华北平原不同降水年型和作物种植模式下的产量和耗水模拟

华北平原是中国重要的粮食生产基地,在国家粮食产业中地位较高,但长期灌溉造成了华北平原地下水资源的严重亏损,地下水位持续下降。该研究利用APSIM模型对华北平原1986－2015年不同种植模式下的产量和耗水情况进行模拟研究,为华北平原调整作物种植模式、农业水资源管理以及农业发展政策的制定提供科学依据。研究结果表明：APSIM模型能够较好地模拟冬小麦和夏玉米的生育期、产量及水分利用特征,其中生育期模拟结果的误差在5 d之内,产量、ET和下渗量模拟结果的R2均在0.84以上,表明该模型在华北平原具有较好的适用性;在华北平原地区,冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式（M2Y1）年均产量（13 445 kg/hm2）最高,但耗水量（724 mm）也是最大,水分亏损（233 mm）最为严重;一年一熟种植模式（M1Y1）年均耗水量（534 mm）较小,水分亏损量（43 mm）最少,但产量（9 215 kg/hm2）较低;两年三熟种植模式（M3Y2）兼顾产量和耗水,在保证一定产量的前提下减少了耗水量,产量耗水综合效果最好,适合在华北平原推广实行。此外,该研究对栾城站丰水年、平水年和枯水年等不同降水年型下的3种种植模式产量耗水特征进行了对比分析,研究表明在华北平原降水资源对于作物生长有重要意义,年降水量越大,作物产量越高,水分亏损量越少。     

东北平原典型玉米种植区农业景观植物多样性研究——以昌图县为例

非耕作生境是农业景观中的重要组成部分,为生物提供食物和栖息地,对生物多样性保护具有重要意义。本文以辽宁省昌图县为例,选取了20个非耕作生境比例为0~50%的网格(1 km?1 km)为样区,采用典型样地法对调查区域内农业景观中的林地、田间路、草地、沟渠、果园5类主要非耕作生境中的植物群落进行调查,探讨不同非耕作生境类型和比例中植物多样性及其与景观异质性之间的关系。研究结果表明,随着非耕作生境比例增加,植物物种多样性和均匀度先增加后减小,在20%~30%时达到峰值;非耕作生境比例在0~40%范围内时,植物物种丰富度同样呈现先增加后减小,且在20%~30%时达到峰值;非耕作生境比例高于40%时,植物物种丰富度再次出现峰值且高于20%~30%。随着非耕作生境比例的增加,农业景观香浓多样性、香浓均匀度指数和景观斑块形状复杂程度逐渐增加,蔓延度恰好相反。不同生境中重要值最高的均为禾本科植物,但植物种不同;优势种优势度为果园沟渠草地田间路林地。果园、草地和沟渠的物种多样性和均匀度指数显著高于林地和田间路,丰富度指数为草地林地沟渠果园田间路,且草地、果园和田间路的不同调查区域间植物群落指数存在较大的变异性。草地、果园、沟渠、田间路和林地中景观异质性与物种多样性相关性顺次降低。研究结论表明,东北平原典型玉米种植区农业景观中,最适宜非耕作生境比例为20%~30%;非耕作生境中林地、沟渠对物种多样性维持、湿生植物多样性保护具有积极作用;不同生境干扰类型和方式不同,景观异质性与植物物种多样性相关性程度也不同。在今后农业景观生物多样性保护中应综合考虑非耕作生境的类型和比例,干扰的类型和方式等多种因素对生物多样性、生态服务及农业产量的影响。     

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m~(-2)·a~(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。     

水足迹视角下三江平原地区农业水土资源空间配置格局研究

自1985年以来,伴随着气候变暖以及水旱种植结构的调整,三江平原地区已由雨养农业型向雨养-灌溉兼具型转变,与此同时,其农业水土资源空间配置状况也发生了较大变化。基于传统的农业水土资源匹配系数内涵,从生产水足迹的研究视角,围绕其主要粮食作物生产,采用自下而上的方法,测算了三江平原地区4个时期(1985、1990、2000、2010年)广义的农业水土资源匹配系数,进而开展县域尺度上三江平原地区的农业水土资源空间配置格局研究。结果表明:4个时期里,三江平原地区总体的农业水土资源匹配系数均高于东北地区均值(4341 m3/hm2)但低于全国均值(6213 m3/hm2);在空间分布上,三江平原地区农业水土资源空间配置格局呈现出"南北优于东西,边缘优于腹地"的特点,其中,汤原县、桦川县、萝北县的农业水土资源配置比较合理且相对稳定,宝清县、七台河市辖区、勃利县的农业水土资源配置多处于较差等级,其他地区的农业水土资源配置状况波动较大。未来三江平原地区的农业种植结构调整策略,既要考虑市场需求,也应因水而异、因地制宜,节水优先、空间均衡,科学规划、精准施策。     

淮北地区小麦主栽品种对低温胁迫的响应及抗寒性评价

为给安徽淮北地区小麦安全生产提供指导,以当地主栽品种为材料,研究不同播期条件下小麦植株对低温胁迫的响应,结合自然低温下田间冻害情况及产量表现等,对主栽品种的抗寒性进行初步评价。结果表明,返青期-12℃以下时品种的抗寒性急剧下降;播期间小麦植株的抗寒性表现为：晚播>适播>早播;电解质渗出率均随温度的降低逐渐增大;地域间抗寒性差异明显;不同区域育成品种抗寒性强弱表现为山东省＞河南省＞安徽省;筛选出一批抗寒高产品种,如‘良星66’、‘山农20’、‘济麦22’、‘烟农19’等,可作为安徽淮北地区早播条件下种植的理想品种。     

秸秆还田配伍腐秆剂对小麦生长发育和肥料利用率的影响

秸秆促腐还田作为秸秆综合利用的重要方式之一而备受关注,然而田间条件下秸秆配伍腐秆剂后的作用依然存在争议。通过在淮北平原布设田间试验,比较不施肥(CK)、单施化肥(F)、化肥+秸秆(SF)和化肥+秸秆+腐秆剂(SFD)对冬小麦生长发育状况、籽粒产量和肥料利用率的影响。结果表明,与处理F相比,处理SFD小麦生长后期的群体茎蘖数、叶面积指数、地上部干重、穗粒数及其对化肥的生理效率显著增加9.5%、18.6%、13.3%、6.2%、27.1%、85.2%和41.5%(P0.05),籽粒产量亦有增加趋势(增幅为5.1%);而处理SFD与处理SF相比,除成穗数、氮肥吸收利用率和磷钾肥生理效率略有增加外,其余指标均有不同程度下降,降幅在0.3%~26.3%之间。从而可知,在淮北平原进行秸秆化肥配施还田能够有效促进当季作物的生长发育,改善氮肥的生理效率和提高产量,配伍腐秆剂不会提升秸秆化肥配施还田的促生增效能力。     

复垦对三江平原土壤环境的影响

Soil environment in Sanjiang Plain has changed greatly because of the reclamation on a large scale The physical and chemical properties of soil have changed ,and soil erosion,soil saline-alkaliztion and soil pollu-tion occurred in some areas ,Thes Problems have obstructed the sustainable development of agriculture.For the sustainable use of soils in Sanjing Plain,in this paper we raise som suggestions and countermasures which might be refereces for experts and departments concerned.     

投影寻踪技术在松嫩平原西部水资源可持续利用中的应用

根据松嫩平原西部水资源复合系统的特征和水资源条件,建立了区域水资源可持续利用评价指标体系。应用投影寻踪技术,采用实码遗传算法优化投影指标函数,将方案多维评价指标值综合为一维投影值,根据投影值的大小实现方案的优选。研究表明,投影寻踪技术可以有效地解决权重的人为干扰,通过优化排序实现对评价结果的定量化表征。     

基于遥感的华北平原农作物时空分布变化特征分析

作物种植面积的多年时空变化是进行农业结构调整和优化的基础,也是开展农业减灾、地下水保护的重要依据。为了解华北平原主要作物近年来种植面积的时空变化过程,本文基于2000—2013年的MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,并分析了华北平原主要作物近年来的时空变化特征。结果表明:1基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,提取精度较高,结果可靠;2冬小麦?夏玉米主要分布于太行山前平原、山东省和河南省的引黄河灌区,单季玉米在河北平原北部分布最广,水稻集中分布于天津、河北唐山地区和黄河沿岸,蔬菜主要分布在城市郊区,林果分散分布于几个产果区和京津周边地区,棉花主要集中于华北平原中部地区。3华北平原粮食作物(小麦、玉米和水稻)种植面积明显下降,经济作物(林果和蔬菜)则显著增加,其中林果、蔬菜和水稻的面积变化率较大,分别为56.45%、35.76%和23.16%,蔬菜和水稻的位置转移明显。4景观格局AWMPFD和SHEI指数值表明,河北平原以南的冬小麦?夏玉米种植规模化程度提高,豫北地区冬小麦?夏玉米种植面积增加,豫北以北地区由于各类经济作物种植面积增加,区域作物种植多样化指数增加。该结果可为农业种植结构调整、资源合理利用提供参考。     

基于BP神经网络模型的三江平原湿地面积预测研究

以相关资料和文献中1950-2009年的数据为依据,利用相关分析、灰色预测方法和BP神经网络模型,定量分析了三江平原湿地面积变化的影响因素,并对未来20年三江平原的湿地面积进行预测。结果表明,耕地面积、年均气温、人口数量、径流深度、相对湿度、年降水量、政策因子与湿地面积变化关系密切,可以作为BP神经网络模型的预测变量。BP神经网络模型预测2010s三江平原的湿地面积为58.58万hm2,2020s为45.86万hm2,湿地面积在未来一段时间还有减少的趋势,但减少趋势明显减缓。