北方夏玉米滴灌施肥一体化技术应用效果

为有效提高夏玉米水肥利用效率,通过田间试验对滴灌施肥一体化高效调控与利用技术进行系统的探究。结果表明,与常规漫灌(T1)相比,采用滴灌施肥一体化技术(T2和T3)可显著提高夏玉米大喇叭口期至灌浆期的叶面积指数;显著促进吐丝期至成熟期的干物质积累;在产量构成因素方面显著增加穗粗和穗粒数,并在一定程度上降低玉米穗的秃顶长度,进而显著提高夏玉米的产量。与T1相比,T2和T3增产5.32%~6.13%;水分利用效率提高36.10%~39.42%;氮、磷、钾肥利用率分别提高37.56%~35.29%、23.09%~30.30%、106.21%~121.51%。此外,采用滴灌施肥一体化技术可显著提高夏玉米生产经济效益。与T1相比,T2和T3可有效降低投产比,收益率平均提高4.71个百分点。在化肥用量较常规灌溉模式减少20%条件下,采用滴灌施肥一体化技术既能显著提高夏玉米产量,又能提高经济效益,是适宜在潮土区推广的一种高效节本增收的灌溉模式。     

河南省冬小麦种植面积遥感监测及其时空特征研究

【目的】准确实现河南省冬小麦种植面积的遥感提取,并探索河南省冬小麦种植面积的变化过程。【方法】将遥感监测与统计数据结合,以多时相MODIS遥感影像作为数据源,分析制定了冬小麦信息的提取规则,利用统计数据辅助确定规则中的阈值选取,以减少阈值选取的主观性,提取出河南省2004—2013年冬小麦种植面积,并分析了河南省2004—2013年冬小麦种植面积的时空变化。【结果】遥感监测结果与各地市统计值具有较高的相关性(R2=0.938 5),在平原地区具有较高的精度,监测精度为89.5%,而在受到地形等因素影响的地区,冬小麦种植面积的分布相对破碎,监测精度具有较大误差,个别地区甚至不足50%。从空间上看,河南省冬小麦种植面积的空间分布总体较为集中,主要分布在河南中东部的黄河平原和淮河平原地区和豫西南的南阳盆地地区。从时间上看,河南省冬小麦种植区域总体变化较小,种植年份较为稳定的区域主要分布于豫东平原地区,累积种植年数显著增加地区主要分布于南阳盆地地区,累积种植年数显著减少地区的分布较为分散,无明显的分布趋势。【结论】基于遥感和统计数据相结合的方法可准确监测平原区冬小麦种植面积,河南省冬小麦种植面积的时空变化均较为稳定,为保障我国粮食安全发挥着重要作用。     

黄丘区小流域暴雨径流动力特征对淤地坝配置的响应

为定量揭示淤地坝措施配置对黄丘区小流域暴雨径流形成及演进过程的影响,采用室内小流域人工模拟降雨试验,对不同淤地坝措施布设情景下（无坝、单坝、双坝）小流域不同断面径流的水动力、侵蚀动力特征进行研究。结果表明：径流量与含沙量整体均随时间推移而增大,无淤地坝布设情景下径流量增幅为114.60 cm3/s,双坝情景的径流量增幅仅有70.11 cm3/s;淤地坝对小流域暴雨径流演进过程的影响显著,淤地坝布设后径流流态由主要的紊流-缓流变为以层流-缓流为主,雷诺数Re减小幅度达到12.04%～85.85%;动力参数中径流功率ω和雷诺数Re可以被认为是能够较好描述不同淤地坝布设下侵蚀产沙的动力因子。研究结果对于揭示流域暴雨径流过程及成灾机理具有重要现实意义,可为科学评价水土保持措施调控径流过程的效应提供理论依据。     

气候与下垫面变化对黄土高原蒸散发变化的影响评估

为了揭示近20年黄土高原蒸散发(evapotranspiration,ET)时空变化规律,明晰气候和下垫面变化对蒸散发的影响作用。基于黄土高原295个气象站数据、PML_V2 ET产品及MOD13A1 EVI产品,采用趋势分析和多元回归分析等统计方法,分析了2000—2018年黄土高原蒸散发时空变化特征,并评估了降雨、温度、日照时间、饱和水汽压差、植被和非植被下垫面等影响要素的相对贡献率。结果表明:(1)2000—2018年黄土高原蒸散发年际变化率为4.47 mm/a,62.8%的区域蒸散发呈显著增加趋势,主要分布在山西、青海、陕西省北部地区;不同土地覆盖ET为森林＞农田＞草地＞灌木。(2)植被显著增加是黄土高原ET变化的主导因子,其相对贡献率最大(32.1%);不同气象要素对黄土高原ET相对贡献率大小为降雨(14.6%)＞饱和水汽压差(13.2%)＞温度(12.4%)＞日照时数(10.0%);非植被下垫面变化(水土保持工程措施等)对ET变化的影响作用不容忽视。(3)气象要素和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)对林草覆被ET影响作用＞农田覆被ET,而非植被下垫面要素对农田覆被ET的影响作用较大。研究结果为黄土高原生态建设、水资源消耗恢复和水资源可持续性评价提供科学支撑。     

复合侵蚀作用下砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒特征

明晰砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒输移特征是研究黄河泥沙淤积问题的关键。采用水力、风力、冻融复合侵蚀实体模拟技术,研究在35°坡度和110 mm/h雨强条件下单一水蚀、冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀3组不同侵蚀动力复合作用下,砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒变化特征。结果表明:砒砂岩坡面在单一水蚀作用下以整体侵蚀为主,侵蚀泥沙颗粒变化稳定;冻融+水蚀作用下粗颗粒产出明显,冻融作用对粗颗粒的影响凸显;冻融+风蚀+水蚀作用下坡面稳定性最差,侵蚀泥沙颗粒变化最剧烈。复合侵蚀作用下坡面侵蚀过程以搬运粒径较大的泥沙颗粒为主;各粒级侵蚀泥沙颗粒随侵蚀动力的增加起伏变化剧烈。     

近20年延河流域生长季产水系数时空变化特征及影响因素

[目的]流域产水系数的变化反映了降雨和下垫面变化的综合影响,研究产水系数的变化特征对流域水资源合理调控具有重要意义。[方法]以延河流域为研究区,采用一元线性回归和Mann-Kendall方法分析生长季产水系数的变化趋势,结合NDVI、降雨量、暴雨日数和无雨日数4种产水系数影响因素进行空间聚类分析,并探究其时空变化特征。[结果]2001—2017年延河流域生长季的产水系数呈现波动增加趋势,但增加趋势不显著,且大部分区域变化幅度相对较小,倾向率介于-0.017～0.031/10 a,延河流域生长季平均产水系数空间上呈北向南、西向东逐渐增大,大部分区域存在不显著的上升趋势,西北部区域产水系数呈不显著的下降趋势,中部部分区域呈现显著的上升趋势。[结论]就变化率而言,产水系数与降雨量、暴雨日数呈正相关,与无雨日数和NDVI呈负相关。就多年平均值而言,平均产水系数与平均降雨量、暴雨日数和NDVI均呈现正相关关系,与无雨日数呈负相关关系。延河流域产水系数时空变化特征及影响因素分析可为干旱半干旱区流域水资源管理和规划提供理论支撑。     

宁夏清水河流域近60年降水量及入黄沙量变化

为了揭示黄河上游水沙变化成因,根据清水河流域的降雨、径流、输沙等实测资料,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、“水文法”、“水保法”等方法,分析了不同时段降雨特征值及入黄沙量的变化情况及沙量变化成因。结果表明:1958-2015年,年雨量、汛期雨量、主汛期雨量未发生显著变化及突变;流域控制站泉眼山的多年平均沙量为0.248亿t,1990-1999年来沙量最大,2010-2015年来沙显著减少;流域人类活动减沙量随时间呈先减小后增大的趋势,主要与下垫面的水利水保工程建设及流域坡面治理密切相关;2000年以来,流域水土保持坡面措施及淤地坝数量大幅增加,减沙效益日益显著,其中2010-2015年流域面上的水土保持措施减沙量为733万t,减沙贡献率达12%。清水河近期入黄沙量减少的主要原因是人类活动导致的下垫面变化,流域自2000年起逐步加大水土流失治理力度,2010年以来减沙效益显著增加。     

河南省耕地生态安全预警研究

为保障粮食安全和耕地生态系统持续健康发展,系统反映河南省耕地生态系统的健康程度及发展状况,依托驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型构建了耕地生态安全预警评价指标体系,采用综合评价法和障碍度模型评价了河南省2008—2018年耕地生态安全预警DPSIR模型状况,并采用GM(1,1)模型对其发展趋势进行预测。结果表明,河南省耕地生态安全预警呈增长态势,警情由中警转变为轻警,耕地生态安全整体向好发展;河南省耕地生态安全预警子系统障碍因子大小排序为压力(26.34%)>影响(20.15%)>响应(19.95%)>状态(17.68%)>驱动力(15.64%),且障碍因子存在时间差异;2019—2023年河南省耕地生态安全预警模拟预测值呈现增长趋势,警情逐渐由轻警向无警转变。河南省应制定合理的耕地生态安全保护中短期规划,完善耕地、水资源安全储备与人口适配的预警机制。     

河南省内四大流域边界提取与水系分析

【目的】为推动河南省境内流域生态环境保护和高质量发展,准确掌握河南省境内区县和水系在四大流域中的分布情况。【方法】基于数字高程模型(DEM)数据,利用ArcGIS扩展模块ArcHydro Tools提取流域的边界和水系,获得了长江、黄河、淮河、海河四大流域在河南省境内的边界线、5级河流和涉及区县分布图。【结果】河南省境内流域面积最大的是淮河流域(占全省面积的52.70%,涉及的区县最多),其次是黄河流域(21.62%)、长江流域(16.50%)、海河流域(9.18%)。其中,黄河流域涉及的区县,还包括流域外的区县:郑州市的荥阳市、惠济区和金水区,开封市的龙亭区、祥符区和兰考县,因为其位于黄河岸边,虽然根据流域性质它们属于淮河流域,但却是影响黄河和受黄河影响较大的区县;河网密度最大的是长江流域(0.36km/km~2),依次是黄河流域(豫西)(0.30km/km~2)、淮河流域(0.27 km/km~2)、海河流域(0.20 km/km~2),河网密度最小的是黄河流域(豫北)(0.15 km/km~2),高低顺序与流域水系分布特征完全吻合。【结论】利用ArcHydro Tools提取省级行政区境内流域的边界和水系切实可行,是行之有效的方法。     

GEE联合多源数据的西安市土地利用时空格局及驱动力分析

近十年来,西安市经济快速发展,人地矛盾日益突出,开展西安市土地利用时空演变及驱动因素研究,对促进土地资源优化配置及生态环境可持续发展具有重要意义。该研究利用谷歌云计算平台（Google Earth Engine,GEE）在长时序分析中所具有的运算处理效率高、多源数据融合便捷、可有效降低云影响等独特优势,联合Landsat TM/OLI光学影像和PALSAR雷达影像,构建基于光谱、地形、纹理和后向散射特征的分类特征集,采用随机森林（Random Forest,RF）算法实现2010、2015和2019年西安市土地利用快速分类,分析土地利用格局时空变化规律,并利用地理探测器从自然和社会两方面探讨土地利用格局变化的驱动机制。结果表明：1）2010、2015和2019年西安市土地利用RF分类效果良好,精度较高,总体精度分别为92.30%、86.66%和90.78%,对应Kappa系数分别为0.89、0.81和0.88。2）西安市主要土地利用类型为林草地和耕地。近十年来,耕地面积大幅减少,以主城区外围最为显著;建设用地剧烈扩张,以中北部地区最为典型,大量耕地为建设用地所取代;林草地先减后增,在中南部及东部地区变化明显;水域和未利用地呈现逐年渐减的特征。3）地形、温度和降雨等自然因素是土地利用格局变化的基本控制因素,工业生产活动对西安市土地利用变化具有重要影响,且解释力不断增大,人口解释力先增后减,地形、人口和经济等因素的交互作用影响土地利用总体格局。基于GEE联合多源遥感数据,采用RF分类和地理探测器分析能够有效反映土地利用时空变化格局及其驱动机制,可为城市土地资源规划管理提供科学依据。