基于土壤粒径分布模型的河北省土壤可蚀性研究

利用河北省第二次土壤普查成果中的土壤质地组成、土壤图及相应的理化性质属性资料,在验证双参数修正经验逻辑生长模型准确性的基础上,将卡庆斯基土壤质地分类系统转换为美国制;并采用公式法计算该省土壤可蚀性K值,编制具有准确几何位置可与地形图配准的土壤可蚀性K值空间分布图。同时,计算得出该省土壤可蚀性K值在0.25～0.4之间的易蚀性和较易蚀性土壤面积占总土地面积的58.6%。探讨了土壤可蚀性K值和K值图的应用。

基于综合生产能力核算的河北省耕地重点保护区划定

耕地保护的实质是要保护耕地的综合生产能力,按耕地生产能力重新划定耕地的保护等级是保护耕地资源安全,最终实现耕地综合生产能力稳定的根本举措。基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,依据自然等指数与理论生产能力抽样样点构建耕地远景潜在生产能力的核算模型,应用利用等指数与现实生产能力抽样样点的实际调查数据构建耕地现实生产能力的核算模型。在此基础上,采用综合生产力优势指数和生产规模优势指数对耕地生产能力进行分析,从远景潜在生产能力、现实生产能力、耕地投入水平和产出水平4个方面构建耕地重点保护区划分指标体系并将河北省耕地划分为4个保护等级,其中第一级别为国家级耕地保护区,面积为2.02×106hm2,占耕地总面积的32.1%;第二级别为省级耕地保护区,耕地总面积为2.98×106hm2;第三级别为市级耕地保护区,占河北省耕地总面积的30.1%;第四级别占河北省耕地总面积的9.7%。通过耕地保护区域的划分,明确不同主体的保护职责,并认真研究与完善耕地保护政策,这对于稳定农业生产、确保粮食安全具有重要的现实意义。

长期施肥对华北平原潮土作物产量及稳定性的影响

【目的】研究长期施肥处理对华北平原潮土作物产量及稳定性的影响,为维持田块尺度粮食高产、稳产、高效提供指导。【方法】采用长期定位试验中不同肥料处理与多种稳定性指数方法分析作物产量效应及稳定性。【结果】经过7年定位施肥试验,CK、P2K2、N2K2和N2P2处理的小麦产量分别为N2P2K2处理的25.5%、34.5%、43.3%和83.2%;玉米产量分别为42.3%、52.7%、70.6%和76.2%;不施氮肥,土壤氮自然供给力第1年降到59%,第2年为43%,此后稳定在40%左右;不施磷肥,土壤磷自然供给力第1年降至72%,第3年为55%,之后保持在55%左右;不施钾肥,土壤钾自然供给力第1年降为93%,第3年为76%,之后基本不变;7年累计,小麦、玉米及全年作物产量稳定性最强的处理分别为N1P2K2、N2P2K2和N1P2K2。【结论】作物产量效应与施肥量有明显相关性,产量稳定性与施肥量无明显关系,但与氮、磷、钾肥配比明显相关。

基于地统计学的河北省降雨侵蚀力空间格局研究

【目的】研究降雨侵蚀力的空间分布格局。【方法】搜集河北省气象台站降雨数据应用SPSS和ARCGIS地统计软件对其进行分析与模拟。【结果】建立适宜于河北省的降雨侵蚀力的简易模型,并计算各台站的多年平均降雨侵蚀力;应用不同的插值方法进行估值,综合比较各种内插方法的预测误差、统计特征值及插值结果分布图;在2阶趋势条件下,半方差模型采用高斯模型、插值方法为析取克里格方法拟合结果优于采用球状模型与指数模型的其它插值方法。【结论】应用地统计学研究降雨侵蚀力空间分布格局,将有助于精确、定量化地估算土壤侵蚀风险,为科学制定区域水土保持规划和管理策略提供数字地图支持。

基于RS与GIS唐山市城镇扩展对耕地产能影响的定量评估

分析研究当前区域性耕地资源数量与质量的变化格局和态势,定量评估城镇扩展对耕地产能的影响,具有重要的理论和现实意义。以唐山市1993年和2003年两期Landsat TM/ETM遥感影像为主要数据,运用Erdas软件进行人机交互解译,并借助GIS软件分析城镇扩展对耕地面积和空间分布的影响。基于农用地分等成果为基础,通过典型调查,建立耕地利用等指数和耕地实际产量的回归模型,定量估算10a间城镇建设用地扩展对耕地产能造成的损失。研究表明10a来唐山市建设用地总量迅速扩展,主要增加源为耕地,城镇建设用地扩展占用耕地的面积达14.27×103hm2,主要分布于丰润区和丰南区,即1993-2003年间唐山市城镇发展方向主要为南北双向扩展,该两区产能损失分别占全市总损失产能的41.88%与37.97%,且城镇扩展占用的多是7等以上城镇周边农业基础设施好、生产力水平较高的农田,损失产能达1.35×105t,对区域农业生产和粮食安全产生了不容忽视的影响。

基于SOTER数据库的河北省土壤侵蚀研究

【研究目的】应用SOTER数据库与RUSLE模型定量化估算河北省土壤侵蚀风险。【方法】在建立河北省SOTER数据库的基础上,提取地形因子、植被覆盖与耕作管理措施和土壤保持措施,结合土壤可蚀性与降雨侵蚀力因子,应用RUSLE模型定量评价河北省山区土壤侵蚀风险。【结果】河北省轻度水土流失面积3.5万km2,占18.9%;中度水土流失面积1.1万km2,占6.1%;强度与极强度水土流失面积分别为8 183km2与1.0万km2,分别占全省面积的4.4%和5.6%;剧烈土壤侵蚀面积为1.2万km2,占全省面积的6.8%。【结论】河北省土壤侵蚀主要发生在太行山、燕山山区,尤以低山丘陵地带的土石山区最为严重。

经济快速发展地区耕地生产能力空间格局

为准确把握区域经济快速发展地区耕地生产能力空间格局,基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,建立耕地生产能力核算模型,在此基础上分析3个层次产能(理论产能、可实现产能和实际产能)的空间分布得到:较高的理论单产和可实现单产主要分布在以唐山市为中心向四周延伸的各个乡镇;而较高的实际单产主要分布在唐山市南部地区和东北部地区的乡镇;处在北部山地丘陵区的迁西县和迁安市等地区的一些乡镇的3个层次的产能单产都比较低;以唐山市为中心的西部和东部及东南部地区的一些乡镇的3个层次产能的总产都比较高,北部的山地丘陵区的产能总产比较低。基于探索性空间数据分析(ESDA)的空间自相关分析产能结果表明,3个层次产能单产的空间聚集程度顺序是理论单产>可实现单产>实际单产;3个层次产能的局部空间自相关集中在H-H型(高-高关联)和L-L型(低-低关联)的乡镇占到了全部的50%以上。进行产能和经济发展的空间耦合性分析表明,可实现单产和人均GDP及农村人均纯收入空间耦合关系较好,实际产能和地均农产值空间耦合关系较好。认清区域耕地生产能力空间格局及其与经济发展关系,可以为经济发展与耕地保护提供决策支持,对于土地可持续利用具有指导意义。

基于不同种类生态安全的土地利用情景模拟

为解决中国城市化进程中日益严峻的生态和环境问题,合理确定未来土地利用结构和布局是关键,开展不同约束条件下的土地利用情景模拟研究对于科学规划和辅助决策具有重要意义。该文首先采用景观安全格局理论构建了曹妃甸新区综合生态安全格局,然后基于GIS和CA-Markov模型,提出了一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,并借助于2005年和2013年2期土地利用遥感解译图对曹妃甸新区生态安全格局保护与无生态保护2种土地利用情景下2021年的土地利用结构和布局进行了预测和模拟,结果显示,曹妃甸新区生态安全格局总面积为1 058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积为312.67km2,占区域总面积的15.81%。生态安全格局保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,且总生态安全格局范围内新增建设用地比无生态保护情景减少17.47km2。生态安全格局保护情景下,景观更趋于破碎化,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。该研究方法和结果可为区域城市规划和生态保护提供技术支撑和决策参考。

河北省不同耕作区综合产能空间分异规律

耕地综合产能精确地核算了耕地系统内部每个梯级绝对值水平,是农用地分等工作的深化与延续。基于农用地分等成果,通过抽样补充调查,依据自然等指数与理论抽样样点构建理论产能核算模型,利用等指数与现实抽样样点构建现实产能核算模型,统计数据核算实际产能,在河北省从东南-西北选取霸州、栾城、遵化、张北为典型耕作区域,分析不同耕作区产能差异及空间变异规律。结果表明:四个研究区域理论总产为2.52×109 kg,现实总产为1.88×109 kg,均高于实际总产1.44×109 kg,不同层次产能差异明显;各层次单产水平次序同自然等指数次序是一致的,依次为栾城县>遵化县>霸州市>张北县;空间分异的大小取决于区域单产的浮动水平,空间变异程度依次为霸州>遵化>张北>栾城。通过核算结果对比证实了从农用地分等多个层次上测算综合产能的科学性、合理性和可行性,是深化耕地资源数量、质量并重管理的重要途径和方法。

腐植酸复合肥对油菜品质及生理指标的影响

针对长期大量施用化肥造成老菜园土壤养分失衡、蔬菜品质变劣等问题 ,研制了几种新型颗粒腐植酸复合肥供油菜土培与砂培试验应用。研究表明 ,所有施肥处理比对照有显著的增产效果 ,参试肥料间产量差异不显著。在投入养分量相等条件下 ,腐植酸能显著降低油菜体内硝酸盐含量 ,提高VC、可溶性糖含量及SOD、POD、NR活性 ,且以腐复肥 4号 (HA -NPK -Zn)效果最好。腐植酸还能有效提高油菜体内叶绿素含量 ,使叶片增厚 ,外观油绿鲜美 ,商品价值提高。在土壤水分含量相等条件下 ,腐植酸能有效提高油菜的蒸腾强度 ,降低气孔阻力 ,从而保障水分及各种代谢活动旺盛。

腐植酸复合肥对土壤养分转化和土壤酶活性的影响

在土培试验研究腐植酸复合肥对油菜品质和生理指标影响的同时,对土壤养分和土壤酶活性的变化进行了研究。结果表明:①腐植酸复合肥较等养分无机肥增加油菜鲜、干重和氮利用率;②腐植酸复合肥增加土壤碱解N和速效P含量,促进土壤K的消耗;③腐植酸复合肥降低土壤pH值,提高碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性;降低脲酶活性,说明腐植酸可作为脲酶抑制剂。HA复合肥中以4号(HA-NPK-Zn)的土壤脲酶和碱性磷酸酶活性最高,过氧化氢酶活性最低;④各处理的土壤碱性磷酸酶活性与速效P呈显著正相关,脲酶活性与速效K呈极显著负相关,而过氧化氢酶活性与速效K呈极显著正相关。

长期施肥对华北平原潮土作物产量及农田养分平衡的影响

研究长期不同施肥处理对华北平原潮土作物产量及农田养分平衡的影响,对指导田块尺度粮食生产的高产-高效具有重要指导意义。本研究采用长期定位试验中不同施肥处理方法分析作物产量效应及农田养分平衡。结果表明,经过7年定位施肥试验,CK、P2K2、N2K2和N2P2处理的小麦产量分别为N2P2K2处理的25.5%,34.5%,43.3%和83.2%;玉米产量分别为42.3%,52.7%,70.6%和76.2%;不施氮肥土壤氮自然供给力第1年降到59%,第2年为43%,此后稳定在40%左右;不施磷肥土壤磷自然供给力第1年降至72%,第3年为55%,之后保持在55%左右;不施钾肥土壤钾自然供给能力第1年降为93%,第3年为76%,之后基本不变;7年累计农田氮平衡状况较好的区为N2P1K2和N2P2K1,磷为N2P1K2,钾为P2K2,氮磷钾综合而言为N2P1K2;7年累计小麦、玉米对氮、磷、钾的表观利用率分别为44.3%,31.2%,53.0%和40.8%,28.9%,50.3%。综上可知,该区作物产量与施肥量有明显相关性,且氮是限制该区作物产量的首要因子,磷、钾次之;从7年累计实验来看,N2P1K2处理农田氮、磷、钾养分平衡相对较好。

基于遥感影像的县域土地功能分类及功能转换分析

城市化、工业化引起的土地利用/覆被变化改变了土地功能。为探索区域土地功能的演变规律,该文以河北省黄骅市为研究区,首先对土地功能进行分类,并应用GIS和RS数据,分析2008—2014年土地功能的空间分布特点及变化规律,采用生产能力核算模型和净初级第一生产力计算模型分别计算了生物性生产功能及生态环境功能值,从而揭示土地功能用地面积及功能值的演变过程。结果表明,参照建立的土地功能分类方法,研究区可以分为6大功能类及21个功能亚类。2008—2014年土地功能特别是生产和承载功能变化较剧烈;生物性生产功能与土地质量等别关系很大,而生态环境功能与土地利用方式密切相关;2008—2014年生物性生产功能值增长1%,而生态环境功能值则减少了1.1%,生物性生产功能的提升保障了粮食安全,但生态环境功能的降低则要求严格保护生态用地。该研究结果可以为土地功能评价、生态红线划定及土地利用规划等工作提供科学依据。

持续氮素调控对小麦/玉米轮作系统氮素利用和表观损失的影响

为解决作物生产中氮肥过量施用问题,采用田间小区试验法,设置农民习惯施氮(FN)、优化减氮(ON)、优化减氮后再减氮20%配施不同氮素调控剂等处理,研究持续氮素调控对小麦/玉米轮作系统作物产量、氮素利用和表观损失及经济效益的影响。结果表明:与FN比,ON的小麦和玉米产量、氮素吸收量均未受影响,而氮素利用率、氮肥生产效率、氮肥农学效率均提高。ON的小麦和玉米两茬作物总N输入量较FN减少207.7kg/hm^2,N素表观损失减少119.1kg/hm^2,增收672.8元/hm^2,说明在农民习惯施氮肥基础上合理减少施氮量不但没有影响作物产量,反而促进作物氮素利用,减少氮素损失,降低氮肥生产成本,增加纯收益。与ON比,在优化减氮的基础上再减氮20%并配施硝化抑制剂(DCD),小麦和玉米两茬作物增产9.54%,氮素吸收量提高3.83%,氮素利用率提升5%以上,N素表观损失减少114.5kg/hm^2,增收3 292元/hm^2。综合考虑,各氮素调控措施中以ON80%+DCD效果较好,既能持续获得作物稳定高产,减少氮肥用量,又能减少氮素向环境中的损失,同时获得更高经济效益。

基于改进灰色关联度法的河北省粮食波动影响因素研究

【目的】定量分析河北粮食产量波动成因,为全省乃至国家粮食安全生产提供科学的理论和方法支撑。【方法】综合运用EMD和剩余法剥离河北省粮食产量及其各影响因素波动量,并采用一种灰色关联与两两比较判断矩阵有机融合的改进灰色关联方法定量分析河北省粮食产量波动影响因素的影响度。【结果】影响河北省粮食产量波动的各要素时序特征为:自然资源各指标波动振幅在-113.43—34.38;政策经济支持能力各指标振幅在-34.59—31.79,波动强度较大;固定资产投资累计各指标振幅在-17.17—10.52,波动强度较小;可变要素投入各指标波动振幅均在-11.39—9.16。粮食产量波动主控因素为:成灾面积、有效灌溉面积、粮食作物播种面积、支援农业生产及农业事业费用、降水量、化肥施用量等六指标,影响度分别为:19.08%、17.80%、12.84%、11.03%、10.28%、7.79%、7.28%,总影响度达78.82%。【结论】提出的改进灰色关联度方法弥补了传统灰色关联度方法只能定性排序的不足,能够客观真实地反映河北省粮食产量波动的主控因素,为定量化研究变量影响因素影响度提供了新方法。

基于GIS的区域生态连接度评价方法及应用

快速城市化过程使区域生态用地日益破碎,导致生物多样性不断降低,威胁土地生态安全。对快速城市化地区土地利用及规划进行生态连接度评价,并为土地管理提供决策支持,成为保障区域土地生态安全的必然选择。该文利用第二次全国土地调查数据及土地利用总体规划数据,在生态功能区识别的基础上,采用生态连接度指数对曹妃甸新区土地利用现状和规划情景进行生态连接度评价,评价土地利用对区域土地生态功能联系的影响并提出改善建议。结果表明:曹妃甸新区中等以上生态连接区域仅占曹妃甸新区的56.45%,且呈明显破碎化和孤岛化分布;在7 714.71 hm2规划新增城市用地中有2 027.25 hm2对区域生态连接度影响显著,这些区域应进行生态功能保护和提升。加强对区域重要生态用地的保护、利用现存生态资源对景观进行生态重建、强化建成区内部绿地网络建设是提高曹妃甸新区生态连接度水平的有效途径。研究成果对区域生态保护和建设工作具有重要参考价值。

基于多模型结合的土地利用结构多情景优化模拟

土地生态服务功能的重要性越来越受到人们的重视,以河北省卢龙县为案例区,以土地生态服务功能和经济功能提升为目标,基于100 m×100 m尺度的遥感解译图像,分别利用CLUE-S及基于MOP和CLUE-S整合模型对研究区土地利用结构进行数量及空间优化模拟。结果表明:到2020年,单模型模拟的土地经济功能有所提升,但生态服务功能却减退;基于MOP和CLUE-S优化整合模型模拟的生态服务功能和经济功能分别比2013年提升8.40%及8.20%。耕地、建设用地、林地面积都有所增加,其它用地减少较多。研究表明,MOP和CLUE-S整合模型与单模型相比,到2020年土地两项功能值之和有所增加,特别是生态功能增加幅度较大,MOP和CLUE-S模型结合的优化方案优于CLUE-S单模型优化方案。

河北省耕地利用集约度变化特征

利用生产成本分析河北省耕地利用集约度的发展变化特征,通过建立近20年河北省耕地利用数据库,确定反映集约度的评价指标,基于生产成本计算耕地利用集约度,并对研究区集约度变化特征进行研究。研究结果表明:河北省耕地利用集约度经历了"两快两稳"4个发展阶段,区域间的耕地集约度是栾城≈遵化>张北,劳动集约度在耕地利用集约度中的比重是张北>栾城>遵化。研究发现,耕地利用集约度与经济发展水平有明显相关性,且随着经济的发展,资金集约度的比重会逐渐上升,而劳动集约度比重会逐渐下降,体现了资金投入逐步替代劳动投入的趋势;研究区内耕地利用集约度的变化受地块区位和微地形的影响。

基于过程的河北平原农田生态系统稳定性评价

论文旨在探讨河北平原区农田生态系统稳定性的概念及内涵,构建稳定性评价指标体系并进行定量评价实证研究。首先,在总结生态系统领域有关稳定性研究相关成果的基础上,结合农田生态系统稳定性的特点,给出了农田生态系统稳定性的概念,并分析了其稳定性内涵。然后,以县域为研究单元构建了一个包括产量形成、投入产出、土壤生态等主导过程及生态环境效应4个方面22个具体指标的评价指标体系。最后,构建了区域农田生态系统稳定性评价的数学模型;并以雄县为例,运用所建模型进行评价,发现1995-2005年该区农田生态系统稳定性水平变化较大且呈阶段性发展,1995-1999年呈直线式逐年下降,2000-2005年呈波浪式发展,且投入产出过程对该区农田生态系统稳定性影响最大。

缺磷对不同穗型小麦光合生理特性和产量的影响

采用石英砂培养的方法 ,研究了拔节期和挑旗期缺磷对大穗型小麦CA932 5和多穗型小麦晋麦 2号 (JM2 )生长后期旗叶的净光合速率 (Pn)、蒸腾速率 (Tr)、气孔导度 (Cs)、细胞间隙CO2 浓度 (Ci)和气孔限制值 (Ls)等光合生理性状 ,光合产物积累和产量构成的影响。结果表明 :(1)缺磷降低两品种旗叶的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和气孔限制值 ;相反 ,细胞间隙CO2 浓度呈上升趋势 ,说明光合速率的降低受非气孔因素的限制 ;(2 )两种缺磷处理不影响两品种的旗叶面积 ,但降低了干物质的积累量和籽粒产量 ;供磷时 ,JM2的旗叶面积虽小 ,但光合速率较高 ;(3)成熟期 ,供磷和两种缺磷处理的JM2植株干重均显著高于CA932 5 ,除拔节期缺磷的JM2籽粒产量明显高于CA932 5外 ,前者挑旗期缺磷及供磷的籽粒产量与后者比差异不显著 ;(4 )大穗型CA932 5主要靠增加穗粒数和千粒重获得高产 ,而多穗型JM2由较高的单株成穗数和成穗率来提高产量。缺磷显著降低JM2的单株成穗数及CA932 5的穗粒数和千粒重。