基于遥感的吉林省中西部耕地数量和质量空间格局变化分析

耕地数量和质量变化直接关系到国家粮食安全和社会稳定,研究粮食主产区耕地数量和质量变化具有重要的现实意义。该研究利用2000年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感数据和2351个样点土壤实测数据,对吉林省中西部耕地分布的空间变化和由此引起的不同质量等级耕地的时空特征进行分析。结果表明:2000—2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104 km2增加到5.64×104 km~2,其中旱田面积增加645 km2,水田面积减少350 km~2。研究区耕地分布表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面,28.85%和22.61%转化为林地和湿地;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。2000—2013年期间,研究区耕地质量总体呈下降趋势,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305 km~2,长春市占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218 km~2,主要分布在白城市和松原市。城市化占用和耕地保护政策的实施是该区域耕地数量和质量变化的主要驱动因素,研究时段内吉林省中西部优质耕地流失严重,存在突出的占优补劣问题。     

水田化进程下挠力河流域耕地时空变化特征

以三江平原腹地挠力河流域为研究区,基于1990年、2002年、2013年3期遥感数据分析了该地区水田化进程中耕地时空变化特征,为耕地资源的利用与开发提供依据。结果表明:20多年间流域耕地呈现不稳定增长态势,旱地和水田的变化趋势与耕地综合变化趋势不完全一致;1990—2002年旱地变化幅度小,水田变化幅度大,2002—2013年旱地面积比例由44.57%下降至42.24%,水田继续保持增长趋势,但增长速度明显放缓;耕地转入上,流域耕地子类型的内部转换发生明显。旱地主要转入用地类型为未利用地、水田和林地,水田主要转入用地类型为旱地。耕地转出上,1990—2002年流域的旱地水田流出以耕地内部转换为主,2002—2013年旱地和水田的转出与1990—2002年转换趋势基本保持一致。     

“三位一体”视角下重庆库区水旱地分布格局及影响因素

  目的  耕地“三位一体”保护实质是数量、质量、生态协同保护,且耕地具有类型与结构的差异。剖析耕地内部水旱地数量、质量和生态空间格局差异,找出影响不同区域水旱地空间分布的主导因子,为“三位一体”耕地差异化保护提供参考。  方法  以2018年土地利用现状数据和耕地质量等级评价成果为数据源,采用地形分布指数、景观格局指数和地理探测器研究重庆库区库首巫山县、库中万州区、库尾沙坪坝区水旱地数量、质量、生态特征及影响因素。  结果  ① 沙坪坝、万州和巫山水旱面积比分别为42∶58、51∶49和9∶91。水田（旱地）多分布于低（高）海拔、坡度缓（陡）、地形分布指数较低（高）地区。② 旱地质量等级沙坪坝 > 巫山 > 万州;水田质量等级沙坪坝 > 万州 > 巫山。③ 沙坪坝水旱地斑块密度指数分别为28.53和24.46,比其他两区高出10倍,巫山水旱地香农多样性指数分别为5.6和4.43,是其他两区的10倍。④ 乡村劳动力和坡度是影响库区水旱地分布主要因素。交互探测后,坡度、乡村劳动力对旱地的解释力分别升至1和2位;坡度对水田的解释力升至1位。  结论  生态涵养发展区的巫山和万州水旱地数量总体多但质量偏低,都市功能核心区的沙坪坝水旱地数量虽少但质量更优。水旱地分布受区域地形影响较大,应因地制宜、分区分类进行差别化保护。     

基于遥感的2000－2009年三江平原北部耕地变化特征分析

该文以三江平原北部为研究区,基于遥感数据分析2000-2009年该区域耕地变化特征,旨在为土地整治、农田水利工程建设等耕地资源开发利用提供依据。结果显示:耕地面积由214.31增加至285.10万hm2,垦殖率升至67.3%,新增耕地主要为旱地;共有73.64万hm2土地被垦殖为耕地,主要来源为沼泽地、林地和草地,而同期退耕面积仅为2.84万hm2;58.67万hm2旱地转换为水田,9.06万hm2水田转换为旱地;水田呈现出集中分布的格局,占耕地总面积的比重升至30.10%;位于研究区东部北部的县市耕地增加较多,而位于西部南部的县市耕地增加的较少;今后该区域在农业发展特别是农田水利建设过程中,应加强水土资源优化配置研究,并主要通过土地整治来增加有效耕地面积。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

我国东北地区土地资源变化态势分析

基于遥感和GIS技术,研究了1986-2000年东北地区土地资源变化趋势,并对空间差异和主要的驱动力进行了分析.结果表明,东北地区属于土地利用急剧变化型,由于人类活动的增加,导致耕地面积大幅度增加,林地、草地、水域和沼泽大量减少.从变化速率来看,水田增加最快,1986-2000年增长了20%,草地和沼泽减少最快,分别减少了17%和12%.分析东北三省土地利用特征的差异可知,辽宁省以水田和林地的减少及旱地的大面积增加为主,吉林省主要特征为水田和旱地的增加与草地的大幅度减少,黑龙江省主要特征为水田与旱田大幅度增加与林地、草地和沼泽的大面积缩减.东北地区耕地增加的分布区域是大兴安岭、小兴安岭、长白山地的山地丘陵,三江平原和黑龙江、吉林的半干旱、半湿润地区.林地减少的分布区域是大兴安岭、小兴安岭、长白山地的山地丘陵.草地减少的分布区域主要在黑龙江、吉林、辽宁与内蒙古东部交接地带的半干旱、半湿润的草原地区.气候变暖为耕地开垦提供了有利的前提条件,人口增加和区域经济的发展以及城市化进程的加快是重要的土地利用变化驱动因子.     

土地利用和气候变化对四川省紫色丘陵区径流泥沙变化的影响研究

嘉陵江紫色丘陵区的土壤侵蚀是造成该流域下游水土流失严重的主要根源.选取四川省紫色丘陵区的李子溪流域为研究区,根据反映“长治”工程实施前后的1986,1999和2001年影像数据,应用GIS技术解译得到了该流域3个时期的土地利用图,并利用SWAT模型对这3个时期的土地利用情形进行了产流产沙模拟.在1986年土地利用图的基础上,假设了7种不同土地利用情景以及9种不同气候组合,以评价土地利用变化和不同气候条件对李子溪流域径流泥沙的影响.研究结果表明:(1) 1989年实施“长治”工程后,林地面积持续增加,水田、旱地面积持续减少,且林地增加的面积主要来自于水田和旱地;(2)林地覆盖率增加,耕地减少的土地利用变化对流域产流产沙量的减小影响显著,说明了“长治”工程实施后,以退耕还林和植树造林为主的理措施具有水土保持作用,且在大于25°的坡耕地上实施退耕还林措施对减少地表径流,拦截泥沙效果更显著.     

三位一体视角下三峡库区耕地资源内外转换轨迹和特征——以江津区为例

耕地资源约束趋紧下,区域发展和多维消费需求取决于耕地数量、质量、生态“三位一体”保护,揭示变化耕地的转换轨迹及“数、质、生”特征是确保耕地得到有效三位保护的前提,也是未来耕地保护的施策重点。基于2009—2018年土地利用数据和耕地质量等级评价成果,采用土地利用转换矩阵和景观生态风险指数等方法,从耕地内部和外部变化两个方向切入,找出不同时段耕地内外转换的轨迹,解析转换水旱地的“三位”特征,探究了转换耕地的时空变化规律。结果表明：(1)耕地转换以外部转换为主,2009—2012年、2012—2015年、2015—2018年3个阶段均有发生,主要转换类型为耕地与城乡建设用地间的互转,内部转换仅发生在2015—2018年,旱地转水田和水田转旱地数量基本相当。(2)转换耕地质量总体偏高,其中转出旱地主要在10—11等,转出水田主要在8等,而转入旱地以8—12等为主,转入水田以8—9等为主。(3)转换耕地主要分布在低和较高生态风险区,其中旱地转出转入与水田转出均主要发生在低生态风险区,而水田转入主要发生在较高生态风险区。由此可见近10年来耕地转换轨迹从单一外部转换向内外部多元地类转换,同时水田与...     

重庆市典型县撂荒耕地图斑的提取与验证

耕地撂荒在国际和国内众多区域都有分布,而且近年来有愈演愈烈的趋势。撂荒地块的提取是进一步研究耕地撂荒状况的基础。该文详细阐述了重庆市典型县的撂荒耕地地块的提取过程,利用2期耕地图层叠加,剔除退耕还林和森林工程图斑,得到撂荒耕地分布图,在此基础上得出了重庆市典型县的耕地撂荒状况。将随机抽样提取的撂荒耕地图斑与Google Earth影像验证,撂荒耕地图斑提取的正确率达到85.3%,该方法用于提取山区的撂荒耕地是可行的。研究发现,2011年石柱、巫山和酉阳3县的耕地撂荒率分别为14.0%、19.9%和19.2%,整体上3县的平均撂荒率为18.0%,撂荒耕地总面积为5.6万hm2。撂荒耕地以旱地为主,占总撂荒地面积的82.4%,旱地撂荒率为20.4%,水田撂荒率为11.5%。3县中,巫山县和酉阳县的撂荒率高于石柱县;而且,在水田撂荒方面,巫山县和酉阳县的水田撂荒率也明显高于石柱县,3县的水田撂荒率分别为17.2%、13.9%与6.3%。     

亚热带典型小流域景观格局对耕地土壤酸化的影响

土壤pH是影响粮食产量的重要因素,土壤酸化是造成土壤退化的重要因素且成因较为复杂,景观格局是生态过程的重要影响因素,其对土壤酸化的影响机制尚不明确。本研究以广州市流溪河流域作为研究区域,以样点缓冲区作为研究单元,基于2010年的759个耕地表层土壤样点pH和1980s土壤pH分布,使用景观格局指数、地统计与相关性分析方法,分析流域耕地土壤酸化时空变化特征,定量探究景观格局对耕地土壤酸化的时空影响。研究结果表明:①2010年流域耕地以酸性土壤为主,土壤样点pH均值为5.79,86.03%的样点和97.3%的耕地土壤pH6.5;不同耕地类型土壤pH均值:水浇地(6.03)水田(5.68)旱地(5.62);各类土壤的pH均值:河积土田(5.92)水稻土(5.84)赤红壤(5.66)紫色土(5.55)黄壤(5.40)红壤(5.39)。②1980—2010年土壤酸化显著,31.23%的样点和24.76%的耕地土壤pH下降;水田和旱地土壤酸化显著,水浇地有pH上升的趋势;除河积土田外各类耕地土壤酸化显著,黄壤最显著,红壤次之。③流域自上游往下游,耕地土壤pH递增且分布变得更复杂,上游和中游东西两侧及下游东侧的pH较小,且在1980—2010年酸性土壤向外蔓延趋势显著;中游中部及下游西侧出现了pH升高的复杂组合。④除旱地、灌木林地、草地和未利用地之外的类型景观格局指数都与耕地土壤pH存有显著相关性,pH与水域和道路密度景观水平指数呈显著正相关,本研究选出各类景观的土壤酸化敏感性景观格局指数,发现自然林的破坏,水田、园地和水域的破碎化,不透水建设用地的零散分布有造成耕地土壤酸化风险,大片水域的流水更新与水田的集聚化可降低土壤酸化风险。本研究可为耕地土壤酸化防治与景观优化提供参考依据。     

低场核磁探测水稻田改蔬菜地土壤水分的相态变化

为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化,该研究在田间土壤调查的基础上,结合低场核磁测氢技术,评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明:随着转化时间的延长,耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降,土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升,犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化,土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势,但长期施用有机肥可以优化耕层质量,提升土壤大孔隙吸持自由水的能力,改善土壤水分供释性能;水稻土转化为设施蔬菜地土壤2 a后,出现新犁底层,使得原有的耕层土壤变薄,土壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段,可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化,可为设施农业的可持续管理提供新的技术支持。     

水管冷却混凝土温度场和应力场计算的有限元子结构法

冷却水管离散模型应用于大型混凝土结构的温度场及应力场计算时,需对计算模型进行二次剖分,导致了有限元整体方程阶数的大幅度增加,限制了此方法在实际工程中的广泛应用.针对这个问题,在子结构理论的基础上,推导了含冷却水管的混凝土温度场计算公式,同时为了得到水管周围精确的应力场分布,进一步将子结构理论引入到考虑徐变及自生体积变形...     

农田休闲期作物留茬对近地表风场的影响

茬是防治农田休闲期土壤风蚀的有效措施。该文利用野外观测数据,通过比较不同高度的4种作物留茬及冰草覆盖地表的风速廓线,分析各种处理下近地面风速和空气动力学特征,揭示作物留茬防止土壤风蚀的机制。结果表明：作物留茬降低了地面以上2 m高度内的风速,降低幅度与留茬高度成正比,与观测高度成反比。高度相同时不同类型的留茬比较,莜麦和小麦茬下风速降低幅度较大,植株稀疏的油菜茬和秸秆较细的胡麻茬的防风效果较差。同类作物不同高度的留茬覆盖下,地表空气动力学粗糙度随留茬高度的增加而增大,在莜麦、油菜和小麦茬高度达到15、30和15 cm时显著增大,是3种留茬防风的有效高度。可见,高度适宜的作物留茬能降低近地面风速,削弱侵蚀力,有效防治土壤风蚀。     

田块和小区尺度下节水灌溉稻田腾发量差异分析

为了揭示节水灌溉稻田腾发量在不同尺度间的差异,基于田间实测数据,对比分析了节水灌溉田块尺度与小区尺度间稻田腾发量的差异性。结果表明,节水灌溉水稻整个生育期不同尺度腾发量间存在显著差异,田块尺度的总腾发量比小区尺度小18.7%。各生育期稻田腾发量尺度间差异显著(P0.05),不同时段(旬、候)稻田腾发量尺度间差异极显著(P0.01)。节水灌溉条件下稻田下垫面状况、大气湍流状况、灌溉补水过程、土壤水分状况以及气象因子是造成不同尺度稻田腾发量差异的主要原因。气象因子中空气相对湿度和气温造成了尺度间腾发量差异的变化。稻田腾发量尺度差异的揭示可为稻田腾发量在尺度间的转换提供依据。     

基于流固耦合渗流的植物油料压榨数值模拟

考虑植物油料的可变形和流变,植物油料的压榨过程是一个渗流场和流变场耦合渗流问题。基于流固耦合渗流理论建立植物油料压榨过程的模拟模型,采用有限差分法和有限元法交替求解渗流场和流变场。数值模拟了压榨过程中菜籽和菜籽仁油料的位移、菜籽仁孔隙流体压力分布与消散、有效应力分布与变化。菜籽和菜籽仁的位移数值解和实测值比较吻合,尤其在中、后时段。     

田间原位试验分析长期机械作业下稻麦轮作地块土壤入渗性能

田间原位不同深度入渗试验是表达土壤分层状态、展示土层物理分异以及定量土壤剖面水功能变化的关键。为了探究不同深度水稻土的入渗能力及保水作用,该研究以华东稻麦轮作区小农户长期机械化耕整模式下代表地块的土层分异为目标,设计田间原位不同深度入渗试验。在试验地块内开挖7个不同深度的入渗坑并在坑底进行入渗试验,然后渗透48 h分层测取土壤含水率,研究不同坑底深度（坑深）土壤的入渗能力和入渗后各土层含水率的变化。结果表明,不同深度入渗试验准确表达了不同坑深土壤的水分入渗及土层持水分异,同时也能清晰地鉴别出犁底层所在位置和厚度,犁底层始于15 cm深,且耕作层与犁底层分异明显,耕作层平均紧实度为1 005.79 kPa,犁底层平均紧实度为1 910.73 kPa;土壤剖面分析表明,耕作层土壤形态疏松,根系分布稠密,犁底层土壤容重大,孔隙度小,透水性差,心土层土壤铁锰斑点较多,结构性差;土壤入渗参数随坑深的增加而减少,其中0～15 cm坑深范围内平均的平均入渗速率和累计入渗量分别为>20～30 cm的17.04倍和18.06倍;通过对比初始含水率和渗透48 h后含水率,得到坑深在15 cm范围内的...     

Long-term field experiments of the world

Long-term field experiments are indispensable sources of knowledge. They are vitally important in monitoring, understanding and proving the changes in soil fertility occurring as a result of long-term agrotechnical operations, first of all that of fertilization. Because of longevity, it is fairly costly to maintain them. Their scientific and practical value is, however, immeasurable and keeps growing with their age. The information concerning the land use can not be replaced by other means. The oldest long-term experiments that have run continuously since their foundation are 160-years-old now. They were established at Rothamsted in England by the Rothamsted Experimental Station's founder J. B. Lawes and J. H. Gilbert in 1843. The scientific work of J. von Liebig, the German chemist, who drew up the theory of the increase of soil fertility, has also contributed to the foundation of the Rothamsted Classic Experiments to a large extent. In those days heated discussions about nutrient recycling incited the experimentation and scientific investigation. The experimentation in England has focused attention on long-term field experiments, and such experiments were soon set up in other lands too. In our days long-term experiments of more than 100 years can be found in six lands. These provide results characteristic first of all for the given site, however they concentrate attention on universally valid, surprisingly actual relations of cause and effect as well. These experiments are of great help to us to reconcile ecological and economic interests and to clear up actual questions of environmentally friendly nutrient supply and sustainable husbandry.     

淹水稻田氮的损失

A field microplot experiment was conducted during the tillering stage of paddy rice to investigate nitrogen(N) Iosses from flooded rice fields following fertilizer application. After application of ammonium bicarbonate, most of nitrogen in the flood water was present as NH₄-N and its concentration varied widely with time. Concentrations of both NO₃-N and NO₂-N in the floodwater were low due to the weakened nitrification. Under flooded anaerobic reducing conditions, soil solution concentrations of NO₃-N and NH₄-N were nothigh, ranging from 0.6 mg L^-1 to 4.8 mg L^-1, and decreased with soil depth. However, the ground water wasstill contaminated with NO₃-N and NH₄-N. Rainfall simulation tests showed that the N losses via runoff inrice fields were closely related to the time intervals between fertilizer applications and rainfall events. Whena large rain fell for a short period after fertilizer application, the N losses via runoff could be large, which could have a considerable effect on surface water quality. Both irrigation and N fertilizer application must be controlled and managed with great care to minimize N losses via runoff from agricultural land.     

大田烤烟的灰褐斑症研究

A field study was carried out on the grey disorder in flue-cured tobacco( Nicotiana tabacum L.) leaves.The results showed that low Eh and high available Fe content in the soils were responsible for the grey tobacco and dead roots.Grey disorder leaves produced low quality lamina,which was low in N,nicotine,reduced sugar and K contents,In this study,soil available Mn and leaf Mn contents were in a relatively low level and should not be an important factor in the occurrence of grey disorder in flue-cured tobacco.     

介电式种子分选机电磁场的研究

针对前人建立的双绕线圈滚筒电磁场模型的不足之处，将相邻以至远邻电极的影响考虑在内，建立了双绕线圈滚筒所产生的电磁场模型。并利用它对影响电磁场的各个因素进行了分析，得出了电磁场随各参数变化的规律，并提出了改进分选效果、提高分选机性能的措施。结果表明：新建的模型克服了前人所建模型的缺点，更符合于实际情况，它对分析各因素对电磁场的影响规律以及在介电式种子分选机的参数设计时更具有指导意义。