黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性分析

将敏感性指数定义为气候产量与气候生产力之比、适应性指数定义为趋势产量与气候生产力之比、两者的比值定义为脆弱性指数,利用黑龙江省70个县(市)农业生产资料和21个气象台站1986-2000年的日气象资料,计算分析黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性。结果显示,从多年平均来看,黑龙江省粮食生产的适应性指数整体都比较高,并且南部地区高于北部;大兴安岭山区和嫩江平原区的敏感性指数较高;脆弱性指数的空间布局与敏感性指数相似;从时间变化上来看,在研究时段内三个指数都有增加的趋势,但敏感性指数的增强幅度最大,脆弱性指数的增加幅度减小。研究结果对定量评价该省粮食生产对气候变化的响应程度具有重要意义,并且该方法简便可行,为此类研究提供一种新的思路和方法。

东北黑土区土壤生产力评价方法研究

【目的】探讨在东北黑土区简单实用的土壤生产力评价方法。【方法】基于PI(productivity index)模型,根据研究区土壤特性选择8项土壤指标,对研究区25个黑土土种120个土壤样本的这8项理化性质实测数据进行了聚类和相关分析,以确定模型参数。然后确定各参数的适宜性指数。从而得到修订参数的研究区的生产力指数模型MPI(modify productivity index),最后利用实地调查获得的正常年景玉米单产进行了验证。【结果】适宜东北黑土区的土壤生产力评价参数是土壤有效含水量、酸碱度、黏粒含量和有机质含量;与原模型(PI)相比增加了有机质和黏粒含量参数而减去了容重参数,经过验证分析证明参数改变后模型的评价效果得到很大改善;MPI指数和玉米单产之间有极显著的相关性,可利用MPI指数模拟玉米单产:Y=3.1275ln(MPI)+10.052,模型的决定系数为0.7564。【结论】修订后的生产力指数模型是一种在研究区进行土壤生产力相关评价的好方法。

东北黑土区土壤凋萎湿度研究

以第二次全国土壤普查资料为基础，调查了东北黑土区黑土类中23个土种的典型剖面，测定了土壤凋萎湿度及相关理化性质，在分析黑土土种凋萎湿度特征及其与土壤理化性质关系的基础上，建立了分别利用土壤理化性质和最大吸湿水计算土壤凋萎湿度的两种方法。研究区23个土种的土壤凋萎湿度变化为9．45％～22．67％，平均为14．90％。随厚度略有增加．但变化不大。3个黑土亚类中，黑土的凋萎湿度最大，白浆化黑土最小。土壤凋萎湿度与机械组成，土壤容重和有机质含量有显著的相关性，可分别利用粘粒含量一个指标，粘粒含量与砂粒含量两个指标。粘粒含量、砂粒含量和容重3个指标计算估算土壤凋萎湿度，且选取变量越多估算效果越好。也可利用土壤最大吸湿水估算土壤凋萎湿度：PWP=1．4742×MH＋0．6292。对这些估算方法的检验结果表明，利用土壤理化性质和利用最大吸湿水估算的土壤凋萎湿度与实测结果没有差异，建议方法是可行的。

PI模型在东北松嫩黑土区土壤生产力评价中的应用

土壤生产力指数模型(Soil Productivity Index,简称PI)的简单实用性使其在国外土壤生产力评价及侵蚀对土壤生产力的影响评价等方面获得了广泛应用,但在中国国内却缺少该模型的系统性介绍和验证性研究。因此,论文在系统介绍PI模型的基础上,以东北松嫩黑土区为研究区,利用研究区17个土壤剖面理化性质数据和作物产量调查数据,比较分析了表土评价法(CI),原PI模型以及根据研究区土壤特性订正过的PI模型(BPI)对土壤生产力的评价效果。结果表明:(1)CI法生产力指数差异小,不易将土壤生产力水平进行分异;PI和BPI模型生产力指数差异大,容易将土壤生产力水平进行分异;(2)3种模型生产力指数与正常年景玉米产量的线性回归结果,BPI模型最好(R2=0.6774,P<0.01),其次是PI模型(R2=0.3357,P<0.05),CI模型较差(R2=0.0865),未通过显著性检验(P>0.05);(3)PI模型对于土壤有机质含量较低的土壤生产力水平出现高估,BPI由于引入有机质含量指标,评估效果明显改善。总体而言,PI模型将一定厚度的土体作为对象综合评价土壤生产力,效果明显优于表土评价法,但在具体地区应用时,应根据当地土壤生产力影响因子的重要性,选择适当指标进行修订。东北地区有机质对作物生长十分重要,引入该指标后明显改善了PI模型对土壤生产力的评价效果。

黑龙江省气候变化对粮食生产的影响

收集1986～2000年黑龙江省79个县市农业生产资料和30个气象台站逐日气温、降水资料，应用柯布-道格拉斯生产函数方法将粮食产量分解为气候产量和经济产量，然后用EOF方法分析了粮食产量、气候影响程度指数、≥10℃积温、生长季降水的时空变化特征及其关系。结果表明：15年问全省粮食产量稳步增加，气候变暖趋势明显但降水变化不显著，变暖对粮食生产有利，降水的变化未对粮食产量产生实质影响。15年间气候影响程度总体增大，但气候变化及其影响具有时空差异性：1986～1993年北部和西南部积温增加明显，粮食产量增加大于东北部和东南部；1993～2000年东北部和东南部积温增加明显，粮食产量增加超过北部和西南部。

SunScan冠层分析仪在测量大豆叶面积指数中的应用

SunScan冠层分析仪是一种利用间接测量法观测叶面积指数（LAI）的仪器，通过给定反映植被几何特征的椭球体叶倾角分布参数（ELADP），测量透射率获得LAI。于2005、2006年在黑龙江省嫩江县鹤山农场布设大豆试验地，通过比较LI-3100叶面积仪直接测量的LAI和SunScan冠层分析仪间接测量的LAI，得出ELADP率定结果，并验证了SunScan冠层分析仪测量LAI的精度。结果表明：用SunScan测量大豆冠层LAI时，ELADP取值为4．0；设定该参数后，SunScan测量的LAI与LI-3100测量结果一致，二者拟合的线性回归方程显著；随生长季叶面积的变化，SunScan测量误差略有变化；播种后50～85d，Sun—Scan观测值偏低7．2％，播种96d以后观测值偏高12．5％，播种后85～96d与LI-3100观测值十分接近，误差只有2．0％；经过参数率定后的SunScan测量LAI效果较好。

东北黑土区土壤水分对大豆生长影响的试验研究

2009年在黑龙江省鹤山农场进行6个土壤水分水平控制的大豆盆栽试验,土壤水分分别是：15%、18%、24%、30%、40%、48%。结果表明：土壤水分和大豆产量有很好的二次曲线关系,决定系数R2达到0.97,大豆产量在田间持水量条件下达到峰值,低于、高于田间持水量时,大豆均减产,田间持水量80%~133%减产幅度最小。田间持水量对大豆产量各构成要素最适宜,土壤水分对各构成要素的影响规律与对大豆产量的影响相同,大豆产量构成要素在田间持水量的60%、160%减产幅度很大。豆粒、豆秆、根系的比重与土壤水分存在二次曲线关系,决定系数R2分别为：0.93、0.89、0.91。豆粒在田间持水量条件下干重比例最大,达到峰值51.31%;豆秆和根系的干重比例在田间持水量下呈小值,分别为41.06%、7.63%。大豆收获指数在田间持水量下达到最大,为0.59,结合产量、各产量构成要素的综合分析,显然田间持水量水平对大豆生长最为有利。

东北典型黑土供肥量与大豆肥料利用率

土壤对大豆的供肥量与肥料利用率,是养分平衡法施肥的重要参数,对于科学施肥和提高产量具有指导意义。在位于黑龙江省农垦总局九三分局鹤山农场的北京师范大学九三水土保持试验站,选取黑土(Black soils,土壤系统分类为均腐土,Isohumisols),按当前大田施肥水平设计盆栽试验,包括混施肥(NP、NK、PK、NPK)、不施肥(CK)、单施肥(N、P、K)共8种处理各3个重复,确定该种土壤类型对大豆的供肥量和肥料利用率。结果表明,土壤供氮量为63.28 kg/hm2,供磷量为50.15 kg/hm2,供钾量为110.39 kg/hm2。氮肥利用率为15.99%,磷肥利用率5.12%,钾肥利用率为78.79%。与其他学者的研究相比,研究区供肥水平中等,钾肥利用率较高,氮肥和磷肥利用率较低。据此,依据养分平衡法,确定比较适宜的大豆纯肥施入量应为72.87 kg/hm2,N:P2O5:K2O应为1:0.88:0.16。按此标准,研究区目前实际施纯肥总量偏高39%,施肥配比中,氮肥比例偏低,磷肥和钾肥比例偏高,应考虑改变施肥现状。

密云水库上游流域水体营养物质季节变化特征分析

通过密云水库上游不同尺度流域水体营养物质监测,了解水体营养物质季节变化特征,分析不同径流和泥沙条件对水体营养物质运移的影响。结果表明:各类水体营养物质季节变化幅度为TP>CODMn>NH4+-N>TN>NO3--N。流量和径流含沙量是影响河流水体营养物质浓度季节变化的重要因素。河流水体CODMn浓度与流量呈显著正相关,水体TP浓度与含沙量、流量均呈显著正相关;但在河道径流量较大时,TP和CODMn浓度随流量增大而递增速率明显小于径流量较小时。水体TN、NO3--N和NH4+-N浓度与流量或含沙量均无显著相关关系。

利用黑土层厚度评价东北黑土区土壤生产力--以鹤北小流域为例

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,自开垦以来,土壤生产力退化严重。探索简易可行的黑土生产力评价方法,可为合理利用和保护黑土资源提供科学依据。以位于典型黑土区北端的鹤北小流域为例,基于黑土厚度和土壤理化性质的野外调查,构建了用黑土层厚度评价土壤生产力的方法。结果表明,黑土层厚度与土壤生产力水平间呈对数关系,当黑土厚度小于40—50cm时,随着厚度增加,土壤生产力增加明显;当黑土厚度大于40—50cm时,随厚度增加土壤生产力增加速度减缓。多年大豆单产及当地土地分等定级的双重验证表明用黑土层厚度评价土壤生产力简易可行,能够揭示土壤生产力的空间分异。研究区耕作方式对土壤生产力影响显著:同一地块内从坡顶到坡脚生产力呈增加趋势,但在等高种植情况下,地块土壤生产力差异较小,顺坡或与等高线交叉情况下,地块土壤生产力差异较大。

区域沟蚀野外调查方法--以东北地区为例

区域沟蚀调查结果是进行沟蚀治理的依据,但目前应用的遥感调查方法难以识别浅沟和规模较小的切沟。本研究在全国第1次水利普查土壤侵蚀抽样调查方法基础上,设计了基于调查单元的沟蚀调查方法,并在东北地区的辽宁省辽阳县和彰武县、黑龙江省嫩江县和内蒙古阿荣旗的112个野外调查单元进行了沟蚀调查。结果表明:辽阳、彰武、嫩江和阿荣旗4个县(旗)沟壑密度分别为1.70、0.61、1.51和5.04 km/km2,沟蚀强度分别为中度、轻度、中度和剧烈;4个县沟蚀条数分别为14.7、9.3、12.4和44.0条/km2,其中浅沟比例分别为46.9%、44.1%、71.0%和66.1%;以丘陵地形为主的辽阳县切沟比例高,以漫岗地形为主的嫩江县和阿荣旗浅沟比例高,以台地缓丘为主的彰武县沟蚀相对较弱,发生沟蚀时多以切沟为主;沟蚀主要发生在耕地,浅沟数量在旱地的比例高达88.8%~100%,切沟数量比例也达到40.1%~99.1%。本方法不仅能够客观、定量地反映区域沟蚀强度,而且能够通过在同一调查单元调查片蚀和沟蚀,实现片蚀和沟蚀强度评价和侵蚀贡献估算。

环境因子对山区粮食气候产量的影响——以云南省为例

高原山区土地资源短缺、人地矛盾突出,应对气候变化的能力尤为脆弱,探讨高原山区环境因子对粮食气候产量的影响,可为山区土地资源的合理利用和保护提供科学依据。本文利用云南省各县1985-2012年平均粮食单产数据,采用生物模型Logistic函数模拟趋势产量,以计算气候产量。提取同时期气候、地形、土壤等17个环境因子,利用相关分析、冗余分析(Redundancy analysis,RDA)等统计分析方法探究环境因子对山区气候产量的定量影响。结果表明:研究区多年平均气候产量为-0.15^-0.01t·hm-2,且研究时段内呈降低趋势;气候产量与土壤全钾含量呈极显著负相关,与坡度、坡向呈极显著正相关,与其它14个环境因子无显著相关性。RDA分析结果表明,坡度、坡向、土壤碳氮比、气温、土壤pH、土壤全钾含量6个环境变量为最小解释变量组合。坡度是影响山区粮食生产的关键性环境因子之一,与粮食实际产量呈负相关,而与气候产量呈正相关。坡度单因子可解释44.62%的粮食实际产量、26.29%气候产量的变化。从研究结果看,气候产量相对较高的地区通过坡改梯、土壤培肥等手段提高粮食单产是气候变化前提下维持区域粮食生产安全的有效途径。

岩溶区土壤侵蚀强度评价方法

研究岩溶区土壤侵蚀评价方法,既可以对岩溶区水土流失状况有深入了解,也可以为水土流失治理和评价提供依据。在贵州关岭、云南罗平、云南峨山3个县岩溶区,抽样选取44个小流域进行野外考察,收集土壤侵蚀因子的相关信息,分别通过因子分级判断侵蚀强度方法(因子法)和土壤侵蚀模型CSLE计算土壤侵蚀模数,再判断侵蚀强度的方法(模型法),对研究区水土流失面积和土壤侵蚀强度进行对比分析。同时对比这2种方法在土壤侵蚀分类分级标准SL190—2007和SL461—2009下的差异,并通过分析不同土地利用类型下水土流失面积占比的差异,分析各种评价方法的优劣。结果表明:在SL190—2007分级标准下,模型法和因子法得到的单元平均水蚀比例差异较大,分别为35.98%和72.40%;在SL461—2009分级标准下,模型法和因子法得到的水蚀比例有较好的匹配,分别为70.11%和69.31%。在SL190—2007标准下,模型法侵蚀量标准偏高,不适用于岩溶区;由于考虑了基岩裸露率的影响,在SL461—2009标准下,因子法对林、草地水蚀比例的评价相对更合理;在SL461—2009标准下,模型法由于综合考虑了降雨、土壤、地形、植被覆盖与生物措施、工程措施和耕作措施的影响,且能定量模拟土壤侵蚀模数,是最合理的方法。但由于目前模型法中土壤可蚀性因子对基岩裸露这一岩溶区典型现象反映不够,导致评价结果中林草地水蚀比例偏高,下一步应开展基岩裸露率的调查、在模型法中加入基岩裸露率的影响,提高模型法的精度。

土壤有效含水量的经验估算模型──以黑土为例

土壤有效含水量（AWC）是评价土壤生产力的重要指标,在农业生产实践中具有重要意义,但不同土壤类型的AWC值在当前的土壤数据库中不可获得。以高生产力土壤黑土为例,通过测定不同地形部位黑土的有效含水量,分析了有效含水量的空间分布特征,建立利用土壤理化性质估算黑土有效含水量的经验模型。结果表明：（1）研究区黑土AWC（体积）变化在10.62%-30.98%间,平均20.06%,坡中位置土壤剖面的AWC值显著低于其余剖面;（2）黑土AWC与土壤砂粒含量有负相关性,与土壤容重、土壤粉（砂）粒含量、黏粒含量以及土壤有机质含量间有正相关性,其中与土壤容重的相关性最为显著;（3）基于统计方法建立了利用常规土壤理化性质计算AWC的线性回归式和非线性回归式,对这2个回归式的检验结果表明,利用土壤理化性质估算的AWC与实测结果无显著差异。经验证,本研究构建的经验模型可用于黑土AWC值的估算,从而为其他土壤类型AWC值的研究提供了方法参考。

南汀河流域土壤侵蚀的时空分异

[目的]分析南汀河流域坡面土壤侵蚀的时空分异特征,为流域水土保持和边疆生态环境建设提供科学参考。[方法]基于通用土壤流失方程（USLE）,运用RS和GIS技术计算南汀河流域1990,2000及2010年3个时段的土壤侵蚀模数。[结果]3个时段内研究区侵蚀模数呈现先升后降的趋势,年均侵蚀模数从24.75t/（hm2·a）升到30.05t/（hm2·a）,然后降为25.87t/（hm2·a）。3个时段内,流域内强烈侵蚀及其以上的侵蚀面积仅占总侵蚀面积的19.94%,但对流域总侵蚀量的贡献高达73.56%。1990—2000年,强烈及强烈以下侵蚀面积减少了1 059.85km2,强烈侵蚀以上的侵蚀面积则增加了112.29km2;2000—2010年,微度侵蚀面积有小幅增加,其余侵蚀等级的侵蚀面积都有所下降。当坡度小于20°时,侵蚀模数随着坡度的增加而增加,坡度超过20°后,侵蚀模数有降低的趋势;从海拔上看,高侵蚀模数区域主要位于海拔500～2 000m范围。[结论]流域内的土壤侵蚀治理已初见成效,但在局部地区,土壤侵蚀仍有加剧现象。

红河流域土壤理化性质变化特征及其环境主控因子分析

在收集第二次全国土壤普查资料的基础上,重新采集红河流域内主要土壤类型的样本并测试其理化特性,分析了近30年以来流域土壤理化性质和土壤生产力的变化特征及环境影响因素。结果表明,近30年来,研究区表层土壤有机质含量平均降低14.67%,碱解氮含量平均降低9.96%,速效磷含量平均增加165.45%,速效钾含量平均增加66.53%。同时,当前土壤生产力指数也较第二次土壤普查时高出102.73%。分析发现研究区土壤侵蚀可以在一定程度上导致土壤有机质含量和土壤综合生产性能的降低,但并不是影响土壤生产力指数变化的关键因子。自然环境因子中降水是影响土壤生产性能变化的最主要因子,其次为温度和坡度。

流域水电开发对干热河谷社会⁃生态系统的影响及意义

西南干热河谷是我国重要生态脆弱区和经济发展落后区,流域大型水电开发是干热河谷重要的人类干扰活动,对生态脆弱区的社会⁃生态系统造成极大影响。社会⁃生态系统演变的方向和规律具有复杂性和非线性变化,又涉及到生态保护修复、能源安全、经济发展和乡村振兴等国家重大需求,因此,亟待加强流域社会⁃生态系统演变和驱动机制方面的研究。通过总结当前研究的进展和不足,提出了加强生态系统演变的长期监测和分析、深入研究流域社会经济演变规律和驱动机制、完善流域生态资产价值评估和生态补偿机制、构建流域社会⁃生态系统耦合理论与方法等对策建议,从而为脆弱生态区未来可持续发展提供科技支撑。

渭河源流域源汇景观演变对径流泥沙的影响

探讨源汇景观演变特征与径流泥沙的关系对定量识别源汇景观功能对生态过程的影响具有重要的科学意义。以位于黄土高原和西秦岭山地交错区域的渭河源为例,分析了流域源汇景观格局演变与降雨耦合驱动对径流和泥沙的影响,结果表明:(1)研究区1982—2017年汇景观比例逐渐增加并超过源景观,源汇景观功能演变主要发生在黄土丘陵区,源汇景观负荷比指数呈逐年下降趋势;(2)影响流域径流和泥沙的主要因素不同,洪峰流量与含沙量主要受源景观面积比例和源汇景观负荷比的影响,呈显著的下降趋势,而径流量仅与降水量存在相关性;(3)基于信息理论方法的相对重要性分析表明,降雨对流域径流量的相对重要性高于源汇景观负荷比,而源汇景观负荷比对洪峰流量和含沙量的相对重要性较高,传输距离和海拔分布对径流泥沙和洪峰流量具有重要影响。在长时间尺度上,源汇景观格局演变影响了径流及泥沙特征,并且对泥沙影响的相对重要性高于径流。源汇景观合理的时空分布可以有效调控水土流失过程,对黄土高原生态可持续发展具有重要意义。

土壤胞外酶活性对气候变化响应的研究进展

土壤胞外酶在驱动生态系统碳、氮、磷等元素的生物地球化学循环中发挥着不可或缺的作用。在全球变化背景下,揭示土壤胞外酶活性对气候变化的响应可促进有关碳、氮、磷生态系统关键过程对气候变化响应的认识,但目前不同生态系统碳、氮、磷相关的土壤胞外酶活性对气候变化响应机制的认识程度仍需加强。本研究综述了参与碳、氮、磷生物地球化学过程的土壤胞外酶的来源、分类及调控因子,并且对土壤胞外酶参与的生物地球化学过程进行了综述。在此基础上,阐述了土壤胞外酶活性对氮沉降、增温、降水及二氧化碳(CO_(2))变化的响应规律及机制。总结了生态酶化学计量对常见全球变化因子的响应机制,基于近年来对完善生态酶化学计量理论的探讨,提出了此理论发展的新角度。为此,在全球变化背景下需结合代谢组与分子生物学加强土壤胞外酶对气候变化响应机制的研究。本研究可为进一步理解气候变化情景下,土壤胞外酶在生物地球化学循环中的作用提供了新视角。

植被格局对土壤入渗和水沙过程影响的模拟试验研究

合理的植被格局能够提高土壤入渗性能和抗冲性,有效阻蚀减沙,平衡土壤保持与土壤水分保蓄二者关系,进而促进生态环境的改善。基于径流小区人工模拟降雨,研究了多种植被格局生物量密度(0、50%、100%)和分布方式(坡上分布、坡下分布、均匀分布)的土壤入渗、产流、产沙特征以及土壤储水量变化。结果表明:使用Philip模型、Kostiakov模型、Horton模型模拟坡面入渗过程,Horton模型的拟合结果最优。不同植被格局产流率的变化趋势基本一致,大体可分为两个阶段:初期阶段迅速增长,中后期阶段增长变缓并逐渐趋于稳定状态。产沙率的变化趋势随植被格局的不同而略有差异。相较于产流过程,产沙过程变化剧烈、规律性差。总体而言,降低生物量密度能够增加降雨期间的径流量(从19.21 mm到25.44—38.09 mm再到51.79 mm)和侵蚀量(从118.97 g/m^(2)到237.57—597.90 g/m^(2)再到1400.29 g/m^(2)),土壤水分得到更好的保蓄。从植被分布方式的角度来看,均匀分布的植被格局有利于更好地控制土壤侵蚀和径流,却促进了土壤水分的消耗。坡下分布的植被格局,例如植被过滤带的形式,能够最好地同时控制水土流失和土壤耗水。权衡考虑水土流失防治与土壤水分消耗,建议采用适宜密度(本研究为110 g/m^(2))且集中分布在出口附近的植被格局。