黄河流域干旱时空变化特征及其气候要素敏感性分析

利用黄河流域102个气象站点1961-2013年气象数据,选用相对湿润度指数作为干旱指标,探讨年尺度和季节尺度干旱的时空分布特征,并尝试利用偏导数方法计算分析相对湿润度指数的气候要素敏感性及其与气候要素间的相关关系。结果表明：黄河流域上游旱情比中游和下游地区偏重,春夏秋冬各季分别处于中旱、轻旱、中旱和特旱状态,全年尺度处于特旱程度,季节和全年尺度的相对湿润度指数均呈现从西北到东南递增的变化趋势,春季、秋季和全年尺度特旱区域主要分布在陕西、山西、宁夏北部以及内蒙古地区,而气象干旱减缓的站点主要分布在黄河流域上游地区,干旱增强的站点主要分布在黄河流域东南部。相对湿润度指数对太阳辐射和相对湿度呈正向敏感,对温度和风速呈负向敏感。上游和中游地区夏季相对湿润度指数最敏感要素分别为太阳辐射和平均温度,全流域春季、秋季、冬季和全年尺度对相对湿度最敏感。全流域春季和夏季与相对湿润度指数相关性最强的要素均为相对湿度,上游和下游地区秋季的主控要素为太阳辐射,上游、中游和下游地区冬季则分别与温度、风速和风速相关性最强。全年尺度上,上游、中游和下游地区相对湿润度指数变化的主控要素则为太阳辐射、相对湿度和相对湿度。     

温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响

为探索温度、发酵料液总固体浓度和产气量之间的关系,确定最佳发酵温度以及进料量,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以5℃为梯度在20～40℃温度范围内,设置以4%为梯度,质量分数为4%～20%的5个总固体浓度,以鸡粪和玉米秆2∶1（干物质量比）混合物为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,进行批量厌氧消化试验,研究不同总固体浓度的发酵原料在不同温度下的厌氧发酵效果。结果显示,各总固体浓度发酵料液的产气速率均随着发酵温度的升高而加快;随总固体浓度增大,发酵料液产沼气的最适温度范围也随之扩大;各总固体浓度发酵料液的干物质产气率在5个温度的平均值依次为料液总固体质量分数8%＞20%＞16%＞12%＞4%;鸡粪和玉米秆2∶1混合原料厌氧发酵的理论最优总固体质量分数及发酵温度值分别为14.6%,32.8℃。可以看出,发酵料液浓度并不是越高越好,不同的温度有其最适的浓度或浓度范围。     

运用模糊隶属度进行土壤属性制图的研究——以黑龙江鹤山农场研究区为例

通过传统土壤类型图所得的土壤属性图已不能满足精准农业和生态环境模型所需土壤属性的精度,而目前应用较多的统计方法和地统计方法均存在一定的局限性。鉴于此,本文探索了一种采用模糊聚类获取模糊隶属度进行土壤属性制图的方法。首先,采用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means clustering,FCM)方法对环境因子进行聚类,通过野外采样(称为建模点)建立土壤-环境关系知识;然后,计算区域内各像元点对土壤类型的模糊隶属度;最后,对模糊隶属度采用加权平均的方法获取土壤属性值。将该方法应用于黑龙江鹤山农场老莱河流域的研究小区,以土体厚度和表层有机质为例进行土壤属性制图。为了评价该方法的有效性,将其与采用环境因子所建立的多元线性回归模型进行比较,通过野外验证点集评价两种模型所得的土壤属性,评价指标为观测值和预测值的相关系数、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和准确度(AC)。结果表明,尽管通过建模点建立的多元线性回归方程R2较大,但该方程并不适用于研究区内的其他样本点,这表明多元线性回归方法在该区具有一定的局限性。与之相比,模糊隶属度加权平均的方法则可以通过较少的建模点得到更好的预测效果。     

DEM栅格分辨率对多元线性土壤—景观模型及其制图应用的影响

以亚热带丘陵地区为对象,以该区4 km×3 km的5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m数字高程模型(DEM)为基础,建立多元线性土壤景观模型,并应用该模型预测研究区内土壤表层有机质含量分布,进而比较不同分辨率DEM中土壤景观模型及其预测制图的精度。结果表明:在本研究区11 km2范围内,随着DEM栅格分辨率降低,坡度、曲率、比汇水面积(对数)频度均表现出了向其中值区集中的趋势;地形因子的这一变化规律对土壤景观模型的影响较小,例如模型的变量、变量系数及R2在不同分辨率DEM中的差异很小;但地形因子的这一变化规律对模型预测制图的精度具有较大影响,各项指标均说明,模型在10~25 m DEM中的制图精度较高,而在更高分辨率(5 m)或更低分辨率(30 m)DEM中较低。本研究结果对其他亚热带丘陵地区具有一定的指示意义。     

花期低温寡照对番茄开花坐果特性及果实品质的影响

以"金粉5号"番茄为试材,在人工气候箱内设置4个低温寡照处理,即14/4℃(日最高/最低温度)′400μmol·m~(-2)·s~(-1)(光合有效辐射PAR),14/4℃′200μmol·m~(-2)·s~(-1),12/2℃′400μmol·m~(-2)·s~(-1),12/2℃′200μmol·m~(-2)·s~(-1),每个处理持续时间均分别为2、4、6、8、10d,以适宜生长条件25/18℃′800μmol·m~(-2)·s~(-1)为对照(CK),观察番茄开花、坐果特性,并测定果实产量及品质等指标。结果表明:(1)低温寡照胁迫使番茄现蕾和开花速度明显减慢,且胁迫程度越强增长速度越慢,12/2℃′200μmol·m~(-2)·s~(-1)处理不同天数后单株花蕾增长数均为0,开花数也最少,处理6d后才有新开花朵,为每株0.33朵。(2)番茄坐果数随处理时间呈"S"型变化,低温寡照处理4d以上番茄植株的坐果期明显延迟,其中12/2℃′400μmol·m~(-2)·s~(-1)处理10d的坐果时间最晚,较CK延迟了10.5d。(3)低温寡照胁迫下,番茄畸形果发生率随胁迫程度的加深而增加,单株产量与处理天数呈负相关关系,其中不同低温寡照处理2d对番茄产量无明显影响,而处理8d以上的番茄减产率则达到70%以上。(4)同一温度相同处理天数下,果实的维生素C、可溶性固形物含量和糖酸比随PAR的减弱而减小,而在相同PAR和相同处理天数下,维生素C、可溶性固形物含量和糖酸比随处理温度的降低而降低;有机酸含量则呈相反趋势。     

滇中亚高山典型森林林下植被碳氮储量及其分配格局

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对滇中亚高山5种典型森林华山松(HSS)、云南松(YNS)、滇油杉(DYS)、高山栎(GSL)和常绿阔叶林(CL)林下植被(灌木层、草本层和凋落物层)各组分生物量、碳氮储量及其分配格局进行了研究。结果表明:(1)在5种森林群落中,林下灌木、草本和凋落物生物量变幅为1.47～11.19t/hm2,0.01～0.63t/hm2,7.85～46.73t/hm2。(2)灌木层的碳氮储量变幅在0.77～5.94tC/hm2,10.97～92.84kgN/hm2,碳氮储量的主要营养器官分别为茎和叶;草本层为0.01～0.29tC/hm2,0.07～5.35kgN/hm2,均呈现出地上部分>地下部分;凋落物为2.15～13.03tC/hm2,42.07～320.58kgN/hm2,碳氮储量随分解程度加深各有不同。(3)5种林分林下灌草及凋落物碳储量大小顺序为:CL>YNS>DYS>HSS>GSL;氮储量为:CL>YNS>DYS>GSL>HSS。综上,常绿阔叶林和云南松林下灌草和凋落物具有较高的碳氮贮能力,滇油杉的碳氮贮潜力较大,应提高林分质量增加林分密度,加大保护管理力度,制定科学可行的森林管理措施,为林下植被与上层林木的协同发展以及今后研究林下植被对于全球气候变化的响应提供理论支撑。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

Soil nitrogen balance and nitrogen utilization of winter wheat affected by straw management and nitrogen application in the Yangtze river basin of China

Straw incorporation is a useful management practice in sustainable agricultural systems to improve soil fertility and to reduce air pollution from straw burning. A three-year field experiment was conducted under two rice straw managements and four nitrogen (N) application rates in Rugao, China during 2010–2013, to examine whether straw management practices integrated with fertilizer N applications affect crop yield, N balance and N use efficiency in the wheat season of rice-wheat cropping systems. The results showed that straw incorporation had positive effects on plant N uptake and grain yield. This may be attributed to the greater soil water content and lower amount of seasonal rainfall. However, straw incorporation resulted in lower soil inorganic N and more N surplus at the early growth stage. Grain yield had a significant relation with wheat N uptake from sowing to jointing and from jointing to anthesis with straw incorporation. Therefore, our results suggest that in adjusting the ratio of basal and topdressing N fertilizer, it is important for the supply of optimum N to the crop and to maintain grain production with straw incorporation.     

基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%～34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3%和1.078 0%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。     

亏缺灌溉对马铃薯生长产量及水分利用的影响

为了解析马铃薯不同品种对水分亏缺的响应,探讨不同品种对水分需求量的差异,该研究在大田遮雨棚滴灌下,以马铃薯品种‘青薯9号’和‘大西洋’为材料,参考西北区和本试验区的年平均降雨量,设置5个水分处理,将参考试验区年平均降雨量的值划分为正常灌水(A),逐级调亏灌水量的值划分为轻度(B)、中度(C)、重度(D)和特重度(E)亏缺灌水处理,研究灌水量对不同品种马铃薯植株生长(株高、茎粗、叶面积)、生物量与分配、叶片相对含水量、产量与构成因素、水分利用的影响。结果表明:正常灌水下,‘青薯9号’株高增长速度大于‘大西洋’,且测定期内持续增高,但‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度大于‘青薯9号’;2个品种各器官干质量变化趋势不一致,‘大西洋’各器官干质量呈增长趋势,‘青薯9号’茎叶和根干质量呈前期增长后期下降、块茎干质量呈显著增加趋势(P0.05),且‘青薯9号’块茎生物量分配比例最高值为57.96%,仅是‘大西洋’最高值的67.43%;2个品种叶片相对含水量均呈先升高后降低的变化趋势;‘大西洋’单株结薯数、单株产量、公顷产量、商品薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),‘青薯9号’仅商品薯率和大薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),其他指标则显著低于轻度亏缺灌溉(P0.05),水分利用效率和灌水效率分别为152.62kg/(hm~2·mm)和130.70%。亏缺灌溉下,随水分亏缺度加重,‘大西洋’株高、茎粗和叶面积扩增的抑制大于‘青薯9号’,2个品种叶片相对含水量降低、生物量积累的增速和绝对值降低、产量和大薯率显著下降(P0.05),且‘青薯9号’上述指标的降幅小于‘大西洋’,其中轻度亏缺灌溉下,‘青薯9号’单株结薯数和公顷产量具有补偿效应,较正常灌水分别增加22.79%和11.71%,水分利用效率提高41.48%、灌水效率提高60.05%,抗旱系数为1.12。因此,‘青薯9号’轻度亏缺灌溉,可控制其地上部旺盛生长,利于块茎形成和膨大,‘大西洋’应保证充足水分供给,不宜亏缺灌溉。