GIS支持下的天然牧草产草量区域预报模型研究

为了建立天然牧草产草量区域预报模型,利用呼伦贝尔市所属16个旗县的气象台站1989-2005年的各时段气温、降水量、日照时数和鄂温克旗天然牧草产草量观测资料,应用积分回归、模糊数学中隶属函数的统计方法,在地理信息系统(GIS)的平台上,建立了呼伦贝尔草地天然牧草生物量区域预报模型。结果表明,基准单元预报模式模拟的拟合率较高,平均准确率为95%,试报2004和2005年牧草产草量,相对误差分别在5%和7%左右;选取与当地的草地第一生产力密切相关、地理分布基本一致的牧草气候资源可利用系数,建立了牧草产量区域预报模式,此模式可应用于任意区域牧草产量预报。     

高寒草甸地区冷季水分资源及对牧草产量的可能影响

分析了高寒草甸地区冷季降水和土壤水分资源分布特征及其对牧草产量的可能影响.结果表明:祁连山海北高寒草甸地区冷季降水资源贫乏,但9～10月较高的降水受枯黄植被蒸散量小、植被盖度大的影响,易贮存于土壤.加之地处高寒,气温低,土壤封冻早,冻结期长,使土壤水分在冬季可以冰晶水的形式留存于土体,从而给来年牧草进入正常营养生长发育阶段提供了水分条件的需求.牧草产量的高低与冷季降水及土壤水分条件有一定的联系性.建立冷季降水与牧草产量间的预报方程,其拟合率高.     

高寒草甸地区冷季水分资源及对牧草产量的可能影响

分析了高寒草甸地区冷季降水和土壤水分资源分布特征及其对牧草产量的可能影响，结果表明，祁连山海北高寒草甸地区冷季降水资源贫乏，但9－10月较高的降水受枯黄植被蒸散量小，植被盖度大的影响，易贮存于土壤，加之地处高寒， 气温低，土壤封冻早，冻结期长，使土壤水分在冬季可以冰晶水的形式留存于土体，从而给来年牧草进入正常营养生长发育阶段提供了水分条件的需求，牧草产量的高代与冷季降水及土壤水分条件有一定的联系性，建立冷季降水与牧草产量间的预报方程，其拟合率高。     

海西州牧草产量与主要气象因子的灰色关联分析

采用灰色关联分析法,对海西州牧草产量与主要气象因子6~8月平均气温、6~8月平均降雨量的关联度进行了分析。结果表明:海西州牧草产量与主要气象因子关联顺序依次为:6~8月平均降水量>7月降水量>6月降水量>8月降水量>6月平均气温>6~8月平均气温>7月平均气温>8月平均气温,海西州牧草产量与6~8月平均降水量的关联度最高。因此,海西州牧草产量对降水量敏感度高于对气温的敏感度,降水量是影响海西州牧草产量的主要因子,气温基本满足牧草生长需求。     

高寒草甸牧草产量形成过程及与气象因子的关联分析

高寒草甸牧草产量的形成过程与生物量的积累过程和自然界各种生物种群消长规律一样,可用逻辑斯谛生长函数来描述。随着季节的进程,依环境条件的周期变化表现为有缓慢积累-快速增加-相对稳定-折损减少等4个阶段。对气象因子影响高寒草甸牧草产量灰色关联分析结果表明,高寒草甸地区降水量可基本满足牧草生长发育的需求,而温度因子则成为主要的限制因子。其气象因子影响程度大小的序次为：1月平均气温>5-8月平均气温>5-8月日照时数>5-8月水热综合配合(降水量与气 温的比值)>5-8月降水量>上年度末9-11月的降水量。在分辨系数取0.5的条件下,以上各因子所对应的关联度排列为：0.835>0.791>0.771>0.754>0.743>0.638。将上述各气象因子进行主成分处理后,建立评估或预报高寒草甸牧草产量的模拟模型方程：GW=a+aj覺j。其拟合及试报效果很好,可作高寒草甸牧草产量的评估或预测预报工具。     

影响天然牧草产量气候因素的多元积分回归分析

利用三江源区兴海县牧业气象站1999～2007年的牧草生长期各时段气温、降水、日照时数和天然牧草产草量观测资料,应用积分回归统计方法,分析了不同时段不同气候因素对天然牧草产量的影响。结果表明,在牧草的返青—展叶（4月中旬～5月下旬）时期,温度对牧草产量的影响呈负效应,降水量呈正效应,而日照从负效应到正效应变化。6月份温度对牧草产量的影响呈正效应,7月份呈负效应,而降水量和日照对牧草产量的影响一直呈正效应。8月中旬至9月上旬,此时温度、光照对牧草产量的影响呈正效应,温度的正效应9月上旬达到最大,降水量8月中下旬为负效应。     

天山北坡中山带天然牧草生长发育与气象条件的关系研究

利用2004—2015年新疆乌鲁木齐市牧业气象试验站收集的天山北坡中山带天然牧草生长发育期与产量数据和气温、积温、降水量、日照时数等气象数据,研究气象条件对该地区天然牧草的生长发育以及产量的影响。结果表明,不同类别的天然牧草在春季返青期对于温度的需求存在差异,喜凉牧草为-0.3~1.1℃,喜温牧草为3.5~9.5℃;牧草黄枯期出现的时间点和日平均气温在5℃左右的时间点相一致,后者对前者具有预测意义;不同种类牧草在不同生育期所需的积温存在差异;禾本科牧草的返青期与黄枯期的间隔时间平均为160 d左右,豆科牧草仅有140 d左右,5种牧草最长和最短的间隔时间相差18 d;降水量和气温对牧草产量存在较大影响,在成熟之前,牧草产量随着降水量与气温的增减而增减;与鲜草重相比,干草重与气象要素的相关系数更大,利用积温、降水量、日照时数对牧草干草重进行估算较为准确;在各种气象要素与牧草产量的相关系数中,降水量最大,其次为积温,日照时数最小;年降水量和降水量的季节分配对天山北坡中山地段的天然草地牧草产量有影响,6月和7月的降水量尤其关键,决定了当年牧草产量的多少。天山北坡中山地段的气象条件对该地区天然牧草的生长发育期有一定影响,相关气象条件对天然牧草的产量具有一定的预测意义。     

三江源区气候变化及其对牧草产量的潜在影响

对三江源区兴海高寒草地1999-2012年牧草产量与气候因子变化做通径分析,结果表明,近14年来该地区牧草产量呈显著增加趋势,且牧草产量与生长季≥0 ℃积温和降水量之间均呈显著正相关关系。牧草抽穗-开花期产量主要受气温和降水影响,14年来二者均呈显著增加趋势(P<0.05);成熟-枯黄期主要受≥0 ℃积温影响,14年来≥0 ℃积温极显著升高;开花-成熟期主要受平均风速影响,14年来平均风速显著降低。牧草生长中后期热量和水分的增加以及风速的减小均对增产有利。因此,随着未来区域气温的升高、降水增多,可减少土壤水分亏缺,暖湿的气候对该地区牧草产量的提高极有利。     

冀西北高原油菜,苜蓿混播人工草地土壤水分动态研究

１９９１－１９９４年在冀西北高原二阴滩地上对油菜、苜蓿混播人工草地土壤水分动态进行了研究。结果表明，人工草地生育期土壤水分季节变化为春季返浆蒸发失熵期、夏季雨水下渗水分恢复期季水分蒸发消耗期；垂直变化可分为活跃层、次活跃层和水分相对稳定层。现蕾开花－结籽期耗水量占全生育期耗水量的５８％，是牧草需水关键期。     

内蒙古草地干旱损失评估方法研究

利用内蒙古草地监测站牧草和降水资料,对干旱造成草地牧草和畜产品减产以及抗旱投入的经费等直接经济损失进行了评估。结果表明,内蒙古草地牧草产量与降水相关密切,8月末牧草产量与5-8月降水量相关系数为0.728;建立了不同草地类型不同月份牧草产量与降水量的最优模拟方程;利用降水量距平百分率划分干旱等级,建立了干旱等级与牧草和牲畜损失的对应关系,实现了干旱对草地直接经济损失的定量评估,评估模型符合草地牧草生长规律和畜牧业生产特征,实例评估符合畜牧业实际损失程度,因此能够在干旱对草地畜牧业评估服务中推广应用。     

高寒草甸表层土壤物理性状对短期放牧的响应

为探讨不同放牧强度对高寒草甸土壤物理性状的影响,设重度放牧(HG)、中度放牧(MG)和轻度放牧(LG)3个放牧强度样地,调查放牧样地表层土壤(0~10cm)的土壤容重、孔隙度、土壤饱和含水量、田间持水量、有效含水量并土壤持水和入渗性能。结果表明,LG和MG的初始含水量、毛管持水量与非毛管持水量均显著高于HG,LG的土壤饱和含水量和田间持水量均显著高于HG,但3个放牧强度间土壤容重、孔隙性状、土壤有效含水量和非毛管持水量均无显著变化;入渗曲线高低为LGMGHG,用模型模拟曲线,拟合精度为Horton模型通用经验模型Philip模型Kastiakov模型;初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率和90min入渗总量均表现为LG显著高于HG;土壤入渗性能均与土壤初始含水量、总孔隙度、非毛孔隙度、通气孔隙度、饱和含水量、田间持水量、有效含水量、非毛管持水量、毛管持水量、最大持水量显著正相关,与土壤容重显著负相关,与毛管孔隙度相关性不显著,但初始入渗率与初始含水量、田间持水量、有效含水量及毛管持水量无显著相关性。回归分析表明,土壤通气孔隙度和有效含水量是影响入渗率的限制因子。短期轻度放牧有利于土壤持水和导水,降低土壤物理结构退化风险;Horton模型适用于该区放牧草地入渗过程的模拟。     

河西半荒漠驴驴蒿草原土壤水盐动态及其对牧草生长的影响

对驴驴蒿草原三个草地型(驴驴蒿型,驴驴蒿—红砂型,驴驴蒿+珍珠型)的土壤水盐动态及其与牧草产量的关系进行了研究。结果表明:土壤水分变化受雨量的影响具有阶段性。随着土壤深度的增加,土壤含水量随时间的变化而变小。土壤各层内,春季含水量相近,并呈下降趋势,夏季变化大,秋冬则随土壤深度增加而增加,趋向稳定。盐分随水分而移动,其含量基本上随土壤深度的增加而增加。牧草产量的变化与土壤水分的变化具有“一致性”。在驴驴蒿型和驴驴蒿—红砂型中,驴驴蒿的绝对生长量与0～40cm内各土层的含水量呈显著的正相关,并建立了产量预测模型。     

人工增雨补水型湿地修复技术研究

湿地的恢复最主要的因素就是增加该区域的地表水,而人工增雨是目前获取水资源最直接的途径之一。利用在青海省玉树州隆宝滩地区人工增雨补水型湿地修复技术示范项目的资料整理和计算,分析和研究了人工增雨对湿地修复的技术可行性。通过研究得出,人工增雨技术对增加湿地降水、湿地生物量和土壤湿度有明显效果。人工增雨作业影响点平均高出对照点降水量33.8 mm,增水量平均达到10.73%;牧草产量高出对照点10 g/m2,增产达到9.02%;010 cm土壤含水率高出对照点39%。     

灌溉地不同人工牧草草地土壤水分及生长特征变化

对2003-2005年人工牧草草地不同深度不同时间灌水前后的水分变化特征进行研究,发现0-40 cm含水率变化大而且快称多变层;40-80 cm牧草水分利用层,80-100 cm稳定贮水层。分析美国大叶、德国大叶、沙打旺、红豆草生长状况,在相同气候和管理条件下美国大叶单株鲜重最大。用土壤水分平衡法估算美国大叶、沙打旺两种牧草的全年耗水量和土壤水分贡献系数,结果表明,在干旱缺水地区种植美国大叶是发展草产业的较好品种。     

京郊平原区苜蓿生产能力与耗水规律的研究

根据北京地区气候与苜蓿Medicago sativa生产特点通过定量灌溉控制,设置水分相对充足(WS)、水分中度 (WM)和水分亏缺(WD)3个水分梯度处理,对苜蓿各茬次与全年干草产量、土壤含水量以及干草产量与耗水量、水分利用效率的相关关系进行测定与分析.结果显示,苜蓿干草产量与耗水量和水分利用效率呈正线性相关关系,当灌溉量较大、水分充足时,可增加苜蓿各茬次与全年干草产量,其耗水量与水分利用效率也相应增加,表明相对充足灌水有利于植株的生长发育,特别是在北京相对干旱的2003年,生长时期的自然降水为285.6 mm,仅依靠自然降水并不能获得苜蓿高产以满足生产需要,适当的灌水是有必要的,按返青和每次刈割后灌溉60 mm/次(以保持土壤含水量75%时),全年耗水量530.33 mm,全年可获得苜蓿干草产量17 927.48 kg/hm2.     

播量与水肥耦合对河北秋闲田饲用谷子产量的影响

为研究不同播量与水肥(N、P、K)耦合效应对河北秋闲田饲用谷子(Setaria itlica)产草量的影响,以冀谷18为材料,采用五元二次回归正交旋转组合设计进行盆栽试验,通过建立饲用谷子干草产量(Y)与土壤含水量(x1)、N(x2)、P(x3)、K(x4)以及播量(x5)之间的数学模型,模拟寻优。结果表明,水分、播量、磷肥、钾肥等对产草量有重要影响,其中,水分对产量的影响最大,其次是播量、磷肥、钾肥;播量与水肥耦合的显著项及其强弱顺序为:水分+播量钾肥+播量氮磷耦合水氮耦合水磷耦合;其他各项没有明显影响。构建了数学模型Y=20 543.756-565.570x1-39.942x2-23.102x3-38.470x4-151.877x5+1.052x1x2+1.604x1x3+12.953x1x5-0.173x2x3+0.737x4x5-2.292x52,其决定系数R2=0.788,显著值Sig.=0.0000.01,差异极显著,FLf=0.464F0.1=2.193,失拟性不显著,表明该模型预测结果可靠程度较高。明确了以经济效益为考核指标的最优方案:土壤含水量保持10%、饲用谷子播量15kg/hm2。该方案干草产量为14 037.15kg/hm2,经济效益为13 887.15元/hm2,较最优组合增收3 288.98元/hm2,增幅23.68%。为秋闲田饲用谷子生产实践提供了理论依据和技术支撑。     

黄土丘陵区不同立地条件下紫花苜蓿地土壤水分动态变化

研究了定西市安家沟流域不同立地条件紫花苜蓿Medicago sativa土壤水分的变化。结果表明：阳坡土壤水分均小于阴坡土壤水分,紫花苜蓿在不同立地条件下土壤水分都发生了显著的变化,但其顺序为阴坡台地>阴坡坡地>阳坡台地>阳坡坡地。不同立地类型各土壤层次的月变化存在显著差异,阴坡台地和阴坡坡地第1茬（4-6月）的土壤水分极显著高于阳坡台地和阳坡坡地的土壤水分,二者间没有显著差异,而在7月后,阴坡台地极显著高于其他立地条件的土壤水分。不同立地条件下紫花苜蓿每层深度土层的土壤水分都发生了不同程度的变化,在整个垂直剖面上都在降低,40～100 cm土层土壤水分降低最多。     

半干旱区退耕地紫花苜蓿生长特性与土壤水分生态效应

本文系统研究了黄土高原半干旱地区不同立地条件下,20年生紫花苜蓿(Meducagi sativa L.)生长变化特征与土壤水分的消耗与恢复过程。结果表明:紫花苜蓿不同生长阶段生产力差异较大,年生长的6-8月份,即在水热同步条件下,紫花苜蓿形成较高地上生物量,为年生长的盛期,但土壤水分消耗过度,降至年最低点;紫花苜蓿产草量不同生长年限均达极显著差异,在山地、塬地和川地3种立地条件下均呈规律性变化特征,即在生长的4～8年间,3种立地条件下紫花苜蓿均为旺盛生长阶段,第10年土壤含水量降到最低,土壤干层厚度高达300～720 cm,土壤水分严重亏缺;10年后随紫花苜蓿的基本衰败,土壤水分开始缓慢恢复;第15～20年,3种立地类型500 cm土层以上土壤水分可恢复到接近种植前的土壤含水量,而500 cm以下土壤通体干燥化严重,水分恢复极为缓慢,且恢复难度较大。因而,在黄土高原半干旱区紫花苜蓿适宜生长年限应为8～10年,第4～8年为苜蓿生长的高峰期。     

模拟降水变化对荒漠草原优势植物叶片氮回收特征的影响

未来降水量的变化会改变草地对水资源的利用情况,影响植物内部养分循环。为了理解植物叶片氮回收特征对降水量变化的响应规律,本研究以5种内蒙古荒漠草原优势植物为研究对象,通过模拟降水试验(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%),分析了降水量变化对土壤水分含量、土壤有效氮(Nitrogen,N)含量、植物叶片N浓度、N回收效率(Nitrogen resorption efficiency,NRE)的影响。结果表明：与自然降水相比,增水100%显著增加了土壤水分含量、地上生物量和植物的NRE,显著降低了土壤有效N浓度、绿叶和枯叶中N浓度;而减水50%显著降低了土壤水分含量,增加了土壤有效N,降低了地上生物量,对绿叶和枯叶N浓度没有显著影响,降低了短花针茅(Stipa breviflora)的NRE;植物NRE与枯片中的N浓度呈显著负相关关系。综上,增水通过影响土壤水分含量以及叶片N浓度间接降低了荒漠草原优势植物叶片的NRE。     

模拟降水对短花针茅荒漠草原土壤呼吸的影响

试验在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原开展,旨在研究模拟降水对土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度的影响。在长期不同放牧平台增设4个不同降水处理(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%)。于2016年7月~10月使用土壤碳通量测试仪器(Li-8100)测量土壤呼吸速率,同时用仪器自带的温、湿度探针监测0~10cm土壤温度和0~5cm土壤体积含水量。结果表明:随着降水量的增加,土壤呼吸和土壤湿度呈现显著增加趋势,土壤温度显著降低(P<0.05);7月~10月土壤呼吸速率呈现下降趋势;土壤呼吸与0~10cm土壤温度和0~5cm体积含水量之间存在极显著正相关关系,决定系数分别是0.3117和0.7307(P<0.0001)。结果表明,水分是影响荒漠草原土壤呼吸的关键因子之一。