即荒漠化)評估的項目計劃。1993年FAO等又召開國際土壤退化會議,決定開展熱帶亞熱帶地區(qū)國家級土壤退化和SOTER(土壤和地體數(shù)字化數(shù)據(jù)庫)試點研究。在1994年墨西哥第15屆國際土壤學大會上,土壤退化,尤其是熱帶亞熱帶的土壤退化問題倍受與會者的重視,不少科學家指出,今后20年熱帶亞熱帶將有1/3耕地淪為荒地,117個國家糧食將大幅度減產(chǎn),呼吁加強土壤退化及土地退化恢復重建研究,并在土壤退化的概念、退化動態(tài)數(shù)據(jù)庫、退化指標及評價模型與地理信息系統(tǒng)、退化的遙感與定位動態(tài)監(jiān)測和模擬建模及預測、土壤復退性能研究、退化系統(tǒng)恢復重建的專家決策系統(tǒng)等研究方面有了新的發(fā)展。國際水土保持學會也于1997在加拿大多倫多組織召開了以流域為基礎的生態(tài)系統(tǒng)管理的全球挑戰(zhàn)國際研討會,從生態(tài)系統(tǒng)、流域的角度探討土壤侵蝕等土壤退化等問題。而且,國際土壤聯(lián)合會于1996年和1999年分別在土耳其和泰國舉行了直接以土地退化為主題的第一屆和第二屆國際土地退化會議,并在第一屆會議上決定成立了土壤退化研究工作組專門研究土壤退化,在第二屆會議上則對土壤退化問題更為重視,并有學者倡議將土壤退化研究提高到退化科學的高度來認識,并決定于2001年在巴西召開第三屆國際土壤退化會議[12]。同時,在亞洲,由UNDP和FAO支持的“亞洲濕潤熱帶土壤保持網(wǎng)(ASOCON)”和“亞洲問題土壤網(wǎng)”也在亞太土地退化評估與控制方面開展了大量的卓有成效的研究工作。總的說來,國際上土壤退化研究在以下方面取得了重要進展:①從土壤退化的內(nèi)在動因和外部影響因子(包括自然和社會經(jīng)濟因素)的綜合角度,研究土壤退化的評價指標及分級標準與評價方法體系;②從土壤的物理、化學和生物學過程及其相互作用入手,研究土壤退化的過程與本質(zhì)及機理;③從歷史的角度出發(fā),結(jié)合定位動態(tài)監(jiān)測,研究各類土壤退化的演變過程及發(fā)展趨向和速率,并對其進行模擬和預測;④側(cè)重人類活動(特別是土地利用方式和土壤經(jīng)營管理措施)對土壤退化和土壤質(zhì)量影響的研究,并將土壤退化的理論研究與退化土壤的治理和開發(fā)相結(jié)合,進行土地更新技術和土壤生態(tài)功能保護的試驗示范和推廣;⑤注重傳統(tǒng)技術(野外調(diào)查、田間試驗、盆栽試驗、實驗室分析測試、定位觀測試驗等)與高新技術(遙感、地理信息系統(tǒng)、地面定位系統(tǒng)、模擬仿真、專家系統(tǒng)等)的結(jié)合;⑥從社會經(jīng)濟學角度研究土壤退化對土壤質(zhì)量及其生產(chǎn)力的影響。
我國土壤學研究工作在過去幾十年主要集中在土壤發(fā)生、分類和制圖(特別是土壤資源清查);土壤基本物理、化學和生物學性質(zhì)(特別是土壤肥力性狀);土壤資源開發(fā)利用與改良(特別是土壤培肥,鹽漬土和紅壤的改良等)等方面。這些工作雖然在廣義上與土壤退化科學密切相關,但直接以土壤退化為主題的研究工作主要集中在最近10多年,其中又以熱帶亞熱帶土壤退化研究工作較為系統(tǒng)和深入,并在80年代參與了熱帶亞熱帶土壤退化圖的編制,完成了海南島1∶100萬SOTER圖的編制工作。90年代以來,中國科學院南京土壤研究所結(jié)合承擔國家“八五”科技攻關專題“南方紅壤退化機制及防治措施研究”和國家自然科學基金重點項目“我國東部紅壤地區(qū)土壤退化的時空變化、機理及調(diào)控對策的研究”任務,將宏觀調(diào)研與田間定位動態(tài)觀測和實驗室模擬試驗相結(jié)合,將遙感、地理信息系統(tǒng)等高新技術與傳統(tǒng)技術相結(jié)合,將自然與社會經(jīng)濟因素相結(jié)合,將時間演變與空間分布研究相結(jié)合,將退化機理與調(diào)控對策研究相結(jié)合,對南方紅壤丘陵區(qū)土壤退化的基本過程、作用機理及調(diào)控對策進行了有益的探索,并在以下方面取得了重要進展[8、13]:①初步定義了土壤退化的概念,闡明了紅壤退化的基本過程、機制、特點。②在土壤侵蝕方面,利用遙感資料和地理信息系統(tǒng)技術編制了東部紅壤區(qū)1∶400萬90年代土壤侵蝕圖與疊加類型圖及典型地區(qū)70、80、90年代疊加土壤侵蝕圖,并在土壤侵蝕圖、土地利用圖、土壤母質(zhì)圖等基礎上,編制了1∶400萬土壤侵蝕退化分區(qū)概圖;對南方主要類型土壤可蝕性K值進行了田間測定,并利用全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)和校正的Wischmeier方程,計算我國南方主要類型土壤可蝕性K,編制了相關圖件。③在肥力退化機理方面,建立了南方紅壤區(qū)土壤肥力數(shù)據(jù)庫,初步提出了肥力退化評價指標體系,進行了土壤肥力退化評價的嘗試,并繪制了紅壤退化評價有關圖件;將養(yǎng)分平衡與土壤養(yǎng)分退化研究相結(jié)合總結(jié)了我國南方農(nóng)田養(yǎng)分平衡10年變化規(guī)律及其與土壤肥力退化的關系,認為土壤侵蝕、酸化養(yǎng)分淋失等造成的養(yǎng)分赤字循環(huán)及養(yǎng)分的不平衡是土壤養(yǎng)分退化的根本原因;應用遙感手段及歷史資料,編制了0~20cm及0~100cm土層的土壤有機碳密度圖,探討了紅壤有機碳庫的消長與轉(zhuǎn)化及腐殖質(zhì)組成性質(zhì)的變化規(guī)律;提出了磷素固定是紅壤磷素退化的主要原因,磷素有效性衰減的實質(zhì)是磷素的雙核化和向固相的擴散,解決了紅壤磷素退化的實質(zhì)問題。④在土壤酸化方面,研究了紅壤的酸化特點,根據(jù)土壤的酸緩沖性能,建立了土壤酸敏感性分級標準,進行了紅壤酸敏感性分級和分區(qū),首次繪制了有關地區(qū)土壤酸敏感性分區(qū)概圖;采用MAGIC模型,并進行校正對我國紅壤酸化進行預測,揭示紅壤酸度的時空變化規(guī)律;并在作物耐鋁快速評估方面取得了重要進展。⑤在土壤污染方面,利用多參數(shù)對重金屬的土壤污染進行了綜合評估,建立了綜合污染指數(shù)(CPI)值的計算方法,對不同地區(qū)的污染狀況進行了評估,繪制了重金屬污染概圖;應用農(nóng)藥在土壤中的吸附系數(shù)(Kd)和半衰期(t1/2)及基質(zhì)遷移模式,闡明了土壤農(nóng)藥污染的機理;在重金屬污染對土壤肥力的影響方面的研究結(jié)果表明,重金屬污染可降低土壤對鉀的保持能力,促進鉀的淋失;而對氮和磷而言,主要是降低與其催化降解和循環(huán)相關的酶的活性。⑥紅壤退化防治方面,提出了區(qū)域治理調(diào)控對策,“頂林—腰果—谷農(nóng)—塘魚”等立體種養(yǎng)模式等,并對一些開發(fā)模式進行示范和評價。
然而,我國幅員遼闊,自然和社會經(jīng)濟條件復雜多樣,地區(qū)間差異明顯。各類型區(qū)在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展過程中均不同程度地面臨著各種資源環(huán)境退化問題,有些問題是全區(qū)共存的,有些則是特定類型區(qū)所特有的。過去的工作僅集中于江南紅壤丘陵區(qū),而對其它地區(qū)觸及較少。而且,在研究工作中,也往往偏重于單項指標及單個過程的研究。土壤退化綜合評價指標體系的研究基本處于空白,對退化過程的相互作用研究不夠。同時,在合理選擇堿性物質(zhì)改良劑種類、提高經(jīng)濟效益以及長期施用改良劑對土壤物理、化學,特別是生物學性質(zhì)的影響等方面還有許多問題有待進一步研究,對耐酸(鋁)作物品種的選擇研究也亟待加強。此外,對其它土壤退化問題,如集約化農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及礦產(chǎn)開發(fā)引起的土壤及水體污染、土壤生物多樣性衰減等問題,尚未開展系統(tǒng)研究。
5土壤退化的研究方向
土壤退化是一個非常綜合和復雜的、具有時間上的動態(tài)性和空間上的各異性以及高度非線性特征的過程。土壤退化科學涉及很多研究領域,不僅涉及到土壤學、農(nóng)學、生態(tài)學及環(huán)境科學,而且也與社會科學和經(jīng)濟學及相關方針政策密切相關。然而,迄今為止,國內(nèi)外的大多數(shù)研究工作偏重于對特定區(qū)域或特定土壤類型的某些土壤性狀在空間上的變化或退化的評價,而很少涉及不同退化類型在時間序列上的變化。而且,在土壤退化評價方法論及評價指標體系定量化、動態(tài)化、綜合性和實用性以及尺度轉(zhuǎn)換等方面的研究工作大多處于探索階段。
我國土壤退化研究雖然在某些方面取得了一定的、有特色的進展,但整體上還處于起步階段。為此,作者認為,今后我國土壤退化的研究工作應從更廣和更深的層次上系統(tǒng)綜合地開展土壤退化的綜合評價與主要退化類型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重建和恢復研究,并逐步向土地退化或環(huán)境退化方向拓展。具體來說,應加強以下幾個方面的研究工作:
(1)土壤與土地退化指標評價體系研究。主要包括用于評價不同土壤及土地退化類型的單項和綜合評價指標、分級標準、閾值和彈性,定量化的和綜合的評價方法與評價模型等;
(2)土壤退化的監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究。主要包括建立土壤退化監(jiān)測研究網(wǎng)絡,對重點區(qū)域和國家在不同尺度水平上的土壤及土地退化的類型、范圍及退化程度進行監(jiān)測和評價,并進行分類區(qū)劃,為退化土地整治提供依據(jù);
(3)土壤與土地退化過程、機理及影響因素研究。重點研究幾種主要退化形式(如土壤侵蝕、土壤肥力衰減、土壤酸化、土壤污染及土壤鹽漬化等)的發(fā)生條件、過程、影響因子(包括自然的和社會經(jīng)濟的)及其相互作用機理;
(4)土壤與土地退化動態(tài)監(jiān)測與動態(tài)數(shù)據(jù)庫及其管理信息系統(tǒng)的研究。主要包括土壤退化監(jiān)測網(wǎng)點或基準點(Benchmarksites)的選建、3S(GIS、GPS、RS)技術和信息網(wǎng)絡及尺度轉(zhuǎn)換等現(xiàn)代技術和手段的應用與發(fā)展、土壤退化屬性數(shù)據(jù)庫和GIS圖件及其動態(tài)更新、土壤退化趨向的模擬預測與預警等方面的工作;
(5)土壤退化與全球變化關系研究。主要包括土壤退化與水體富營養(yǎng)化、地下水污染、溫室氣體釋放等;
(6)退化土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建研究。主要包括運用生態(tài)經(jīng)濟學原理及專家系統(tǒng)等技術,研究和開發(fā)適用于不同土壤退化類型區(qū)的、以持續(xù)農(nóng)業(yè)為目標的土壤和環(huán)境綜合整治決策支持系統(tǒng)與優(yōu)化模式,主要退化生態(tài)系統(tǒng)類型土壤質(zhì)量恢復重建的關鍵技術及其集成運用的試驗示范研究等方面的工作,為土壤退化防治提供決策咨詢和示范樣板;
(7)加強土壤退化對生產(chǎn)力的影響及其經(jīng)濟分析研究,協(xié)助政府制定有利于持續(xù)土地利用,防治土壤退化的政策。
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篇5
關鍵詞:灌區(qū);土壤剖面;鹽分;空間分布
中圖分類號:S153 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2016)10-2488-04
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.10.011
Abstract:In order to analyze the spatial variation characteristics of salinity of different soil layers(0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm),Mosuowan irrigated area in Xinjiang was chosen as study area, and classical statistics and geostatistics were used to obtain the salinity distribution map of the soil profile. The results showed that the salinity in soil profile increased gradually with the increase of soil depth in the study area. The average soil salinity of surface soil was the lowest, whereas it was the highest in soil layer of 60~100 cm. The soil salinity of each soil layer conformed to logarithmic normal distribution, but the maximum value of soil salinity in the study area appeared in the surface layer. The soil salinity of 0~40 cm showed strong variability, and the soil salinity of 40~100 cm showed medium variability. The soil salinity of each layer in the study area was of moderate spatial autocorrelation,the nugget coefficient of 0~20 cm and 20~40 cm soil layer were 0.698 and 0.653, and spatial correlation was lower than the underlying. The Kriging interpolation analysis showed that, the distribution of soil salinity was porphyritic or nubby, and the soil salinity was higher in the south and east than in the north and west of the study area.
Key words: irrigated area; soil profile; salinity; spatial distribution
土壤鹽漬化是干旱、半干旱、半濕潤地區(qū)土壤的普遍特征,也是土壤退化最主要的表現(xiàn)之一。全國約有31.1%的耕地受到鹽漬化的威脅,主要是由于隨著土壤和水資源不合理的開發(fā)利用,導致灌區(qū)局部蓄水量持續(xù)增大,地下水位居高不下,土壤鹽分在表層聚集,嚴重影響和制約了農(nóng)業(yè)發(fā)展和資源的可持續(xù)利用[1,2]。
近年來,許多國內(nèi)外學者就土壤鹽漬化這一問題展開積極深入的研究,Cemek等[3]對土耳其北部沖擊平原的土壤鹽分進行了研究,提出地下水位、微地形、灌溉系統(tǒng)和排水是影響土壤鹽分空間變異性的主要因素。Eldeiry等[4]將地理信息系統(tǒng)和遙感以及空間模型相結(jié)合改進的克里格模型應用于土壤鹽堿化的遙感估算,結(jié)果表明,將具有較強統(tǒng)計分析特性的地理信息系統(tǒng)和遙感相結(jié)合,能夠大大提高土壤鹽分空間分布的研究精度。張源沛等[2]對銀川平原的土壤鹽分及鹽漬土的空間分布格局進行研究,表明土壤的空間相關性主要受到區(qū)域因素(地下水運動)的影響。劉廣明等[5]的研究則表明典型綠洲區(qū)土壤鹽分質(zhì)量分數(shù)的空間分布是由隨機性因素(如灌溉、耕作措施和土壤改良等各種人為活動)和結(jié)構(gòu)性因素(如氣候、地形、土壤類型等)共同作用引起的。王紅等[6]研究了黃河三角洲的不同尺度、深度土壤鹽分的變異系數(shù)和空間相關性,揭示了形成這種空間變異的地貌因素。孫艷偉等[7]對流動沙漠人工綠地的表層、亞表層的空間分布進行了研究,得出土壤表層鹽分含量遠高于亞表層且具有一定的表聚性。莫冶新等[8]對塔里木河中下游表層土壤鹽分進行了研究,得出表層土壤的空間變異性較小且鹽分性質(zhì)較為單一。顏安等[9]對瑪納斯河流域表層的土壤鹽分空間變異進行了研究,得出土壤的鹽分分布為中等變異性并具有強烈的空間相關性。縱觀國內(nèi)外已有的研究,大多研究結(jié)果只對土壤表層的鹽分空間分布進行了分析,得出土壤表層鹽分的空間分布主要受地下水位、排水、灌溉系統(tǒng)、耕作措施、氣候和地形等因素共同影響,但是土壤是具有剖面性質(zhì)的,所以本研究以莫索灣灌區(qū)為研究對象,結(jié)合經(jīng)典統(tǒng)計學、地統(tǒng)計學和克里格分析方法,對該地區(qū)土壤剖面的鹽分空間分布進行討論。
1 研究區(qū)概況及研究方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)地處北緯45°01′、東經(jīng)86°06′,是瑪納斯縣灌區(qū)、老沙灣灌區(qū)、農(nóng)八師石河子市和古爾班通古特大沙漠的中心。灌區(qū)總面積為1 326.15 km2,分別由147團、148團、149團和150團組成。平均海拔346.0 m,降水稀少,蒸發(fā)強烈,日照時間長,夏季炎熱,冬季寒冷,屬于典型的大陸性干旱半干旱氣候,年平均氣溫6.6 ℃,年平均降水量123.2 mm,年平均蒸發(fā)量1 979.5 mm,年平均日照時數(shù)2 774.1 h。土壤受地形地貌、氣候、水文條件和成土母質(zhì)影響,可分為壤土、中壤土、沙土。該灌區(qū)農(nóng)作物灌溉的主要方式為大水灌溉,由于大水灌溉,地形和人為因素的影響導致地下水位抬升,土壤的次生鹽漬化加劇,鹽堿化程度加深。
1.2 樣品采集與分析方法
1.2.1 樣品采集 本研究于2014年春季根據(jù)當?shù)氐耐寥捞卣?、植被類型、土壤利用方式等因素來確定研究區(qū)采樣點的位置,應用GPS定位技術在研究區(qū)內(nèi)選擇典型位置進行采樣,共267個采樣點。在每個采樣點相鄰不同的3鉆土樣經(jīng)混合后用四分法組成該點的待測樣品,每個土樣均先剔除地表面明顯的植物碎屑和枯落物,用土鉆進行5層分層采樣,采樣層次為0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm,同時對采樣點周圍的地形地貌、植被類型、植被覆蓋度、土地利用方式、灌溉系統(tǒng)、土壤類型等要素進行描述,并用GPS記錄各個采樣點的地理坐標。
1.2.2 樣品處理 采集的土壤樣品在實驗室里進行自然風干、研磨,過0.25 mm的篩后裝入密封袋,以備后續(xù)試驗。所有的土壤樣品均制備1∶5土水質(zhì)量比浸提液,測定樣品的電導率。共275個采樣點,1 375個樣品,應用電導率儀(梅特勒S230)測定電導率,測定方法參考文獻[10]。
1.2.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理采用了Microsoft Excel 2010和地統(tǒng)計學軟件GS+9.0,土壤鹽分空間分布圖均采用ArcGIS 10.0軟件。
2 結(jié)果分析
2.1 土壤鹽分的統(tǒng)計特征值
表1分別對0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm的土層進行了描述性統(tǒng)計。各土層土壤均較好地符合對數(shù)正態(tài)分布且各土層特征值具有明顯的差異。60~80 cm土層的土壤平均含鹽量最高,為0.71 dS/m;0~20 cm土層土壤平均含鹽量最低,為0.48 dS/m;隨著土層深度的增加,土層鹽分含量逐漸增大;土壤含鹽量最大值是0~20 cm土層的6.03 dS/m,最小值是40~60 cm土層的0.03 dS/m,土壤剖面鹽分空間分布具有一定的低聚性。變異系數(shù)是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對值,各土層的變異系數(shù)隨著土層的加深逐漸降低,分別為1.17、1.01、0.87、0.83、0.81,0~20、20~40 cm的土層屬于強變異性,40~60、60~80、80~100 cm的土層是中等變異性。這或許是因為鹽離子具有隨水分遷移的特點,春季冰雪快速融化,一部分鹽離子隨水分沿著土壤毛細管下滲到土壤深處,一部分水分蒸發(fā)到空氣中,導致土壤0~40 cm的土層變化最大,所以該土層的鹽分變異性最強。40~100 cm的土層鹽分則主要是由于地下水位的影響,春季地下水位抬升,鹽離子隨水分沿土壤毛細管運動,在土層中積累使40~100 cm的土層表現(xiàn)出中等變異性[2,5]。
2.2 土壤鹽分空間相關性分析
采用GS+9.0對各土層鹽分進行反復擬合,從而選取最優(yōu)擬合模型(圖1)。最優(yōu)擬合模型標準為相關系數(shù)R2最大,殘差系數(shù)SS最小。C0表示塊金值,也叫塊金方差,通常表示由試驗誤差和小于試驗抽樣尺度引起的變異,較大的塊金方差表明較小尺度上的某種生態(tài)過程是不容忽視的[2],C0+C表示基臺值,C0/(C0+C)表示土壤空間自相關性的強度,當C0/(C0+C)
2.3 克里格插值分析
圖2運用ArcGIS 10.0對各土層進行了克里格插值分析,顯示出各土層土壤的鹽分空間分布。從整體來看,研究區(qū)的土壤鹽分南部高于北部,東部高于西部,且各土層的土壤鹽分存在著較強的空間相關性。不同土層深度的東北部和南部都明顯高于其他部位,或許是該地區(qū)位于沖積扇緣的泉水溢出帶,地下水埋深較淺,鹽分隨水分蒸發(fā)在土壤中累積。從空間尺度來看,土壤鹽分均呈斑狀、塊狀分布,其最低值(0.10~0.40 dS/m)主要分布在中心部位,沿東南方向含鹽量逐漸升高,中心部位周圍的鹽分含量上升和下降的梯度較為明顯,北部區(qū)域的周邊與沙漠接壤,人為開墾的農(nóng)田長期灌溉使鹽分不斷向區(qū)域邊緣累積,農(nóng)田土壤含鹽量隨耕種年限的增長而逐漸降低[12],因此中間部位明顯低于四周的土壤鹽分。但隨著土層深度的增加,土壤鹽分含量逐漸增加,在60~80、80~100 cm的土層區(qū)域大小一致,是因為采樣點大都是農(nóng)田,上層土壤鹽分隨灌溉淋洗到底層。從局部來看,土壤含鹽量最低的是40~60 cm的土層,最高的是20~40 cm的土層,60~80 cm的土層次之,這或許是因為積雪融化的表層鹽分淋洗和地表強烈蒸發(fā)促使下層鹽分上移的共同作用,0~20 cm的土層鹽分空間變異性最高,含鹽量最高點在東部和西部,其余各處的土壤鹽分含量變化較為平緩,這與描述性統(tǒng)計結(jié)果一致。隨著土層的加深,地下水對土壤鹽分空間分布的影響越來越明顯[11],因此60~80、80~100 cm的土壤鹽分明顯高于40~60 cm的土層。因此莫索灣灌區(qū)的土壤鹽分空間分布主要受地形地貌、人類耕種、灌溉和地下水位因素的影響。
3 小結(jié)
本研究以莫索灣灌區(qū)為研究區(qū),采用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學相結(jié)合的方法,研究出不同土層的鹽分空間分布,主要有以下3點結(jié)論:
1)經(jīng)典統(tǒng)計學表明,土壤剖面鹽分分布具有一定的低聚性,0~20 cm土層的含鹽量最低,60~100 cm土層的含鹽量最高,各土層土壤鹽分均符合對數(shù)正態(tài)分布,0~20、20~40 cm的土層屬于強變異性,40~60、60~80、80~100 cm的土層是中等變異性。
2)空間結(jié)構(gòu)分析表明,各土層含鹽量在一定區(qū)域具有明顯的空間結(jié)構(gòu)特征,0~20、60~80 cm的土層都較好地符合了高斯模型,20~40、40~60、80~100 cm則較好地符合了指數(shù)模型,各層的土壤鹽分具有中等空間相關性。
3)從克里格插值結(jié)果來看,各土層含鹽量均呈斑狀、塊狀分布,研究區(qū)的土壤鹽分南部高于北部,東部高于西部,總體表現(xiàn)與地下水分布具有相似的空間分異規(guī)律,影響表層土壤鹽分空間分布的因素是地形地貌、人為耕作和灌溉,而底層的土壤鹽分空間分布主要與地形有關。
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篇6
[中圖分類號] R735.7[文獻標識碼] A[文章編號] 1005-0515(2011)-11-115-01
肝臟血供豐富,是惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的最常見的靶器官之一,在惡性腫瘤的發(fā)展過程中約25%-50%的原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移至肝[1]。如何提高轉(zhuǎn)移性肝癌的治療有效率一直是腫瘤臨床工作的重點之一,正確認識肝轉(zhuǎn)移癌的一般規(guī)律和特點,對進一步提高該病的診治水平具有十分重要的意義。
1 肝轉(zhuǎn)移癌主要來源分析 常見肝轉(zhuǎn)移癌以消化道惡性腫瘤來源為主,所有的消化系統(tǒng)惡性腫瘤均可經(jīng)肝動脈、門靜脈及淋巴途徑轉(zhuǎn)移到肝臟,其中以消化道腺癌經(jīng)血行肝轉(zhuǎn)移最多見。
由于消化道原發(fā)灶全部由門靜脈回流至肝臟,且手術操作過程中牽拉、擠捏等常使脫落進入血管的腫瘤細胞首先進入肝臟,因而消化道癌易發(fā)生肝轉(zhuǎn)移。從分子生物學的角度考慮,消化道癌細胞表面的糖蛋白CEA具有類似免疫球蛋白類細胞粘附分子功能,它由肝臟清除,在肝內(nèi)與肝細胞結(jié)合后,可作為粘附循環(huán)中腫瘤細胞的受體,而致腫瘤易在肝臟中滯留,進一步激活新生血管而形成轉(zhuǎn)移灶[2]。從環(huán)境土壤學說來看,肝臟血供豐富,能夠為腫瘤的高代謝特點提供營養(yǎng)保障。
2 肝臟病理損傷與肝轉(zhuǎn)移癌關系
2.1 肝纖維化/肝硬化與肝轉(zhuǎn)移癌關系 眾多的實驗及臨床研究表明肝纖維化/肝硬化患者很少發(fā)生肝轉(zhuǎn)移癌。大多學者認為肝硬化時形成諸多假小葉,由于再生的肝細胞結(jié)節(jié)的壓迫和結(jié)締組織的收縮,使肝內(nèi)血管、膽管均發(fā)生扭曲和閉塞,酶學系也發(fā)生相應的變化,以及肝硬化時門靜脈壓力升高,肝臟收納胃腸系統(tǒng)的血流量減少。這些變化使已到達肝內(nèi)的癌細胞不適宜“著床”及生長。
2.2 肝炎病毒感染與肝轉(zhuǎn)移癌關系 UtsunormiyaT[3]報告感染乙肝或丙肝病毒的結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移率(3/37,8.1%)較非感染者的肝轉(zhuǎn)移率(85/401,21.1%)明顯降低。HBsAg感染后出現(xiàn)肝功能損害、肝硬化可能是結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的不利因素。病毒感染本身和其引起的局部免疫變化可能起著重要作用。肝炎病毒能夠引起特異性免疫反應,有效地抑制和殺滅循環(huán)中的腫瘤細胞;同時微環(huán)境中NK細胞和吞噬細胞的增加,大大增強了局部組織的免疫功能。
2.3 脂肪肝與肝轉(zhuǎn)移癌關系 Karube等[4]通過向患有脂肪肝的大鼠體內(nèi)注入鼠結(jié)腸直腸癌細胞(RCN-9),觀察到出現(xiàn)轉(zhuǎn)移性肝臟病變的大鼠數(shù)量明顯少于無脂肪肝的對照組,同時檢測到脂肪肝大鼠轉(zhuǎn)移病灶中的微血管密度(microvesseldensity,MVD)低于對照組大鼠,提示脂肪肝的環(huán)境不利于癌細胞的生長,轉(zhuǎn)移灶不易形成。
3 肝轉(zhuǎn)移癌的治療現(xiàn)狀分析
3.1 外科手術治療 結(jié)腸癌等原發(fā)病灶切除術后,盡可能行肝轉(zhuǎn)移灶切除術,外科手術依然是可切除病灶的標準治療,一旦有切除可能時,即應進行手術,從而最大程度減輕患者負擔,延長生存期。
3.2 局部治療方法 主要有射頻消融(RFA)、無水酒精注射、激光導熱治療(LITT)、微波凝固治療(MCT)、高功率聚焦超聲療法(HIFU)、冷凍治療、電化學治療等方法,其原理主要是采用物理或化學的方法導致癌細胞死亡。
3.3 化療 肝臟出現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶是原發(fā)腫瘤發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移的晚期癥狀表現(xiàn),已處DukesD期,不管能否切除轉(zhuǎn)移灶,原則上均需根據(jù)轉(zhuǎn)移癌的病理類型選擇敏感藥物化療。給藥途徑有全身和區(qū)域性。
3.4 放療 肝轉(zhuǎn)移癌的癌細胞大多數(shù)是消化道來源的腺癌,對放療低度敏感,肝臟組織對放射線的耐受性差,全肝區(qū)放療已基本放棄不用,病灶聚焦放療有時仍在應用,如γ刀、光子刀等的治療。
3.5 生物治療 生物治療包括免疫治療和基因治療兩大類,免疫治療是調(diào)動機體各種積極防御因素,提高機體免疫力,能過免疫機制達到治療腫瘤的目的。基因治療是應用基因工程技術,干預存在于靶細胞的相關基因表達水平以達到治療目的,包括直接或間接抑制或殺傷腫瘤細胞,歸納為細胞因子、腫瘤疫苗、腫瘤藥物基因治療及調(diào)整細胞遺傳系統(tǒng)的基因療法,目前研究較多的是殺傷或抑制腫瘤細胞生長的基因、增強腫瘤細胞免疫原性的基因、耐藥基因等。
3.6 中醫(yī)藥治療 中醫(yī)藥治療惡性腫瘤病人,應用祛邪、扶正、化淤、軟堅、散結(jié)、清熱解毒、化痰、祛濕及通經(jīng)活絡、以毒攻毒等原理,以中藥補益氣血、調(diào)理臟腑,配合手術后、放療和化療的治療、還可減輕毒副作用。
4 肝轉(zhuǎn)移癌的現(xiàn)代治療策略 近年來,圍繞提高肝轉(zhuǎn)移癌手術切除率和延長生存期,提出多學科專家組(multidisciplinaryteam,MDT)治療模式[5]。在病人治療前、治療中和治療后,由多個學科專家組成診療小組,定期進行會議,以病人為中心,討論決定適合每個病人不同病期的診斷治療方案,以使病人獲得最佳的預后。
5 展望 各種治療方法均有不同程度的缺陷,比如手術及各種局部治療方法包括動脈栓塞化療在內(nèi),對于潛藏在門脈系統(tǒng)內(nèi)的微小病變不能處理,從而導致復發(fā);全身靜脈化療往往因藥物副作用不能使病灶內(nèi)藥物濃度達到最佳水平,致使腫瘤細胞出現(xiàn)耐藥性等。相對而言,利用氣囊導管實施的經(jīng)皮肝隔離灌注術值得研究[6]。
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篇7
眾所周知,環(huán)境工程是一門理論性、實踐性很強的專業(yè),隨著全社會對環(huán)境問題關注程度的普遍提高,對環(huán)境工程專業(yè)人才素質(zhì)的要求也越來越高,急需一大批具有基礎扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高、有創(chuàng)新意識的環(huán)境工程應用型人才。專業(yè)實驗教學是高等院校提高人才質(zhì)量的一個重要教學環(huán)節(jié),特別是對大學生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力的提高起著至關重要的作用。本文結(jié)合近年來在環(huán)境工程專業(yè)實驗教學改革與創(chuàng)新中的經(jīng)驗與體會,旨在使學生在實驗教學中得到更好的綜合能力的訓練,為農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)實驗教學體系的完善和發(fā)展提供參考。
一、注重專業(yè)特色
農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境工程專業(yè)因辦學條件的限制,難以達到象清華大學、同濟大學等國家重點工科院校辦環(huán)境工程專業(yè)的要求。農(nóng)業(yè)院校的環(huán)境工程專業(yè)應有自己的辦學方向和專業(yè)特色,發(fā)揮自己的特點。高等農(nóng)業(yè)院校和農(nóng)村、農(nóng)民聯(lián)系比較緊密,比較熟悉農(nóng)村的生產(chǎn)、生活和生態(tài)問題,并在土壤學、植保學、生態(tài)學及環(huán)境生物學學術研究領域有較強的優(yōu)勢,這些正是高等農(nóng)業(yè)院校培養(yǎng)人才的優(yōu)勢。因此,我們開設了"環(huán)境生物修復工程、環(huán)境微生物工程、農(nóng)業(yè)生態(tài)工程及其設計"這樣一些比較適應農(nóng)村生態(tài)建設的課程。在開設水、大氣環(huán)境污染物和噪聲監(jiān)測等環(huán)境工程專業(yè)常規(guī)實驗項目的基礎上,增設土壤污染物、農(nóng)產(chǎn)品污染物、畜產(chǎn)品污染物、水產(chǎn)品污染物的監(jiān)測分析實驗,拓寬實驗面,以突出高等農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)的特色。
二、變實驗室為模擬生產(chǎn)現(xiàn)場
環(huán)境工程是實踐性很強的專業(yè)本文由收集整理,培養(yǎng)學生從事工程設計與實踐的能力至關重要,為此,我們購進一批大氣、水相關實驗的模型設備,模擬工業(yè)生產(chǎn)過程。模型設備均用有機玻璃制成,有園型曝氣池、氣浮池、絮凝沉降池、活性碳吸附、生物塔式濾池、生物膜轉(zhuǎn)盤、鈄板沉淀池、普通快濾池、xt型高效填料氣體凈化塔、yqj型(旋流板式)氣體凈化器、旋風除塵器等模型,使學生非常直觀清楚地了解相關大氣、水處理設備的內(nèi)部構(gòu)造,在生產(chǎn)實地這些內(nèi)部構(gòu)件如果不是停產(chǎn)檢修也難以看清。模擬生產(chǎn)過程,進行實驗操作,測得相關的實驗數(shù)據(jù),這樣的實驗非常接近工業(yè)生產(chǎn)實際,通過實驗學生能充分體驗到專業(yè)基礎和專業(yè)課理論與生產(chǎn)相結(jié)合的典型事例,縮短學生對生產(chǎn)工程的距離感、生疏感。學生對這些實際處理工藝的運行操作,對整個工藝以及設備有了一個更完整的認識和掌握,有效地提高了學生的專業(yè)操作技能。三、實施開放式實驗
環(huán)境監(jiān)測是我校環(huán)境工程專業(yè)主要專業(yè)課之一,而環(huán)境監(jiān)測教學實習是培養(yǎng)學生獨立開展監(jiān)測工作的重要措施。為了使學生能真正掌握大氣、水、土壤、噪聲等常規(guī)監(jiān)測項目的實施方案和監(jiān)測方法,我校進行了環(huán)境監(jiān)測教學實習改革,即"開放式"教學實習。任課老師和實驗員根據(jù)現(xiàn)有的儀器設備、藥品等擬定監(jiān)測項目和監(jiān)測對象,將全班學生分為若干個實習小組(一般每組3-5人),每組分別制定實習計劃,確定本實習小組的監(jiān)測項目、監(jiān)測對象、采樣地點、分析方法和時間進度;以小組為單位領取試劑、玻璃儀器,配制實驗試劑,實習期間實驗室和儀器室全天開放,1周內(nèi)每個小組要獨立完成對水質(zhì)、大氣,土壤、噪聲等10個以上項目的監(jiān)測。實習結(jié)束后,每小組將所領取的藥品試劑、玻璃器皿等洗凈歸還,并且最后各小組進行交流討論實習的收獲和存在的問題,每人交一份實習報告。
試行"開放式"實驗,使學生具有獨立思考、自由發(fā)揮、自主學習的時間和空間。通過這種"開放式"教學實習,學生的動手操作能力有了很大提高,對整個環(huán)境監(jiān)測過程有了清楚的認識,同時通過對校園周邊環(huán)境的監(jiān)測,更清楚地了解到環(huán)境的質(zhì)量現(xiàn)狀。
四、對環(huán)境工程專業(yè)實驗教學的建議
1.增加工程實驗課。
環(huán)境工程實驗教學改革和創(chuàng)新的目的在于培養(yǎng)較強動手能力和創(chuàng)新精神,善于理論聯(lián)系實際的環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生。為此,對傳統(tǒng)的實驗課體系與模式應加大力度調(diào)整,增加工程實驗題,要求學生根據(jù)社會上某一具體的生產(chǎn)或工程單位的實際生產(chǎn)活動為背景。這些工程單位包括學生在生產(chǎn)實習、社會實踐和外出頂崗中接觸的單位,可由學生自己聯(lián)系,也可由學校幫助聯(lián)系,以提交實驗報告或工藝設計、工藝流程的形式完成。
2.實驗與畢業(yè)(設計)論文掛鉤。
環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生的畢業(yè)(設計)論文必須具有工程背景,必須以綜合實驗或工程實驗為基礎來撰寫。取消目前大量存在的綜述性的畢業(yè)論文課題。學生的畢業(yè)論文應以自己親手做的研究性實驗,或親身參與的工程項目為基礎進行撰寫,沒有研究項目的老師不能做論文指導老師。聘請一批長期在生產(chǎn)第一線的工程技術人員擔任畢業(yè)(設計)論文指導老師,通過把實驗與畢業(yè)(設計)論文掛鉤,使學生們在做實驗的時候更投入、更有針對性,同時也可使畢業(yè)(設計)論文的質(zhì)量得到提高。
3.引用最新的科研成果,體現(xiàn)學科前沿。
作為肩負高素質(zhì)人才培養(yǎng)使命的教師,應積極參與科研,時刻關注、跟蹤環(huán)境工程學科的前沿,關注了解最新研究方法與手段,并盡快將其引入實驗教學,不斷更新實驗手段。要積極為學生開展第二課堂活動,讓學生利用課外時間盡早參與教師的科研活動,使他們在科研活動中學到書本上學不到的知識,以培養(yǎng)其實驗動手能力、組織實驗能力和科研能力。
篇8
1研究進展和成就
土地信息科學作為一門新興的信息科學技術,已走過了近40年的發(fā)展歷程。目前正以每年25%~40%的速度快速增長。毫無疑問,土地信息科學是國土現(xiàn)代化無可替代的重要技術支撐,它的廣泛應用,必將給土地資源的研究和發(fā)展帶來革命性的變革[3]。
1.1土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測研究我國土地利用/土地覆被變化遙感動態(tài)監(jiān)測研究始于20世紀70年代。1974年開始引進美國地球資源衛(wèi)星圖像,開展遙感圖像處理和解譯工作。1978年全國第二次土壤普查,許多地區(qū)利用航片借助計算機技術勾繪出了土地利用現(xiàn)狀圖和土壤圖。20世紀80—90年代,微型計算機的出現(xiàn)促進了遙感技術的發(fā)展,我國土地信息科學研究進入新的階段。1980—1983年我國利用陸地衛(wèi)星圖像資料對全國土地進行遙感調(diào)查,編制了1∶250000和1∶2000000土地利用現(xiàn)狀圖。利用航空遙感圖像判讀編制了1∶10000、1∶25000、1∶50000的土地利用現(xiàn)狀圖和土地利用類型圖。航空遙感與GPS應用到城鎮(zhèn)大比例尺(1∶2000~1∶500)地形圖測繪工作中,為城市土地規(guī)劃建設提供了依據(jù)。90年代初,在國家土地管理局的組織下,東部采用航空遙感信息完成1∶10000土地利用調(diào)查,西部以航空遙感和衛(wèi)星遙感信息相結(jié)合完成1∶50000、1∶100000和1∶200000土地利用調(diào)查。近十幾年以來,隨著衛(wèi)星遙感分辨率的不斷提高,遙感技術在土地利用動態(tài)變化監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用。在國家科委和國家科學基金委“九五”到2010的重點發(fā)展領域和優(yōu)先資助領域中,將土地利用動態(tài)變化遙感監(jiān)測作為研究重點之一[4]。目前,遙感技術因其能提供動態(tài)、豐富和廉價的數(shù)據(jù)源已成為獲取土地利用/土地覆被變化最為行之有效的手段。衛(wèi)星遙感在全球和區(qū)域尺度土地利用/土地覆被變化研究與應用方面均取得了突破性進展[5]。
1.2土地信息系統(tǒng)建設研究1980年中國科學院遙感所成立了第一個地理信息系統(tǒng)研究室,并于1985年組建了“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”國家重點實驗室。1990年,武漢大學建立“測繪遙感信息工程”國家實驗室。在此基礎上我國開展了大量的土地信息相關的開發(fā)研制工作,如中國測繪局在全國大地測量和數(shù)字地面模型建立的基礎上,建成1∶1000000國土基礎信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)[2]。國土資源部已將“加強信息系統(tǒng)建設,實現(xiàn)信息服務社會化”列為國土資源部門的五大任務之一,并已成立了以部長為首的部信息化領導小組,組建了部信息中心。在新一輪國土資源大調(diào)查中設立了“數(shù)字國土工程”專項,我國國土資源信息化工作已全面展開[6]。與此同時,我國一大批土地信息化相關的重點項目已經(jīng)或者正在開發(fā)、實施。例如,黃杏元等根據(jù)城市土地定級因素所具有的空間特征和相關性,采用地理信息系統(tǒng)的技術和方法,運用空間數(shù)據(jù)庫存貯、管理和操作各類與城市土地定級估價有關的信息和數(shù)據(jù),完成了南通市土地定級信息系統(tǒng)的設計,建立了土地定級估價數(shù)據(jù)庫[7]。武漢大學資源與環(huán)境學院開發(fā)了農(nóng)用地分等定級估價信息系統(tǒng),不但可以減少農(nóng)用地分等定級估價工作中大量煩瑣的計算工作,而且可以大大提高分等的速度和精度。
1.3人才培養(yǎng)和學術交流成果研究近年來,我國研究者出版了一系列有關論述土地信息科學的專著,如由胡月明等編著的《土地信息系統(tǒng)》(華南理工大學出版社2001年出版)、海等編著的《土地管理信息系統(tǒng)》(中國農(nóng)業(yè)大學出版社2000年出版)等。同時,我國學者也發(fā)表了大量的土地信息科學相關的學術論文,如彭俊等就“土地信息學”的建設進行了深入的探討。嚴泰來等就土地信息學科前沿的若干問題作了深入的剖析。孫靜等就土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測技術方法作了詳細介紹。近年來,許多高??蒲性核_設了與土地信息科學有關的專業(yè)、課程和培訓班,培養(yǎng)出了一大批從事土地信息科學教學、研究和實踐的工作人員。
2前沿領域
無論從發(fā)展土地信息科學的角度,還是從國家社會經(jīng)濟進步的需求來看,土地信息科學面臨著不少困難和新的挑戰(zhàn),同時也迎來發(fā)展的有利契機。本文主要從空間信息數(shù)據(jù)庫角度提出一些土地信息學科的前沿問題。
2.1空間數(shù)據(jù)表達與系統(tǒng)開發(fā)標準化土地信息的標準化程度決定了系統(tǒng)的兼容性、可移植性,同時也保證信息的共享和可持續(xù)利用[8]。土地信息系統(tǒng)的標準化包含兩方面的含義。首先,要服從軟件系統(tǒng)工程的標準,服從系統(tǒng)的設計、開發(fā)標準和網(wǎng)絡協(xié)議標準。其次,土地信息系統(tǒng)要遵從土地行業(yè)及地理界的標準,服從空間地理信息(點、線、面)的描述、管理和表示的數(shù)據(jù)標準。目前我國土地信息系統(tǒng)建設缺乏統(tǒng)一的技術標準,系統(tǒng)低水平設計、軟件重復開發(fā)現(xiàn)象嚴重。土地信息化基礎設施薄弱,基礎數(shù)據(jù)庫建庫與更新仍是一個瓶頸問題。應確定基礎數(shù)據(jù)生產(chǎn)和利用的法定地位,加快制定有關國家標準,加強數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,統(tǒng)一土地空間數(shù)據(jù)模型[9],具體如土地信息系統(tǒng)中名詞術語標準、圖形與影像數(shù)據(jù)采集技術規(guī)程、數(shù)據(jù)交換格式標準、數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量標準、土地數(shù)據(jù)的分類與代碼等[3]。值得一提的是,宋其友等編著的《土地信息學》較為系統(tǒng)地介紹了土地信息的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)獲取、應用模型等[10]。
2.2空間數(shù)據(jù)信息挖掘問題當前全國各地國土資源部門構(gòu)建了多層次、多類型的國土資源數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)規(guī)模、質(zhì)量與數(shù)據(jù)的完備性都達到前所未有的高度,這種情形為數(shù)據(jù)庫的信息挖掘提供了良好條件[11]。隨著國土信息化進程的深入,不同時間、不同區(qū)域、不同方式來源的土地信息數(shù)據(jù)越來越多,積累了大量的空間數(shù)據(jù)資料,如何在系統(tǒng)支持下由“死”數(shù)據(jù)變?yōu)椤盎睢睌?shù)據(jù),挖掘深層次的信息成為當前土地信息科學的熱點問題[12]。事實上,不少人對這個問題也做了深入研究。比如,有人利用一個地區(qū)各個圖斑的周長面積比的平均值來衡量這個地區(qū)的土地開發(fā)程度,也有人從城市各個商業(yè)網(wǎng)點布局來發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)濟現(xiàn)象[13]。
2.3時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題時間、空間、屬性是構(gòu)成GIS的三個基礎成分。黃杏元等指出時間是土地信息系統(tǒng)中不可缺少的一維,它不僅僅作為數(shù)據(jù)的一個組成部分,而且與空間數(shù)據(jù)相互關聯(lián)地存在著[14]。然而,目前的土地信息系統(tǒng)軟件除三維表面模型外,基本上是二維模型,難以描述土地時空的三維性。若要實現(xiàn)這一目標,二維的土地信息系統(tǒng)模型需要作根本性的改進[15]。
2.4數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)更新淘汰問題土地空間數(shù)據(jù)涉及跨部門、跨行業(yè)的多種數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)類型的大量資源、環(huán)境和社會經(jīng)濟圖形、屬性數(shù)據(jù)。這些空間數(shù)據(jù)在以幾何級數(shù)的形式增長,而計算機數(shù)據(jù)存儲空間卻是以算術級數(shù)在增加,勢必有一天存儲空間容納不下巨量的地學信息數(shù)據(jù)[13]。研究科學的空間數(shù)據(jù)壓縮方法顯得十分必要。
2.5遙感影像數(shù)據(jù)解譯精度與可信度問題遙感影像數(shù)據(jù)解譯精度與可信度是貫穿于土地利用動態(tài)變化監(jiān)測過程的核心問題之一,也是困擾遙感技術在土地利用動態(tài)監(jiān)測中應用的重要限制因素。多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)融合問題、確定信息與不確定信息問題、人—機交互界面設計等是今后土地信息科學發(fā)展所面臨的主要問題。
3發(fā)展趨勢
3.1多學科的集成性研究張榮群[16]指出土地信息科學涉及遙感與測繪技術、計算機信息技術、數(shù)學和統(tǒng)計學、地圖學,以及與土地相關的地理學、環(huán)境生態(tài)學、土壤學、氣象學、城市科學和管理學等學科。遙感測繪技術以及全球定位技術為土地信息系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)來源;計算機科學為土地信息系統(tǒng)的發(fā)展提供強大的軟、硬件環(huán)境;環(huán)境資源(土地資源相關)科學則是土地信息系統(tǒng)工作的對象。
3.2土地信息的網(wǎng)絡化研究土地管理業(yè)務具有業(yè)務種類多樣性、數(shù)據(jù)量大、手續(xù)繁雜等特點,要求各個部門共享信息,協(xié)同處理。Internet具有不受時空限制能快速、直觀地土地信息,對于合理保護、利用和開發(fā)土地資源,整合資源優(yōu)勢,最大限度地挖掘土地生產(chǎn)力,保證土地資源的可持續(xù)利用等方面具有積極作用[17]。正如朱明倉[18]指出的在網(wǎng)絡信息技術的強大推動下,具有時間特性的土地信息數(shù)據(jù)也必將通過先進的網(wǎng)絡技術實現(xiàn)各種土地信息用戶的互連和信息資源共享,不僅實現(xiàn)增強協(xié)同處理業(yè)務能力,進行業(yè)務監(jiān)督,更能把土地信息傳給千家萬戶,真正使普通老百姓加入到土地管理中來,最終實現(xiàn)土地信息的開放性和實用性[3]。目前土地網(wǎng)絡化研究前沿是通過WebGIS實現(xiàn)的。利用web技術可以實現(xiàn)基于地圖的瀏覽、查詢、分析應用等功能,從而能夠構(gòu)建智能化、個性化、交互式的土地信息管理和服務平臺,實現(xiàn)開放的、互操作的數(shù)據(jù)共享LIS系統(tǒng)。當前用于WebGIS的瀏覽器的中間鍵有多種,對客戶端,主要有Ac-tivex,JavaApplet,P1ug-in,Autodesk公司Mapguide等方式;對服務器端,主要有CORBA,CGI和JavaServerlet,武漢大學研制的GeosuIf等方式[17]。
3.3土地信息系統(tǒng)的智能化研究土地信息系統(tǒng)是一個基于土地空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng),它必須具有自動采集和處理空間數(shù)據(jù)的功能,而且能智能式分析和運用數(shù)據(jù),提供科學的決策咨詢,以回答用戶可能提出的各種復雜問題[3]。在土地信息系統(tǒng)中加入專業(yè)領域的知識和有關空間推理知識形成知識庫和專家系統(tǒng)(ES)模塊,實現(xiàn)對空間土地數(shù)據(jù)綜合分析人腦思維化。我國學者在智能化的土地信息系統(tǒng)開發(fā)中也做了大量工作。如,鄭順義等基于對知識工程的土地信息系統(tǒng)的研究,開發(fā)了交通建設用地分析系統(tǒng)TransLand,該系統(tǒng)開發(fā)了智能決策部分,包括知識庫、模型庫的管理,以及推理、解釋等模塊。系統(tǒng)的運行證明,建立基于知識的土地信息系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)土地信息系統(tǒng)的一些缺陷和不足,利用其進行土地分析,能夠從定量、定性、定位的角度對交通建設用地的有關問題進行全方位的分析和決策[19]。
3.4地面、航空、航天的多層次綜合遙感監(jiān)測近年來,地面、航空、航天的多層次綜合遙感在LUCC研究中的應用越來越受到人們的重視。通過地面、航空、航天的多層次綜合遙感監(jiān)測,建立國土資源衛(wèi)星監(jiān)測網(wǎng)絡,系統(tǒng)地獲取土地利用、土地覆被變化不同分辨力的遙感圖像數(shù)據(jù)。
3.5綜合“3S“技術應用,發(fā)揮整體功能遙感技術作為一種勘查技術手段和一種信息源,其應用是非常有限的,但是,當遙感(RS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)集成后,其技術應用的能力和范圍將會得到極大的提升和拓展??梢?3S技術(GIS、RS、GPS)充分集成,建立適合LUCC監(jiān)測領域應用的綜合多功能型的遙感信息技術是今后的發(fā)展方向。
篇9
關鍵詞 有機肥;化肥;無線傳感器網(wǎng)絡;土壤肥力;監(jiān)測;應用
中圖分類號 S158.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)09-0242-02
農(nóng)業(yè)作為人類的第一產(chǎn)業(yè),其發(fā)展歷史經(jīng)歷了漫長、曲折、復雜的過程,只有農(nóng)業(yè)的發(fā)展,才能保證人類其他生產(chǎn)活動的延續(xù),才能有其他產(chǎn)業(yè)的生存和發(fā)展。我國是擁有十幾億人口的大國,耕地面積在城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程下逐年減少,更為嚴重的是,土壤質(zhì)量在掠奪式的耕作模式下不斷退化。對土壤質(zhì)量預警始終是困惑土壤質(zhì)量研究的難題,其主要原因是土壤質(zhì)量相關數(shù)據(jù)難以獲取,很難及時掌握土壤質(zhì)量的變化,因此難以預測其變化趨勢[1]。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的自然資源,如果沒有土壤的存在,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)根本無從談起。土壤雖然是一種可更新的資源,但其前提條件是必須加以合理利用和妥善保護,否則,最后的結(jié)果必然是土壤肥力下降,導致土地貧瘠,甚至變成荒漠。土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎[2]。因此,如何改良土壤,將用地與養(yǎng)地相結(jié)合,增施有機肥料,合理施用化肥,從而實現(xiàn)既提高作物產(chǎn)量和品質(zhì),又保持和提高土壤肥力水平已成為當務之急。
1 有機肥、化肥與土壤肥力概述
土壤肥力是土壤的主要功能和本質(zhì)屬性[3]。我國人口眾多,耕地面積少,后備的耕地資源嚴重不足,耕地已成為稀缺的寶貴資源。在這種情況下,土壤肥力應當逐步提高,而不能逐步下降,因此施用化肥對土壤肥力的影響就顯得尤為重要。近年來,我國的化肥用量呈現(xiàn)出越來越大的趨勢,化肥用量的增加速度也很快,施用化肥的糧食和農(nóng)作物種類也越來越多,化肥對提高產(chǎn)量的作用不可否認。但正是由于化肥養(yǎng)分含量高、使用方便,使人們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成了偏好施用化肥的習慣,化肥的使用不當,不僅會增加作物的生產(chǎn)成本,而且會造成肥料的大量流失和對環(huán)境的污染,因此如何科學、合理地利用化肥,使其發(fā)揮更大的作用越來越受到人們的關注。人們在重視研究長期施肥對土壤物理與化學性質(zhì)影響的同時,也不斷加強長期施肥對土壤微生物學特性影響的研究[4]。
1.1 有機肥
有機肥是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要肥源。長期以來,在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位,對培肥地力、提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)等方面具有十分重要的作用[5]。有機肥即人們俗稱的農(nóng)家肥,包括各種動植物廢棄物、動植物殘體、代謝物、生物廢物等物質(zhì)。有機肥中不僅含有農(nóng)作物必需的多種微量元素,還含有豐富的有機養(yǎng)分,可以說是最全面的肥料。有機質(zhì)是土壤供肥特性的一項重要指標[6]。有機肥營養(yǎng)元素齊全,能夠改良土壤、培肥地力,增強土壤的保肥供肥能力,為作物的生長創(chuàng)造良好的土壤條件。有機肥含有豐富的有機物和各種營養(yǎng)元素,能改善作物根際微生物群,促進作物的生長,提高作物的抗病蟲能力和農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。與化肥相比,有機肥除自身成本,還有運輸和施用成本[7]。有機肥具有養(yǎng)分成分種類多、每種養(yǎng)分的含量相對較低、釋放緩慢的特點,而化肥具有養(yǎng)分成分少、單位養(yǎng)分含量高、釋放迅速的特點,兩者合理配合,相互補充,能夠提高化肥的利用率。
1.2 化肥
化肥是化學肥料的簡稱,一般多是無機化合物,是用化學和(或)物理方法人工制成的含有一種或幾種農(nóng)作物生長需要的營養(yǎng)元素的肥料?;实姆市淼每欤霎a(chǎn)效果比較明顯,例如低產(chǎn)田增施化肥后,可以大大改善土壤養(yǎng)分的供應狀況,明顯增加作物產(chǎn)量,甚至成倍地增加?;屎陀袡C肥相比差異較大,化肥養(yǎng)分比較單一,營養(yǎng)元素只有一種或幾種;經(jīng)常使用會造成土壤板結(jié),施用過多會導致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)低劣;且化肥作物根際微生物群體單一,易發(fā)生病蟲害。目前,業(yè)內(nèi)已逐步認識到化肥與有機肥合理配施,才能達到培肥地力,保持土地產(chǎn)出和養(yǎng)分需求的平衡與持續(xù)發(fā)展[8]??傊什荒荛L期和大量的施用,長期施用某種化肥,會使農(nóng)作物營養(yǎng)失調(diào),造成減產(chǎn),施用化肥一定要與有機肥相配合,這樣既能及時、全面地供給作物營養(yǎng),又能改良土壤,提高肥力,為作物今后的持續(xù)高產(chǎn)打下基礎。
1.3 土壤肥力
土壤肥力是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征,是指土壤供應和協(xié)調(diào)作物生長所需的營養(yǎng)和環(huán)境因素的能力,是土壤的物理、化學和生物等性質(zhì)的綜合反映[9]。土壤肥力的水平通常用空白產(chǎn)量,即作物種植在不施任何肥料的土壤上所得的產(chǎn)量來加以衡量,一般情況下,空白產(chǎn)量高,說明土壤供肥能力強,肥力高;反之,空白產(chǎn)量低,說明土壤供肥能力弱,肥力低。土壤肥力的高低,是自然和人為2個方面綜合影響的結(jié)果。一方面,在未開墾的自然土壤中,土壤肥力的形成受母質(zhì)、生物、氣候、地形、植被、成土年齡等多種自然因素的影響;另一方面,在耕作農(nóng)田土壤中,又受人為的耕作、施肥、灌溉和其他各種農(nóng)事活動的影響。
2 無線傳感器網(wǎng)絡在土壤肥力監(jiān)測中的應用
土壤肥力監(jiān)測是指通過土壤定位調(diào)查、觀測、記載、測試等方式,對土壤的理化性狀、生產(chǎn)能力進行動態(tài)監(jiān)測。土壤的肥力具有時間和空間的連續(xù)性和變異性特征,這種變化取決于各種內(nèi)在的結(jié)構(gòu)因子(如土壤形成因子,包括土壤母質(zhì)、地形等)和外在的隨機因子(如土壤耕作措施,包括施肥、灌溉和作物輪作等)的綜合作用[10]。土壤肥力監(jiān)測可以及時了解施肥對作物及土壤養(yǎng)分的影響及其變化規(guī)律,掌握土壤肥力動態(tài)變化趨勢,為合理利用土壤資源、保護和提高地力、指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學依據(jù)。隨著各種肥料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用規(guī)模逐步擴大,自動化程度不斷提高,國內(nèi)外對土壤肥力監(jiān)測的研究日益深入?;跓o線傳感器網(wǎng)絡對土壤肥力進行監(jiān)測,更能夠克服傳統(tǒng)基于有線網(wǎng)絡的種種不足,充分發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡技術的特點和優(yōu)勢,充分利用有機肥、化肥的效能,使土壤中的氮、磷、鉀、有機質(zhì)、水分、微量元素(硼、錳、鐵、銅、鈣、鎂、硫、氯、硅、鋅等)、pH值等養(yǎng)分參數(shù)達到農(nóng)作物生長的最佳條件,為土壤肥力的保持和提高,以及農(nóng)作物的增產(chǎn)增收、品質(zhì)改善做出貢獻。
2.1 無線傳感器網(wǎng)絡簡介
無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network)簡稱WSN,是由監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機分布的大量的、種類繁多的微型傳感器組成,它們通過無線通信方式迅速自行組網(wǎng),對網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的動態(tài)信息進行采集、計算和處理。無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的低功耗微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng),能協(xié)作地感知、監(jiān)測、采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中的各種微觀環(huán)境信息,并對這些信息進行處理,發(fā)送給觀察者[11]。
與蜂窩網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等其他無線通信網(wǎng)絡相比,無線傳感器網(wǎng)絡具有簡單靈活、自組織、強健壯性、動態(tài)拓撲、規(guī)模大等顯著特點。與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比,無線傳感器網(wǎng)絡具有低成本、低功耗、高性能、高可靠性等明顯的優(yōu)勢。無線傳感器網(wǎng)絡是涉及多學科的綜合性技術,已經(jīng)被視為互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大廣泛存在的網(wǎng)絡,因其作為信息獲取的重要和常用的新技術以及廣闊的應用前景而成為當今世界上備受關注的、多學科高度交叉的熱點研究領域。隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術發(fā)展的越來越快、越來越深入,其在農(nóng)業(yè)土壤肥力監(jiān)測領域的應用前景也越來越廣闊。
2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的主要結(jié)構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡由監(jiān)控中心、匯聚節(jié)點、傳感器節(jié)點和控制節(jié)點組成。土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎,水、肥、氣、熱是構(gòu)成土壤肥力的重要因素[12]。傳感器節(jié)點根據(jù)應用的需要布置在農(nóng)田土壤中不同區(qū)域,用于采集影響土壤肥力的信息,包括土壤的水、肥、氣、熱等肥力因素等,這些和土壤肥力密切相關的因子隨著氣候、地理、水文等自然環(huán)境條件的變化以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的影響,不斷地產(chǎn)生變化,這些變化對農(nóng)作物的生長發(fā)育有利有弊。無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點獲取的土壤肥力因子信息,通過無線網(wǎng)絡傳送到監(jiān)控中心,由監(jiān)控中心進行收集匯總和實時分析后發(fā)送給觀察者或決策者。在無線傳感器網(wǎng)絡中,維持良好的拓撲結(jié)構(gòu)能夠提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率,為網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理、時間同步和定位等很多方面提供技術支持,有利于延長整個網(wǎng)絡的壽命[13]。采用上述體系結(jié)構(gòu)并結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡技術,可以智能化、自動化地為用戶提供直觀明了的土壤肥力信息和分析處理結(jié)論,使用戶掌握土壤肥力因子的動態(tài)變化,及時預測和調(diào)控,對土壤的物理環(huán)境、化學環(huán)境和養(yǎng)分環(huán)境作出及時有效的改變,使土壤肥力水平與作物的生長需求處于協(xié)調(diào)一致的狀態(tài),為農(nóng)戶科學合理施肥提供決策依據(jù),使作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。
2.3 無線傳感器網(wǎng)絡應用于土壤肥力監(jiān)測
土壤肥力監(jiān)測即對土壤肥力水平和影響土壤肥力的因素進行觀測,以了解和掌握其動態(tài)變化的過程。土壤肥力是影響作物生長的重要因素,對作物的生長起著決定性的作用。因此,在農(nóng)田作業(yè)中,利用無線傳感器網(wǎng)絡技術是十分必要的。將無線傳感器網(wǎng)絡應用于土壤肥力監(jiān)測,可實時、動態(tài)地測定土壤中養(yǎng)分和肥料的含量,從而有效地指導施肥,使肥料得到更高效的利用。傳統(tǒng)土壤肥力監(jiān)測大多為有線通信方式或儀器方式,實施過程繁瑣,不利于變動和維護,且基于有線網(wǎng)絡或儀器的方式因?qū)嵤碗s、維護量大和成本較高等劣勢,不容易大規(guī)模推廣應用。隨著計算機技術的廣泛應用,機械系統(tǒng)設計的理論、方法和手段也隨之發(fā)生一些重大變革[14]。無線傳感器網(wǎng)絡可以很好地避免傳統(tǒng)土壤肥力監(jiān)測存在的弊端,具有智能健壯、方便靈活、成本較低等優(yōu)點。無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)不但可以實現(xiàn)實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)監(jiān)測對象信息,并對這些信息進行處理,而且可實時將信息通過無線的方式發(fā)送給用戶[15]。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中,農(nóng)田土壤肥力信息的監(jiān)測、采集與處理是不可或缺的重要環(huán)節(jié),將無線傳感器網(wǎng)絡技術應用在土壤肥力監(jiān)測,分布在農(nóng)田土壤中的大量傳感器節(jié)點通過無線通訊網(wǎng)絡與匯聚節(jié)點進行信息交換,能很大程度地提高土壤肥力監(jiān)測的實時性、可靠性,且實施成本較低廉,性價比高,維護簡單,節(jié)點的擴展也非常容易,提高了農(nóng)田作業(yè)中土壤肥力信息采集、監(jiān)測的自動化程度。
3 結(jié)語
科學、合理地評價土壤肥力能夠使人們更加了解土壤的本質(zhì),為指導施肥、改良土壤、調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、精準農(nóng)業(yè)等提供科學依據(jù),進而更好地利用現(xiàn)有的土壤資源[16]。對土壤肥力及其變化的監(jiān)測是生態(tài)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)和水土保持等研究中的一項基礎工作,無線傳感器網(wǎng)絡具有應用成本低、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)靈活、遠程控制方便等特點,在信息動態(tài)監(jiān)測方面有良好的應用,因此將無線傳感器網(wǎng)絡技術應用于土壤肥力監(jiān)測中,可以實現(xiàn)對農(nóng)田肥力信息的采集和實時有效監(jiān)控,無線傳感器網(wǎng)絡技術必將在土壤肥力以及更大更廣闊的農(nóng)業(yè)領域中發(fā)揮越來越重要的作用。
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篇10
1.前言
生態(tài)建設和環(huán)境保護是21世紀人類共同關注的熱門話題,也是世界各國政府和人民為之不懈努力解決的焦點問題?;窘ㄔO的快速發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的不協(xié)調(diào),導致了人類賴以生存環(huán)境的生態(tài)破壞,同時也制約了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,對人類的生存和社會發(fā)展構(gòu)成了威脅。因此,項目開發(fā)與環(huán)境保護兼顧是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題,在工程建設中合理利用資源、保護環(huán)境、美化環(huán)境,是我們必須正視和認真對待的問題。
公路、鐵路、水利等工程建設與自然環(huán)境密切相關。其工程規(guī)模大、項目多、涉及面廣,土石填挖工程形成的大量土石邊坡,破壞了既有植被,對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響較大,以往通常采用單純的工程防護,如漿(干)砌片石、噴錨防護等,這些工程措施都導致原有植被破壞、水土流失、滑坡、邊坡失穩(wěn)等一系列生態(tài)環(huán)境和工程問題。國家已經(jīng)十分重視工程建設中的生態(tài)建設和環(huán)境保護,國務院下達了[2000]31號文件“關于進一步推進綠色通道建設的通知”,工程建設中的生態(tài)建設、環(huán)境保護已提上議程,這對整個工程建設的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施起到了推動作用。
2.邊坡生態(tài)防護現(xiàn)狀
近十多年來人們開發(fā)出了多種既能起到良好邊坡防護作用,又能改善工程環(huán)境、體現(xiàn)自然環(huán)境美的邊坡植物防護新技術,與傳統(tǒng)的坡面工程防護措施共同形成了邊坡工程植物防護體系。
根據(jù)不同的邊坡土質(zhì)條件,采用不同的施工方法和施工工藝可將邊坡植物防護技術分為:①人工種草護坡;②平鋪草皮護坡;③液壓噴播植草護坡;④土工網(wǎng)植草護坡;⑤OH液植草護坡;⑥行栽香根草護坡;⑦蜂巢式網(wǎng)格植草護坡;⑧客土植生植物護坡;⑨噴混植生植物護坡。各類邊坡植物防護技術的主要作用及應用條件各不相同。
2.1人工種草護坡
人工種草護坡,是通過人工在邊坡坡面簡單播撒草種的一種傳統(tǒng)邊坡植物防護措施。多用于邊坡高度不高、坡度較緩且適宜草類生長的土質(zhì)路塹和路堤邊坡防護工程。具有施工簡單、造價低兼等特點。但由于草籽播撒不均勻,草籽易被雨水沖走,種草成活率低等原因,往往達不到滿意的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程,使得該技術近年應用較少。
2.2平鋪草皮護坡
平鋪草皮護坡,是通過人工在邊坡面鋪設天然草皮的一種傳統(tǒng)邊坡植物防護措施。具有施工簡單、工程造價較低等特點。適用于附近草皮來源較易、邊坡高度不高且坡度較緩的各種土質(zhì)及嚴重風化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡防護工程,是設計應用最多的傳統(tǒng)坡面植物防護措施之一,但由于施工后期養(yǎng)護管理困難,平鋪草皮易被沖走,且成活率低,工程質(zhì)量往往難以保證,達不到滿意的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失、坍滑等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程。近年來,由于草皮來源緊張,使得平鋪草皮護坡的作用逐漸受到了限制。
2.3液壓噴播植草護坡
液壓噴播植草護坡,是國外近十多年新開發(fā)的一項邊坡植物防護措施,是交草籽、肥料、粘著劑、紙漿、土壤改良劑上、色素等按一定比例在混合箱內(nèi)配水攪勻,通過機械加壓噴射到邊坡坡面而完成植草施工的。其特點是:①施工簡單、速度快;②施工質(zhì)量高,草籽噴播均勻發(fā)芽快、整齊一致;③防護效果好,正常情況下,噴播一個月后坡面植物覆蓋率可達70%以上,二個月后形成防護、綠化功能;④適用性廣;⑤工程造價低。目前,國內(nèi)液壓噴播植草護坡在公路、鐵路、城市建設等部門邊坡防護與綠化工程中使用較多。
2.4土工網(wǎng)植草護坡
土工網(wǎng)植草護坡,是國外近十多年新開發(fā)的一項集坡面加固和植物防護于一體的復合型邊坡植物防護措施。該技術所用土工網(wǎng)是一種邊坡防護新材料,是通過特殊工藝生產(chǎn)的三維立體網(wǎng),不僅具有加固邊坡的功能,在播種初期還起到防止沖刷、保持土壤以利草籽發(fā)芽、生長的作用隨著植物生長、成熟,坡面逐漸被植物覆蓋,這樣植物與土工網(wǎng)就共同對邊坡起到了長期防護,綠化作用,土工網(wǎng)植草護坡能承受4m/s以上流速的水流沖刷,在一定條件下可替代漿(干)砌片石護坡。目前,國內(nèi)土工網(wǎng)植草護坡在公路、堤壩邊坡防護工程中使用較多,鐵路部門相對較少。
2.5OH液植草護坡
該項技術是國外近十多年新開發(fā)的一項邊坡化學植草防護措施。它是通過專用機械,將新型化工產(chǎn)品HYCEL_OH液用水按一定比例稀釋后和草籽一起噴灑于坡面,使之在極短時間內(nèi)硬化,而將邊坡表土固結(jié)成彈性固體薄膜,達到植草初期邊坡防護目的,3~6個月后其彈性固體薄膜開始逐漸分解,此時草種已發(fā)芽、生長成熟,根深葉茂的植物已能獨立起到邊坡防護、綠化雙重效果,具有施工簡單、迅速,不需后期養(yǎng)護,邊坡防護、綠化效果好等特點。盡管OH液植草護坡具有理想的邊坡防護、綠化效果,但由于該技術所用的這種HYCEL_OH液還末能實現(xiàn)國產(chǎn)化,使得其工程造價較高綜合造價達40元/m2左右,故目前還無法推廣應用。只是在京九鐵路等個別工點進行了嘗試性試驗。
2.6行栽香根草護坡
香根草是近十多年才被人們“重新發(fā)現(xiàn)”的一種禾本科植物,具有長勢挺立,在3~4月內(nèi)可長成茂密的活籬笆;根系發(fā)達、粗壯,一年內(nèi)一般可深入地下2~3m;根系抗拉強度大,達75MPa,耐旱、耐澇、耐火、耐貧瘠、抗病蟲、適應能力極強等特點。行栽香根草護坡就是在土質(zhì)邊坡上行栽香根草進行邊坡防護的一種工程措施,該技術充分利用了香根草的優(yōu)良特征,具有顯著增強邊坡穩(wěn)定性和理想的固土護坡功能,大有取代傳統(tǒng)片石護坡之趨勢。目前國內(nèi)應用較少,還有待于在公路、鐵路、堤壩、城市建設等邊坡防護工程中進一步試驗推廣。
2.7蜂巢式網(wǎng)格植草護坡
蜂巢式網(wǎng)格植草護坡,是一項類似于干砌片石護坡的邊坡防護技術。是在修整好的邊坡坡面上拼鋪正六邊形混凝土框磚形成蜂巢式網(wǎng)格后,在網(wǎng)格內(nèi)鋪填種植土,再在磚框內(nèi)栽草或種草的一項邊坡防護措施。該技術所用框磚可在預制場批量生產(chǎn),其受力結(jié)構(gòu)合理,拼鋪在邊坡上能有效地分散坡面雨水徑流,減緩水流速度,防止坡面沖刷,保護草皮生長。這種護坡施工簡單,外觀齊整,造型美觀大方,具有邊坡防護、綠化雙重效果,工程造價適中,略高于漿砌片石骨架護坡,該技術多用于填方邊坡的防護。
2.8客土植生植物護坡
客土植生植物護坡,是在邊坡坡面上掛網(wǎng)機械噴填(或人工鋪設)一定厚度適宜植物生長的土壤或基質(zhì)(客土)和種子的邊坡植物防護措施。該技術的特點是可根據(jù)地質(zhì)和氣候條件進行基質(zhì)和種子配方,從而具有廣泛的適應性,多用于普通條件下無法綠化或綠化效果差的邊坡。由于客土可以由機械拌和,掛網(wǎng)實施容易,因此施工的機械化程度高,速度快,無論從效率和成本上都比漿砌片石和掛網(wǎng)噴砼防護要優(yōu)越,而且植被防護效果良好,基本不需要養(yǎng)護即可維持植物的正常生長。該技術在公路邊坡防護中已被大量應用,在日本等國家已經(jīng)被作為邊坡綠化的常規(guī)方法加以應用。
2.9噴混植生植物護坡
噴混植生植物護坡,是在穩(wěn)定巖質(zhì)邊坡上施工短錨桿、鋪掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)后,采用專用噴射機,將拌和均勻的種植基材噴射到坡面上,植物依靠“基材”生長發(fā)育,形成植物護坡的施工技術,具有防護邊坡、恢復植被雙重作用,可以取代傳統(tǒng)的噴錨防護、片石護坡等圬工措施。該技術使用的種植基材由種植土、混合草灌種子、有機質(zhì)、肥料、團粒劑、保水劑、穩(wěn)定劑、PH緩解劑和水等組成,其種植基材的配方是成功的關鍵,良好的配方能夠達到在陡于1∶0.75的巖質(zhì)邊坡上既具備一定的強度保護坡面和抵抗雨水沖刷,又具有足夠的空隙率和肥力以保證植物生長。該技術已廣泛應用于鐵路、公路、水利等各類巖石邊坡綠化防護工程。
3.邊坡綠化工程中的難點問題
隨著邊坡植物防護技術的推廣應用,各類邊坡植物防護技術已發(fā)展成為公路、鐵路綠色通道建設中的重要組成部分,但也存在一些難點問題。
3.1邊坡植草的退化
在公路、鐵路等工程建設中,其邊坡綠化防護上投入的資金比例較低,在低投入、低養(yǎng)護或無養(yǎng)護情況下,邊坡草坪處于自生自養(yǎng)狀態(tài),極易退化、死亡。因為人工種植草種生長較弱、品種單一,隨著時間的增長,在養(yǎng)分水分供應較差的邊坡上都會呈現(xiàn)不同程度的草坡退化現(xiàn)象,這是一個十分突出和嚴重的問題,若草被退化得不到解決,不僅造成重復建設、資金浪費,而且起不到邊坡綠化防護效果,最終可能會引起水土流失、坡面坍塌等許多不良后果。
3.2噴播時的植物種子配比與最終植物狀態(tài)
在較短的時間內(nèi)把開挖的邊坡恢復到自然狀態(tài),施工者將面臨:①植物種子的配比如何確定;②如何考慮當?shù)刈陨鷥?yōu)勢群落的結(jié)構(gòu)特點進行種子配比;③如何確定噴播時的植物配比與最終形成的植物群落之間的動態(tài)關系。只有對這些問題作詳盡的調(diào)查研究分析,才能正確指導施工,否則邊坡的植物生長將無法實現(xiàn)人工強制綠化向原始植物群落的順利演替。
3.3干旱對土體很薄的坡面植物構(gòu)成威脅
開挖后的巖石邊坡,巖石層厚、整體性好,坡體高陡,對邊坡進行植物綠化后,隨著時間的增長,秋冬季干旱、夏伏季炎熱,土體養(yǎng)分逐漸流失,土壤肥力降低,如何解決邊坡呈現(xiàn)的無土、缺水、缺肥的狀態(tài)及邊坡植被面臨的干、熱威脅,這將直接影響到邊坡最終的綠化效果和生態(tài)效益。
4.邊坡綠化工程可持續(xù)發(fā)展的著眼點
可持續(xù)發(fā)展,是指在人類與自然和諧的前提下,不斷提高人類的生活質(zhì)量和環(huán)境承載能力,滿足當代人的需求又不損害對子孫后代的需求;滿足一個區(qū)域或一個國家的需求面又不損害其他區(qū)域或國家的需求。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵的要求,邊坡綠化工程中應著眼于與自然環(huán)境(生態(tài)系統(tǒng))的協(xié)調(diào)性和環(huán)保生態(tài)功能,結(jié)合目前國內(nèi)邊坡綠化防護工程現(xiàn)狀及問題,提出以下對策與建議。
4.1注重邊坡生態(tài)防護的設計與資金投入
在公路、鐵路設計與建設中,人們常將設計重點和大量資金放在它的工程功能及安全功能上,而生態(tài)功能的設計與投資力度不足,生態(tài)防護工程往往采取低價中標的方式,這種低投入、低質(zhì)量的惡性循環(huán),使邊坡生態(tài)環(huán)境發(fā)展不夠好,抗災能力不強等。應建立和加大公路、鐵路邊坡建設、養(yǎng)護和生態(tài)環(huán)境保護的專項資金,在設計上要深入細化,根據(jù)不同氣候條件、不同環(huán)境、不同區(qū)域結(jié)合具體情況單獨設計,注重落實邊坡的生態(tài)環(huán)境保護方案。
4.2邊坡植草退化的防治技術
防治邊坡草被退化的重要措施就是喬灌草相結(jié)合,盡量模擬出當?shù)氐闹参锶郝浣Y(jié)構(gòu),走向本地化。實際上國外已經(jīng)開始流行以喬灌木為主的綠化方式。天然植被一般都是草木混生的,在較高的貧瘠土質(zhì)或石質(zhì)邊坡上,采用草灌結(jié)合的客土噴播或噴混植生技術施工,可以將草種和灌木樹種進行混播,早期以草坪防護為主,后期以灌木防護為主,構(gòu)建喬灌草立體防護生態(tài)體系,達到恢復自然植被的目的。植物種子的選擇及配置應走本地化的道路,以地帶性植被、鄉(xiāng)土植物為基調(diào),適當引進適于本地生長條件的野生植物和外地植物。同時也應考慮淺根植物和深根植物的結(jié)合、豆科植物與非豆科植物的結(jié)合,還要盡可能配置抗逆性強的植物和水、肥、光、熱利用率高的植物,這樣才能使植物更能適應當?shù)貧夂蚺c自然植被融為一體,建設一個具有生物多樣性的穩(wěn)定的、生命力強的立體生態(tài)群落。
4.3積極引進開發(fā)邊坡生態(tài)防護新技術
邊坡綠化工程中的難點問題,是對邊坡生態(tài)防護可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境科學技術的挑戰(zhàn),邊坡生態(tài)防護技術涉及到工程力學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、環(huán)境生態(tài)學等學科,必須不斷在這些理論領域有所突破,積極引進開發(fā)新材料、新工藝及配套施工機械設備,充分吸收新的科研成果、先進技術和工程施工經(jīng)驗,注重國際和行業(yè)間的技術交流與合作??傊?,提高邊坡生態(tài)防護技術的科技含量,是邊坡綠化防護工程成敗的重要環(huán)節(jié)。
目前在邊坡綠化防護工程中,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態(tài)防護施工技術;在邊坡綠化養(yǎng)護工程中,滴灌、滲灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有節(jié)約水資源、提高成活率、促進草灌木植物生長的灌溉技術;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、農(nóng)菌及各種微生物肥料的應用,具有促進植物生根、生長和發(fā)育,提高植物的生理機能和抗逆性。在這些新技術的應用過程中,還有許多問題和工藝需要探討、改進,使其成本更低、操作更為簡單、效果更好。隨著邊坡生態(tài)防護各項科研技術的不斷深入,其各項新技術新工藝的應用將日趨完善和成熟。
5.結(jié)論
①在邊坡植物綠化防護施工措施中,根據(jù)目前的國情、機械化施工程度、適用性、經(jīng)濟性和質(zhì)量效果比較,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態(tài)防護施工技術,符合邊坡綠化工程可持續(xù)發(fā)展的理念,值得普遍推廣應用。
②正確的決策必須建立在相關科學研究的基礎上,在邊坡生態(tài)防護方面,針對難點問題有必要開展系列研究,加大這方面的科研投入,積極引進先進的技術和設備,鼓勵和扶持施工企業(yè)朝生態(tài)防護專門化隊伍方向發(fā)展,為徹底解決邊坡生態(tài)防護可持續(xù)發(fā)展問題提供堅定的基礎。