典型黑土区侵蚀沟空间分布特征及主要影响因子分析——以黑龙江省引龙河农场为例

黑土区沟状侵蚀分布广泛,已经严重损毁农田并影响商品粮基地的大型机械化生产作业。在GIS和RS技术支持下,结合地形地貌数据、野外侵蚀沟调查数据,运用GIS的空间分析功能,研究和讨论了黑龙江省引龙河农场侵蚀沟数量、毁地面积、分布规律、以及受自然因素和人为干扰主要影响因子的关系。研究表明:在研究区农地内,单位面积内的侵蚀沟数量、沟壑密度和毁地面积均随着坡度的增大而增多,沟壑密度和毁地面积在分别到达峰值0.19 km·km-2和0.09 hm2·km-2后开始下降;阴坡的沟蚀大于阳坡;自1985年,耕地面积增加达6 000 hm2,增加了26.9%,均来自于草地和林地开垦,分别为3 200 hm2和2 700 hm2,占1985年草地总面积和林地总面积的20%以上。在不同土地利用类型转化为耕地的过程中,草地开垦更易发生土壤侵蚀形成侵蚀沟。

黑龙江省近40年种植结构变化分析

种植结构是一个地区内各种作物种植情况的具体反映,对于农业可持续发展、国家粮食安全有着十分重要的指导作用。本文以黑龙江省1970-2010年的农业统计数据为基础,结合相应时段的气象资料,分析了黑龙江省40年间的种植结构变化情况。结果表明:(1)过去40年黑龙江省的种植结构发生了很大的变化,至2010年,玉米、大豆和水稻播种面积分别增长了2. 5倍、2. 4倍和18倍,而小麦的播种面积则迅速缩减,至2010年小麦播种面积仅为40年前的1/6;(2)黑龙江省种植结构发生变化主要受到国家政策、科学技术、经济效益和气候等方面的影响;(3)作为引导因素,国家政策对于种植结构调整有着至关重要的作用。黑龙江省作为重要的商品粮基地,亟待国家政策得到种植结构合理化调整。

黑龙江土种数据库构建——基于第二次土壤普查数据

本数据库是在全国第二次土壤普查黑龙江土种志,黑龙江土壤,中国土壤,中国土种志等数据和资料的基础上,根据E-R数据模型的理论构建的关系型数据库,实现了数据库存贮和查询等功能。数据库包含黑龙江省63个市县,17个土类,48个亚类,127个土属和254个土种的数据资源,描述了土种的分布、面积、属性及生产性能,以及每个土种的典型剖面。该数据库可为黑土区域土壤肥力评价、土壤质量评价以及土壤资源可持续利用提供数据支持。

土壤侵蚀预警和决策支持系统的设计与应用

土壤侵蚀严重地影响了东北黑土区的土壤质量和粮食产量。利用GIS平台结合土壤侵蚀模型,以遥感数据、田间采样数据和农户调查数据为数据源,建立了侵蚀决策方案管理数字化地块图,实现了GIS支持下的土壤侵蚀预警和侵蚀防治信息化决策,可以根据不同地块的侵蚀程度,提供不同的治理措施决策建议,实现了田块尺度水土流失预警及水土保持决策的数字化管理,建立了侵蚀黑土农区水土流失综合治理信息化管理样板。

松嫩平原黑土区农田土壤肥力评价研究

通过对松嫩平原农田土壤采样和调查、化验分析得到土壤养分各项指标,综合区域实际情况采用特尔斐模型确定10项评价指标。在Model Builder建模平台上综合运用模糊数学法、层次分析法、加法模型,结合Python脚本建立了土壤肥力评价模型,实现了土壤肥力评价的定量化、自动化、模型化。评价结果表明:研究区域土壤肥力综合指数介于0.57～0.84之间,空间分布呈现出明显西南低东北高的条带状分布特征,哈尔滨周边地区高而双城市较低的主要分布趋势,结果与实际情况相符。开展松嫩平原黑土农田土壤肥力评价可以为指导该区域农业生产及制定有效的农田生态环境保护措施提供科学依据。

东北黑土区农田侵蚀沟填埋复垦工程技术

沟道侵蚀损毁耕地,阻碍机械行走,对农业生产和农田生态系统造成了严重的损伤。针对东北黑土区现代农业可持续发展的需求,逐渐完善构建了农田侵蚀沟填埋复垦工程技术。工程技术的原理为秸秆填埋沟道,上层覆土,修复受损耕地,恢复垦殖,机械自由行走;在沟底铺设连通的暗管并间隔修筑渗井,复垦后原沟道位的地表径流通过覆土层和渗井垂直下渗入秸秆层,再汇入暗管排出,变地表径流为地下暗管排水,减小或消除地表股流的冲刷,避免再次成沟。工程由沟道整形、暗管铺设、秸秆打捆、秸秆铺设、表层覆土、截流埂修筑、渗井修筑和出口防护8项措施组成,工程适用于耕地中且沟道深度≤2 m的浅沟、小型沟以及支沟修复,已在国家正在实施的东北黑土区侵蚀沟治理专项、黑土地保护、黑土地整治工程中成功复垦侵蚀沟300余条,再造耕地1.33 km^2,达到了设计要求。据测算可在东北黑土区20万条侵蚀沟上应用,可修复沟毁耕地1333 km^2,增产粮食6亿kg/a。

基于非线性混合模型的东北兴安落叶松树高和直径生长模拟

以黑龙江省带岭林业局大青川林场80株人工兴安落叶松解析木数据为例,采用Richards生长模型作为基础模型,利用S-PLUS软件中的NLME过程,分别拟合非线性树高和直径生长模型。采用AIC、BIC、对数似然值和似然比检验等模型评价统计指标对不同模型的精度进行比较分析。结果表明:当对树高-年龄关系进行拟合时,b1、b3同时作为混合参数时模型拟合最好;当对直径-年龄关系进行拟合时,b1、b3同时作为混合参数时模型拟合最好。把相关性结构包括一阶自回归结构AR(1)、一阶移动平均结构MA(1)及一阶自回归与移动平均结构[ARMA(1,1)]加入到树高和直径最优混合模型中,一阶自回归结构AR(1)显著提高了树高混合模型的拟合精度,一阶移动平均结构MA(1)显著提高了直径混合模型的拟合精度。模型检验结果表明:混合模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度。因此,混合模型在应用上不但能反映树高和直径的平均预测趋势,还能用方差协方差结构和误差相关性结构校正随机参数来反映个体之间的差异。

黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下土壤呼吸特征

水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最严重地区,该地区立地条件复杂,土壤质地有较大的空间变异性,对生态系统碳循环过程产生重要影响。该文选取土壤质地为立地条件的主要参考因子,利用便携式CO2分析仪对黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下2种典型灌木(柠条和沙柳)土壤呼吸特征进行了连续2a的野外对比研究,分析不同立地条件下灌木林地土壤呼吸之间的差异,阐明土壤呼吸的动态变化及其对土壤温度的敏感性。结果表明:在不同立地条件下,柠条林地黄绵土土壤呼吸高于风沙土,相反,沙柳林地风沙土土壤呼吸高于黄绵土。每种灌木林地在不同立地条件下土壤呼吸呈现明显的季节性变化,土壤呼吸速率的高峰值出现在7、8月份。不同立地条件下土壤呼吸与土壤温度呈现显著指数函数关系,每种灌木林地黄绵土土壤呼吸的温度敏感性系数Q10高于风沙土,从而对土壤温度的响应更为敏感。

地埂水土保持技术回顾

地埂技术是一项主要应用于亚洲、非洲防止水土流失的古老的治坡工程技术。至今仍在一些发展中国家的坡耕地农业生产中发挥着保水保土的重要作用。本文回顾了该项技术的应用和研究历史,梳理了国内外地埂及与地埂相关技术的概念,介绍了地埂相关技术在世界范围内的研究及应用情况,评价了地埂及植物固结地埂的保水、保土功能和生态功能,讨论了地埂技术的应用前景,对地埂技术在我国尤其东北黑土区的推广和改进升级具有重要意义。

三江平原耕地土壤有机质时空分布特征——以富锦市为例

以2013年三江平原富锦市实地调查和采样数据,1981年国家第二次土壤普查数据和各种辅助图件为基础,运用地统计学、统计学和GIS技术等研究方法,分析三江平原富锦市农田耕层土壤有机质(SOM)空间分布特征,探讨其32年间SOM变化的规律。结果表明,2013年富锦市SOM含量平均值为42.1 g/kg,较1981年下降了18.6%;在空间上呈现出较为明显的东南高西北低的分布格局,属于中等强度空间相关,受结构性因子和随机因子的共同作用。按照国家第二次土壤普查时富锦市SOM分级标准,1981-2013年有85.9%的农田耕层SOM发生不同程度的变化,其中有50.5%面积得到了提升,有35.4%面积有所下降。

模拟增温对东北黑土农田作物生长季土壤呼吸的影响

东北地区是我国乃至全球对气候变化响应比较敏感的地区之一,土壤呼吸的温度敏感性对该地区农田生态系统碳循环与全球气候变化之间的反馈关系产生重要影响。本文采用红外辐射加热装置模拟土壤增温,研究了模拟增温对黑土农田大豆生长季土壤呼吸作用的影响。结果表明:1)模拟增温导致10 cm深处平均土壤温度显著提高了2.76℃。2)在大豆生长期间,土壤呼吸速率呈现显著的季节性变化规律,峰值出现在开花-结荚期。3)模拟增温后,黑土农田大豆生长季的土壤呼吸速率(3.20μmol·m^(-2)·s^(-1))略高于对照处理(2.96μmol·m^(-2)·s^(-1)),但差异未达到显著水平,并且增温未显著影响大豆各生育期的土壤呼吸水平。4)虽然增温处理显著增加了大豆地上生物量,但未显著改变根系生物量和土壤含水量,说明根系生物量和土壤含水量是调控土壤呼吸对增温响应的主导因子。连续两年增温对黑土农田大豆生长季土壤呼吸没有明显的促进作用,表明土壤呼吸作用对增温环境产生了一定的适应性。

基于随机效应的兴安落叶松材积生长模拟

基于黑龙江省带岭林业局大青川林场80株人工兴安落叶松解析木数据和Logistic生长模型,分别考虑单木效应和样地效应,利用S-PLUS软件中的NLME过程拟合非线性材积生长模型,采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值和似然比检验等模型评价指标对不同模型的精度进行比较.结果表明:当考虑单木效应影响时,b1、b2、b3(分别代表Logistic模型中的渐进、尺度和形状的随机参数)同时作为随机参数时模型拟合效果最好;当考虑样地效应影响时,b1作为随机参数时模型拟合效果最好.基于单木效应和样地效应的混合模型的拟合精度高于基本模型(Logistic生长模型),考虑单木效应影响的混合模型的精度高于考虑样地效应影响的模型.模型检验结果表明,随机效应模型不但能反映单木材积的总体平均变化趋势,还能反映个体之间的差异;随机效应模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度.