华北平原玉米种植中施入氮肥的去向研究

为了定量研究玉米氮肥利用特性以及肥料氮的去向,设计了~(15) N标记微区控制试验,设置3个施氮水平:不施氮肥(对照)、低氮处理(120kg N/hm~2)和高氮处理(240kg N/hm~2)。结果表明:土壤中残留~(15) N量随施氮量增加而显著增加(P0.05)。在空间分布上,总体呈现出随土壤深度先下降后上升的趋势,高氮处理和低氮处理~(15) N累积量均以40—60cm和60—80cm土层最多,这两层残留~(15) N总量分别占总投入量的37.55%和18.99%。与对照相比,施氮处理均显著提高了玉米地上、地下生物量和籽粒产量以及各部分吸氮量。虽然高氮处理较低氮处理施氮量增加了1倍,但籽粒产量仅增加0.14倍。氮肥农学效率与氮肥表观利用率随着施氮量增加而显著降低。高氮处理和低氮处理中玉米对~(15) N标记氮肥的利用率分别为28.86%和31.15%,土壤氮残留率分别为50.42%和36.52%,当季进入地下水的比率分别为4.27%和0.68%,其他损失率分别为16.45%和32.33%。研究结果表明,施氮量为120kg/hm~2可有效增加玉米产量,同时提高氮肥利用率,减少土壤氮累积,减小氮肥施用产生的环境污染风险。     

秸秆和地膜覆盖条件下玉米农田土壤有机碳组分生长季动态

基于黄土高原8 a的春玉米覆盖定位试验,研究了秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳、微生物量碳、潜在可矿化碳及颗粒有机碳在作物不同生育期的季节变化特征,探讨旱作农田不同碳组分对地表覆盖的响应规律。结果表明:1)秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳及其各组分含量在玉米生长期间总体呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势。2)与不覆盖对照相比,秸秆覆盖在大部分作物生育期均显著提高了土壤有机碳各组分含量,有助于培肥地力和土壤固碳;而地膜覆盖在作物生育后期导致土壤有机碳及各组分含量显著下降。3)秸秆覆盖下表层土壤颗粒有机碳对总有机碳变化具有重要贡献,地膜覆盖后土壤有机碳变化可能主要来自于潜在可矿化碳和颗粒有机碳,而土壤微生物量碳相对含量在不同处理间差异不大。4)对照和地膜覆盖处理土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳的相对含量在大喇叭口—抽雄期均有显著下降,而秸秆覆盖下两种组分的相对含量则保持平稳,表明秸秆覆盖对生育后期土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳有重要的补给作用。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤有机碳及组分含量的作用,地膜覆盖则无明显效果,且在春玉米生育后期降低了土壤总有机碳及各组分的含量。     

青藏高原地区3种全球DEM精度对不同地形因子的响应

[目的]探究青藏高原地区3种全球DEM精度对不同地形因子的响应,以便对全球DEM在各领域应用研究提供支撑。[方法]以青藏高原地区作为研究区,以ICESAT/GLAS的GLAH14高程数据作为高程参考数据,研究SRTM DEM,ASTER GDEM和HydroSHEDS DEM的精度对坡度、坡向以及地形粗糙度等地形因子的响应规律。[结果]总体上,SRTM DEM精度最高,HydroSHEDS DEM精度最低。不同地形因子对3种DEM精度均有不同影响。DEM误差随着坡向分布呈不同的态势。其中SRTM DEM正负测量偏离值点分别集中在南坡向和西北坡方向;ASTER GDEM正负测量偏离值点分别集中西北坡向和东南坡向;HydroSHEDS DEM正负测量偏离值点分别集中在东坡向和西南坡向。3种DEM精度与地形粗糙度均呈现较为明显的二次多项式关系。[结论]在青藏高原地区,3种DEM精度均与地形要素有着不同程度相关性,SRTM DEM精度最优且受地形要素影响程度小,HydroSHEDS DEM精度最差,受到地形要素的影响程度最大。     

人类活动对秦岭月河流域径流变化的影响分析

气候变化和人类活动是河川径流变化的主要驱动力。在相似气候的前提下,人类活动是流域径流变化的主导因素,定量识别人类活动对径流变化的作用机制对深入探究径流的变化特征具有重要意义。本研究以秦岭月河流域为研究对象,基于流域内水量平衡的基本原理,在相似气候的前提下,结合土地利用/覆被变化(LUCC)和归一化植被指数(NDVI)的变化,分析月河流域的径流变化来量化人类活动对径流的影响程度。结果表明:(1)1960—2018年流域内径流量的平均值为8.3×10⁸m³,径流整体呈现出减少的趋势,变化趋势不显著。(2)在相似气候的前提下,本研究共得出6组气候相似年组,其中有3组年径流量增加,2组年径流量减少。(3)以第3组相似年组(2000年和2016年)为例来定量区分气候变化和人类活动对流域径流的影响,2016年与2000年相比,径流减少了4.7×10⁸m³。(4)在第3组相似年组的时段内有25751.4 hm²的耕地转化为林地,林地面积增加了24998.9 hm²。(5...     

黄土高原丘陵沟壑区浅沟对切沟发生和发育的影响

浅沟和切沟是侵蚀沟的重要组成部分,二者之间是否存在较为明显的关联性,成为新时期黄土高原沟道侵蚀治理的关键问题之一。为探究黄土高原切沟沟头上方浅沟对其下方连通的切沟发生、发育的影响,该研究在陕西子洲岔巴沟流域上、中、下游各选1个典型小流域为研究区,基于厘米级无人机航摄和高精度野外实测,系统分析黄土高原丘陵沟壑区浅沟与切沟连通性现状及这一连通性对切沟在极端暴雨情景下新成和之后3 a时间尺度发育的影响。结果表明:1)在极端暴雨情景下,有浅沟的坡面更有利于切沟的发生,3个小流域在陕北2017年“7.26”极端暴雨中共发生43条新成切沟,其中67.44%与浅沟连通。2)切沟沟头上方是否存在浅沟对切沟形态特征具有重要影响,和浅沟连通的切沟长度显著大于和浅沟不连通的切沟,在切沟宽度上这一影响不显著。3)切沟沟头上方浅沟对其下方连通的切沟发育也有显著的影响。在2017年“7.26”暴雨后3 a时间尺度上,相比与浅沟不连通的切沟,与浅沟连通的切沟在后续发展过程更加活跃。有浅沟连通条件下沟头发育的新成切沟和原有切沟的占比分别是无浅沟连通的1.67倍和3.11倍,沟头前进速率分别是其1.80倍和2.17倍。...     

新疆春季融雪洪水危险性动态评价研究

从新疆春季融雪洪水发生的机理出发,选取雪深、高程、水系距离3个评价因子,结合历史灾情数据,利用客观性较高的信息量模型以及GIS技术对新疆春季融雪洪水灾害的危险性开展了定量评价,获取了新疆春季融雪洪水危险性区划图。利用动态致灾因子日正积温和日降水量,驱动静态新疆春季融雪洪水危险性区划,建立了春季融雪洪水危险性动态评价体系,在日尺度上对全疆春季融雪洪水的发生进行了动态评价。结果表明:(1)新疆春季融雪洪水的高危险区主要分布在北疆的伊犁河谷、博州、中天山北坡、塔城北部和阿勒泰地区。(2)对新疆伊犁地区2005年3月中上旬的融雪洪水灾害进行动态评价检验发现,融雪洪水危险性动态评价结果精度较高,可应用到全疆的融雪洪水动态评价中。本研究可为新疆春季融雪洪水的防治和水资源管理提供支撑。     

基于多元线性回归模型和Anusplin的秦巴山区≥10℃积温空间模拟比较

为获取山区准确的高精度空间积温数据,采用高精度的气象插值软件Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟山区≥10℃积温的空间分布,为山区积温空间模拟提供解决方法。以地形起伏较大的秦巴山区作为研究区,选用研究区内69个气象站点及其周边22个气象站点1960—2019年的逐日平均气温实测数据,采用Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟了秦巴山区30 m分辨率≥10℃积温的空间分布。通过对预留气象站点实测数据进行验证,评价了两种方法在山区积温空间分布模拟复杂性问题中的适用性。结果表明:基于Anusplin的≥10℃积温的空间模拟方法较多元线性回归模型插值精度略高。即基于Anusplin的空间模拟方法能更真实地反映山区积温的空间分布情况,体现了海拔、经纬度对积温的影响,能更好地模拟复杂山区高精度的积温数据,为山区积温空间模拟提供了新的选择方法。     

1992-2017年中亚五国农作物水足迹变化特征

本研究以中亚五国为研究区域,以农作物水足迹为评估手段,分析了1992—2017年间中亚五国农作物水足迹的时空变化特征,以揭示中亚五国农作物水足迹结构,厘清引起中亚五国水足迹变化的主要农作物的贡献。结果表明:1)中亚五国农作物水足迹时间变化特征明显,1992—2017年中亚五国农作物绿水足迹(-9.7×10~9 m~3)和蓝水足迹(-5.6×10~9 m~3)均趋于减少。中亚五国农作物水足迹空间分布差异显著,哈萨克斯坦农作物绿色水足迹最高(平均4.96×10~(10) m~3),且远高于其他4国(平均3.6×10~9 m~3),而蓝水足迹以乌兹别克斯坦最高(平均1.53×10~(10) m~3)。农作物绿水足迹和蓝水足迹增长率最大的国家分别是土库曼斯坦(87.6%)和吉尔吉斯斯坦(32.3%);绿、蓝水足迹减少率最大的国家分别是哈萨克斯坦(-20.7%)和乌兹别克斯坦(-24.2%)。2)中亚地区农作物绿水足迹主要以粮食作物为主,蓝水足迹以粮食作物和油料纤维作物为主;而粮食作物水足迹结构中,主要以小麦、水稻和玉米为主,油料纤维作物水足迹结构中,主要以棉花为主。3)哈萨克斯坦作为绿水足迹减少最多的国家,大麦(51.6%)和小麦(28.2%)的贡献最大;乌兹别克斯坦作为蓝水足迹减少最多的国家,棉花(61.9%)贡献最大。通过开展中亚地区的农作物水足迹研究,发现中亚农作物水足迹整体呈下降趋势,厘清了中亚地区引起水足迹下降的主要农作物种类,相关成果可以为中亚地区的农作物优化种植和水资源节约提供支撑。     

1992-2015年中亚五国LUCC特征及耕地驱动力研究

中亚五国地处亚欧大陆的中心地带,是"一带一路"重要的沿线节点之一。借助GIS空间统计分析方法,以欧洲太空局气候变化项目全球土地覆盖数据为基础,利用土地利用程度、动态度和转移矩阵对中亚五国1992—2015年土地利用/覆盖变化(LUCC)特征进行分析,并运用地理探测器对耕地驱动力进行深入研究。结果表明:1)1992—2015年,中亚五国的土地利用格局总体上表现为耕地和城镇用地持续增加,林地、草地和水域呈减少的趋势。耕地的增加主要来自林地(7.88万km~2)和草地(5.27万km~2)的转入,城镇用地的增加主要来自耕地(0.50万km~2)的转入,耕地是仅次于城镇用地增速较快、变化最为显著的土地利用类型;城镇用地在各国均呈现增加的趋势,耕地除乌兹别克斯坦之外,在其他4国均呈现增加的趋势。2)1992—2015年中亚五国土地利用程度总体呈缓慢上升趋势(土地利用程度综合指数从1992年的193.34增加到2015年的197.41),即土地利用处于发展阶段;土地利用程度为耕地林地草地未利用地水域城镇用地。3)地理探测器对耕地变化驱动因素的分析结果表明,自然因素中年平均降水量对耕地变化的作用较为显著,但在短时间内社会和农业因素发挥决定性的作用;因子探测表明人口总数(0.882)和农村人口(0.881)对耕地扩张的影响力最大,其次为粮食单产(0.746);交互探测表明各因子交互作用均为互相增强,其中,农村人口与粮食单产的叠加作用对耕地扩张的解释力度最大(0.972),影响耕地扩张的主要因素可归纳为人口增长和粮食单产提高。本研究可为中亚五国土地利用格局演变、区域土地利用规划和土地资源可持续利用提供决策支持。     

梯田对侵蚀地形指标的影响——以黄土丘陵第2副区为例

[目的]探究人工地形(梯田)对地形指标的影响,分析修建梯田对土壤侵蚀过程的影响,为土壤侵蚀评价中梯田措施因子的确定提供科学依据。[方法]通过无人机航空摄影测量,获取纸坊沟流域高精度DEM数据,通过模拟原始坡面数据和构建水平梯田数据,并对这些数据提取坡度、坡长、坡度坡长因子、单位汇水面积和地形湿度指数,分析了这些因子的变化情况,认识梯田对侵蚀地形的影响。[结果](1)梯田的修建使得坡度减缓、坡长截断、LS因子变小,随着梯田面积占比的增加,坡度、坡长、LS因子均呈减小趋势;梯田区,坡度、坡长、LS因子大致沿等高线呈条带状分布,非梯田区,坡度、坡长、LS因子从分水线向下逐渐增加,到沟底又逐渐变缓。(2)梯田的修建使得单位汇水面积减小、地形湿度指数变大;单位汇水面积的空间格局与坡长比较类似,较高部位单位汇水面积较小、低洼部位较大;梯田区地形湿度指数与坡度有相反的空间分布格局,非梯田区地形湿度指数与单位汇水面积类似。(3)微观尺度上,坡长、LS因子、单位汇水面积以及地形湿度指数均沿田面坡降方向呈增加趋势,在修建梯田或维护梯田时,应尽量保持田面水平或有微小反坡。(4)根据梯田对LS因子的影响,研究...