基于标准化降水蒸散指数的川西高原干旱时空变化

干旱是川西高原具有一定破坏力的自然灾害,研究其时空变化对该区抗旱防灾、保障农业生产安全、维持生态系统健康具有重要的现实意义。本研究基于川西高原1980—2020年48个气象站点的逐日气象数据,利用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数(SPEI),通过线性倾向分析、干旱特征分析方法对川西高原干旱时空特征进行分析。结果表明：1980—2020年,川西高原年尺度和春季尺度SPEI呈弱湿润化趋势,夏秋冬季呈干旱化趋势,研究区西南部的山地及东北部的草原为易旱区。研究区年际干旱影响范围弱增,除春季为减少趋势外,夏秋冬季的干旱影响范围均呈增加趋势。全区干旱频率整体偏高,干旱低频区主要位于川西西部和东北部的部分地区,其余均为高频区。     

运用双重组合设计建立黑龙江省玉米降水产量模型

本文运用旋转设计进一步发展的双重组合试验设计,建立黑龙江省关于降水、有机质、氮、磷、钾肥及有机肥的玉米产量模型,探讨了双重组合试验设计在建模时用可控因素去挂接不可控因素的应用,对模型进行了检验和频数分析,提出玉米产量大子3000公斤的高产在艺措施．     

基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用

一般认为,生态系统的总初级生产力(GPP)对光合有效辐射(LAI)的响应曲线可以用直角双曲线来描述.研究表明,在不同的生长季进行模拟,模拟的直角双曲线的两个参数Amax和α值不同.为消除模型参数季节变化对模拟结果的影响,直角双曲线模型通常应用于较短的时间尺度(如半月、10d或5d),然而,这种在较短的时间尺度上进行模拟的方法过于繁琐,并且当通量数据缺失过多时,在短的时间模拟窗口上,少量的数据不足以拟合直角双曲线模型.在这种情况下,无法利用直角双曲线模型对生态系统的GPP进行准确的模拟,或者对缺失的碳通量数据进行插补.以玉米农田生态系统为例,旨在阐明生态系统的环境因子和生物因子在不同生长季对直角双曲线模型中两个参数Amax和α值的影响.结果表明,Amax与LAI具有显著的直线关系:Amax=a LAI+b(a=0.64,b=0.15,R=0.74,P=0.002).据此我们对直角双曲线模型进行了改进,用以预测半小时尺度的玉米农田生态系统GPP.与未改进的直角双曲线模型进行比较,在整个生长季进行模拟,改进的直角双曲线模型明显提高了模拟的精度;当在较短的时间窗口上进行模拟(半月时间尺度),改进的直角双曲线模型与之有着相似的精度.利用改进的双曲线模型不仅可以非常简捷地对生态系统GPP进行模拟,而且可以解释直角双曲线模型参数Amax值的连续变化,尤其是,当涡相关观测数据大量缺失时,可以很方便并且较为准确地插补缺失数据.     

7种木本植物的分支指数与代谢指数

West、Brown和Enquist提出的植物分形网络模型(简称WBE模型)认为: 植物的分支指数(1/a, 1/b)决定植物的代谢指数, 当分支指数1/a、1/b分别为理论值2.0、3.0时, 代谢速率与个体大小的3/4次幂成正比, 但是恒定的3/4代谢指数并不能全面地反映植物的代谢情况。基于分支指数的协同变化, Price、Enquist和Savage对WBE模型进行扩展, 提出植物分支参数协同变化模型(简称PES模型)。该文借助于PES模型分析了7种木本植物的分支指数和代谢指数。结果表明: 物种间叶面积与叶生物量呈异速生长关系, 基于叶面积得到的分支指数1/a和代谢指数θ在物种间无显著差异, 基于叶生物量得到的分支指数1/a、1/b和代谢指数θ在物种间均存在显著差异, 但基于叶面积和叶生物量分别拟合出的整体分支指数1/a、1/b和代谢指数θ与理论值均无显著差异, 且用叶面积作为代谢速率的替代指标比用叶生物量分析得出的代谢指数与理论值更接近。今后研究应当关注植物叶面积与叶生物量的异速生长关系对植物代谢速率及相关功能特性的影响。     

基于标准化降水蒸散指数的呼伦贝尔草原干旱变化特征及趋势分析

呼伦贝尔草原是我国北方地区重要的防风固沙和水源涵养生态功能区,在气候变化的背景下,该区的草原畜牧业和旱作农业深受干旱的影响。研究该区干旱发生的特征及趋势,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。基于1960—2017年呼伦贝尔草原4个气象站逐月降水和气温资料,计算标准化降水蒸散指数(SPEI),并采用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析和R/S分析法分析了近58年呼伦贝尔草原年、季尺度的气候变化及干旱特征与趋势,并结合该区实际发生的灾害事件对SPEI指数进行了验证。结果表明:1)近58年来呼伦贝尔草原在气温显著上升,降水量减少的背景下干旱化趋势显著。2)该区域年尺度和季节尺度下干旱化特征具有差异性,其中,年尺度下,该区域SPEI指数以-0.218×10 a~(-1)倾向率呈显著下降趋势,1998年是干旱加剧的突变年,未来在11年尺度上有持续偏旱的趋势;季节尺度下,冬季SPEI指数显著增加,且未来在17年尺度上有持续偏湿的趋势,春、夏和秋季的SPEI指数均呈下降趋势,并分别在22年、9年和15年尺度上有持续偏旱的趋势。3)2000年以来,干旱发生的总频率尤其重旱和极旱的发生频率均显著高于其他年代;4)夏季和秋季分别是发生重旱和极旱次数最多的季节。5)SPEI指数在呼伦贝尔草原区的干旱监测与分析中具有较好的适用性。     

基于综合评价指数的塔里木盆地荒漠化风险评估

荒漠化是当今人类所面临的区域性生态环境威胁之一,其发生常伴随林地生产力下降、土地资源丧失、生物多样性丧失、土壤固碳能力减弱等一系列生态环境退化问题,进而导致土地地力低下。环塔里木盆地作为荒漠化问题突出的生态脆弱区,易受到自然因素和人为因素的双重影响,及时准确地监测并评估荒漠化风险是防治荒漠化的基础和前提。单一的评估方法在荒漠化风险评估中均有一定的局限性,主客观结合法可以提升荒漠化风险评估精度。研究基于“三因子”理论,通过建立包括气候条件、人类活动、荒漠化监测现状等3类16个指标评价体系,利用主客观结合的熵组合权重法构建了荒漠化风险综合评价指数(Comprehensive Evaluation Index,CEI),并对环塔里木盆地的荒漠化风险进行评估。结果显示:(1)三因子权重分析显示:暴露性因子权重最高,脆弱性因子权重最低;(2)环塔里木盆地西部地区的荒漠化危险性小于东部地区,危险性、脆弱性和暴露性较高的区域集中在绿洲外围,原生荒漠区危险性较低,绿洲边缘地区较易发生荒漠化;(3)环塔里木盆地区域的荒漠化风险主要呈现为极低风险,高风险和极高风险区呈狭长、零稀分布,主要分布在绿洲边缘和居民点工矿用地区,原生荒漠区的荒漠化风险较低。高风险以及极高风险区仅占总体面积的3.0%;(4)基于地理探测器探究环塔里木盆地区域内人类活动和环境因素对荒漠化风险程度空间分异的影响结果显示:单因素分析方法显示土地利用类型(0.68)是主要的驱动因素;双因素交互分析方法显示各因素之间主要以非线性增强为主。影响最大的组合为:土地利用类型∩载畜量(0.78)和耕地面积∩载畜量(0.78),荒漠化风险程度主要受人为因素影响。合理的土地利用规划、禁止随意丢荒和耕地扩张以期实现耕地的集约高效经营,是荒漠化防治的有效策略之一。研究利于准确掌握区域荒漠化风险各程度的空间分布状况,分析其影响因素和机制,为区域开展有效的荒漠化防治措施提供科学依据。     

时滞传染病模型的指数稳定性

利用分析技巧研究了一类SEIRS传染病模型的动力学行为.结论表明如果再生数小于1,则带变时滞的传染病模型的无病平衡点是全局指数渐近稳定的,如果再生数大于1,得到传染病平衡点局部指数稳定的充分条件,同时给出了例子说明结论的有效性.     

春玉米最大叶面积指数的确定方法及其应用

玉米叶面积指数达到最大时光合产物基本停止向营养器官分配,是玉米进入生殖生长阶段的标志.对锦州农田生态系统野外观测站2005-2011年多品种的春玉米大田试验资料分析发现春玉米最大叶面积指数出现于吐丝后2周左右,提出了春玉米叶面积指数达到最大时的积温指标,即播种至叶面积指数最大时的≥10℃有效积温为1085.3℃·d和(或)出苗至叶面积指数最大时的≥10℃有效积温为1010.4℃·d.在此基础上,采用修正的Logistic方程构建了春玉米相对叶面积指数动态普适模型.研究结果为准确模拟春玉米叶片生长及光合产物分配提供了依据.     

单一景观空间分布指数及其适用性评价

为描述单一景观的空间分布离散性和广度特征,引入基于香农熵的空间分布指数(MSHDI,Modified Shannon's Distribution Index),利用河南省中南部地区1990、2001和2007年3期TM/ETM+遥感影像,进行了MSHDI与经典景观指数的比较,并分析了MSHDI与面积指数(PLAND,Percentage of Landscape)在多网格尺度下的相关关系。结果表明:(1)MSHDI在描述单一景观的空间分布广度和离散程度特征方面具有较好的适用性。MSHDI能适应不同制图综合程度的影响,并能反映出景观斑块边缘的细微差别。(2)通过分析MSHDI与PLAND之间相关系数的大小和变化程度可以分别验证MSHDI的表征性和稳定性。(3)MSHDI适用于基底和散布状景观,两种指数之间有显著的正相关性(农用地=0.939,=0.000;城市建设=0.877,=0.004;工矿仓储=0.870,=0.002;自然绿地=0.966,=0.001),且随网格粒度变化不大(农用地r=0.921±0.054;城市建设r=0.867±0.107;工矿仓储r=0.883±0.052;自然绿地r=0.964±0.024);而对网状景观则缺乏稳定性。     

新型降水分布数学模型研究及其应用

在分布式水文模型中,单元栅格内的降水输入是准确模拟各种水文过程的关键因素,寻求产生分布式降水数据的方法是水文模型研究的热点之一.在对国内外降水模型分析基础上,认为流域面上实际降水分布是天气系统降水与下垫面地形影响共同作用的结果,如果不受地形影响,天气系统降水的降水量等值线在平面上的分布近似为一组同心椭圆.根据这一原理,建立了一种能够模拟天气系统降水分布,并利用牛顿插值法对模拟结果进行地形影响修正的新型降水分布数学模型,提出了对降水中心位置及其中心降水量的模型模拟.利用黄土高原西川河流域实测资料对模型进行了检验,结果表明,该模型具有较高精度.由于模型概念简单明晰,且能指明降水中心位置及其中心降水量,因此在流域暴雨分析和洪水预报中具有一定价值.     

朱鹮在陕西地理分布的变迁

朱鹮羽毛艳丽,数量稀少,誉为鹮类中的珍贵种,被我国列为一级保护动物,国际濒危动物红皮书中也列为保护物种。历史上东迄日本列岛,西至中国甘肃,北至兴凯湖,南至福     

陕西省黄河中游湿地冬季鸭科鸟类群落结构

2002～2007年冬季,对黄河中游湿地4种典型生境包括滩涂、人工渔塘、芦苇沼泽和莲池中的鸭科鸟类群落进行了调查.共记录到鸭科鸟类7属20种,采用频率指数法确定的优势种为斑嘴鸭、绿翅鸭、赤膀鸭、绿头鸭、普通秋沙鸭,其数量之和占总数量的65.6%.对4种不同生境的物种多样性、丰富度、均匀度、优势度进行分析,结果表明芦苇沼泽的多样性和丰富度指数最高,莲池的多样性和丰富度指数最低.人类活动引起的隐蔽场所和食物资源的变化是造成分布差异的主要原因.     

1949-2008年黄土高原沟壑区农业生态经济系统耦合分析——以陕西长武县为例

在分析农业经济系统与农业生态系统相互胁迫、动态演进关系的基础上,采用改进的熵值法确定了位于黄土高原沟壑区的长武县农业生态经济系统评价指标权重,利用耦合度模型分析了1949-2008年长武县农业生态经济系统耦合规律.结果表明:1949-2008年,长武县农业生态经济系统的发展经历了"粗放式传统农业阶段-农业机械化进程阶段-前现代化农业协调发展阶段"3个历史时期,与国家宏观经济政策调控效应基本吻合,系统耦合在"协调发展"和"极限发展"间经历了两起两落的急剧变化过程.1955-1961年、1984-1992年,长武县农业生态经济系统处于极限化耦合态势;1962-1965年、1981-1983年,为纠正前阶段宏观政策后的快速过渡期;1949-1954年、1966-1980年为生态系统与经济系统的低水平协调发展阶段;1993年以后,农业生态经济系统经过螺旋式发展,进入高水平协调发展阶段.目前,长武县农业生态经济系统有突破协调发展水平,并向极限化发展的潜在危险.良好的农业政策和外部环境能够促进农业生态经济系统在协调发展的水平上稳定发展,反之,容易出现系统相悖发展的局面.     

Risk Assessment of Desertification for Binh Thuan Province,Vietnam

Vietnam is one among five ranked countries with high-risk injury due to the phenomenon of climate change. Geographically, Binh Thuan, a coastal province, is located in the Southern Centre area. Currently, natural disasters have become more frequent, particularly drought. Desertification has become more serious. Besides the natural causes as described above, there are several affected by human activities such as high population and poverty, inappropriate cultivating technique, deforestation, ill-adopted legal framework, weak management capacity, lack of adequate knowledge, and a lack of awareness in local population. To assess risks of desertification for the Binh Thuan province (Vietnam), a risk assessment model based on a Leopold matrix was applied. As a result, a model of cause and effect showed six degrees of impacts of environmental and social conditions on the socioeconomic developments from very highly to very unlikely significance. Risk assessment allows for a general figure of various impacts of desertification on the socioeconomic developments in Binh Thuan, Vietnam.     

Stochastic simulation of daily air temperature and precipitation from monthly normals in North America north of Mexico

A simple, stochastic daily temperature and precipitation generator (TEMPGEN) was developed to generate inputs for the study of the effects of climate change on models driven by daily weather information when climate data are available as monthly summaries. The model uses as input only 11 sets of monthly normal statistics from individual weather stations. It needs no calibration, and was parameterized and validated for use in Canada and the continental United States. Monthly normals needed are: mean and standard deviation of daily minimum and maximum temperature, first and second order autoregressive terms for daily deviations of minimum and maximum temperatures from their daily means, correlation of deviations of daily minimum and maximum temperatures, total precipitation, and the interannual variance of total precipitation. The statistical properties and distributions of daily temperature and precipitation data produced by this generator compared quite favorably with observations from 708 stations throughout North America (north of Mexico). The algorithm generates realistic seasonal patterns, variability and extremes of temperature, precipitation, frost-free periods and hot spells. However, it predicts less accurately the daily probability of precipitation, extreme precipitation events and the duration of extreme droughts.     

新入侵种刺桐姬小蜂在中国的危险性评估

采用GARP生态位模型预测分析了刺桐姬小蜂Quadrastichus erythrinaeKim在中国的潜在地理分布,并参照国际上有害生物危险性定量分析方法,对刺桐姬小蜂在中国的危险性作出综合评价。结果表明:中国东南部大部分地区都是该虫的适生区。在福建、广东、海南地区风险值为2.0585,存在高度危险性;在其他东南部省区存在中度危险性。据此提出了针对性的风险管理措施。     

惠州市3座供水水库沉积物重金属污染特征

为了解惠州市供水水库沉积物重金属(Cr、Cu、Zn、Cd、Pb和Hg)污染状况和垂直分布特征,于2008年5月在惠州市3座具代表性的水库湖泊区采集柱状沉积物样品,运用ICPMS法检测沉积物中重金属含量,并采用地积累指数法(Igen)和潜在生态风险指数法(RI)进行污染评价,同时运用主成分分析(PCA)对沉积物中重金属的可能来源进行分析.结果表明:3座水库沉积物重金属含量随沉积深度的变化差异明显,一些重金属含量的垂直变化不明显,而另一些垂直变化明显(降低或升高),但各种重金属在不同水库沉积物中呈现特有的垂直分布特征.根据地积累指数可知,3座水库中沉积物主要以Zn和Pb污染最为严重,达到轻度至强度污染(含量分别为Zn:49.98 ～ 640.29 mg·kg-1;Pb:21.94～300.66 mg· kg-1),同时沉积物中部或底部受到轻度的Cu污染(含量为16.85 ～45.46 mg·kg-1),基本未受Cr、Cd和Hg污染.据6种重金属潜在生态风险系数[Er(i)]及潜在生态风险指数(RI)可知,3座水库沉积物的重金属潜在风险均处于较低水平.据PCA分析和相关资料可知,矿山开采与冶炼、城市化和农林业快速发展等人类活动影响了3座水库沉积物重金属的分布特征和污染.其中,Zn主要来源于矿产开采与冶炼;除矿产开采与冶炼导致沙田水库Pb污染外,机动车尾气排放和生活垃圾等是3座水库沉积物Pb污染的主要途径;Cu污染主要来源于农业和林业污染.     

Chemical speciation and risks of heavy metals in sediment of urban wetlands in southeastern China

Dredging, remediation, and other management of sediment in polluted urban wetlands require the information of environmental risks associated with heavy metals (HMs). In this study, sediment samples collected from three typical wetlands in the urban area of Wenzhou City, China, were analyzed to evaluate their risks posed by five HMs. Sediments from an industrial area stored higher Cr and Cu but lower Cd and Pb than those from the residential and agricultural areas. The assessment by the pollution load index method indicated that all of the three study wetlands were polluted. An ecological risk index approach identified low risk for wetlands in forested and residential areas but high risk for wetlands in an industrial area as well as in mixed residential and agricultural area, which was also confirmed by the geo-accumulation index (I_geo) method. Furthermore, the ratio of the secondary phase and primary phase and risk assessment code methods recognized that Cd poses a high pollution risk. The results indicated that sediment pollution by HMs in urban wetlands is possibly a widespread problem in China and needs great attention.     

广西北部湾近岸生态系统风险评价

根据2009年9月广西北部湾近岸的海洋生态调查资料,利用地理信息系统的空间分析功能,从海水水质、营养水平、生物量和初级生产力水平、生物多样性和生态系统缓冲容量5个方面分析了秋季广西北部湾近岸海域环境现状,并进一步利用生态风险综合指数对广西北部湾海洋生态风险进行了评价.结果表明:2009年秋季,广西北部湾近岸海域生态环境质量较好,大部分生态系统风险指标等级均处于“中低”或“较低”水平,整体处于低风险状态.生态风险综合指数结果显示,广西北部湾海域生态风险分布具有明显的空间异质性,离岸水域生态系统的风险综合指数较低,越靠近港湾内,风险状态等级越高.