东北典型黑土区土壤风蚀环境分析

根据1951~2000年的日平均风速、气温和降水数据以及1980~2000年的沙尘暴资料,分析东北典型黑土区的风蚀环境。结果表明,东北典型黑土区6个气象站点1~5月平均气温50年来显著升高,1~5月总降水量没有明显变化趋势。嫩江年大风日数1980年以来比1950~1960年多,年沙尘暴日数也有所上升,土壤风蚀环境趋于严重;哈尔滨等5地风蚀环境减弱。典型黑土区土壤风蚀环境在整个东北地区处于中等状态。     

东北黑土区主要黑土土种的容许土壤流失量

容许土壤流失量(T 值) 是进行水土流失治理的定量标准,目前以专家经验确定为主,缺乏定量研究。本文以我国重要的粮食生产基地东北黑土区为研究区,实地调查区内21 个黑土土种典型剖面的厚度,采集分层土壤样品测定理化性质后,利用修订的生产力指数模型计算了21 个土种的T值,并分析其影响因素。结果显示：21 个土种的T值变化于68~358 t/km²×a,平均141 t/km²×a。按亚类T 值为白浆化黑土(漂白滞水湿润均腐土) 106 t/km²×a,黑土(简育湿润均腐土)129 t/km²×a,草甸黑土(斑纹简育湿润均腐土) 为184 t/km²×a。土壤厚度和土壤侵蚀脆弱性指数是影响T值的主要因素,它们与T值的相关系数分别为0.750 和0.605。草甸黑土厚度明显高于其它两个土壤亚类,脆弱性指数与黑土接近,其T值较黑土T值大42.6%。白浆化黑土厚度较黑土厚度大22.1%,但T值却比黑土T值小21.7%,因为白浆化黑土有明显的障碍层存在。因此确定不同土种或亚类的T值,更能反映土壤剖面特性,对于指导水土流失治理更具实际意义。     

东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律

东北黑土区土壤侵蚀的结果使土壤在坡面上发生再分配,土壤腐殖质层厚度的空间变异增大。腐殖质层厚度的变化又引起地温和土壤水分等土壤物理性质的变化,地温和水分是影响和反映冻融侵蚀作用的重要因子,也是影响地表和土壤剖面物质运移的重要因素。本文通过实测不同厚度腐殖质层剖面的地温和土壤水分,分析了地温和水分随时间和土壤剖面深度的变化规律。结果显示腐殖质层厚度对土壤温度和含水量有显著影响,腐殖质层较厚的剖面解冻速度比薄层黑土区要慢,不同深度土层温度到达0℃的日期也不相同,腐殖质层较厚的剖面冻结时间要滞后1周左右。同时,腐殖质层较厚的黑土区土壤含水量明显大于薄层黑土区,土壤水分运移的深度范围也大。     

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.     

东北漫岗黑土区切沟侵蚀发育特征

随着人们对土壤侵蚀空间尺度认识的加深, 发育在更大空间尺度上的切沟愈来愈受到重视。切沟是土壤侵蚀的重要组成部分, 但现有的土壤侵蚀模型尚未包括切沟侵蚀部分。本研究利用高精度差分GPS, 在对东北典型漫岗黑土区切沟监测的基础上, 借助GIS 平台生成DEM, 通过DEM 的叠加分析, 探讨了沟内蚀积变化特征。并在此基础上, 提出了东北切沟侵蚀的概念模型, 认为冬春季冻融侵蚀产生沟内堆积-雨季径流产生侵蚀的过程可能是该区切沟发育的一种重要模式。     

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250～275 m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.     

基于蒙特卡洛生存分析探究东北森林物候的影响因素

植被是生态环境变化的指示器,分析植被物候的影响因素不仅有助于气候变化分析,提高区域气候模式的模拟精度,而且对于准确评估植被生长趋势、生产力以及全球碳收支均具有重要意义。基于遥感的植物物候监测已取得了长足的发展和进步,但当前利用大范围、长时间序列的遥感数据分析植被物候影响因素的研究尚不多,采用线性回归模型对非线性的植被物候影响因素进行分析可能存在偏误。因此,本文提出一种基于蒙特卡洛模拟的生存分析方法,对东北森林物候的影响因素进行量化分析。首先利用东北森林地区1982-2009年间AVHRR GIMMS NDVI数据,应用双Logistic曲线拟合方法对植被春季返青期（SOS）、秋季落叶期（EOS）及植被生长期（GSL）进行提取;然后基于蒙特卡洛模拟和生存分析构建植被物候影响因素分析模型;最后运用所构建模型探讨了东北森林区春季返青期、秋季落叶期的可能影响因素。结果发现：温度、降水和风力对中国东北森林关键物候期有一定影响,其中温度是春季返青期和秋季落叶期的最主要驱动因素,长期平均温度比短期内的温度突变对物候影响更显著,落叶期前的风速增加有可能使落叶时间提前;除了环境因素,春季返青早的年间秋季落叶倾向于更晚。研究表明,结合蒙特卡洛方法的生存分析可以较好地对物候期的影响因素进行定量分析,可为物候现象的归因分析提供一种新的方法。     

东北漫川漫岗黑土区浅沟和切沟发生的地貌临界模型探讨

对东北漫川漫岗黑土区进行实地测量及地形图量算,推求出临界模型,校验了Moore的沟蚀发生公式。研究发现,该区浅沟发生的临界阈值和指数参数分别为0.0631和-0.4643,切沟发生的两参数分别为0.1161和-0.4457。同时发现Moore的沟蚀预测公式在该研究区并不适用。通过与野外实测浅沟和切沟发生位置对比,临界模型预测的沟蚀位置较好地反映了野外实际状况。     

50年来东北黑土区土地利用变化对沟蚀的影响——以克东地区为例

以位于东北典型黑土区的克东地区作为研究区,以1965年的Corona、2005年的SPOT5和2015年高分一号影像作为数据源,通过目视解译获取研究区对应年份的侵蚀沟分布状况;以1954年地形图和1975年的Landsat/MSS、2005年和2015年的Landsat/TM影像为数据源分别获取1965年、2005年和2015年土地利用数据;以侵蚀沟裂度为指标从土地利用变化角度分析研究区近50年来沟蚀变化状况。结果表明：黑土区沟壑侵蚀状况日益严重,耕地中侵蚀沟面积最大、侵蚀沟裂度增长速度最快;耕地、草地和建设用地上沟蚀状况的加剧伴随着林地和未利用地的开垦;耕地和草地相互转换裂度变化最大,退耕还林还草短期内侵蚀沟裂度仍然很高,但随着近10年来“退耕还林”的推行和用地状况的改善,沟蚀虽仍在发展但速度趋于缓慢。     

The effects of climate change and phenological variation on agricultural production and its risk pattern in the black soil area of northeast China

The black soil region of northeast China is a vital food base and is one of the most sensitive regions to climate change in China. However, the characteristics of the crop phenological response and the integrated impact of climate and phenological changes on agricultural productivity in the region under the background of climate change are not clear. The future agricultural risk assessment has been insufficiently quantified and the existing risk level formulation lacks a sound basis. Based on remote sensing products, climate data, and model simulations, this study integrated a logistic function fitting curvature derivation, multiple linear regression, and scenario simulation to investigate crop phenology dynamics and their climate response characteristics in the black soil region. Additionally, the compound effects of climate and phenology changes on agricultural production and possible future risks were identified. The key results were as follows: (1) From 2000 to 2017, 29.76% of the black soil region of northeast China experienced a significant delay in the start of the growing season (SOS) and 16.71% of the total area displayed a trend for the end of the growing season (EOS) to arrive earlier. The time lagged effects of the SOS in terms of the crop response to climatic factors were site and climatic parameter dependent. The influence of temperature was widespread and its effect had a longer lag time in general; (2) Both climatic and phenological changes have had a significant effect on the inter-annual variability of crop production, and the predictive ability of both increased by 70.23%, while the predictive area expanded by 85.04%, as compared to that of climate change in the same period of the growing season; (3) Under the RCP8.5 scenario, there was a risk that the future crop yield would decrease in the north and increase in the south, and the risk area was constantly expanding. With a 2.0℃ rise in global temperature, the crop yield of the southern Songnen black soil sub-region would reduce by almost 10%. This finding will improve our understanding of the mechanisms underlying climate change and vegetation productivity dynamics, and is also helpful in the promotion of the risk management of agrometeorological disasters.     

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。     

东北典型黑土区气候、地貌演化与黑土发育关系

通过野外实地调查,利用地层学方法结合孢粉分析结果,研究了黑土区地层地貌的发育历史、地层序列以及古气候变化,重建黑土、黑钙土的发育历史及发育所需的地貌、气候条件。结果表明,黑土从温暖湿润的晚更新世早期便开始在嫩江的二、三级阶地上发育,而黑钙土则从全新世初开始在嫩江的一级阶地上发育,这时气候处于暖干期,且一级阶地地势较低,水位相对较高,容易接受上方高地淋洗下来的钙,从而在土壤中形成比较典型的淀积层。可见,地貌条件及气候因素对黑土、黑钙土的形成发育起到至关重要的作用。研究结果为黑土区的水土保持及土壤改良研究提供理论基础,同时为正确评估黑土层的侵蚀速率及制订合理的改良措施提供科学的参考。     

东北地区未来气候变化对农业气候资源的影响

为探求未来气候变化对东北地区农业气候资源的影响,本文基于区域气候模式系统输出的东北地区IPCC AR5提出的低辐射和高辐射强迫RCP_4.5（低排放）、RCP_8.5（高排放）情景下2005-2099年气象资料,通过与东北地区1961-2010年91个气象站点观测资料同化,分析了历史资料（Baseline）、RCP_4.5、RCP_8.5情景下东北地区农业热量资源和降水资源空间分布及其变化趋势。结果表明：① 年均温度空间分布自南向北降低,未来各地区温度均有升高,RCP_8.5情景下升温更明显,Baseline情景年均温度为7.70 ℃,RCP_4.5和RCP_8.5年均温度分别为9.67 ℃、10.66 ℃;其他农业热量资源随温度变化一致,具体≥ 10 ℃初日提前3 d、4 d,初霜日推迟2 d、6 d,生长季日数延长4 d、10 d,积温增加400 ℃·d、700 ℃·d;水资源稍有增加,但不明显。② 历史增温速率为0.35 ℃/10a,未来增温速率最快为RCP_8.5情景0.48 ℃/10a,高于RCP_4.5的0.19 ℃/10a。21世纪后期,RCP_8.5增温趋势明显快于RCP_4.5,北部地区增温更加速。其他农业热量资源随温度变化趋势相一致,但具体空间分布有所不同。生长季降水总体呈增加趋势,但不显著,年际间变化较大;东部地区降水增加,西部减少。未来东北地区总体向暖湿方向发展,热量资源整体增加,但与降水的不匹配可能将会对农业生产造成不利的影响。     

东北黑土漫岗区长坡面坡耕地侵蚀产沙沿程变化

Characteristics of soil erosion change along a long slope in the gentle hilly areas in black soil region in Northeast China are discussed. A simplified slope model based on seg-ments was used to analyze the runoff data and soil erosion data observed between 2003 and 2004 over 10 field plots with different slope length in Heshan Farm,Heilongjiang Province. We found that soil erosion rate over long slopes in the black soil region changed alternatively along the slope and creates alternative zones of intensive erosion and week erosion.The exact place of each zone is different for different rainfall conditions. In a year with less and mild precipitation,rill cannot happen within the top 50 m,while in a year with large and inten-sive precipitation,rill can be formed starting even at 15 m from the top of the slope.     

东北地区玉米低温冷害气候和经济损失风险分区

分析了东北地区玉米低温冷害发生的热量条件、发生频率、风险指数和风险概率,用冷害气候风险评价指标将东北地区划分成高、偏高、中等、较低和低风险5个玉米低温冷害气候风险区域。考虑到冷害气候风险和玉米产量和面积比例等农业生产结构因素,建立了玉米低温冷害的气候—灾损综合风险评估模式,并将东北地区划分成高风险、较高风险、中风险、较低风险和低风险5个玉米低温冷害灾损综合风险区域,并指出各区域减缓玉米冷害风险的技术和战略措施。结果表明,东北地区的北部、东部和中部低温冷害灾损风险较大,吉林省西南部和辽宁省大部风险较小。