黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

基于APSIM模型评估北方八省春玉米生产对气候变化的响应

基于北方地区农业气象试验站春玉米多年田间试验数据和逐日气象数据,分析农业生产系统模型APSIM在北方八省春玉米产区的适用性,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,模拟过去54a（1961?2014年）该地区春玉米的生长发育和产量形成过程,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。结果表明：验证后的APSIM玉米模型在北方八省春玉米产区具有较好的适用性。气温和土壤温度是北方各地春玉米发育期的首要关键气象响应因子,其中北方春播区春玉米各关键发育期对最高气温响应最明显,西北内陆区春玉米各关键发育期对最低气温响应最明显。平均气温、日最高气温、日最低气温和土壤温度的升高均会导致春玉米生育期（出苗、开花和成熟）日序提前,发育天数减少,春玉米提前成熟。北方春播区春玉米产量对温度、降水、日照时数响应明显,西北内陆区春玉米产量对温度和潜在蒸散响应明显,大部分地区温度的升高和潜在蒸散的增加会引起玉米产量的显著下降。     

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m~(-2)·a~(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。     

耕地流转胁迫下农户生计多元化选择与可持续性水平——基于重庆市合川区188户的调查数据

农户生计资源重组是在耕地流转胁迫下对经济机会的反馈响应。基于重庆市合川区川柠柠檬示范园188户耕地流转农户及其394块流转耕地地块的调查数据,分析了流转农户劳动力特征和流转耕地的数量、质量及耕作半径特征,进而剖析耕地流转后农户多元化生计选择策略,并基于可持续生计框架,从生计资本、生计策略和生计成果3方面构建农户生计可持续性评价指标体系,采用自然资本、物质资本、人力资本、金融资本、社会资本、生计多样化指数、收入多样化指数、非农化水平及家庭纯收入指标,对农户生计可持续性水平进行评价。结果表明：1）耕地流转致使农户自然资本严重减少,家庭生计结构由农业主导型向非农主导型转变,生计种类显著增加,趋于多元化。2）耕地流转后,农户生计资本总指数增加,且农户生计资本属性间及各类型农户间的增长率存在分异。耕地流转导致5大资本失调,生计资本耦合协调度降低。3）不同类型农户生计可持续水平在流转后得到不同程度的提升,提升强度从大到小表现为非农主导型农户>农业主导型农户>非农型农户>纯农型农户。总之,农户在家庭承包耕地流转的内部冲击下,生计资本得以重组,致使农户生计的分化与转型,而多元化生计有助于农户生计的可持续发展。     

华北平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡与闭合研究

准确量化分析地气之间的物质和能量交换对于水资源管理和农业可持续发展是十分重要的。能量平衡闭合是评估观测数据准确性和分析地表能量平衡的一个重要的评价指数。本研究利用开路涡度相关系统和全要素自动气象站对华北平原典型冬小麦农田生态系统2013—2014年度的能量通量及常规气象要素进行了连续观测,分析了冬小麦农田各能量通量的日变化和年变化特征,计算冬小麦在4个生育时期(出苗期、越冬期、拔节期和灌浆期)的能量闭合和波文比。结果表明:在日尺度上,选取的4个生育时期净辐射和各能量分量的日变化趋势均为单峰二次曲线,净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在12:00—13:00,土壤热通量的峰值出现在14:00—15:00。在年尺度上,净辐射和潜热通量的变化趋势较为一致,均在越冬期达到最低值114.51 W·m~(-2)和13.47 W·m~(-2),而在灌浆期达到最大值327.02 W·m~(-2)和116.56 W·m~(-2)。选取的4个生育时期的代表性观测日期能量闭合良好,能量闭合率分别为0.49、0.77、0.81和0.76。4个生育时期内波文比值日变化趋势均呈倒"U"型,出苗期波文比在14:00达到最大值2.12;越冬期、拔节期和灌浆期在10:00左右达到最大值,分别为1.48、0.31和0.58。本文的定量化结果可为华北平原农田生态系统水热通量等研究提供依据。     

清末民国时期临汾地区旱灾变化研究

为研究临汾地区清末民国时期洪涝灾害变化规律及与气候变化关系等问题,恢复历史时期气候特征,通过对临汾地区历史资料的统计整理,利用数理方法对其旱灾频次、等级序列特点、时间变化以及成因进行了系统研究。结果表明:1840—1949年临汾地区的旱灾共计54次,平均每2年就发生一次。其中Ⅱ级以上旱灾比重高达66.7%,表明这110年间受灾程度严重。清末旱灾频率比民国时高出约19%,尤以Ⅲ级旱灾最为明显。这两个时期都属旱灾多发期,且Ⅳ级旱灾较多。全年或跨年大旱与特大旱灾指示当时年降水量多低于332.7mm。气候冷干、暖干化以及厄尔尼诺等极端气候事件是影响旱灾频发的气候大背景;当年降水大幅减少是引发(特)大旱灾的主要原因。人地矛盾突出、毁林围湖开荒等对大自然无节制的开发也加剧了旱灾频发、灾情严重程度。     

西北地区食物结构及其安全现状评估

食物是国民经济基础之基础,食物安全问题是世界各国共同面临的重大问题。及时把握和正确判断一个国家或者地区的食物安全状况,对其经济和社会可持续发展具有非常重要的现实意义。在对2000—2014年西北地区7个省(区)的食物结构及生产量、人均食物占有量和主要食物的平均人日热量拥有量进行分析的基础上,对西北地区的食物安全现状进行了评估和判断。结果表明:2000—2014年西北地区7个省(区)粮食、蔬菜、水果、肉蛋奶、棉花、油料等食物产量整体上在波动中呈增长趋势,食物种类趋向多样化和丰富化;近5年西北地区粮食和水果人均占有量均超过全国人均水平,2000—2014年人均奶类、棉花和油料占有量大于全国人均占有量,但人均蔬菜、禽蛋和肉类占有量低于全国人均水平;除青海地区外,其他6个省(区)2014年人均每日热量拥有量都达到营养学要求;2000年以来,西北地区食物安全程度不断提高,但2014年,西北地区食物安全仍处于一个较低安全水平;当前西北地区仍面临着水资源缺乏、耕地面积和质量有限、农业技术设备落后等挑战,使该地区食物安全受到威胁,针对这些问题,文章提出了调整农业结构,保护生态环境,确保食物安全可持续发展等对策。     

雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。     

固定样地用于中分辨率遥感影像解译精度的研究

在总结了中国森林资源连续清查体系现状的基础上,以吉林省第7次森林资源连续清查固定样地资料和吉林省TM遥感影像为基础,对固定样地调查结果与遥感影像分类结果进行了对比,并采用点对点匹配法,分析了固定样地作为遥感影像解译标志时的精度.结果表明,采用固定样地调查与遥感影像分类调查森林资源总体精度较高,森林覆盖率误差仅为-1.04%,而点对点匹配检验时森林类型误差达到52.99%.     

化肥施用对中国粮食产量的贡献率分析——基于主成分回归C-D生产函数模型的实证研究

施肥是农业持续发展的重要措施,施用化肥对中国粮食安全的保障作用是投入其他生产要素所不能替代的,掌握化肥的增产效应从指导农业生产及确定科学有效的施肥方案方面来说,都具有重要的理论与实践意义。分析了化肥施用量与粮食产量之间的关系,选取粮食作物播种面积、农用机械总动力、有效灌溉面积、化肥施用量和农业从业人员为中国粮食产量的影响因素,采用主成分回归C-D生产函数模型,计算了化肥投入对粮食增产的弹性及贡献率。结果表明：化肥施用与粮食产量之间存在较强的正相关关系;1978—2010年间化肥投入对粮食产量增长的弹性值为0.18,贡献率达20.79%,化肥对粮食增产的弹性和贡献与以往的研究结果相比略有下降,单位质量化肥投入带来的实际粮食产量增加量有所减少,但化肥投入仍是影响粮食产量增长的重要因素。