21世纪以来我国灌溉面积构成及农业种植结构变化趋势

【目的】揭示我国及各分区灌溉面积构成和农作物种植结构的变化趋势。【方法】基于统计分析和文献调研方法,分析了2000—2014年全国及各大分区灌溉面积及其构成和农作物种植面积及其结构变化情况,并根据我国农产品生产布局及水资源形势对各分区未来耕地灌溉面积发展和农业种植结构调整进行了预判。【结果】(1)一方面,我国耕地灌溉面积及粮食作物播种面积还在继续增加,另一方面,耕地灌溉面积占总灌溉面积的比例由92.7%下降到91.4%,粮食作物播种面积占农作物播种面积的比例由69.4%下降到68.1%;(2)东北和西北耕地灌溉面积增加幅度最大,东北和华中粮食播种面积增加最显著。【结论】我国粮经饲统筹、农林牧渔结合的大农业发展趋势决定了未来耕地灌溉面积和粮食作物播种面积分别在总灌溉面积和农产品播种面积中小幅下降的趋势在未来将持续。东北及华中地区将继续发展灌溉面积保障稻谷和小麦等谷物种植;东北和西南会大力发展油料作物及饲料作物;西北和华北耕地灌溉面积将难以增长;西北将着力发展低耗水的薯类、杂粮及饲草作物;华北将调减小麦播种面积并适当发展油料及饲料作物。     

牧区水-土-草-畜平衡调控模型建立与应用

针对牧区水资源短缺、水土资源不匹配、草畜平衡矛盾突出及生态环境脆弱的问题,该文在分析现有研究对牧区水-土-草-畜平衡调控研究不适应的基础上,构建经济效益与生态效益统一度量的牧区水-土-草-畜平衡调控模型,并在内蒙古自治区鄂托克前旗进行实例应用,以牲畜饲养过程中灌溉人工草地和天然草地耦合比例建立调控方案集,分析水土草资源开发与经济生态综合效益响应关系,结果表明随牲畜补舍饲时间增加灌溉人工草地种植面积增加,区域发展限制因素逐渐由天然草地限制过渡为水资源限制,研究区土地资源丰富,水资源是控制区域水-土-草-畜平衡发展的关键因子。到2030年鄂托克前旗水-土-草-畜平衡调控阈值主要指标为水资源开发利用量控制在2.66亿m~3,灌溉面积控制在4.24～4.31万hm~2之间,灌溉人工草地开发规模控制在3.04～3.42万hm2之间,牲畜饲养量控制在113.54～118.85万羊单位之间。模型为定量化研究牧区水-土-草-畜平衡调控阈值提供一种新的思路与手段。     

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。     

水肥耦合对膜下滴灌甘蓝根系生长和土壤水氮分布的影响

水肥施用制度是影响水肥利用效率和作物产量的主要因素。该研究主要针对大棚种植甘蓝膜下滴灌下采用不同水肥施用制度时作物根系生长和土壤水氮分布开展试验观测分析,在已有研究推荐的氮肥用量范围中选取了3个氮肥用量(200、300和400 kg/hm2)与制定的灌水方案(上/下限:90%θf/75%θf、100%θf/85%θf和100%θf/75%θf,θf为田间持水率)建立了低水高肥、高水低肥和中水中肥3种水肥施用制度方案,在水利部节水灌溉示范基地大棚内开展了2季田间对比试验。试验结果表明:较高的灌水下限(85%θf)会增加甘蓝根系在0～20cm土层中的分配比例,较高的水肥用量能增加根系质量;处理2(高水低肥)的灌水施肥制度可使根系层土壤保持较高的含水率和较小的变异系数,且灌溉水向深层渗漏不明显,生育期内各处理土壤硝态氮和铵态氮的变化主要发生在0～40 cm土层,40 cm以下土层变化较小,而对于根系98%以上分布在40 cm以上土层的甘蓝来说,这有利于根系对N素的吸收利用,从而提高甘蓝对氮素的利用效率;施肥时灌水量较大会引起硝态氮和铵态氮向深层淋失的危险,且300和400kg/hm2的施氮量在作物收获后土壤表层硝态氮残留量较大。综合分析,该试验认为甘蓝适宜的施氮量200 kg/hm2,适宜的灌水下限85%θf、灌水上限100%θf,该结果可为设施膜下滴灌甘蓝水肥管理和减轻农业面源污染提供技术参考。     

电站尾水渠内鱼道进口位置布局

电站尾水渠是上溯鱼类较为理想的聚集场所,利用电站尾水渠合理布置鱼道进口,是目前大中型河流鱼道建设中的研究热点之一。该文通过数值模拟,结合鱼类游泳能力,对利用电站尾水诱鱼的鱼道进口布置进行研究。结果表明:机组运行方式、鱼道进口位置与出流方向均对鱼道进口诱鱼水流产生较大影响。机组运行方式决定了尾水渠内主流的位置,并在主流两侧形成多个回流区。回流区水流的旋转方向和位置对鱼道进口诱鱼水流的影响较大,鱼道进口的诱鱼水流动量较小,其出流方向应与回流区水流方向一致,并可根据电站运行方式,设置多个鱼道进口。主流与回流区之间的过渡区域是布置鱼道进口的重点区域。该研究结果可为优化改进大中型河流鱼道进口设计提供重要参考。     

蒙自断陷盆地不同土地利用方式土壤养分特征

为探讨喀斯特断陷盆地不同土地利用类型土壤养分含量本底特征,以蒙自断陷盆地内林地、农地、园地以及荒草地为研究对象,设置固定样地,采集0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm土壤样品,测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、pH以及机械组成,并采用主成分分析的方法选取具有代表性的指标进行土壤质量指数的计算。结果表明:土地利用类型显著影响土壤有机质含量,草地土壤有机质含量最高,其次为农地和林地,果园土壤有机质含量最低;不同土地利用类型之间土壤全氮含量差异显著,农田土壤全氮含量较高,其次是草地与林地,果园最低。林地土壤全钾含量最高,而全磷含量最低,草地土壤全磷含量最高,而全钾含量最低。4种土地利用类型土壤偏酸性,pH变化范围5.82~6.67。土壤质量指数计算结果表明,各类土地利用方式土壤肥力质量较为接近,林地土壤肥力质量最好。研究结果以期为喀斯特断陷盆地土壤养分含量变化范围以及土壤养分现状提供依据,并为评价喀斯特生态系统植被恢复的改良土壤效应提供基础支撑。     

宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林土壤湿度动态与影响因素

【目的】以宁夏南部黄土丘陵区带状山杏人工林为例,揭示林带内与带间的不同深度处土壤湿度的时空变化及其关键环境影响因素,为半干旱区林草植被科学管理及雨水资源高效利用提供依据。【方法】2020—2022年,在宁夏彭阳县山杏人工林带内和带间各布设1套200 cm测深的智墒传感器,分层逐时监测土壤体积含水量和土壤温度变化,同时布设1台气象站连续监测近地面降水、气温、空气湿度等气象条件,采用相关分析探究土壤湿度对前1日土壤湿度、土壤温度和气象因子的响应规律。【结果】2020年和2021年为平水年,降水量分别为467.4和440.8 mm;2022年为枯水年,降水量为354.8 mm;土壤体积含水量平均值为平水年(2021年,17.0%)显著高于枯水年(2022年,14.3%)。土壤体积含水量随土层加深呈近线性增加,其斜率表现为林带间高于林带内,平水年高于枯水年。在0～120 cm土层的土壤体积含水量为林带内(15.3%)高于林带间(14.0%),但在120～200 cm土层为林带间(17.6%)高于林带内(16.8%)。在0～60 cm土层的土壤体积含水量变异系数为林带间(42.9%)高于林带内(...     

云南省干旱分区及农业旱灾风险区划研究

探讨了干旱分区及农业旱灾风险区划的方法,并在云南省开展了应用研究。选取流域地貌特征指数、多年平均干旱指数和75%保证率年降雨量负距平百分率指标,采用主成分分析法对云南省进行干旱自然分区进行了研究;将干旱分区成果作为旱灾风险区划指标之一,综合考虑旱灾风险危险性、脆弱性及易损性因素建立了旱灾风险区划指标体系,并根据多层次模糊综合评估结果进行了云南农业旱灾风险区划研究。结果表明,滇东北是干旱易发区,滇西南是干旱轻发区或少发区;滇东北属于旱灾高风险区,滇西北属于旱灾低风险区。分区成果与云南省的历史干旱情况基本符合,表明基于主成分的干旱自然分区和基于构成要素的旱灾风险区划方法是可行的。     

基于无人机多光谱影像的地物识别

【目的】利用2018年5和6月获取的无人机多光谱影像对北京市大兴试验基地的部分农田进行地物类型提取研究。【方法】确定感兴趣地物种类,对影像进行时相与光谱特征分析,然后确定归一化植被指数NDVI、归一化绿蓝差异指数NGBDI、修正型比值植被指数MSR和红边波段反射率可以作为最优分类特征,通过基于光谱变量阈值分割的决策树分类法,实现地物分类,并提取种植面积,选取基于目视解译的地面调查数据进行方法验证。【结果】基于时相与光谱特征的决策树分类方法有较好效果,该方法用于小麦、果树和大棚的提取,误差值分别为10.68%、6.06%和16.48%,面积提取误差在17%以内,对无人机多光谱遥感影像进行地物识别具有一定的适用性。【结论】无人机低成本、高效率的优势为农田信息及时获取提供参考。     

不同水质评价方法在滦河下游段的比较应用

科学有效的水质评价方法是分析河流污染原因、制定污染治理措施的前提。以海河流域滦河下游段及冀东沿海诸河为例,采用单因子评价法、内梅罗指数法、综合污染指数法、模糊数学法和主成分分析5种方法分别评价该流域内17个监测断面逐月水质状况。结果表明:①所有监测断面均为劣Ⅴ类水质,饮马河、汤河等断面污染严重,NH_3-N为主要污染物;②不同的水质分析方法各有优势,单因子评价法和主成分分析相结合的方法计算简便,能满足识别水质类别、主要污染物及超标倍数的要求,更适于本研究区的水质评价工作。