东北地区干旱特征与春玉米生长季干旱主导气象因子

在全球气候变化背景下，东北地区干旱及其主导气象因子呈现出新的态势，并可能对当地农业生产带来不可预见的灾害风险。因此，开展干旱时空规律研究，揭示春玉米生长季干旱发生的气象驱动因子，对于指导当地开展农业防旱减灾工作尤为重要。该研究利用东北地区及其周边105个气象站点数据以及30 m分辨率的DEM，在考虑海拔影响的前提下将逐月气象因子数据空间插值并计算了1989－2018年1、3、6、12、24个月尺度的潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数（SPEI），分析了干旱的多尺度特征和春玉米生长季各气象因子的变化规律，明确了干旱的高发月份、区域及主导气象因子。结果表明：1）1989－2018年干旱呈现出10a周期的偏轻-偏重-偏轻规律，其中2000－2010年干旱较为严重。2）干旱高发月份为5月，且在吉林西部、内蒙古东部和黑龙江西南部等地区干旱发生概率较高。3）气象因子变化主要以气温增加为主，且伴随气压下降和风力减弱，平均气温、最高气温、最低气温、气压、风速分别以0.41 ℃/(10 a)、0.42 ℃/(10 a)、0.39 ℃/(10 a)，?0.05 kPa/(10 a)、?0.08 mps/(10 a)的速度变化。4）各月干旱主导气象因子不尽相同，5月为降水、相对湿度、最高温度和日照时数，6月为降水、相对湿度、日照时数和最低气温，7月为降水、相对湿度和日照时数，8月为降水、最高气温和平均气温，9月为降水、相对湿度和最高气温，生长季平均条件下为降水、最高气温、日照时数和相对湿度，降水对干旱的直接作用远大于其他气象因子。该研究可为全面了解东北地区春玉米生长季干旱特点、以及制定合理的干旱应对措施提供一定的参考和依据。     

东北近60年盛夏降水特征及其与不同类型厄尔尼诺的联系

为了探讨东北地区盛夏降水的特征及其与不同ENSO的联系,利用1961—2019年国家气象信息中心整编的东北地区204个站日降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心ENSO监测结果进行研究分析。结果表明:(1)盛夏降水20世纪90年代到21世纪初进入枯水期,21世纪10年代降水有所增加。1961—2019年降水以5.386 mm/10 a的速率减少,其主要原因是小雨和中雨减少,且近年来降水减少速率变缓;(2)空间上,降水整体呈减少趋势。小雨呈减少趋势,辽宁降水减少最显著,50个站均呈下降趋势,37个站通过显著性检验。中雨和大雨均呈减少趋势,但不显著。暴雨有超过60%的站呈上升趋势,黑龙江以上升趋势为主;(3)厄尔尼诺次年盛夏,中部型(CP型)降水量整体多于东部型(EP型)。EP型辽宁降水偏多,吉林呈西北—东南降水反相分布,内蒙古降水整体偏多,黑龙江整体偏少,且局部地区显著偏少。CP型辽宁降水亦偏多,且多于EP型,吉林为南北反相分布,黑龙江整体偏多,内蒙古整体偏少,且局部显著偏少。由此可以得出,厄尔尼诺可以作为次年东北地区盛夏降水的一个预测因子。     

西北地区夏季降水的气候特征分析

利用西北地区119站1961-2000年夏季（6-8月）降水资料，统计分析了各站历年夏季降水的平均场、方差场和各年代际平均值分布特征与整体总量逐年平均值的年际和周期变化特点，结果表明：西北地区夏季降水可划分为3个基本气候分区，即北疆区、中西部盆地沙漠区和东部季风影响区。中西部盆地沙漠区降水量和降水量方差均最小，处于稳定的干旱状态；东部季风影响区降水量的方差变化较大，降水的不稳定性增加，干旱频率增大；北疆区降水量较大，变差处于另外两区之间，表明旱涝影响微弱。各区的降水量在不同年代际间也具有不同的特点，降水量的变化会直接影响到当地主要旱地作物的产量。     

中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响

为了研究东北地区春玉米不同生育阶段干旱时空分布规律及其对产量的影响,基于研究区域1961—2012年69个气象站点逐日气象资料和春玉米生育时期及产量资料,采用Penman-Monteit法计算潜在蒸散量,在此基础上利用农业干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEIPM)划分干旱等级-最后利用干旱等级权重及发生概率评分等级计算每个站点的干旱危险指数(DHI);利用Mann-Kendall检验法计算5个生育阶段的SPEI变化趋势,利用回归分析进行SPEI与玉米气候产量的关系分析。结果表明,吉林省西部和辽宁省西部在玉米生长季内始终为干旱高风险区,吉林省东部和辽宁省东部则为干旱低风险区,黑龙江省东部干旱风险随生育进程增大;近52 a玉米苗期干旱强度和范围有减小趋势,而生育后期在增加;1991—2012年辽宁省西部玉米气候产量与SPEIPM3-7(5—7月份的SPEIPM)以及吉林省西部、吉林省东部和松嫩平原气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)的关系达极显著(P0.01),吉林省中部气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)关系达显著水平(P0.05)。春旱严重地区如松嫩平原、吉林省西部、辽宁省西部和南部的干旱强度和范围正在减小,而东北干旱程度在玉米生育后期整体呈增强趋势,其中东部最明显。在降水充沛的吉林省东部,气候产量与干旱指数的回归方程对称轴在0附近,表明正常降水情况下即能保证高产和稳产。降水较少的地区如辽宁省西部和吉林省西部等地,回归方程对称轴在1附近,提高玉米产量需增加灌溉和提高水分利用效率。     

1961-2013年东北地区夏季降水变化趋势分析

选取东北地区84个气象站1961—2013年逐日降水资料,利用Mann-Kendall统计检验方法、线性回归、气候倾向率和变异系数方法分析了近50年东北地区夏季降水日数、降水量和降水强度的时空变化特征,讨论了夏季不同等级降水日数和降水强度变化趋势和变异场特征。结果表明:近53年,东北地区夏季降水日数呈显著的下降趋势,其变化总体呈现出60年代 > 70年代≈80年代 > 90年代 > 21世纪前13年（2001—2013年）的特征,而降水量和降水强度的升降变化并不显著。东北地区夏季小雨雨日总体呈下降趋势,其中,东北地区东南部降幅最大,平均为-2.5～-1 d/10 a;中雨雨日倾向率也以下降为主;大雨、暴雨雨日倾向率的下降区域位于黑龙江中部、吉林西北部和辽东半岛,而在辽宁中部、黑龙江西部和内蒙东北部为大雨和暴雨雨日上升区。东北地区夏季小雨雨强倾向率在东北地区东南部以上升为主,升幅为0～0.1 mm/10 a,而西北部主要以下降为主,降幅为-0.1～0 mm/10 a;东北地区夏季大雨和暴雨日数波动较大,尤以暴雨日数的波动最为显著,相比于大雨和暴雨,小雨、中雨雨日和雨强的变化都要更稳定。     

东北地区农业气象灾害的趋势变化及其对粮食产量的影响

依据东北地区1971 - 2009年干旱、洪涝、风雹及低温灾害的受灾面积数据,并结合粮食作物单产资料,研究东北地区农业气象灾害的变化趋势及其对粮食产量的影响.趋势分析结果表明,研究期内,东北地区除风雹受灾比呈现明显下降趋势外,其余3种农业气象灾害受灾比变化趋势不明显,但均具有阶段性特征,20世纪70年代干旱受灾比要比洪涝受灾比偏大,80 - 90年代相反,2000年以后又处于较旱时期,低温受灾比在20世纪90年代初期及21世纪初期反弹增大;R/S分析表明,4种农业气象灾害受灾比的Hurst指数均＞0.5,说明未来变化都将与过去一致,其中,风雹受灾比将减弱,干旱受灾比将增加,而洪涝与低温受灾比仍将呈现波动幅度较大的趋势;灰色关联分析结果表明,4种气象灾害对粮食作物平均单产的影响在不同省份表现不同,在辽宁为干旱＞风雹＞洪涝＞低温,而吉林为洪涝＞干旱＞低温＞风雹,黑龙江为干旱＞洪涝＞低温＞风雹,说明干旱和洪涝是影响东北地区粮食生产的主要气象灾害,而低温灾害的影响随着纬度的升高也不断增大.     

北方地区不同等级干旱对春玉米产量影响

北方地区是中国主要的玉米种植区,在中国玉米总产和播种面积中占有较大比例,同时也是中国易发生干旱的地区,北方地区干旱常态化严重制约着该地区玉米的稳定发展。该文基于北方地区14个省(市、自治区)217个气象台站1961-2010年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,依据春玉米生长季内降水量并以100 mm为间隔将全区划分为6个区域(Ⅰ~Ⅵ),选取作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于验证后的农业生产系统模型(agricultural production systems simulator,APSIM),明确了各生育阶段不同等级干旱对春玉米产量的影响。研究结果表明,北方地区干旱造成春玉米减产率在空间上呈由西向东下降趋势,降水的空间分布直接导致了灾损程度在各区的差异,其中西部灌溉绿洲农业区雨养种植春玉米干旱风险非常大,需大力发展节水灌溉,而东部雨养农业区自然降水已基本满足春玉米生长发育需要,干旱对春玉米产量影响较小,在模拟过程中很难准确的反映出旱级对产量造成的差异影响。春玉米在拔节—抽雄阶段发生干旱会对产量造成比较严重的影响,该阶段4个等级干旱造成春玉米减产率的四分位区间分别为特旱(20.1%~33.6%)、重旱(12.0%~20.3%)、中旱(6.3%~15.2%)、轻旱(4.7%~11.6%)。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

基于农业干旱参考指数的西南地区玉米干旱时空变化分析

西南地区是中国玉米主要产区之一,干旱是该地区最主要的农业气象灾害,研究干旱时空分布特征及规律对西南地区玉米种植布局和防旱减灾有重大意义。该文收集西南地区玉米种植区60个代表气象站50a(1960年-2010年)的气象资料和玉米作物资料,选用基于土壤-植被-大气系统并以天为时间尺度的农业干旱参考指数(ARID)作为干旱指标,研究西南地区玉米生育期内干旱频率空间分布特征,并分析近50a干旱发生的年代际变化,验证ARID在西南地区的适用性。结果表明:1)近50a来西南地区发生的干旱具有显著的区域特征,高发区位于云南中北和东北部以及四川南部;其次为川东北的广元地区、川西南山地以及滇西北、滇南部的元江地区;少发区位于重庆大部、贵州北部等地区。2)阶段性干旱明显,受旱频率最高的时段为出苗至拔节期,受旱频率最低在抽雄至灌浆期,且随着发育进程,干旱有向东部转移的趋势。3)西南地区各分区玉米生长季内ARID变化差异较大,总体上来看干旱程度大多处于轻旱,个别区域处于中旱,或者在轻旱与中旱之间波动。4)ARID的年际变化特征表明:20世纪80年代受干旱影响最低,21世纪初受干旱影响最严重。     

三峡库区气象干旱演变特征及致灾因子危险性评价

近年来三峡库区干旱灾害发生的强度和频率呈现加剧趋势,因此识别干旱的时空特征及致灾因子危险性,对于区域干旱预警和防旱减灾具有重要意义。利用三峡库区及周边地区18个气象站1960—2015年共56年的降水资料,采用标准化降水指数(SPI),运用游程理论和Mann-Kendall检验法分析了气象干旱时空演变特征,并进一步评估了三峡库区干旱致灾因子危险性。结果表明:(1)三峡库区年尺度的SPI值呈现平缓下降趋势,整体趋向全域干旱化,1989年为突变年;(2)各季节干旱站次比变化不大,总体呈缓慢上升趋势;夏、秋季干旱强度表现为上升趋势,春、冬季则相反;四季中,干旱强度和干旱站次比增幅最为显著的是秋季;干旱强度按冬、春、夏和秋季的顺序依次减小;(3)各季节SPI值存在明显的空间差异性,春季三峡库区东北部SPI值呈下降趋势,而西南部总体表现为不显著上升趋势,夏季则与春季相反;秋季全域化干旱趋势较为显著;冬季中西部SPI值呈不显著下降趋势,而东北地区呈现不显著上升趋势;(4)春、夏、秋季干旱频率较低的地区主要分布在三峡库区东北部,干旱频率较高地区则呈现显著的空间差异,冬季则相反;干旱频率大小随春、夏、秋和冬季逐渐增大;(5)三峡库区季尺度干旱危险性空间分布整体表现为中等和较低级别,春、夏季危险性等级总体处于中、低危险性,秋、冬季则整体呈现为中等危险性。秋、春、冬和夏季干旱致灾危险性依次递减。研究结果可为三峡库区水资源管理和干旱风险评估提供参考依据。     

基于ZigBee的精准农业模式研究

针对传统农业的局限性,探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式,阐述了ZigBee技术在精准农业中的应用,对系统的硬件进行了设计,并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本,提高农作物产量。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

土壤对养分离子吸附特性初步研究

针对土壤本身对养分离子具有吸附固定特性降低了养分的有效性,运用土壤养分状况系统研究法通过吸附试验研究新疆两种土壤对养分离子的吸附固定能力。研究结果表明:棕漠土对P、Zn、Cu的吸附固定能力比潮土强,两种土壤对K、B和Mn吸附固定差异不显著,棕漠土的养分限制因子是N>P>Mn>B,潮土的养分限制因子是N>Mn>P>K,因此施肥时考虑到土壤对养分离子的吸附固定能力确定合理的施肥量。     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

黄土高原坡耕地小麦根系分布特征研究

小麦是黄土高原陕西区坡耕地上的主要农作物,为了研究小麦根系整个生长期内在坡耕地上随土层和坡度的分布规律,以陕西杨凌农耕地种植的小麦根系为研究对象,在小麦5个生长期,采用挖土块法调查研究了5个坡度的坡耕地上0—20 cm层内冬小麦根系的分布特征。结果表明:（1）小麦根系各生长期的根重密度、根长密度、根径与坡耕地土层深度和坡度变化都有一定的关系。（2）小麦的根重密度在0—5 cm层最大,随土层深度减小。根重密度随生长期逐渐增大,成熟期达到最大值。当坡度为10°时,生物量最大。（3）根长密度在0—5 cm的最大,随土层深度增加而减小;拔节期达到最大值,随后逐渐减小。根长密度随坡度增加而增加,当坡度为15°时达到最大值。（4）小麦平均根径随土层深度增加而逐渐减少,拔节期达到最大值,随生长期逐渐减小。当坡度为10°时,根系平均直径达到最大值。（5）SPSS处理结果显示根重密度、根长密度、根径与土层深度有线性相关的关系。各根系指标与坡度和生长期也有线性回归关系。     

稀土铽对辣根的生态毒性

研究了稀土铽(Tb)对辣根生理毒性的影响。结果表明,Tb在低浓度范围内,可以诱导叶绿素的合成,高浓度时对其产生破坏作用;对于辣根过氧化物酶,酶活性先升后降;质膜透性、丙二醛含量则呈现先减后增的变化趋势。TbCl3浓度为3mg/kg时各指标达到最值;辣根中毒阈限为10mg/kg左右。通过分析,辣根过氧化物酶对Tb反应敏感,这表明过氧化物酶可能成为研究稀土毒理的生物监测手段。     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

不同基因型大豆氮效率的研究

通过对不同基因型大豆新大豆1号和黑农40的试验研究,结果表明,施氮对新大豆1号的增产作用不明显,但对黑农40有较好的增产作用;花期黑农40和新大豆1号上、中、下层叶片氮含量都随着施氮量的增加而增加,黑农40叶片氮含量与施氮量的相关系数都达到极显著相关,但新大豆1号没有达到显著水平;施氮对新大豆1号的生物固氮抑制程度高于黑农40,使新大豆1号生物固氮降低36. 3% ~85. 2%。     

陆面过程中的水文模式研究

陆面水文过程模拟是解决全球环境恶化与气候异常的最好方法，是当前学术界关注的热点。对陆面过程的涵义、模式的发展、陆面过程中水文参数的描述进行了总结，提出了在陆面水文过程研究中存在的尺度匹配误差、数据共享矛盾、参数不确定性等不足及今后的研究方向。