黑龙江省松嫩平原春季极端干旱变化特征及其与环流因子的关系

基于1961—2021年黑龙江省松嫩平原32个气象站3—5月逐日降水量数据和同期大气环流、海温指数资料,以最长连续无降水日数(LCDD)作为表征春季极端干旱的指标,运用数理统计方法分析了春季极端干旱空间分布特征和时间变化规律以及大气环流、海温对LCDD的影响。结果表明:松嫩平原地区春季极端干旱总体呈减轻趋势,变化速率为-1.2 d·10 a^(-1),年际间振荡较强,年代际变化总体呈下降态势,1960s最高,2000s最低,2010s小幅回升;松嫩平原春季极端干旱在1971年发生突变,存在3个主周期,即28、14、6 a;空间上呈西多东少分布,高值区位于松嫩平原西部;前冬11月—3月西太平洋副高面积指数、东大西洋-西俄罗斯遥相关型指数、印缅槽强度指数、北美大西洋副高面积指数、850 hPa西太平洋信风指数、北美区极涡强度指数等6个大气环流主导因子对LCDD影响极显著(P<0.01);黑潮区海温指数、亲潮区海温指数、尼诺4区海表温度距平指数和西风漂流区海温指数等4个海温主导因子对LCDD影响极显著(P<0.01)。LCDD能够表征松嫩平原极端干旱变化规律,前期大气环流因子和海温因子可作为其预测信号。

松嫩平原环境演变及其对地下水资源影响

松嫩平原是中国重要的农业区,近代以来原始的森林草原生态系统被改造为以旱田为主,少量的湿地和草原并存在的生态结构。近20年来,为了提高土地产出效率,大量湿地和旱田被开发成水田,生态结构又产生了较大变化。在气候条件和生态结构的动态变化过程中,地表水与地下水的转换方式和转换量发生了较大变化,对地下水资源产生了显著影响。笔者等采用水量平衡法评价松嫩平原2000~2020年地下水资源为159.45亿m^(3).

2005—2020年黑龙江省松嫩平原耕地低碳利用效率时空格局演变及影响因素

[目的]探究黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率时空演变规律及影响因素,为保障国家粮食安全和低碳减排,实现农业可持续发展提供科学依据。[方法]借助超效率SBM模型测度2005—2020年黑龙江省松嫩平原地区33个县(市)耕地低碳利用效率,利用空间自相关和核密度估计方法分析各县(市)耕地低碳利用效率的时空格局演变特征,进而采用地理加权回归模型探究其影响因素。[结果](1)研究期内黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率呈“升—降—升”演变态势,均值为0.80,未达到最有效生产的前沿。(2)从空间维度看,耕地低碳利用效率存在显著的正向空间相关性,且局部呈较强的高低值集聚分布态势,热点多核极化现象显著,主要分布于区域北部和南部;从时间维度看,耕地低碳利用效率表现出不同程度的极化特征,且内部差异呈逐渐缩小的演变趋势。(3)从影响因素看,人均播种面积、单位耕地面积化肥使用量、农村居民人均可支配收入和涉农支出对耕地低碳利用效率具有正向影响,复种指数、单位耕地面积机械使用量及城镇化率对效率呈负向影响,人均GDP对耕地低碳利用效率在不同年份影响程度和方向存在差异。[结论]黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率整体呈上升趋势,且区域间存在明显差异,未来应优化资源配置效率,建立区域协同机制,发挥热点区域示范作用,助推各区域耕地低碳利用效率的提升。

生物炭对松嫩平原盐碱土玉米生长、养分积累及产量的影响

为了探索生物炭施用量对盐碱化土壤种植玉米的效果,进行了田间小区试验,研究了生物炭不同施用量(0,10,20,40和80 t·hm^(-2))对玉米生长、养分积累及产量的影响。结果表明,生物炭增加了花后干物质积累量,促进了籽粒灌浆速率,提升了玉米植株及籽粒对养分(C、N、P、K)的吸收,进而提高了玉米产量,改善了玉米品质。因此,在松嫩平原西部碱化玉米田上生物炭施用量40 t·hm^(-2)时玉米植株叶茎鞘养分积累最为充足,籽粒灌浆活跃期长,玉米产量最高,为最经济有效的用量。

施氮对松嫩平原栽培羊草地生产性能和土壤养分的影响

为明确施氮对栽培草地生产性能及土壤养分的影响,本研究以栽培羊草(Leymus chinensis)地为研究对象,采用随机区组设计,设置不同施氮处理[N0(0 kg·hm^(-2))、N1 (42 kg·hm^(-2))、N2(84 kg·hm^(-2))、N3(126 kg·hm^(-2))],通过连续两年(2018年、2019年)试验观测,分析不同施氮水平下栽培羊草地的株高、干物质产量及土壤p H、有机质、全氮、碱解氮、全磷和速效磷变化特征。结果表明,施氮后羊草的株高和干物质产量随施氮量的增加呈先增加后减小的变化趋势,在施氮量为84 kg·hm^(-2)(N2处理)时表现最好,随后呈下降趋势。2018年和2019年,在N2处理下羊草的干物质产量较N0分别提高了43.20%(P <0.05)和22.15%。与N0相比,N2处理显著提高了2019年0-10 cm土壤全氮和全磷含量,但对p H影响不显著。相关分析表明,羊草的株高、干物质产量与土壤全磷、速效磷和有机质含量呈显著正相关关系(P <0.05),与土壤p H呈极显著负相关关系(P <0.01)。综合分析,当氮肥施用量为84 kg·hm^(-2)时,对松嫩平原栽培羊草地的羊草生产和土壤肥力改善效果最好。

松嫩平原黑土区畜禽粪肥质量评价

明确松嫩平原黑土区畜禽粪肥品质差异,可为其质量提升及合理施用提供理论依据。本研究于黑龙江省松嫩平原黑土区采集猪粪、牛粪、羊粪和鸡粪4种堆肥样品67个,通过测定不同种类畜禽粪肥技术指标、限量指标及有机组分含量,建立畜禽粪肥质量综合得分模型,从而对其质量进行评价。结果表明:(1)猪粪肥、牛粪肥、羊粪肥和鸡粪肥的平均种子发芽指数(GI)分别为44.1%、57.0%、51.9%和41.4%,均接近或大于50%的畜禽粪肥无害化要求,但小于有机肥NY/T525-2021标准70%的要求;(2)4种畜禽粪肥中,牛粪肥各项指标都更接近于NY/T525-2021标准要求,且牛粪肥中较活跃的有机组分可溶性有机质(DOM)、可提取腐殖酸(HE)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均高于其他3种;(3)在畜禽粪肥质量评价综合得分模型中,牛粪肥获得最高得分0.834,其它粪肥得分依次为:羊粪肥0.761、猪粪肥0.732、鸡粪肥0.508。总体来看,4种畜禽粪肥的腐熟度仍需进一步提高,其综合质量排序为:牛粪肥>羊粪肥>猪粪肥>鸡粪肥。

1971—2020年松嫩平原易旱区气象因子与粮食作物的关系探究

为探究松嫩平原易旱区气温、降水变化对粮食作物玉米和水稻的影响,基于1971—2020年齐齐哈尔市10个气象站点气温、降水、产量资料,运用线性趋势拟合、多元线性回归和R/S分析法,分析了研究区作物生长季气温、降水长期变化趋势,构建气象因子与玉米、水稻气象产量的关系模型,探索气温、降水未来变化趋势。结果表明:1971—2020年,研究区作物生长季及各月平均气温、最低气温总体呈上升趋势,最高气温变化不显著;生长季降水量显著增加,各月降水量呈微弱波动上升趋势;生长季及各月气温异常或接近异常偏冷(暖)年份共27 a,冷年主要集中于1970s—1980s,暖年主要出现在21世纪,降水异常或接近异常偏多(少)年份共24 a,主要出现于1990s以后;7月平均气温及8月最低气温、最高气温、降水量与玉米气象产量存在相关性(p<0.05),7月最低气温及9月最高气温、最低气温、降水量与水稻气象产量存在相关性(p<0.05),表明盛夏至初秋温水条件显著影响玉米和水稻产量形成;未来研究区作物生长季气温、降水条件继续呈暖湿化趋势,玉米、水稻对本地气候资源的利用仍有较大空间。

大量添加秸秆对松嫩平原盐碱地改良及玉米生长的影响

盐碱地改良及利用是保障我国耕地资源和粮食安全的重要途径。本文以秸秆添加10 t·hm^(-2)(T10)、20 t·hm^(-2)(T20)、40 t·hm^(-2)(T40)、80 t·hm^(-2)(T80)为处理,以不添加秸秆为对照(CK),研究了秸秆添加量对松嫩平原苏打盐碱地土壤盐碱性质及玉米生长的影响。结果表明,与CK处理相比,秸秆添加处理均明显降低了玉米各生育时期0~30 cm土层土壤pH和电导率(EC)。玉米成熟期,T20、T40、T80处理0~30 cm土层土壤pH从CK处理的9.5~10.4分别降低至9.0~9.1、9.1~9.4和9.2~9.7;EC分别从448~854μS·cm^(-1)降低至123~353μS·cm^(-1)、188~402μS·cm^(-1)、302~445μS·cm^(-1)。CK处理种植玉米无法正常生长,秸秆添加处理均使玉米正常生长并有产量形成。T20、T40处理玉米各生育时期农艺指标、干物质量及根系构型的相关指标均显著高于T10处理。T40和T80处理玉米产量比T20处理分别显著增加20.2%和10.1%。重度盐碱地可以通过大量添加秸秆降低土壤盐碱性质以促进玉米生长及产量形成,秸秆适宜添加量为40 t·hm^(-2)。

松嫩平原齐齐哈尔地区拜泉县地表基质特征及其古环境恢复

地表基质是自然资源管理的全新概念,是支撑孕育各类自然资源的基础物质。加强地表基质沉积环境分析和古环境恢复对研究其形成机制具有重要意义。通过对松嫩平原拜泉地区50 m以浅地表基质沉积特征和沉积环境剖析,并结合全芯粘土矿物、碳酸盐、磁化率、碳元素数据分析,认为研究区垂向上分布了16层土质基质,由深至浅呈现湖相沉积→陆域风成相→草甸相过渡沉积演化特点,深层湖相沉积具有滨湖相沉积、堤岸相沉积、滨湖相多旋回沉积特点;其中深层滨湖相和堤岸相沉积物形成于寒冷极干燥环境,中深层湖相沉积物形成于温暖湿润环境,浅表层草甸相和风成相沉积物形成于较干冷环境。综合前人资料和^(14)C、光释光、ESR测年结果,将研究区沉积演化阶段划分为早更新世晚期—中更新世早期干冷沉积阶段、中更新世中晚期温暖的湖相沉积阶段、晚更新世—早全新世风成黄土沉积阶段、中晚全新世以来黑土沉积阶段。

黑龙江省松嫩平原地区HLJCORS实时定位性能分析

利用黑龙江省卫星定位连续运行综合服务系统(HLJCORS)在黑龙江省的松嫩平原地区开展多方面性能测试,评估系统的实时定位精度、可用性和时效性,结果表明,HLJCORS的内外符合精度均满足规范要求,能够全天候地为松嫩平原地区提供稳定可靠的厘米级实时定位服务。

松嫩平原西部生长季参考作物蒸散发的敏感性分析

为了预测气候变量扰动引起的区域参考作物蒸散发的变化,该文以松嫩平原西部为研究区,运用FAO Penman-Montieh方程计算了34个站点1951～2001年的生长季参考作物蒸散发,并计算其对气温、风速、日照时数和相对湿度的敏感系数,最后分析了敏感系数的时空变化特征。结果表明:参考作物蒸散发对相对湿度最为敏感,其次是气温,最后是风速和日照时数;5～9月,气温和日照时数的敏感系数呈单峰型分布,在7月份达到最高值,风速敏感系数呈单谷型分布,在7月份达到最低值,相对湿度敏感系数的绝对值表现为持续上升趋势;生长季气候变量敏感系数的空间差异性较大。日照时数、气温、风速等3个气候变量的敏感系数都在研究区西南部形成高值区,而相对湿度则在研究区西南部形成低值区,在研究区东北部形成高值区。

松嫩平原苏打盐碱地治理与利用

该文介绍了松嫩平原苏打盐碱地的分布及利用现状 ,对苏打盐碱地农业利用中存在的问题进行了分析。根据苏打盐碱化的成因、特性和近年来对其治理方面的最新攻关研究进展 ,实施分类治理 ,分别提出了一些可行有效的方法 :即对低洼易涝盐碱地进行高产优势水稻开发 ,采取包括施用土壤改良剂、增施有机肥、以砂压碱等多种形式的土壤改良措施和以盐碱地水稻钵育大苗抗逆栽培技术为核心的栽培措施 ;对地势相对较高的碱化旱田采用微咸水淋洗改良措施等。试验表明 :施用TC 1号苏打盐渍化土壤改良剂 1a后 ,耕层土壤溶液钠离子浓度降低 2 6 2 %～ 3 9 9% ,土壤渗透性增强 ,团聚体增加 12 0 %～ 15 0 % ,水稻单产提高 10 8% ;压砂和施加有机肥则降低了根层土壤的pH值 ,且它们的施加量与pH值的降低速率呈正相关 ;盐碱地水稻钵育大苗抗逆栽培技术使秧苗各项素质指标比普通育苗提高 3 0 %左右 ,平均增产 15 %。碱化旱田微咸水淋洗改良则使 0～ 3 5cm深度的亚粘土壤含盐量降低 2 0 %～ 40 % ,ESP降低 2 6 7% ,使高产高效作物的种植成为可能 。

松嫩平原农业气候生产潜力及自然资源利用率研究

在GIS的支持下,计算了松嫩平原各县市主要作物的农业气候生产潜力,并分析了各地农业自然资源利用率的空间差异。结果表明,松嫩平原各地光合潜力差异不大;由于南北跨度大,各地光温潜力差异较大,且从北到南呈带状增加趋势;由于各地作物生育期内降水呈地带性分布,使得各地气候生产潜力具有较大差异,并呈由西向东逐渐增加的趋势。各地主要作物农业自然资源利用率差别较大,西部地区资源利用率较低,增产潜力巨大。

1980—2005年松嫩平原土壤湿度对气候变化的响应

基于松嫩平原16个农业气象站1980—2005年作物生长季的旬土壤湿度、月气温和月降水量观测资料,采用统计分析方法,分析了研究区表层(0～30cm)土壤湿度的时空变化特征及其对气温、降水量等气候变化的响应.结果表明:1980—2005年间,松嫩平原不同区域作物生长季表层土壤湿度均呈减小趋势,松嫩平原表层土壤存在干旱化趋向,其中,西部和南部地区尤为明显;20世纪90年代以前,研究区表层土壤处于比较湿润阶段,之后土壤湿度持续降低,并发生了偏干现象;研究期间,松嫩平原作物生长季平均气温呈周期性波动上升,每6a一个周期,期间小幅波动,1992年开始明显上升;生长季降水量的年际变幅较大,存在一个4～5a的波动周期;研究区作物生长季表层土壤湿度与气温呈极显著负相关关系,与降水量呈极显著正相关关系(P<0.01).气温和降水量是影响松嫩平原作物生长季表层土壤湿度变化的主要气候因素.

松嫩平原盐碱地种稻开发的理论与技术问题

松嫩平原地处吉林省西北部和黑龙江省西南部,是由松花江和嫩江形成的冲积平原。盐土、碱土及盐碱化草甸土是松嫩平原盐碱地的主要构成土壤,总面积约300万hm2,是该区最具开发潜力的土壤资源。科研和生产实践证明,种稻是本区盐碱土改良利用的最有效途径之一,也是促进农民增收、农业增效及改善生态环境的最佳途径。但这一措施,涉及到许多特殊土壤改良学理论和技术问题。文中从盐碱地种稻是否会加剧土壤次生盐渍化、种稻对生态环境的影响、盐碱土的微域性、盐碱危害、土壤胶体高度分散以及"淡化表层"的建立与肥力培育等方面论述了盐碱地种稻开发过程中必须正确认识和把握的理论与技术问题。

松嫩平原氟中毒区地下水氟分布规律和成因研究

自中新生代以来,在松嫩平原巨大的断陷盆地内沉积了巨厚的古近-新近系和第四系沉积物,形成了由潜水和承压水组成的大型蓄水构造。该区潜水和第四系承压水氟含量较高,在194个样品中,氟的均值为3.45mg/L,范围值为0.25～14mg/L。饮用高氟地下水导致氟中毒大规范流行。研究表明高氟地下水主要分布在山前补给区-蒸发排泄区的过渡带和盆地中部地下水强烈蒸发带,地下水化学类型为HCO3-Na·Mg和HCO3-Cl·Na型,总溶解性固体含量为689.84～2005.6mg/L。高氟水的形成与气候、水文、地质构造、岩石与土壤、水文地质和水化学条件等自然因素有关,同时受不合理开采地下水等人为因素的影响。开展氟病区地下水环境特征和高氟水成因研究对于有效实施安全供水有重要意义。

黑龙江省松嫩平原南部土壤硒元素循环特征

硒(Se)是生态环境中重要的微量元素,其丰缺与人和动植物健康有着密切关系。选择黑龙江省松嫩平原南部,在多目标区域地球化学调查获取的Se元素数据基础上,采集大气干湿沉降、灌溉水、化肥等土壤硒输入端元,以及植物收割、下渗水等输出端元样品,计算土壤Se输入输出通量,研究土壤硒循环特征,并预测土壤Se未来发展趋势。结果发现:研究区总体上为土壤低Se区,Se不足和潜在Se不足面积占总面积的35.20%;土壤Se的主要输入途径为大气干湿沉降,可达总输入量的70%～90%,主要输出途径为土壤下渗水,约占总输出量的73%;研究区土壤Se为净积累状态,预测表明20年后土壤Se不足和潜在Se不足面积将从目前的35.20%下降到31.7%。

松嫩平原50年来气温及降水变化分析

运用趋势系数和气候倾向率分析了松嫩平原地区50a来气温及降水的时空变化规律。结果表明,50a来本区气温有显著上升趋势,平均气温以0.3487℃/10a幅度升高。全年各月气温均呈上升趋势,但是冬春季升温剧烈,达0.5754℃/10a;夏秋季较弱,仅为0.1868℃/10a。由于最冷月平均温度升高比最热月大,导致气温年较差减少。气温升高存在显著的区域差异,平原西北部地区增温强烈,气温倾向率大于0.45℃/10a;平原东部地区气温倾向率较低,小于0.20℃/10a。全区降水总体趋势性变化不显著,但还是呈现弱的减少趋势,平均年降水量倾向率为-0.0783mm/10a,且秋季降水减少明显。

松嫩平原不同地表覆盖蒸散特征的遥感研究

为了准确估算松嫩平原不同地表覆盖的蒸散量,以MODIS产品及实测气象资料为数据源,通过SEBAL模型估算了松嫩平原2008年生长季(5-9月)的蒸散量,并利用涡动相关数据验证估算结果,发现估算值与实测值的变化趋势相吻合,整个生长季蒸散量的相对误差为18.26%,基本可以满足区域蒸散研究需求。通过探讨松嫩平原蒸散量的时空格局,发现2008年生长季蒸散量为183～1003mm,具有从西南部向东部、东北部逐渐增加的变化趋势,水体、林地、湿地的平均蒸散量最高,耕地、居工地次之,草地最低。最后,将蒸散量与降水量进行对比,分析了2008年生长季水分亏缺状态,发现松嫩平原平均水分亏缺量为195.96mm,97%以上区域的蒸散量大于降水量,蒸散过程中很大程度上还需依靠地下水、径流来弥补降水量不足,生长季蒸散强烈,而降水量相对不足,对松嫩平原生态环境的稳定发展造成了重大影响及压力。

松嫩平原西部湿地自然保护区保护有效性遥感分析

以松嫩平原西部国家级湿地自然保护区为研究对象,以Landsat MSS/TM/OLI遥感影像为基础信息源,综合运用最小均方差、变异系数、景观指数、信息熵模型、地理信息系统空间分析和景观发展强度指数,研究保护区保护有效性变化及其影响因素.结果表明：松嫩平原西部国家级湿地自然保护区保护有效性大致呈递减趋势;1987~2013年人类活动对保护区的干扰强度不断增加,且与保护区保护有效性呈显著负相关;耕地和草地为湿地转出的主要类型,分别占总转出面积的63.71%和21.69%;湿地自然保护区保护有效性的降低是自然环境变化和人类活动影响共同作用的结果,自然环境变化是内因,而人为活动干扰,尤其是开垦造田和水利修建加速了湿地退化.最后,论文就研究中存在的不足以及保护区管理建设中应关注的问题进行了阐述.