1981－2020年黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及其影响

深入理解农田耗水组分特征对提高干旱地区作物产量和水资源利用效率具有重要意义。该研究利用1981－2020年西峰国家农业气象试验站冬小麦定位观测资料,分析黄土旱塬区冬小麦田耗水组分特征及年代际变化规律,并探究其对叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）、干物质积累分配和转运、产量及水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）的影响。结果表明：近40年研究区冬小麦田全生育期耗水量平均为315 mm,生育期降水和休闲期土壤贮水消耗占比分别为69.4% 和30.6%,不同年代、不同生育阶段耗水组分存在差异,起身-开花期是休闲期土壤贮水消耗的主要时期;随着年代际推移,LAI、干物质量、产量及WUE均呈现增加趋势,其中LAI增加主要受年际降水的调控作用,且与耗水组分中生育期内降水增加密切相关,而近10年（2011－2020年）受生育期降水增加及抗旱高产品种影响,冬小麦干物质量、产量及WUE显著增加（P<0.05）。研究成果可为黄土高原旱作农业水资源高效利用提供参考。     

基于人工神经网络方法的冬小麦叶面积指数反演

实践中,大尺度上测量叶面积指数（LAI）很难实现,利用遥感技术进行LAI的定量反演成为当前研究的重点。该文应用MODIS地表反射率数据反演冬小麦叶面积指数,假设MODIS像元由作物和土壤混合,建立了SAILH模型与裸土反射率组成的线性光谱混合模型,基于人工神经网络的方法进行LAI反演,获得了北京顺义冬小麦种植区在2001年4月1个时间序列的LAI。研究表明,此方法能够较好的获取大区域尺度上的LAI,对冬小麦长势监测具有重要意义。     

退耕还林还草过程中不同土地利用方式土壤呼吸作用及其碳收支评估

采用动态密闭气室法对黄土高原水蚀风蚀交错区9种土地利用方式植物生长季节内（2010年6—10月）土壤呼吸速率及其主要影响因子进行测定,分析不同土地利用方式间土壤呼吸的差异性和土壤呼吸对温度、土壤水分、叶面积指数等因子的响应,对7种土地利用方式土壤碳收支进行了估算。结果表明,植物生长季节内,不同土地利用方式下土壤呼吸速率呈多峰型变化趋势。裸地、农地、梯田农地、苜蓿地、撂荒地、长芒草地、荒草地、沙柳地、沙蒿地的土壤呼吸速率季节变化范围分别为0.18～1.05、0.30～2.08、0.50～1.71、0.53～2.78、0.26～1.08、0.39～1.93、0.30～2.27、0.43～1.43、0.39～1.26μmol·m-2·s-1。9种土地利用方式下土壤呼吸速率均与气温和5、10、15cm地温呈显著相关（P〈0.05）或极显著相关（P〈0.01）,而与0～6cm土壤水分相关性不显著。9种土地利用方式下地温对应的Q10值均表现为15cm地温〉10cm地温〉5cm地温。研究区域内土壤呼吸速率与其地上植被叶面积指数呈极显著线性相关关系（r=0.679,P〈0.01）。     

基于GIS的黄土高原不同植被区土壤侵蚀研究

在对黄土高原植被进行分区的基础上,利用地理信息系统技术和景观生态学方法对黄土高原植被区空间数据和土壤侵蚀空间数据进行了空间叠加分析。结果表明,黄土高原被划分为森林植被区、森林草原植被区、温性草原植被区和荒漠半荒漠植被区。在森林植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为41.92%,水蚀土壤侵蚀指数比温性草原植被区和荒漠半荒漠植被区的水蚀土壤侵蚀指数大,为346.90。在森林草原植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为70.45%,水蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的水蚀土壤侵蚀指数大,为449.40,水蚀最为严重。在温性草原植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以水-风混合侵蚀为主,风蚀微度-水蚀剧烈的百分比最大,为33.01%,水-风混合侵蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的水-风混合侵蚀土壤侵蚀指数大,为633.45,水-风混合侵蚀最为严重。在荒漠半荒漠植被区,黄土高原土壤侵蚀主要以风蚀为主,轻度以上的侵蚀百分比为99.65%,风蚀土壤侵蚀指数均比其他植被区的风蚀土壤侵蚀指数大,为589.78,风蚀最为严重。黄土高原的土壤侵蚀表现出明显的地带性分异规律。     

节水灌溉和遮光强度对水稻生长发育的耦合影响

采用两因素随机区组试验设计,通过大田模拟试验研究节水灌溉和遮光强度耦合对水稻生长及物候期的影响。灌溉方式设常规灌溉（F,水深5cm）和节水灌溉（W,无水层）2个水平;遮光强度设3个水平,即对照（CK,无遮光,自然光源）、轻度遮光（S1,单层遮光,光合有效辐射减弱60%）和重度遮光（S2,双层遮光,光合有效辐射减弱90%）。在水稻主要生育期即分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,观测株高、叶面积指数（LAI）、叶绿素含量（SPAD值）、稻穗含水率和冠层高光谱。用冠层高光谱数据提取增强型植被指数（EVI）时间序列,经Spline法插值及小波滤波去噪后预测水稻抽穗盛期的日期。结果表明：随着遮光强度的加重,水稻叶面积指数和叶绿素含量显著下降,物候期明显延迟。节水灌溉对遮光处理下水稻株高和叶绿素含量有抑制作用,对叶面积指数有促进作用,节水灌溉可使遮光处理下水稻物候期提前,使生育期缩短。在一定遮光强度下,水稻冠层光谱反射率在拔节期、抽穗期表现为节水灌溉（W）＞常规灌溉（F）,而灌浆期、成熟期表现为常规灌溉（F）＞节水灌溉（W）。用去噪后的EVI时间序列预测水稻抽穗盛期,准确率为97%。     

黄土高原土壤风蚀区玉米起垄覆盖集水效应

为了选择黄土高原土壤风蚀区玉米种植最佳集水技术,采用5种不同处理方法（秸秆覆盖、起垄覆膜膜侧种植、起垄无膜、无垄覆膜和常规耕作）对土壤蓄水量和玉米的生理特性进行分析。结果表明：不同处理间土壤蓄水量、叶片叶绿素含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）以及产量性状等指标均存在差异,以起垄覆膜膜侧种植为最优种植模式,其耕作层土壤蓄水量在抽雄期（8月9日）比对照高72.3%;整个生育期叶片的叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率分别比对照平均高16.95%、9.77%和16.21%,籽粒产量比对照提高27.28%。表明各种起垄覆盖集水模式对黄土高原土壤风蚀区玉米种植均具有增产效果,其中起垄覆膜膜侧种植集水效应最好,增产效果最优,是该区大面积推广的最佳耕作模式。     

考虑作物生长状态的农田表面温度数据精量甄别与区分

农田表面温度是土壤、作物和大气之间进行水/热交换传输的重要参数,也是灌区遥感反演模型的重要参量。在利用热红外传感器连续获取农田表面温度数据时,由于作物的生长发育处于动态变化中,农田表面温度数据往往混合了作物冠层温度和土壤表面温度。为精准甄别和区分田间海量监测数据,该研究结合Logistic作物生长模型,通过考虑作物生长状态指标叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）和作物冠层高度及其关键节点,构建了农田表面温度监测数据的甄别算法。以内蒙古永济试验站玉米和向日葵实测数据对算法进行验证,并利用解放闸灌域和吉林省长春试验站的玉米和向日葵田间观测数据进行校核。结果表明：考虑LAI和作物冠层高度并利用Logistic模型模拟的关键节点来建立甄别算法,能够为农田稀疏植被表面温度数据甄别提供高效判定。与人工测量值对比,冠层温度优化幅度在10%左右（相对误差）,土壤表面温度优化幅度超过5%;甄别方法可以明显提升冠层和土壤表面温度的获取精度。甄别算法中校正因子数值需根据作物种植密度及LAI确定,其中玉米校正因子选择作物冠层温度校正因子0.9,土壤表面温度校正因子1.1;向日葵校正因子以叶面积指数最大值4为基础,选取冠层温度校正因子0.7,土壤表面温度校正因子1.2;在不同地区应用时,向日葵叶面积指数最大值每增加1,推荐冠层温度校正因子调高0.35,土壤表面温度校正因子调低0.18。研究结果为精量灌溉提供技术支撑,提高了农田监测数据的性能,为无人机遥感和卫星遥感数据的精量甄别提供算法和验证。     

黄河内蒙古支流"十大孔兑"区风蚀强度时空变化特征

十大孔兑的风蚀作用过程为河道输沙提供了重要的泥沙来源。为揭示十大孔兑风蚀作用规律,选取3种典型下垫面建立风蚀监测小区,利用侵蚀针法对研究区风蚀量及地表形态进行了为期1 a的实地监测。在此基础上,综合当地气象资料,分析研究区风蚀强度及地表形态变化规律,结果表明：1）研究区风蚀强度与平均极大风速呈指数关系,10－11月和4－5月风蚀强度大于全年其他时间,4－5月风蚀强度最大,是全年平均风蚀强度的2～3倍;2）土壤可蚀性颗粒含量大小分别为库布齐沙漠区（94.95%）>黄土丘陵沟壑区（62.18%）>黄河南岸冲积平原区（44.51%）。库布齐沙漠区属于中度风蚀,黄土丘陵沟壑区和黄河南岸冲积平原区属于轻度风蚀,十大孔兑3种地形年累积风蚀量估算结果分别为8.74、5.95和5.16 Mt,风沙入黄所占总量比例分别为44.03%、29.97%和26.00%;3）研究区风蚀发生的方向主要为东南方向,监测小区的风蚀过程主要为堆积-吹蚀-推移-再堆积,地表起伏度随风蚀强度增加呈线性增加趋势（R2=0.78,P<0.05）。研究结果可为防治十大孔兑泥沙淤积与合理配置水土保持措施提供科学依据。     

不同生育期水稻叶面积指数的高光谱遥感估算模型

2011年和2012年通过大田试验,利用便携式野外光谱仪实测水稻冠层不同生育时期的高光谱数据,同时使用SUNSCAN冠层分析系统采集水稻冠层叶面积指数（LAI）;采用光谱微分技术和统计分析技术,分别分析高光谱反射率及其植被指数与LAI之间的关系,建立LAI估算模型并进行模拟结果对比。结果表明：水稻抽穗-成熟期,利用光谱值的对数形式对LAI值的模拟效果较好,分蘖-抽穗期利用光谱反射率模拟LAI变化过程的效果不理想。 在利用各种植被指数估算LAI方法中,水稻分蘖-抽穗期以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,805]对LAI的估算效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.7754）,估算精度较高。在抽穗-成熟期,也以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,817]对LAI的模拟效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.6488）,估算精度较高。说明修改型土壤调整植被指数（MSAVI）能更好地模拟水稻不同生育期的叶面积指数,按照分蘖-抽穗期、抽穗-成熟期两个生育阶段分别建立水稻冠层LAI的高光谱估算模型能够提高LAI估算的准确度,研究结果也证实了分生育阶段建模的必要性。     

Comparison of two inversion methods for winter wheat leaf area index based on hyperspectral remote sensing

冬小麦叶面积指数（LAI, leaf area index）是评价其长势和预测产量的重要农学参数,高光谱遥感能够实现快速无损地监测叶面积指数。该文旨在将田间监测与高光谱遥感相结合,探索研究不同冬小麦叶面积指数高光谱反演方法的模拟精度及适应性。针对国际上普遍应用的2种高光谱遥感反演LAI模型方法,即回归分析法和BP神经网络法,在介绍2种LAI反演模型的基础上,选择位于黄淮海平原的山东省济南市长清区为研究区域,通过ASD地物光谱仪和SunScan冠层分析系统对冬小麦的冠层光谱及LAI变化进行田间观测,然后利用回归分析法和BP神经网络法构建冬小麦LAI反演模型,将模型估算LAI值和田间观测LAI值进行比对,分析评价2种方法的反演精度。结果表明,BP神经网络法较回归分析法估算冬小麦LAI的精度有较大提高,检验方程的决定系数（R2）为0.990、均方根误差（RMSE）为0.105。利用BP神经网络法构建反演模型能较好的对冬小麦LAI进行反演。研究结果可为不同冬小麦长势遥感监测提供理论和技术上的支持,并为大尺度传感器监测冬小麦长势和估产提供参考。     

叶面积和降雨强度对玉米茎秆流量的影响

茎秆流是降雨或喷灌水经过玉米冠层后到达地面的重要途径之一。为了系统地测定不同生长时期的玉米在不同雨强下的茎秆流量并建立简洁、实用的模型,采用室内模拟降雨的方法,对单株叶面积范围从约150～7450 cm2/株的紧凑型玉米植株在实际范围为0.22～4.33 mm/min的雨强下的茎秆流量进行了测定。试验结果表明,不同大小植株在不同的雨强下,单株茎秆流量从1 mL/(min.株)增加到362 mL/(min.株),单株茎秆流量随玉米单株叶面积和降雨强度的增加均呈幂函数增加关系。不同生长时期的玉米群体产生的茎秆流量占总降雨量的比例从约5%增加到约70%,并且随冠层叶面积指数的增加呈幂函数增加关系。本研究提出的玉米茎秆流模型可为紧凑型玉米密植条件下的土壤侵蚀防治和水肥管理提供理论指导。     

晋西黄土区不同地类土壤抗冲性分析

为了评价植被对土壤抗冲性的影响,以晋西黄土区蔡家川流域刺槐林、油松林、次生林、退耕荒草地、农地、土质路面为研究对象,采用野外实地放水冲刷法,以侵蚀量为指标,研究不同地类土壤的抗冲性,并分析地被物、根系与土壤抗冲性的相关性.结果表明:不同地类的土壤抗冲性为次生林＞刺槐林＞油松林＞退耕荒草地＞土质路面＞农地;单位面积上枯落物量及其厚度对土壤抗冲性的影响最大;土壤表层根系对土壤抗冲性也具有较大影响,能够有效提高土壤抗冲性的根系结构是0～30 cm土层中的毛根,其中,影响最大的是表层0～10 cm的根系,单位体积土壤内的根系越多,土壤抗冲性越强.     

保护性耕作对土壤风蚀的影响

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀.通过室内风洞模拟试验,研究秸秆覆盖、留茬和垄作3种保护性耕作措施对黄土高原北部农田土壤风蚀的影响.结果表明:1)秸秆覆盖和留茬能有效降低土壤风蚀速率,秸秆覆盖量为4 210 kg/hm2时土壤风蚀速率最小,与对照相比减少62.8%;垄作在低风速下能够降低土壤风蚀率,垄向与风向垂直时降...     

黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟

为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系,该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。结果表明,状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区,其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳（R2 = 0.936）;多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳（R2 = 0.976）,可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自回归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。     

民勤绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响

[目的]研究绿洲灌区保护性耕作对土壤风蚀的影响,评估保护性耕作在该区防治农田土壤风蚀的作用,为揭示相关机理提供参考。[方法]以甘肃省民勤治沙综合试验站为例,通过野外风洞试验,以传统耕作为对照,分析保护性耕作对风速廓线、风沙流结构(输沙量)、风蚀量的影响。[结果]保护性耕作近地表风速降低,大风时近地表风速随高度增加仍均匀增大,与传统耕作迅速增大不同,从而阻止风沙流结构出现"象鼻效应",输沙量在0—20 cm减小最为明显,土壤风蚀量减小。随试验风速的增大,保护性耕作土壤风蚀减小的程度越大。[结论]绿洲灌区保护性耕作能有效防止土壤风蚀,其中,立茬地表风速降低最多,输沙量、风蚀量较小,实施简便,适宜推广应用。     

黄土高原多沙粗沙区农村聚落土壤侵蚀研究

通过分析黄土高原土壤侵蚀人为因子体系，发现黄土多沙粗沙区农村聚落土壤侵蚀研究是目前该区水土保持工作的薄弱环节。对多沙粗沙区农村聚落抽样调查统计并进行农村聚落土壤侵蚀量计算，得知多沙粗沙区农村聚落常年土壤侵蚀量已占到区内年人为产沙量的9．77％。在研究黄土高原农村聚落土壤侵蚀方式和特点的基础上，提出了黄土高原农村聚落土壤侵蚀的6项基本防治措施。     

利用风洞实验研究~7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性

以黄土高原水蚀风蚀交错带沙黄土为研究对象,利用室内风洞模拟实验对7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性进行探讨。由于风蚀过程易带走土壤细颗粒,且7Be在土壤细颗粒中含量较高,所以利用7Be水蚀模型计算的土壤风蚀速率高于实测值。实验中发现样点风蚀后和风蚀前土壤颗粒比表面积之比与样点风蚀后7Be含量之间存在幂函数关系,基于此,提出颗粒校正系数(P)的计算式,并将P引入到7Be水蚀模型对其进行修正。计算分析发现,和实测值相比,利用修正模型计算的土壤风蚀速率误差均不超过5%,这说明经过修正的7Be水蚀模型能较准确地估算土壤风蚀速率,利用7Be示踪技术估算土壤风蚀速率是可行的。研究为进一步利用7Be示踪技术调查黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀问题奠定了基础。     

宽谷丘陵区农牧开发模式监测评价体系研究

宽谷丘陵区是以黄土高原丘陵沟壑区第Ⅴ副区为主体,涉及第Ⅱ、第Ⅲ、第Ⅳ副区的部分区域。该区域沟壑纵横,常年降水稀少,气候干旱,水土流失严重,人民生活水平低。水土流失、干旱、低产、贫困是该区突出的生态、社会和经济问题。选择黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区的中山沟流域东山村作为示范点,在治理水土流失的同时,配套集雨节灌措施,培育和发展葡萄等特色产业,大力推广节水农业,通过减少化肥、农药施用量,以减缓面源污染。并在综合确定监测指标的同时,通过定点监测、调查访问等监测方法,采用层次分析法建立了示范效益监测与评价指标体系,从而科学合理地评价示范效应及生态经济系统。