太行山山前平原近50 年气候变暖特征及其对冬小麦-夏玉米作物系统的影响

气候变暖及其对作物系统的影响是农业应对全球变化领域的主要研究命题之一。本文以河北省石家庄为例, 通过对近50 年气温数据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了太行山山前平原区气候变暖对冬小麦-夏玉米作物系统的影响。山前平原区近50 年来明显变暖, 增温速率为0.35 ℃·10a^-1, 其中冬季增温幅度最大, 为0.51 ℃·10a^-1。气候变暖对作物的影响主要体现在有效积温的增加。近20 年来, >10 ℃积温较基准时段增加明显, 农业热量资源条件改善, 相当于农作物有效生育期延长10~20 d。由于较大的增温幅度及季节不均衡性, 冬小麦-夏玉米作物系统受到显著影响: 1990 年以来, 冬小麦生长季积温较基准时段上升幅度超过10%, 冬前生长期积温增加易造成旺长, 影响其安全越冬能力, 需推迟冬小麦播种期以适应气候变暖导致的不利影响; 气候变暖改善了夏玉米生育期热量条件, 综合考虑其收获期因小麦晚播而相应推迟的影响,夏玉米生长季>10 ℃积温可超过2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种平播的热量条件。     

太行山山前平原区蒸散量和作物灌溉需水量的分析

应用Penman-Montieth、Priestley-Taylor和FAO-24 Blaney-Criddle 3种方法计算了太行山山前平原高产区的参考作物蒸散量并对计算结果和利用实际蒸散量计算的作物系数进行了分析,结果表明：Penman-Montieth公式和FAO-24 Blaney-Criddle公式估算的参考作物蒸散量结果相近,而Priestley-Taylor方法结果偏低;在不同公式基础上计算的作物系数也存在着明显的差异,以Penman-Montieth公式为基础计算的作物系数比较合理,FAO-24 Blaney-Criddle计算的作物系数在4月到10月之间比较合理,Priestley-Taylor公式计算的作物系数偏高;在分析了多年作物系数的基础上,对不同水分年型下的作物需水量和灌溉需水量进行了计算,冬小麦和夏玉米季的灌溉需水量分别在270～400 mm和0～330 mm之间。     

我国近40年降水的变化及对气候生产力的影响

本文采用1950--1990年全国大体分布均匀的350个站的降水资料,分析了近40年我国降水量的时空变化特征及不同年代降水量对植物气候生产潜力的影响。     

三河市40年来温度和降水变化及对农业生产的影响

对三河市1960~2002年气温和降水等气象数据分析结果表明,该区气温以每年0.04℃的速度上升,且不同季节的变化亦不同,冬季增温最明显,夏季最小,春秋季居中;积温也呈增加趋势,增加趋势总积温>0℃以上年积温>10℃以上年积温。降水年季变化有一定的减少,5年时段变化20世纪60年代初至90年代末减少了150mm,且降水减少的时间主要集中在夏玉米生长季节,同时降水的变化对冬小麦的种植和生长有一定影响。     

太行山前平原农田基础地力对夏玉米产量的影响及培肥目标

太行山前平原是河北省重要的夏玉米产区,对2005～2013年在河北省开展的测土配方施肥项目的"3414"试验数据以及山区平原农田基础地力对玉米产量、基础地力贡献率和产量反应进行了分析,并利用边界线分析方法对土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾对基础产量的响应进行了评价,确定了太行山前平原农田土壤培肥目标.研究结果发现,太行...     

近50年安徽淮北平原降水变化特征分析

选取淮北平原6个典型代表气象站的逐年降水观测资料,采用数理统计方法、趋势拟合和R／S分析等方法,分析了年降水量、主汛期降水量和暴雨日数的变化特征。结果表明,淮北平原年降水量和主汛期降水量增加并不明显,但年际间波动较大,年降水平均变异系数0．26,最大极差在1150mm以上;主汛期降水量变异系数0．39,极比达到5．07,导致旱涝频繁发生。趋势分析表明,20世纪90年代以来,淮北平原多雨年和少雨年都呈增加的趋势,暴雨日数也呈明显增多的趋势。R／S分析得出,未来淮北平原的降水仍呈宽幅震荡的趋势,旱涝灾害仍是制约当地农业生产的主导因素。     

黄土高原地区近50年参考作物蒸散量变化特征

为了探求黄土高原地区深层土壤干燥化过程及成因和该地区植被耗水的变化情况,该文根据黄土高原5站点近50 a的日气象资料,利用Penman-Monteith公式计算了同参考作物蒸散量,并分析了Eto的日均值、月均值和年值的变化特征,同时分析了平均温度、最高温度、最低温度、日照时数、风速和相对湿度与Eto的相关性.结果表明:黄土高原地区Eto日值和月均值与大气温度、日照时数均达到了极显著的相关性,其Eto日值和层Eto月均值曲线均呈单峰型,存在明显的季节变化特征,峰值均出现在6月.除了西安和西宁Eto年值显著降低外,其他3站点的年际间变化趋势不显著,同时除西宁站外其他各站点在20世纪80年代后Eto均有上升的趋势.     

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。     

太行山前平原夏玉米-冬小麦轮作生态系统碳截存及其气体调节价值

应用静态明箱-气相色谱法对4个施氮肥水平NO（0kgN·hm^-2）,N200（200kgN·hm^-2）,N400（400kgN·hm^-2）,N600（600kgN·hm^-2）的夏玉米-冬小麦季CH4、N2O排放进行了研究,同时估算了其年季净固碳量及其O2气体调节价值,计算了年综合气体调节价值。结果表明,夏玉米-冬小麦农田生态系统为CH4吸收汇和N2O排放源,随着氮肥施入量的增加,其对CH4吸收能力减弱,其N2O排放量增加。夏玉米季N400和N600的CH4平均排放速率显著高于N0和N200（P〈0．05）;冬小麦季N0处理CH4平均排放速率显著低于N600处理（P〈0．05）,冬小麦季N600的N2O平均排放速率显著高于NO处理（P〈0．05）。夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0、N200、N400和N600处理CH4排放总量分别为-2．55、-1．99、-0．94和0．47kg·hm^-2·a^-1;其N2O排放总量分别为1．05、1．45、1．67和2．22kg·hm^-2·a^-1。随着氮肥施用量的增加,夏玉米季和冬小麦季转化为NPP的碳量和净固碳量均增加;夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0、N200,N400和N600处理年季净固碳量分别为6224．29,13885．05,14554．35和14521．10kg·hm^2·a^-1;其中N200,N400和N600分别比N0处理增加了123．08％、133．83％和133．30％。夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0,N200,N400和N600处理综合气体调节价值分别为10560．19、23602．64、24727．78和24634．24yuan·hm^2·a^-1;N200、N400和N600分别比N0处理增加了123．51％、134．16％和133,27％,以N400处理年固碳量最高。     

Soil properties, crop productivity and irrigation effects on five croplands of Inner Mongolia

In the Horqin Sand Land, more than half of the original pasture area has been converted to farmland over the last century. A field experiment was conducted from 2000 to 2001 on five croplands in the Horqin Sand Land of Inner Mongolia to examine differences in soil properties, crop productivity and irrigation effects across different soils in the region to assess their relative suitability for cultivation, in the face of continued pressure for conversion of these generally fragile, sandy soils to agriculture.Two irrigated croplands studied were originally sandy meadow (ISM) and sandy grassland (ISG), and three dry croplands were from sandy meadow (DSM), sandy grassland (DSG) and fixed sand dunes (DFD). Results showed that most measured properties of soils, and crop productivity, differed among the five croplands. The silt + clay fraction, bulk density, organic matter content, total N and P, available N and P, average soil moisture and temperature, plant height and aboveground biomass were as follows in the DSM|DSG|DFD soils: 51.1%|47.5%|24.3%; 1.44 g/cm³|1.49 g/cm³|1.58 g/cm³; 6.3 g/kg|4.6 g/kg|3.4 g/kg; 0.55 g/kg|0.33 g/kg|0.21 g/kg; 0.21 g/kg|0.17 g/kg|0.13 g/kg; 27.0 mg/kg|13.7 mg/kg|7.7 mg/kg; 2.9 mg/kg|2.9 mg/kg|3.0 mg/kg; 9.4%|7.0%|6.2%; 21.4 °C|21.7 °C|22.0 °C; 225 cm|220 cm|181 cm; and 2116 g/m²|1864 g/m²|1338 g/m². Corresponding values for ISM|ISG soils were: 54.3%|47.9%; 1.42 g/cm³|1.49 g/cm³; 8.5 g/kg|6.4 g/kg; 0.58 g/kg|0.42 g/kg; 0.20 g/kg|0.19 g/kg; 29.0 mg/kg|23.3 mg/kg; 4.7 mg/kg|7.9 mg/kg; 13.0%|10.1%; 21.0 °C|21.1 °C; 266 cm|245 cm; and 2958 g/m²|2702 g/m².In general, the ecological origin of a cropland was a stronger determinant of its current characteristics than was irrigation history, although irrigation was correlated with significantly increased organic matter content, some soil nutrient levels, and aboveground biomass productivity. Results indicate that fixed sand dunes should not be converted to cropland because of their very sandy and poorer soil, lower biomass productivity and greater wind-erosion risk. Although both the sandy meadow and sandy grassland may be reclaimed for farming, the cropland derived from the sandy meadow had higher resistance to wind erosion and higher crop productivity, so is somewhat more suitable than sandy grassland.     

太行山区山野菜植物资源与开发利用探讨

介绍了山野菜的特点、开发利用价值及其目前开发利用现状和发展趋势,并探讨了太行山区山野菜的种类与开发利用现状以及引种驯化与产业化开发的可行性。     

太行山片麻岩区整体景观格局分析

对太行山片麻岩山区富岗山庄整体景观空间格局和结构特征进行分析,结果表明:富岗山庄景观以水土保持林、山地板栗和山地苹果为主,三者面积占全区面积的75.23%,且大部分处在山坡中坡和上坡位,在各景观中占绝对优势;景观面积、周长、优势度指数较其他景观类型大,破碎度指数较其他景观小,对景观整体结构、功能及其变化的控制作用较强。其他景观类型占有较小面积比例,呈小面积零散分布,破碎度较大,但与优势景观相互联接形成了一个完整的景观格局。富岗山庄目前的景观格局基本合理,利于富岗山庄生物多样性的维持、生态环境的稳定和资源的可持续利用。     

基于CMORPH CRT产品的太行山区降水时空格局

为有效利用太行山区降水资源,实现科学的水资源管理和生态建设,本研究利用1998—2017年CMORPHCRT卫星降水产品数据探究山区降水的时空格局和变化趋势,并通过18个地面雨量站的数据验证山区多年来降水趋势变化。结果表明:在年尺度上, 1998—2017年太行山区年均降水量和各季节降水量无明显变化趋势,太行山区南坡和东坡降水量高于北坡和西坡;在月尺度上,7月是全年降水的主要贡献时段,占全年总降水量的7.2%～32.4%,其次是8月和6月。太行山区南部和西北部降水呈现下降趋势,年均降水量减少2～6mm;山区西部和北部降水呈现增长趋势,年均增加量大于8mm;7月是山区降水趋势差异最大的月份,趋势变化范围在-8.6～8 mm·a~(-1)。根据地面实测数据验证降水变化趋势,在年尺度上,两者数据计算得到的降水趋势呈现极显著相关(P0.01);在季节尺度上,冬季(干季)和夏季(湿季)降水趋势变化与地面实测数据的降水趋势具有极显著相关性(R=0.902,P0.001;R=0.550,P=0.018),但在春季和秋季相关性不显著。根据1998—2017年降水趋势的空间分布栅格图,提取每一栅格的像元值,再将提取所得的降水趋势(PT)划分为6个区间(PT≤-5 mm·a~(-1)、-5 mm·a~(-1)PT≤0 mm·a~(-1)、0 mm·a~(-1)PT≤5 mm·a~(-1)、5 mm·a~(-1)PT≤10 mm·a~(-1)、10 mm·a~(-1)PT≤15mm·a~(-1)和PT15mm·a~(-1)),在不同的趋势区间探索20年来的降水趋势变化特征,研究发现在降水趋势5mm·a~(-1)的区间,降水量从1998年到2017年呈现显著增加的趋势。基于高分辨率卫星数据阐明太行山区降水时空格局和变化趋势,能够为该区域水资源合理利用和生态恢复提供建议和支持。     

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。     

太行山区不同坡度NDVI变化趋势差异分析

山区坡度对土壤侵蚀和植被生长有重要影响。分析不同坡度NDVI变化趋势的差异有助于理解植被对不同坡度的响应情况,加深对植被变化影响机制的理解。本文基于MODIS数据和DEM数据,以生长季NDVI均值为表征指标,采用基于像元的趋势分析方法以及基于坡度的回归分析法,分析了太行山地区2000—2015年间植被变化情况,并且对植被变化趋势与坡度关系的规律做了系统性分析。同时,本文采用土地利用转移矩阵来分析2000年和2010年两期不同坡度土地类型流转的面积及方向,探讨土地利用变化对不同坡度植被变化的影响状况。结果表明:(1)研究时段内太行山区植被总体上得到改善,植被改善区域占该区总面积的93.5%。(2)NDVI增加趋势在中西部地区(山西省境内)最为明显,东部和南部部分中低海拔区出现减少趋势,主要集中在东部邻接华北平原的低山丘陵区。(3)坡度较大的区域生长季平均NDVI较高。(4)植被变化趋势(y)与坡度(x)之间的关系为非线性关系,可用二次函数来表示,其表达式为:y=?0.311x2+8.098x+28.027。(5)当坡度在7°~15°,植被变好趋势最为明显,其次是坡度为15°~20°,坡度7°~20°NDVI变化趋势均值分别比20°区域和≤7°区域高15.8%和29.8%。(6)2000—2010年在低(0°~7°)、中(7°~20°)和高坡度(20°)区域,耕地、林地、草地总面积均减少,主要流向了建设用地和水域。然而,3个坡度范围NDVI变化趋势均为正,且增加最明显的为中坡度地区,然后依次是高坡度地区和低坡度地区。(7)NDVI变化趋势受到土地利用类型和面积的影响较小,主要受到自身生化条件、自然环境条件和人为扰动(土地利用强度等)的综合作用。基于以上结果,本文对太行山区不同坡度土地资源的合理利用和生态环境保护具有重要意义。     

河北省太行山4种经济林林冠层的水文效应

[目的]探索河北省太行山区4种经济林林冠层的水文效应,揭示其水源涵养功能。[方法]选取位于石家庄市西南部山区的核桃、苹果、杏、樱桃成林,雨量筒测定穿透雨量,树干缠绕法测定树干径流量,分析林冠层水文效应。[结果] 4种经济林的林内穿透雨量、树干径流量均随林外降雨量增加而增大;林外降雨量达到45.1 mm之前,林冠截留量随之增加而增大,之后增大趋势减缓;次降雨量在14.3～29.5 mm时,4种经济林的林冠截留作用最大,截留量占比均在20%以上;林外降雨量一定的情况下,4种经济林林冠层对降雨的截留量有较大差异,其排序为:樱桃苹果核桃杏,与郁闭度大小排序一致,林内穿透雨量与截留量排序相反;树干径流量排序为:樱桃杏核桃苹果,与平均地径大小排序基本一致。[结论] 4种经济林林冠层对降雨的再分配作用明显,林冠截留作用主要与林外降雨量有关,受林分类型、树冠结构特征如郁闭度、树木地径等的影响。     

太行山区植被NPP时空变化特征及其驱动力分析

本文基于2000—2014年MODIS NPP数据,结合同期土地利用变化、气温、降水和DEM数据,运用趋势分析法、相关系数法及分区统计法等方法,研究了太行山区2000—2014年植被NPP时空变化特征,分析了气温、降水等气候因素和人为因素对植被NPP变化的影响,为太行山区植被资源管理及生态环境调控提供参考。研究结果表明:(1)太行山区植被NPP多年平均值为284.0 g(C)·m~(-2)·a~(-1),耕地、林地和草地的NPP均值分别为302.5 g(C)·m~(-2)·a~(-1)、258.1 g(C)·m~(-2)·a~(-1)、286.5 g(C)·m~(-2)·a~(-1)。(2)2000—2014年太行山区植被NPP整体呈上升趋势,但大部分植被NPP变化未达到显著水平;16.17%的植被NPP显著或极显著升高,主要分布在太行山区西侧;0.88%的植被NPP显著或极显著降低,零散分布在研究区内。(3)不同植被类型NPP变化速率为草地耕地林地。(4)基于区域平均计算,太行山区植被NPP与降水显著正相关(P0.05),与气温负相关(P0.05)。基于像元计算,植被NPP与降水显著或极显著正相关区面积比例为23.82%,主要分布在太行山区北段,几乎没有显著负相关区;植被NPP与气温显著或极显著负相关区面积比例为8.42%,主要分布在太行山区西侧,显著或极显著正相关区面积比例为0.81%,主要分布在太行山区最北端。(5)研究期内气候因子对植被NPP的升高整体上表现为促进作用,而人为因素主要表现为抑制作用。太行山区生态环境保护仍应以减少人为干扰为主。     

河北省太行山区域耕地资源空间分布特征研究

文根据遥感影像资料, 在对河北省境内太行山区域耕地资源进行解译的基础上, 应用GIS技术和空间分析方法, 对其空间分布特征从海拔高度、坡度及地形类型3个方面进行了分析研究。结果表明, 河北省太行山区域耕地的80.9%分布于海拔500 m以下, 93.7%分布于坡度15°以下, 70.3%分布于平地和U型谷地。由此可以看出, 目前河北省太行山区域耕地资源开发利用比较合理。本文对河北省太行山区域耕地资源空间分布特征的分析可为太行山区域耕地质量评估和合理利用提供科学依据和支持。