我国夏玉米潜在种植分布区的气候适宜性研究

根据我国188 个夏玉米农业气象观测站资料与1971-2000 年10 km×10 km空间分辨率的气候资料,结合国家层次和年尺度筛选出的影响我国玉米种植分布的潜在气候指标,利用最大熵(MaxEnt) 模型和ArcGIS空间分析技术,构建了我国夏玉米潜在种植分布与气候因子关系模型,研究了影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子及其气候适宜性。结果表明,影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子有：无霜期、年平均温度、≥ 10 oC积温持续天数、≥ 0 oC积温、≥ 10 oC积温、最冷月平均温度、最热月平均温度、年降水;采用夏玉米存在概率这一综合反映各主导因子作用的指标,将我国夏玉米潜在种植分布区划分为4 个等级：最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区,并阐述了各气候适宜区的气候特征。研究结果可为夏玉米种植的科学布局及制定应对气候变化政策提供参考。     

基于贝叶斯最大熵的甘肃省多年平均降水空间化研究

 贝叶斯最大熵方法可以对具有一定不确定性的“软数据”和认为没有误差的“硬数据”进行插值。对甘肃省1961—1990年52个气象站点的多年平均降水数据进行空间化研究。通过比较普通克里格、共协克里格、三元回归建模后残差插值以及基于贝叶斯最大熵的3种不同软硬数据参与情况下的插值结果,发现考虑降水30 a时间序列不完整性以及辅助变量经验模型不确定性的插值结果的MAE和RMSE,比直接使用多年平均降水数据直接插值的MAE和RMSE小,表明贝叶斯最大熵方法通过对不确定性的考虑可以有效降低预测结果的绝对误差。从降水的空间分布来看,考虑辅助变量DEM的插值结果能相对较好的体现高程对降水的地形影响,尤其分区将辅助变量转换为软数据可以有效体现不同区域高程对降水的不同影响问题。综合误差评价以及降水插值结果的空间分布,认为BME插值过程中可以考虑数据本身以及辅助数据利用的不确定性,使降水空间化的结果更加真实客观,同时为合理利用辅助信息提供了一个新思路。     

基于PRISM和泰森多边形的地形要素日降水量空间插值研究

以黑河流域河西走廊中段地区为例,利用该研究区年、月降水与地形间较强的相关性特点,在PRISM方法的基础上对该地区日降水量进行了空间插值计算。文章提出了以月降水量的PRISM空间插值结果为该月逐日降水空间分布的参考本底,利用泰森多边形方法确定空间日降水的概率,从而实现黑河流域河西走廊中段地区日降水的空间制图方法,并对该方法得到的日降水时空数据集进行了误差分析和评估。分析结果表明,这一方法简单可靠,满足分布式水文模型或相关陆表过程分布式模拟对分布式日降水数据时空精度的要求。     

基于空间异质分区的残差IDW插值方法

空间插值可以利用已有观测数据修补缺失的观测数据,也可以利用离散数据构建连续的表面数据,但现有的空间插值方法没有充分考虑空间数据的异质性。该文提出一种基于空间异质分区的残差反距离加权插值方法(RRIDW)。首先根据采样点属性值对研究区域进行空间异质分区;为了进一步去除不同子区域内的空间趋势,对每个子区域计算趋势面,进而计算得到采样点属性值的异质分区残差,利用属性值残差进行反距离加权插值;最后结合趋势计算得到待求点处的空间插值结果。实验采用两组实际PM2.5浓度数据和降雨量数据,运用交叉验证方法对RRIDW方法与其他常用空间插值方法进行对比分析,验证了该方法的优越性和可行性。     

土壤粒径空间预测方法研究综述

土壤粒径（砂粒、粉粒和黏粒）是各种陆表过程和生态系统服务评估等模型的关键参数。作为一种土壤成分数据,土壤粒径的空间预测方法有和为1（或100%）等特殊要求,其空间分布精度受预测方法影响较大。本文针对土壤粒径相较于其他土壤属性的特殊性,提出了土壤粒径空间预测方法框架,综述了土壤粒径数据变换、空间插值和精度验证等系列方法,总结了提升土壤粒径空间预测精度的各种途径,包括通过有效的数据变换改善数据分布、结合数据分布特点选择合适的预测方法、结合辅助变量提升制图精度和分布合理性、使用混合模型提升插值精度、使用多成分联合模拟模型提升预测的系统性等。最后,提出了今后土壤粒径空间预测方法研究的未来方向,包括从考虑数据变换原理和机制角度改善数据分布、发展多成分联合模拟模型和高精度曲面建模方法,以及引入土壤粒径函数曲线并与随机模拟结合等。     

秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究北大核心CSCD

利用ARCGIS软件,以研究区多年平均年降水量为数据源,开展以下研究:(1)采用反距离权重法、普通(泛)克里金法、样条函数法和趋势面法进行直接内插。(2)利用降水量随海拔递增率,再次利用以上方法进行插值。(3)分析站点数量的变化对插值精度的影响。(4)分析插值空间尺度变化对插值精度的影响。针对插值结果,使用交叉验证法来评估插值方法的优劣,旨在找出研究区年降水量空间插值的最优方法。结果表明:(1)研究区多年降水量与纬度呈现出很好的负相关,与其他各地理环境因子相关性很差或无相关性。(2)考虑降水随海拔的递增率后,研究区南坡西段和研究区海拔<600 m和>800 m的大部分观测站的空间内插精度得到有效提高,其它区域以及其它海拔区间的插值精度反而降低,因此使用单一线性数据作为整个研究区降水随海拔的变化率不够科学和严谨。(3)在缺少研究区不同剖面降水观测资料的情况下,权重为0.001的正规则样条函数法是最优插值方法。(4)像元尺度在50~1 000 m间的变化对降水插值的不确定影响甚微;插值精度与选取的插值点个数无明显相关性,当站点个数为20个时,插值精度最高。     

秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究

利用ARCGIS软件,以研究区多年平均年降水量为数据源,开展以下研究：（1）采用反距离权重法、普通（泛）克里金法、样条函数法和趋势面法进行直接内插。（2）利用降水量随海拔递增率,再次利用以上方法进行插值。（3）分析站点数量的变化对插值精度的影响。（4）分析插值空间尺度变化对插值精度的影响。针对插值结果,使用交叉验证法来评估插值方法的优劣,旨在找出研究区年降水量空间插值的最优方法。结果表明：（1）研究区多年降水量与纬度呈现出很好的负相关,与其他各地理环境因子相关性很差或无相关性。（2）考虑降水随海拔的递增率后,研究区南坡西段和研究区海拔<600 m和>800 m的大部分观测站的空间内插精度得到有效提高,其它区域以及其它海拔区间的插值精度反而降低,因此使用单一线性数据作为整个研究区降水随海拔的变化率不够科学和严谨。（3）在缺少研究区不同剖面降水观测资料的情况下,权重为0.001 的正规则样条函数法是最优插值方法。（4）像元尺度在50～1 000 m间的变化对降水插值的不确定影响甚微;插值精度与选取的插值点个数无明显相关性,当站点个数为20个时,插值精度最高。     

基于作物空间分配模型的东北三省春玉米时空分布特征

利用1980-2010 年东北三省分县玉米播种面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物适宜性分布等多源数据,结合基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型（Spatial Production Allocation Model,SPAM）,在5'×5'的像元尺度模拟了春玉米种植面积与产量的时空分布,并重点分析了两者在纬向、经向,以及高程上的时空变化规律。结果显示：（1）玉米种植面积在2000 年前向北扩展至北纬44°~48°间,2000 年后在中南部出现大规模发展（北纬42°~44°）,并进一步向东扩展至东经123°~127°间,同时还表现为向低海拔（高程100 m以下）和较高海拔（高程200~350 m）扩展的态势;（2）单产在纬向上的增加区主要集中在北纬42°~48°,经向上的单产增加则相对均匀,高程上单产提升区主要集中在海拔350 m以下。（3）像元内玉米种植比例整体上由中低种植比例为主逐步演变为中高比例占据主体,并且中高种植比例像元对应的玉米单产水平整体上较高,反映了市场经济驱动下的玉米种植集聚化和规模化的发展趋势。     

基于静止气象卫星观测的降水时间降尺度研究

高分辨率降水时空分布估计对于陆面数值模拟和同化,天气、气候与环境及其相关领域研究具有重要意 义。长时间序列降水分布常使用时间和空间插值技术进行估计。本文提出了一种基于每小时静止卫星云图云分类 信息的累积降水估计时间加权插值方法,它通过利用高时空分辨率静止卫星云图所反映的云的变化,与卫星降水 估计和地面观测降水相结合,以获得时空分布比较合理的地面降水分布。将该方法应用于FY2C 云图和国家卫星 气象中心FY2C 的6 小时降水估计业务产品,得到FY2C 卫星发射(2005 年)以来具有10KM空间分辨率以及1 小 时分辨率的降水数据集,并利用中国区域自动雨量观测资料对该降水估计数据集进行检验和评估,以表明该方法 的合理性。     

青藏高原降水的梯度效应及其空间分布模拟

基于对青藏高原水汽来源的分析,结合美国SRTM提供的青藏高原DEM数据,应用G IS技术,对青藏高原降水随海拔变化的空间分布特征进行模拟分析,旨在对青藏高原降水随海拔的变化特征进行深入地认识与研究。把研究区内所属的92个气象站划分为8个降水随海拔变化类型区,分区建立实测雨量与地理因子之间的气候学统计方程,利用青藏高原的DEM数据,以0.05°×0.05°经纬网格为基本计算单元,结合海拔、坡度和坡向,推算模拟青藏高原年降水量的空间分布。模拟结果表明,东亚季风影响区大部分地区降水随海拔上升而增大,印度季风区大部分地区随海拔增高而下降,降水的海拔梯度效应由于地形和水汽来源的影响而颇为复杂。     

特色种植的空间持续性及其影响因素研究——以河南省封丘县树莓产业为例

以河南省封丘县树莓产业为例,基于实地调查,从特色种植的空间扩散网络、村域种植规模变化、不同类型村空间分布特征、整体参与村空间集聚特征4方面对特色种植的空间持续性进行分析发现：特色种植空间扩散网络密度低,空间持续性不强,但其变化的空间范围一定,集聚特征明显。运用AMOS21.0对以上现象的影响因素进行分析发现：① 农户自身特性,尤其是冒险性精神对其持续种植时长影响较大;② 资金、技术、信息等生产条件获取越便利,农户持续种植时间越长;③ 政府推动对农户持续种植具有正向作用;④ 资源环境,尤其是土壤特性和能人带动对村域种植规模影响深刻;⑤ 距离区位对村域持续种植的影响弱于基础设施条件。     

河南省主要农作物虚拟水空间分布及水资源配置研究

虚拟水是当今水科学的研究热点,被认为是解决粮食与水资源安全的重要策略。在计算河南省2009年3种主要农作物生物需水量的基础上,结合作物单产得到初级产品单位虚拟水含量,明晰了这3种主要农作物的"虚拟水"空间分布格局。研究结果表明:河南省3种主要农作物中,棉花的单位虚拟水含量最高,玉米最小。空间上小麦的单位耗水量在三门峡最高,漯河最低;玉米的单位耗水量在三门峡最高,许昌最低;棉花的单位耗水量在鹤壁最高,信阳最低;3种作物单位虚拟水含量从东南向西北增加,尤其在东西方向最明显,但是不同作物又有细微差别。中东部水资源短缺区应提高玉米和小麦的种植面积,丘陵和山前平原单位耕地地表水丰富区可种植虚拟水含量较高的作物。提供了从虚拟资源视角认识水资源消耗的实证,可以对河南省农作物布局提供科学依据。     

Spatial variability of soil nutrients and GIS-based nutrient management in Yongji County,China

Integrated nutrient management is important for sustainable agricultural production and protecting environment quality and has been widely investigated around the world. In this article the spatial variability of soil nutrients was investigated and a regionalized nutrient management system was developed using geostatistics and geographic information system technologies. A total of 511 GPS-referenced soil samples were taken in Yongji County, Shanxi province, China, and analysed for major soil nutrients: soil total nitrogen (TN), Olsen extractable phosphorus (OLSENP) and extractable potassium (EXTK). Low concentrations of nitrogen (N) and phosphorus (P) were found and they are likely to be the main limiting nutrients for crop growth in this county. Within the county moderate spatial dependence was found for all three soil variables, but at different spatial scales. The spatial distributions of TN, OLSENP and EXTK were estimated by using kriging interpolation. The cropped areas of the county were divided into fertilizer management categories consisting of four classes of TN, three classes of OLSENP and two classes of EXTK. For the targeted crop yields, regionalized fertilization maps of N, P and K in the county were produced using geographic information system. In 3-year field verification trials in two villages the crop yields of the wheat–maize rotation system increased by 10–20%, and farmers' cash income increased by 1550–2610 RMB ha^?1 year^?1 where regional fertilization recommendations were implemented, in comparison with traditional farmers' practices. The regionalized maps are a practical alternative to site-specific soil nutrient management approaches in areas where it is not practical, because of small farm size or other constraints, to use intensive soil sampling and chemical analyses.     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

近50年气候驱动下东北地区玉米生产潜力时空演变分析

利用GAEZ模型,综合考虑气象、土壤、地形等因素,估算1961-2010年东北玉米生产潜力,分析50年来气候变化导致的东北玉米生产潜力时空格局演变特征。研究发现：① 1961-2010年,东北玉米平均生产潜力波动较大,整体上以每10年80 kg/hm²的线性倾向率增加;② 由于气候变化,20世纪末、21世纪初玉米生产潜力变化较为频繁;③ 玉米生产潜力总值黑龙江省始终处于最高,近50年间增长幅度黑龙江省>吉林省>辽宁省;④ 近50年来,黑龙江省玉米生产潜力的波动较为剧烈,吉林省和辽宁省相对稳定;⑤ 近50年东北玉米适宜种植区有所增加,主要集中在黑龙江省西北地区,高生产潜力区域增加明显,呈现北移趋势。研究可为东北地区高效利用气候和土地资源,优化玉米生产布局提供依据。     

安徽省土壤侵蚀空间分布及其与环境因子的关系

基于USLE和GIS空间分析技术,对安徽省土壤侵蚀空间分布进行了定量研究,分析了土壤侵蚀空间分布与地形、土壤类型、土地利用方式的关系。结果表明:安徽省2002年平均土壤侵蚀模数为249.5t/km²·a,土壤侵蚀总量为33599148t/a。土壤侵蚀空间分布呈块状分布特征。淮北平原地区土壤侵蚀较弱,皖南丘陵山区和皖西大别山区土壤侵蚀较严重。在不同高程带上,200~500m高程带土壤侵蚀最强;不同坡度等级中,15°~25°坡度上的土壤侵蚀最强,>35°坡地上则较弱;不同坡向中,东南坡土壤侵蚀最强,其次是东坡;不同用地类型的土壤侵蚀程度不同,草地的土壤侵蚀最为严重,其次是林地;在各种土壤类型中,紫色土和黄褐土的土壤侵蚀最为突出,棕壤的土壤侵蚀微弱。     

荒漠人工植被区浅层土壤水分空间变化特征分析

研究土壤水分的空间变异及时间动态特征有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系,由于土壤水分对整个地球系统的重要性,它的时间和空间变化日益引起水文界的广泛关注。干旱荒漠区年降水量稀少,土壤水分在整个生物过程中的作用就显得尤为重要。试验于2005年4月到10月在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站人工植被区进行,主要观测1956年植被区表层（0—15 cm）和亚表层（15—30 cm）土壤水分的空间格局与动态分布及其相关影响因素。结果表明:人工植被区表层土壤水分含量明显高于亚表层,其空间变异程度为中等,空间分布的时间差异性显著;降雨是引起干旱沙地表层土壤水分空间变异的决定因素,植物根系是引起亚表层水分空间变异的重要因素。从不同微地形来看,土壤水分含量值表现为丘间低地＞背风坡＞迎风坡,变异程度丘间低地小于迎风坡和背风坡;地形是决定背风坡表层和亚表层以及迎风坡亚表层土壤水分空间分布的主要因素,而迎风坡表层土壤水分变化受风力等环境因子的影响较大。     

近30年中国农作物种植结构时空变化分析

综合运用时序变化趋势、空间集聚分析等方法,从种植结构类型和种植比例变化趋势分析了1980年以来中国县域种植结构的时空特征。结果表明：① 近30年来中国前10位的种植结构类型有16种,2002年后多元种植结构逐步替代单一型种植结构。粮食作物占优的单一种植结构类型呈逐年递减趋势,其中1980年全国82.7%的县级农业种植结构是水稻、小麦、玉米及其组合种植类型,2002年后的果蔬类型增加改变了种植结构格局。② 全国种植县中有47%的水稻、61%的小麦和29.6%的玉米的种植比例显著减少,其他作物呈现增加趋势。粮食作物由以水稻为主的格局调整为水稻、小麦和玉米共存格局,其中玉米种植面积比例在空间上变化最为显著,在中国形成北东—西南向的“玉米减少带”。种植结构调整热点的城市地区,城市化对种植结构变化影响显著,水果和蔬菜类种植比例在城市化地区快速增加。③ 种植结构变化趋势在1300个县形成空间集聚效应,水稻的高高聚集占全国县数的2.86%、小麦占5.64%、玉米占6.11%、大豆为4.53%、麻类为1.62%、棉花占7.77%、蔬菜占8.24%、薯类占12%、水果占10%、糖料占1.41%、油料占9.35%,主要分布于中国东北、新疆和沿海的城市化地区。