不同规模农户生产技术效率及灌溉用水效率差异研究-- 基于内陆干旱区农户微观调查数据

水资源短缺已成为制约内陆干旱区农业生产和经济社会可持续发展的关键因子。然而农户生产技术效率不高、灌溉用水效率低下、水资源浪费严重已成为不争事实。为此,基于农户这一微观视角,运用实证调查和定量分析相结合的方法,在黑河中游选择典型区域的甘肃省民乐县和临泽县进行了调查研究。结果表明,农户生产技术效率远高于其灌溉用水效率,民乐县和临泽县总体样本农户的平均生产效率分别为83.82%和83.16%,而其平均灌溉用水效率分别为24.54%和22.16%。这表明在现有技术条件和生产要素投入不变的情况下,若消除效率损失,民乐县小麦的单位产出可能增加16.18%,临泽县制种玉米的单位产出可能增加16.84%;同时也表明相对于现有生产条件下可行的最小水投入量,民乐县被访农户的小麦生产浪费了75.46%的水资源,临泽县被访农户的制种玉米生产浪费了77.84%的水资源。结果再次显示,农户生产低效主要是由生产技术非效率因素引起的,民乐县这一因素占73.45%,其余26.55%是农户控制不了的因素引起的;临泽县该因素占76.58%,农户控制不了的因素占23.42%。而且,不同经营规模农户生产技术效率和灌溉用水效率差异性明显。农户生产技术效率与经营规模呈现"倒U型",农户经营规模与其灌溉用水效率呈现同向变动趋势。最后就如何提高农户用水效率提出了几点政策措施。     

承德市近58年气温和降水序列多时间尺度分析

利用墨西哥帽小波(Mexican Hat)函数对承德市1951—2008年共696个月的气温和降水数据进行多尺度分析,确定序列中存在的主周期,并用Mann—Kendall法进行检验。结果表明:承德市气候总体变化特征为小尺度变化嵌套在较大尺度的复杂背景之中,气温序列数据表现出14a、6a和2a左右变化周期,14a左右为变化主周期。降水序列数据表现出10～12a,4a和1a左右周期,4a左右为变化主周期。气温序列14a主周期反应冷暖交替的情况,21世纪以前在多尺度波动的背景下,气温呈现上升的总趋势。降水序列4a尺度主周期反应干湿交替的情况,表明多雨年份明显减少,且当前降水仍然偏少。     

气候变化对农田生态系统碳氮过程的影响及其对生产的启示

从农田生态系统过程角度综合分析了气候变化（[CO2]增加、温度升高）对土壤碳库、氮供给生物化学过程的综合影响和长期效应。总结指出,[CO2]增加、温度升高对农田生态系统过程的影响具有明显的时间效应,短时间尺度上加快农田土壤养分周转,改变碳氮组分,长时间尺度上导致土壤养分有效性降低;[CO2]增加、温度升高和养分管理对农田生态系统过程的影响具有显著的交互作用,土壤养分有效性制约着气候变化对农田生态系统生产力和碳汇功能的影响。因此,气候变化（[CO2]增加、温度升高）情景下对农业生产管理包括施肥运筹及秸秆还田策略等的启示在于：根据气候变化背景下土壤养分的周转规律有效管理农田土壤养分、保持农田土壤肥力,从而保障农业高产的可持续性以及农田碳汇的生态服务功能。     

利用高光谱和GF-1模拟多光谱进行土壤有机质预测和制图研究

利用土壤有机质(SOM)高光谱数据和模拟GF-1多光谱影像的波段响应函数生成的宽波段多光谱模拟数据,对比高光谱预处理和构建土壤植被指数,探索模拟GF-1光谱预测SOM的潜力。研究表明,SOM的一阶微分高光谱和模拟GF-1光谱数据构建的土壤指数与SOM的相关性最好。PLSR建模分析表明采用一阶微分高光谱数据可以很好的对SOM进行预,而且模型稳健(R2=0.962,RPD=4.87);模拟GF-1光谱也可以较好的进行SOM的预测,但是模型的稳定性相对较差R2=0.557,RPD=1.43。同时,SOM制图的空间分布表明,采用一阶微分光谱数据和模拟GF-1数据预测得到的SOM含量与实测的SOM表现出相似的空间分布特征。这为采用多光谱数据进行大尺度、大范围的SOM预测提供了基础。     

土地整治对平原区及丘陵区田块利用的影响

土地整治中各类工程措施的实施,会对土地整治区域中田块的利用产生影响,量化评估土地整治对田块利用产生的影响,不仅可以完善土地整治的理论,而且能为土地整治项目规划设计方案的优化提供依据。该文将土地整治对田块利用的影响归纳为对田块规模、田块形状、田块空间特征和田块耕作效率影响4个方面,选择湖北省监利县毛市镇联盟土地整治项目与湖北省老河口市洪山咀办事处兰家岗村低丘岗地土地整治项目作为平原区项目和丘陵区项目的典型代表,量化评估了2个项目区土地整治对田块利用产生的影响,并对其进行了比较分析。研究结果表明在平原区项目和丘陵区项目中,土地整治对田块利用的影响表现出极强的相似性,综合表现为:1)田块的规模被扩大,小规模的田块并合并,田块的规模变得相对均匀;2)田块的外形被分割的更加规整,田块几何形状的相似性增强,人类对土地的干扰程度增加;3)整治区域中的田块由整治前的许多离散小田块的组合方式转变成整治后由少数大田块高度连接的组合方式,田块在分布上趋于集中;4)田块耕作的效率提高,二者平均耕作时间分别由整治前的57、62min/hm2减少到整治后的45和48min/hm2。同时,在平原区项目和丘陵区项目中,土地整治对田块规模、田块外形、田块空间分布特征和田块耕作效率影响的幅度上存差异,丘陵区项目在田块规模、田块破碎度、田块密度以及耕作时间的变化幅度上要大于平原区项目,这主要是由于地貌类型和区域本底条件的不同引起的。     

基于数字土壤系统的县域土壤磷素流失风险简化评估

县域是中国基本的行政管理单元,探讨县域尺度下土壤磷素流失风险评估的简化方法,旨在为县域磷风险评估和生产实践提供指导。该文在充分考虑县域尺度的特点,简化磷指数评估方法指标和评估过程,并以北京市顺义区为例,基于数字土壤系统,采用地理信息系统和计量土壤学技术,采用简化后的磷指数法对顺义区磷素流失风险进行评估。结果显示,顺义区土壤磷素流失的风险程度呈现东部高,西部低和沿着河流呈条带状分布的特征,这种分布特征在一定程度上说明了导致顺义区土壤磷流失的主要原因是农业投入,顺义区土壤磷素流失风险程度以低为主,但中等风险的面积占总面积的30.05%,今后应加强研究区磷素管理,防止土壤磷流失。基于数字土壤系统的简化磷指数法能够很好地反映待评估区域磷素风险程度,为县域磷素风险评估提供了参考价值。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度流域泥沙输移比研究

泥沙输移比是定量表征流域内侵蚀产沙-河道输沙特征的重要指标。探讨了不同尺度流域泥沙输移比计算的可能性与方法,以黄土丘陵沟壑区的径流小区、小流域、水文站实测资料为基础,利用径流小区观测资料和单元小流域侵蚀模数2种方法,对4种空间尺度流域的泥沙输移比进行了估算。结果表明:(1)对于面积在10~100km²的小流域,利用2种方法计算的泥沙输移比结果非常接近,说明在没有小区观测资料时,用单元小流域计算流域泥沙输移比是可行的。(2)对于土壤侵蚀类型单一的水文站控制流域,在没有面积>1km²单元小流域资料的情况下,可以用面积1~10km²小流域或面积10~100km²小流域作为单元小流域来计算泥沙输移比而对于侵蚀类型不同的支流其误差范围有些偏大。(3)流域治理措施的实施对于泥沙输移比的减少具有明显的效果,但治理措施减沙效应的发挥具有一定的滞后性。     

浅地下水埋深微域尺度苏打盐渍土的积盐机理探讨

通过野外定位观测和室内化验,探讨了浅埋地下水环境下苏打盐渍土的积盐机理。结果表明:在35×35m2大小的区域内,相对高差仅60cm,包括盐化草甸土、浅位柱状碱土、白盖苏打碱土和中位柱状碱土4种土壤类型。盐化草甸土分布在相对较低的洼地,几乎没有碱化层;白盖苏打碱土和中位柱状碱土分布在微坡地和高平地。高平地土壤的碱化层出现在15～30cm,碱化度(ESP)70%,微坡地土壤的ESP表层最大达75%。地下水位(初见水位)表现为洼地凸出的三维空间格局,洼地和高平地之间的地下水初见水位差达1m以上,24h后的水位基本保持在同一水平。地下水位在冻结期的变化与冻土的形成和发展有一定相关性。冻结期,部分浅埋地下水进入冻层,导致冻层含水率增加,同期地下水开始缓慢下降。盐化草甸土表层的含水率从冻结前的20%增加到50%(过饱和状态),其增量达到显著性水平(p<0·05);苏打碱土冻结层含水率有一定的变化,但变化程度不显著。冻融期间,苏打碱土表层含盐量迅速增加,其中白盖苏打碱土表层含盐量增量幅度达80%,而盐化草甸土表层的盐分含量变化不显著。     

麦田土壤水分时空变异特性及CA-Markov模型模拟预报

为揭示农田土壤水分时空变异特征,精准预测土壤墒情,该研究以河北省太行山山前平原井灌区典型麦田为例,在监测土壤水分的基础上,采用时间稳定性指数法、空间自相关性评价法研究土壤水分时空分布规律,构建了适用于模拟预报田间水分时空变化的CA-Markov 模型,并将该模型的模拟预报效果与HYDRUS 模型进行比较。结果表明：随着土层深度的增加,土壤水分等值线由密变疏,变异系数逐渐减小。随着小麦生育期的推移,前期监测的土壤水分稳定性高于后期;在土壤较湿润的情况下,土壤水分空间相关性较强,土壤水分全局Moran''s I 指数随小麦生育期的推移呈现先增大后变小的规律。CA-Markov 模型模拟预报的各土壤相对湿度等级面积误差的平均值为1.61%,比HYDRUS 模型模拟预报的面积误差平均值（10.86%）小9.25个百分点; CA-Markov 模型对研究区4月下旬、5月上旬的土壤水分干旱等级预测的空间分布Kappa 系数分别为 89.31%、91.46%。该模型可综合考虑麦田墒情的时空变化及随机特性,模拟预测土壤墒情的精度较高、效果良好,可以作为麦田水分管理的重要工具。     

光谱信息与作物生长模型数据同化中的时间尺度优化

光谱信息与作物生长模型同化的效率提升是同化方法区域应用研究的一个重要方面。该文通过设置不同步长的光谱观测值同化时相,开展针对光谱信息与作物生长模型WOFOST(world food studies)同化的时间尺度优化研究,以提高同化效率。基于长春地区水稻生长周期,该文设置了4个等距时间尺度(步长分别为5,10,20和30 d)和一个关键时相时间尺度(同化时相对应水稻生长关键时期),在不同时间尺度下利用光谱信息计算的修正叶绿素吸收比值指数MCARI1(modified chlorophyll absorption ratio index)同化WOFOST模型,通过比较不同时间尺度下的同化精度和效率,优化同化时间尺度。结果表明:随着同化时间尺度增大,同化效率逐渐提高,而同化精度逐渐降低。在平衡精度和效率的前提下,选择步长介于10~20 d的时间尺度或关键时相尺度作为光谱信息与作物生长模型的同化时间尺度是合理的。该文提出的优化同化时间尺度方法为提高光谱信息与作物生长模型同化的区域应用效果提供了参考。