三江平原水土资源空间匹配格局

三江平原是我国重要的商品粮生产基地,其水土资源的空间匹配格局对保障区域粮食安全具有举足轻重的作用。近年来,由于水稻的大面积种植,三江平原水土资源数量、质量及其空间匹配状况均发生了明显的变化。为了客观地评价三江平原水土资源空间匹配现状,该研究在分析水土资源空间分布格局的基础上,引入水资源可利用量作为水资源量的表征参数,从水资源的可利用量与耕地资源的匹配角度,构建了区域水土资源匹配测算模型,并对其匹配程度进行了划分。分析结果表明,2000年以来,三江平原水土资源整体表现出"土地资源丰富,水资源欠缺"的态势,并且其空间分布格局存在明显的错位现象,已非惯称的"水土资源丰富和匹配";2008年三江平原水土资源匹配系数为0.35×10⁴ m³/hm²,远低于同期全国平均水平(0.56×10⁴ m³/hm²),水土资源匹配较差;水土资源匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"南北优于东西,边缘优于腹地,林区优于农区,山丘区优于平原区"的格局。针对三江平原水土资源空间匹配程度差、区域差异明显的特点,应在水利设施建设的同时,兼顾水土资源的优化配置,以此提高三江平原水土资源空间匹配程度,为三江平原的粮食生产提供保障。     

基于RS和GIS技术的区域农田灌溉量预报研究及应用

区域尺度上开展农田灌溉量预报需要考虑土壤、作物和大气的空间差异性。论文针对农田灌溉现状分别建立了需水量灌溉预报模型和土壤湿润层灌溉预报模型,并在预报模型中引入RS和GIS技术来考虑预报参数的空间差异性,初步实现了区域尺度上250 m分辨率网格化的农田灌溉量预报,并在北京地区冬小麦灌溉量预报中进行了应用。结果表明:北京地区2010年冬小麦6月灌浆期间和11月下旬越冬前冻水的预报灌溉量分别为375 m³/hm²和600 m³/hm²,均较现行农业生产中建议的灌溉量明显偏少,具有节水经济效益潜力。这些结果显示了RS和GIS技术在区域尺度上农田灌溉预报中的良好应用潜力,且预报结论和应用效果能达到较好统一。     

皇甫川丘陵沟壑区小流域生态用水实验研究

一个强烈水土流失小流域(准格尔五分地沟),经过20多年水土保持植被建设,乔灌草人工植被镶嵌分布,覆盖率达80%,在有效遏制水土流失的同时,也消耗相当量的水资源---生态用水。2002年生长季节,采用实验研究方法,测定了该小流域各不同类型植被蒸散量、各不同类型土壤贮水量及降水量等,计算出该小流域四大类型植被生态用水(按大小顺序):①农田为5321.3m³/hm²;②乔木林为4654.8m³/hm²;③灌木林为4047.8m³/hm²;④草原为3244.3m³/hm²。估算出全小流域生态用水量:①各类植被生态用水量约150×10⁴m³;②水库湿地生态用水量约26×10⁴m³;③居民点生态用水量约4000m³。三项合计,即五分地沟小流域总生态用水量约176×10⁴m³。值得重视的问题是:该小流域植被生态用水量和总生态用水量均超出同期降水量(130×10⁴m³)达20×10⁴～40×10⁴m³。这意味着土壤贮水量耗减20～30mm。因此,在生态环境建设中,构建适宜的植被模式,调控生态用水量,将对维持生态系统稳定及其环境改善起重要作用。     

燕山北部山地人工林和天然次生林的生物碳贮量

为了了解人工林与天然次生林碳汇功能的差异,以燕山北部山地华北落叶松人工林和杨桦天然次生林为研究对象,对不同年龄阶段的两种林分的生物碳贮量进行了研究。结果表明:13、18、28 a生杨桦天然次生林总生物碳贮量分别为27.33、35.77、46.13 t/hm²,9、13、30 a华北落叶松人工林分别为21.97、34.14、55.62 t/hm²; 0~13 a,14~18 a,19~28 a杨桦林生物总碳贮量的年碳积累速率分别为2.10、1.69、1.04 t/hm², 0~9 a,10~13 a,14~30 a落叶松林分别为2.44、3.04、1.34 t/hm²;华北落叶松单木生物量增长速率明显高于白桦和山杨,在10~25 a的年龄段,落叶松生长速度是白桦、山杨的1.63~5.83、2.26~7.87倍;华北落叶松的BCEF(生物量转化和扩展因子)和BEF(生物量扩展因子)随年龄和胸径的增长有逐渐降低的趋势,而白桦和山杨的两个参数则有逐渐增加的趋势。由此得出结论,在燕山北部山地,与杨桦天然次生林相比,华北落叶松人工林表现出更强的碳吸存能力,该地区大面积的华北落叶松幼、中龄林具有巨大的碳汇潜力;同时,使用生物量碳计量参数时应考虑树种、林龄和胸径的差异。     

基于水资源耦合价值的绿色水价模型及其应用——以下辽河平原为例

为了准确体现水资源价值的差异性、动态性及其整体性,提出基于绿色核算的水资源耦合价值评价指标体系及绿色水价模型。以下辽河平原为例,引入可变模糊综合评价法,结合熵值法和层次分析法对水资源耦合价值进行评价,计算该区水资源天然价值系数、附加价值系数、经济价值系数、社会（公益）价值系数、生态价值系数及环境价值系数,据此得出绿色水价标准：城乡居民生活用水为3.54 元/m³,农村居民生活用水（暂行）为132 元/（a·人）,农工商服务业用水为6.14 元/m³,农田灌溉用水（暂行）为0.79 元/m³,行政事业用水为4.72 元/m³,园林绿化用水为7.34 元/m³,特种行业用水为12.33 元/m³。各行政分区水资源耦合价值及各单项价值的评价结果基本符合该区客观实际,绿色水价模型体现了区域水资源禀赋,反映了经济社会发展及生态环境等对水资源的需求。     

吕梁山连片贫困区南部水资源实物量表特征

为实现区域水资源的优化配置及区域经济、社会和水资源的协调持续发展,查明区域水资源实物量,选取水资源生态极为脆弱的吕梁山连片贫困区的南部地区,基于2008—2017年的水资源数据,编制区域水资源实物量表,分析水资源实物量的时空分布特征。结果表明：（1）吕梁山南部贫困区水资源实物存量在研究期内呈明显增加趋势,增长值（含重复计算量）高达6101×10⁴m³,其中地表水实物存量期间增长最快,地下水实物存量期间增长较慢;第一产业用水增加明显,这与区域高耗水的经果林大面积推广种植有关。（2）居民生活用水增长明显,人均生活用水量增加较快,居民生活用水是当地水资源实物存量变化的主要影响因素。（3）研究区各县水资源实物量空间分布差异大,县域间水资源平均存量最大相差3971.4 m³;单位面积平均水资源存量及单位面积平均水资源实际使用量均为隰县最多,吉县最少;隰县人均生活用水量最多,汾西县人均生活用水量最少。（4）实际用水量与水资源总量相关程度高,水资源的存量在一定程度上制约了水资源的实际使用量。研究结果对于区域水资源优化配置及吕梁山连片贫困区早日实现脱贫攻坚具有重要的科学指导意义。     

基于WOFOST模型的京津冀地区冬小麦生产潜力评价

研究利用近40年的逐日气候数据,借助WOFOST作物模型模拟分析了京津冀地区冬小麦的生产潜力,通过与实际产量的比较,探讨了提高冬小麦产量的潜力与措施。研究表明：①京津冀地区(除张家口和承德地区)冬小麦光温潜力介于6934~9143kg/hm²之间,从冀中南部向京津地区和冀东北地区逐渐增大,区域平均生产潜力为8037kg/hm²;②冬小麦雨养潜力介于4515~6639kg/hm²之间,由东部和南部随降水量降低依次向西北递减,到冀西北区降至最低,区域平均产量为5771kg/hm²;③影响冬小麦产量的自然因子中,水分是关键限制要素,北部地区也受低温霜冻的影响;④京津冀中部和南部地区的冬小麦生产潜力年际变化波动相对较小,东北部变化波动相对较大;⑤2005-2007年研究区冬小麦的实际单产在2721~7300kg/hm²之间,区域平均5247kg/hm²,相当于潜在产量的50%~80%,其中石家庄地区附近实际产量达到潜在产量的80%以上,天津和沧州地区以及邯郸地区,实际产量与潜在产量的差距较大。     

投入产出法在虚拟水消费与贸易研究中的新应用

虚拟水是缓解水资源危机的一种途径。投入产出法是研究虚拟水的主要方法之一,可分为单区域投入产出模型（SRIO）和多区域投入产出模型（MRIO）。鉴于SRIO 和MRIO单独应用时存在一定局限性,论文提出同时运用单区域投入产出表和多区域投入产出表研究虚拟水,即：利用SRIO 计算完全用水系数,并直接利用单区域投入产出表区分本地水足迹与外来水足迹,再根据多区域投入产出表分析区域间的虚拟水贸易。广东省的案例研究显示：①2007 年广东省水足迹为333.9×10⁸ m³,其中本地水足迹223.6×10⁸ m³,外来水足迹110.3×10⁸ m³;②广东省同年虚拟水输出量445.4×10⁸ m³,输入量454.1×10⁸ m³,其虚拟水的外部来源主要是湖南、广西和浙江。结果表明以上方法可全面计算完全用水系数,有效区分本地水足迹与外来水足迹,揭示区域间的虚拟水贸易关系,为水资源管理决策提供方法支持。     

不同经营方式毛竹林氮流失年动态规律

为研究自然降雨条件下不同经营方式毛竹林径流养分流失的年动态变化规律及其差异,以浙江省杭州市临安区青山毛竹园为试验区,在粗放经营和集约经营区域,设置独立观察站。每次连续降雨后采集沉砂池水样,测定总氮（TN）、总磷（TP）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、磷酸根离子（PO₄^3-）含量,同时在动态观测期中采集坡面土壤样品,测定pH、有机质及有效N、P含量。结果表明：（1）集约经营和粗放经营毛竹林年单位产流量分别为8086.52 m³/hm²、4850.95 m³/hm²。（2）毛竹林径流水氮流失以硝态氮为主。（3）毛竹林集约经营增加了氮磷流失风险,集约经营和粗放经营毛竹林TN年单位流失量分别为45.26 kg/hm²、25.05 kg/hm²,TP年单位流失量分别为0.31 kg/hm²、0.21 kg/hm²,与粗放经营相比,集约经营氮磷流失分别增加了80.68%、47.62%。（4）毛竹林径流水中TN浓度与土壤碱解氮含量成极显著负相关,径流水中TP浓度与土壤有效磷成极显著正相关。     

机动车禁行区街区尺度污染物时空分布——基于自行车车载走航

以武汉第七届世界军人运动会期间为研究时段,以机动车辆管控的东湖风景区为研究区域,开展基于自行车车载走航形式的大气污染物浓度实时观测,填补该区域空气质量监测数据空白,为管控措施的效果评估和街区尺度健康风险评估提供精细数据.结果表明,走航观测所测得的ρ(CO)、ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)和ρ(O₃)平均值均高于监测站点,平均超过2.1倍.管控期机动车禁行区ρ(CO)、ρ(BC)、ρ(NO₂)、ρ(PM_2.5)和ρ(O₃)的平均值分别为0.97mg/m³,5.6μg/m³, 57.8μg/m³, 76.3μg/m³和208.3μg/m³,非禁行区分别为1.1mg/m³, 4.7μg/m³, 60.9μg/m³, 72.2μg/m³和197.7μg/m^3<...     

黄土丘陵沟壑区饲料油菜种植试验及其产业化前景——以延安治沟造地典型项目区为例

沟道土地整治后,如何实现土地的持续、高效利用成为黄土高原丘陵沟壑区面临的突出问题,其关键在于如何充分发挥农牧交错区的比较优势,因地制宜发展种养结合的农业生产模式。依托延安市宝塔区羊圈沟和顾屯沟实验基地,通过大田试验研究了黄土丘陵沟壑区沟道土地整治后种植饲料油菜的技术要点,并探讨了基于饲料油菜种植构建新型农业生产模式的思路。结果表明：1）延安地区具备种植春季饲料油菜的自然生态适宜性,春播饲料油菜播种量以3.9~5.1 kg/hm²为宜,苗期密度宜控制在22.5万株/hm²左右;2）饲料油菜种植需要一定的田间管理,做到施足底肥,适当追肥,间苗遵循“五去五留”原则,4~5片真叶期定苗并适当追肥浇水;3）根据油菜多功能性,黄土丘陵区可发展饲用、菜用+饲用、菜用+观光+油料等多种产品组合模式,科学推广油菜种植可以促进集“种植+养殖+加工+观光”等于一体的多功能农业发展。     

水土资源匹配视角下中国省域农产品供需平衡分析及其政策启示

粮食安全关系到中国稳定与发展和国际贸易秩序。以省级行政区为基本单位,基于2016—2018年各省份常住人口、农产品消费量、农业数据及相关参数,采用生态足迹和水足迹评价方法,在只考虑食用和再生产消费且不考虑地区耕地质量差异的条件下,核算各省份农产品自给的水土资源需求,评价中国省域水土资源承载力状态。结果显示：（1）中国现有耕地资源总量可满足自身耕地总需求（前者是后者1.81倍）,但省际差异大,东部沿海省市耕地不足。（2）农业可用水资源总量亦可满足农业可持续生产需求,但区域严重不平衡,华北平原与宁夏水资源赤字严重,而青藏高原地区、长江以南省份农业可用水资源丰富。（3）水土资源空间不匹配制约了中国农业的粮食生产潜力,不考虑环境净化用水,水土资源匹配状态可满足全国粮食自给需求;但考虑环境净化用水,中国粮食难以实现自给,承载力赤字达33715.50万人。以资源环境可持续为导向,未来中国应从农业生产布局优化、农业结构调整、农业科技、产业与人口转移、农产品进口和农业国际合作等方面着手,解决中国农产品需求问题。     

农业生产效率对农业用水量的影响

2016年中国农业用水量占用水总量的60%以上,水资源成为国家农业安全的重要保障,而影响农业用水量的因素较多。论文首先采用非期望产出的Super-SBM模型测度1998—2015年中国30个省份（西藏、香港、澳门、台湾缺少资料,未计算）的农业生产效率,再利用非参数核密度估计演示主要年份农业生产效率和农业用水量的动态变化,然后借鉴Hansen的门槛模型检验农业生产效率对农业用水量的“门槛效应”。结果表明：1）我国农业生产效率呈倒“U”型走势,省际间差异性减弱;农业用水量先下降后上升,省际间差距存在扩大的趋势。2）提高农业生产效率是降低农业用水量的有效途径,农业生产效率对农业用水量存在显著的“门槛抑制效应”,抑制强度呈“N”型走势。3）扩大粮食作物种植比例、增加农村劳动力和提高农村居民收入均能有效抑制农业用水量增加,而水资源禀赋、水利投资和耕地灌溉面积与农业用水量呈正相关性,农民受教育水平回归结果不显著。     

吉林西部植被生态环境需水量供需平衡研究

吉林西部地处半湿润、半干旱气候区,水资源的紧缺已成为制约生态环境修复和地区经济发展的重要因素.在对已往生态环境需水量研究成果进行总结,分析该区自然环境的基础上,提出了植被生态环境需水量的概念,即保证植物正常、健康生长,同时能够抑制土地沙化、碱化,乃至荒漠化发展所需的最小水资源量.采用统计年鉴资料,并利用TM卫星影像解译数据进行修正,计算出了农田、草地和林地面积.分别采用面积定额法、水量平衡法、潜在蒸散量法求得农田、草地和林地的生态环境需水量,分别为60.698亿,42.942亿和32.852亿m3.通过供需水平衡分析,得出该区植被生态环境需水量为136.492亿m3,尚缺水19.25亿m3.      

中国水土资源本底匹配状况研究

论文以中国水资源二级区为基本单元,利用单位面积水资源量法和基尼系数法,以二级区水资源总量和潜在可开垦耕地面积为数据基础,评价中国水土资源本底匹配状况,为中国水土资源优化配置提供科学依据。首先根据适宜农作物耕种的高程、坡度和土壤类型条件,得到中国潜在可开垦耕地分布;然后,计算单位潜在可开垦耕地面积水资源量,评价中国水土资源本底匹配分布状况;最后,绘制水土资源洛伦兹曲线,计算基尼系数,对中国水土资源本底匹配总体状况进行评价。研究结果表明： 1）中国北部区域潜在可开垦耕地较多,西南部和南部沿海区域分布较少,未来具有较大耕地开发潜力的区域主要分布在北方; 2）中国本底水资源和潜在可开垦耕地资源空间分布存在严重错位; 3）较之已有研究成果中依据水资源量和耕地面积计算的基尼系数0.566,论文以本底水资源和潜在耕地为基础数据计算的基尼系数0.712要大很多,表征中国本底水土资源不匹配程度要严重得多,中国80%的水资源服务不到23%的潜在可开垦耕地。     

农牧交错区农户生态足迹及其影响因素

利用农牧交错区典型区域农户调查数据,从生产和消费两个方面分析了农户生态足迹及其影响因素。研究结果表明：1）农户生产足迹远远高于消费足迹,草地生产足迹和草地消费足迹分别对农户总生产足迹和总消费足迹具有决定作用;2）农户生态足迹,尤其是草地生产足迹和草地消费足迹与收入水平具有显著正相关关系,农户从事非农就业一定程度上降低了对当地自然资源的占用和消耗;3）少数民族户、畜牧业收入占比大、人均牧草地多的农户,虽然耕地生产足迹和耕地消费足迹较小,但总生产足迹和总消费足迹、草地生产足迹和草地消费足迹均较大。基于农牧交错区脆弱生态系统,建议通过完善生态补偿机制、改变农户粗放化的畜牧业生产方式、促进农户非农就业,降低农户对本区域生态系统的压力。     

华北平原的水土资源平衡研究

采用精确的水土资源平衡计算模型 ,辅以田间观测资料 ,分析计算了华北平原农业水资源量与作物需水量之间的平衡问题。结果显示 :在充分供水的条件下 ,本区农田 (884.8万hm₂)需水量为744.36亿m3,相应的作物亏水量为309.37亿m3,有效灌溉面积 (653.2万hm₂)上的亏水量为228.73亿m3;而1995年水利工程提供的农业总用水量已达261.78亿m3,但仍有116.16亿m3的亏水量 ;文中同时对评价区内农田的有效降水量、灌溉水的田间利用量、毛管上升水量等进行估算。指出 ,虽然冬小麦的平均水分满足率为82 % ,但关键期的水分满足率 (64 % )仍然制约粮食产量的增长 ,设想通过提高渠系利用系数和优化灌溉等措施 ,华北平原的农业可望达到水土资源平衡利用的状态     

集约化农区土地利用变化对水资源的影响——以河北省曲周县为例

根据曲周县统计资料和水利观测资料,分析了近30年来土地投入变化及其对粮食作物单产变化的贡献率,并对区域水资源平衡变化的情况进行了计算和分析。研究结果表明,作为集约化农区的曲周,30年来土地利用集约化程度不断提高,表现为土地的复种指数、化肥投入和灌溉率不断提高;播种作物面积单产的生产函数模拟表明,灌溉保障率的提高对作物播种面积单产的贡献率最大,达到了0.546;作物播种面积单产提高对水资源的高度依赖性,导致了对水资源的过度开采,使区域水资源失衡。这种趋势持续下去,将对区域的资源持续利用产生不利影响。要促进集约化农区水土资源的可持续利用,只有降低复种指数,减少耗水作物,特别是小麦的播种面积。     

基于生态系统服务价值的东北农牧交错区土地利用格局优化与评价

为完善土地规划评估指标、挖掘东北农牧交错区生态建设潜力,在明晰2001—2018年东北农牧交错区生态系统服务价值（ESV）时空特征的基础上,分别以供给服务、调节服务和支持服务三种生态功能为优先发展目标,结合CLUE-S模型提出了三种土地利用格局规划方案。结果显示：（1）2001—2018年研究区ESV总量增长9.69%,其中调节、支持和供给服务功能年均占比分别为67.25%、21.88%和6.74%;（2）三种规划方案对区域ESV提升明显,其中支持服务优先情景下ESV总量提升5.84%,高于供给服务（2.66%）和调节服务（5.19%）优先情景;（3）不同土地利用类型的环境适应性不同,研究区西北部、西南部和东部部分地区更适宜造林和退耕,ESV总量和支持服务价值的提升潜力较大,而北部和东南部地区更适宜开垦农田,供给和调节服务价值提升潜力较大。不同生态系统服务间的权衡与协同是保障区域生态与经济稳定可持续发展的关键。充分考虑政策与环境适应性等因素,对东北农牧交错区土地利用格局进行优化,将为当地规划提供理论基础和实践参考。     

农牧交错带土地利用格局演变研究进展

农牧交错带作为我国农业与牧业区交汇的桥梁和纽带,其生态系统突变和变化方向的不确定性日益突出。在总结农牧交错带自然条件、存在问题和发展现状的基础上重点梳理了土地利用格局驱动力及其演变对生态过程耦合和区域生态环境的影响;基于生态化学计量学元素平衡与循环机制研究土地利用格局演变规律的研究进展,最后对目前基础理论和研究手段进行了分析和前景展望。