磷指数模型在美国的应用和发展

磷是植物生长必需的营养元素之一,在农业生产中起着关键作用。然而,长期过量的磷肥投入导致土壤磷素水平增加,进而加大了土壤磷素流失风险,造成农业非点源磷污染,同时这也成为导致水体富营养化的主要因素之一。因此,识别和管理农业非点源磷的流失风险关键区,成为面源污染亟待解决的关键问题。磷指数模型起源于20世纪90年代,是评估农田磷流失潜力和指导磷管理决策的重要工具之一。根据研究区特点,美国众多学者在各州设立了不同的磷指数指标体系,优化了磷指数的组成因子、计算方法和分级标准。本文对美国各州磷指数模型评价体系进行了综述和评价,指出了磷指数模型的局限性,提出了改进方向,以期为我国磷素管理方法提供借鉴。     

GIS技术在非点源污染研究中的应用进展

GIS技术在非点源污染研究中日益得到重视和广泛应用,基于GIS技术的非点源污染模型应用研究已成为非点源污染研究的热点。阐述了GIS在非点源污染研究中应用的必要性,对GIS在非点源污染应用的三个层次即建立空间数据库、提取模型参数和与模型的集成应用进行了介绍,并对今后研究方向进行了探讨。     

基于产量反应的东北一季稻推荐施肥方法的可行性

  【目的】  推荐施肥是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。基于产量反应的养分专家系统 (Nutrient Expert for Rice,NE) 易于操作,便于推广。通过大量田间试验,验证了其在东北一季稻上的应用效果。  【方法】  于2013—2018年在东北水稻主产区黑龙江省和吉林省共开展了115个田间试验,每个试验包括6个处理:1) 基于水稻养分专家系统推荐施肥处理 (NE);2) 农民习惯施肥措施处理 (FP);3) 基于测土配方施肥或当地农技部门推荐施肥的处理 (ST);4)～6) 分别为基于NE的不施氮 (N)、不施磷 (P) 和不施钾 (K) 处理,用于计算养分利用率。水稻收获期调查产量,依据肥料成本,计算净效益和肥料利用率。  【结果】  NE、FP和ST处理间的水稻产量无显著差异 (P = 0.185),但以NE处理的产量较高,平均为9068 kg/hm2,与FP和ST处理相比,分别增加了344和196 kg/hm2,其产量差随着NE系统不断优化趋于稳定。虽然NE处理的肥料成本 (TFC) 最高,但其净效益 (GRF) 比FP和ST处理分别高1043和537元/hm2,这部分效益都来自于产量的增量。养分回收率 (RE) 均以NE处理最高,与FP和ST处理相比,氮素回收率分别提高了3.3和2.3个百分点,磷素回收率分别提高了3.5和3.6个百分点,钾素回收率分别提高了7.3和4.6个百分点。与FP处理相比,NE处理的氮和磷的农学效率 (AE) 分别显著提高2.7 kg/kg (P = 0.022) 和4.1 kg/kg(P = 0.030),3个处理的钾素农学效率无显著差异。肥料偏生产力 (PFP) 的大小与施肥量呈显著负相关,NE和ST处理N的偏生产力显著高于FP处理 (P = 0.004),ST处理磷素偏生产力显著高于NE和FP处理 (P = 0.001),但FP处理钾素偏生产力高于NE和ST处理,并与NE处理差异达到了显著水平 (P = 0.028)。  【结论】  与以常规测土施肥为基础的推荐施肥相比,基于产量反应的养分专家系统 (NE系统) 的推荐施肥量和比例更符合作物对养分的需求,在吉林和黑龙江两个省份的大田试验中均获得了相同或更高的水稻产量。由于NE系统无论是否进行土壤测试都可用来进行推荐施肥,因而是更加方便和可行的一季稻施肥推荐方法。     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT(soil&water assessment tool)模型,利用不同精度(1:5万、1:50万和1:100万)的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】(1)土壤数据对水文响应单元(HRU,hydrologic response unit)的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;(2)进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标(流量、泥沙、总氮和总磷)的模拟效果存在差异...     

绿肥还田对烟田土壤培肥和烤烟产量品质的作用

2006～2007年连续两年采用烤烟-绿肥轮作田间试验与室内分析方法,研究绿肥还田对土壤培肥和烤烟产量、品质的作用,取得良好效果。绿肥还田明显提高土壤有效磷钾养分含量。土壤速效磷以油菜区黑麦草区CK;土壤速效钾以黑麦草区油菜区CK。绿肥还田显著提高烟叶产量,改善烟叶品质。黑麦草区、油菜区分别比对照烟叶增产13.7%、16.4%,上、中等烟叶比例达90%以上。     

数字土壤及其应用研究进展

  目的  为实现土壤剖面信息的快速采集,并保证数据的一致性与完整性。  方法  在土壤信息采集现状分析基础上,遵照MVC设计规范,采用SQLite数据库,基于iOS操作系统设计并开发了土壤剖面信息采集系统。  结果  土壤剖面信息采集系统设计了2个主表与83个查找表,方便用户快速录入剖面相关信息,增强交互界面友好性和数据规范化,开发了基于iOS系统的App程序,可以通过iPhone或iPad安装使用。  结论  通过系统测试及应用,表明利用该App进行土壤剖面信息采集系统切实可行,在土壤剖面信息采集方面具有很好的数据一致性,减少后期录入与整理的人工成本,可为科研工作者野外土壤剖面采样及第三次土壤普查等工作提供技术支撑,具有较强的应用价值。     

河北省主要极端气候指数的时空变化特征

根据河北省142个气象站点1961-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向估计法及Kriging插值法,研究河北省极端气温事件的时空变化特征。结果表明:(1)在极端气温指数的空间分布方面,极端最高气温和夏日均呈从南至北逐渐降低的趋势,高值中心分别位于邯郸、邢台、石家庄、衡水和邯郸、邢台、石家庄、衡水、廊坊、沧州等地,而霜日则呈北高南低的空间变化规律,高值中心主要位于张家口北部地区,极端最低气温、暖日指数及持续冷期无明显的空间分布规律;从变化趋势的空间分布特征来看,全省夏日、暖日指数、极端最低气温及大部分地区的极端最高气温呈增加趋势,全省霜日则呈下降趋势,持续冷期的变化不显著。(2)极端降水指数无明显的空间分布规律。日最大降水量、强降水量、暴雨日数、连续干日及连续湿日均呈零星分布,降水强度从东南至西北大体呈降低趋势;从变化趋势的空间分布特征来看,在1961-2010年河北大部分地区的日最大降水量、强降水量、降水强度、连续湿日及暴雨日数均呈下降趋势,而连续干日呈增加趋势。从极端气温及降水指数的变化趋势可以看出,河北省具有干暖化倾向,农业生产上应采取相应的适应对策。     

稻蟹共生模式农事活动对河蟹筑穴行为及产量的影响

关注稻田养殖生物的生存状况有利于促进水稻与水产养殖生物稳产与高产。河蟹生长受多种环境因素影响,水稻田间管理是不可或缺的一部分,稻蟹共生模式目前主要采用人工管理,农事活动会对河蟹生存产生一定的影响,目前该影响尚不明确。本研究选取距离因子、水位因子以及施肥因子,分析比较田块到主路不同距离、稻田灌水和施肥等因素对河蟹筑穴习性及产量的影响。试验结果表明,人类活动使得靠近主路处理田块蟹洞数量显著增加,河蟹成活率下降5.34百分点,产量降低10.58%。同时,田面水深与稻田蟹洞个数呈显著负相关,水浅导致河蟹筑穴行为增加;施氮量与河蟹产量呈正相关关系,施氮量与蟹洞个数无相关性,河蟹筑穴行为影响不大,且河蟹的大部分生育期内田面水铵氮含量也不超标。通过适当调节田间管理措施,如减少人类活动和增加田面水深等措施可达到在稻田养蟹过程中提高河蟹产量的目的。     

国内外磷指数评价指标体系研究进展

磷是水体富营养化的关键影响因子之一,且农业面源流失的磷是水体中磷的主要来源之一。通过对面源磷的流失风险进行评价,识别其关键区,进而进行针对性管理,是控制面源磷流失的有效手段之一。作为一种评价面源磷流失风险的简单方法,自20世纪90年代以来,磷指数已经在美国、中国及欧洲一些国家得到了广泛的应用。通过采用磷指数法,在评价其流失风险空间分布特征的基础上,可以方便快速地识别出田块或流域内磷流失的关键区。各个国家或地区根据本研究区的情况建立了不同的指标体系,但缺乏统一的磷指数建立标准。从源因子、迁移因子等组成因子及因子等级划分与磷指数计算等几个方面,对国内外的磷指数评价指标体系进行了分析评述,并对其发展进行了展望,旨在为目标研究区磷指数的建立和应用提供借鉴。     

河北省表层土壤可侵蚀性K值评估与分析

利用河北土系调查成果中的土壤颗粒组成、土地利用及土壤化学性质等资料,利用EPIC模型中土壤可蚀性K值算法以及结合地统计学方法,研究了不同土壤类型、不同质地及不同土地利用类型的土壤可侵蚀性K值和土壤可侵蚀性K值的空间变异特征。结果表明:1河北土壤可侵蚀性K值平均为0.27,其变化范围为0.12~0.40,土壤可蚀性K值在0.30~0.35之间易蚀性土壤面积占总土地面积的63.71%,土壤可蚀性K值在0.25~0.3之间较易蚀性土壤面积占总土地面积的21.52%,这说明该省易蚀性土壤面积较大。2不同质地的K值之间显著性差异,粉砂黏壤质的可侵蚀性K值最大,为0.37;壤砂质的可侵蚀性K值最小,为0.13。而在不同的土地利用类型之间的K值差异性不显著,耕地的K值最大,为0.33;草地的K值最小,为0.22。3河北土壤可侵蚀性K值存在较强的变异性,其变异系数为29%。因此,在土壤侵蚀定量监测、评价水土流失时,应考虑土壤可蚀性K值的这种空间变异状况。块金值/基台值为37.3%,表明在变程内具有中等强度的空间相关性。步长为23 km,变程为440 km,变程远大于步长,表明在小流域尺度下有较好的空间相关性,进行Kriging插值能得到较准确的结果。4河北土壤可蚀性K值大体呈现南高北低的空间分布特征,南部主要是耕作栽培区,北部主要是自然植被区。该研究结果为宏观大尺度土壤资源可持续利用与制定水土保持规划提供科学依据。