基于有效积温的中国水稻生长模型的构建

有效积温是指作物生长至某一生育阶段所需要积累的有效温度,是反映气象条件对作物生长影响的主要指标,研究有效积温对作物生长过程的影响对提高农业生产效率具有重要意义。该文以有效积温作为气象因子,收集中国气象数据网中的气象数据和已发表的学术论文中的水稻生长数据,建立了描述水稻生长过程的叶面积指数和干物质积累量的普适Logistic模型,并研究了水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量、收获指数(作物经济产量与生物产量的比值)及降水量之间的关系。结果表明:有效积温为1000℃左右时,水稻叶面积指数最大,且此时干物质增长速率最大;水稻最大叶面积指数与最大干物质积累量之间表现为线性关系;最大叶面积指数和收获指数、降水量之间为二次抛物线关系,当降水量为670.5 mm时,最大叶面积指数为7.93,对应的水稻收获指数达到最大值0.50。该研究对于构建其他作物的生长模型具有一定的参考意义。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

基于EOF的渭河流域干旱时空分布特征研究

【目的】探究渭河流域气象干旱的时空分布特征及演变规律,为该流域社会经济的可持续发展提供支持。【方法】以渭河流域1960-2016年20个气象站逐月降水量和月平均气温数据为基础,基于标准化降水蒸散指数定量描述干旱,并运用经验函数正交分析法(EOF)对渭河流域各站点组成的历史干旱指数矩阵进行分解,分离干旱场的时空分布结构;采用具有一定物理意义的互不相关的典型分布模态代替原干旱场研究流域干旱空间分布规律,采用典型分布模态对应的时间系数研究流域干旱的时间分布规律。【结果】渭河流域气象干旱场干旱指数矩阵分解得到的前5个特征值的累积方差贡献率达到86.44%,但仅前2个特征值通过了North显著性检验,累积方差贡献率接近75%;模态一时间系数的线性趋势斜率小于0,且通过了0.01显著性水平检验;模态一时间系数于1984年、1986年、1989年发生3次突变,到1996年达到0.05显著性水平。【结论】渭河流域气象干旱场存在全流域一致型和东南-西北反位相型两种空间分布模态,两种空间分布模态对应全流域干旱少雨、湿润多雨、东南湿润西北干旱、东南干旱西北湿润4种干旱表现形式;模态一时间系数有显著减小趋势,反映流域干旱化趋势日益显著,而模态二时间系数无显著变化。     

基于耦合协调度的大理河流域径流和输沙关系分析

深入研究流域水沙关系变化是解决黄河流域高质量发展关键问题的重要科学途径之一。自20世纪50年代以来,黄河中游地区实施了大规模的水土保持工程,径流和输沙显著减少,水沙关系发生变化。该研究利用Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2015年来大理河流域的径流输沙变化趋势,并构建基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的径流输沙关系变异诊断方法,识别大理河流域径流和输沙关系的突变点,并通过Copula方法进行验证。结果表明:1)大理河流域径流输沙在月尺度和年尺度呈现显著的下降趋势;2)大理河流域径流和输沙关系在1996年发生显著突变;3)径流输沙关系发生突变后,径流和输沙均明显减少,输沙的减少幅度比径流的减少幅度高29.19个百分点,径流对输沙贡献程度下降幅度为5.10%,单位径流的输沙能力降低;4)淤地坝建设和植被恢复是造成大理河流域水沙变化的主要因素,修建淤地坝和恢复植被对减少泥沙具有积极作用。研究成果可以为进一步深化理解大理河流域水沙关系变化以及水土流失治理提供依据。     

高寒荒漠草原季节性放牧管理优化模拟研究

【目的】保护中国高寒荒漠草原的生态环境,指导草原牧区的全面可持续发展,从草畜平衡的角度为制定高寒荒漠草原牧区合理的放牧管理政策及实现牧草资源高效利用提供依据。【方法】根据季节性轮牧的特点和牲畜生产节律,考虑了草地资源的时空隔离和牲畜数量的动态变化,对暖季、冷季两个草场放牧时间段进行细化,在现有合理载畜量计算方法的基础上,以载畜量最大为目标,以动态草畜平衡为约束条件,以转场时间和出栏率为优化参数,建立了放牧-管理优化模型,并选取青海省乌兰县牧区作为高寒荒漠草原季节性牧区的典型代表,利用遗传算法寻优,确定乌兰县牧区丰、平、枯3种降水情景下最优放牧条件,进行草畜平衡优化模拟计算和动态草畜平衡分析,并与优化前进行对比。【结果】放牧-管理优化模型对牧区不同降水情景的模拟结果均较好。以未利用饲草量最低为依据,确定乌兰县牧区丰、平、枯3种降水情景下最优放牧条件分别为11月1日转场,出栏率43.4%、11月3日转场,出栏率38.2%和11月3日转场,出栏率36.7%,最优合理载畜量分别为109.92、96.14和83.64万标准羊单位,较优化前合理载畜量分别提高了11.75%、10.44%和10.43%;优化前后乌兰县牧区丰水年的合理载畜量分别为98.38和109.92万标准羊单位,比枯水年的75.74和83.64万标准羊单位的适宜承载量高30%,可见除牲畜出栏率和转场时间外,降水量也是影响牧区合理载畜量的重要因素;通过对牧区产草过程与牲畜动态需草过程的分析,进行乌兰县牧区平水年动态草畜平衡计算后发现,优化前冷季牧场可利用饲草不能被完全利用,放牧过程存在不合理之处,剩余草量超过6 130万kg,而优化后可利用饲草未充分利用问题得到有效解决,牧草资源得到高效利用,对于乌兰县整个牧区而言,调整放牧转场时间和牲畜出栏率是改良放牧制度的可靠方式;利用放牧-管理优化模型对牧区放牧过程进行优化,可以在保证牧区全年合理载畜量较高的同时,能够实现季节性轮牧区动态草畜平衡。【结论】放牧-管理优化模型对高寒荒漠草原季节性牧区的适用性较好,对轮牧区放牧管理过程调控和草畜平衡优化具有一定的优越性;放牧-管理优化模型可有效调控牧区载畜量,其优化结果可为制定合理的放牧制度提供参考,因此可将该模型用于优化单个牧户或牧场的放牧过程,得到单个牧户或牧场的最优放牧条件,从而制定相应的放牧制度,对单个牧户或牧场的生产实践工作更具有实际指导意义和可操作性。     

基于NSGA-Ⅱ的灌区水资源优化配置模型及应用

【目的】解决灌区水资源短缺、农业用水效率不高的问题,为灌区水资源管理提供科学依据。【方法】基于大系统分解协调原理构建了包含灌区作物种植结构和作物灌溉制度的层次优化模型,并剖析第1层模型中灌水时间对灌溉制度优化的影响,以及第2层模型中生态效益对作物种植结构优化的影响。以宝鸡峡五泉灌区为研究对象,构建了2层协调优化模型,并利用非支配排序遗传算法,实现了灌区水资源的优化配置。【结果】(1)以灌水量和灌水时间为优化对象的优化设计方案,可以提高灌区整体经济效益。第2层模型不考虑生态效益时,灌水量与灌水时间同时优化时的经济效益较只优化灌水量时增加1.87%,而第2层模型考虑生态效益时,对应的增长率为1.32%。(2)在作物种植结构的优化模型层引入生态效益优化目标,虽然经济效益有所降低,但优化后的经济效益依然显著高于现状种植结构下的经济效益,方案1、方案2、方案3和方案4与现状情况下的经济效益相比,增长率分别为15.72%、15.27%、15.99%和15.07%。(3)考虑生态效益后,优化后的生态耦合度值与现状相比也有所提升,提高23.5%。【结论】采用第1层模型优化灌溉水量和灌水时间,且第2层模型考虑经济效益和生态效益的方案,可实现水资源最优配置。     

人类活动对河岸带植被氮磷生态化学计量特征的影响——以汾河临汾段为例

[目的]探究自然河岸带和强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷生态化学计量的变化规律,为该区域的河岸带修复和环境保护提供科学依据.[方法]利用相关分析和偏冗余分析等方法,以汾河临汾段典型河岸带为例,探讨自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷含量的时空分布特性及其影响因素.[结果]河岸带植被总氮(TN),总磷(T...     

羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90％～15.17％、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%～604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%～3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。     

陕西关中地区NDVI的时空变化特征及其驱动力分析

随着全球气候变化与城市化进程加速,城市生态建设受到越来越多的关注。为揭示多因素变化背景下关中地区的植被变化规律,基于MOD13A1遥感影像,运用定性与定量相结合的方法研究了陕西关中2005—2020年归一化植被指数(NDVI)的时空演变特征及其驱动力,结果表明：(1)16年间,陕西关中的NDVI值以每年0.004 9的速率波动上升,2020年最高,达到0.68;(2)陕西关中南部NDVI值水平明显优于北部,西南部NDVI值表现最好,均处于0.7以上;(3)陕西关中植被改善区面积占总面积的52.28%,植被退化区面积占28.73%;(4)影响陕西关中NDVI分布的主要地理、气候、人为因子分别为地貌类型、降水、土地利用。     

基于成本视角的水质水量双向调节生态补偿量研究

[目的]以黄河流域陕西片区为实例进行水质水量双向调节的生态补偿量研究,为解决黄河流域上下游生态权益分配矛盾,实现流域区域间公平发展提供理论依据。[方法]同时考虑成本、价值和奖惩3个方面,以基本补偿标准为基础,采用水质改良系数法和水量贡献度法,构建基于水质水量的补偿标准测算模型开展研究。[结果]黄河流域陕西片区生态补偿量的基本补偿标准为13.74亿元;基于水质、水量调节值分别为-5.66和6.84亿元;2018年陕西省获得生态补偿金额为14.92亿元。[结论]相比以往的测算模型,该模型的测算结果更符合实际情况,同时也更适应于外部环境要素的变化。