黄淮海平原植被日光诱导叶绿素荧光对骤旱的响应

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响,基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集,分析了黄淮海地区2001—2020年气候要素时空变化特征,识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子,对比星载日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)、标准化差异植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)以及增强植被指数(Enhanced vegetation index,EVI)对骤旱的响应,探究了不同类型植被光合作用对骤旱的敏感性。结果表明:黄淮海地区2001—2020年整体呈暖湿化趋势,北部地区增温明显。黄淮海北部和东南部地区骤旱频发,大部分地区发生超过20次骤旱,累计受旱时长超过90候,且骤旱多发生于秋季。黄淮海地区年骤旱次数和累计骤旱时长整体呈上升趋势,增加速率分别为0.6次/(10a)和2.2候/(10a),且呈上升趋势的格点主要位于骤旱频发区。研究区骤旱次数与气温(显著正相关)、风速(负相关)以及降水量(负相关)的相关性较高。相较于NDVI和EVI,SIF随土壤水分的变化更加同步,适用于骤旱监测。黄淮海地区灌木植被SIF对骤旱最敏感,但存在较大的不确定性,农田、森林和草地等植被类型光合作用对骤旱的响应逐渐降低,但不同植被SIF与骤旱次数的最大相关系数均较为接近。

基于XGBoost和数值天气预报的黄淮海平原参考作物蒸散量预测模型研究

为提高黄淮海平原参考作物蒸散量(ET_(0))的预测精度,在豫北地区新乡市利用2020—2021年历史气象数据和2022年日数值天气预报数据(最高气温、最低气温、太阳总辐射量、日照时数、相对湿度和2 m风速),建立反向传播(BP)、极限梯度提升(XGBoost)和梯度提升决策树(CatBoost)3种预测ET_(0)的机器学习模型,并与FAO-56 Penman-Monteith模型的结果进行比较。结果显示,气象参数中太阳总辐射量(Ra)、最高气温(T_(max))和最低气温(T_(min))与ET_(0)的相关性最高,可作为模型的输入因子。从预测时间尺度来看,3种机器学习模型对1~16 d的ET_(0)预报效果最佳。其中,XGBoost模型在验证期的R=0.875、RMSE=0.230 mm/d、MAE=0.181 mm/d、MAPE=8.45%。R较CatBoost和BP模型平均提高10.2%,RMSE、MAE和MAPE平均下降39.9%~62.4%。鉴于XGBoost模型预测ET_(0)的精度和稳定性,推荐将其作为黄淮海平原参考作物蒸散量的预测方法。

政通則糧達:軍政區域規劃與唐後期黄淮海平原討藩戰爭糧草補給

貞元至會昌間黄淮海平原歷次討藩戰爭,唐廷采取後方調撥和前線籌措相結合的方式,解決行營聯軍的糧草補給。與戰時糧草籌措同步,唐廷調整政區,保障糧草成功運抵前線。通過析置政區解決軍隊糧草,是唐後期討藩戰爭朝廷慣用軍政策略。因戰事臨時設置的,含高層政區、統縣政區和縣級政區。太行山東和桐柏-大别山西軍事交通地理格局,是戰時高層政區析置決定因素;而戰時置於重要水路轉運終端和路段的縣級及統縣政區,則承擔統一規劃糧草調撥,確保穩定的糧草卸載點之職責。

近30年黄淮海平原干旱对冬小麦产量的潜在影响模拟

为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。

协同提升黄淮海平原作物生产力与农田水分利用效率途径

黄淮海平原是中国重要的粮食生产基地,也是水资源严重短缺地区。提高农田水分利用效率,在维持高产的前提下大幅度减少农业用水量,对缓解地区水资源危机、保障国家粮食安全具有重要意义。本文针对黄淮海平原现状,结合相关领域的国内外研究进展,分析提出了实现地区农田节水增产增效的对策及当前需要重点突破的理论与技术难点,主要包括4个方面:控制作物群体奢侈蒸腾耗水量的理论基础与方法;降低农田非生产性耗水的理论与途径;缓解地区淡水资源危机的非常规水安全持续利用机理与途径;基于区域水资源供需平衡的水分生产力均衡提升的机理与途径。最后提出黄淮海平原农田高效用水基础研究的主要挑战并展望了未来可能取得重大突破的领域。

黄淮海平原耕地变化及对粮食生产格局变化的影响

研究区域耕地资源时空变化特征及其对粮食生产格局变化的影响是保障区域粮食安全的重要基础。该研究采用耕地变化强度模型、分异指数模型、粮食生产空间转移模型等方法,分析黄淮海平原2000-2008年间耕地资源数量、质量时空变化及其对粮食生产格局变化的影响。结果表明,2000-2008年黄淮海平原耕地数量净减少38.49万hm2,形成北京-保定-石家庄-邯郸-新乡-郑州和天津-沧州-济南-济宁-徐州-连云港2条耕地锐减廊道,造成粮播面积净损失46.45万hm2,而耕地质量降低则造成粮食产量净损失270.37万t。粮食播种面积和高等地的增加主导海河平原东、东南部和黄淮平原东、南部县域粮食生产能力增强,而粮食播种面积减少和低等地补充大量被占用的高、中等地则主导海河平原西、北部和黄淮平原东北、西北部县域粮食生产能力退化,为黄淮海平原粮食安全政策制定和土地利用规划提供重要依据。

基于SPEI-PM指数的黄淮海平原干旱特征分析

利用黄淮海平原45个气象站点1961—2014年月值气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算了标准化降水蒸散指数(SPEI),对黄淮海平原近54年干旱变化趋势、发生频率和持续性特征进行了分析,并探讨了SPEI指数与河南、河北和山东省农业干旱面积的关系,结果表明:(1)改用Penman-Monteith蒸散公式后,SPEI干旱指数在黄淮海平原呈整体上升趋势,即趋于湿润;(2)近54年干旱演变具有明显的年代际差异,20世纪60年代干旱频率最高,而21世纪初(2000—2014)干旱频率整体偏低;(3)黄淮海平原干旱发生具有持续性的特点,20世纪60年代遭受的持续性干旱最为严重,平均干旱持续时长约2.6个月,21世纪初下降到1.5个月;(4)河南、河北和山东省的农业干旱面积年际变化表明,干旱面积呈减少趋势,2000年以后年均受灾面积、成灾面积和绝收面积比2000年之前分别下降了58.0%、44.4%和49.1%;(5)农业干旱面积与SPEI具有中等以上的相关强度,其中对山东省受灾、成灾和绝收面积相关系数r达到-0.7以上,表明基于Penman-Monteith蒸散模型的SPEI指数在黄淮海平原具有良好的适用性。

黄淮海平原粮食均衡增产潜力及空间分异

在当前区域发展和保障粮食安全的双向压力下,为了了解粮食主产区增产潜力、区域内部差异及空间分布特征,该文以土地利用现状数据为基础,通过空间均衡增产途径分析,初步研究了黄淮海平原均衡增产潜力及其空间分布;运用空间自相关分析方法结合GIS技术,分析了黄淮海平原增产潜力空间分布模式。结果表明:黄淮海平原粮食增产潜力达到3 304.57万t,空间上表现为南部平原区高于西北部平原区;黄淮海平原粮食增产潜力的空间分布存在正的空间自相关性,空间集聚类型主要为高高集聚型和低低集聚型;在增产潜力及增产潜力空间分布模式引导下,黄淮海平原土地整治类型区划可分为中低产田改造区,包含258个区县;农用地整理区包含24个区县;农村居民点整治区,包含20个区县;土地开发区,包含7个区县。通过均衡的思想,对进一步提高粮食主产区的产量,保护国家粮食安全有重要意义,同时可为因地制宜制定区域均衡增产方向和途径提供支撑。

基于雷达卫星图像的黄淮海平原城镇体系空间结构研究

基于雷达卫星ScanSAR遥感图像分析 ,根据中心地理论 ,对黄淮海平原不同地貌、水文等要素影响下的城镇体系空间结构进行研究。结果表明 :1)利用雷达遥感对结构信息的灵敏反应和雷达卫星ScanSAR合适分辨率 ,在图像上直接显示出建成区的分布和范围 ,直观反映出城镇相对等级 ,这也表明雷达遥感在城市地理研究中的应用潜力 ;2 )黄淮海平原城镇空间结构深受自然条件特别是地貌尤其是水文 (河流、古河道、湖泊 )的影响 ,城镇体系可划分为 5种类型区 ;3)发展了河流影响下的中心地体系由六边形向五边形或四边形演化的构建模型 ;4)无论六边形还是五边形的中心地体系 ,本区体现了理论上对中心地间的距离构建法则与实际情况的良好关系 ,实证了克氏的中心地理论在黄淮海平原重要农产区的某种存在。

黄淮海平原夏玉米一次性施肥肥料产品的筛选与产量效应

【目的】筛选能保证黄淮海夏玉米实现高产、稳产、可持续性的一次性施用缓(控)释肥产品。【方法】选取山东、河南、河北3个玉米种植大省的4个试验点作为玉米一次性施肥定位试验点,选取CRFA、CRFB、CRFC、CRFD、CRFE、CRFF、CRFG、CRFH、CRFI和CRFJ(控释肥代码)10种的缓(控)释肥作为供试肥料,研究不同缓(控)释肥产品的一次性施用对玉米产量的影响。【结果】不同试验点、不同年度间玉米产量差异均达到了5%的显著水平(F=40.67、F=2.95),但不同施肥处理间差异不显著,同年度、同区域不同缓(控)释肥一次性施用和优化施肥没有显著性差异,可以实现一次性施肥;不同缓(控)释肥处理产量可持续性均高于优化施肥(OPT处理),可持续性指数(SYI)范围在0.65—0.70;除了CRFE处理,不同处理产量稳定性均高于OPT处理,变异系数(CV)范围在3.19%—7.32%。山东德州试验点不同处理玉米年均产量与OPT处理相比均无显著差异,CRFC处理玉米年均产量最高,为10 734.06 kg·hm^(-2);不同缓(控)释肥处理产量可持续性均高于OPT处理,其中CRFI、CRFD和CRFB处理的SYI值大于0.70;不同缓(控)释肥处理产量稳定性均高于OPT处理,CV值范围在14.00%—21.77%。本研究中玉米产量可持续性与产量高低没有明显的相关关系;德州试验点各处理玉米产量SYI值与CV值呈极显著的负相关关系,产量越稳定,产量可持续性越好。【结论】本研究选用的缓(控)释肥在玉米上一次性施用均起到了增产的效果,从提高产量的角度考虑,黄淮海区域可实现夏玉米一次性施肥的缓(控)释肥料产品为CRFC、CRFA和CRFB,德州试验区域为CRFC、CRFJ、CRFB和CRFI。从产量可持续性方面考虑,黄淮海区域首选产品为CRFG、CRFD、CRFH;德州试验区域首选产品为CRFI、CRFD、CRFB。从产量变异性较小方面考虑,黄淮海区域首选产品为CRFH、CRFB、CRFG;德州试验区域首选产品为CRFI、CRFD、CRFB。

黄淮海平原主要土类中硝态氮水平运移规律

对黄淮海平原的主要土壤类型 (黄潮土和风沙土 )中硝态氮水平运移规律进行了研究 .结果表明 :硝态氮水平运移速率随供试示踪剂源的距离增加而迅速减小 ,其变化趋势呈幂函数关系 .由于各土层的土壤性质不同 ,所以硝态氮的运移曲线发生差异 ,但总的趋势是离示踪剂源 2 0cm距离内 ,硝态氮的水平运移速率主要由硝态氮的浓度梯度和水势梯度控制 ,而在 2 0cm以后趋于平稳 ,则主要由土壤的基质势起作用 .硝态氮水平运移速率随土壤含水量的增大而升高 ,并呈指数曲线变化 .硝态氮水平运移的浓度受非饱和土壤水扩散率的影响 。

基于投入视角的黄淮海平原农业碳排放与经济发展脱钩研究

农业增长对资源依赖的变化趋势以及农业发展与环境的互动关系日益引起学术界的关注。运用脱钩理论,以2000—2005和2005—2010年为时间尺度,以县域为空间尺度,探讨黄淮海平原农业碳排放与经济增长之间的脱钩关系,揭示两者脱钩发展的时间和空间演变趋势及转移特征,并尝试分析脱钩的内在机理。结果表明:(1)脱钩类型的数量结构和空间格局均发生明显变化,黄淮海平原农业正处于由资源依赖向技术依赖的过渡时期。2000—2005年农业碳排放与经济增长以强复钩和扩张性复钩为主,脱钩空间格局较为分散;2005—2010年以强脱钩和弱脱钩为主,脱钩区域呈现空间集聚态势;若考虑因技术进步带来的碳排放系数变化因素,脱钩趋势将会更加明显。造成这种空间格局的原因主要是经济增长与环境的关系较为复杂,经济发展、技术进步和制度创新等因素通过互动机制共同作用于农业生产经营主体。(2)脱钩类型的转换呈跳跃性,转换方式以强复钩、扩张性复钩转换为强脱钩、弱脱钩为主,且脱钩状态不稳定,持续脱钩难度较大。脱钩状况受到经济效应、技术效应和政策效应等因素的共同作用,3者作用的两面性是持续脱钩难的重要原因。

氮肥用量和秸秆根茬碳投入对黄淮海平原典型农田土壤有机质积累的影响

土壤有机质与粮食安全和气候变化等重大问题密切相关,也是目前国内外研究热点。通过分析黄淮海平原10个小麦玉米长期定位试验资料,在不同施氮量下建立土壤有机质积累与碳投入的数学模型,探讨了土壤有机质积累与碳氮投入的关系。结果表明:土壤有机质积累与碳投入的关系受氮肥用量的影响显著,无论低量施氮(长期定位试验中的常规施肥量,化肥氮量≤330kg/(hm.2a))还是高量施氮(长期定位试验中的高量施肥量,化肥氮量>330kg/(hm.2a)),秸秆根茬碳还田量与土壤有机质变化量之间均呈极显著正相关关系(P<0.01);利用土壤有机质积累与碳投入的数学模型计算的维持土壤有机质平衡的碳投入量(MSC),高量施氮时为7254kg/(hm.2a),低量施氮为1297kg/(hm.2a),前者是后者的5.6倍。因此,大量施用氮肥降低了投入碳的积累,不利于土壤有机质的提升。

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型(environmental policy integrated climate,EPIC),通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养(无灌溉)情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现:该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10mm,分蘖期40mm,返青期35mm,拔节期35mm,灌浆期10mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。

基于人地关系的黄淮海平原土地整治策略

为了整体优化土地利用，解决当前土地供需矛盾，该文基于人类活动和土地利用环境两个子系统，从人口分布、人口迁移、生产环境、生计环境、生活环境、生态环境6个方面构建人地关系综合评价指标体系，利用熵值法确定权重并计算出各县域综合评价分值，采用人地协调发展度模型测算各县市区人类活动与土地利用环境的协调发展度，根据测算结果将黄淮海平原划分为4种整治类型。研究表明，将人地协调发展度＞0.60～0.80的县市区划分为良好协调发展类，即优化整治型；人地协调发展度＞0.40～0.60的县市区划为勉强协调发展类，即优先整治型；人地协调发展度＞0.20～0.40的县市区划为轻度失调衰退类，即重点整治型；人地协调发展度0～0.20的县市区划为重度失调衰退类，即适度整治型。同时结合区域人地系统协调发展现状和土地综合整治内涵提出与各类型对应的整治策略。研究结果符合实际，为黄淮海平原制定土地整治规划提供科学决策依据。

黄淮海平原中部地区村庄格局演变实证分析

研究村庄格局演变,对于制定新时期农村土地利用政策、建设社会主义新农村有一定指导和借鉴意义。以江苏邳州市的吴楼村为典型实例,采用当面问询式访谈和GPS量测的方法分析黄淮海平原中部地区村庄格局的演变。结果表明:1)该村经历了新中国成立前绝对缓慢发展、改革开放前相对缓慢发展以及20世纪80年代快速扩张、90年代稳定前进、新世纪逐步衰退的系列演化格局,并伴随道路和池塘的相应变化。2)经济原因、社会结构演变、城镇化、村民传统观念变革及不同时期国家政策影响是村庄格局演变的主要因素,而村内人口数量变化是根本。3)改革开放以前村庄规模变化较小,改革开放以来至90年代是村庄规模扩大最明显的时期,2000年左右村庄内部空弃房屋开始增多。4)新中国成立后,人口大量增加、改革开放和市场经济发展、核心家庭地位提升以及保护耕地意识淡薄等是村庄规模大面积扩张的主要原因。5)近期村庄空废房屋大量出现主要缘于城镇化和市场经济影响、户籍管理制度不断放松、种粮比较效益低及计划生育政策实施等。

黄淮海平原气候变化及其对耕地生产潜力的影响

利用1991年和2000年黄淮海平原气象台站的历史观测资料,分析该地区气温、降水的变化趋势,并利用农业生态地带(AEZ)模型估算黄淮海平原各农业生态区的耕地生产潜力。通过分析气温、降水与耕地生产潜力的关系,评价气候变化对耕地生产潜力的影响。研究发现,黄淮海平原耕地生产潜力与降水量、气温呈显著正相关。对各农业生态区的回归分析表明,如果气温或降水量提高10%,耕地生产潜力将分别提高3.2%与0.3%。该研究对制订应对气候变化、保护耕地与提高耕地生产潜力方面的决策具有参考价值。

黄淮海平原农业综合效率及其分解的时空格局

运用DEA模型测度了2000-2010年黄淮海平原县域单元的农业综合效率，并将之分解为纯技术效率和规模效率，探讨农业效率的时空特征及其演变因素，为优化农业生产要素组合，提高农业的投入产出效率提供参考。研究发现：①综合效率总体上处于中低层次，存在着较大的区域差异，高效率县域多分布在城郊县，这可能与城郊县域多发展都市农业有关。②研究时段总体上F波动明显，无增长趋势；变异系数在沿黄两岸的一些县域较大，其值在0．060以上。⑧综合效率受纯技术效率和规模效率共同作用。多数县域规模效率达到有效状态，且规模效率大于纯技术效率；纯技术效率对综合效率的影响及制约能力略强于规模效率。④纯技术效率较高的县域逐渐由东向西转移，城郊县的纯技术效率相对较高；纯技术效率较低的县域逐渐由北向南转移；纯技术效率一般的县域逐步转移至海河平原上游区域。⑤规模效率较高，且分布较为均衡。⑥黄淮海平原农业生产效率大多处于规模报酬递增阶段。

黄淮海平原麦玉两熟区粮食产量与化肥投入关系的研究

利用统计资料和通过农户调查与田间试验 ,对黄淮海平原藁城市粮食产量与化肥投入的关系进行了研究。结果表明 ,藁城市粮食生产还有很大的增产潜力 ,总体上粮食产量与化肥的投入仍然呈显著正相关关系 ,但是 ,目前实际生产中化肥施用量存在极其严重的不平衡和不合理现象 ,所以增施化肥已不再是增产的主要措施 ,而合理统筹、提高化肥的利用率至关重要 ,是节能增效的重要措施。在冬小麦 夏玉米一年两熟种植中 ,秸秆全量还田条件下 ,N、P以不同比例配合施用 ,表现出显著的产量差异 ;而且增施N、P肥 ,夏玉米的增产效果比冬小麦更为明显 ;而在N、P配施的基础上 ,施K却没有表现出增产效果。

近50年黄淮海平原气温变化趋势和突变特征

利用黄淮海平原40个气象站点1961-2010年近50a气象资料,采用线性倾向估计法和Mann-Kendall突变特征统计检验方法,分析黄淮海平原地区年平均最高、平均和最低气温的变化趋势、区域差异和突变特征。结果表明,(1)黄淮海平原地区年平均最高、最低气温在时间变化上表现为非对称性升高,年平均最高气温变化倾向率0.174℃/10a(P<0.01),年平均最低气温变化倾向率0.399℃/10a(P<0.01),年平均最低气温发生突变年份最早(1989年),其次是平均气温(1991年),年平均最高气温发生突变年份最晚(1993年);(2)年平均最高、平均和最低气温均为2月显著升高的站点最多,冬季最高和最低气温显著升高站点最多,冬季增温较明显,平均最高、平均和最低气温变化趋势区域分布不尽相同,但均表现为北部增温幅度高于南部;(3)全区域年平均最高、年平均和最低气温由低到高发生突变的时间和空间分布有差异,最早发生分别为1981年河北秦皇岛、河南郑州和1974年山东朝阳,最迟发生分别是2002年山东济南、朝阳、河南开封以及江苏盱眙地区,2003年河北廊坊、山东惠民、河南开封和江苏盱眙地区,2003年河北石家庄、唐山和江苏盱眙地区。