河北平原中低产区小麦与玉米生产现状及增产潜力分析

本文基于2000—2013年MODIS/NDVI遥感信息与主要粮食作物的统计数据,分析了河北平原中低产区冬小麦和玉米生产的时空格局,并利用各县粮食作物主要生育期累积NDVI的逐年值、14年的最大值及单产统计数据,采用最小二乘法原理,进行数值曲线拟合,构建了单产遥感估测模型,估算了河北平原中低产区冬小麦和玉米的增产潜力。结果表明:1)冬小麦在邯郸和衡水的最大生产力水平较高,在沧州、廊坊及邢台中部的最大生产力水平较低,即后者挖掘增产潜力之后也很难达到前者的最大生产力水平;玉米的最大生产力水平普遍较高,挖掘增产潜力后均可达到较高的生产力水平。2)冬小麦和玉米总产增产潜力在沧州和邯郸较大;冬小麦单产增产潜力多低于10%,平均增产356 kg?hm?2(5.87%);玉米单产增产潜力多高于10%,平均增产798 kg?hm?2(12.33%);单产增产潜力区域分布不同,冬小麦为廊坊保定沧州邯郸邢台衡水,玉米为邢台邯郸保定沧州衡水廊坊。3)以河北平原近14年来作物累积NDVI的最大值估算的全区冬小麦增产潜力为3.90亿kg,玉米增产潜力为9.62亿kg,二者合计可增产13.52亿kg,约相当于区域冬小麦和玉米理论可达增产潜力的1/5。本文估测粮食作物增产潜力的方法可以应用于估测多尺度范围、不同作物的增产潜力,研究结果可为相关部门的决策和管理提供依据。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

玉米行距变化对间作系统生产力及玉米生长的影响

间作系统中作物种间距离的变化直接影响着系统的生产力,因此,合理的种间配置是间作获得高产的前提。本研究总结归纳了2010年甘肃武威和2014年甘肃张掖的小麦/玉米、蚕豆/玉米间作系统玉米行距试验,旨在探明间作玉米在不同种植行距下对间作体系生产力的影响及玉米生长的差异。试验设置5个间作玉米的种植行距处理(D0:10 cm、D20:20 cm、D40:40 cm、D60:60cm、D80:80 cm),测定了作物产量、产量构成、生物量累积。结果表明:间作玉米行距变化对间作配对作物产量无显著影响,主要影响间作玉米产量;2010年,两间作体系间作玉米产量、体系混合产量、系统生产力(system productivity)均以D60最高,2014年均以D40最高;随玉米行距增大,系统生产力先增加后减小,拐点均出现在D60;玉米行距变化显著改变了玉米的穗粒数、百粒重、单株粒重;小麦/玉米体系,两年单株粒重峰值分别出现在D60(132 g·株~(-1))和D40(216 g·株~(-1));蚕豆/玉米体系均出现在D40,分别为158g·株~(-1)(2010年)和220 g·株~(-1)(2014年);不同行距处理下玉米共生期和单独生长期生长速率均存在差异,共生期各处理生长速率显著低于单独生长期,无论哪个时期,D40和D60处理的生长速率均占优。河西灌区小麦/玉米和蚕豆/玉米间作中玉米种植的最佳行距为40 cm和60 cm,此行距下间作系统可得到最大系统生产力。     

河北北戴河区农田生态系统服务功能价值测算研究

农田生态系统是支撑与维持地球生命支持系统的重要组成部分,既具有直接供给农产品功能,又具有调节、支持、文化服务等间接功能。研究选取河北省北戴河区农田生态系统为研究对象,以生态系统服务功能为切入点,运用生态经济学方法,综合测算研究区农田生态系统服务功能价值。研究表明,2014年研究区农田生态系统服务功能所产生的间接价值为直接价值的1.09倍,说明农田生态系统不仅具有高效的、直接的生产功能,而且具有极其重要的生态环境支撑功能。鉴于此在北戴河区农业结构调整过程中,要对其生态系统服务功能给予足够的重视。农田生态系统服务功能的各项指标价值量由大到小排序为农田生产供给价值休闲旅游价值固碳释氧价值废弃物处理价值涵养水源价值社会保障价值土壤形成与保护价值秸秆还田价值净化大气价值。因此,研究认为:北戴河区在加快现代农业园区建设过程中,要大力发展生态休闲农业,全力推进农作物秸秆综合利用,积极发展生态循环农业,合理调整农田利用方式,应注重提高调节、支持、文化服务功能价值,使农田生态系统服务功能价值达到最优化。通过对北戴河区农田生态系统服务功能价值测算,为北戴河区有效保护和永续利用农田生态系统提供决策基础和科学支撑。     

退耕还林工程建设对土壤侵蚀的影响——以安塞县为例

以黄土丘陵区退耕还林典型县——安塞县为研究对象,基于3S技术与RUSLE土壤侵蚀模型,从县域尺度上分析评价了黄土高原区退耕还林前后土壤侵蚀变化。研究结果表明:与退耕前1999年相比较,2010年土壤侵蚀强度在空间上发生明显改变,总体上,土壤侵蚀强度有明显减小的趋势。极强烈侵蚀下降幅度最大(下降13.73%),主要向强烈转移,占10.45%;中度侵蚀由35.92%增加到59.98%,主要由强烈侵蚀转移而来,占27.08%;微度和轻度变化较小。土壤侵蚀既有增强区域也有减弱区域,总体趋势以减弱为主。侵蚀加强区域主要是由中度和强烈向强烈、极强烈和剧烈转移,转移面积较小;发生增强的区域主要是以草地覆盖为主;其次是原耕地,退耕还林后转化为林地和草地,部分地区出现裸露斑块,呈现部分小面积土壤侵蚀加剧。土壤侵蚀减弱区域主要是极强烈、剧烈向中度、强烈等转移;转移面积主要发生区域沟壑区低盖度草地、沟道以及河道边缘裸地。随着退耕还林还草工程的实施,荒山林草覆盖度增加,林草植被对降水进行截留下渗,缓减洪峰流量,减少降雨洪峰对沟道和河道侧冲刷,降低土壤侵蚀强度。安塞县实施退耕还林11年后,土壤侵蚀以强度侵蚀为主(46.47%)转中度侵蚀为主(59.98%),全县平均土壤侵蚀由1998年的9 780t/(km~2·a)转为2010年的5 460t/(km~2·a),每年约减少土壤侵蚀量1 274万t。退耕还林工程建设对于安塞县控制水土流失和改善生态环境有着重要作用。研究结果将对该区域水土流失治理提供参考依据。     

不同作物对坡耕地地表径流及氮素流失的影响

为了揭示坡耕地种植作物后径流和氮素流失间的差异,采用径流小区法对坡耕地种植玉米、莜麦和土豆3种作物后坡面径流、地面作物状况、氮素流失量及其关系进行了研究。结果表明:2014年7—9月6场侵蚀性降雨平均降雨量为31.49mm,径流量(Q)为Q_(莜麦-总)Q_(土豆-总)Q_(玉米-总),且与降雨量成线性关系;作物种类对径流中氮素浓度有显著影响,各形态氮浓度均值范围分别为:NO_3~-—N含量10.33~11.83mg/L,TN含量27.48~31.28mg/L,NH_4~+—N含量0.72~0.92mg/L,NO_2~-—N含量0.35~0.49mg/L;6次侵蚀性降雨全氮流失量(TNL)为TNL_(莜麦)TNL_(土豆)TNL_(玉米),均值分别为147.01,139.45,125.63mg;硝态氮流失量(NL_硝)占TNL的33.33%~43.14%,NL_硝和TNL与径流量之间存在线性关系;7—9月份,农作物进入生殖生长阶段,作物覆盖度变化较小,与降雨量和氮素流失量之间没有显著关系,不是影响坡面径流和养分流失的主要影响因素。     

不同干扰方式对桂西北灌草植被物种多样性和生产力的影响

灌草植被在生态系统功能的维持中发挥着重要作用,不同的干扰方式可能改变退化土地灌草植被的多样性及其分布格局,甚至多样性与生产力的关系。以未受干扰的植被作为对照,研究放牧和火烧两种主要干扰对桂西北灌草植被的物种多样性和生产力的影响,并分析了两者之间的关系。结果表明:放牧和火烧处理均降低了灌木的物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数,但放牧处理的均匀度指数与对照相比无显著差异,火烧处理反而显著增加了其均匀度指数。对草本而言,放牧不影响物种丰富度指数,但显著降低了Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数;火烧显著降低了物种丰富度指数,但不影响Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数。与对照相比,放牧和火烧均降低了灌木的地上和地下部分生物量,但两者对草本的地上和地下生物量却产生了正面影响或无影响。此外,这两种干扰方式对灌木和草本多样性与生产力间关系的影响具有不一致性。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

1993-2015年中国草地净初级生产力格局及其与水热因子的关系

[目的]估算1993-2015年中国草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其时空变化格局及与水热因子的关系,了解这一时期中国草地生态系统的生产力水平及其对水热因子变化的响应。[方法]基于长时间序列遥感数据,气象数据和植被类型数据,运用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算草地净初级生产力,利用一元线性回归、二阶偏相关分析以及GIS空间分析方法,探讨草地NPP的变化趋势以及与对水热因子的关系。[结果]①1993-2015年,中国草地NPP年均总量为7.595×10¹⁴ g （以C计）,单位面积NPP均值为296.76 g/m²/a。总体上,草地NPP呈现从东部到西部、从南部到北部逐渐减少的空间分布特征。②1993-2015年草地NPP总量以-1.415×10¹² g/a的线性速率（p>0.05）波动式下降。其中,1993-2010年草地NPP总量以-2.312×10¹² g/a的线性速率（p<0.05）显著降低,2011-2015年草地NPP总量以7.00×10¹¹ g/a的线性速率（p>0.05）波动式上升。1993-2015年,NPP呈减少态势的面积大于NPP呈增加态势的面积且40.40%的草地NPP呈现显著性变化。③年际变化上,除去2011年以来草地NPP的波动性变化,草地NPP与太阳总辐射和降水量的二阶偏相关性显著,与年平均气温没有表现出显著的相关关系。空间分布上,草地NPP与太阳辐射显著偏相关的面积 > 与降水显著偏相关的面积 > 与气温显著偏相关的面积。[结论]1993-2015年,中国草地NPP总体上呈现普遍降低、局部改善的变化特征。这种变化主要受到太阳总辐射和降水量的影响,受温度变化的影响较弱。     

配施硫基肥对夏玉米镉铅累积的阻控效应

该文以府河流域污灌区农田为研究对象,通过田间小区试验研究了5种施肥措施对土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)有效性以及夏玉米(Zea mays L.)对Cd、Pb富集和转运能力的影响。结果表明:与农民常规施肥(CK)相比,尿素、磷酸二铵和氯化钾配施(N-P-K)以及腐殖酸复合肥、尿素和磷酸二铵配施(HA-N-P)的表层土壤Cd、Pb有效性以及夏玉米对Cd、Pb的富集和迁移能力差异均不显著(P0.05)。然而,腐殖酸复合肥、硫酸铵和磷酸二铵配施(HA-S-P)以及硫酸铵、磷酸二铵和硫酸钾配施(S-P-K)2种施肥措施的表层土壤有效Cd含量分别比CK降低了10.60%和6.36%,表层土壤有效Pb含量分别比CK降低了11.49%和6.00%。此外,HA-S-P处理和S-P-K处理夏玉米Pb转运系数分别比CK降低了50.33%和77.10%,且夏玉米籽粒Pb含量分别比CK降低了59.75%和80.43%(P0.05),但各处理间夏玉米对Cd的转运和富集能力差异并不显著,这说明施用硫基肥可有效抑制夏玉米对Pb的富集和转运,但并未影响其对Cd的富集和转运。综上所述,该污灌区轻度Cd、Pb复合污染农田土壤种植夏玉米建议硫酸铵、磷酸二铵和硫酸钾配施,或者腐殖酸复合肥、硫酸铵和磷酸二铵配施。