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环境科学 2025年

作者：武爱彬陈辅国尤海舟赵艳霞河北省科学院地理科学研究所河北省地理信息开发应用工程技术研究中心北京林业大学水土保持学院河北地质大学土地科学与空间规划学院河北省林业和草原科学研究院

揭示京津冀地区植被净初级生产力（NPP）时空变化特征及其影响因素，对精准评估该区域碳收支与高质量发展具有重要意义。基于改进的CASA模型和参数最优地理探测器模型，通过Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数以及Hurst指... 详细信息

揭示京津冀地区植被净初级生产力（NPP）时空变化特征及其影响因素，对精准评估该区域碳收支与高质量发展具有重要意义。基于改进的CASA模型和参数最优地理探测器模型，通过Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数以及Hurst指数定量分析了研究区2001～2020年植被净初级生产力的时空变化特征、波动程度、未来变化趋势与NPP变化的影响因素。结果表明：①2001～2020年京津冀地区植被NPP年均值呈波动上升趋势，增幅达到28.02%，NPP年均值（以C计，下同）高于450g·(m2·a)-1主要集中在北部燕山山脉以及西部太行山山脉，NPP年均值低于150g·(m2·a)-1集中在东南平原城市区与环渤海滩涂地区。②2001～2020年京津冀地区的NPP变化波动较小，以较低波动和中等波动为主，高波动和较高波动区域集中分布在冀西北坝上高原南部和山间盆地。③2001～2020年NPP年均值变化以显著上升和呈略微上升为主，面积占比分别为66.79%和19.10%。未来变化趋势以“由增加转为减少”和“持续增加”为主，面积占比分别为65.96%和24.41%。④坡度是本研究期间京津冀地区NPP变化的主导因素，其次为海拔、温度和降水量。降水量与其他影响因子的交互组合对NPP变化的影响较高。研究结果可为研究区未来生态保护政策制定和生态工程实施提供科学依据和参考。

关键词：植被净初级生产力(NPP) 时空变化趋势分析参数最优地理探测器(OPGD) 京津冀(BTH)地区

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察汗淖尔干涸湖床风沙活动特征及其影响因素

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中国沙漠 2025年第2期45卷 129-141页

作者：刘颖王仁德蒋红军李庆苑依笑张茹春张韬北京师范大学地理科学学部/环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心河北石家庄050011

近几十年来,气候变化及人类不合理的水资源开发利用打破了中国内陆河尾闾湖泊生态系统的自平衡,造成许多湖泊水面萎缩退化,裸露的干涸湖床极易发生风沙活动进而引发盐尘暴。盐尘暴比普通沙尘暴在环境风险上具有突出危害性。以地处京津... 详细信息

近几十年来,气候变化及人类不合理的水资源开发利用打破了中国内陆河尾闾湖泊生态系统的自平衡,造成许多湖泊水面萎缩退化,裸露的干涸湖床极易发生风沙活动进而引发盐尘暴。盐尘暴比普通沙尘暴在环境风险上具有突出危害性。以地处京津冀上风上水区的坝上高原察汗淖尔干涸湖床为研究对象,采用野外风沙观测方法,结合地面调查与沉积物采样,初步分析了察汗淖尔干涸湖床春季风沙活动时空分布特征及其影响因素。结果表明:受春季风速随时间减弱、降水随时间增加及二者共同作用下的地表盐结皮形成-破碎过程影响,察汗淖尔春季风沙活动强度随时间减弱,早春的风沙活动强度远大于晚春;西南侧大湖湖心区及其西北风下风向面积约为0.72 km^(2)的积沙区是察汗淖尔干涸湖床春季盐尘释放的高值区,总面积约10.27 km^(2),最高输沙强度达88336.60 g·m^(-1)·d^(-1)。

关键词：干涸湖床风沙活动盐尘暴野外观测察汗淖尔

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覆膜农田及邻近草地风蚀物中微塑料富集特征

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中国沙漠 2025年第1期45卷 94-102页

作者：姜春龙姜宏烨代琳玥陈晨赵晨雨郭中领李继峰李慧茹邹学勇王仁德李庆周娜苑依笑常春平河北师范大学地理科学学院河北石家庄050024 河北师范大学河北省环境演变与生态建设省级重点实验室河北石家庄050024 北京师范大学北京100875 河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心河北石家庄050011 河北经贸大学河北石家庄050061

微塑料(MPs)污染已成为全球性环境问题。不同地表类型的风蚀物中MPs的富集特征不同。本研究在中国北方农牧交错带中部地区对覆膜农田与相邻草地的风蚀物MPs的富集现象进行了观测。结果表明:(1)纤维、碎片和薄膜是研究区农田和草地土壤... 详细信息

微塑料(MPs)污染已成为全球性环境问题。不同地表类型的风蚀物中MPs的富集特征不同。本研究在中国北方农牧交错带中部地区对覆膜农田与相邻草地的风蚀物MPs的富集现象进行了观测。结果表明:(1)纤维、碎片和薄膜是研究区农田和草地土壤及风蚀物中MPs的主要形态,草地风蚀物中MPs的富集量略高于覆膜农田,覆膜农田风蚀物中MPs的富集比(ER)为0~151.46,平均19.82;草地MPs的ER为0~150.99,平均27.28。纤维形态的MPs因更易受到风蚀作用而更倾向于被搬运,小尺寸MPs更容易富集。(2)外源MPs的输入可能是覆膜农田土壤及其相邻草地中MPs的主要来源,且覆膜农田是相邻草地中MPs的潜在来源,进而使整个区域成为MPs大气传输排放源。本研究凸显了MPs通过风传播途径进入大气的重要性,阐明了MPs大气传输的潜在来源。这对未来评估MPs的环境行为和生态风险具有重要的意义。

关键词：微塑料(MPs) 富集比风蚀事件覆膜农田草地

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戈壁沙尘运动中风速与颗粒数及动能的标度律

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干旱气象 2025年第2期 195-206页

作者：王振亭孟小楠王雪松李庆干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室/防沙治沙教育部工程研究中心北京市第八十中学睿德分校河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心

中国西北极端干旱区戈壁广布，风大沙多，灾害频发。充分了解戈壁沙尘运动基本规律是灾害预警与科学防治的重要前提。鉴于目前难以精准预测瞬时输沙率，探讨风沙事件中气流与沙尘特征物理量的统计规律，进而开展统计预测，也许是在秒及... 详细信息

中国西北极端干旱区戈壁广布，风大沙多，灾害频发。充分了解戈壁沙尘运动基本规律是灾害预警与科学防治的重要前提。鉴于目前难以精准预测瞬时输沙率，探讨风沙事件中气流与沙尘特征物理量的统计规律，进而开展统计预测，也许是在秒及以下时间尺度上建立风和沙之间定量关系的可行之路。本研究借鉴湍流统计理论的思路和方法，利用Hilbert-Huang变换分析4个戈壁沙尘运动野外观测数据集。结果表明，沙尘事件中的风速、跃移沙粒动能与个数、粉尘浓度等时间序列的Hilbert边际谱均符合幂次标度律，沙尘特征量和风速的标度指数范围分别为0.78～1.51和0.59～1.47。

关键词：戈壁风沙粉尘 Hilbert边际谱标度律

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未来气候情景下农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用效率

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农业工程学报 2020年第2期36卷 103-112页

作者：唐建昭肖登攀柏会子河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心石家庄050011

未来气候变化对农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用的影响鲜有研究。该研究基于农牧交错带张北和武川站不同灌溉条件下大田试验数据评估了APSIM-Potato模型的适应性;基于33个全球气候模式(global climate model,GCM)通过统计... 详细信息

未来气候变化对农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用的影响鲜有研究。该研究基于农牧交错带张北和武川站不同灌溉条件下大田试验数据评估了APSIM-Potato模型的适应性;基于33个全球气候模式(global climate model,GCM)通过统计降尺度方法获得的未来2个气候情景(RCP4.5和RCP8.5)逐日气候数据驱动APSIM-Potato模型,模拟未来气候变化对不同灌溉水平(灌1水、灌2水、灌3水和灌4水)马铃薯产量和水分利用的影响。结果表明:APSIM-Potato模型能够较好地模拟2个站点马铃薯产量和土壤水分动态。2个站点实测产量和模拟产量的相对误差均小于22.6%,实测土壤水分和模拟土壤水分相对均方根误差均小于18.1%。基于33个GCM模拟结果,2030 s、2060 s和2090 s马铃薯生育期温度、CO2浓度、总降水量和总辐射量相比于基准期(1981-2010)均呈增加趋势。相比于基准期灌1水、灌2水、灌3水和灌4水马铃薯产量,张北站和武川站在RCP4.5情景下均有提升,张北站为4.1%~36.2%,武川站为2.5%~13.6%。RCP8.5情景下,2个站点分别提升3.1%~36.8%和3.1%~38.5%。且2个气候情景下均是灌1水情景下马铃薯产量提升最高。2个气候情景下,马铃薯水分利用效率在2030 s-2090 s均呈增加趋势。研究结果表明未来气候变化对农牧交错带地区马铃薯产量和水分利用效率具有积极影响,未来气候情景下该地区更适宜灌溉马铃薯的生产。

关键词：蒸散蒸发蒸腾马铃薯 APSIM-Potato

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京津冀区域生态系统服务供需格局时空演变研究

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生态与农村环境学报 2018年第11期34卷 968-975页

作者：武爱彬赵艳霞沈会涛秦彦杰刘欣河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心河北石家庄050011

研究区域生态系统服务供给、需求和消费均衡关系及空间关联格局,可为生态系统管理和资源合理有效配置提供决策辅助。基于京津冀区域1990和2015年2期土地覆被数据,采用生态系统服务评分矩阵方法,对京津冀区域生态系统服务供需格局时空演... 详细信息

研究区域生态系统服务供给、需求和消费均衡关系及空间关联格局,可为生态系统管理和资源合理有效配置提供决策辅助。基于京津冀区域1990和2015年2期土地覆被数据,采用生态系统服务评分矩阵方法,对京津冀区域生态系统服务供需格局时空演变进行分析,发现1990—2015年研究区生态系统服务供应处于高位供应状态,且供应压力未能得到有效缓解,研究区整体生态系统服务供需处于盈余状态,但供需情况趋于恶化。研究期间北京生态系统服务供需处于赤字状态,河北、天津处于盈余状态,与1990年相比,2015年京、津、冀3地生态系统服务供需状况均趋于恶化。从空间上看,研究区西北部坝上高原、燕山-太行山丘陵区生态系统服务供需呈盈余状态,东南部除北京、天津、石家庄等城市及周边呈赤字状态外,其他地区呈平衡状态。与1990年相比,2015年研究区西北部地区生态系统服务供需状况变化幅度很小,东南部地区随北京、天津、石家庄等城市边界急剧扩张,生态系统服务供需赤字范围在急剧增大。

关键词：生态系统服务格局演变供给需求京津冀区域

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华北平原冬小麦和夏玉米气候适宜性

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生态学杂志 2020年第7期39卷 2251-2262页

作者：赵彦茜肖登攀柏会子唐建昭河北省科学院地理科学研究所河北省地理信息开发应用工程技术研究中心石家庄050011

作物气候适宜度研究有利于应对气候变化对作物生产的影响,合理开发利用农业气候资源,保障粮食生产安全。本研究运用气候适宜度理论构建作物气候适宜度模型,利用华北平原多站点气象和物候观测数据计算1981—2017年典型作物冬小麦和夏玉... 详细信息

作物气候适宜度研究有利于应对气候变化对作物生产的影响,合理开发利用农业气候资源,保障粮食生产安全。本研究运用气候适宜度理论构建作物气候适宜度模型,利用华北平原多站点气象和物候观测数据计算1981—2017年典型作物冬小麦和夏玉米不同生育期气候适宜度,并分析其时空变化特征。结果表明:华北平原冬小麦全生育期光照、温度、降水和综合气候适宜度分别为0.69、0.63、0.50和0.58,生育期内降水资源不足是华北平原冬小麦生长的限制因子,而夏玉米生育期内光照、温度、降水和综合气候适宜度均高于0.60;冬小麦全生育期温度、降水和综合气候适宜度变化趋势不明显,光照适宜度以0.020(10 a-1)趋势下降;夏玉米全生育期内仅光照适宜度下降趋势明显,温度、降水和综合气候适宜度变化趋势均不显著;空间上,冬小麦全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的空间分布趋势,温度适宜度大致为北低南高,降水和综合气候适宜度自北向南逐渐升高;夏玉米全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的分布趋势,温度适宜度大体上自东向西降低,降水适宜度自西北向东南升高,综合气候适宜度呈现出自西向东逐渐升高的"阶梯状"空间分布特征。

关键词：气候适宜度冬小麦夏玉米生育期华北平原

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农牧交错带马铃薯高产和水分高效利用的播期和品种选择

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农业工程学报 2020年第4期36卷 118-126页

作者：李扬王靖唐建昭马雪晴潘学标中国农业大学资源与环境学院北京100193 河北省科学院地理科学研究所河北省地理信息开发应用工程技术研究中心石家庄050011

雨养马铃薯的稳产和增产对保障北方农牧交错带粮食安全有重要意义。农牧交错带马铃薯可播种期长且水热条件年际变异大,因此,不同的水热年型应选择不同的马铃薯播期和品种。该研究基于农牧交错带武川试验站典型水热年型(2017:暖干;2018:... 详细信息

雨养马铃薯的稳产和增产对保障北方农牧交错带粮食安全有重要意义。农牧交错带马铃薯可播种期长且水热条件年际变异大,因此,不同的水热年型应选择不同的马铃薯播期和品种。该研究基于农牧交错带武川试验站典型水热年型(2017:暖干;2018:暖湿)的马铃薯分期播种耦合品种选型试验,选择早熟(费乌瑞它)、中熟(康尼贝科)和晚熟(克新一号)3个品种,耦合早播(04-27/04-28)、中播(05-15/05-16)和晚播(06-01/06-02)3个播期,以雨养马铃薯高产和水分高效利用为依据确定典型水热年型下的播期和品种优化组合,并揭示其互作效应对产量和水分生产力的影响。结果表明:不同水热年型下,播期和品种变化对马铃薯生育期、产量和水分生产力均影响显著,马铃薯全生育期最短仅90 d(早熟晚播),最长达138 d(晚熟早播),早、中和晚熟品种平均生育期有效积温分别为1691.5、1772.6和1944.6℃·d。随播期推迟马铃薯播种-块茎形成期缩短,而块茎形成-成熟期无显著变化。暖干年马铃薯的平均产量为6187.3 kg/hm^2,其中早熟品种(费乌瑞它)早播和中播的产量和水分生产力显著高于其他耦合方式;暖湿年马铃薯的平均产量为19390 kg/hm^2,其中晚熟品种(克新一号)中播的产量(23103.9 kg/hm^2)和水分生产力(6.8 kg/m3)最高。适宜的播期和品种优化组合降低了马铃薯生育期的水分胁迫。马铃薯产量和生育期气象因子的相关分析表明,块茎形成-成熟期的降水可以解释马铃薯产量变异的87%。研究可为不同水热年型下马铃薯种植选择最佳播期和品种组合提供科学参考。

关键词：作物水分产量马铃薯水热年型气象因子农牧交错带

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不同生产目标条件的马铃薯水氮管理优化

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农业工程学报 2021年第20期37卷 108-116页

作者：唐建昭肖登攀王靖王仁德柏会子郭风华刘剑锋河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心石家庄050011 中国农业大学资源与环境学院北京100193

基于不同生产目标,优化不同降水年型下的水氮耦合方案对马铃薯生产的可持续发展具有重要意义。该研究基于中国北方农牧交错带地区27个站点的气象数据、土壤数据和管理数据驱动APSIM-Potato模型,设置不同的灌溉和氮肥耦合情景,基于土壤... 详细信息

基于不同生产目标,优化不同降水年型下的水氮耦合方案对马铃薯生产的可持续发展具有重要意义。该研究基于中国北方农牧交错带地区27个站点的气象数据、土壤数据和管理数据驱动APSIM-Potato模型,设置不同的灌溉和氮肥耦合情景,基于土壤水分亏缺量设置灌溉情景(共设置10个灌溉梯度,即土壤水分亏缺范围为10~100 mm,间隔10 mm),施氮肥量为30~210 kg/hm^(2),梯度为30 kg/hm^(2),模拟分析不同降水年型下水氮耦合对马铃薯产量、水分利用效率和经济收益的影响,并推荐不同降水年型下获得不同生产目标的最佳水氮耦合方案。结果表明:农牧交错带干旱年型、正常年型和湿润年型下不同水氮耦合方案的马铃薯最高产量分别为30200~39400、28900~38800和27000~38000 kg/hm^(2),其中干旱年型下产量最高。干旱年型、正常年型和湿润年型下获得最高产量的灌溉量分别为589、544和512 mm,氮肥投入量均为最大值,即210 kg/hm^(2)。干旱年型、正常年型和湿润年型下不同水氮耦合方案的马铃薯最高水分利用效率分别为85.9、90.2和92.2 kg/(mm·hm^(2)),获得最高水分利用效率的灌溉量分别为172、107和87 mm,氮肥投入量均在60~120 kg/hm^(2)之间,其中干旱年型下投入量为60 kg/hm^(2)的站点比例最高。干旱年型、正常年型和湿润年型不同水氮耦合方案下马铃薯的最高收益分别为19340、18610和18470元/hm^(2),获得最高收益的灌溉量分别为226、152和116 mm,干旱年型和正常年型获得最高收益的氮肥投入量均在30~90 kg/hm^(2)之间,湿润年型下获得最高收益的氮肥投入量在60~90 kg/hm^(2)之间。研究结果有助于当地生产者基于不同的生产目标制定较优的水氮管理方案。

关键词：灌溉施肥产量水分利用效率收益

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马铃薯生长模型的研究进展及发展前景

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中国农业科学 2021年第5期54卷 921-932页

作者：唐建昭王靖肖登攀潘学标中国农业大学资源与环境学院河北省科学院地理科学研究所/河北省地理信息开发应用工程技术研究中心

马铃薯是继玉米、小麦和水稻之后的第四大主粮作物,其生产对保障粮食安全具有重要意义。马铃薯生长模型广泛用于指导马铃薯产量差缩减、水肥利用效率提升、栽培管理措施优化以及气候变化适应等方面,本文系统综述了马铃薯生长模型的发展... 详细信息

马铃薯是继玉米、小麦和水稻之后的第四大主粮作物,其生产对保障粮食安全具有重要意义。马铃薯生长模型广泛用于指导马铃薯产量差缩减、水肥利用效率提升、栽培管理措施优化以及气候变化适应等方面,本文系统综述了马铃薯生长模型的发展历程、应用领域及发展前景。马铃薯生长模型的研究始于20世纪80年代,将马铃薯生长发育过程表达为数学模型,主要包括生育期和干物质积累模块,该时期马铃薯生长模型多用于马铃薯生产潜力的评价;20世纪90年代为马铃薯生长模型发展和完善阶段,土壤水氮模块逐步加入马铃薯生长模型,该时期马铃薯生长模型开始应用到农业生产系统分析中,具备了优化马铃薯水氮管理措施的性能;21世纪后马铃薯生长模型在第二代模型的基础上,从农业生产系统的角度出发,考虑了气候变化的影响,将马铃薯生长对CO2的响应模块加入到生长模型中,其机理性进一步加强。此后,马铃薯生长模型的应用更加深入,包括马铃薯产量差解析和缩差措施的提出、品种和播期等栽培管理措施优化以及气候变化影响评估和适应等。尽管马铃薯生长模型得到了广泛应用,但其在胁迫条件下的模拟精度需进一步评价。其次,马铃薯生长模型不能有效模拟马铃薯的大小薯比例,而商品薯的多少显著影响马铃薯的生产价值。此外,当前的马铃薯生长模型普遍缺乏对马铃薯生产有显著影响的病虫害模块。未来,应基于全球大数据、田间和控制试验,进一步提高马铃薯生长模型的机理性,同时加强马铃薯生长模型在育种、管理和环境耦合分析中的应用,并结合遥感数据和功能结构模型,发展新一代马铃薯生长模型,实现马铃薯生产智慧型管理。

关键词：马铃薯产量差气候变化水氮管理播期品种块茎

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