CropSyst作物模型在松嫩平原典型黑土区的校正和验证

通过对CropSyst作物模拟模型进行修订和验证,应用该模型对松嫩平原黑土区主要作物的生产潜力进行了模拟,并对作物生产力模拟的有效方法进行了初步探索。模拟结果表明,对于主要作物的经济产量、全生育期蒸散量、收获时的地上生物量,模拟值与实测值较为接近。模拟值和实测值的均方根误差RMSE为3.59%(小麦地上生物量)～8.02%(小麦产量),模拟性能指数EF最小为0.76(玉米蒸散量),最大为0.90(小麦产量)。

松嫩高平原黑土区耕地资源安全的驱动机制分析

为了深入剖析影响区域耕地资源安全驱动因子的作用机理,研究区域耕地资源安全驱动机制。该文以松嫩高平原黑土区巴彦县为例,运用Matlab编程,采用遗传算法对神经网络模型进行改进,结合相关分析法,识别影响耕地资源安全的关键性因子及其与之相关的因子,应用多元回归分析和完全二次回归分析方法,阐明影响因子间的协同作用关系,进而揭示其对耕地资源安全影响的作用机理和驱动机制。结果表明:1)影响研究区耕地资源安全的协同作用关系中,不同影响因子间的协同作用正向和负向交互进行,且不同因子间协同作用大小也不尽相同;2)影响研究区耕地资源安全的自然因素、社会经济因素、生态因素中,自然因素对研究区耕地资源安全起促进作用,社会经济因素和生态因素起抑制作用,且社会经济因素对研究区耕地资源安全的抑制作用最强,生态因素的抑制作用次之;3)在主要影响因子中,土壤质地对耕地资源安全的促进作用最强,pH值次之,黑土层厚度的促进作用最弱,而高程对耕地资源安全抑制作用最强,水土流失量仅次之,氟的抑制作用最弱。该研究成果可为黑土区耕地资源保护及耕地资源的合理利用提供参考。

松辽平原黑土区景观格局分析

从遥感技术特点出发,以黑土区为研究对象,运用景观生态学研究方法,在斑块类型水平和景观水平两个层次上选取10种景观格局指数对1990~2000年黑土区景观格局变化特点进行分析。结果表明：耕地是该区的主导景观类型;10年来耕地面积逐渐减少,建设用地和其他类面积均增加;区内各景观存在破碎化趋势。

松嫩平原黑土区西北部阿荣旗黑土重金属分布特征、评价及预警

近年来,松嫩平原黑土区南部、东北部的一些区域已出现了重金属元素的累积,严重威胁着粮食生产安全和人体健康。为明晰黑土区西北部区域的重金属污染情况,本文以松嫩平原黑土区西北部阿荣旗为研究区,采集了32个表层黑土样品,测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属元素的含量,利用单因子指数法(Pi)、内梅罗综合污染指数法(NPI)、潜在风险分析法(RI)并引入生态风险预警指数法(IER)对黑土的重金属潜在生态风险进行综合研究,绘制了重金属元素的空间分布图。结果显示:Cd、Pb元素含量分别是内蒙古表层土壤背景值的1.99和1.50倍,其余6种均低于内蒙古表层土壤背景值。8种重金属元素平均含量均低于国家标准(GB15618-2018)中的风险筛值,为清洁无污染。NPI平均值为0.33,为无影响等级;潜在风险结果显示Cd中等潜在风险,RI平均值为115.36,轻微生态风险。生态风险预警结果显示:选用国家标准(GB15618-2018)中的风险筛值做参考时,无风险预警;选用内蒙古表层土壤背景值做参考时显示Cd轻警态势,Pb预警态势,其余6种元素无警态势,IER平均值为0.65,为预警态势,8种元素的RI、IER的空间分布格局相似,Cd元素为研究区黑土中的生态风险元素和预警元素。生态风险预警指数法(IER)在研究区黑土中得到了较好的应用。

基于多源数据的松嫩平原黑土区亚像元雪盖率算法研究

为了解决积雪反演研究中常用的二值积雪分类法存在误差较大的问题,根据松嫩平原黑土区的独特地理环境,并在充分考虑地表类型的情况下,将中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像作为数据源、陆地成像仪(Operational land imager,OLI)影像视为"真值"数据,建立松嫩平原黑土区MODIS像元积雪覆盖率与归一化雪盖指数(Normalized difference snow index,NDSI)值之间的线性回归关系模型。结果表明,与MOD10A1积雪面积比例数据(Fractional snow cover,FSC)相比,反演模型雪盖率的误差分析结果得到改善,能够更好地满足当前积雪反演研究的现实要求。亚像元雪盖率估算模型在一定程度上提高了松嫩平原黑土区雪盖面积监测的精度,为该地区春季墒情预报、农业耕种提供了科学依据。

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm^3/cm^3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。

松嫩高平原黑土区耕地利用系统安全影响因子作用机理研究——以黑龙江省巴彦县为例

耕地利用系统安全是保护耕地健康和保障粮食安全的基础。论文以巴彦县为例,采用遗传算法对神经网络模型进行改进,识别耕地利用系统安全的敏感性影响因子,并应用通径分析法,确定单一因子和复合因子对系统安全作用机理。结果表明:①单一因子的作用中土壤类型对耕地利用系统安全的作用强度最大,高程最弱。不同因子对耕地利用系统安全的正负相关关系不同,对系统安全分别起促进和抑制作用;耕地利用系统的其他影响因子对系统安全的共同作用也很大,是不可忽视的重要因子;②各因子存在复杂的制约关系,单一因子和复合因子共同作用是系统安全主要的作用机理,且单一因子和复合因子对系统安全影响的显性特征不同;自然生态因子对系统安全的单一作用、人文因子对系统安全的复合作用机制显著。

农田防护林更新改造对土壤团聚体特征和可蚀性的影响

【目的】土壤团聚体是反映土壤结构稳定性和土壤质量的重要指标。探明黑土平原区农田防护林不同更新改造方式下土壤团聚体稳定性特征和可蚀性及其与土壤理化性质的关系,为确定合理的农田防护林更新改造方式提供科学依据,并为农田防护林可持续性发展提供参考。【方法】以4种更新改造方式林带(樟子松纯林(ZC)、杨树纯林(YC)、云杉纯林(YS)、樟子松-杨树混交林(ZY))的土壤(0~10、10~20、20~40 cm)为研究对象,并以退化杨树林带(TYC)为对照,运用沙维诺夫法分析各林带土壤团聚体粒径含量、稳定性特征和土壤可蚀性的差异,并进一步分析其与土壤理化性质的相互关系。【结果】在各土层不同林带土壤水稳性团聚体含量呈现随粒级减小而增大的趋势,更新改造林带土壤水稳性团聚体均以> 0.25 mm的大团聚体为主,退化杨树林带均以<0.25 mm的微团聚体为主;0~40 cm土层各林带土壤水稳性团聚体质量百分比(WSA)、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)大小依次为:YC> ZC> ZY> YS> TYC,而分形维数(D)和土壤可蚀性因子(K)值则相反;随土壤深度的增加林带土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力逐渐减小,土壤结构趋于恶化,林带表层土壤团聚体稳定性显著高于深层土壤;土壤有机质、粉粒、黏粒含量、非毛管孔隙度和毛管持水量与土壤MWD、GMD、WSA之间呈显著正相关(P <0.05),与土壤D、K之间呈显著负相关(P <0.05),土壤容重和砂粒含量与土壤MWD、GMD、WSA之间呈显著负相关(P <0.05),与土壤D、K之间呈显著正相关(P <0.05);土壤WSA、MWD和GMD受1~5 mm粒级团聚体主导,D和K主要受<0.25 mm粒级团聚体影响。【结论】实施更新改造后防护林带土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升,表明更新改造可以改善土壤质量;不同更新改造方式中杨树和樟子松林带土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力显著优于樟子松-杨树混交、云杉林带;更新改造后林带土壤可蚀性减小与水稳性团聚体含量增加和团聚体稳定性的提高密切相关。

坡耕地主要土壤参数的空间变异特征

以松嫩平原北部黑土区坡耕地进行的田间采样为基础,将经典统计学与地统计学相结合,在大豆生长过程中,对土壤含水量、土壤饱和含水量、土壤干容重、土壤有机质以及表征土壤机械组成的土壤砂砾含量、粉粒含量、黏粒含量几项主要参数进行了空间统计分析。得出了各主要参数的最佳半方差理论模型以及空间分布图,并据此对试验区主要参数的空间变异特征进行了分析,为该地精准农业的研究提供了一定的参考。