基于RS和GIS的农田防护林对作物产量影响的评价方法

在区域尺度评价农田防护林对作物产量的影响对于农田防护林建设和经营管理具有重要意义。该文提出了一种基于遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术的农田防护林对作物产量影响的评价方法。首先利用多时相遥感影像识别农田防护林的经营阶段和和生长状态,建立农田防护林防护效应的综合判定模式;其次采用机制法,通过光、温、水、土逐级衰减,计算作物生产潜力,并基于遥感影像和光能利用率模型估算作物单产;最后构建农田防护林对作物产量影响的评价方法体系。基于该方法,在吉林省长春市北部的农田防护林重点建设区选择样区,评价了该区2009年农田防护林对玉米产量的影响。结果表明,农田防护林在一定程度上将会促进玉米增产。尤其在自然条件较差的低产区,农田防护林的增产作用更加显著,增产率达到8.85%;而在高产区,增产率约为2.4%,但是由于胁地效应的影响,在部分地区可能造成减产。因此,在农田防护林的规划建设中,应根据不同的立地条件,因地制宜,在占地面积最小的情况下,达到稳产增产的作用,实现农田防护林的最大防护效应。该研究丰富了在区域尺度研究农田防护林防护效应的技术方法,可以更加科学合理的评价区域尺度上农田防护林的增产效益,并为农田防护林的经营管理提供科学依据。     

基于作物生长模型和遥感数据同化的区域玉米产量估算

为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结合,以叶面积指数(LAI)作为耦合作物生长模型(crop environment resource synthesis-Maize,CERES-Maize)和植被冠层反射率模型(scattering by arbitrarily inclined leaves,SAIL)的关键参数,提出了将耦合模型与时间序列遥感观测数据同化进行区域玉米产量估算的方案。该文选择吉林省榆树市为研究区,采用MODIS和LandsatTM2种尺度数据集,利用SCE-UA(shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法分别进行玉米产量同化估产研究,得到玉米单产空间分布的估计结果,结合遥感估算的种植面积求算榆树市玉米总产量。结果表明,与玉米统计总产量相比,2007、2008和2009年遥感数据同化估算的总产量误差分别为9.15%、14.99%和8.97%;与仅利用CERES-Maize模型模拟得到的产量误差相比,3a间遥感估算总产量的误差分别减小了7.49%、1.21%和5.23%,且采用MODIS和TM遥感数据估算的玉米产量表现了其空间差异性。利用榆树市3a间玉米产量的明显差异,分析了时序遥感数据对作物长势和产量变化信息的表达能力,同年份内时序归一化差值植被指数越大,对应的玉米产量越高;年际间遥感观测反射率的差异通过数据同化方法能够反映年际间玉米产量差的变化。该文提出的玉米估产方案为将来进一步结合多源遥感数据、植被冠层反射率模型与作物生长模型进行区域玉米估产研究提供了参考。     

基于GIS的区域作物生产系统潜力分析

在区域气候数据库和作物生产数据库支持下，通过光、温、水、土、施肥、灌溉、社会等因子的逐步衰减，建立基于GIS的作物生产潜力的估算方法，并定量分析江苏地区作物单产潜力、潜力系数和总产潜力及区域作物生产的开发优势。结果表明：江苏省作物开发优势由北向南逐渐增大。就作物而论，棉花开发优势最大，油菜最小，粮食居中。就经济区而论，粮油棉开发优势不同，粮食：太湖区>沿江区>沿海区>宁镇扬区>两淮区>徐连区，棉花：太湖区>沿海区>沿江区>宁镇扬区>徐连区>两淮区，油料：太湖区>宁镇扬区>沿江区>沿海区>两淮区>徐连区。就同一经济区而论，粮油棉的开发优势也不同，徐连区：棉花>粮食>油料；两淮区：棉花最大，粮食和油料相当；宁镇扬区：油料最大，粮食和棉花相当；沿江区：粮油棉的开发优势相当；太湖区：棉花最大，粮食、油料相当；沿海区：棉花>粮食>油料。     

鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009-2013年的水稻灌溉试验数据,分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律;运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30 a(1981-2010年)不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长,对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异;通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长,对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明:与浅灌模式相比,湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%;中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%;湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上,其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上;拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大;综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素,提出了鄂北地区的适宜灌溉模式:蓄水深度为60 mm,返青期保持薄水层,黄熟期水层自然落干,拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱(灌溉下限为饱和含水率的70%~80%),分蘖、抽穗开花期可轻度受旱(灌溉下限不能低于饱和含水率的80%);灌水定额为30~40 mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m~3,具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。     

灌区农业灌溉节水潜力估算理论与方法

为了估算农业灌溉的节水潜力,提出了基于灌区尺度的农业节水潜力估算理论和方法,将不同节水措施实现的灌溉节水量分为“毛节水量”和“净节水量”,用于区分目前关于“工程节水量”和“真实节水量”的争论。毛节水量指由于提高灌溉效率,降低渗漏损失和田间蒸发等而少引的灌溉水量。净节水量指采取节水措施后减少的无效消耗水量和无效流失水量之和。案例分析在徒骇马颊河流域现有节水灌溉工程措施基础上分别估算了节水灌溉率提高20%和40%两种场景的节水量。估算结果表明,节水灌溉工程措施的节水潜力很大,但主要是毛节水量,即减少了从水源取用的水量,而净节水量的节水潜力不大。这是由于大多数工程措施的主要作用是提高灌溉水的利用系数,减少渗漏损失,而减少的耗水量相对比较小。     

作物产量潜力极限研究

应用模型模拟方法研究近5 0年来主要作物产量演变趋势结果表明,作物长期进化过程中产量演变遵循S曲线增长规律,目前主要作物产量处于S曲线驻点(最快增长值点)左右,种植效益已开始下降,进一步提高产量日益困难,作物产量将不断接近其极限,多数作物未来产量潜力极限约为目前产量的2～3倍。提高作物产量潜力途径主要包括加强农田水利建设、提高作物育种手段、强化作物栽培措施、优化投入和改善作物生长的大环境等     

贵州主要作物固碳现状和潜力估算

近年来,农田土壤碳固定的研究已经成为国际全球气候变化研究的一个重要热点。为明确贵州农田主要作物固碳潜力,借鉴经验公式对贵州主要农作物碳固定和生产过程中的碳排放进行测算。结果表明,近10年贵州6种作物的总固碳量平均(1 151.16±62.99)万t.a-1,变幅为1 052.65万～1 268.28万t.a-1,呈波动变化缓慢增加趋势,主要作物间接碳排放量为(48.53±1.82)万t.a-1,变幅为45.87万～51.68万t.a-1,只相当于固碳量的4.21%。贵州农田作物的固碳潜力巨大。     

内蒙古河套灌区节水潜力的估算

从作物需水量出发，考虑经济需水量、有效降水补给、生育期作物地下水利用量、输水损失、田间损失、无效蒸腾、非充分灌溉系数等因素后，建立了一个节水潜力的理论计算公式，继而利用一个调节因子，求得实际节水潜力。利用此方法对内蒙古河套灌区近、中、远期的节水潜力进行了估算，结果表明，河套灌区远期的节水潜力(灌溉面积100%达到目前的节水灌溉标准，这在今后25～30年时间里完全可以实现)，在不考虑压盐用水的情况下，可达20.02亿m³，约为现状用水量的40%左右。     

华北平原小麦－玉米两熟制节水潜力与灌溉对策

利用详细校正的农业系统模型可以综合土壤、气候及作物等因素综合评价节水灌溉制度,为农田水分优化调控提供理论和技术支持。该文利用根系水质模型（RZWQM-CERES）模拟分析了华北平原2个代表性站点（禹城和栾城）小麦-玉米两熟制下作物产量、农田蒸散和灌溉需水量多年的变化特征（1961－1999）,结果表明栾城站小麦季农田最大蒸散量与灌溉需水量多年平均分别为632和496 mm,明显高于禹城站,而玉米季最大蒸散量相近,分别为395和384 mm。2个站点灌溉需水量都集中在小麦季（3－5月）,但在栾城站播种期（6、10月）灌溉需水量较高。由于2站点气候和土壤条件的差异,作物产量对水分胁迫的响应特征明显不同,在获得相似目标产量时,禹城站灌溉需水量低于栾城站。以作物水分胁迫指数为基础的节水灌溉制度模拟评价表明2个站点冬小麦水分敏感期为孕穗期,但播前灌溉的产量效应差异明显。综合以上结果初步建立了2个站点高效用水和环境友好型的节水灌溉策略。     

地下滴灌技术节水潜力及机理研究进展

地下滴灌是一种用水效率极高的节水灌溉技术,具有少量多次、节水增产的特点,能有效减少土壤蒸发和深层渗漏,提高灌溉水利用效率,同时其自动化程度高,可降低劳动力和运行管理成本,已成为国内外水资源匮乏地区的重要灌溉技术之一。本文通过回顾地下滴灌技术的发展研究历程,概述了早期发展存在的问题以及现今研究的热点。系统对比了多种灌溉方式对作物产量、灌溉量与蒸散量的影响,指出地下滴灌技术具有极高的节水增产减蒸潜力;通过总结室内控制试验与已建立的数学模型,阐明了地下滴灌点源条件下多因素影响的土壤水分及养分运动过程,揭示了其节水增产的内在机理。进一步指出地下滴灌系统的多种关键技术参数,讨论了地下滴灌灌水设备、灌水均匀度、灌溉定额、灌水频率、滴灌带埋深与间距对作物产量与水分利用效率的影响。最后提出现阶段地下滴灌技术的应用难点和需进一步研究的问题。本文旨在阐述地下滴灌技术在水资源节约方面中的潜力及产生机理,为推动地下滴灌技术广泛应用提供科学依据。     

基于遥感蒸散发的区域作物估产方法

灌区作物产量估算对农业用水效率评价和灌区水分管理具有重要意义。该研究以干旱区代表性灌区-内蒙古河套灌区主要农作区为研究对象,基于遥感蒸散发模型HTEM和遥感作物识别结果获取河套灌区玉米生育期日蒸散发量。选取Jensen模型、Blank模型和Stewart模型3种常用水分生产函数模型,建立河套灌区玉米估产模型,并分析各估产模型的适用性及其参数。结果表明,研究区玉米生育期多年平均蒸散发量约为526 mm。3个模型均有较高的估产精度,其中Stewart模型的产量模拟精度最高,相对误差为4.30%,相关系数为0.75。因此,Stewart模型在河套灌区具有更好的适用性,基于遥感蒸散发模型、遥感作物识别模型和作物水分生产函数模型建立灌区作物估产模型可以取得良好的模拟效果。     

基于遥感的区域蒸散研究进展

以基于遥感的区域蒸散研究发展为主线,根据国内外最新研究进展介绍了剩余法、遥感反演的指数和P-M公式结合计算的方法。重点对剩余法中的3种模型：单层模型、双层模型和多层模型进行了阐述,为区域蒸散的研究提供了借鉴。通过对不同模型优缺点和适用范围的比较以及一些问题解决方法的描述得出：基于遥感的区域蒸散研究理论发展已经比较成熟,今后应加强模型在实际应用中的完善和发展。     

气候变化对四川盆地主要粮食作物生产潜力的影响

基于四川盆地1961—2018年63个气象台站的逐日气象资料和1981—2018年46个农业气象观测站的主要粮食作物(水稻、玉米和冬小麦)生育期资料,利用逐级订正的方法计算作物气候生产潜力,分析太阳辐射、气温、降水及气候变化对四川盆地主要粮食作物气候生产潜力的影响,研究旨在为提高区域农业生产力并保障农业可持续发展提供科学依据。结果显示:1961—2018年四川盆地作物多年平均气候生产潜力的分布为水稻由西向东递增,玉米在盆地北部和西南偏高、其他地区偏低,冬小麦南北高、中部低。辐射量减小对3种作物气候生产潜力的影响为负效应;平均气温升高对作物气候生产潜力的影响为正效应;降水量变化是作物气候生产潜力变化出现空间差异的主要原因,降水量增加对作物气候生产潜力的影响为正效应,而降水量减少为负效应。气候变化对水稻气候生产潜力的影响在盆地西南部和北部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对玉米气候生产潜力的影响在盆地南部和东部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对冬小麦气候生产潜力的影响在盆地东北部的部分地区为负效应,其余大部地区为正效应。总体来看,气候变化对四川盆地冬小麦气候生产潜力的影响最大,为9.9kg·hm~(-2)·a~(-1),而对玉米和水稻的影响分别为-1.4 kg·hm~(-2)·a~(-1)和0.5 kg·hm~(-2)·a~(-1)。为了适应气候变化,四川盆地应选育光合效率高和抗旱性强的作物品种,并加强农田管理,以提高农业生产水平并保障粮食安全。     

基于HJ-1卫星影像的三大农作物估产最佳时相选择

对于农作物遥感估产,精确选择最佳估产时相是关键环节。该文利用中国自行研发的HJ-1卫星CCD影像对黑龙江八五二农场3大作物（水稻、玉米、大豆）进行遥感估产的最佳时相选择,通过构建小波变换滤波方法和移动平均法的时序NDVI曲线数据,并依据平滑后的时序NDVI曲线分别确定3大作物的遥感估产最佳时相。研究结果表明,从平滑后的时序NDVI曲线中识别出来的3大作物的关键生长期与当地作物的物候期相对比,水稻生长期拟合误差为-0.003356508,玉米生长期拟合误差为-0.001687117,大豆生长期拟合误差为-0