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。

黄淮海平原地下水化学演化特征、形成机制及其开发利用建议

【研究目的】地下水是保障黄淮海平原生产、生活所需的主要水资源之一。在人类活动的影响下,地下水环境恶化已成为制约社会经济发展和生态平衡的重要因素。深入探究地下水化学演化特征及其形成机制,可为地下水资源的合理开发利用提供重要参考依据。【研究方法】本文将黄淮海平原分为山前平原、中部平原、滨海平原三个水文地质单元,综合运用Piper三线图、Gibbs图、主成分分析等方法,研究了中国黄淮海平原的地下水化学特征及其形成机制。【研究结果】结果显示,从山前平原到中部平原再到滨海平原地下水中TDS含量逐渐升高,由淡水逐渐演化为微咸水、咸水、盐水、卤水;研究区地下水化学类型从山前平原的44种增至中部平原的74种,而后下降至滨海平原的22种;其中,山前平原地下水化学类型以HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)-Ca为主,主要受控于一个4因素模式,相比之下,中部平原和滨海平原地下水化学则分别受控于3因素模式。【结论】黄淮海平原地下水化学特征呈明显分带性,从山前平原到中部平原到滨海平原地下水化学类型由HCO_(3)型逐渐演化为HCO_(3)·SO_(4)型、HCO_(3)·Cl型、SO_(4)型、SO_(4)·Cl型,最终演化为Cl型水。研究区地下水化学在空间尺度上主要受控于多种自然因素(岩石风化、蒸发浓缩和阳离子交替吸附、海水入侵),其在时间尺度上明显受多种人类活动(地下水超采、土地利用变化、生活污水、化肥、动物粪便)的影响。针对山前平原至滨海平原各区不同的地下水化学特征及其人类活动影响,有针对性地提出了黄淮海平原地下水资源开发利用方面的管控建议。

黄淮海平原灌区节水高效耕作制度构建

黄淮海地区是我国重要的粮食产区,平均复种指数为150%,小麦-玉米一年两熟加春播作物组成的两年三熟制为该区域的主要种植制度。受水资源限制,部分地区复种指数呈现下降趋势,严重影响了区域粮食安全。发展节水高效耕作制度成为解决区域粮食安全和生态安全的重大科技问题。介绍了山东农业大学在小麦-玉米周年节水高效耕作制度和春播作物覆盖节水耕作制度两个方面的最新进展:前者重点介绍秸秆还田与高效耕作、高杆喷灌水肥一体化、肥水耦合、测墒补灌等生物节水与农艺节水的技术创新与集成;后者重点介绍多功能生物降解地膜的研制与花生、马铃薯等覆盖节水增产技术体系。在此基础上,提出黄淮海地区耕作制度的发展方向与技术需求(采取深松与秸秆还田技术相结合、深松与高杆喷灌结合、废弃物还田、合理灌水与施用氮肥相结合、地膜覆盖技术等),以期为黄淮海平原灌区粮食安全和生态安全提供战略支撑与技术支持。

黄淮海平原北部不同熟性夏玉米品种抗倒伏能力研究

在玉米全程机械化栽培趋势下,针对黄淮海平原区夏玉米倒伏严重问题,以7个不同生育期夏玉米品种(中晚熟2个,中熟3个,中早熟2个)为材料,探讨不同熟性夏玉米品种灌浆期的抗倒伏能力。结果表明,黄淮海平原北部夏玉米植株株高、穗位高、穗高系数、基部第3节间长及基部节间K含量与品种熟性无关;中熟、中早熟品种水溶性碳水化合物含量明显大于中晚熟品种;中熟、中晚熟品种基部第3节间粗、近地面两层节根数、单株总根条数、植株抗拉力、基部第3节间穿刺强度及植株根拔力显著大于早熟品种。相关性分析表明,夏玉米植株抗拉力与穗高系数呈显著负相关,与单株总根数呈显著正相关;基部第3节间穿刺强度与节间K含量呈正相关。因此,黄淮海平原北部选育机收粒夏玉米品种时,除关注灌浆、脱水速率快之外,还应兼顾株高适宜、穗位低、基部节间粗壮等抗倒性状,同时,采用适宜栽培措施,抑制基部节间伸长、促进节间增粗及充实、加强根系发育,提高植株抗倒伏能力。研究结果为黄淮海平原北部高产、抗倒、机收粒夏玉米品种选育提供理论依据。

黄淮海平原农村产业结构与用地结构关系研究——以曲周县为例

基于信息熵、结构变化率偏差系数和向量自回归模型,以曲周县为典型案例,研究黄淮海平原农村产业结构和用地结构的动态变化特征及其互动关系。结果表明,近年来,曲周县产业结构演变经历第一产业主导、一二产业均衡和第二产业主导的过程;第一产业用地占比极大,导致用地结构极不均衡,但目前正在向均衡状态发展。产业结构调整与用地结构调整之间不协调,用地结构调整具有滞后性,但二者之间存在长期稳定的相互关系。2009年之前,产业结构调整促进了用地结构变化,之后因果关系相反,且后期阶段的用地结构调整对后续用地结构优化及产业结构升级的带动作用更加持久和显著。未来一段时期内,通过提升第一产业用地效率、挖掘第二产业用地潜力以及拓宽第三产业用地范围等方式优化三次产业用地结构,是促进黄淮海平原农村地区产业结构不断升级的有效途径。

黄淮海平原气象干旱的演化特征与时空规律

干旱事件广泛地影响着作物的生长和发育,黄淮海平原是中国主要的粮食产区之一,全面了解该地区干旱变化特征对保障中国粮食安全至关重要。该研究基于标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)、标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)、自校正帕默尔干旱指数(self-calibrating palmer drought index,scPDSI)、干燥度指数(aridity index,AI)4种干旱指数,对黄淮海平原干旱强度、干旱频率、干旱面积占比、干旱持续时间进行对比分析。结果表明,4种干旱指数均指示出1970—2020年黄淮海平原干旱强度逐渐减弱,干旱面积占比先增加后减少、再增加再减少、再增加的波动变化趋势,且在空间上均呈现出平原中部变湿、东西部变干的趋势。但不同指数在表征干旱空间特征上还存在一定的空间分异。对于干旱频率,SPI和AI指数显示出北部地区干旱频率高达60%,而南部地区低于20%;SPEI和scPDSI指数则显示出的南北差异较小,分别介于25%~40%和30%~50%。对于干旱持续时间,SPI指数监测的南北差异最为明显,而SPEI和scPDSI指数监测的区域差异较小。SPI和SPEI两种干旱指数监测的干旱持续时间较短,scPDSI指数监测的干旱持续时间较长。综合来看,北部区域干旱强度更为严重,且干旱发生频率高、持续时间长,而南部地区则相反。研究可为制定应对干旱的农业政策提供科学的参考依据。

黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述

采用文献研究法对已有文献进行综述,明确黄淮海平原近60 a来关键气候要素的主要变化特征,梳理干旱天气对该地区两种主要作物(夏玉米和冬小麦)产量的影响。黄淮海平原气候总体上呈暖干化趋势;近年来干旱强度及频率增强减缓了粮食增产趋势,对北部粮食作物(夏玉米和冬小麦)产量的负面作用更为显著;在不同生长阶段,干旱天气对粮食产量的影响存在显著差异。以往研究聚焦于该地区单一气候要素变化特征及其对单一粮食作物产量的影响,尚缺乏对该地区气候变化与两类主要作物粮食生产之间关系的系统认知。未来研究应聚焦黄淮海平原极端气候对不同作物产量影响的机制,为提高黄淮海平原农业生产水平带来前瞻性指导。

中国科学院黄淮海平原农业工作的演变历程

黄淮海平原农业工作是中国科学院建院以来开展的历时最长、影响最大的涉农科技工作之一,被誉为新中国农业科技战线的“两弹一星”。通过在一个较长的考察时段里观察这一工作,不难发现其中存在一条相对清晰的演进轨迹,即从早期的土壤调查和土壤研究开始,该项工作逐步转向盐碱地治理、农业综合治理和区域开发。与此同时,相关的项目目标、组织形式、具体工作内容及其成效评价等等方面也相应的调整变化。而上述变化的背后,是中国科学院自身发展的需求与特定时代政治、经济、社会等诸多因素的复杂交织。

研究提出黄淮海平原夏玉米节水、减排、稳产灌溉模式

中国农业科学院农田灌溉研究所非充分灌溉原理与新技术团队研究发现,轻度水分亏缺滴灌通过调节土壤水分分布,可降低夏玉米农田温室气体排放量、提高水分利用效率,且不降低产量。相关研究成果发表在《总环境科学》上。科研人员通过系统对比不同灌溉方式和灌溉量及两者交互作用对夏玉米产量和温室气体排放的影响后发现。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。