挠力河流域丘陵-平原-湿地区径流变化驱动力分析

为了减少或者防止丘陵-平原-湿地区蒸发变大、径流减少和湿地退化等问题产生,有必要找到丘陵-平原-湿地区径流变化的驱动力。该文针对这种情况选定典型丘陵-平原-湿地区挠力河流域为研究对象,识别研究区水文气象、降雨径流关系、覆盖类型和旱田作物种类等径流影响因素的变化情况,利用情景模式反映影响因素的组合情况,将情景模式输入水文模型,分析径流影响因素及其变化对水文循环过程和径流的影响。结果表明:研究区域降水变化是径流变化的关键驱动力,降雨与径流总体上均呈递减趋势,并且径流深的递减趋势强于降水量的递减趋势;径流减少影响因素除了关键性因素降雨外还有其他因素在起作用,并且影响在逐渐增强;气候变化也是径流变化的重要驱动力之一,1965—2014年期间夏季和秋季的气温、水汽压、日照和风速等都存在显著增加趋势,春季的气温和水汽压显著升高,春季的风速在降低;1965—2014年期间流域蒸发在5—10月间并不是总是随着气温、日照、水汽压和风速等增加而增加,在某些时段某些覆盖类型蒸发量存在减小的现象;集水区域内覆盖类型变化是径流变化的重要驱动力之一,未利用地转变成旱地、旱地转换为水田以及农业产业结构的调整,加速了研究区内流域蒸散发,导致径流深的递减速度加快,同时引起了径流深对降水响应的异常;降水、气候因素和土地覆盖类型等综合影响着蒸发、根系区含水量、非饱和带含水量和径流等水循环过程因素的时空变化。     

数字高程模型和多时相MODIS数据复合的水稻种植面积遥感估算方法研究

随着搭载在TERRA卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的出现,它以数据丰富、时间分辨率高和覆盖范围广等特点,为水稻遥感估产提供了较好的数据源。该文利用水稻种植易受坡度影响的特性,从数字高程模型(Digital Elevation Models简称DEM)中提取坡度信息,考虑到MODIS能提供多时相及丰富的数据,采用DEM产生的坡度和两个时相MODIS影像数据及植被指数复合提取水稻种植面积,经过比较试验证明,在南方丘陵山区的复杂地形区域,多源信息复合相对于单纯利用单景影像数据可以明显提高水稻种植面积估算的精度。     

基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

水分对切花百合叶面积影响的预测模型研究

叶面积既是重要的花卉作物外观品质指标,又是作物生长和蒸腾模型中所必需的作物参数。为建立水分对叶面积影响的预测模型,该研究以切花百合品种’索邦’(Lilium’Sorbonne’)为试验材料,于2009年3月至2010年1月在南京市农科所温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验。首先根据试验数据,确定了切花百合正常生长的临界基质水势。然后定量分析了不同定植期和不同水分处理切花百合叶面积的变化规律,以及基质水势对百合最大叶长、最大叶长伸长速率和到达最大叶长累积的光温指数动态的影响。在此基础上,进一步建立基质水势对切花百合叶面积指数影响的动态预测模型,并采用与建模数据相独立的试验数据对模型进行了检验。结果表明,模型对百合展叶数、单叶叶长和叶面积指数预测效果较好,预测值与实测值之间基于1∶1线的决定系数(r2)分别为0.96、0.82、0.97,相对回归估计标准误差(rRMSE)分别为6.32%、8.78%、7.12%。该模型能较好地预测水分对切花百合叶面积的动态影响,可为进一步优化切花百合生产的水分管理提供决策支持。     

激光平地乳芽直播节水效果的研究

我国水资源严重短缺，农业生态环境急剧恶化。农业是我国的用水大户，约占全国总用水量的72％；水稻生产又是农业生产中的用水大户，在东北地区平均每公顷用水7 500～9 000 m³。故此，研究水稻生产中的节约用水，保护生态环境和节本增效等问题，具有重要的经济和社会效益。该文利用自动控制理论，研究了激光平地机组的结构和工作原理；通过在辽阳市太子河区景尔屯村进行的20 hm²激光平地乳芽直播田间试验，对激光平地的作业效果和泡田过程中的节水、节地效果进行了试验研究，在测试泡田用水量的过程中，利用秒表、乒乓球等设备实时地测试了田块的进水口流量，实践证明此方法成本低，操作简单，测试结果准确可靠。结果表明，激光平地可节约泡田用水21.578％ ，节约土地 0.92％；乳芽直播可节约泡田用水25.888%。     

水稻种植面积遥感估算的不确定性研究

利用研究区地物类别亚米级GPS详查数据及TM影像光谱数据,模拟生成1m分辨率的遥感模拟影像。用3种非参数分类法(最临近法KNN、误差后向传播神经网络BPN,模糊自适应网络FUZZY ARTMAP)和一种参数分类法(最大似然法MLC)对研究区TM影像进行硬分类估算水稻面积;还采用BPN全模糊分类、BPN和KNN模糊分类、抽象级结合和测量级结合的多分类器结合方法对遥感影像进行分类估算水稻面积;采用最多数法则的尺度扩展算法,实现由3m空间分辨率参考图提取30m空间分辨率影像像元纯度信息,讨论混合像元问题对遥感影像分类精度的影响。结果表明:非参数分类法精度均高于参数分类法,3种非参数分类法之间的差异较小,用最大似然法估算水稻面积的用户精度最高,用K最临近值分类法估算水稻面积的生产者精度最高;水稻类全模糊分类法的面积和真实面积最为接近,水稻类像元内的面积估测和真实面积无极显著差异;多分类器结合的分类法无论采用投票法还是测量级方法都能提高分类的总精度,能够提高水稻类面积提取的精度;研究区在30m空间分辨率的情况下,各类别分类总精度、Kappa系数随像元纯度升高而升高,4种硬分类方法没有对混合像元的分类表现出特别强的能力。本研究最终制作出分类影像像元的分类结果图、分类最大概率值、熵值图和水稻类概率值等4张图层,构成了对研究区分类结果不确定性的空间分布图不确定性图层,为采取进一步降低不确定性的措施提供了线索。     

用分布式水循环模型与机器学习预测内蒙古河套灌区节水潜力

为探究内蒙古河套灌区真实节水潜力,该研究构建河套灌区分布式水循环模型与基于机器学习的盐分模型,设置节水方案集,定量分析各方案下的灌区引、耗水量、地下水埋深、积盐量变化等。结果表明：1）水面蒸发的纳什系数均不低于0.654,相对误差绝对值不高于分别为4.82%,相关关系为0.88,排水过程纳什系数均不低于0.600,相对误差绝对值不高于分别为5.11%,相关关系为0.82,地下水埋深的纳什系数均不低于0.628,相对误差绝对值不高于分别为5.12%,相关关系为0.86,满足灌区水循环满足精度要求。本文选择采用土壤盐分模型,得到土壤积盐量与实测值的纳什系数均不低于0.76,满足精度要求。2）渠道砌衬方案S1、田间节水调控方案S2、种植结构调整方案S3的耗水节水量分别为2.93亿、3.02亿和2.54亿m³。S1+S2+S3组合方案灌区耗水节水量最多,为9.11亿m³,S2+S3方案组合次之。3）渠系水利用系数提高,将引起地下水水位下降,不利于排盐,S1方案下地下水埋深大于3 m的面积比例较基准方案增加了7.59%,不利于灌区排盐。田间工程措施使得相应的农田入渗量减少,地下水位下降,有利于灌区脱盐,S2方案下地下水入渗补给量较基准方案减少2.57亿m³,灌区地下水位下降较为明显,S2方案有利于灌区脱盐。S3方案下地下水入渗补给量略微减少,地下水位变化不大,有利于灌区脱盐。不同方案组合,S1+S2、S1+S2+S3方案下对地下水埋深影响较大,尤其是S1+S2+S3方案在灌区西北部、山前、乌拉特前旗、乌梁素海东部的形成连片埋深高值区,影响区域生育期农田作物与林草地植被生长。S1S2方案下不利于灌区脱盐,自然植被生育期平均埋深超过2.5 m的比例较基准方案增加了5.46%。在综合考虑生态环境的约束下,推荐耗水节水量最大的方案S2+S3,即灌区适宜的耗水节水潜力为5.69亿m³。该方案下虽然也会引起地下水位略有下降、进乌梁素海排入水量略微减少,但最有有利于灌区排盐。研究可为引黄灌区节水方案制定与灌溉管理提供技术支撑。     

我国主要植烟土壤氮素矿化潜力研究

为研究我国植烟土壤潜在供氮能力及其分布状况,从18个烤烟主产省的317个县采集了500多个土壤样品,采用Stanford的间歇淋洗好气培养法,测定了土壤氮素矿化势和矿化速率常数。结果表明,植烟土壤氮素矿化速率常数（k）平均为0.017/d,土壤氮素矿化势（No）平均为130.6 mg/kg,变幅为5.5～372.0 mg/kg,0—30 cm土壤累积潜在供氮量达到了470.2 kg/hm2。不同植烟区土壤矿化势差异显著,黄淮烟区、北部西部烟区、东北烟区、南部烟区、长江中上游烟区、长江中下游烟区、西南烟区土壤矿化势的分别为:64.1、78.8、99.0、119.9、127.8、135.0 和160.5 mg/kg。其中南方烟区（南部烟区、长江中上游烟区、长江中下游烟区、西南烟区）的矿化势显著高于北方烟区（北部西部烟区和东北烟区）和黄淮烟区。不同类型土壤矿化势存在显著差异,即使是同一类型土壤,其矿化势变异仍很大。因此应从宏观上把握全国植烟土壤的供氮潜力,对于土壤供氮潜力过高的区域,在植烟土壤区划中应考虑进行调整,而对较高的区域,可以考虑采用农艺措施进行调控,减少烟株生育后期氮素供应;而对于土壤供氮适量的区域,应作为优先发展烤烟生产的区域。     

东北典型稻区不同种植模式下稻田氮素径流损失特征研究

为了降低东北稻区稻田氮素径流损失,选择东北典型水稻种植区盘锦市,开展了不同栽培模式下水稻生长季田间氮素径流监测试验,试验设5个处理:对照(CK)、常规模式(TR)、稻蟹共生(CR)、有机水稻(OR)和减量施肥(RR),利用集水池收集各处理的地表径流,并测定径流的硝态氮、铵态氮、总氮含量,计算氮素流失量。研究结果显示:稻田地表径流损失的铵态氮远高于硝态氮;稻蟹共生和常规模式处理田间排水铵态氮的损失量相差不大,减量施肥处理比常规模式处理低26%,有机水稻处理比常规模式低73%。稻蟹共生处理比常规模式处理排水中硝态氮的排放量少23%,减量施肥处理比常规模式处理减少34%,有机水稻处理比常规模式处理低67%。稻蟹共生和常规模式处理排水总氮排放量无显著差异,分别为6.15 kg.hm 2和5.89 kg.hm 2;减量施肥处理显著低于常规模式处理,总氮排放量为4.76 kg.hm 2,比常规模式处理低19%;有机水稻处理在各水稻模式中总氮排放量最低,仅为1.93 kg.hm 2,并且显著低于常规模式处理,比常规模式处理低67%。     

基于灌溉制度优化和种植结构调整的用水总量控制

该文以农业耗水总量及灌溉取水总量为约束条件,采用优化灌溉制度和种植结构调整措施下京郊农业发展面积阈值。结果表明:1)采用优化灌溉制度措施能显著降低研究区农业耗水量与灌溉量,使区域农业耗水总量低于耗水总量控制指标及其使农业灌溉量取水总量低于其多年实际平均水平,但是农业灌溉取水总量仍超过其控制指标;2)在北京市大兴区减少耗水量高的露地蔬菜与冬小麦的种植面积,增加灌溉量少且耗水较低的夏玉米种植面积,同时进一步发展农业用水效率较高的设施农业面积,能够满足农业灌溉取水总量与耗水量总量控制指标,且符合国家规划稳定粮食产量与提高蔬菜产量的要求;3)满足灌溉取水总量控制下农业发展面积阈值为4.60?104~7.42?104 hm2,而满足耗水总量控制下农业发展面积阈值为6.72?104~9.48?104 hm2,而同时满足2种约束条件下农业发展面积阈值为7.42?104 hm2;4)在维持用水总量不变情况下,随着设施农业发展面积扩大,传统农业发展面积相应减少,但因用水总量约束值差异设施农业与传统农业的发展阈值并不完全一致。可见,为维持区域水资源持续高效利用,确保区域农业健康发展,势必采用优化灌溉制度与种植结构调整等节水措施,控制农业发展阈值在合理范围内,才能使区域农业用水总量不能突破灌溉取水总量与耗水总量的控制指标。研究对类似京郊资源性缺水地区农业健康发展具有重要参考价值。     

长沙烟区烟后晚稻适宜氮肥施用量与运筹方式研究

为给长沙烟区烟后晚稻高产高效栽培提供科学依据,以超级杂交稻品种深优9586为材料,于2011~2012年在长沙市宁乡烟区研究了施氮量与氮肥运筹方式对烟后晚稻产量形成与氮素吸收利用的影响。结果表明:(1)在施氮0~120 kg/hm~2范围内,晚稻产量随施氮量增加呈先增后降趋势,施氮90 kg/hm~2条件下产量最高,过量施氮导致减产的原因在于有效穗数与千粒重下降;(2)氮肥运筹方式影响晚稻产量,施氮90 kg/hm~2时W3处理(基蘖肥∶穗肥∶粒肥比例为0.5∶0.25∶0.25)产量最高,施氮30~60 kg/hm~2时以W4处理(0.25∶0.5∶0.25)产量最高,增产的原因在于氮肥后移提高了烟后晚稻齐穗期叶面积指数、灌浆中期叶面积指数和SPAD值;(3)氮肥用量增大,烟后晚稻氮积累量提高,但氮农学利用率、氮肥吸收利用率、氮生理利用率、氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率下降;氮肥运筹方式影响氮素利用效率,施氮量较低时,氮肥后移有利于氮素利用效率的提高,而施氮量偏高时(90 kg/hm~2)后期施用氮肥比例不宜过高。可见,为提高长沙烟区烟后晚稻产量和氮素利用效率,施氮量在60 kg/hm~2以内可采取氮肥后移策略,而施氮90 kg/hm~2时后期施氮比例不宜过高。