第1章 绪论 1
1.1 冻融区农业研究意义 1
1.2 冻融区农业研究特色 3
1.2.1 中高纬温带－冻融条件下的生态水文过程研究 3
1.2.2 冻融农灌区非点源污染模拟与控制研究 4
1.2.3 农业区域生态安全研究 5
1.3 农田国内外研究进展 6
1.3.1 农田土壤氮磷平衡及其优化调整 6
1.3.2 土地利用变化对土壤质量的影响 11
1.3.3 田间水文过程及氮磷迁移 14
1.3.4 农业非点源污染研究 20
1.3.5 全球变暖潜势及温室气体排放研究 22
1.3.6 生态安全研究 26
第2章 三江平原冻融农区规模化农业开发 29
2.1 研究区概况 29
2.2 三江平原开发的历史进程 30
2.3 三江平原规模化农业开发 32
2.4 三江平原规模化农业开发对环境的影响 33
2.4.1 三江平原的传统农业开发模式 34
2.4.2 三江平原农业开发对区域环境的影响 35
2.5 三江平原农业政策 36
第3章 农田土壤氮磷平衡及其优化调整 38
3.1 土壤氮磷平衡核算方法构建 38
3.1.1 氮磷平衡 38
3.1.2 氮磷输入项 39
3.1.3 氮磷输出项 41
3.1.4 吸收输入比和氮磷吸收模拟方程 47
3.2 农田土壤氮磷平衡核算结果及其验证分析 49
3.2.1 1993～2008年三江平原土壤氮磷平衡核算结果 49
3.2.2 土壤氮磷平衡核算结果对比分析 52
3.2.3 土壤氮磷平衡核算结果的监测数据验证分析 55
3.3 三江平原土壤氮磷失衡原因分析及其优化调整 58
3.3.1 氮磷失衡的原因分析 58
3.3.2 土壤氮磷调整理论依据及其方案 60
3.3.3 不确定性分析 64
3.4 农场模式和家庭承包模式对区域土壤氮磷平衡的影响 66
3.4.1 农场模式和家庭模式的土壤氮磷平衡差异 66
3.4.2 农场模式和家庭模式的吸收输入比和氮、磷比例特征差异 70
3.4.3 农场模式和家庭模式的土壤氮磷输入输出响应的差异 72
3.4.4 氮磷输入调整的差异和重点 75
3.4.5 误差分析 77
3.4.6 对区域农业和环境管理的启示 77
第4章 土地利用变化对土壤质量的影响 78
4.1 研究区概况 78
4.1.1 自然地理概况 78
4.1.2 农场耕作制度下的农业垦殖过程 80
4.2 农场农业系统土壤养分空间分异特征 82
4.2.1 土壤养分描述性统计 83
4.2.2 土壤养分指标相关性分析 84
4.2.3 土壤养分空间分布特征 86
4.2.4 土壤养分对土地利用变化响应 89
4.3 长期农场制耕作中土壤氮磷时空变异 92
4.3.1 土壤氮磷全量1981～2011年时空变异分析 93
4.3.2 土壤全氮全磷对土地利用变化响应 96
4.3.3 土壤碱解氮及速效磷时空变异分析 98
4.4 不同种植模式下土壤碳库演变模拟 101
4.4.1 CENTURY模型简介 102
4.4.2 模型主要参数获取 106
4.4.3 土壤碳库自然累积模拟及校准 109
4.4.4 不同种植模式下土壤碳库演变模拟 111
4.4.5 未来农业管理情景下土壤碳库变化预测 115
4.5 长期耕作对土壤金属元素分布特征影响 119
4.5.1 研究区金属元素空间分布及累积特征 119
4.5.2 主成分分析结果 124
4.5.3 金属来源分析 126
4.6 土壤质量空间变异及农场耕作管理建议 128
4.6.1 土壤肥力质量空间变异 129
4.6.2 土壤环境质量空间变异 133
4.6.3 土壤质量综合评价 137
4.6.4 农场耕作制度下的土壤施肥及管理建议 138
4.7 土地利用变化与土壤碳氮转化的研究 141
4.7.1 土地利用变化与土壤呼吸速率 141
4.7.2 土壤呼吸速率的响应研究 153
4.7.3 土地利用变化与土壤硝化速率 156
4.7.4 材料与方法 157
4.7.5 结果与分析 158
第5章 冻融农区田间水文特征及氮磷迁移研究 167
5.1 作物生长季水田和旱田土壤水分布特征 167
5.1.1 材料和方法 167
5.1.2 试验结果与分析 173
5.2 作物生长季水田和旱田土壤水对氮磷的迁移特征 179
5.2.1 材料和方法 179
5.2.2 试验结果与分析 181
5.3 作物生长季水田和旱田氮磷流失潜能 199
5.3.1 材料和方法 199
5.3.2 试验结果与分析 202
5.4 基于SWAP的土壤－水分－作物系统水文特征 211
5.4.1 材料和方法 211
5.4.2 试验结果与分析 217
5.5 冻融条件下水田和旱田的水文特征 225
5.5.1 材料和方法 225
5.5.2 试验结果与分析 228
5.6 基于作物水分响应模型的水分优化 239
5.6.1 材料和方法 239
5.6.2 试验结果与分析 242
第6章 流域尺度农业活动胁迫下的非点源污染效应研究 250
6.1 挠力河流域概况 250
6.2 挠力河流域土地利用／土地覆盖变化 251
6.2.1 数据的选取和处理 251
6.2.2 土地利用变化分析 253
6.3 挠力河流域景观格局演变分析 264
6.3.1 景观类型的划分与景观指数的选取 264
6.3.2 挠力河流域景观格局演变分析 266
6.4 挠力河流域SWAT模型模拟 270
6.4.1 挠力河流域SWAT模型子流域及HRU的划分 270
6.4.2 SWAT模型参数敏感性分析 270
6.4.3 SWAT模型的参数率定和验证 272
6.5 挠力河流域农业非点源污染时空特征分析 275
6.5.1 挠力河流域农业非点源污染负荷估算 276
6.5.2 挠力河流域农业非点源污染负荷时间变化特征 279
6.5.3 挠力河流域农业非点源污染负荷空间分布特征 281
6.6 挠力河流域农业非点源负荷对人类开发活动的响应 289
6.6.1 挠力河流域农业非点源负荷对土地利用变化的响应 289
6.6.2 挠力河流域农业非点源污染负荷与景观格局相关分析 291
第7章 农业开发下气温时空变化以及对全球变暖潜势的影响 304
7.1 农业开发下气温时空变化研究 304
7.1.1 气温空间插值模型 304
7.1.2 1976年、2001年和2008年生长季气温分布 308
7.1.3 气温时空结构特征分析 312
7.2 三江平原典型农区生长季气温与土地利用变化的关系 317
7.2.1 农区气温变化特征分析 317
7.2.2 2001～2008年间的土地利用变化 322
7.2.3 农业开发对农区气候的影响 323
7.2.4 植被NDVI对区域气候的响应 329
7.3 三江平原土壤温湿度变化特征及气候响应 334
7.3.1 模型验证 334
7.3.2 土壤温度变化特征 335
7.3.3 土壤湿度变化特征 338
7.3.4 土壤温度、湿度对土壤有机碳矿化的长期影响 339
7.4 三江平原1964～2010年SOC和GWP的长期动态 340
7.4.1 模型验证 340
7.4.2 农田耕作模式变化对SOC的影响 343
7.4.3 农田耕作模式变化对GWP的影响 344
7.5 农田管理措施对SOC和GWP长期影响预测及优化 347
7.5.1 情景设置 347
7.5.2 SOC对不同农田管理措施的响应 348
7.6 GWP对不同农田管理措施的响应 350
7.7 作物产量对不同农田管理措施的响应 353
第8章 农业开发胁迫下的区域生态安全研究 354
8.1 土地利用变化对生态系统服务价值的影响 354
8.1.1 研究方法 354
8.1.2 结果与分析 356
8.2 三江平原生态安全评价研究 361
8.2.1 生态安全评价的研究框架 361
8.2.2 生态安全评价指标体系的构建 361
8.2.3 数据来源和处理 365
8.2.4 权重的确定 365
8.2.5 生态安全指数 366
8.2.6 结果与分析 367
8.3 三江平原生态安全预警与调控研究 369
8.3.1 灰色预测模型GM（1，1） 369
8.3.2 生态安全预警与分析 370
8.3.3 生态安全预警调控研究 375
8.3.4 生态安全对策 378
参考文献 380