区域中的水分状况分析

水分状况在很大程度上影响着区域内农业生态系统的生产力.本文以干湿线为基础分析了水分状况在区域中的动态变化.应用干湿线可以确定农作物的最佳生长区域、水分不足区不同作物生长期所需补充的田间灌溉用水量.并可作为区域农田用水灌溉的决策依据.     

农业生态系统的水热耗散过程与节水调控

华北平原广大的干旱、半干旱甚至半湿润区 ,水资源形势严峻 ,威胁农业持续发展。本文从近年来迅速发展的土壤—植物—大气连续体理论出发 ,论述了 SPAC过程与生态过程的联系与区分 ;在两个过程的联结点上衍生出水分利用率概念。讨论了界面的梯度驱动力 ,分析了水势驱动及其阻力 ,作物水分胁迫及反冲机制的诱导和增益 ,界面过程的高度非线性及其耦合。在此基础上提出水热传输界面调控与生态过程的机制调控相结合的理论与措施 ,以缓解水资源匮乏 ,提高持续生产力和水分利用效益 ;为实现农业持续发展 ,提供理论依据的实践途径。     

农田生态系统二氧化碳通量与群体水分利用率研究

本文利用二氧化碳分析系统,配合波文比装置,测定了夏玉米农田群体二氧化碳浓度差及农田小气候特征,并计算了农田冠层瞬时的二氧化碳通量和群体水分利用率。结果表明,夏玉米群体二氧化碳通量、二氧化碳浓度差及群体水分利用率存在明显的日、季节变化规律。其中水分利用率呈“Ｌ”型曲线,上午８时左右达到一天的峰值。拔节后随着作物生长发育水分利用率逐渐增大,灌浆后期由于群体光合能力下降、呼吸消耗增强而逐步下降。太阳总辐射、二氧化碳浓度、空气饱和差及土壤水分等环境因素以不同机制及过程影响水分利用率。在生产实际中,可通过秸秆覆盖、喷灌等措施降低蒸腾驱动势,提高水分利用率。     

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5～7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6～9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。     

生态水文过程观测与模拟的发展与展望

中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心是管理CERN陆地生态系统台站水环境长期监测的专业分中心,也是从事生态水文学研究的一个学术团队.长期以来,CERN水分分中心致力于先进的生态水文观测方法和技术的引进与研究,先后在大型蒸渗仪、涡度相关技术、实验遥感方法、大孔径闪烁仪和同位素技术应用于生态水文过程的观测方面做了许多卓有成效的工作,对生态水文过程野外观测方法先进技术的应用在国内起到引领作用.CERN水分分中心也开展了以陆面蒸散过程机理与模拟的研究,围绕华北农田作物蒸散过程模拟方法,从早期的经验模型,到具有物理基础的模型,发展到基于水碳耦合机理的蒸散过程模拟方法.未来的发展,需要进一步深入推进新技术新方法在生态水文过程观测中的应用,并构建不同生态系统生态水文过程机理模型,为流域和区域水资源管理及生态系统管理提供科学数据和科学工具.     

现代农业地理工程与农业高质量发展——以黄土丘陵沟壑区为例

农业地理学是农业科学与地理科学的交叉学科,农业地理工程是地理学与工程学交叉研究在现代农业与乡村领域的进一步深化和系统应用。随着现代农业科学技术和人地系统科学的创新发展,区域农业基础建设的科技需求日益旺盛,农业地理工程试验成为农业工程技术研发和农田系统管理的重要任务。本文阐述了农业地理工程的科学内涵、试验原理与技术方法,并以黄土丘陵沟壑区为例开展了地理工程试验研究和农业高质量发展对策探讨。结果表明：① 农业地理工程试验主要包括针对特定区域地理环境和农业发展问题的水土配置、土层复配、大田试验、生态防护、地理空间分析与监测,旨在探明区域高标准农田建设、健康农业生态系统营造的水土气生资源要素耦合规律,建立可持续土地利用系统与多功能农业经营模式。② 农业生态系统试验主要包括沟道边坡防护方式、健康农田系统结构、作物与土壤匹配关系、耕地投入产出经济分析,通过开展土地改良、作物优选交互试验和田间试种,揭示新造地“作土关系”耦合机理与优化调控途径。③ 作土关系优化调控是工程试验设计的主要内容,包括气候—作物优选、土体结构改良、地形—作物优选、土壤质量改良、土壤—作物优选、效益—作物优选6个阶段。④ 农业地理工程技术应用的核心任务是深化贯通综合研究、揭示微观耦合机理、建立工程试验范式,其应用路径主要体现在时间维、空间维与逻辑维三个维度。新时期农业地理工程试验与示范应用,有利于丰富农业地理学前沿理论与方法论,对于推进地理工程化研究和服务农业农村高质量发展决策具有重要意义。     

陆地生态系统碳—水耦合机制初探

陆地生态系统的碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。大量的研究已经表明两者之间具有密切的耦合作用。但是目前对于两者的耦合关系和耦合机制还缺乏系统的分析和总结。本文在综合相关研究的基础上,对陆地生态系统碳-水耦合的基本过程和基本作用机制作了概括。我们认为陆地生态系统碳-水耦合过程共包括土壤-植被节点、植被-大气节点（气孔节点）、土壤-大气节点和生化节点4个碳-水耦合节点。碳-水间的生化反应、气孔对光合-蒸腾的共同控制和优化调控作用、生态系统对碳、水循环的同向驱动机制分别是陆地生态系统碳-水耦合的生物化学、生物物理学和生态学基础,共同构成了碳-水耦合的基本作用机制。我们还用水分利用效率（WUE）概念对碳-水耦合过程中的碳/水耦合比例关系作了探讨。     

生态系统与持续农业

本文从理论和实践的角度论述了生态系统和持续农业间的关系，提出可持续的农业生态系统是可持续农业的基础。在生态系统概念的拓展与持续发展部分，论述了持续发展的思想是从生态学角度提出来的，认为对生态系统的深入研究，并建立可持续的生态系统，是实现持续发展目标的基本条件；在农业生态系统与农业持续发展部分，论述了可持续农业生态系统和可持续农业的定义、内含、研究重点和它们之间的相互关系；在中国的持续农业建设部分，     

关中平原典型村落农业转型对生态系统服务的影响研究

全球化和城市化驱动农产品市场需求的日益增长正在推动农村和农业的转变与重构，深刻影响着农村经济、社会和生态发展之间的关系。以关中平原典型村落—余家营和马家村为例，研究城市化影响下农业转型对农业生态系统服务产生了何种影响，对探索城乡互动机制、乡村特色农业发展以及生态景观建设等具有重要意义。通过问卷调查，半结构式访谈、野外填图等对余家营村和马家村的土地利用变化及农业生态系统服务进行测评，分析了关中平原农业转型变化及其对农业生态系统服务的影响与机制。结果表明：(1) “粮—粮”和“粮—果”转型使农业景观、种植结构、农户行为等都发生较大变化，在由传统粮食生产向水果、蔬菜、苗木花卉等现代型农业转变过程中，作物品种由低产量、低品质转为高产量、高品质，并更趋多样化；出现少许耕地转变为草地和林地的现象；农户积极性提高，科技水平有所提升。(2) “粮—粮”和“粮—果”转型的生态系统服务均以正服务为主，其中“粮—果”经济生产功能增长较大，增长了523.9%，但“粮—果”转型造成的负向生态系统服务也较高，因此在农业转型中生产经济价值增长越大对生态系统服务的负向影响就越大。（3） 农业转型主要受到城市化、国家政策的驱动，并通过影响农田的农业景观、农业结构、农户行为进而影响农业生态系统服务功能，反之，农业生态系统服务变化也会影响到国家政策以及农户行为。     

地理学视角的农业节水理论框架与水资源可持续利用

水资源亏缺是中国农业可持续发展面临的主要挑战。本文从地理学的综合性视角出发,提出区域农业耗水与生产、生态效益关系的概念模型,拓展了“土壤—作物—大气系统界面节水调控理论”,构建了节水与适水并重的农业综合节水研究体系及其理论框架。并以华北平原为例,探究了中国缺水区农业水资源可持续利用途径。基于田间水循环及节水潜力的研究表明,华北平原小麦—玉米一年两熟农田年水分净亏缺220 mm,要实现农田尺度水平衡,需改为二年三熟,甚至一年一熟;京津冀区域尺度模型模拟表明,若通过调整农业种植规模和结构来平衡区域地下水超采,则小麦产量只能满足75%的口粮需求,要实现地下水采补平衡下的粮食自给,需要外部调水来补足水资源亏缺;基于农田耗水结构的节水试验表明,与地面灌相比,地下滴灌的小麦季、玉米季蒸散分别减少88 mm、60 mm,年均可节约耗水1480 m³/hm²。因此,深度田间节水技术会对种植结构和种植制度调整的节水效应产生显著支撑,从而实现稳定农业产能和水资源可持续利用的双重目标。从地理学综合视角出发,未来应更多关注变化环境下水资源的形成、转化和利用,从水量和...     

川中丘陵区土地利用变化的生态环境效应——以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站集水区为例

通过长期的观测数据分析与土地利用现状的对比 ,研究四川盆地中部丘陵盐亭紫色土农业生态试验站集水区的土地利用变化及其环境效应。结果表明 ,截流村土地利用自 6 0年代以来发生了巨大变化 ,其中有林地增长约 30 % ,有林地分布在丘陵坡顶、陡坎和地边 ,与农田形成镶嵌格局 ,由此构成的农林复合系统有较好的水土保持能力 ,缓减了农村燃料、饲料、材料和肥料的不足 ,具有良好的生态、社会和经济效应 ,初步实现了生态系统的良性循环。     

甘肃黄土高原农业水分条件研究

计算分析了甘肃黄土高原的降水变化,农田蒸散和农作物水分亏缺的特征及其对农业生产的影响,表明区域主要降水特征均不利于农业生产;农田蒸散强烈,土壤水分亏缺严重;农作物水分供南非差额大,其水分适宜度低,降水产量指数小。     

华北平原节水灌溉的信息管理与实时操作模式

农田节水灌溉的重点在两方面：一是灌溉技术；二是科学的灌溉管理制度。本文构造了节水灌溉系统框架；供水子系统，农田需水子系统，农田水分动态子系统和节水灌溉决策支持系统。论述了节水灌溉的管理信息系统，最后给出了在限制供水条件下最优灌溉的目标函数，约束条件和系统求解。     

土壤—植物—大气系统水分运行的界面过程研究

本文从水文循环的微观角度出发，针对大田土壤－大气系统中的水分运行与转化，研究了ＳＰＡＣ各界面上水分与能量的交换过程，旨在通过各界面上水分运行与生态环境因子相互作用关系，探索各界面水分、能量通量的计算与人工调控的可能途径，为农业节水提供理论依据。     

冬小麦水分耗散特性与农业节水

本文根据中国科学院禹城综合试验站１９８６年－１９９６年蒸渗仪农田水分模拟试验资料统计；冬小麦全生育期耗水量可达４８２．５ｍｍ，缺水率可达６９．３％；冬小麦全生育不分耗散过程有两个明显的需水峰区和３个关键需水期，为实施节水灌溉提供了实验依据；冬小麦耗水量与环境因子有明显的相关关系，其统计规律可供地下水浅埋区区域灌溉预测参照应用。     

作物水分利用效率对温度和CO2浓度升高的响应研究进展

以大气CO2浓度和温度升高为主要标志的全球气候变化对作物水分利用效率产生重要影响,作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高的响应特征与机理研究,对揭示气候变化对作物生长的影响及其机制具有重要作用和意义。本文分别介绍了作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高的响应研究进展,CO2浓度和温度升高对作物水分利用效率的协同效应,以及CO2浓度与温度升高对作物水分利用效率影响的实验研究方法,并提出了作物水分利用效率对CO2浓度和温度升高响应研究仍需要解决的几个关键问题:①多因子协同效应;②不同品种的响应差异;③不同尺度水平的响应过程;④作物水分利用效率对气候变化的适应性。     

陆地生态系统碳- 水耦合机制初探

陆地生态系统的碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。大量的研究已经表明两者之间具有密切的 耦合作用。但是目前对于两者的耦合关系和耦合机制还缺乏系统的分析和总结。本文在综合相关研究的基础上,对 陆地生态系统碳- 水耦合的基本过程和基本作用机制作了概括。我们认为陆地生态系统碳- 水耦合过程共包括土 壤- 植被节点、植被- 大气节点(气孔节点)、土壤- 大气节点和生化节点4 个碳- 水耦合节点。碳- 水间的生化反应、气 孔对光合- 蒸腾的共同控制和优化调控作用、生态系统对碳、水循环的同向驱动机制分别是陆地生态系统碳- 水耦 合的生物化学、生物物理学和生态学基础,共同构成了碳- 水耦合的基本作用机制。我们还用水分利用效率(WUE) 概念对碳- 水耦合过程中的碳/水耦合比例关系作了探讨。     

中国科学院新疆生态与地理研究所阿克苏绿洲农田生态系统国家野外科学观测研究站

中科院新疆生地所阿克苏站始建于1982年,2005年进入中国科学院生态环境网络和国家野外研究站网络。站区位于塔里木河三大源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)交汇处(80°51′E,40°37′N,海拔1028 m)。站区属暖温带极端干旱气候类型,年均降水量45.7 mm,年均气温11.2℃,是塔里木盆地水系变迁最剧烈的区域和农田水分消耗最大的区域,是监测与研究极端干旱区绿洲农田生态系统水分、盐分和养分过程变化规律、节水灌溉理论和技术示范体系以及绿洲农业可持续发展的理想场所,极具典型性。     

贡嘎山东坡亚高山不同林地土壤水分特性与生态环境效应

森林土壤水分特性，包括水分的渗透与蒸发、保持与贮存等对森林生态环境都有重要意义。本文研究了长江上游贡嘎山亚高山不同森林类型土壤的水分特征及其生态环境作用，结果表明：成熟林、过熟林土壤在储水、渗透、容水、蒸发和持水特性等多数方面利于保持和改善生态环境，次生或林分单一森林类型次之，林木皆伐后最差。研究区以成熟林和过熟林为主，生态环境保护较好。尽管该区与长江上游其它地区一样同具自然地理条件差、生态环境脆弱的特征，但由于该区森林植被和环境得到了有效保护，土壤水分特性好，促进了森林生态系统的良性循环，生态环境问题得到进一步改善。     

干旱地区植被影响沙地水分传输机理及其参数化

从植物生长与水分平衡的关系入手,在土壤水分动力学和近地面空气动力学等学科的研究基础上,依据植物生理生态学原理,探讨了干旱地区植被影响沙地水分传输的机理,初步建立了植被参数化模型和土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输综合模型。主要研究结果如下:①分析了荒漠植物的生长及其动态变化特征,对沙生植物地上部与根系生长,尤其是根系在土壤中的分布进行了量化。②分析了荒漠植物的蒸腾特性及其气孔调节作用机制,指出了土壤水分亏缺是叶片气孔关闭、蒸腾作用降低的主要原因,探讨了植物蒸腾作用与气孔调节之间的复杂关系及其今后的研究重点。③揭示了沙地植被蒸发蒸腾的变化规律;分析了影响沙地植被蒸发蒸腾的生物因素和环境因素的作用。④初步建立了植被参数化和SPAC水分传输综合模型,模拟了植被结构影响冠层能量平衡过程,探讨了植物状态参数、生理参数与蒸发蒸腾的相互关系。