区域农田有机物质投入量的估算方法 —— 以陕西长武县为例

以黄土高原典型沟壑区长武县为研究区域,进行区域农田有机物质投入量估算方法的研究。将农田有机物质投入分为秸秆还田、秸秆根茬残留、作物地下生物量和有机肥4个部分分别进行估算。基于LANDSAT 5卫星遥感资料,利用CASA模型估算植物第一净生产力,获得作物整株重,结合作物根冠比估算作物地上生物量和地下生物量,以地上生物量和实地秸秆调查来估算秸秆根茬量和秸秆还田量。估算结果显示,长武县农田年总有机物质投入量为42 700 t。     

我国农田生态系统碳蓄积及其变化特征研究

对我国近20年来农田生态系统C蓄积的时空变化特征进行估算分析结果表明,我国农田生态系统近20年来C蓄积总量持续增大,主要是由于单位面积C密度持续增大。农田C密度高值区主要分布在我国东部地区且多>3t/hm2,低值区主要分布在我国北方农牧交错带地区且普遍<1t/hm2。而科学管理作物残余物是增强农田生态系统C蓄积能力的关键。     

2001—2010年中国农田生态系统NPP的时空演变

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是地表碳循环的重要组成部分,而农业NPP代表了农田生态系统通过光合作用可固定大气中CO2的能力,决定了农田土壤可获得的有机碳含量.测算中国农田生态系统产生的NPP并分析其时空变异规律,探索其影响因子,对于了解全球碳循环,预测未来生态变化趋势具有重要意义.基于MOD17A3数据集,利用一元线性回归趋势线法和相关系数法定量分析了农田生态系统NPP的时空演变特征和气候因子对农田NPP的影响.结果表明,2001-2010年中国农田NPP平均值变化范围为C 0.21 ～ 17.24 Mg hm-2a-1,平均值为4.12 Mg hm-2 a-1.从时间变化来看,NPP年际变化呈现先增加后下降的趋势.从空间分布来看,表现为南方高,北方低,其中,甘新区、黄土高原区、东北区、内蒙古及长城沿线区和黄淮海区北部NPP值较低,＜3 Mg hm-2 a-1;四川盆地、山东丘陵、长江中下游滨海和沿江平原、云南、贵州、海南等地NPP值较高,＞5 Mghm-2 a-1.从变化趋势来看,黄淮海农业区、黄土高原区、新疆的绿洲农业区和长江中下游农业区南部上升趋势明显,东北农业区、四川盆地和长江中下游农业区下降趋势明显.2001-2010年,中国农田中有22％的像元NPP平均值与降水呈显著相关,7％的像元与气温呈显著相关,反映了农田生态系统受人类活动影响较大.     

中国退耕还林工程固碳现状及固碳潜力估算

为了科学评估中国退耕还林工程的固碳能力,收集整理了退耕还林一期工程（1999—2010年）详细的造林资料,结合中国主要树种的蓄积量（生物量）生长曲线和退耕还林前后土壤有机碳变化特征及各树种碳储量计算的相关参数,估算退耕还林工程1999—2050年的固碳量及其变化。结果表明：截至2010年,退耕还林工程造林总固碳量（土壤和植被）为355.87 Tg;工程实施期间,造林后期固碳量显著大于造林前期,平均每年固碳量为29.66 Tg;工程林固碳增汇潜力不断增加,预计到2050年中国退耕还林工程的固碳增汇潜力为1 234.04 Tg。因此,中国的退耕还林工程产生了巨大的碳汇效益。     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

基于净初级生产力的关中--天水经济区耕地利用分区研究

耕地净初级生产力(NPP)值越大说明耕地有机生物量越高,其对粮食作物的最终产量起关键作用,因此,研究NPP的变化可为解决粮食安全问题提供重要依据。功能分区是保证土地可持续利用的常用手段,将不同耕地利用模式布局在不同行政区域,可作为地区政府通过管理手段提高产能利用率的有效参照。利用2001—2009年遥感数据,使用遥感估算NPP作为耕地作物生物量代替传统粮食统计数据,通过神经网络算法对关中天水经济区(关天经济区)耕地利用模式进行分区并利用小波神经网络模型对各区的NPP进行预测,得出:(1)关天经济区耕地NPP估算量除2001年外,总量保持在1 600万t,这与粮食统计数据之间的波动规律差异较大,分区中使用NPP数据分区比使用统计数据普适性更强。(2)关天经济区中部和渭河谷地的区县应作为关天经济区农业重点发展地区,率先对其进行精细农业与产业化经营试点的布局。(3)小波神经网络预测显示后6年(2010—2015年)中单位面积NPP上升为主要趋势。该结果证实了在农业作物生物总量短期内难以大幅提高的情况下,在管理上提升农作物能量利用效率是当下缓解耕地安全问题的最有效途径。     

中国农田土壤有机碳变化:II土壤固碳潜力估算

中国作为世界上一个重要的农业大国,提高中国农田土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要影响.在前人研究的基础上,利用中国第一次和第二次土壤普查数据,结合大量前人调研资料和田间试验数据整理分析,根据近20年来中国各省(市、区)农田土壤有机碳量变化趋势,估算了农田土壤碳源、汇潜力.由估算得出,假设在20世纪80年代土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤固碳潜力约为668 Tg C,即表明假设条件下,中国农田土壤要吸收668 Tg C才能达到一种相对稳定的平衡状态,也说明80年代后期中国农田土壤为碳汇效应.本研究对认识和评价中国农田土壤碳汇能力及其农田土壤固碳潜力提供了方法和依据.     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

基于GIS技术的佳木斯地区农田开垦对表层土壤有机碳储量的影响

基于GIS技术,利用1980年和2010年佳木斯表层(0—30cm)土壤有机碳数据,研究不同农田开垦方式对表层土壤有机碳储量和空间分布的影响。结果表明:30年来佳木斯地区表层土壤有机碳储量呈现减少趋势,从1980年土壤有机碳库350.68Tg C减少到2010年的299.58Tg C,主要减少分布在东北地区和南部地区。30年来耕地面积增加了6 790.44km2,农田开垦(沼泽湿地、林地、草地)是影响土壤有机碳储量和时空变化的主要原因,而沼泽湿地的开垦导致储量变化最大,沼泽湿地开垦土壤有机碳年变化率为107.21tC/(km2·a)。农田开垦成旱田要比水田对土壤有机碳损失影响大,农田开垦是造成有机碳储量下降的原因。     

基于光能利用率模型的松嫩平原玉米单产估算

区域作物产量估测对于农业用地管理、粮食安全和宏观调控具有重要意义。以中国重要的玉米主产区之一松嫩平原为研究区,利用2001—2013年长时间序列遥感和气象数据,基于光能利用率模型估算玉米生育期5—9月累积地上生物量,进而根据地面实测的玉米收获指数校正,建立了研究区玉米单产估算模型。结果表明:该模型估算结果达到了大范围估产的精度要求;2001—2013年松嫩平原年均玉米单产为12 397.44kg/hm~2,总体呈增加趋势。该区玉米单产空间分布差异显著,总体为西低东高。从玉米单产年际变化的空间分布来看,研究区91.7%的区域玉米单产均有所增加,尤其是在松嫩平原西部的白城、齐齐哈尔等地,增产趋势更为明显。松嫩平原南部地区玉米单产与降水间具有显著的正相关性,但与气温呈负相关性,而研究区其他地区玉米单产与降水和气温相关性不明显。     

日照市降雨侵蚀力时空分布特征

为掌握山东省日照市降雨侵蚀力时空分布特征,提高日照市水土保持规划与决策的科学性,利用日照市水利局雨量遥测系统61个雨量站点2005-2014年日降雨资料计算降雨侵蚀力,并运用Excel 2013、ArcGIS 10等工具分析日照市降雨侵蚀力的时空分布特征.结果表明:1)从年度变化来看,日照市站均年度降雨侵蚀力最大值(2008年)是最小值(2014年)的2.90倍,站均汛期降雨侵蚀力最大值(2007年)是最小值(2014年)的3.74倍.从月度变化来看,降雨侵蚀力主要集中在5-9月,尤其集中在7-8月.2)从空间分布来看,各站点年均降雨侵蚀力、汛期降雨侵蚀力呈现东南沿海地区较高、内陆地区较低、中部地区最低的特征,变化范围分别在2 942.07 ～4 921.45、2 694.36～3 921.78 MJ· mm/(hm2·h·a)之间,分区县看,岚山区最高,东港区次之,莒县和五莲县较低;各月的降雨侵蚀力重点也不尽相同.3)从时间变异来看,站均年度降雨侵蚀力变化范围在1 831.55 ～5 306.12 MJ·mm/(hm2·h·a)之间,均值、中值分别为3 826.01、4 053.62 MJ·mm/(hm2·h·a),标准差1 089.46MJ·mm/(hm2·h·a),变异系数28.48％;站均月度降雨侵蚀力变化范围在1.23 ～1 171.93 MJ·mm/(hm2·h·a)之间,均值、中值分别为318.83、61.51 MJ·mm/(hm2·h·a),标准差397.99 MJ· mm/(hm2·h·a),变异系数124.83％.4)从空间变异来看,各站年均降雨侵蚀力变化范围在2 755.23 ～5 061.15 MJ·mm/(hm2·h·a)之间,均值、中值分别为3 826.01、3 730.97 MJ·mm/(hm2·h·a),标准差512.81 MJ·mm/(hm2·h·a),变异系数13.40％.本研究结果可为日照市水土保持规划与决策、土壤侵蚀预报等提供参考.     

木论喀斯特森林水土流失规律研究

森林水土流失是森林水文生态效益评价的重要指标。通过坡面径流小区测流法,于2006—2010年连续5a对木论喀斯特森林及灌草坡植被进行水土流失的对比观测研究。结果表明:(1)林地年地表径流量为0.78～2.85mm,年均值为1.77mm,占年均降雨量的0.10%,比灌草坡(5.87mm)减少了69.8%;(2)林地年土壤侵量为9.9～28.5kg/hm2,年均值为17.7kg/hm2,比灌草坡(58.7kg/hm2)减少了69.8%;(3)林地年养分(N,P,K)流失量为0.008～0.028kg/hm2,年均值为0.019kg/hm2,比灌草坡(0.064kg/hm2)减少了70.3%;(4)土壤及养分流失主要集中在5—8月,分别占全年流失总量的76.3%,92.7%,与该区同期降雨量的年内分配相匹配。     

中国东部主要农田土壤有机碳库的平衡与趋势分析

根据田间测定的有机物料腐殖化系数和土壤有机碳矿化量结果 ,以及统计测算的有机物质进入量 ,分析了中国东部主要农业区农田土壤有机碳库的平衡状况 ,并对其作为大气CO2 的源汇功能进行了初步评价。结果表明 ,各农业区农田土壤中有机物料腐殖化系数的变化趋势为 :松嫩平原 (作物秸秆 0 3 7,作物根 0 47,绿肥 0 2 6 ,粪肥 0 5 4 ) >红壤丘陵区(相应值为 0 2 8,0 45 ,0 2 5 ,0 42 ) >下辽河平原 (相应值 0 3 5 ,0 3 9,0 2 2 ,0 3 3 ) >黄淮海平原(相应值 0 2 5 ,0 3 2 ,0 1 8,0 2 7)。各区间的腐殖化系数并不随气候而呈规律性变异 ,而主要是环境因子综合作用的结果 ,特别是土壤性质有显著影响。现实有机物质进入量条件下 ,各农业区农田土壤有机碳年形成量分别为 :松嫩平原 5 3 8 0kghm- 2 ,下辽河平原 6 79 7kghm- 2 ,黄淮海平原 76 0 7kghm- 2 ,红壤丘陵区 1 0 5 9 7kghm- 2 ;农田土壤有机碳年矿化量分别为 :松嫩平原 90 5 3kghm- 2 ,下辽河平原 72 3 5kghm- 2 ,黄淮海平原 72 3 1kghm- 2 ,红壤丘陵区 782 9kghm- 2 。因此 ,松嫩平原黑土的有机碳库处于亏缺状态 ,土壤有机碳含量还将下降 ,并向大气释放CO2 ;红壤水稻土的有机碳库处于盈余状态 ,土壤有机碳含量还将不断提高 ,是大气C     

不同利用方式下亚热带花岗岩流域元素收支平衡 及其对土壤酸化的影响

选取亚热带花岗岩区不同利用方式下的3个相邻小流域(F:100%森林;FA1:82%森林+18%农田;FA2:76%森林+24%农田),通过定期监测与分析雨水和径流水的元素组成,获得了流域尺度元素的降水输入与径流输出特征,在此基础上分析了元素收支平衡及其对土壤酸化的影响。结果表明:雨水中离子输入总量为181.74 kg/(hm~2·a),夏季输入量约占全年输入量的45%,Ca~(2+)、Na~+和NH_4~+约占阳离子输入总量的80%,SO_4~(2–)和NO_3~–约占阴离子输入总量的74%。F、FA1和FA2流域径流水中离子输出总量分别为236.81,153.17和243.36 kg/(hm~2·a),夏季输出量约占全年输出量的39%~47%,Ca~(2+)和Na~+约占阳离子输出总量的81%~86%,SO_4~(2–)和NO_3~–约占阴离子输出总量的65%~70%。降水和径流水的元素收支平衡表明,F、FA1和FA2流域中SO_4~(2–)、NO_3~–、Cl~–、NH_4~+和H~+均表现为净输入,其中SO_4~(2–)的净滞留量最高,分别为13.7、30.43和20.49 kg/(hm~2·a);而Ca~(2+)、Mg~(2+)和Na~+均表现为净输出,其中Na~+的净输出量最高,分别为28.99、14.96和31.76 kg/(hm~2·a)。F、FA1和FA2流域内酸雨直接输入的H~+为818 mol/(hm~2·a),而流域内氮素转化产生的H~+分别为396、389和401 mol/(hm~2·a),占H~+输入总量的32%~33%。F、FA1和FA2流域的土壤酸化速率分别为996、1 069和1 035 mol/(hm~2·a),表明即使不考虑农业施肥的情况下农林复合流域(FA1和FA2)的土壤酸化速率仍高于森林流域(F)。     

2005-2014年南方农牧交错带净初级生产力时空分布特征

为了解我国南方农牧交错带内生态系统生产能力的变化程度,以2005—2014年MOD17A3H数据为数据源,利用简单差值法和一元线性回归分析法,对区内的植被年均NPP空间分布及变化趋势进行了分析。结果表明:（1）2005—2014年南方农牧交错带内植被NPP分布差异较大,整体呈南部高北部低。（2）年均植被NPP为389 gC/（m²·a）,平均植被NPP变化范围在344～426 gC/（m²·a）之间。（3）2014年较2005年相比,南方农牧交错带植被NPP增加了106 gC/（m²·a）。但10年间植被NPP总体变化呈略微减少趋势,减少的地区面积占南方农牧交错区总面积的57%。（4）不同生态系统平均植被NPP均值表现为:森林生态系统 > 农田生态系统 > 灌丛生态系统 > 湿地生态系统 > 草地生态系统;不同生态系统植被NPP变化相似,呈波动略微减少变化。说明区域内生态系统变化波动较为明显,应对该区域生态系统给予更多的保护。     

1980-2013年闽西地区降雨侵蚀力时空变化特征

闽西地区是福建省土壤侵蚀重点防治区,为研究闽西地区降雨侵蚀力的时空分布格局,根据1980-2013年闽西地区9个站点的逐日降雨数据,利用日雨量模型来计算降雨侵蚀力,采用线性回归、气候倾向率、Mann-Kendall检验和反距离加权插值法(IDW)等方法对区域降雨侵蚀力的时空变化进行分析.结果表明:1)闽西地区多年平均降雨侵蚀力为9 504 MJ·mm/(hm2·h),与降雨量呈极显著正相关(P＜0.o1);2)空间上西高东低,与降雨量分布规律基本一致;3)降雨侵蚀力的年内分布主要集中在3-8月,占到全年的80.12％;4)1980-2013年期间研究区降雨量呈微下降趋势,而整体上降雨侵蚀力呈略微增加趋势,但未达到显著水平(P＞0.05),其中其在夏季呈现上升趋势,而在春秋冬3季呈现下降趋势;5)34年内降雨侵蚀力分别在1995和2002年发生突变.该研究可为该区域土壤侵蚀危险性评估和土壤侵蚀治理工作提供依据.     

农田土壤固碳与增产协同效应研究进展

农田土壤固碳是提升土壤肥力、保障和实现农田持续稳定生产能力的关键所在。明确农田土壤固碳与作物增产的协同效应可为不同区域土壤培肥、维持和提升作物产量提供依据。农田土壤固碳明显受到气候、土壤属性、管理措施 (尤其是施肥和耕作)、轮作制度等因素的影响，且与农田作物产量密切相关，二者具有明显的协同效应。农田土壤有机碳与作物增产协同效应存在一定的阈值，且该阈值具有一定的区域差异。东北地区土壤有机碳阈值约为C 44～46 t/hm2，西北和华北地区约为C 22～28 t/hm2，南方地区约为C 33～37 t/hm2。经验方程和模型模拟结果表明，在不同区域，农田土壤每固定C 1.0 t/(hm2·a)有机碳，粮食作物产量可平均提升约0.7 t/hm2，但该响应值在各地区明显受到相应的环境及农田管理措施等因素的影响。深入理解农田固碳过程及其与作物生产力协同作用的机理，是指导不同区域合理培肥、提高土壤肥力、提高养分资源利用效率的关键举措。未来的研究方向和重点是明确不同区域农田土壤可实现的固碳潜力，进一步揭示集约化种植下农田土壤有机碳的固存机制，关注深层土壤有机碳固定对作物增产潜力的影响及贡献，并深入分析表征环境、人为因素等对农田土壤固碳增产协同效应的影响机制及调控原理。     

生物炭和有机肥施用提高了华北平原滨海盐土微生物量

【目的】研究施加不同量生物炭和有机肥对山东滨州滨海盐地土壤微生物量碳、氮 (MBC、MBN) 含量的影响,为改善盐地土壤环境质量和盐地的可持续利用提供科学依据。【方法】试验共设置6个处理:CK (无机肥)、C1[生物炭5 t/(hm2·a)]、C2[生物炭10 t/(hm2·a)]、C3[生物炭20 t/(hm2·a)]、M1[有机肥7.5 t/(hm2·a)]、M2[有机肥10 t/(hm2·a)]。各处理均施加等量的N[200 kg/(hm2·a)]和P₂O₅[120 kg/(hm2·a)],生物炭和有机肥处理不足部分由尿素和磷酸二铵补充。生物炭、有机肥和基肥均分为玉米、小麦两季人工施入,每个处理3次重复,小区随机排列。在玉米和小麦的不同生育期,取0—20 cm和20—40 cm土样,测定土壤MBC和MBN、土壤pH、土壤含水量、硝态氮和铵态氮含量。【结果】施加生物炭和有机肥均可增加土壤MBC和MBN。施用基肥5天后,生物炭和有机肥显著增加了土壤MBC和MBN含量,而追肥对土壤MBC和MBN的影响并不显著。生物炭处理土壤MBC变化范围在64.1～570.0 μg/g,有机肥处理变化范围在90.6～451.3 μg/g之间。C3、M1、M2处理均显著增加了0—40 cm土壤MBC (增幅在40.9%～118.4%之间) ,而C1、C2仅显著增加20—40 cm土层的MBC含量 (增幅分别为47.7%、60.0%) 。生物炭处理MBN含量在5.3～92.5 μg/g之间,与CK相比差异不显著;有机肥处理变化范围为4.2～163.9 μg/g,M1和M2显著增加了土壤MBN含量,增加幅度达56.4%～162.3%。生物炭和有机肥的施加对土壤pH影响显著,生物炭显著降低了20—40 cm的土壤pH,而有机肥显著降低了0—40 cm的土壤pH。相关分析表明,土壤pH与土壤MBC和MBN均呈极显著的负相关关系。土壤MBC和MBN均与土壤矿质氮表现出显著正相关关系。除M1处理玉米产量显著降低外,生物炭和有机肥的施加对玉米和小麦产量均没有产生显著影响。玉米季前期以细菌为主,后期则以真菌为主。小麦季MBC/MBN波动较大。【结论】施加生物炭和有机肥对土壤MBC和MBN含量影响显著,对盐地土壤MBC和MBN均具促进作用。土壤MBC和MBN与土壤pH具有显著的负相关关系,与土壤矿质氮呈显著正相关关系,说明生物炭和有机肥的施加能够降低盐地土壤pH,增加土壤矿质氮,有利于盐地土壤环境质量的改善。     

基于MODIS的东北三省植被NPP潜在气候生产力估算

大范围准确的植被生产潜力的估测,可为区域生态建设与保护提供决策支撑。基于MODIS/MCD12Q1数据、MODIS/MOD17A3数据和气象观测数据,在分析2001—2013年东北三省植被单位面积NPP年累积量时空变化的基础上,划分植被类别,构建东北三省植被NPP气候估算模型,并对研究区2013年植被NPP潜在气候生产力进行了估算。结果表明:（1）2001—2013年东北三省植被单位面积NPP年累积平均值（NPP