中国耕地资源开发强度及其演化阶段

地域资源禀赋差异及经济社会发展阶段性决定了耕地资源开发强度理应存在结构演化的阶段性。基于粮食生产角度提出了涵盖开发广度、开发深度、开发频度的耕地资源开发强度评价方法。据此,通过评价分析全国及区域开发强度演化特征,论证了耕地资源开发强度阶段性结构演化假设。结果表明:耕地资源开发强度评价能准确判断耕地资源开发状态;中国耕地资源开发已基本完成以提高开发广度为主要特点的外延式开发历程,当前正值以提高开发深度为主要特点,同时面临开发频度降低问题的内涵式开发阶段;2004年,中国耕地资源开发强度为25.064%,区域开发强度及其结构演化差异显著。最后,在明确耕地资源管理政策转型基本导向的基础上,探讨了区域差别化的开发强度管控政策。

灌溉对农田土壤有机碳影响研究进展

土壤有机碳(SOC)是地球陆地生态系统最重要和活跃的碳库,同时又是土壤肥力和基础地力的重要的物质基础,它对于提高作物产量,减缓温室气体排放具有重要作用。灌溉农业对世界农业发展至关重要,灌溉是SOC含量变化的重要驱动因素之一。通过总结国内外有关SOC研究,在综合阐述农田SOC积累的影响因素基础上,重点探讨了灌溉对SOC的影响,分析了影响机理,指出影响SOC变化的因素很多,灌溉主要从降低土壤水分限制,改变土壤理化性质,影响微生物活动、淋滤作用及对土壤盐分的影响等方面对SOC产生作用,但不同土壤类型及发育阶段、不同灌溉水质、不同灌溉年限、不同气候以及其他环境条件下作用结果不同。目前大多数灌溉对SOC影响的研究缺乏机理之间内在关系的认识,模型模拟缺乏验证数据。未来应综合研究各影响因子的相互作用机理,以流域和气候区的划分为基础,选择合适的时间尺度,明确灌溉水质、气候、土壤类型等因素的综合影响,注重实测数据的积累,获得长期监测数据以期对长期灌溉地区SOC进行评价。

长期施肥对土壤有机质积累的影响

20年的NPK施肥定位试验,有利于深刻揭示土壤肥力特征与营养平衡规律。以位于黄淮海平原的中国科学院禹城综合试验站为例,探讨和估算了长期定量施肥对冬小麦(Triticusp aestvum L.)、夏玉米(Zea Mays L.)生长和土壤有机质(SOM)的影响。结果表明,长期的N、P肥配施或N、P、K均衡施肥,可显著增加SOM储量,并且后者要优于前者;SOM增加主要集中在0～20 cm深度的土层,40～60 cm基本不变;生物量对SOM储量变化影响明显,NPK,NP处理作物生长良好,作物残体输入明显优于其他处理;0～40 cm可以代表该区用以计算土壤固碳潜力,并且在N、P、K均衡施肥条件下,0～40 cm土层中SOM储量长期以来持续增加,并未达到上限,每年的平均固碳速率(以C计)达182.8 kg·hm-2,约是全球平均水平的1.5倍,全国平均水平的1.1倍。华北平原若按N、P、K均衡施肥,农田土壤每年固碳潜力将达到1.6～2.4 Tg·a-1。

不同畦面结构下地面灌溉效果的对比分析

为研究畦面结构变化对地面灌溉效果的影响,在4种不同畦面结构的大田灌溉试验基础上,用WinSRFR3.1模型对平作畦灌、细沟灌、畦作浅沟灌和微垄沟灌的田面土壤特性参数和灌水效果进行估算和模拟,比较了不同灌溉方式由于畦面结构改变引起的田面土壤特性和灌水效果差异,并提出不同畦面结构的适宜畦田规格。研究认为,不同畦面结构的田面糙率系数和土壤入渗特性差异明显,微垄沟灌糙率系数最大而平作畦灌糙率系数最小,平作畦灌入渗速率最快而畦作浅沟灌入渗速率最慢;对长畦田来说,畦作浅沟灌灌水效果最好,微垄沟灌次之,平作畦灌最差;在单宽流量为4.5L/(m·s)条件下,畦作浅沟灌灌水效率达到80%的最大优化畦长为200～220m,微垄沟灌为170～190m,细沟灌为150～170m,平作畦灌为150～170m。畦面结构是影响地面灌溉效果的重要因素,在地面灌溉研究和实践中都需考虑进去。

中国温带荒漠植物蒸腾过程模拟的若干问题分析

荒漠植被蒸腾过程是研究干旱区生态水文过程的关键一环。当前对植物蒸腾过程模拟的发展方向是光合-气孔导度-蒸腾过程耦合模型,将植物叶片的水碳交换过程通过气孔导度模型耦合起来,从而反映植物生理生态对植物蒸腾的影响特征,也揭示水分胁迫是如何影响植物生长过程的。中国干旱区水分环境是特殊的,温带荒漠植物的生理生态对干旱环境下水分条件的响应过程也是独特的,这决定了荒漠植物蒸腾过程特征的独特性,也使得当前先进的水碳耦合蒸腾模拟方法针对中国荒漠植物需要进行有针对性的修改。这些修改的关键包括对干旱区荒漠植物SPAC水分运动过程、植物水分胁迫的生理生态响应规律和荒漠植物气孔导度变化规律等的理解和模拟。相关的国内研究近些年已经有了一些开展,部分领域也得出了许多有意义和可以借鉴的结论。但是围绕蒸腾模型建立所必需的一些水碳交换过程规律的深入认识和模拟等方面,目前的研究没有比较好的支撑,还需要进一步深入研究。

近50a华北平原冬小麦-夏玉米耗水规律研究

为明确华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量的变化趋势,为水资源配置提供科学依据,论文搜集文献资料,结合中国科学院禹城综合试验站长期观测数据,采用Mann-Kendall检验法分析了华北平原近50 a冬小麦和夏玉米的耗水量变化趋势,阐明其耗水特性和作物水分利用效率变化,最后通过对蒸发能力和气象要素的变化趋势分析明确了冬小麦-夏玉米耗水量变化的主导原因。研究表明:①近50 a华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量呈下降趋势,冬小麦耗水量从501.2 mm降低到456.3 mm,夏玉米耗水量大体变化在300～400 mm,平均为350 mm左右;②冬小麦和夏玉米水分利用效率大幅度提高,冬小麦水分利用效率由3.31 kg/(hm2.mm)增至15.91 kg/(hm2.mm);夏玉米水分利用效率从3.72 kg/(hm2.mm)提高到23.36 kg/(hm2.mm);③拔节—乳熟期是冬小麦耗水强度和耗水量最大的一个时期,华北平原需要通过多次灌溉满足作物水分供需平衡,拔节—灌浆期是夏玉米耗水强度和耗水模系数都比较高的时期,适逢华北地区雨热同期,一般不需要进行补充灌溉;④大气相对湿度增加和日照时数减少是蒸发能力减弱的主因,进而导致作物耗水量呈现下降趋势。

耕地转型的研究路径探讨

当前,土地利用转型研究总体上处于"描述—解释"阶段,高度集中在森林转型研究领域及空间形态研究路径。学术界亟须推动土地利用转型研究向科学调控阶段发展。对此,本文尝试提出耕地转型的研究路径,以期带动土地利用转型研究领域向半人工半自然复合土地系统乃至人工土地系统拓展、研究路径向非空间形态延伸。耕地转型诊断可以从空间形态转型与功能形态转型两条路径开展。其中,前一路径关注耕地的空间分布及其收缩与扩张,可以从耕地数量变化或格局变化视角开展研究;后一路径关注耕地功能的变化过程,可以从外部性或政策演进视角开展研究。由社会—生态负反馈驱动的耕地功能形态转型,主导着由社会—经济动态驱动的耕地空间形态转型进程。据此,作者构建了耕地转型调控框架及其层次分析体系。

1999-2007年中国粮食安全的关键影响因素

选取耕地保护"新政"时期的1999-2007年为研究时段,以耕地面积与粮食产量变化的分歧原因—耕地生产力变化为切入点,通过比较分析、空间与计量分析探寻粮食安全的关键影响因素。结果表明:农民种粮积极性变化决定着耕地集约利用是影响粮食安全的关键;2003-2007年农民种粮积极性的持续提高主要来自市场粮价的上涨;粮食直补仅在开始实施的年份激发了农民对种粮收益的预期。此外,本文从提高农民种粮积极性、优化粮食生产投入及改进耕地保护模式3方面,提出了耕地保护发展的政策建议。

中国耕地多功能管理的实践路径探讨

论文立足城乡居民生存与发展需求,试图从耕地多功能角度探寻我国耕地保护的可能出路。在理解耕地多功能内涵的基础上,通过梳理耕地功能利用发展过程提出,解决耕地功能利用外部性问题,引导耕地功能利用合理竞争,从而优化耕地功能利用的社会效用是耕地功能管理的核心问题。据此,将耕地功能管理分为单功能管理与多功能管理两种模式。其中,耕地单功能管理是城乡居民需求发展过程中耕地资源管理的过渡阶段,而耕地多功能管理是耕地资源管理的发展方向。然后,就我国耕地保护、荷兰及美国农地保护的特点分别对以上两种模式进行了实证。最后,在耕地功能管理国际比较的基础上,综合荷兰与美国的实践经验及我国的特殊性,设计了我国耕地多功能管理的实践路径。

耕地多功能内涵及其对耕地保护的启示

近年来,耕地多功能管理引起了国内外的广泛关注。针对耕地需求无序竞争、耕地边际化与耕地生态系统退化三大现实问题,建立了以土地单功能利用为症结的综合分析框架,认为中国耕地保护须向耕地多功能管理转型。然而,目前尚缺乏耕地多功能的内涵解释框架。本文通过梳理耕地多功能的相关研究,从实证与规范、供给与需求及其相互关系角度,建立了耕地多功能内涵的综合解释框架。最后,本文提出耕地保护转型可同时注重构建以主体功能差异化为前提的耕地多功能空间融合模式、拓展耕地价值的提升途径并建立耕地多功能统筹利用保障机制。

耕作措施和施肥方式对麦田杂草密度和生物量的影响

为明确我国华北地区麦玉轮作系统小麦免耕的推广和施肥方式的改变对麦季杂草生长的影响,在免耕实施5年后,调查了麦田杂草密度、单株质量和生物量。结果表明:华北地区小麦生长早期,免耕有降低麦田杂草总密度和优势种播娘蒿密度趋势,但差异并不显著;相对于传统耕作,免耕秸秆覆盖和不覆盖处理总杂草生物量显著降低,其中播娘蒿生物量分别降低了57%和73%;免耕也使播娘蒿单株质量降低了27%～53%;免耕秸秆覆盖和不覆盖处理播娘蒿的株高分别比传统耕作降低了25%和19%;但一般情况耕作方式并没有显著影响离子草和麦家公生长;相对于分次施肥,集中施肥杂草生物量降低了21%～68%,播娘蒿生物量降低了58%～65%,麦家公降低91%;免耕在一定程度上抑制了某些杂草的生长,但追肥促进了杂草的快速生长。