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改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响

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农业工程学报 2022年第14期38卷 117-126页

作者：任健王同朝梁浩关小康胡克林中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 河南农业大学农学院郑州450046 河海大学农业科学与工程学院南京210098

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础... 详细信息

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础上耦合了EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015—2017年实测的不同耕作方式下(深耕、免耕和轮耕)的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。与深耕和免耕相比,轮耕的两季冬小麦蒸散量分别降低了8.8%~10.8%和13.8%~21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%~9.4%和15.7%~24.9%。与深耕和轮耕相比,免耕的两季夏玉米蒸散量分别降低了12.5%~12.9%和20.7%~22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%~15.2%和29.1%~31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。

关键词：蒸散作物土壤耕作方式产量 WHCNS模型水分利用效率

农作物种植结构演变下的黄淮海旱作区小麦玉米生产时空格局

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资源科学 2022年第3期44卷 436-449页

作者：任频频李保国黄峰中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 自然资源部农用地质量与监控重点实验室北京100193

明确农作物种植结构类型的时空演变规律、以及演变过程中主要作物的生产时空格局,对开展农作物生产布局优化工作、促进农业可持续发展具有重要意义。基于农业统计数据,探讨2002—2018年黄淮海旱作区农作物种植结构类型的时空演变特征,... 详细信息

明确农作物种植结构类型的时空演变规律、以及演变过程中主要作物的生产时空格局,对开展农作物生产布局优化工作、促进农业可持续发展具有重要意义。基于农业统计数据,探讨2002—2018年黄淮海旱作区农作物种植结构类型的时空演变特征,同时利用空间自相关、重心模型等方法探讨农作物种植结构变化过程中该区域的两种主要作物——小麦和玉米的生产时空格局及其变化规律。结果发现:①近20年,黄淮海旱作区农作物种植结构类型整体由多样化向专一化发展,种植结构类型丰富度总体呈减小趋势,以小麦和玉米及其组合为主的种植结构占有的县域数目逐年增多,43%的县域小麦种植比例显著增加,81%的县域玉米种植比例显著增加(p农业生产地带,包括河北平原西部、鲁西北等地小麦和玉米单产呈显著“高-高”聚集特征(p河南中东部小麦单产也呈显著“高-高”聚集特征,但研究区南部玉米单产呈显著“低-低”聚集特征。尽管旱作区内部小麦和玉米的生产格局表现出一定的地域差异性,但近20年小麦和玉米的生产重心均集中分布在河北、山东、河南三省交界处,表明在农作物种植结构类型演变的过程中,区域尺度小麦和玉米的生产具有一定的时序稳定性。③在“以水定产”和地下水可持续利用的目标导向下,河北平原的小麦种植比例有所减少,2014年以后,小麦玉米型县域数目减少,玉米小麦型增加,2018年已不存在单一小麦型县域。本文可为黄淮海旱作区区域尺度农作物种植结构优化提供数据支撑与决策支持。

关键词：农作物种植结构小麦和玉米空间自相关生产重心黄淮海旱作区

黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分异特征

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土壤学报 2022年第2期59卷 440-450页

作者：任频频黄峰李保国中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室自然资源部农用地质量与监控重点实验室北京100193

基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(10~20 cm)... 详细信息

基于空间自相关理论,探讨黄淮海平原旱作农田土壤有机质含量的空间分布结构,以及有机质与土壤黏粒含量和容重的空间相关关系。结果表明:黄淮海旱作农田土壤不同土层有机质含量区域均值分别为20.11±6.46(0~10 cm),14.76±5.11(10~20 cm),9.96±4.14(20~30 cm),8.03±3.45(30~40 cm)g·kg^(-1),分别处在三级至五级水平;0~20 cm各土层中,高值区域主要分布在太行山山前平原、山东引黄灌区等传统农业生产地带,以及河南南部和安徽北部的砂姜黑土区。随着土层深度的增加,有机质含量的空间分布结构趋于明显,10~40 cm各土层中,河北平原和鲁西北地区呈现LL(低-低)/HL(高-低)型分布特征;河南和安徽地区主要为HH(高-高)/LH(低-高)型,但不同土层的具体分布差异较大。有机质含量与黏粒含量之间存在显著的数理相关关系,与容重之间关系并不明显;有机质/黏粒含量和有机质/容重的双变量局部空间自相关类型中,LL/HL型主要分布在河北平原和鲁西北地区,其中HL型在0~20cm各土层中集中分布在太行山山前平原和山东引黄灌区地带,HH/LH型样点主要分布在河南和安徽地区,但不同土层具体分布差异明显。有机质与黏粒含量的空间自相关结构更明显;0~10 cm、10~20 cm土层较20~30 cm、30~40 cm土层的空间自相关结构更明显;农业管理措施及其地域差异性是造成各分布结构在空间水平方向及土壤垂直分层方向上差异化的重要原因。

关键词：有机质含量分布结构空间自相关黄淮海平原旱作农田

基于多年MODIS-NDVI的黄淮海农区冬小麦生产力评价

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农业工程学报 2014年第2期30卷 153-161,F0003页

作者：黄珂刘忠杨丽芳中国农业大学资源与环境学院农业部华北耕地保育重点实验室北京100193 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

黄淮海农区是中国重要的粮食生产基地,研究该地区不同等级生产力耕地的空间分布,对提高该地区生产力有重要的意义。该文在提取研究区冬小麦种植空间分布的基础上,对10a时间序列冬小麦MODIS-NDVI进行特征参数提取,并将冬小麦主要生长季多... 详细信息

黄淮海农区是中国重要的粮食生产基地,研究该地区不同等级生产力耕地的空间分布,对提高该地区生产力有重要的意义。该文在提取研究区冬小麦种植空间分布的基础上,对10a时间序列冬小麦MODIS-NDVI进行特征参数提取,并将冬小麦主要生长季多年NDVI特征值均值和年际变异系数,作为多年平均产量水平和稳产水平的指示指标,进行黄淮海农区冬小麦种植区耕地生产力评价,得到黄淮海农区冬小麦生产力空间分布图。结果显示:1)多时相MODIS-NDVI数据可以用于研究区冬小麦种植空间分布提取。经县级尺度验证,有较高的提取精度;2)县级尺度的冬小麦单产水平与其辖区内冬小麦生长关键期多个NDVI特征值有显著的相关关系,可以用来评价冬小麦生产力水平;3)研究区冬小麦种植区耕地以中低生产力水平为主,高生产力水平的耕地只占不到20%。高生产力的麦田大多分布在水热条件较好的黄淮平原亚区,中等生产力麦田大多分布在燕山太行山山麓平原亚区和鲁西黄灌区,而低生产力的麦田多分布在冀、鲁、豫低洼平原亚区。低生产力麦田分布集中连片的区域多为春旱易发、土壤粘淤或低洼积盐的地区。呈现出整体气候条件主导,局部土壤条件影响的高中低生产力空间分布特征。研究结果可以为黄淮海农区的耕地质量管理和中低产田改良提供依据。

关键词：遥感模型农作物黄淮海农区冬小麦生产力分级NDVI 产量变异