沼泽湿地生物碳汇扩增与碳汇型生态农业利用模式

为了探索沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式,该文选取吉林省大安市牛心套堡苇场的苏打型盐碱化芦苇沼泽湿地为研究对象,通过田间工程、放流增殖鱼、虾、蟹、退化芦苇植被恢复等措施,构建高碳汇型水生生物群落,于2006-2011年进行了沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式的试验。结果表明,试验地主要碳汇生物的年平均生物量达到3364.38kg/hm2,比试验前增加了158.20%,年均递增20.89%;试验地年均碳汇能力达到176.42kg/hm2,比试验前增加了256.98%,年均递增35.01%;试验地年均经济效益达到744元/hm2,比试验前增加了215.25%,年均递增25.81%。鱼、虾、蟹的放流增殖对沼泽湿地生态系统结构和功能无明显损害,所构建的"苇-鱼-虾-蟹"复合生态结构可作为退化芦苇沼泽湿地的生物碳汇扩增模式和碳汇型生态农业利用模式,也可为其他类型湿地实施生物碳汇扩增与碳汇型利用提供借鉴。     

Assessment of shoreline vegetation in relation to use by molting black brant Branta bernicla nigricans on the Alaska coastal plain

To evaluate the importance of large thaw lakes on the Alaska Coastal Plain for molting Pacific black brant Branta bernicla nigricans, distribution and life form of shoreline vegetation were assessed using several scales: satellite imagery, point-intercept transects, cover quadrats, and a parameter for water regime. Brant population and distribution estimates from aerial surveys were used to classify large lakes into high, moderate, and low use. Correlations between brant and abundance of their preferred feeding site — moss flats — were best demostrated by satellite imagery. Intercepts and cover ratings were not correlated, presumably because these techniques were less efficient at assessing area. General observations suggested that the presence of islands, large ice floes, and possibly other physical attributes of the habitat, influenced brant distribution. This area is unique because of low-lying, drained-lake basins that have ideal combinations of moss flats and large water areas where brant seek protection disturbance is vital to the success of this declining species because alternate habitats may not be available elsewhere on the Coastal Plain. in water or on ice floes. Protection of the area from     

未来中高排放情景下松嫩平原农业气候资源变化分析

基于松嫩平原地区基准时段（1961−1990年）的观测数据,应用统计方法对模型模拟的未来30a(2021−2050年)温度、降水、辐射的逐日数据进行偏差订正,同时采用五日滑动平均法计算≥10℃积温,分析研究区域相对于基准时段,未来30a农业气候资源指标的时空变化特征。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来30a松嫩平原大部分地区平均温度在4～8℃,较基准时段升高2.5～2.8℃,且北部地区的增温幅度大于南部地区;此外,大部分地区≥10℃积温介于3000～3700℃·d,两种情景下分别增加500～550℃·d和600～670℃·d,其中南部部分地区增幅超过670℃·d;大部分地区年降水量在460～580mm,增量为50～90mm不等,降水增量在空间分布上表现为南多北少,其中南部地区增量超过90mm,而北部地区年增量则不足50mm,两种情景在相同区域的降水增量表现为RCP4.5多于RCP8.5;相较于基准时段,年辐射量减少85～100MJ·m−2,生长季内辐射量减少10～40MJ·m−2,变化趋势均不明显。综上所述,未来松嫩平原地区农业气候资源表现为整体提升趋势,农作物可种植期相对延长,因此,应适当种植生育期更长的作物,避免因未来气温升高,造成现有作物生育期缩短,导致产量降低的情况发生;同时研究结果对调整种植结构、改变种植措施和选育作物品种等具有指导意义,有利于充分利用气候资源,提高作物产量。     

场次降雨条件下考虑田梗高度的农田产流规律模拟

条块分割、田埂密集是海河平原农田的典型特征,科学认知田埂作用下的农田产流规律对解析平原区水循环演变过程至关重要。目前,流域尺度的农田产流规律的研究较少,关于降雨特征-田埂高度-农田产流三者之间的影响关系还不明晰,田埂作用下的农田产流规律是平原区水循环演变解析的薄弱环节。该研究基于CMOPRH遥感降水数据产品分析了海河平原场次降雨特征,并以Smith & Parlange入渗模型为核心构建农田积水产流模型,模拟海河平原降雨-产流过程。结果表明：1）海河平原场次降雨总量以小于25 mm为主,占降雨总场次的95%,10 h以内的场次降雨占比为96%,降雨总量和降雨强度由东北部向西北部递减;2）在2008-2019年降雨条件下,模拟无田埂、10 cm田埂、12 cm田埂、15 cm田埂四种情景的农田年均产流量,结果分别为62.4亿m3/a、19.7亿m3/a、13.1亿m3/a、5亿m3/a;3）田埂高度已知的条件下,降雨历时和降雨强度是影响农田产流的关键因素,以降雨历时为横坐标、降雨强度为纵坐标,可以通过拟合反比例函数曲线划分一场降雨是否产流;4）根据海河平原历史农田面积变化估算,2000年海河平原农田产流量相对1979年减少10.2亿m3,2016年农田产流量相对2000年减少5.1亿m3。该研究定量解析了降雨特征、田埂高度对农田产流的影响,为解析海河平原区地表水资源衰减原因提供了重要的规律认知。     

关中平原农田土壤水力参数空间分异与模拟

土壤水力参数是土壤水分和污染物迁移等陆面过程数值模拟的重要基础参数。为探明关中平原农田土壤水力参数空间分异特征,建立空间分布预测模型,在关中平原网格布设124个样点,采集根层0-20 cm原状和扰动土壤样品,利用van Genuchten模型拟合获取土壤水分特征曲线,获得残余含水量(θr)、饱和含水量(θs)以及系数α和n等土壤水力参数。采用经典统计学、地统计学和结构方程方法分析了θr、θs、α和n的空间变异特征及影响因子,建立了水力参数传递函数预测模型。结果表明:θr和α为强变异,θs为中等变异,n为弱变异。θr、θs、α和n半方差函数最佳拟合模型分别为球状模型、指数模型、指数模型和球状模型。θs和n具有强烈的空间依赖性,变程分别为32.7,54.3 km;θr和α具有中等程度空间依赖性,变程均为52.8 km。土壤质地、容重、pH、有机质和海拔是影响土壤水力参数空间分布的主要因子。基于土壤理化性质和海拔建立的水力参数传递函数模型具有较好的模拟效果,可用于关中地区大尺度农田生态系统土壤水力参数的模拟预测。     

松嫩平原玉米带农田土壤有机碳时空格局

该文基于吉林省第二次全国土壤普查省数据、县级土壤剖面资料和2003－2006年实测数据,估算了不同土壤类型农田表层土壤有机碳密度和储量,并对近25年来土壤有机碳时空变化特征及其原因进行分析。结果表明,总体上松嫩平原玉米带农田土壤有机碳密度和储量呈增加趋势。其中,碱土、暗棕壤、黑土和草甸土的土壤有机碳密度增幅分别达33%（4.16 kg/m2）,23.05%（3.79 kg/m2）、16.51%（3.74 kg/m2）和12.20%（3.77 kg/m2）;相反,黑钙土有机碳密度下降幅度达30.79%（2.18 kg/m2）。两时期土壤有机碳密度的空间分布格局基本一致,呈中部高、边缘低的趋势,但25年间土壤有机碳含量变化与1980年初始含量呈显著负相关（r＝-0.615**,P＜0.01）,且4.04 kg/m2是土壤有机碳上升或下降的临界值。根据West等提出的土壤碳汇潜力估算方法,如果保持1980年土地利用方式和传统的栽培耕作措施不变的情况下,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳的碳汇潜力为0.33 Tg/a。     

AquaCrop模型在华北平原夏玉米水分研究中的应用

为将AquaCrop模型应用于华北平原夏玉米水分研究中,于2011-2012年在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行了夏玉米水分处理试验,在参数率定与模型验证的基础上对华北平原水量平衡及水分利用效率的现状进行了分析。结果表明,AquaCrop模型能够较好地模拟夏玉米的产量、生物量、冠层发育过程以及表层土壤水储量的动态变化。从生物量角度来看,夏玉米的水分利用效率在8月中旬达到最大,可达10 kg/m3左右,其整个生长季水分利用效率为4.9-5.8 kg/m3;从产量角度来看,水分利用效率为2.3-3.0 kg/m3,且在整个生长季土壤水储量呈增加趋势。研究阐明了AquaCrop模型在华北平原地区有较好的适用性,可以应用于夏玉米耗水与水分利用效率方面的研究。     

松嫩平原盐碱地种稻开发的理论与技术问题

松嫩平原地处吉林省西北部和黑龙江省西南部,是由松花江和嫩江形成的冲积平原。盐土、碱土及盐碱化草甸土是松嫩平原盐碱地的主要构成土壤,总面积约300万hm2,是该区最具开发潜力的土壤资源。科研和生产实践证明,种稻是本区盐碱土改良利用的最有效途径之一,也是促进农民增收、农业增效及改善生态环境的最佳途径。但这一措施,涉及到许多特殊土壤改良学理论和技术问题。文中从盐碱地种稻是否会加剧土壤次生盐渍化、种稻对生态环境的影响、盐碱土的微域性、盐碱危害、土壤胶体高度分散以及"淡化表层"的建立与肥力培育等方面论述了盐碱地种稻开发过程中必须正确认识和把握的理论与技术问题。     

Progress and Yield Bottleneck of Aerobic Rice in the North China Plain: A Case Study of Varieties Handao 297 and Handao 502

Aerobic rice has been considered a promising rice cultivation system as water scarcity is increasing in the world. This article summarizes the advances in aerobic rice management researches in the North China Plain, focusing on yield formation and its bottleneck. High-yielding and good-quality aerobic rice varieties adapted to aerobic soil conditions have been released officially and adopted by farmers in North China. The varieties Handao 502 and Handao 297 have been recognized as the most promising varieties reaching a yield level ranging 3.5-5.0 t ha-1 with 450-650 mm water input. Compared with lowland rice, water input in aerobic rice was more than 50% lower, and water productivity was 60% higher. Researches on responses of rice cultivars to nitrate nitrogen （N） and ammonium N supplied at early growth stages provided the first evidence for a preference of aerobic rice HD297 for nitrate N supply, compared with the lowland rice variety. Zinc uptake studies demonstrated that introduction of aerobic rice system on calcareous soils may increase zinc deficiency problems. Sink size was identified as the limitation of aerobic rice yield, because its spikelet number m-2 was too low （20000-24 000） compared with the lowland rice. For future research, more attention is suggested to be paid to yield formation focusing on effects of water regimes on tiller dynamics. Understanding of nutrient uptake and response to fertilization effects are also urgently required to establish optimized crop management technology. Additionally, alternative cropping systems based on aerobic rice should be established, and key sustainability and environmental impact issues in the systems need to be identified.     

杭嘉湖面源污染林业工程生态治理原理与技术研究

梳理了国内外面源污染治理研究进展,并在此基础上,论述了面源污染生态治理的原理。针对杭嘉湖面源污染,提出了4种生态治理技术措施：水源涵养林林结构优化技术,水系岸带生物防护技术,集水区人工塘渠－湿地复合系统建设技术,污染水体的植物修复技术。