北方农牧交错带农业生态系统结构的能值分析——以准格尔旗为例

优化农业生态系统结构是改善区域生态环境、维护生态安全的重要途径。利用研究区统计年鉴数据,运用能值理论、方法,对准格尔旗农业生态系统的能值投入、产出结构和运行效率进行定量评估,评价环境资源对农业生态系统的影响与贡献,为农业生态系统结构优化提供理论依据。研究表明:(1)环境资源,尤其是可更新资源的能值投入对准格尔旗农业生态系统生产力的贡献最大。遵循适度规模原则,优化能值投入结构,提高环境资源利用效率,加强水土保持,同时发展集水型生态农业,推广现代农牧业是提高准格尔旗农业生态系统生产力的根本出路;(2)畜牧业是准格尔旗农业生态系统的支柱。发展草基畜牧业,构建可持续的生态经济范式,实施"农牧互促"方案,提高农牧业系统耦合度及其整体生产力,是发展准格尔旗农业生态系统生产力的战略方向;(3)准格尔旗农业生态系统对当地环境资源的依赖程度增加。增强系统同化作用,加大农业科技辅助能值投入,降低干旱灾害风险,提高农业生产力,是改善准格尔旗生态环境质量,促进区域可持续发展的重要举措。     

基于结构规模的冬小麦种植面积遥感抽样估算

在种植结构复杂地区,由于受到混合像元和同期作物的影响,传统的以规模为分层标志进行冬小麦种植面积遥感估算难以保证抽样效率和精度。该文综合考虑混合像元、同期作物的影响,构建了结构规模指标进行冬小麦种植面积遥感抽样估算。采用TM和QuickBird为研究数据,设计不同的抽样方案估算冬小麦的种植面积,计算标准误差、准确度和变异系数衡量估算精度,与传统简单随机、规模指标分层抽样进行对比分析,验证本文方法的有效性。试验结果表明,以结构规模指标分层抽样的反推结果在各项指标上均明显优于传统简单随机、规模指标分层抽样方式,尤其在小样本量时,标准误差降低2.0×105m2,准确度提升了1%。该研究结果为在大范围种植结构复杂地区进行冬小麦种植面积遥感估算的改进提供了试验依据。     

黄土丘陵区缓坡地不同土地利用方式的产流效应

探讨缓坡土地利用方式与水土流失之间的作用机制,对于黄土丘陵沟壑区水土流失治理具有积极意义。利用中国科学院安塞水土保持综合试验站2009—2011年间小区定位监测数据,探讨缓坡谷子地(F)、柳枝稷地(S)、撂荒地(A)、2/3谷子-1/3柳枝稷地(FS)、2/3谷子-1/3撂荒地(FA)5种土地利用方式的产流效应,结果表明:1)缓坡谷子地(F)的径流量最大,受短历时高强度降雨影响显著;2)7月是产生径流的敏感时期;3)土地利用方式S、A、FS、FA与F相比,具有不同程度的减流效应,减流效应大小顺序为A>S>FA>FS;4)植被覆盖度的增加对减少缓坡产流量起到积极作用,但当降雨量、降雨强度较大时,植被覆盖削减径流的作用会被减弱。     

地表太阳辐射经验值对参考作物需水量计算的影响

针对中国太阳辐射站点观测数据较少的客观条件,以联合国粮农组织(FAO)建议的通过Angstrom公式及其参数计算的地表太阳辐射(R_(s-c))对中国九大农业区基于Penman-Monteith(PM)公式计算的参考作物需水量(ET_(0-PM))的影响为目标,利用中国地面气候资料月值数据集和中国辐射月值数据集中的112个站点1957年1月—2017年3月的气象要素逐月有效观测日均值数据,通过对比分析和相关分析,讨论了站点R_(s-c)与观测的地表太阳辐射(R_(s-o))的时空差异,以及二者分别输入PM公式获得的ET_(0-c)和ET_(0-o)的时空差异。结果表明:基于年内时空尺度的各农业区R_(s-c)和R_(s-o)存在显著且不稳定的差异,R_(s-c)直接替代R_(s-o)参与计算ET_(0-c)可能出现较大的误差。基于R_(s-c)和R_(s-o)分别计算的ET_(0-c)和ET_(0-o),无论是在全国,还是各个农业区,均存在显著的线性相关性,R~2超过0.67,ET_(0-c)平均值只有0.06～0.26 mm/d的误差。考虑中国的农业地域类型,应对北方地区的"春旱"灌溉需求,可以直接以R_(s-c)计算获得ET_(0-c),而在全国范围内的夏季"伏旱"期,输入R_(s-c)计算的ET_(0-c)比输入R_(s-o)计算的ET_(0-o)偏大。在高精度的节水农业应用中,建议研究相应的校正模型对夏季ET_(0-c)进行校准。     

黑土小流域沟道分布遥感监测及主控因素研究

为了对典型黑土区小流域沟道分布进行遥感监测,并解析影响其发育的主控因素,选择黑龙江省海伦市光荣村为研究区,通过对遥感影像和地形图的目视解译判读和空间分析,量化汇水区面积、坡长等12个变量,结合对264条切沟与等高线分布关系的地貌学分析、统计分析和野外详查,解译地表径流和机耕道作用等6种情形,对典型黑土区小流域切沟发育主控因素进行探讨。结果表明,研究区林地面积大小不能直接控制切沟发育,林地内活跃沟长占活跃切沟总长的46.2%。小流域汇聚坡是切沟发育的典型地形,沟长占总长的68.1%,汇聚坡导致地表集中径流,沟长占总长的63.0%。汇水区面积和坡长是影响沟长的最主要因素,而小流域坡度是影响沟密度的显著因素。同时,切沟侵蚀多伴生于农田机耕道路一侧,机耕道旁沟长约占其总长的23.3%。研究表明,黑土区切沟侵蚀主要与机耕道促进地表径流的作用密切相关,侵蚀沟综合治理必须考虑小流域景观布局和山水林田湖草综合治理,应将农田机耕道路周边大型活跃切沟防控作为黑土区保护的重中之重。     

农户绿色生产技术采纳行为及其效应——以测土配方施肥技术为例

为揭示农户绿色生产技术采纳行为决策的规律性和显化其行为效应,基于鄱阳湖平原6个产粮大县的607份调查数据,利用内生转换回归(ESR)模型实证分析了农户采纳测土配方施肥技术的影响因素及其采纳行为的经济和生态效应。结果表明:农户采纳测土配方施肥技术主要受到家庭总收入、耕种面积和信息获取渠道的正向影响,耕地破碎度和家离农技机构距离的负向影响。测土配方施肥技术的采纳有助于农户实现水稻的增产和化肥的减量化施用,表现为在反事实假设情景下,实际采纳该技术的农户若未采纳,其水稻单位面积产值下降6.38%、化肥施用量增加2.14%;实际未采纳该技术的农户若采纳,其水稻单位面积产值提高1.83%、化肥施用量减少1.00%。鉴于此,建议降低耕地破碎度,实现适度规模经营,加强技术的宣传推广,构建技术培训体系,显化技术效益,发挥技术的示范带动效果。     

中国水蚀区5种典型土壤的侵蚀性降雨阈值比较

[目的] 准确拟定侵蚀性降雨阈值,区分侵蚀性与非侵蚀性降雨事件,为有效减少土壤侵蚀预报的工作量以及区域土壤侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在北京市房山区布设中国5个水蚀二级区典型土壤休闲小区,收集各小区2006—2019年的产流产沙监测资料,利用降雨侵蚀力偏差法分析各小区的侵蚀性降雨量(P)和最大30 min雨强(I₃₀)阈值。[结果] ①相比P阈值,I₃₀在识别侵蚀性降雨方面更为有效。②黑土和褐土小区侵蚀性降雨阈值较高,二者P阈值均为10.0 mm,I₃₀阈值均为10.2 mm/h;黄土小区次之,其P和I₃₀阈值分别为9.5 mm和8.9 mm/h。紫色土与红壤小区较低,二者的P阈值分别为5.4和6.1 mm,I₃₀阈值分别为3.2和5.2 mm/h。③各径流小区的监测资料年限达到12 a时,侵蚀性降雨阈值才可达到稳定。[结论] 不同地区土壤的侵蚀性降雨阈值存在较大差异。侵蚀性降雨阈值不仅受土壤自身特性如粒径分布和有机质含量的影响,还与当地的气候状况如降雨雨型有关。     

干燥致密土壤在沙粒流冲击下的磨蚀规律

在土壤风蚀过程中,跃移颗粒对表土的冲击磨蚀是公认的一种重要起尘机制。磨蚀体现了跃移沙与土壤相互作用,受沙粒跃移运动参数和土壤力学性质共同控制。然而,现有风蚀模型尚未充分考虑土壤力学性质的地位与作用,缺少磨蚀速率计算公式,亟需从固体力学角度探讨土壤磨蚀规律。该研究借鉴岩石磨蚀模型,针对含水率小于1.5%、体密度大于1.60×103 kg/m3的干燥致密土壤,提出了代表单位时间内的碰撞次数、土壤抗压强度和杨氏模量、入射沙粒动能和密度等综合效应的磨蚀变量;通过标准压缩试验测得黏土、砂土、壤土、砂质黏土、壤质黏土共5种人工均质土壤的抗压强度和杨氏模量的范围分别为0.823～4.092 MPa和0.043～0.149 GPa;利用自行设计的冲击磨蚀试验得到了干燥致密土壤在沙漠沙颗粒流冲击作用下的磨蚀规律,即磨蚀速率是磨蚀变量的线性函数,其斜率与截距分别为3.27×104和-0.027 kg/s。研究结果有助于恰当描述风蚀模型中的土壤力学性质、准确计算风蚀速率,进而服务于农田防护和水土保持工程,并为中国西北干旱区天然地貌和人工建筑风蚀现象的研究提供理论依据与数据支撑。     

黄土丘陵沟壑区坡体稳定性影响因素分析

选取黄土丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究区,利用高精度遥感影像(分辨率0.068 m)和DEM (分辨率0.34 m)数据,结合野外调查,对崩塌、滑塌、滑坡、脱落和陷穴等失稳体进行识别,通过统计学、敏感系数方法,利用识别失稳体数据,分析不同类型失稳体空间分布状况,定量研究不同类型失稳体的影响因子敏感程度,揭示不同类型失稳体的主控因子,进一步阐明流域坡体失稳体的空间分布规律和影响坡体稳定性的主控因子。结果表明:(1)利用高精度遥感影像,获取流域失稳体,主要是以小规模和浅层的脱落、崩塌和滑塌为主,三者面积合计为0.417 km²,占流域总面积的5.04%。(2)评价因子内部中,土壤母质的红黏土、土地利用的天然灌木林地和草地、地貌部位的沟坡、坡度＞35°、地形起伏度为0.74~3.34 m是坡体失稳发生的高敏感区域,也是崩塌、滑塌、脱落和陷穴发育共有的敏感区域。(3)影响坡体稳定性主控因子权重由大到小为土壤母质、地形起伏度、坡度、土地利用和坡向。崩塌、滑塌和脱落的主控因子与整体坡体稳定性的主控因子相同,但因子内部权重存在差异。崩塌与整体坡体稳定性影响因子顺序分布一致。滑塌主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＝坡度＞土地利用＞坡向＞地貌部位。脱落主控因子权重由大到小为土壤母质＞土地利用＞地形起伏度＞坡度＝坡向＞地貌部位。滑坡的主控因子为坡度和地形起伏度。陷穴的主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＞坡度＞坡向。     

青海湖防沙治沙区土壤微生物特征初步研究

选择了青海湖防沙治沙措施区,通过野外调查、采样和室内实验分析,对该措施区及流动沙区的土壤微生物数量及垂直分布特征进行研究。结果表明:(1)微生物总数量为沙岛半固定沙丘> 克土丘间地> 克土灌丛> 沙岛灌丛> 湖东种羊场草方格区> 流动沙丘> 克土沙棘草方格> 克土青杨草方格> 示范区近年设置的草方格区。(2)早期治理区,植被覆盖较高,微生物数量垂直分布表现为上层的高于下层,微生物含量也较其他点高。(3)流动沙丘及草方格治理的沙丘,微生物数量非常少,而且下层的稍高于上层,这是因为流动沙丘下层土壤水分状况较好。