基于修正简易模型的陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力分布特征

降雨侵蚀力经典模型计算结果准确,但计算过程繁琐、数据量大且难获取;简易模型计算便捷,但结果不够准确.本文分析了8种黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力模型的差异,并对简易模型进行修正.以经典模型为基准值,对与经典模型结果最为接近的简易模型进行修正,基于修正后的简易模型分析黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力的时空分布特征.在此过程中用到的方法主要是数理统计法和模型差异分析方法.经典模型更能准确估算陕北黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力;拟合模型y=0.849x-29.651可以提高章文波降雨侵蚀力简易模型的模拟精度(拟合优度0.734);陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力总体呈现上升趋势;汾川河流域、清涧河流域上游降雨侵蚀力较高,下游次之;延河流域、大理河流域下游降雨侵蚀力较高,上游次之.降雨侵蚀力简易算法经修正后可以较好的估算黄土丘陵沟壑区的降雨侵蚀力的时空分布特征,陕北黄土丘陵沟壑区2006-2012年间降雨侵蚀力时空分布不均,降雨侵蚀力整体较高.     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

引入时相信息的耕地土壤有机质遥感反演模型

土壤有机质(soil organic matter,SOM)是土壤质量评价的重要指标。监测SOM含量及其空间分布对土壤利用与保护、土壤有机碳库估算等具有重要意义。该文以松嫩平原典型区为研究区,采集4种主要土壤类型样本共147个,获取裸土期多时相MODIS地表反射率8 d合成产品,以单期、多期影像所构建光谱指数作为输入量,构建包含含水量变化与有机质含量信息的多光谱指数,建立SOM线性回归遥感反演模型,揭示SOM空间分布规律。结果表明:由于土壤含水量空间差异随时间变化,基于单期影像构建的模型主要输入量发生规律性改变,其中年积日137 d裸土条件最好,反演模型最优;比值光谱指数R61与SOM显著相关,而和含水量相关性极小,适于作为反演模型输入量;基于多期影像构建的模型引入时相信息后,精度与稳定性较单期影像模型显著提高,其中基于年积日137、105 d两期影像光谱指数所建立的多元线性模型最优;松嫩平原SOM呈现由东北向西南递减趋势。     

1985—2018年内蒙古自治区耕地集约利用时空变化及其驱动因素

[目的] 探索内蒙古自治区耕地集约利用时空变化规律,为改善该区耕地集约利用方式,实现耕地资源可持续利用提供科学依据。[方法] 运用主成分分析方法对内蒙古自治区全区及其12个盟市的耕地集约利用水平进行综合评价,并揭示其时空变化特征及驱动因素。[结果] ①从全区层面分析,1985—2018年期间,内蒙古自治区耕地集约度总体呈增长态势,耕地集约度由63.30增长至88.12,增幅高达39.21%,耕地集约利用总体呈波浪式增长。②从空间层面分析,通过自然分界法将内蒙古自治区各盟市耕地集约利用水平划分为5个等级,其中巴彦淖尔市和呼伦贝尔盟为高度集约型(Ⅰ级),锡林郭勒盟、兴安盟、阿拉善盟、鄂尔多斯市为较集约型(Ⅱ级),呼和浩特市为一般集约型(Ⅲ级),赤峰市、通辽市为较粗放型(Ⅳ级),乌兰察布市、包头市、乌海市为粗放型(Ⅴ级)。③从驱动因素分析,人均GDP、农民人均可支配收入、财政用于农业支出以及第一产业固定资产投资额对内蒙古自治区耕地集约利用具有显著正向驱动作用,而第一产业生产总值、城镇化率以及治理水土面积对内蒙古自治区耕地集约利用具有显著负向驱动作用。[结论] 内蒙古自治区耕地集约度总体呈增长态势,未来应规范耕地流转,加强耕地用途管控,协调产量与生态的关系,进一步提高耕地集约利用程度。     

基于Markov链地统计模型的区域土壤性质研究进展

土壤水力学性质的空间变异对于区域土壤水分溶质循环模拟研究至关重要。基于Markov链的条件模拟是一种能融合多源信息技术的地统计学模拟方法,与传统插值法和基于变异函数的条件模拟相比有诸多优势。目前,该方法在土壤水力学性质空间变异性领域的研究并未全面展开。实现区域土壤水力学模型参数的随机模拟,对于实现区域土壤水分运动和溶质运移的随机模拟,分析土壤水力学性质空间变异性对土壤水分运动和溶质运移模拟结果的影响,特别是参数采样点变化对土壤水分运动和溶质运移结果影响的不确定性等研究都有重要意义。本文旨在综述基于Markov链的地统计学模拟在土壤学相关领域的研究进展,以期为区域模拟中面临的参数获取难题提供帮助,为区域农业生产管理,水分高效利用,农田生态环境保护提供科学依据。     

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。     

南疆果园滴灌条件下土壤盐分的空间异质性分析——以农十四师224团典型地块为例

土壤盐渍化是制约干旱半干旱地区农业生产的主要障碍因子之一,在新疆,尤其是南疆,盐渍化更为严重。系统认识和掌握盐渍土的空间变异特征对于治理改良盐渍土和土壤盐渍动态变化研究具有重要意义。基于区域变量理论,在GIS和地统计学技术支持下,通过地统计学的半变异函数和Kriging空间插值,以南疆和田地区农十四师224团为研究区,定量分析了试验区内不同层次土壤盐分的空间变异特征。结果表明:140~180 cm土层土壤盐分含量半方差函数的理论分布模型属于指数模型,其它各层属于球状模型;各土层含盐量在一定的区域范围内具有空间结构特征,都呈中等强度空间自相关性;由kriging插值可知,各土层含盐量的空间分布主要表现为条带状伴有斑块状分布。总体来说,试验区土壤盐渍化与次生盐渍化的防治是近期农业管理中所必须考虑的重要因素。     

河北沧州果品主产区土壤砷空间变异性研究

采用GIS技术和地统计学相结合的方法对河北沧州果品主产区献县、泊头、沧县3个县表层土壤(0～20 cm)砷的空间分异特征进行了分析。结果表明:3个县表层土壤砷的平均值为12.46 mg kg-1,砷污染存在的风险较低。土壤砷最优理论模型为指数模型,空间结构上具有中等程度空间相关性,说明其空间变异主要是由母质、地形、土壤类型等结构性因素引起的。各向异性分析表明地质背景、河流和飘尘可能影响着土壤砷的分布。Kriging插图结果直观的反映出研究区内土壤砷的空间变异特征。调查结果显示含砷污水的农田灌溉,含砷煤燃烧产生的大气降尘,含砷农药、化肥的使用等是影响土壤砷分布的人为因素。     

Impacts of land use and plant characteristics on dried soil layers in different climatic regions on the Loess Plateau of China

A dried soil layer (DSL) formed in the soil profile is a typical indication of soil drought caused by climate change and/or poor land management. The responses of a soil to drought conditions in water-limited systems and the impacts of plant characteristics on these processes are seldom known due to the lack of comparative data on soil water content (SWC) in the soil profile. The occurrence of DSLs can interfere in the water cycle in soil-plant-atmosphere systems by preventing water interchanges between upper soil layers and groundwater. Consequently, a DSL may limit the sustainability of environmental restoration projects (e.g., revegetation, soil and water conservation, etc.) on the Loess Plateau of China and in other similar arid and semiarid regions. In this study, we investigated and compared the impacts of soil type, land use and plant characteristics within each of the three climatic regions (arid, semiarid, semihumid) of the Loess Plateau. A total of 17,906 soil samples from 382 soil profiles were collected to characterize DSLs across the Plateau.Spatial patterns of DSLs (represented by four indices: (1) DSL thickness, DSLT; (2) DSL forming depth, DSLFD; (3) mean SWC within the DSL, DSL-SWC; and (4) stable field water capacity, SFC) differed significantly among the climatic regions, emphasizing the importance of considering climatic conditions when assessing DSL variations. The impact of land use on DSLs varied among the three climatic regions. In the arid region, land use had no significant effect on DSLs but there were significant effects in the semiarid and semihumid regions (P < 0.05). The development of DSLs under trees and grasses was more severe in the semiarid region than in the semihumid region. In each climatic region, the extent of DSLs depended on the plant species (e.g., native or exotic, tree or grass) and growth ages; while only in the semiarid region, the DSL-SWC and SFC (P < 0.001) were significantly influenced by soil type. The DSL distribution pattern was related to the climatic region and the soil texture, which both followed gradients along the southeast-northwest axis of the Plateau. Optimizing land use can mediate DSL formation and development in the semiarid and semihumid regions of the Loess Plateau and in similar regions elsewhere. Understanding the dominant factors affecting DSLs at the regional scale enables scientifically based policies to be made that would alleviate the process of soil desiccation and sustain development of the economy and restoration of the natural environment. Moreover, these results can also be useful to the modeling of the regional water cycle and related eco-hydrological processes.     

设施蔬菜生产系统重金属积累特征及生态效应

研究土壤重金属的空间变异特征,可以揭示人为活动对土壤中重金属积累特征的影响,进而为土壤利用、污染风险评价提供重要的基础资料.选取南京市郊区一处典型的设施蔬菜生产系统为研究对象,测定了土壤、灌溉用水、肥料、蔬菜等介质中重金属砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)含量,研究了土壤中重金属的空间变异及积累特征,分析了积累产生的原因,讨论了系统中作物的重金属积累效应.结果表明:(1)与露天蔬菜地相比,设施蔬菜地土壤重金属Cu、Hg、Pb、Zn均产生明显的累积,且土壤中Cu、Hg、Pb平均含量超过温室蔬菜产地环境质量评价标准.(2)农用投入品的大量输入对土壤性质的空间变异产生了明显影响,而土壤Cu、Hg、Pb、Zn也呈现与之一致的空间变异特征,且这些元素与土壤性质存在显著相关性.(3)土壤性质的变化和重金属的积累对叶菜类作物重金属吸收影响较大,且前者更为重要.