中国粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局现状

首先分析了1949－2008年中国粮食生产发展过程特点,随后以粮食为判据,基于人口与粮食关系,建立土地资源承载力模型和土地资源承载指数模型,从分县尺度对中国土地资源承载力空间格局现状进行了分析。结果表明： 1949－2008年中国粮食生产呈台阶式上升特征,且伴随周期性波动,具有明显的不稳定性;人口增幅小于粮食产量增幅,人均粮食占有量从建国初期的不足209 kg,增长至21世纪初期的400 kg,呈稳步提升态势;2007年我国分县土地资源承载力主要以人口超载、粮食短缺为主要特征。东北平原、华北平原、长江中下游、河西走廊、河套地区及四川盆地等主要粮食生产区表现为粮食盈余,而人口压力较大的东南沿海以及粮食生产水平较低的西北干旱半干旱地区则表现为人口超载。国家尺度上,中国粮食尚处于盈余状态,因此粮食短缺地区需通过贸易、调配来满足超载人口的粮食需求。东、中部城市密集地区人粮关系尤为紧张,随着城市化进程不断加快,这些地区人粮矛盾会进一步加剧,粮食贸易和调配趋势也会越来越明显。该研究可为国家粮食安全与区域可持续发展提供科学依据和决策支持。     

畦灌撒施与液施硫酸铵地表水流和土壤中氮素时空分布特征

分析不同灌溉施肥方式下氮素时空分布特征可为改进畦灌施肥技术与方法提供科学依据。该研究基于冬小麦返青灌溉开展的不同入畦流量下撒施和液施硫酸铵时获得的畦灌试验观测结果,分析2种不同施肥方式下地表水流和土壤中氮素时空分布规律,讨论不同施肥方式下影响灌后土壤氮素空间分布均匀性的要素。结果表明,施肥方式对地表水流和土壤中氮素分布影响显著,入畦流量对其影响不显著。液施下地表水流中氮素时空分布差异不显著,撒施下具有明显时空变异性;液施能明显改善灌后土壤氮素空间分布均匀性,灌后1 d 1m土层内氮素空间变异系数为0.07,明显小于撒施。土壤氮素增量分布均匀性在液施下主要与灌水量分布有关,撒施下则与地表水流中氮素分布和灌水量分布有关。液施在提高施肥均匀性和减小灌溉期间肥的损失方面优于撒施,且更易于水肥联合管理。     

基于相对湿润度指数的西南地区季节性干旱时空分布特征

西南地区是中国重要农业生产区,季节性干旱是该区域最主要的农业气象灾害,研究季节性干旱时空分布特征对西南地区防旱减灾具有重要意义。该文收集西南地区4个省(市)共97个代表气象站50a(1959年-2008年)的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料,选用国家标准中相对湿润度指数(M)作为干旱指标,以年、季为时间尺度,研究西南地区干旱频率和强度的空间分布特征,并分析近50a干旱强度和发生范围的年际变化规律。结果表明:西南地区年尺度干旱频率呈西部高,东部低的带状分布,高发区位于川西高原、川西南山地、云南西北部和中北部的山地、高原及河谷地带,发生频率在3年2遇以上;年干旱强度以中旱以上为主。不同季节干旱频率差异大:冬旱发生频率最高,春旱次之,秋旱较低,夏旱最低;干旱强度方面,冬旱强度最大,春旱次之,秋旱较小,夏旱最小;总体而言,干旱发生频率高的地方干旱强度也大。从年际变化看,西南地区总体上略有变湿的趋势,年干旱强度明显减弱,其中春旱、秋旱有减轻趋势,夏旱和冬旱有所增强;但近10a,年干旱强度增大明显,夏旱、秋旱、冬旱也明显上升,这与西南地区近几年干旱频繁发生相吻合。     

淮河流域降雨-侵蚀背景及时空演变特征

当前全球气候正经历以变暖为主要特征的显著变化,为土壤侵蚀及水土流失的防治提出新的挑战。研究探索气候变化特别是降雨变化特征、时空演变及对侵蚀的潜在影响,是深刻认识气候变化与土壤侵蚀之间关联,减少未来水土流失防治不确定性的前提和基础。以降雨侵蚀力为指标,对淮河流域降雨—侵蚀背景及时空演变特征进行了计算分析。结果表明:1951—2008年间流域多年降雨的潜在侵蚀能力为5 269.12 MJ/(mm.hm2.h),峰值位于南部的大别山区。时间演变上,全流域多年降雨—侵蚀背景未呈现显著增减趋势。空间变化上,周口、大别山区及蚌埠附近三个地区潜在侵蚀背景的上升趋势最为显著,北部鲁中南低山丘陵沿脉区域也呈现一定上升趋势,以上区域应优先加强侵蚀防治对未来降雨变化的适应研究。     

不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度（40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度）对空间插值精度的影响。结果表明:（1）随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/（C₀+C）有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;（2）Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;（3）两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

1960-2009年青海省极端降水事件的变化特征

利用1960-2009年青海省26个气象台站的降水资料,采用线性倾向估计法、反距离加权法、M—K突变检测等方法,研究了青海省50a来极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征。结果发现,近50a来,青海省极端降水天数、最大的1d和5d降水总量、中雨天数和逐年平均降水强度均表现为增加(强)趋势,只有极端降水天数通过了0.05的置信度检验;各极端降水指数变化趋势存在空间差异,祁连山地区极端降水天数、最大的1d和5d降水总量、中雨天数和逐年平均降水强度增加趋势明显,青海省东部地区增加不明显或呈微弱减少趋势;青海省极端降水事件在0.05的置信度下发生了明显的突变现象,且各极端降水指标与年降水总量有很好的相关性。     

县域农业生态环境质量动态评价及预测

全面客观地评价和预测区域农业生态环境质量状况及发展趋势,对于维持农业可持续发展和生态平衡具有重要意义。基于2001-2010年临汾市尧都区农业生态环境质量相关数据,从农业自然环境状况、农业生产投入和农业生态环境响应3个方面构建农业生态环境评价指标体系,运用主成分分析法对评价指标进行了筛选,并采用灰色系统GM(1,1)模型对临汾市尧都区未来农业生态环境状况进行预测。研究结果表明:尧都区农业生态环境质量综合指数总体呈上升趋势,质量等级从2001年的"差"变为2015年的"优";尧都区农业生态环境质量状况空间差异明显,不同乡镇由于社会经济发展水平、农业发展方式、农业生态保护力度等因素不同,导致全区农业生态环境格局分布的差异性以及空间演化的异质性;农业生产投入子系统对农业生态环境质量的变化影响最大,表明了人类活动对农业生态环境质量变化的显著影响;针对农业生态环境质量不同影响因素的作用力度,尧都区应该开展植树造林活动以提高林地指数,根据区域水资源承载力状况合理加大水资源开发力度,改善农田排水系统,逐步加大生物农药施用量的比重。农业生态环境质量动态评价及预测研究能够有效地反映生态环境质量的演变趋势,为区域农业可持续发展和农业生态环境建设提供一定的决策参考。     

田块尺度土壤入渗特性空间变异研究

土壤入渗特性是田块尺度参数估值的重要基础。该文以陕西省杨凌区一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,分析了归一化因子在单一尺度和多尺度上的分形特征,并在此基础上建立了估算归一化因子的土壤转换函数。结果表明:对于修正Kostiakov公式所采用的归一化处理方法是可行的,可较好地预测典型田块各测点的土壤入渗过程;在单一尺度上,一级阶地和三级阶地所选典型田块的归一化因子最优半方差函数均为球状模型,其分形维数分别为1.796和1.840;在多尺度上,一级阶地典型田块归一化因子的空间变异受粉粒含量、砂粒含量和土壤容重的影响显著,三级阶地典型田块归一化因子的空间变异与黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量和土壤初始含水率相关程度最高(显著性水平0.01);估算归一化因子的土壤转换函数具有较高的精度和可靠性,其一级阶地和三级阶地典型田块验证样本归一化因子的实测值与估算值相对误差绝对值均值分别为13.15%和9.95%。研究结果可较好地解决田块尺度内土壤入渗点面转换及入渗参数难以取得的问题。     

黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。