压减冬小麦种植面积是有效减少华北平原地下水用量最为有效的方法。近期,国家和地方政府均出台了土地休耕政策,拟在华北地下水超采区退耕冬小麦,实现“一季休耕、一季雨养”。然而,华北平原已经出现农户主动退耕冬小麦的现象。在此背景下,明确冬小麦退耕的瞄准目标、制订合理适度的补偿标准是土地休耕政策有效实施所面对的核心问题。本文利用农户问卷数据,构建多层次logit模型分析农户种植制度决策的影响因素,并计算冬小麦退耕的机会成本,旨在确定华北平原地下水超采区土地休耕政策的瞄准目标,并为农户补偿标准的制订提供建议。结果表明：① 地块层次的土地质量和灌溉条件是解释农户种植制度差异的关键因素,近70%的四等耕地和90%以上的旱地已退出冬小麦耕作,土地休耕政策应瞄准一、二、三等土地质量的水浇地;② 相似耕作条件的地块种植春、夏玉米的净收益大致相同,土地休耕的机会成本等于种植冬小麦的净收益;③ 仅考虑冬小麦对地下水资源的影响,土地休耕政策初期以地下水回升和地下水环境恢复为主要目标时,建议以350元/亩作为补偿标准参考值,后期目标转为维持地下水资源采补平衡时,可调整至280元/亩左右。

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。

通过综合80 年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据, 利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model, SPAM),获得了我国10 km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80 年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230 km,产量重心向东北迁移约320 km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。

以河北平原1998-2010 年11 地市的农业统计数据和22 个气象站点的逐日气温、降水量、水汽压、风速、日照时数和相对湿度等资料为基础,对该地区冬小麦播种面积的收缩情况及由此引发的耕作制度变化进行了分析;同时,结合作物系数法和逐旬有效降水量法,计算了不同耕作制度下的水分亏缺量,进而估算了该地区因耕作制度变化节省的水资源量。结果表明:① 该时段河北平原11 地市冬小麦的播种面积均呈收缩趋势,总面积下降了16.07%,约49.62×10⁴ hm²。京津唐城市群表现最为明显,下降了47.23%;② 冬小麦的降水满足率仅为20%~30%,而春玉米和夏玉米均为50%以上;冬小麦—夏玉米一年两熟制所需的灌溉水资源量为400~530 mm,而春玉米一年一熟制仅为160~210 mm;③ 该时段河北平原因冬小麦播种面积收缩而节省的灌溉水资源量约为15.96×10⁸ m³/a,相当于南水北调中线一期工程为京津冀三省市供水量的27.85%。

利用全疆54 个气象站点的52 年气象资料,运用一元回归线性倾向率、Mann-Kendall 突变检验及反距离加权空间差值法,分析全疆及四大林果基地的年平均气温、≥ 10℃降水及4-10 月气温和降水的时空变化规律,结合指数平滑时间序列分析法、变异系数和线性倾向率,分析了苹果、葡萄、梨等几种常见特色林果产品产量、种植面积对气候变化的响应。结果表明:全疆和四大林果基地1960-2011 年的气温、降水呈现线性增长的趋势,全疆整体上在20 世纪80 年代中后期增温增湿现象明显,进入2000 年后气候暖湿化趋势更加显著,而四大林果基地气温、降水因地理位置差异而导致不同的气候变化趋势和时空分布,其中伊犁河谷林果基地气温、降水线性倾向率最大并且降水最多,吐哈盆地林果基地降水线性倾向率最小、气温线性倾向率较大并且温度最高,天山北坡和环塔里木盆地林果基地气温、降水线性倾向率基本相同,并且都在2000 年以后增温、增湿趋势显著;全疆气候暖湿化的变化趋势有利于林果产品产量的提高,特别是在增温、增湿显著发生的年份后,对产量的提高作用更明显,另外增温也促进了喜温林果产品种植面积的扩大,并且由温度高的区域向温度低的区域扩展,林果产品空间种植分布趋势与自治区政府提出的四大林果基地建设布局相吻合;但是温度过高、降水过多,特别是气温、降水出现急剧增温、增湿和减温、减湿异常变化的年份对林果产品的种植影响较大,因此今后应做好极端气候变化对特色林果产品影响的预防措施。

土地覆被变化是气候与生态效应模拟研究的重要参量。SAGE和HYDE两个全球历史土地利用数据集在相关研究中得到广泛应用, 但在区域尺度上的应用, 其可靠性如何, 至今少有论及。以我国学者重建的传统农区历史耕地数据集(CHCD) 为基础, 从全区、省区和网格(60 km×60 km) 三个空间尺度, 对SAGE (2010) 和HYDE3.1 数据集中有关中国传统农区历史耕地重建结果进行对比分析, 结果表明:(1) SAGE (2010) 数据集对中国传统农区耕地数量重建是以单一线性插补而得, 其中1700-1950 年是以0.51%的年均增长率线性递增, 1950 年后是以0.34%年均速率线性递减, 这种“标准化”变化趋势不能客观反映传统农区土地垦殖的真实历史, 耕地面积也明显高估, 与CHCD数据集不具有可比性;(2) HYDE3.1 数据集吸纳了区域性研究成果, 使其在总量上与CHCD数据集较为接近, 具有较好的可比性, 但其在省区和网格尺度上与CHCD存在显著差异, 其中相对差异率超过70% (< -70%或> 70%) 的网格占比高达56%~63%, 超过90% (< -90%或> 90%) 的网格占比也高达40%~45%;而相对差异率介于-10%~10%的网格占比仅为5%~6%, 介于-30%~30%的网格占比也仅为17%左右;(3) 充分利用我国丰富的历史文献, 建立更高精度的中国区域历史土地利用数据集, 是提高区域气候与生态效应模拟研究质量的重要保障。

基于2010 年度广东省75 处样点灌区的实测资料和遥感图像, 应用分形理论, 采用网格盒维数法计算了各样点灌区盒维数, 结果表明:广东省灌区具有明显的分形特征, 盒维数介于1.0004~1.675 之间, 分维数均值为1.308, 形状指数均值为0.335, 都随灌区规模呈同步减小趋势。不同规模灌区盒维数大型灌区(1.442) > 中型灌区(1.287) > 小型灌区(1.195)。灌溉水有效利用系数与空间分形特征诸因子中以非空网格对数值最高, 相关性达到0.941。基于此, 建立了不同网格尺度下的灌区面积与灌溉水有效利用系数和盒维数空间尺度变异函数。同时, 从影响灌溉水有效利用系数的众多因素中, 选取了工程评价值、盒子维数、灌区形状指数、参考作物蒸发蒸腾量ET0 和当年降水量5 项指标进行了空间格局影响因素分析, 结合灰关联计算结果表明:空间各影响因素中以工程评价因子的关联度最高, 达到0.8478, 其次为形态特征因子, 自然气象因子影响最小。尝试利用分形理论为不同面积尺度灌区灌溉水有效利用系数的空间变异规律分析和尺度转换提供一种新的思路, 该结果对于指导灌区投资改造和规划建设, 具有较强的理论和应用价值。

从统计模型与作物机理模型的区别与联系出发, 介绍了识别气候变化对农业产量贡献的3 种主要统计模型, 即时间序列模型、截面模型和面板模型;综述了前人在站点和区域(全球、国家、省级、地区、县级) 尺度对这一问题的研究进展;总结了应用统计模型识别农业产量对气候变化响应敏感性的4 个主要问题, 包括时空尺度问题、产量的非气候趋势去除问题、气候要素间的自相关问题和忽略适应措施的问题;最后针对以上主要问题, 提出了改进建议及今后研究的发展趋势。

以黑龙江省为例, 比较了在大尺度范围内、利用传统的站点平均法以及基于格点水稻密度分布的泰森多边形面积权重法所得的两种省级水稻气象数据差异, 并分析了1960-2009 年内, 不同时间尺度上温度和降水的变化趋势特点。针对当地水稻低温冷害频发及其危害严重的实际情况, 对比研究了气象行业标准(QX/T 101-2009) 和国家标准中有关低温冷害的指标定义, 以及国际上较通用的有效负积温算法(GDD_n-) 这三种指标在反映黑龙江省水稻冷害事件上的能力, 结果表明:气象行业标准可以较好地反映延期型冷害对水稻的影响, 而GDD指标在反映障碍型冷害上均优于气象行业及国家标准。利用时间序列模型对包含延迟型和障碍型两种冷害影响的黑龙江省水稻产量进行拟合, 回归方程的解释能力可达92% (p < 0.05)。本研究定量得出了人为因素和气象因素对黑龙江省水稻生产的影响分别占87.2%和12.8%的结论, 并检测出近年来水稻抽穗开花期障碍型冷害的波动增加趋势, 为明确今后低温冷害的防御重点提供科学参考。

随着全球气候暖化问题的日益加剧, 土壤盐渍化问题已经成为各国关心的全球性问题, 全球约有7%的土地受到盐渍化的威胁, 而且这个数字还在上升。我国是土壤盐渍化比较严重的国家, 盐渍化土壤面积大, 分布广, 对区域农业发展构成了严重的威胁。本文对70 年来我国土壤盐渍化研究的内容框架进行了梳理和概括, 并结合国内外的相关研究成果对已有研究中存在的不足进行了评述;借助文献数据库和相关数据共享网络对近30 年来国内外盐渍土研究的趋势和总体概况进行了总结, 提出了新形势下土壤盐渍化研究的5 个重点领域和方向, 旨在为今后开展盐渍土研究提供新的思路。