河北省主要极端气候指数的时空变化特征

根据河北省142个气象站点1961-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向估计法及Kriging插值法,研究河北省极端气温事件的时空变化特征。结果表明:(1)在极端气温指数的空间分布方面,极端最高气温和夏日均呈从南至北逐渐降低的趋势,高值中心分别位于邯郸、邢台、石家庄、衡水和邯郸、邢台、石家庄、衡水、廊坊、沧州等地,而霜日则呈北高南低的空间变化规律,高值中心主要位于张家口北部地区,极端最低气温、暖日指数及持续冷期无明显的空间分布规律;从变化趋势的空间分布特征来看,全省夏日、暖日指数、极端最低气温及大部分地区的极端最高气温呈增加趋势,全省霜日则呈下降趋势,持续冷期的变化不显著。(2)极端降水指数无明显的空间分布规律。日最大降水量、强降水量、暴雨日数、连续干日及连续湿日均呈零星分布,降水强度从东南至西北大体呈降低趋势;从变化趋势的空间分布特征来看,在1961-2010年河北大部分地区的日最大降水量、强降水量、降水强度、连续湿日及暴雨日数均呈下降趋势,而连续干日呈增加趋势。从极端气温及降水指数的变化趋势可以看出,河北省具有干暖化倾向,农业生产上应采取相应的适应对策。     

油菜-水稻复种系统一次性施肥对CH_4和N_2O净排放的影响

【目的】探究一次性施肥技术对油菜-水稻复种系统CH_4和N_2O排放及其特征的影响并分析其影响因素,综合计算全球增温潜势,以期了解一次性施肥技术对温室气体排放的贡献大小,从而为温室气体减排提供科学依据和技术参考。【方法】针对长江中下游地区典型的油菜-水稻复种模式,在荆州太湖港农场(30.36N,112.08E)油菜-水稻复种试验田设置了5个处理:对照处理(CK)、农民习惯施肥处理(FP)、优化施肥处理(OPT)、一次性尿素基施处理(UA)和一次性控释肥基施处理(CRF),重复3次。采用静态暗箱-气相色谱法对整个油菜-水稻季的CH_4和N_2O排放通量进行监测,并测定土壤种植前后的理化性质与作物产量。【结果】(1)N_2O和CH_4的排放均具有明显的水稻季排放高、油菜季排放低的季节动态变化规律。各处理N_2O排放通量在油菜季的变化范围为-4.08—35.51μg N·m~(-2)·h~(-1),水稻季则为-16.52—193.30μg N·m~(-2)·h~(-1),年平均排放通量3.66—23.70μg N·m~(-2)·h~(-1);各处理CH_4的通量变化在油菜季的排放量为-0.08—0.05 mg C·m~(-2)·h~(-1),水稻季则为-0.54—4.81 mg C·m~(-2)·h~(-1),年平均排放通量0.42—0.66 mg C·m~(-2)·h~(-1);(2)N_2O年排放总量从高到低依次是FP、CRF、OPT、UA、CK,分别为1.31、1.19、1.04、0.82、0.37 kg N·hm~(-2),排放系数介于0.14%—0.25%,均低于IPCC的推荐值1%。两个一次性施肥处理的UA和CRF相比同等施氮量的OPT处理,均能有效减少CH_4年排放量29.0%和29.9%, UA处理同时能减少21.2%的N_2O年排放总量,而CRF处理却增加了14.8%的N_2O年排放总量;(3)在同等施氮量的条件下,一次性施肥CRF比OPT显著增加油菜产量10.6%,而对水稻产量的影响不显著。温室气体排放强度呈现油菜季低,而水稻季高的特征,油菜和水稻季中各处理差异均不显著,油菜季中CRF和UA的排放强度最低为0.038 kgCO_(2-eq)·kg~(-1),OPT最高为0.057kgCO_(2-eq)·kg~(-1),水稻季UA最小为0.07 kgCO_(2-eq)·kg~(-1),FP最高达到了0.13 kgCO_(2-eq)·kg~(-1);(4)综合两种气体的全球增温潜势(100 a),用GWP表示,在相同施氮量下,两个一次性施肥处理UA和CRF的GWP均较OPT处理减少了28.0%和18.2%(P0.05),一次性基施尿素对降低温室效应更有效。【结论】对于长江中下游典型农田而言,一次性基施普通尿素或一次性基施控释尿素的措施,可以在保持作物产量的同时,降低了农田温室气体排放,可作为水稻-油菜复种系统的一种环境友好型施肥推荐技术。     

应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染

畜禽养殖是重要的农业面源氮素污染源头,大量的畜禽粪便施入农田后,会加大农田氮素径流和淋溶损失强度。畜禽养殖废弃物氮素污染过程复杂,涉及到动物自身营养循环以及废弃物通过不同途径进入环境的过程,目前大多通过排放系数法估算畜禽养殖过程产生的氮素污染负荷。该文选用最新版Manure-DNDC模型,以山东小清河流域为例,模拟畜禽养殖及废弃物处理的生物地球化学过程,分析氮素在动物、畜禽粪便、农田之间的迁移转化,探讨该过程中氮素的主要损失途径以及污染物负荷的时空变化特征。模拟结果表明,小清河流域2008年畜禽养殖及粪便处理场所氮素径流损失4.66万t,粪便施入农田后的氮素径流和淋溶损失分别为0.1、0.51万t。     

全球黑土区土壤有机质变化态势及其管理技术

黑土富含有机质,适宜耕种,具有极高作物生产潜力。黑土耕地是重要农业自然资源与主要的粮食生产基地。随着我国黑土大规模开发、高强度利用、不合理的田间管理措施以及水土流失导致其耕地地力呈现不断下降的态势,突出表现就是土壤有机质含量的降低,给东北黑土区农业可持续发展带来隐患,直接影响粮食安全和生态安全。因此,深入了解全球黑土有机质变化态势,采取科学、有效的田间管理措施,建立黑土生态保护机制,遏制黑土耕地土壤有机质含量不断下降的趋势,既是农业生产实际的客观需求,也是农田生态学需要解决的科学问题。本文根据近年来国内外黑土有机质的文献资料,参考了国外黑土有机质研究前沿进展,对黑土耕地有机质的利用现状、演变过程和发展趋势进行了深入剖析,总结了黑土区耕地土壤有机质保持与提升技术措施,并提出未来我国黑土耕地农业生产与生态保护兼顾的技术路线。     

基于文献计量的农业面源污染研究发展态势分析

【目的】客观地分析国内外农业面源污染研究现状,明确当前的研究前沿与热点问题,为农业环境领域科研工作者与决策者提供参考。【方法】利用文献计量学方法,基于ISI Web of Science和CNKI数据库,根据发文量、发文期刊、被引频次等指标,分析近30年来农业面源污染研究的发展态势、前沿领域、研究机构以及国际合作状况等。【结果】共检索得到农业面源污染相关英文文献280篇,中文文献1 517篇。7个研究方向中,农业面源污染治理、现状调查与分析、以及对环境的影响最受关注,三峡库区、太湖流域、密云水库等典型流域污染控制是研究热点。沟渠氮、磷去除对面源污染治理有很重要的意义,目前仍缺乏深入研究,将是今后的一个重要突破口。过程模型模拟是主要的研究方法,野外观测与试验是对模型进行验证的重要手段。国际上研究农业面源污染影响力比较强的单位主要有美国的威斯康星大学、加州大学、爱荷华大学,英国的兰喀斯特大学等,国内实力较强的有中国科学院、北京师范大学、以及厦门大学。中国与美、英等国之间的合作比较多,有助于该领域研究紧跟国际前沿、瞄准热点问题、与世界高水平机构共同探讨解决问题的办法。美欧等发达国家和地区高影响力论文与期刊较多,中国在研究层次、团队实力、论文质量、主办期刊质量等方面有待于进一步提高,原创性成果与重要发现偏少,具有国际影响力的团队少,核心作者不突出。主要原因包括项目周期短,大规模系统性监测数据较少;国产模型普及率不高,各研究单位之间合作不够深入,模型与数据共享机制不完善;缺少中远期团队建设规划,研究群体不稳定等。为解决以上问题,需要从多方面努力。首先,制定农业面源污染观测长期规划,形成系统性成果;其次,鼓励原创性研究,紧跟当前研究前沿与热点,探讨未知的科学问题;第三,整合各行业资金来源,稳定资助力度,凝聚高效研究群体,广泛开展合作交流与数据共享;最后,优化对单位以及个人的评价指标体系,促进国内期刊快速成长。【结论】流域尺度面源污染治理与过程模型模拟是当前农业面源污染研究的前沿领域,农业面源污染物在沟渠与河流网络中的迁移转化机理将成为未来的研究重点,中国虽然发文量增长迅速,但高影响力论文偏少,优秀国际期刊不足。中国主办的期刊中,表现较好的有《Journal of Environmental Sciences-China》和《中国农业科学》。     

北京设施菜地N2O和NO排放特征及滴灌优化施肥的减排效果

【目的】量化设施菜地N₂O、NO排放特征,分析其影响因素,以期为科学评估农田生态系统N₂O、NO排放提供关键参数。【方法】以黄瓜品种‘金胚98’为供试材料,在北京房山区窦店乡的温室大棚内进行了田间试验,供试土壤类型为石灰性褐土,质地为壤土。试验共设4个处理:漫灌,不施氮肥 (CK);漫灌,农民习惯施肥 (FP);滴灌,农民习惯施肥 (FPD);滴灌,优化施氮 (OPTD)。常规氮肥施用量为N 1200 kg/hm2,优化后氮肥施用量为N 920 kg/hm2。70%的化肥氮和钾肥,分6次随灌溉追施。采用自动静态箱–氮氧化物分析仪法,对黄瓜生长季的N₂O、NO排放量进行了田间原位观测,同时监测了5 cm深土壤温度、0—15 cm土层土壤孔隙水分含量,分析了N₂O、NO季节排放与土壤温度和湿度的相关性,比较了不同处理措施的减排效果。【结果】施肥和灌溉后1～2天,N₂O会出现明显的排放高峰,NO排放峰出现在施肥和灌溉后2～4天,对照无明显N₂O、NO排放峰值。CK、FP、FPD和OPTD处理N₂O季节排放量分别为N 7.32、28.69、18.62、12.16 kg/hm2;NO季节排放量分别N 0.32、0.86、0.77和0.70 kg/hm2; NO排放量分别占 (N₂O + NO) 总量的4.2%、2.9%、4.0%、5.4%。相同氮肥施用量条件下,滴灌施肥处理 (FPD) 相比漫灌施肥 (FP),不仅能保持作物产量,而且能减少N₂O、NO排放总量34.4%、9.0%;滴灌施肥条件下,减少40%氮肥投入 (OPTD) 比FPD分别减少N₂O和NO排放34.7%和9.1%。FP、FPD和OPTD处理的N₂O排放系数依次为1.78%、0.94%、0.53%,NO排放系数依次为0.08%、0.06%和0.09%。【结论】京郊设施菜地夏季N₂O排放强,NO排放弱。在不改变施肥量前提下,采用滴灌施肥可在保持作物产量的同时,显著减少N₂O和NO排放。采用滴灌的同时,优化肥料施用量可以进一步减少N₂O、NO排放。     

地膜覆盖结合秸秆深埋对土壤水盐动态影响的微区试验

为了研究地膜覆盖结合秸秆深埋（简称上膜下秸,P S）措施对内蒙古河套灌区盐碱障碍土壤的水盐调控机制,进行了微区试验,以翻耕（T）、地膜覆盖（P）和秸秆深埋（S）为对照,对比分析了不同耕作措施下食葵生育期内土壤水盐时空动态变化。结果表明：（1）P S处理能显著增强耕层（0~40 cm）土壤蓄水能力并可持续保墒,播种时其耕层土壤含水率分别较T、P和S处理高5.13%、3.49%和1.99%,食葵生长前期分别高5.01%、5.87%和2.70%,生长中期也分别高7.53%、11.02%和6.16%。（2）P S处理对耕层土壤具有显著且长效的控盐抑盐效果,播种时其含盐量分别较T、P和S处理低18.37%、20.33%和1.90%,食葵生长前期分别低45.46%、37.63%和39.67%,生长中期分别低17.89%、29.77%和37.22%,生长后期也分别低14.46%、13.90%和19.88%。（3）P S处理可显著降低单位土体积盐量,淡化耕层作用尤为明显。总之,P S可调控、优化土壤水盐分布,为食葵生长创造良好的土壤环境,促进食葵生长发育。     

秸秆隔层与地覆膜盖有效抑制潜水蒸发和土壤返盐

为了揭示秸秆隔层与地膜覆盖的蓄水控盐机理,通过室内土柱模拟试验,研究了浅层地下水埋深条件下秸秆隔层对土壤水分入渗过程以及结合地膜覆盖对蒸发过程和水盐运移的影响。入渗试验设置了均质土（对照）和秸秆隔层处理,蒸发试验在均质土和秸秆隔层处理的土表分别增设覆膜和不覆膜处理。研究结果表明：1）秸秆隔层不但降低了土壤水分入渗速率和湿润锋推进深度,还引起了湿润锋的不稳定性,即优先流现象的出现;2）秸秆隔层能抑制潜水蒸发,对累积蒸发量的抑制率可达75.07%～95.42%;3）秸秆隔层改变了土壤水盐时空分布特征,在入渗过程中可增加土壤含水率,降低土壤含盐量;蒸发过程中可将盐分控制在底土层中,抑制了土壤返盐;4）地膜覆盖可减少土壤水分散失和减弱盐分表聚,而秸秆隔层结合地膜覆盖对潜水蒸发和土壤返盐的抑制效应更强,淡化耕层作用更为明显。该研究结果可为河套灌区农田抑盐、保水和合理的耕作措施的制定提供依据和参考。     

基于大型渗漏池监测的褐潮土农田水、氮淋失特征

【目的】明确华北平原褐潮土农田典型种植模式下水分和氮素的输入及淋失特征,阐明施氮量对淋失水质的影响,为从源头减少氮素淋失、防控农田面源污染提供科学依据。【方法】2007-2012年在“国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地”上,针对玉米单作种植模式,设置不同施氮梯度（不施氮CK,优化施氮T1,习惯施氮T2）,利用“渗漏池”监测玉米生育期间土壤水分和氮素淋失过程,同时利用田间小气候气象站监测降雨发生过程,并详细记录灌溉事件。【结果】降雨和灌溉发生在4-10月,淋失发生在5-11月,相对降雨和灌溉时间有所滞后。年际间降雨量差异较大（134-525 mm）,除2009年降雨少、无灌溉且未监测到淋失事件以外,其他年份水分输入总量均高于500 mm,并均监测到淋失事件。施氮处理比不施氮处理的淋失发生次数和淋失水量均有所减少,其中CK共发生淋失37次,淋失水量422 mm,T2共发生淋失31次,淋失水量310 mm。5年监测期间,灌溉和降雨携带的全氮共计157 kg·hm^-2,其中可溶性总氮106 kg·hm^-2,但年际间差异较大（7.53-34.1 kg·hm^-2）;灌溉和降雨携入氮量越多的年份,任一处理的氮素淋失量明显高于其他年份相同处理。硝态氮是淋失水中的主要氮素形态,并且施氮量越高,淋失水中硝态氮比重越大;无论是单次淋失事件还是年度淋失总量,T2淋失的可溶性总氮和硝态氮均明显高于CK和T1。CK和T1处理5年内全部淋失事件中的硝态氮平均浓度分别低于2.0、5.0 mg·L^-1,而T2处理的5年31次淋失事件中硝态氮浓度平均为29.5 mg·L^-1,超过地下III类水标准（20 mg·L^-1）的次数有15次,最高浓度达79.0 mg·L^-1。【结论】灌溉和降雨是导致淋失的主要原因,输入的水量越多,越易发生淋失,硝态氮是淋失水中的主要氮素形态;年际间,氮素淋失量与灌溉和降雨携入的氮量呈正相关关系,灌溉和降雨携带氮量越多的年份,农田氮素淋失量越多;同一年内,硝态氮淋失量和硝态氮淋失浓度均随施氮量的增加而增加。因此,只有合理施氮才能减少氮素淋失量并保证淋失水硝态氮含量不超标,但在确定合理的农田施氮量时,要充分考虑灌溉和降雨携带氮量对氮素淋失的影响。     

长尺度下不同基流分割方法在香溪河流域的应用比较

随着非点源污染对水环境影响的日益加剧,通过基流分割估算非点源污染负荷的应用日渐广泛,合理的基流分割方法成为影响估算污染负荷的关键。研究根据三峡库区香溪河流域兴山水文站1962—2007年(共计46年)日径流数据,分析滤波平滑最小值法的适用性。结果表明,滤波平滑最小值法不仅在起涨阶段较好地追踪了数字滤波法,而且在衰退阶段较好地追踪了平滑最小值法;滤波平滑最小值法延迟了基流过程线峰值的出现时间,显现出基流比径流汇水时间长这一水文特性;从枯水指数Q90/Q50来看,滤波平滑最小值法与数字滤波法分割结果更相近;相比数字滤波法需要向前—向后—向前3次滤波,滤波平滑最小值法的优势只需要进行一次向前滤波。