保护性耕作改善东北农田黑土土壤生物多样性及其生态功能

保护性耕作是攻克黑土地保护和利用的核心技术之一。研究立足中国科学院黑土区农业生态重点试验室保护性耕作长期定位试验基地,系统梳理总结了农田黑土土壤生物多样性对保护性耕作的响应特征。与传统耕作相比,保护性耕作显著增加各生物类群（微生物、线虫、跳虫、螨类及蚯蚓）的物种丰富度（1%~8%）、数量（25%~57%）和生物量（30%~50%）,提高食物网网状结构的复杂性及各营养级间的连通性（14%~32%）,促进土壤生物在固土蓄水、土壤碳固存、氮素高效利用以及稳定作物产量四方面生态功能的可持续性发挥。研究结果表明,实施保护性耕作可有效利用土壤生物的功能潜力,实现东北黑土区农田生态系统的健康发展、服务国家粮食安全产业带建设和现代农业发展。     

中国东北黑土地研究进展与展望

东北黑土区是世界四大片黑土区之一,它以高有机质和高肥力而著称,不仅是东北农业发展的基础,也是中国的粮仓,在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。针对东北黑土自身的特色和面临的问题,首先描述了东北黑土地形成的条件及自然黑土的属性特征;其次阐述了黑土被开垦后农田化过程中土壤属性和肥力的演化情况,土壤有机质大幅度下降,土壤肥力降低,已严重影响到东北黑土地农业的可持续发展;在此基础上分析了黑土区耕作土壤不同保护途经及其对土壤肥力的影响机制;最后展望了未来黑土地理论研究的侧重点：应加大新技术、新方法和跨学科交叉理论的研究,培育更适合东北黑土地气候条件的高产优质作物品种,并结合目前黑土地保护的技术调控模式,优化作物种植模式,提升作物品质和产量,提高黑土区农业的综合生产力和竞争力、保证黑土区农业的永续利用。     

东北黑土水土流失特点

东北黑土区是中国的主要粮食生产基地。黑土水土流失和肥力退化一直是东北农业持续发展必须面对的问题。文章以黑土为对象,分析了水土流失的方式和特点。黑土流失面积虽大,但侵蚀的土壤物质大部分没有进入河道,而是在黑土景观的低洼部位堆积下来,形成侵蚀和堆积共存的土壤物质再分布景观特征。合理的农业管理措施,如等高耕作和保护性耕作可以在很大程度上控制黑土侵蚀,保持和恢复黑土肥力。     

黑土粮仓全域定制模式的理论基础与技术路径

东北黑土地是中国粮食生产的“压舱石”。不合理开发利用导致部分地区黑土地退化严重,影响局部区域粮食生产和经济社会发展。在全球范围内粮食供需矛盾加剧的背景下,亟需着眼于区域可持续发展战略全局,寻求系统性、科学性和经济性的解决方案。黑土粮仓全域定制模式以地理学综合思想为指导,系统诊断黑土地退化的关键问题与主导因素,构建多尺度联动、多要素耦合、多技术协同的黑土地保护共性与个性相结合的解决方案。该模式依托“星—空—地—网”立体监测系统,结合大数据与人工智能驱动的全域定制平台,构建3个不同尺度策略：① 市域尺度实施“分区施策”,制定服务于黑土保护的农业资源优化配置方案和全域农业区划方案等;② 村域尺度实施“依村定策”,制定不同类型村庄的黑土地保护利用模式;③ 地块尺度实施“一地一策”,提供黑土保护与种植管理等土壤修复和产量提升精准策略。在齐齐哈尔市开展“市域—村域—地块”多尺度的方案验证与集成示范,以破解黑土地保护与利用难题,形成可复制可推广的系统解决方案,为中国和全球黑土地农业的可持续发展提供示范样板。     

黑龙江克拜黑土区50多年来侵蚀沟时空变化

中国东北黑土资源以土壤肥沃、有机质含量高、土质疏松、最适宜耕作而闻名于世。长期以来,由于人类的过度垦殖和不合理耕作, 造成大规模的水土流失,侵蚀沟不断切割地表,蚕食耕地,冲走沃土,降低了大型机械的耕作效率。侵蚀沟研究是土壤侵蚀研究的重要组成部分,在遥感和GIS 技术支持下,选取黑龙江克拜地区作为典型研究案例,以侵蚀沟密度为主要指标,分析了研究区侵蚀沟密度的动态变化、侵蚀沟变化的高程分异特征、坡度分异特征、坡向分异特征以及侵蚀沟变化与地貌类型的关系,揭示了典型黑土区50多年来侵蚀沟的动态变化特点和空间分异规律。     

黑土保护与粮食安全背景下齐齐哈尔市国土空间优化调控路径

市域国土空间规划是空间规划体系构建的关键一环,基于黑土资源的特殊性和重要性,东北黑土区的市域国土空间规划需统筹考虑黑土保护与粮食安全双重目标。本文以黑龙江省齐齐哈尔市为例,建立了融合格网尺度与行政区尺度的黑土区国土空间功能评价指标体系,分析了市域“生产—生活—生态”（“三生”）用地的时空演变特征,诊断了其耦合协调状况,并以区域发展的多元性、社会需求的多样性为导向,提出了齐齐哈尔市黑土保护与粮食安全战略背景下国土空间优化调控路径。研究结果表明,2010—2018年齐齐哈尔市生产空间与生活空间均有一定程度的增长,“三生”功能轻度失调和勉强协调地区占比有所增加。国土空间格局冲突表现为“三生”功能协同性弱,冲突强度地域差异明显,对黑土资源的可持续性开发利用存在一定风险。本文以多尺度下“三生”功能冲突诊断结果为约束,建立了“三生”空间格局优化配置模型。研究认为,东北黑土区市域国土空间功能提升要在国家粮食安全保障能力基础上,坚持以黑土保护利用为导向,统筹“人—水—地”资源要素的组合与匹配,依托现有工业基础和产业优势,分别从引导优势功能区发展、加强重点城镇建设、提高黑土资源利用效率,协调城乡国土空间利用水平等路径来具体实施。     

时空耦合思想融入高中地理过程类问题探究的教学策略——以“东北黑土脆弱区的综合治理”为例

地理过程类问题是高中地理教学的难点。这类问题以时间序列为主线,探讨地理事象形成、发展与演变过程并预测未来发展趋势,有利于培养学生对地理过程性问题的深度认知能力。本文首先用时空要素思维说明影响东北黑土形成的主要因素;然后从系统视角分析东北黑土从潜在退化到逐步退化再到退化程度较深的过程,探讨影响东北黑土脆弱区形成的时间和空间要素;最后从可持续发展的视角,探讨东北黑土脆弱区治理措施的优化。     

东北典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及地形分异规律

以SPOT5和Corona影像为基础数据源,获取了东北典型黑土区1965年和2005年的侵蚀沟分布数据,生成了侵蚀沟密度空间分布图;基于1∶5万地形图,插值求取DEM,提取了地形因子;最后,在GIS空间分析模块支持下,分析典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及其地形分异规律。结果表明,经过40年的开发,研究区侵蚀沟密度剧增,且各等级侵蚀沟密度都出现向更高一级发展的趋势,呈现出以北西南东向为轴心,从沟蚀剧烈增加区到微度增加区变化特征;沟蚀在垂直方向上具有层状分布规律,在海拔250～275m高度出现密度最大值,说明岗坡地带是黑土区沟蚀易发区;坡度分异表明黑土区侵蚀沟出现向高坡度发展趋势;各坡向上侵蚀沟密度和动态发展状况表明,在东北典型黑土区坡向不是影响侵蚀沟发育的首要因子。     

基于黑土地保护目标的省级尺度土地类型划分研究——以黑龙江省为例

为提升对土地资源的质的了解程度,优化资源利用方式和方向,实现黑土地保护目标和“藏粮于地、藏粮于技”战略要求,以黑龙江省作为典型研究区域,考虑黑土地保护与利用需求,并借鉴地球关键带理念,从气候影响、地貌条件、地质条件、土壤特性、水文分布5个维度构建三级分类,基于GIS平台采用空间叠置法对主导因素中级分类进行叠加和综合,进行省级尺度土地类型划分。结果表明,黑龙江省共划分为39个土地类,2 121个土地型和4 945个土地组。黑龙江省土地类型单元较丰富,类型单元面积分布不均衡,低级单元相比高级单元属性更丰富,黑土区的土地类型单元呈现出不同的数量特征和空间分布特征。类型单元可反映区域的自然地理规律。空间组合结构上主要有对称式空间组合结构、重复式空间组合结构、镶嵌式空间组合结构3种结构形式。土地类型数量和结构呈现的规律性分布可为黑土地的农业生产布局优化奠定基础。     

东北漫岗黑土区浅沟侵蚀发育特征

东北黑土区是中国重要商品粮基地之一,沟道恶性扩张,已成为导致该区土地退化主要原因之一.利用全球定位系统和传统方法测量浅沟形态参数,结合地理信息系统(GIS)平台计算流域尺度的沟蚀现状,分析东北黑土区浅沟侵蚀发育特征,并对比分析其与黄土高原浅沟侵蚀发生的地貌因子之间的异同.研究表明,研究区浅沟分布密度0.56～0.93 km、km2,年侵蚀模数达到118～199 m3/km2,浅沟破坏面积占流域面积比例达0.11%～0.19%,浅沟沟壑密度已经达到中度和强度侵蚀,处于快速发展时期;研究区浅沟的临界汇水面积大于黄土高原,分布的临界坡度小于黄土高原,这主要由黑土区坡长坡缓的特点决定.     

秋免耕对坝上地区农田风蚀及土壤理化性质的影响

秋免耕是中国北方风蚀区农田保护性耕作的主要措施,对土壤风蚀的抑制作用已得到普遍验证,但对土壤性质的影响还缺乏足够认识,是否具有保墒作用还存在争议.以地处北方农牧交错带的河北坝上地区康保县作为典型研究区,采用野外调查取样和室内实验分析手段,通过比较秋免耕地与邻近秋翻耕地风蚀前后表层土壤理化性质变化的差异,研究秋免耕对土壤...     

东北黑土区容许土壤流失量研究(英文)

Soil loss tolerance(T) is the maximum rate of annual soil erosion that is tolerated and still allows a high level of crop productivity to be sustained economically and indefinitely.In the black soil region of Northeast China,an empirically determined,default T value of 200(t/km2?a) is used for designing land restoration strategies for different types of soils.The ob-jective of this study was to provide a methodology to calculate a quantitative T for different black soil species.A field investigation was conducted to determine the typical soil profiles of 21 black soil species in the study area and a quantitative methodology based on a modified soil productivity index model was established to calculate the T values.These values,which varied from 68 t/km2?a to 358 t/km2?a,yielded an average T value of 141 t/km2?a for the 21 soil species.This is 29.5% lower than the current national standard T value.Two significant factors that influenced the T value were soil thickness and vulnerability to erosion.An ac-ceptable reduction rate of soil productivity over a planned time period of 1% is recommended as necessary for maintaining long-term sustainable soil productivity.Compared with the cur-rently used of regional unified standard T value,the proposed method,which determines T using specific soil profile indices,has more practical implications for effective,sustainable management of soil and water conservation.     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

珠江三角洲丘陵赤红壤开发中的问题与可持续利用

丘陵赤红壤是珠江三角洲社会经济发展的重要土壤资源,但是长期以来的人为干扰和不合理利用使土壤性能退化,生态环境恶化,严重影响了丘陵赤红壤的可持续利用。文中总结了丘陵赤红壤的基本特性及利用现状,探讨其生态环境重建及实现可持续利用的途径。认为丘陵赤红壤面临的主要问题有:水土流失、养分贫瘠、表土砂质化、土壤结构退化、土壤水分性能退化、酸雨和重金属造成的污染等。指出实现其可持续利用的途径主要有:加强水土流失的治理;培育土壤肥力,调节土壤水分;增加生物多样性,建立良好的生态结构;防治"三废"污染,使用清洁能源;发展绿色农业与观光农业。     

保护性农业的研究现状、进展与展望

保护性农业是相对较新的一个概念,它强调了农业的可持续发展。保护性农业的三个重要要素包括少耕或免耕、永久地面覆盖和轮作。从生态学的角度,保护性农业对土壤生态系统的有益效应包括改善土壤系统的化学、物理及生物特性。然而,目前保护性农业在全世界的推广应用范围还很有限,特别是在发展中国家更是如此。在发展中国家,农民主要把秸秆用于煮饭和取暖的燃料,同时还用作家畜饲草。因此,我们面临的主要问题是研究和解决把秸秆用于土壤保护和提高土壤肥力与其它用途的矛盾。本文较系统地评述了世界保护性农业的研究现状、主要进展及展望。还讨论了实行保护性农业中存在的问题及注意事项。     

不同耕作措施对旱地农田土壤水分保持及入渗性能的影响研究

通过定西市安定区的中长期保护性耕作试验,对连续6 a不同耕作措施后0～30 cm土层土壤的水分特征曲线、土壤容重、孔隙度、土壤饱和导水率进行了测定。结果表明,两种轮作序列下,不同耕作措施0～30 cm土壤水分特征曲线在水吸力为5 bar和15 bar时几近重合,在3 bar、1 bar和0.5 bar时出现差异;Gardner模型拟合的结果显示在0.5~15 bar吸力范围内,其水吸力与含水量之间的关系符合幂函数式S=Aθ-B这一关系式,且相关系数均达极显著水平。免耕秸秆覆盖和免耕地膜覆盖的两个处理较传统耕作改善了土壤持水性能;传统耕作秸秆还田和免耕秸秆覆盖处理较传统耕作处理显著降低了0～5 cm土层容重,增加了土壤总孔度;免耕秸秆覆盖可以显著提高土壤饱和导水率。     

典型黑土区小流域浅沟侵蚀季节差异分析

通过2005年对黑龙江鹤山农场两个小流域进行定位观测,研究了典型黑土区浅沟侵蚀特征及其季节差异,并对作物类型和耕作措施对浅沟侵蚀的影响进行了分析。结果表明,两流域年浅沟侵蚀量达285.9 m³ km^-2和290.8 m³ km^-2,仅浅沟侵蚀量就超过了黑土区的土壤允许侵蚀量。浅沟侵蚀量呈现出沿坡面波动的变化,沿坡面向下存在浅沟侵蚀的强弱交替带。春夏浅沟侵蚀在侵蚀强度、浅沟形态及主要影响因素3个方面存在差异,春季浅沟侵蚀受融雪、冻融影响显著,侵蚀较夏季严重;与春季相比,夏季浅沟长度变短、宽度变大、深度变浅,浅沟体积与长度的相关性较春季差,这与夏季暴雨历时短、雨强大以及植被盖度大有关。耕作措施和作物类型影响浅沟侵蚀深度和浅沟分布,尤其在夏季比较明显。