华北山前平原区厚包气带次降水入渗补给定量估算

降水入渗补给定量估算对于区域水资源评价具有重要作用。在干旱半干旱地区,年降水入渗补给量通常取决于年内几次集中的降水特性。因而,开展次降水入渗补给机理研究,建立次降水入渗补给量估算方法,有望提高干旱半干旱地区入渗补给量评估的科学性和准确性。本文以华北山前平原地下水深埋区为例,利用中国科学院栾城农业生态系统试验站和河北冉庄水资源实验站实测的土壤含水量、土壤水势、地下水补给量和降水量等长序列资料校准Hydrus-1D模型,模拟日降水入渗补给过程,构建具有物理意义的次降水入渗补给事件划分标准,深入研究华北山前平原地下水深埋条件下次降水入渗补给机理,定量估算次降水入渗补给量,建立次降水入渗补给量和次降水量间的定量关系。研究结果表明:次降水入渗补给量具有较大的变异性,次降水入渗补给量与次降水量或次总有效水量(次降水量+前期200 cm土壤储水量)呈显著相关关系(P<0.01),决定系数(R^(2))达0.801~0.962;但次降水入渗补给系数与次降水量无显著相关关系,这是由于次降水入渗补给系数不能反映降水前期土壤水分条件对补给的影响。因此,在地下水深埋区,不建议利用次降水入渗补给系数来估算次降水入渗补给量。本研究结果对区域地下水资源评价具有重要理论意义。

环丙沙星在地下水灌区土壤的吸附解吸特征

为了更全面认识环丙沙星(CIP)在不同背景土壤中的迁移特性,在华北平原地下水灌溉农田区选择有机质组成特征和理化性质显著的两处土壤样品,从动力学和热力学两方面研究CIP在土壤中的吸附-解吸机制。结果显示,动力学实验数据更符合准二级动力学方程,等温模式呈非线性特征、Langmuir模型拟合效果最优。吸附动力学常数(K_(2),8 772.64 vs 2 846.37 g/(mg·h))、吸附平衡速率常数(Kl,0.113 vs 0.094 L/mol)及最大吸附量(Q_(m),5 033 vs 3 167 mg/kg)参数均呈现出献县样品大于正定样品,指示献县土壤更快的吸附速率和更大的吸附容量。相应地,解吸实验得到的解吸率(5.98%vs 8.07%)、最大解吸量(6 592 vs 7 564 mg/kg)及由热力学计算所得吸附自由能ΔG(-25.08 vs-23.00 kJ/mol)大小均一致反映出献县土壤相较正定土壤对CIP的吸附性能更强。综合实验研究结果和光谱特征、理化参数特征分析得出,献县土壤的高分子、高芳香性和多官能团的腐殖质成分以及更高黏粒含量是其吸附性能整体表现更强的重要因素,腐殖质分子的疏水作用和静电作用等物理吸附机制可能对献县土壤吸附CIP起到更加积极的作用。

基于DNDC模型的华北典型农田氮素损失分析及综合调控途径

氮素损失对农业生产造成的影响已成为当前研究的热点,模型是对氮素损失影响评价及定量化研究的有效手段。利用华北典型农田冬小麦-夏玉米轮作种植模式的作物产量、氮素淋失量等田间观测数据对DNDC模型进行了验证,并采用验证后的DNDC模型对该种植模式的氮素损失进行了定量评价,提出了综合考虑作物产量、氮素淋失量、N2O排放量以及NH3挥发损失的综合调控途径。结果表明,DNDC模型较好地模拟了冬小麦-夏玉米轮作系统作物的产量、氮素淋失的动态变化规律,以及土壤中NO3--N和NH4+-N的残留量,说明DNDC已具备模拟农田生态系统中土壤氮素生物地球化学过程的能力。模型模拟结果表明,在传统农业管理措施下,氮素通过淋失、N2O排放以及NH3挥发损失的量分别达到49.4 kg(N).hm-2.a-1、17.71kg(N).hm-2.a-1和144.8 kg(N).hm-2.a-1。综合考虑氮素损失途径,提出了适合当地农业生产条件的最优化管理措施,即减小当前常规施氮量到340 kg(N).hm-2.a-1,提高玉米秸秆还田率到100%,并保持灌溉量不变。相比常规管理措施,最优化管理措施氮素淋失量为14.1 kg(N).hm-2.a-1,降低71.5%,N2O排放量为14.91kg(N).hm-2.a-1,降低15.8%,NH3挥发损失量为117.2 kg(N).hm-2.a-1,降低19.1%,而对作物产量基本不造成明显影响。该评价结果可直接用于农业生产实践。

潮土区农田土体构型层次的探地雷达无损探测试验

为探究探地雷达对自然土壤土体构型进行快速无损探测的可行性,该文首先利用基于时域有限差分法的Gpr Max2D软件模拟4种具有不同介电特性差异的土壤层次的土体模型,识别雷达电磁波在具有不同土壤介电特性差异的土壤层次中传播时反射波振幅和相位的客观变化规律;然后于2016年在位于黄淮海平原潮土区的河北省曲周县选择夹黏型和底漏型2种土壤层次较明显的农田土体构型进行GPR探测试验,并挖掘土壤剖面,通过雷达图像处理软件和MATLAB编程处理雷达图像并提取波形数据,根据模拟获取的规律进行土壤层次识别,对比探测层厚与实际剖面层厚。研究结果显示,雷达电磁波在不同介质分界面处发生反射,两侧介电特性差异越大,反射波振幅越大;上层介质介电常数小于下层会发生正反射,反之发生负反射;实测波形比模拟波形杂乱;通过电磁波振幅和相位变化识别层次界面清晰的夹黏型土体构型中较厚层次的厚度的相对误差(<9%)要小于识别层次界面不清晰的底漏型土体构型各层厚度的相对误差(>9%);可识别的层次界面反射系数均大于0.02,两侧土壤具有较大介电特性差异;通过客观判读依据可以判别农田潮土的层次结构,但层次界面的整齐清晰程度、界面两侧介电特性差异程度和相邻层次的厚度大小影响着探地雷达探测效果。该文可以为相关研究提供参考,为实现土体构型这一重要耕地质量指标的快速监测提供借鉴。

华北平原农田CO2浓度变化特征

旨在了解农田CO2浓度长期动态变化特征、趋势、浓度增量分布模式等,收集了2007-2018年中国气象局固城生态与农业气象试验站开路式涡相关CO2浓度观测数据。研究了华北平原农田CO2浓度的年际、年内、昼夜和CO2通量等动态变化特征,对比分析了华北平原农田CO2浓度与城市站和大气本底站CO2浓度变化趋势及差异。结果表明,近十多年来华北平原农田CO2年平均浓度显著升高31.0μmol/mol(r=0.263,P<0.01),年均增幅(2.58μmol/mol)与全球和瓦里关本底站大气CO2浓度增幅接近,但农田CO2浓度年际和年内季节变化波动巨大,日平均浓度和逐时平均浓度标准差分别为33.7、33.5μmol/mol。夜间CO2平均浓度395.8μmol/mol,比白天高36.2μmol/mol(10.1%),8月最高差值达到74.4μmol/mol(20.6%)。在作物生长季节,5月和8-9月白天CO2浓度出现的两个谷值准确地对应了CO2通量动态变化的两个峰值,表明4-9月昼间CO2浓度和通量动态变化很好地反映了华北平原冬小麦和夏玉米生长过程、农事活动和农田碳交换的关系。农田CO2浓度动态变化与城市、湿地和大气本底站的变化特征不同,表明其动态变化的形成机制有差异。农田CO2浓度昼夜及季节变化特征为研究和评估CO2浓度升高影响作物生长和产量提供指导依据。

华北山前平原灌溉农田深层土壤水分动态特征及渗漏量估算

以中国科学院栾城农业生态系统试验站的大埋深土壤水分剖面观测设施为依托,利用中子水分仪对15.4m深度的土壤水分进行连续1年的定位观测,同时通过定期采集深层土壤和水分样品,对该区土壤水分变动特征和深层入渗量进行了定量研究。结果表明:土壤水分在垂直剖面上的分布受土壤质地组成控制,同时在年内受降水事件和灌溉的影响而波动,随着土壤深度的增加,土壤水分的变异性呈减弱趋势;根区土壤水分受降水(灌溉)和作物耗水的共同影响而变化剧烈,根区以下土壤水分对降水的响应有一定延迟;在观测期间,整个15.5m深度的土壤剖面上有水分的盈余,土壤水贮量增加了216mm,但在小麦生育期土壤水分表现出耗损过程(土壤水贮量减少了208mm)。最后利用氯质量平衡法估算560cm深度处渗漏量约为65mm。

华北高产农田长期不同耕作方式下土壤呼吸及其季节变化规律

对华北平原高产农田生态系统2004年的土壤呼吸状况进行了分析,探讨了不同耕作方式下土壤呼吸量的季节变化规律.结果表明,土壤呼吸量的季节变化趋势与当地气候状况紧密相关,在暖温带半湿润大陆性季风气候的影响下,该地春季干旱,夏季雨热同期,土壤呼吸量春季缓慢升高,峰值出现在温度、降水均较高的7月,最大值约为20g·m-2·d-1(以CO2计),之后逐步回落.不同的耕作措施能够影响土壤呼吸量,本试验研究的3种因素对土壤呼吸量有显著影响(p<0.01),播种前先翻耕30cm、播种后覆盖麦秸、不施氮素、施磷75kg·hm-2·a-1的处理土壤呼吸量最高.5cm、10cm地温是影响土壤呼吸的重要因素,土壤呼吸对5cm地温的敏感性更强,指数方程的模拟较好地表明了土壤呼吸与地温的关系.

华北平原农田N_2O排放通量的高频动态观测

N_2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N_2O的原位高频观测尚不多。为完善N_2O的观测方法,为华北地区N_2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N_2O测定仪器TGA200A,进行实时、自动、昼夜连续地观测中国科学院禹城综合试验站农田大气N_2O的日动态变化。本次观测自2017年6月中旬玉米播种后开始,持续至2017年9月(8月份仪器调试)。结果显示:1)晴朗天气下,农田大气N_2O呈现出夜晚(0:00—6:00、18:00—24:00)高(0.618~1.171 mg·m-3)、白天(6:00—18:00)低(0.526~1.145 mg·m-3)的趋势,而白天高温又促进农田N_2O排放,在午后15:00—17:00大多出现1次峰值,表明温度的促进作用存在滞后性。2)降雨天气下,农田N_2O在适当的雨量下逐渐增加(3 h内增加0.033 mg·m-3),且存在累积效应,但过度淹水后N_2O表现出逐渐降低的趋势。3)大风天气下,N_2O的浓度产生变化,但规律并不明显。研究结果表明,利用TGA200A可以实现对温室气体N_2O的实时、连续、动态的自动观测,观测结果具有较高可信度,可以反映出当前华北地区农田N_2O在不同环境要素(温度、降水及大风)下的动态变化趋势。

中国北方农牧交错带植被动态研究进展

通过回顾植被动态研究的历史,简要概述了植被动态的发展。综述了我国北方农牧交错带历年来植被动态的研究现状。研究指出植被动态变化与农牧交错带内气候、自然环境演变、农牧业经营方式的转变及土地利用有着密切的关系。结合前人的研究,根据农牧交错带内存在的生态环境问题,提出应从北方农牧交错带植被动态与生物多样性、生态环境、生态系统健康以及对全球变化响应的关系进行研究,揭示其受损及恢复机理,为农牧交错带受损的生态系统恢复与重建、区域可持续发展提供理论依据。

华北平原典型井灌区农田水循环过程研究回顾

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前,对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm,每年亏缺的350 mm左右需要靠提取地下水保证;同位素分析结果显示土壤蒸发的深度在地表下20 cm处,而植物蒸腾耗水也主要是利用0-40 cm土层的土壤水分。对于土壤深层渗漏量和地下水接受垂直补给的问题,不同研究结果间仍然存在较大差异,尚需更精细的试验来确定。对于区域水量平衡和地下水资源可持续性的评价和管理,目前急需重点开展区域蒸散量的精确估算和模拟研究,以及不同土地利用和不同农业种植方式的水量平衡与水分转化过程研究。

华北平原典型农区农地细碎化对村级农田林网的影响——以河北省曲周县为例

本研究以河北省曲周县农地细碎化的杏园村、西魏村和农地规模经营的东刘庄村为例，采用实地测量和问卷调查的方法，探明农地细碎化对村级农田防护林的影响及其根源。结果表明，农地细碎化对村级农田林网结构和配置造成破坏。农地细碎化的林网网格增大，主带距是华北平原区推荐值的2．70倍。农地细碎化林网树种单一，配置不合理。杏园村和西魏村约53．8％的干道北侧无林木，干道北侧林带林木数量平均比南侧显著减少60.8％；其紧邻农田行树木密度为0～26株·50m-1，比次邻行的数量显著减少25．8％（P〈0．05），比东刘庄减少47．3％。据林带面积与林木数量关系的拟合曲线，东刘庄村林木最高密度为23．2株·100m-2，比其余两村高56．5％。多数农户反对田边地头栽树，经营林网技术匮乏。人多地少矛盾是林网毁坏的深层原因，林木胁地是其直接原因，农地细碎化激化了这些矛盾。土地整理规划是解决现状的根本途径，同时不可忽视社会教育和管理。

长期增温和施氮对华北平原农田土壤呼吸及其温度敏感性的影响

在全球气候变暖与氮沉降不断加剧的背景下,作为我国粮食主产区之一的华北平原农田土壤呼吸如何响应气候变暖和氮沉降增加成为亟待解决的问题。本文在华北平原冬小麦单作土壤布置了11年野外增温和施氮肥试验,包括对照(CK)、红外增温(W)、施氮肥(N)和红外增温+施氮肥(WN)4个处理,采用静态箱-气相色谱法测定了2018—2020年土壤呼吸速率及其温度敏感性。结果表明:2018—2020年,W和WN处理使5 cm深土壤温度平均提升约2°C,使土壤体积含水量下降2.4%。不同处理间土壤呼吸速率呈现明显的季节动态,冬小麦3—6月生长季平均土壤呼吸速率(329.06 mg∙m^(−2)∙h^(−1))显著高于11—3月休眠季(25.21 mg∙m^(−2)∙h^(−1))(P<0.05)。2018—2020年,与CK相比,W和WN处理分别使土壤呼吸速率提高16.8%和19.3%(P<0.05),而N处理未显著影响土壤呼吸速率。W和WN处理2018—2020全年土壤呼吸的温度敏感性(Q10)低于N和CK处理,即WN(1.65)<W(1.70)<N(1.78)<CK(1.80)。Q10存在明显季节性变化,休眠季高(平均2.93),生长季低(平均1.81)。本研究表明增温降低了Q10,且Q10存在明显的季节性差异,这有助于提升未来碳估算模型精度。

1981—2019年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及影响机制

农业土壤具有可观的固碳及减碳潜力,有助于减缓人类温室气体排放导致的气候变化。为了更好地了解华北平原土壤有机碳储量动态及其驱动因子,结合荟萃分析、随机森林机器学习模型和卫星遥感数据,研究了1981—2019年间中国华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及其驱动因子。结果表明,1981—2019年间华北平原0—20 cm农田土壤有机碳储量约为(523.10±79.36)Tg C((14.56±1.66)Mg C/hm^(2)),并以5.94 Tg C/a(0.12 Mg C hma)的年固持速率稳步增长,占比约为中国农田每年新增土壤有机碳的23.3%。其中,常规农田管理措施,包括无机肥施用、有机肥施用和秸秆还田,对土壤有机碳增长的贡献平均为25.1%,即1.49 Tg C/a(0.03 Mg C hma)。相比对照组,氮磷钾无机肥施用可提高22.7%—26.0%的土壤有机碳固定速率,有机肥可提高48.3%,秸秆还田可提高23.4%。同时,上述常规农田管理措施对土壤有机碳的积累作用受到土壤本身理化性质的调控,在温度和降水较高的气候条件下更显著。值得注意的是,无论是无机肥施用、有机肥施用还是秸秆还田,当投入量超过农作物和土壤微生物对碳和养分的需求时,土壤有机碳累积速率会显著下降。这也导致2000年后土壤有机碳固持速率明显减缓,由9.4 Tg C/a下降为3.5 Tg C/a。总的来说,过去几十年农田管理措施的改进显著提高了华北平原农田土壤有机碳的增加速率,而未来华北平原农田系统固碳潜力仍然可观,但亟待明确在保证粮食产量的同时不同气候和土壤环境条件下最佳固碳所需的化肥、有机肥和秸秆投入量。

华北地区菜田土壤—蔬菜重金属污染状况和健康风险评价

为了解华北地区菜田土壤重金属污染状况及蔬菜安全水平,通过搜集2005—2016年间华北地区菜田土壤—蔬菜中重金属含量方面的资料文献,采用内梅罗综合指数法和目标危害系数法分别分析评价土壤重金属污染状况及蔬菜摄入人体的健康风险。结果表明:华北菜田土壤重金属含量均值分别为Hg 0.212mg/kg,Zn91.782mg/kg,Cu 27.450mg/kg,Cd 0.514mg/kg,Cr 69.155mg/kg,As 9.690mg/kg,Pb 25.967mg/kg,Ni28.786mg/kg,均低于食用农产品产地环境质量评价标准(HJ/T 332—2006)的安全限值,但每种元素均有样品超标,其超标率分别为0.19%,0.64%,0.95%,6.91%,1.35%,0.35%,1.10%,0.82%。污灌区菜田土壤重金属Cd均值高达2.204mg/kg,超出其安全限值2倍以上,且内梅罗综合污染指数高达2.665,属于重度污染水平。非污灌区菜田土壤内梅罗综合污染指数为0.407,土壤环境质量属清洁;华北地区蔬菜中Pb和Cd存在超标现象,超标率分别为6.28%,1.96%。然而,目标危害系数法的健康风险评价结果显示Cr、Cd、Pb是引起蔬菜复合风险的最主要因素,并且茎菜类蔬菜对于人体存在明显的健康风险。

2000-2020年华北平原耕地综合价值及其时空变化

[目的]测算华北平原耕地的综合价值,分析价值差异和变化趋势,为中国耕地保护提供科学依据,促进形成耕地“多位一体”的保护新格局。[方法]基于耕地的现实功能与人为耕作的影响,将耕地的价值分为正向价值(经济价值、社会价值、生态价值)和负向价值(农药、化肥),利用收益还原法、价值替代法和当量因子法对华北平原2000,2010,2020年耕地的综合价值进行核算。[结果]2000,2010,2020年华北平原耕地价值分别为5.01×10^(12),8.45×10^(12),6.43×10^(12)元;耕地的经济价值比例呈下降趋势,且正向价值在研究时段均大于负向价值。此外,各省间耕地价值分布不均衡,受耕地面积、耕作方式和农产品价格影响较大;其中,山东省耕地价值一直较为突出,河南省变化幅度较大;各省单位面积耕地的负向价值均呈上升趋势。[结论]2000,2010,2020年,华北平原的正向价值中,经济价值比例呈下降趋势,耕地的社会价值和生态价值的重要性逐渐凸显。各省单位耕地负向价值的区域差异较大,且负向价值均呈上升趋势,河南省最为明显,农膜、化肥等对耕地的负向影响一直没有得到有效治理,且呈逐年加重的趋势。

多源土壤水分产品在河北平原的适用性评价

河北平原地处华北平原中部,是我国重要的粮食产区,是世界上冬小麦、夏玉米最高产的地区之一。土壤水分作为作物生长的直接水源和基础条件,对灌溉决策、干旱预报均有重要意义。虽然多源土壤水分产品已获得了长足发展,但其在河北平原的适用性还缺乏全面的定量评价。本文利用河北平原望都、霸州、威县、栾城4个站点2018年1月至2019年10月的表层10 cm土壤水分实测数据,通过相关系数、偏差、均方根误差、无偏均方根误差4个指标,对比分析了SMOS、SMAP、FY3B、ERA-Land、GLDAS、GLEAM等6种土壤水分产品在河北平原典型农田的具体表现。整体而言,除夏季FY3B存在高估外,多源土壤水分产品对河北平原不同站点实际土壤含水量有不同程度的低估,研究时段内各土壤水分产品平均相关系数排序为GLEAM>FY3B>ERA-Land>GLDAS>SMAP>SMOS,平均无偏均方根误差排序为GLEAM<GLDAS<SMAP<ERA-Land<SMOS<FY3B。具体表现为:1)同化多源数据的GLEAM、GLDAS、ERA-Land数据精度较好,平均相关系数较大而平均无偏均方根误差较低。在土壤含水量高的夏季,模拟数据更接近实测值。2)FY3B数据缺失较多、波动范围较大且平均无偏均方根误差较大,但与实测数据相关性较好,平均相关系数为0.43 m^(3)·m^(−3),夏季普遍高估土壤含水量,数据精度较差,其他季节则低估。3)SMAP整体数据精度高于SMOS,夏季相关性较高但平均无偏均方根误差较大,秋季则与之相反,当实测土壤水介于0.30~0.40 m^(3)∙m^(−3)时表现较好。4)SMOS因射频干扰等原因在各站点表现最差,各站点平均相关系数仅为0.20 m^(3)·m^(−3),偏差均大于0.10 m^(3)∙m^(−3)。

华北农田水利工程的演进与反思——基于S村的调查

S村位于华北平原粮食主产区,农田水利工程直接影响到其粮食产量。该村水利建设先后经历了传统水井灌溉、机井灌溉、农田水利基本建设、农田水利管网改造和深水井时期,经过试验后放弃喷灌。从S村农田水利工程建设可以反映出:工程建设需要以技术进步作为前提;机井不断因缺水而废弃,并重新打更深的机井,原因是降雨量的减少和用水量增加导致地下水位迅速下降;工程资金主要来自政府,农民不愿投资;但政府只安排建设资金,缺少工程维护资金;地下深层水的不可再生性需要S村重新寻找灌溉水源。

三种广义互补蒸发估算公式在华北平原两熟制农田的验证

华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟制农田蒸发量的估算和分析对灌溉管理和区域气候变化的研究都具有重要的意义,基于广义互补原理的蒸发估算方法的适用性需要探讨。本文利用华北平原四个冬小麦-夏玉米两熟制农田通量站点数据,验证Brutsaert(2015)的基本式及Crago(2016)和Szilagyi(2017)的基于动态标度的线性和多项式公式的适用性。采用Penman初始风速函数时,设定α=1.26三个公式都能较好地模拟实际蒸发量,其中Brutsaert的基本式表现最好。标度后的线性公式模拟效果优于标度后的多项式公式,且采用基于Monin-Obukhov相似理论的风速函数时,标度后的线性公式估算效果优于Brutsaert的基本式。公式中的参数α在小麦季、玉米季和间作期分别率定能提高公式的模拟效果,缩小不同公式模拟效果之间的差距。

华北两熟区农田磷流失风险预警研究

轮作是长期以来在各地形成的相对固定的作物组合模式,同时也是农田养分平衡状况计算的基本单元,多年累积形成的养分盈亏则直接影响环境。在植物必需的3种大量营养元素中,对环境影响最大的营养元素是磷和氮,与氮素相比,磷素循环途径则相对稳定,没有气态损失,磷的表观养分平衡与环境污染的相关性高,且计算方便,因而本文选择磷素作为环境风险预警指示元素。为探究简易、有效的轮作环境效应预警方法,从筛选适宜预警的关键元素和环境风险产生的关键环节入手,提出适合我国小农户现实国情的、基于农田地块级别的预警指标体系,并以华北两熟区5种轮作类型、38个地块的调查数据为例进行了验证。该预警体系包括3级评价指标(周年磷平衡、耕层土壤质地、周年磷肥运筹)共6种预警级别并用3种色系进行标识(深绿、浅绿、浅黄、深黄、浅红、深红)。该预警方法的特点为:研究对象为整个轮作周期而非单茬作物;磷平衡既考虑周年的总量均衡(即整个轮作周期磷素投入、产出平衡状况),又考虑不同茬次间的科学分配(即磷素统筹),且二者均采用相对平衡值而非绝对平衡值,从而使得不同轮作类型之间的磷平衡可以进行统一量化和比较;土壤质地简化为沙土、壤土、黏土3种。验证结果表明,磷肥用量、运筹合理、环境友好(深绿)的地块仅占10.53%;而高环境风险(深红、浅红)的轮作地块达57.89%,即一半以上的地块目前的轮作方式存在高或极高的环境风险。该预警方法具有科学、实用、简便,所需数据容易获得的特点,可用于农户对自己地块磷流失风险进行判断,也可用于国家、区域或地方农业主管部门进行种植业结构调整时参考。

非参数化蒸散发估算方法在华北灌溉农田的适用性评价

蒸散发是水循环和地表能量平衡系统重要的组成部分之一,是农业、水资源管理和气候变化研究中的基础信息。非参数化蒸散发估算方法避免了复杂的参数化过程,降低了计算过程的不确定性,具有广阔的应用前景。本文基于华北灌溉农田中国科学院栾城农业生态系统试验站、中国科学院禹城综合试验站和北京师范大学馆陶试验站3个通量站点的观测数据,利用非参数化方法估算3个站点30 min和日尺度蒸散发,利用能量残差闭合修正方法修正后的通量数据为验证参考值,评价非参数化蒸散发估算方法在华北平原灌溉农田不同季节和不同时间尺度的适用性。结果显示:1)非参数化方法在华北灌溉农田不同作物类型、不同时间尺度具有可靠和稳健的表现,估算结果可以较好地反映季节及日内变化特征,但总体上低估蒸散发;对比估算值与参考值,在日尺度上,平均偏差为-16.18~-12.88 W·m^(-2),决定系数为0.80~0.83,均方根误差为22.45~31.06 W·m^(-2), Nash-Sutcliffe效率系数为0.66~0.75;在30 min尺度上,平均偏差为-13.30~-7.68 W·m^(-2),决定系数均为0.88,均方根误差为39.22~42.15 W·m^(-2),Nash-Sutcliffe效率系数为0.86~0.87。2)非参数化估算方法在水分供应较充足或作物生长茂盛时较严重低估潜热通量,而在较干燥或作物稀疏时轻度低估或不低估潜热通量。3)该方法对灌溉活动的响应考虑不足,可能需要在模型结构上进一步改进以提高灌溉农田模拟精度。4)非参数化估算方法在华北灌溉农田中参数敏感性从高到低依次为地表空气温度、地表温度、地表净辐射和土壤热通量,其中可忽略土壤热通量的影响。该研究不仅为非参数化蒸散发估算方法改进提供参考,而且有助于加深对蒸散发理论的认识。