基于MODIS的沿黄粮食主产区耕地利用水分盈亏特征分析

明确中国核心粮食主产区耕地水分盈亏状况，有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。为探讨沿黄粮食主产区耕地利用下水分盈亏规律，该研究基于土地利用现状数据、MODIS遥感数据和常规气象数据，在Priestley-Taylor公式、区域遥感蒸散模型支持下构建水分盈亏评价模型，揭示2000-2020年原阳县、封丘县、延津县、长垣市、滑县和濮阳县沿黄6县的气候水分平衡状况及耕地利用下水分盈亏效应。结果表明：1)2000-2020年沿黄6县耕地及其子类型面积均缓慢下降，垦殖率由2000年81.46%降至2020年的79.34%，耕地变化过程类型以稳定型、前后期萎缩型以及前期新增型为主；2）研究区常年水分盈亏指数为-0.60，整体气候水分亏缺，以原阳县西南部、滑县、濮阳等地最为突出，同时在各研究时点呈现趋势性变化规律；3）研究区耕地多处于较为严峻的气候干旱状态，缺水类型主要为中度、重度和严重干旱，无正常和轻度干旱区，且在变化状态效应上，稳定型耕地处于严重干旱状态，前期和后期萎缩型耕地重度干旱，前期新增型耕地为严重干旱。当地需通过“以水定产，量水而行”并在保障粮食安全生产前提下，积极谋划和推行面向水...     

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析

为探究白洋淀流域在气候变化背景下的干旱时空演变特征,基于1979—2018年0.1°分辨率降水格点数据,采用年尺度和季节尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),结合Mann-Kendall趋势检验法研究了白洋淀流域干旱频次、干旱面积的时空演变特征。结果表明:(1)研究区发生轻旱的频次最高,中旱、重旱、特旱发生的频次依序减少,春季和夏季是干旱频次发生较高的季节,但特旱主要分布在秋季和冬季。(2)研究区年尺度下干旱程度呈不显著减缓趋势,干旱面积略有减少; 春季和夏季干旱程度呈不显著增加趋势,干旱面积略有增加; 秋季和冬季干旱程度呈显著减缓趋势,秋季干旱面积显著减少。(3)轻旱和中旱在整个流域内分布广泛,下游平原区的发生频率高于上游山区,大清河山区的北部和西部以及流域的东南边缘是重旱和特旱的高发地带。综上,白洋淀流域整体呈干旱缓和趋势,但春夏季干旱情况在未来可能会加重。     

淮河流域蚌埠闸以上地区夏玉米生长水分关键期干旱致灾降水阈值

基于淮河流域蚌埠闸以上地区66个气象站点1961—2015年气象资料,利用夏玉米气候产量与生育期内水分盈亏指数进行了相关性分析,确定夏玉米生长水分关键期,并利用28种分布函数对水分关键期内降水量序列进行了拟合,K-S和A-D进行了拟合优度检验,建立了最优概率分布模型,再基于降水概率分位数法定量化设计夏玉米各级干旱的致灾降水阈值R,通过典型干旱年份和站点验证了指标的合理性。结果表明:(1)淮河流域蚌埠闸以上地区夏玉米抽雄—成熟阶段是夏玉米生长的水分关键期;(2)各站点夏玉米生长水分关键期内降水序列的最优概率分布模型差异明显;(3)66个站点夏玉米干旱致灾的降水阈值地区差异较大,但各级阈值空间分布大致相同,均呈现北部至南部依次增加的趋势,其中西部的桐柏和南部的霍山最高,利用泰森多边形法确定整个研究区夏玉米生长水分关键期内干旱致灾降水阈值分别是:轻旱147≤R172mm,中旱118≤R147mm,重旱89≤R118mm,特旱R89mm。     

局地气候条件下的土地利用空间格局分析——以湖南醴陵市为例

利用Landsat7 ETM+影像、土地利用现状图、地形图及多年平均的降水、气温、≥0℃积温、日照时数等气候指标的空间分布数据,借助RS/GIS软件,通过对各气候指标进行分级处理、空间叠加分析等过程,研究了局地气候条件下土地利用的空间分布特征.结果表明:①研究区林地覆盖率为54.7%,耕地占区域总面积的29.0%,其中水田和旱地的面积比为7.7:1;其他土地利用类型占研究区总面积的比例分别为园地1.7%,城乡居民用地7.4%,工矿用地0.8%,水域4.3%,未利用地2.1%.②局地气候条件下土地利用的空间分布具有较明显的规律性,表现为随气温升高和积温增加,林地分布比例减少,水田、旱地、园地、城乡用地等均呈增加趋势;降水分布对土地利用格局的影响相反,即随降水增加,林地比例增加,水田、旱地、城乡居民用地、工矿用地等则减少;日照时数对区域土地利用格局的影响并不显著,但在流域尺度上对土地利用结构的差异有贡献.     

三江平原挠力河流域主要作物水分盈亏时空变化特征

明确中国粮食生产基地主要作物种植条件下的水分盈亏条件,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。该研究基于MODIS遥感数据和常规气象数据,运用Priestley-Taylor公式以及作物水分盈亏指数,以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,揭示2000年以来该流域主要作物(中稻、春小麦和春玉米)的水分盈亏时空变化特征。结果表明:1)挠力河流域潜在蒸散量由2000年的910.25 mm增至2015年的964.04 mm,各作物需水量整体呈现不同幅度的上升态势;2)各作物表现出不同的水分盈亏特点。中稻水分亏缺明显,缺水量由东北向西南递增,天然降水不能满足其水分需求。春小麦水分亏缺程度低,灌溉需求量在空间上变化较小。春玉米多处于轻度缺水状态,且西北部的缺水量小于东南部;3)流域境内的中稻多处于轻旱状态,2000—2015年干旱区持续扩张,面积增长幅度达到143.46%。对于旱作物而言,春小麦的缺水量尚未达到轻旱的标准,而春玉米的轻旱区面积往复变化,2000—2015年间面积减少了79.90%。作物种植结构的快速变化,使得中稻种植区迅速扩张,加剧了该流域的水分亏缺态势,而春小麦和春玉米的种植区变化未对水分盈亏态势造成显著影响。研究可为挠力河流域的农业结构调整与农田灌溉措施制定提供支持。     

陕北地区不同纬度带人工刺槐林土壤水分特征研究

为研究黄土高原地区人工刺槐林地土壤水分变化特征,对陕北地区不同纬度带30a人工刺槐林林下土壤剖面水分条件进行研究,以期探索该区域刺槐林地土壤水分含量及相关因素的响应规律,结果表明:土壤水分含量随土层深度的增加而降低,且在40—50cm深处出现水分显著降低的跃变点;淳化以北5个样地土壤水分均低于生长阻滞水分含量,存在不同程度的亏缺,处于砂壤带的榆林、神木以及轻壤带的绥德样地其土壤水分亏缺度均超过50%,呈严重亏缺;随着纬度的增加,土壤累积储水量与净降雨量均呈现降低的趋势,且两者的变化显著相关,说明不同的纬度带特征是造成土壤水分差异显著的主要原因。     

土壤干化的水文生态效应

应用土壤-植被-大气传输模型(SVAT-model)——CoupModel,对黄土丘陵沟壑区农地(马铃薯)、林地(刺槐林)、采伐迹地(刺槐被砍伐)和荒草地(天然灌草)的土壤水分变化进行了模拟。分析了不同植被覆盖条件下土壤干化程度、气候干旱和植被耗水对土壤干化的贡献率以及土壤干化的水文生态效应。研究结果表明:农地不存在土壤干化现象,刺槐林地、采伐迹地和荒草地均存在明显的土壤干层,以刺槐林地最为严重;气候干旱和植被过度耗水对土壤干化的贡献率分别为70.74%和29.26%,气候干旱是导致土壤干化的主要原因;土壤干化可以导致土壤剖面水分交换深度变浅,土壤剖面水分的移动性变差,使土壤水库丧失77.58%~93.55%的调节能力,形成土壤水分循环的隔离层,增加植被生长对年度降水的依赖性。总之,土壤干化恶化了陆地土壤水文循环环境,影响植被的正常生长,不利于黄土丘陵沟壑区的生态环境建设。     

格尔木市盆地地区土地利用/覆盖变化时空演变

[目的]通过对2000—2010年格尔木市土地利用/覆盖变化时空演变的研究,为实现格尔木市更好地协调发展与保护之间的关系提供参考依据。[方法]以2000,2005及2010年的TM遥感影像、2010年的矢量数据为数据源,在RS和GIS技术的支持下,从土地利用/覆盖变化的时间和空间动态上分析了格尔木市盆地地区2000—2010年土地利用/覆盖变化的时空演变。[结果]格尔木市盆地地区土地利用类型以未利用地为主。在2000—2010年这10a中:(1)土地利用变化趋势最大的为建设用地,从2000—2010年增加了227.83%;变化最小的为林地,增加了1.24%。(2)各类型用地之间的主要转移为:草地流转为未利用地,来源于未利用地;耕地流转为林地,来源于建设用地与林地;建设用地流转为水域,来源于未利用地;林地流转为未利用地,来源于未利用地。水域主要流转为未利用地,来源于未利用地。(3)从2000—2005年土地综合利用指数的差值△P=-3.04,是土地利用程度的调整期。从2005—2010年△P=1.62,是土地利用程度的发展期。[结论]格尔木市盆地地区耕地、林地、建设用地总体上呈增加趋势,草地、水域呈减少趋势。整个格尔木市土地利用结构信息熵指数较小,土地利用的多样性相对较低。     

基于NDVI和scPDSI研究1982－2015年中国植被对干旱的响应

随着气候变化与人类活动的加剧,中国干旱频繁发生且影响不断加剧,探索干旱对植被生长的影响对研究生态系统如何应对干旱具有重要意义。基于中国1982-2015年改进帕尔默干旱指数（scPDSI）与归一化植被指数（NDVI）数据,分析植被对干旱的响应规律及敏感性。结果表明：1）在中国西北地区、内蒙古地区、东部地区及青藏高原南部地区,短滞时（1-3月）scPDSI与NDVI的相关性较大（Rmax>0.4）,南方湿润地区降水充沛,植被对干旱的响应不敏感（Rmax<0.3）,其生长主要受能量因素控制;2）年均水分盈亏量、降水量、日照时数和气温对植被与干旱的关系影响较大,其中年均水分盈亏量是主要控制因子;3）不同植被类型对干旱的敏感性有较大差异,敏感排序为草地>林地>耕地。研究结果可为中国不同区域干旱对植被生长影响评估提供科学依据。     

集水区耕作对干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响

随着气候变化与人类活动的加剧,中国干旱频繁发生且影响不断加剧,探索干旱对植被生长的影响对研究生态系统如何应对干旱具有重要意义。基于中国1982-2015年改进帕尔默干旱指数（scPDSI）与归一化植被指数（NDVI）数据,分析植被对干旱的响应规律及敏感性。结果表明：1）在中国西北地区、内蒙古地区、东部地区及青藏高原南部地区,短滞时（1-3月）scPDSI与NDVI的相关性较大（Rmax>0.4）,南方湿润地区降水充沛,植被对干旱的响应不敏感（Rmax<0.3）,其生长主要受能量因素控制;2）年均水分盈亏量、降水量、日照时数和气温对植被与干旱的关系影响较大,其中年均水分盈亏量是主要控制因子;3）不同植被类型对干旱的敏感性有较大差异,敏感排序为草地>林地>耕地。研究结果可为中国不同区域干旱对植被生长影响评估提供科学依据。     

东新村农业水资源的开发与节水灌溉现状调查

通过对东新村的水量平衡分析表明:该村农业水资源供需矛盾日趋尖锐,在当前生产水平下,年缺水约50万m³,必须大力推广节水灌溉技术,维持地下水采补平衡,以维持该村农业的持续稳定发展.     

保水剂构件的保水保肥效果研究

[目的]针对水土流失造成的肥料养分流失及部分地区干旱缺水的问题,进行节水保肥的系列研究,阐明保水构件的保水保肥效果及其应用前景。[方法]利用保水剂加工成各种形状的保水构件,并使其获得的保水保肥效果优于把保水剂和土混匀的常规方法。[结果]在同等淋水量的情况下使用保水构件可减少65%的水分流失,N,P,K养分流失可减少89%以上;盆栽试验中,在干旱胁迫情况下,保水构件可使玉米增产155%;大田试验显示,自然降雨条件下,保水构件可使玉米增产26%,甘蔗增产10.5%且糖度增加。同时N,P,K养分下渗流失减少而对养分的吸收增加。[结论]系列试验说明保水构件可提高作物产量、质量和对养分的吸收。     

再生水水质对斥水和亲水土壤水分特征曲线的影响

为探求再生水灌溉对斥水和亲水土壤水力特性的影响,该文选用有代表性的斥水黏壤土和亲水黏壤土、斥水砂土和亲水砂土,测定其在自来水、再生水和其他4种生活污水条件下的土壤水分特征曲线,采用主成分分析法得到不同水质综合指标,分析水质综合指标对不同土壤水分特征曲线的影响,采用van Genuchten-Mualem模型对黏壤土土-水曲线的参数进行拟合,并分析水质综合指标对黏壤土累积当量孔径分布、比水容量和水分常数的影响。结果表明:在相同基质吸力情况下,黏壤土含水率随水质综合指标增加(水质变差)而减小,砂土的含水率随水质变化不大;在低吸力段,斥水和亲水黏壤土的比水容量随水质综合指标的增加而增加;土壤进气值与水质综合指标呈显著负线性相关关系(R~2分别为0.94和0.78);相同水质条件下,斥水土壤的进气值比亲水土壤小;随着水质综合指标的增加,斥水和亲水黏壤土的极微孔隙降低,而中等孔隙和大孔隙增加,小于某当量孔径的累积百分比增加;随着水质综合指标的增加,斥水和亲水黏壤土的田间持水率、凋萎系数、有效水和易利用水比例均减小,但再生水对田间持水率和易利用水比例降低作用不显著。研究结果可为大面积再生水灌溉及其管理提供一定的理论依据。     

水土保持与绿水资源保护

绿水概念是由瑞典斯德哥尔摩国际水资源研究所水文学家Falkenmark于1995年首次提出的,它拓宽了传统水资源的范畴,更新了水资源的思维,引起科学界对水资源概念和水文功能的重新思考。在水资源越来越匮乏的严峻情况下,从绿水概念出发,可以看出"水土保持"概念的全面性,也更加明确了保水的思路和方法,为全面做好水土资源保护提供了理论基础。水土保持中"保水"的对象就是绿水,水土保持工程措施可以增加绿水比例,林草措施可以储蓄绿水,耕作措施可以提高绿水利用效率。应完善保水评价体系,加强绿水资源管理,发展保水技术,完整地宣传水土保持概念,树立完整的水土保持意识。     

制约我国农业高效用水发展的主导因素分析

在分析我国节水农业发展现状的基础上,提出了制约我国农业高效用水发展的4个主导因素,节水虽得到高度重视,但行业之间协调不力,缺乏整体思路;节水虽有一定科学积累,但未形成整体优势,甚至有些方面科研滞后于生产,亟待提升;管理水平落后,缺乏用水标准;政策法规不健全,投资体系不完善,节水实施不力。最后,对如何实现农业高效用水提出了若干对策与建议。     

水土保持与水资源可持续开发利用的探讨

水循环是自然界水体的自然规律,也是水资源可持续开发利用的基础,任何破坏水循环机理的因素都将阻碍水资源可持续开发利用;相反,有利于水循环机理的因素都将促进水资源可持续开发利用。这里从水循环机理分析水资源可持续开发利用与水土保持的内在联系,分析水土流失和植被破坏对水资源开发利用的影响,探讨水资源可持续开发利用与水土保持的辩证关系,进一步阐述水土保持在水资源可持续开发利用工作中的重要作用。     

基于区域投入产出模型的甘肃省水资源状况分析

基于投入产出分析法,以甘肃省2007年行业经济及用水数据为基础,构建了地区水资源投入产出表。通过对甘肃省行业用水系数、用水乘数、用水量等指标的分析,研究了甘肃省各行业对经济系统的水资源消耗间接拉动效应。在此基础上进一步研究了经济系统内部行业间虚拟水的转移,分析了经济系统内部虚拟水的流向,并通过计算甘肃省虚拟水的进出口量对经济系统间虚拟水的流向进行了分析。分析结果表明,种植业用水系数、用水量在该省行业中处于最高,对经济系统水资源的间接拉动影响较小,是主要的虚拟水输出行业。其中一部分虚拟水流向制造业,经由制造业流向建筑业与服务业等行业,另一部分流向省外。在构建节水型经济系统的过程中,由于行业间水资源消耗的关联性,考虑到其他行业对种植业的间接拉动,在采取缩小种植业规模提高种植业节水效率及调整区域产业结构的情况下,应将减少消费端的物质消费因素考虑进去。     

不同类型水源保护林水资源保护功能的分析和评价

针对北京市密云县密云水库上游清水河流域现有水源保护林类型现状,对油松林、刺槐林、板栗林及混交林4个林分类型的截留降雨、枯枝落叶容纳雨量、林地土壤蓄水、减少地表径流及净化水质能力进行了分析、比较和评价。结果表明,在最小消耗水资源和有利于水资源积累的前提下,水源保护林中的油松水资源消耗较少,混交林次之,刺槐林、板栗林最多。因此建议水源保护林营造应加大耗水能力小和净化水质的树种比例。     

BP保水剂及其对土壤与作物的效应

对美国生产的ＢＰ保水剂在土壤中的试验结果表明,ＢＰ保水剂有极强的吸水保水能力,对无离子的吸水能力为３８．７ｍＬ／ｇ,含盐量在０～０．１％范围内,溶胀度变化最大,在０．１％盐水中的溶胀度仅为蒸馏水的６３％,吸持的有效水占２／３以上;ＢＰ保水剂施加到土壤中可改善土壤物理水分性状,土壤持水性能显著增大,在０．０１～１．５ＭＰａ土壤水势范围内,砂土和重壤土较轻壤土和中壤土有显著增加;土壤中施加ＢＰ保水剂,土壤饱和导水率显著降低,土壤蒸发性能无显著变化,土壤团聚作用增强;其中砂土增加效果显著;ＢＰ保水剂加入砂土中盆栽种植小麦试验表明,加入ＢＰ保水剂,可使小麦幼苗株重、根系长度和根重有明显的增加,根冠比明显增大,根系营养状况良好,对小麦生长有明显的促进作用。     

山西省作物生产蓝绿水足迹核算及影响因素分析

基于水足迹理论,对山西省2005—2014年11个市主要粮食作物生产蓝水和绿水足迹进行了量化,并结合农业与气候数据分析了其时空变异及气候影响因素。结果表明:近10年山西省各地区粮食作物生产水足迹呈下降趋势,且蓝水足迹下降趋势较绿水足迹显著;全省综合作物生产蓝水足迹从1.11降到0.64 m³/kg。不同作物间生产水足迹差异显著,大豆生产蓝绿水足迹均最高,分别为2.74,2.11 m³/kg;前者是玉米生产蓝水足迹的6.5倍,后者是小麦生产绿水足迹的5.1倍。从蓝绿水构成来看,山西省绿水比例南多北少;其多年均值为46%,具备提高绿水资源利用效率的空间。不同区域间作物生产蓝绿水足迹均表现出由北向南波动中下降的趋势,大同和吕梁地区水足迹较高。通径分析结果显示气候因子中的日照、气温和降雨是影响作物生产水足迹的主要影响因素。在山西省范围内,气候条件的时空差异是造成作物生产水足迹时空变异的主要原因,农业生产资料投入的影响较小。