2003-2019年山东省冬小麦关键物候期时空特征

农作物物候的变化会直接影响农作物的生长过程,进而影响其质量和产量。基于MODIS EVI遥感数据,提取2003-2019年山东省冬小麦种植区以及主要物候期（返青期、拔节期、抽穗期、成熟期）信息,并分析各物候期的时空变化特征。结果表明：2003-2019年山东省冬小麦返青期、拔节期、抽穗期、成熟期分别集中在一年中的第45-70天、第75-100天、第103-125天、第135-155天;4个物候期的空间分布均呈鲁南早于鲁北、内陆早于沿海的格局特征。区域尺度上,返青期、拔节期、抽穗期、成熟期年际变化率分别为1.56 d/10a、0.65 d/10a、-0.54 d/10a、2.51 d/10a,变化趋势均不显著。像元尺度上,返青期与拔节期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域分别占总面积的1.65%、3.05%,这些区域主要分布于鲁东沿海地区和鲁南内陆地区;抽穗期变化以提前趋势为主,呈显著提前趋势的区域占总面积的6.56%,集中分布于菏泽东北部地区;成熟期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域占总面积的10.23%,多出现在滨州、德州以及济宁等地区。研究结果可为山东省农田和冬小麦管理以及农业生态保护等提供数据支持和科学参考。     

基于MODIS-EVI数据的河北省冬小麦生育期特征

生育期信息对作物生长发育的动态监测、田间精细管理以及产量预测等具有重要意义.采用NASA提供的2005年1～7月8d合成的MYD09数据产品计算出的EVI(增强型植被指数)时间序列图像,对河北省冬小麦的返青期、抽穗期和成熟期等3个关键生育期的时空分布特征进行了研究.结果表明:冬小麦生育期在空间分布上,由南向北随着纬度的增加,其返青期、抽穗期和成熟期依次推迟;不同纬度地区冬小麦的返青期、抽穗期和成熟期时间间隔基本一致,河北省南部地区冬小麦的3个主要生育期比北部地区约提前8d以上;在东西向分布上,生长条件存在异质性差异的冬小麦,其返青期相对一致,但生长条件较好冬小麦的抽穗期和成熟期比普通冬小麦提前4d左右.     

中国温带旱柳物候期对气候变化的时空响应

为了揭示中国温带植物物候随时间变化和植物物候对气候变化响应的空间格局及其生态机制,利用52个站点1986—2005年的旱柳展叶始期、开花始期、果实成熟期、叶变色始期和落叶末期的物候数据,分析其时间序列的线性趋势,并通过建立基于最佳期间日均温的物候时间模型,确定物候发生日期对气温年际变化的响应。在研究的时段内,区域平均旱柳展叶始期、开花始期和果实成熟期的发生日期分别以-4.2 d/10 a、-3.8 d/10 a和-3.3 d/10 a的平均速率显著提前,而区域平均旱柳叶变色始期和落叶末期的发生日期则分别呈不显著推迟和以2.4 d/10 a的平均速率显著推迟的趋势。单站展叶始期、开花始期和果实成熟期发生日期的线性趋势以提前为主,显著提前的站点分别占40%、41%和29%;叶变色始期发生日期呈显著提前和显著推迟趋势的站点数相当,分别占17%和19%;落叶末期发生日期的线性趋势以推迟为主,显著推迟的站点占23%。各站展叶始期、开花始期和果实成熟期发生日期的线性趋势空间序列与相应的最佳期间日均温的线性趋势空间序列之间呈显著负相关,表明一个站点前期气温升高的速率越快,该站这些物候期发生日期提前的速率就越快。在物候期对气温年际变化的响应方面,区域平均春季最佳期间日均温每升高1℃,展叶始期、开花始期和果实成熟期的发生日期分别提前3.08 d、2.83 d和3.54 d;区域平均秋季最佳期间日均温每升高1℃,叶变色始期和落叶末期的发生日期分别推迟1.69 d和2.28 d。单站展叶始期和落叶末期发生日期对气温年际变化的响应表现出在温暖地区的站点比在寒冷地区的站点更为敏感的特点。总体上看,基于日均温的物候时间模型对春、夏季物候期的模拟精度明显高于对秋季物候期的模拟精度。建立了基于最佳期间日均温和日累积降水量的改进秋季物候模型,该模型使旱柳叶变色始期和落叶末期的模拟精度显著提高。由此可见,旱柳叶变色始期和落叶末期的发生日期受到前期气温和降水量的综合影响。     

开放式空气CO2增高对水稻物质生产与分配的影响

在大田栽培条件下,研究开放式空气CO2增加(FACE)200μmol·mol^-1的处理对水稻物质生产与分配的影响．结果表明,FACE处理使移栽至抽穗后20d的干物质积累量显著增加,使抽穗后20d至成熟期的干物质生产量显著减少,生物产量显著提高．移栽至抽穗期的干物质积累量增加是由于叶面积系数和净同化率共同提高所致;抽穗期至抽穗后20d的干物质积累量增加主要是由于叶面积系数的增加所致;抽穗后20d至成熟期的干物质生产量减少主要是由于净同化率的下降所造成．提高茎鞘占全株干物重的比例,降低叶片占全株干物重的比例,对穗占全株干物重的比例无显著影响,能显著提高水稻抽穗期茎鞘中可溶性糖、淀粉的含有率和含量,提高FACE处理的生物产量能极显著提高水稻产量(r＝0．7825)．     

基于NOAA/AVHRR NDVI 监测中国北方典型草原的生长季及变化

 该研究基于Savitzky_Golay滤波算法平滑了1982～1999年NOAA/AVHRR NDVI 时间序列影像,然后利用曲线拟合了锡林郭勒典型草原1982～1999年的每年物候期（返青期、黄枯期）及18年的平均物候期和生长季长度,并对1982～1999年的物候期进行了线性拟合,从而分析了物候期的变化趋势。结果表明：1）1982、1986、1992年的返青期处于正常水平,1985、1988、1989、1991年大部分地区的牧草返青期比正常年份有所提前。1984、1990、1993 年的黄枯期处于正常水平,大部分年份的黄枯期主要处于9月下旬至10月上旬（290～310 d）。2）在整个典型草原,返青期有较大的变异性,而黄枯期变化表现出了锡林郭勒典型草原的西南部较早、中部及东北部较晚的格局,生长季长度的变化格局为西南地区最短,中部地区最长。3）从1982～1999年,不同的地区表现出物候期及生长季长度提前或延迟的变化趋势,返青期大多数地区延迟时间集中在10～20 d,提前日期主要集中在10 d之内。锡林郭勒盟西南地区的黄枯期提前趋势最大。大部分地区的生长季长度变化呈缩短趋势,缩短日期小于 10 d,少部分地区的生长季延长,延长日期主要集中在0～10 d。4）对锡林浩特的物候期研究表明,牧草返青期提前日期小于10 d,黄枯期延迟大约14±5 d,生长季长度延迟大约1 5±5 d。最后利用野外观测数据对锡林浩特牧草返青期的拟合精度作出了评价。     

华北区域杨柳科树木春季物候期模拟

杨柳科树木是我国华北区域植树造林的主要树种,但春季的杨柳飞絮问题既影响区域大气环境质量,也对人体健康造成一定的危害,因此准确预报杨柳科树木的春季物候期具有重要现实意义。基于中国气象局农业气象观测网和中国科学院地理科学与资源研究所中国物候观测网提供的华北区域1963—2018年59个站点的4种杨柳科树木(垂柳、旱柳、加拿大杨、毛白杨)的4个春季物候期(开花始期、盛期、末期和果实或种子成熟期)观测数据,对3种基于逐日气温序列构建的春季物候过程模型(简单积温模型、温度三基点模型和冷激-三基点模型)进行了参数率定和优选,分别对这16个基于物种-物候期的最优春季物候模型进行了外部检验。内部模拟结果表明,各模型对同一物种-物候期模拟效果相差不大,均方根误差(RMSE)介于5.5—11.6d,各模型对同一物种发生较早的物候期模拟效果相对更好。通过赤池信息准则(AIC)判定,上述16个基于物种-物候期的最优春季物候模型中,有11个选择简单积温模型,有5个选择冷激-三基点模型,其中,垂柳和旱柳的最优春季物候模型都选择了简单积温模型,加拿大杨的各春季物候期对2种物候模型均有选择,毛白杨的各春季物候期则全部...     

放牧影响下克氏针茅草原不同物候期土壤酶活性与微生物生物量的变化

研究了内蒙古呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度下土壤脲酶、脱氢酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及土壤微生物生物量在不同物候期的动态变化。结果表明,返青期、抽穗期、开花期及种子成熟期中度放牧区土壤脱氢酶活性显著高于轻度放牧区(P0.05);返青期、抽穗期、开花期以及种子成熟期,轻度、中度放牧土壤中过氧化氢酶活性显著高于重度放牧梯度(P0.05)。轻度放牧区土壤微生物生物量碳在种子成熟期显著高于抽穗期(P0.05),土壤微生物生物量氮在抽穗期及种子成熟期显著高于返青期、开花期(P0.05);中度放牧区土壤微生物生物量碳在返青期显著高于抽穗期、开花期及种子成熟期(P0.05),土壤微生物生物量氮在返青期显著高于抽穗期、开花期及种子成熟期(P0.05);重度放牧区种子成熟期土壤微生物生物量碳显著高于返青期、抽穗期及开花期(P0.05),种子成熟期土壤微生物生物量氮显著高于返青期、抽穗期及开花期(P0.05)。相关性分析表明,土壤过氧化氢酶活性与土壤微生物生物量氮呈显著正相关,土壤微生物生物量碳与微生物生物量氮呈极显著正相关。     

青海省门源县1980-2015年青稞物候期变化趋势及其驱动因素

利用1980-2015年青海省门源县农业气象站的青稞物候期及平行气温和降水资料,分析了气候变化背景下青海省门源县青稞物候期变化趋势及其驱动因素,结果表明：播种、出苗和拔节期呈推迟趋势,其余物候期均呈提前趋势。其中播种期以2.65d/10a的趋势显著推迟,分蘖期、抽穗期分别以4.78d/10a和2.30d/10a的趋势显著提前。显著影响青稞物候期的气候因子为气温、降水和积温。播种前0℃活动积温升高1℃·d,期间降水量增加1mm,播种期推迟0.252d;稳定通过0℃积温增加1℃·d,分蘖期提前0.026d;4月最低气温升高1℃,抽穗期提前1.890d。自20世纪90年代出现播种推迟、分蘖期和抽穗期提前、驱动因子升高突变现象。物候期与驱动因素开始突变基本同步,表明青海高原气候变暖是青稞物候期变化的主导因素。     

基于生理生态过程的大麦顶端发育和物候期模拟模型检验

为测试研究I 模型BarleyGrow,采用4个生态区(南京、扬州、武汉、昆明)、10个大麦品种在不同播期下的顶端发育和物候期资料,对BarleyGrow、YDmodel和SUCROS模型进行对比检验和评价.利用遗传-模拟退火算法确定各品种的遗传参数,提高了应用程序求算参数的精度.从模型的整体预测效果来看,BarleyGrow对不同地区、不同播期、不同品种的各顶端发育和物候期预测准确而稳定,均方差RMSE在1.06～7.94d之间,而YDmodel为6.26～13.35d,SUCROS为11.22～20.28d.各参试品种对BarleyGrow中灌浆期基点温度、生理春化时间、临界日长、最短苗穗期4参数反应敏感.经改进的生理发育时间(PDT)模拟模型(BarleyGrow)对中国广大地区不同温光条件下的大麦顶端发育和物候发育均具有较好的预测效果,尤其对药隔期、二裂期、毛状期、抽穗期、灌浆期、成熟期的模拟精度高而稳定,表现出较强的机理性以及较好的预测性.     

不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻光合作用、物质生产和产量的影响

近地层臭氧浓度升高使水稻生长受抑进而使产量下降,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年依托先进的稻田臭氧FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)技术平台,以汕优63为供试材料,臭氧设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),秧苗素质设置弱苗(移栽时无分蘖)和壮苗(移栽时带两个分蘖),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻生长和产量的影响。结果表明:高浓度臭氧使水稻结实期叶片SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显下降,但胞间CO2浓度和叶温无显著变化。高浓度臭氧对水稻拔节前物质生产量没有影响,但使拔节至抽穗期、抽穗至成熟期物质生产量平均分别降低13%和29%,进而使成熟期生物产量和籽粒产量均显著下降。方差分析表明,臭氧与秧苗素质间没有互作效应,但臭氧与移栽密度的互作对最终产量的影响达显著水平。以上结果表明,臭氧胁迫使水稻生长后期光合受阻,导致物质生产和产量显著下降;适当增加移栽密度可能会减少臭氧胁迫下水稻产量的损失。     

基于多时相MODIS数据的东北地区一季稻面积提取

利用2007-2008年MODIS/Terra陆表反射率数据提取的归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)及陆表水分指数(LSWI),分析了东北地区水稻、旱田、林地、湿地和水体5种不同下垫面在作物生长季的动态变化,同时结合水稻发育期观测数据,建立了东北地区一季稻面积提取模型,并制作了东北地区水稻种植面积分布图.以辽宁盘锦为试验区,利用ALOS数据提取结果对该模型进行了试验,提取精度达到89.5％,结果表明该方法可以较高精度进行大范围的一季稻种植面积提取.     

黄淮海多熟种植农业区作物历遥感检测与时空特征

多熟种植是高强度农业土地利用的重要特征,但由于缺乏在空间和时间上清晰描述农业多熟种植和作物种植历时空分布的数据,使得区域尺度农田生态系统碳动态估计、农田生产力监测与模拟等有很大的不确定性。黄淮海农业区是以冬小麦-夏玉米二熟制为主的我国粮食主产区,冬小麦和夏玉米分别为光合作用途径为C3和C4的作物,已有研究证明如果在估算生态系统生产力时不考虑一年两季作物及其光能利用率的差异则会导致生产力估算结果过低。研究结合农业气象站点地面作物物候观测数据和空间分辨率500m、8d合成的MOD IS时间序列数据,分析研究区二熟制作物的生长过程、物候特征和作物历的空间差异,发展基于EVI和LSWI时间序列曲线检测多熟区各季作物种植历的方法,获取黄淮海农业区空间表述清晰的熟制和各季作物的生长开始与结束时间数据,并应用农业气象站点数据对方法和所获取的作物历数据进行了比较验证。论述的方法和提取的各季作物的作物历时空数据将能够应用于区域尺度农田生产力估算、生物地球化学循环模拟和农业生态系统监测。     

藏北高原植被物候时空动态变化的遥感监测研究

利用遥感数据提取的植被物候格局及时空变化特征能很好地反映区域尺度上植被对全球变化的响应。目前关于青藏高原地区植被物候的少量报道基本上是基于物候站点的观测记录展开分析的。该文基于非对称高斯拟合算法重建了藏北高原2001-2010年的MODIS EVI (增强型植被指数)时间序列影像, 然后利用动态阈值法提取整个藏北高原2001-2010年植被覆盖的重要物候信息, 包括植被返青期、枯黄期与生长季长度, 分析了植被物候10年间平均状况的空间分异特征以及年际变化情况, 并结合站点观测记录分析了气温和降水对植被物候变化的影响, 结果表明: (1)藏北高原植被返青期在空间上表现出从东南到西北逐渐推迟的水平地带性与东南高山峡谷区的垂直地带性相结合的特征, 近60%区域的植被返青期提前, 特别是高山地区; (2)植被枯黄期的年际变化不太明显, 大部分地区都表现为自然的年际波动; (3)生长季长度的时空变化特征由植被返青期和枯黄期二者决定, 但主要受返青期提前影响, 大部分地区生长季长度延长; (4)研究区内不同气候区划植被物候的年际变化以那曲高山谷地亚寒带半湿润区和青南高原亚寒带半干旱区的植被返青期提前和生长季延长程度最为明显; (5)基于气象台站数据分析气候变化对物候的影响发现, 返青期提前及生长季延长主要受气温升高的影响, 与降水的关系尚不明确。     

基于GIS的浙江省水稻遥感估产最佳时相选择

水稻遥感估产最佳时相选择应包括水稻种植面积估算最佳时相和水稻产量预报最佳时相两部分。在水稻遥感估产最佳时相选择中,由于首次引入GIS技术提取水稻可能种植区域,缩小了研究范围,植被种类也较简单一,因此仅用农作物物候历即可确定水稻种植面积估算最佳时相,而不需要考虑所有的植被类型。利用盆栽试验和小区试验研究水稻产量与不同时期的农学参数、农学参数与植被指数及水稻产量与植被指数的关系,结果表明,水稻产量与农业参数、农学参数与光谱变量的关系均以孕穗以抽穗期最好,水稻产量与光谱变量的关系则从分蘖盛期到抽穗期的极显著。因此,以孕穗期到抽穗期作为建立水稻遥感估产模型的最佳时期。再利用1998年各地的水稻发育期观测资料,确定各区水稻产量遥感最佳时相。     

Phenological responses of upland rice grown along an altitudinal gradient

High altitude upland rice (Oryza sativa L.) production systems are expected to benefit from climate change induced increase in temperatures. The potential yield of rice genotypes is governed by the thermal environment experienced during crop development phases when yield components are determined. Thus, knowledge on genotypic variability in phenotypic responses to variable temperature is required for assessing the adaptability of rice production to changing climate. Although, several crop models are available for this task, genotypic thermal constants used to simulate crop phenology vary strongly among the models and are under debate. Therefore, we conducted field trials with ten contrasting upland rice (O. sativa L.) genotypes on three locations along an altitudinal gradient with five monthly staggered sowing dates for two years in Madagascar with the aim to study phenological responses at different temperature regimes. We found that, crop duration is equally influenced by genotype selection, sowing date and year in the high altitude. In contrast, in mid altitudes genotype has no effect on crop duration. At low altitudes crop duration is more affected by sowing date. Grain yield is strongly affected by low temperatures at high altitudes and severly influenced by frequent tropical cyclones at low altitudes. In high altitude, genotype explained 68% of variation in spikelet sterility, whereas in mid and low altitudes environment explained more than 70% of the variation. The phenological responses determining crop duration and yield, the basic genotypic thermal constants, and the analyses of genotypic thermal responses with regard to spikelet sterility reported here, provide valuable information for the improvement of rice phenological models urgently needed to develop new genotypes and better adapted cropping calendars.     

基于多种遥感植被指数、叶绿素荧光与CO2通量数据的温带针阔混交林物候特征对比分析

植被物候学作为研究植被与环境条件相互作用的科学,在全球气候变化的大背景下已成为国际热点研究领域,其中森林植被在调节全球碳平衡、维护全球气候稳定的过程中有着至关重要的作用。随着遥感技术的发展,多种遥感指数被应用到森林植被物候研究中,其中以MODIS NDVI和EVI应用最为广泛,而叶绿素荧光(SIF)作为植被光合作用的"探针"也被广泛应用于森林植被物候研究中。为了探究3种指数在森林植被物候研究中的差异与特性,本文以长白山温带红松阔叶林通量观测站为研究区域,采用模型拟合结合动态阈值法提取2007—2013森林物候特征参数,并使用通量数据(总初级生产力GPP)进行验证。结果表明:NDVI与EVI、SIF相比,表现为生长季开始时间与结束时间的明显提前和滞后,与GPP数据偏差较大,且夏季生长季峰期曲线形态过宽且平坦,无法较好反映生长季变化特征;EVI相较于NDVI有所改善,整体变化趋势与SIF、GPP基本吻合,但依然存在秋季衰减时间稍迟于SIF与GPP的问题;SIF虽然存在夏季骤降现象,但依然与GPP数据一致性最好,可以较好反映出森林植被季节变化特征。SIF数据与植被光合作用的紧密关联使其在植被物候研究中具有优于植被指数的准确性,并随着遥感平台的增加和反演方法的改善,将会在多尺度、多类型的植被物候监测中发挥更加重要的作用。     

中国东北天然次生林主要树种的物候研究

本文以中国东北天然次生林的主要乔木树种：红松、落叶松、樟子松、青杨、山杨、白桦、柞树、水曲柳、黄菠萝、胡桃楸、紫椴、五角槭和春榆为材料,研究了树种物候的主要特征。编制了树种的物候谱,考察了树种的物候期与光照和温度等环境因子的关系,并通过多元统计的主成分分析方法,揭示出与树木萌动期、生长期和开花期等主要物候期关系最为密切的气象因子是总累积日照数和各期的平均温度,阐明温度、光照及其综合作用是物候现象的重要外在条件。用系统聚类的方法对13个树种分别依萌动期、生长期、开花期的环境因子和物候日期进行了分类,确定了萌动类型五个,生长的物候类型四个,开花的物候类型四个,物候日期的物候类型四个。并把树木的物候类型与树木的生态对策作了对应分析,提出了树木生态物候对策的概念。     

物候模式识别在生态动力预报中的应用

以物候资料和数值天气预报模式输出图为基础,应用模式识别和数理逻辑判断的自动化技术,阐述制作生态动力预报的原理、方法和步骤.生态动力预报技术使传统的物候学在气象学和自动化技术支持下,扩展应用到生态预报业务领域,使物候预报从单站预报阶段发展到区域预报阶段,同时促进了农业气象预报方法从定性、统计阶段向动力预报阶段发展.该方法在农作物播种、长势、灌溉与施肥、病虫害防治等方面具有广阔的应用前景.     

基于时序植被指数的华北地区作物物候期/种植制度的时空格局特征

随着气候变化对农业系统的影响不断加剧,为保障粮食安全,须掌握变化中的自然与人文因素,而农业生态系统中变化最为明显直观的是农作物物候特征,如何提取大区域尺度上农作物物候期以及种植制度的时空格局特征,是评价区域粮食安全的重要因素.基于多时相遥感信息可以有效反映年内/年际农作物物候特征变化的原理,首先利用近10a来的SPOT/VGT-NDVI时间序列数据,在进行数据序列平滑重构处理基础上,提取了华北地区农作物典型物候期的数量分布与空间格局特征;然后,基于上述物候期的分异特性建立了一年一熟和一年二熟等种植制度类型的遥感识别标志;最后,重点分析了上述种植制度的空间格局及其时间波动特征,并利用农业统计资料对提取结果进行了简单验证.分析结果表明,作物物候期特征的数量分布和空间分布在不同生长季均具有显著差异,直接体现了与外界环境条件(诸如区域温度、降水和光照等)的匹配程度以及作物类型自身的生长特征;从主要种植制度空间分布来看,华北地区南部地区农作物类型以夏收作物和二熟秋收作物为主,与之对应的农田种植制度以一年两熟为主;华北地区北部主要为一熟制区域,作物类型以一年一熟秋收作物为主,作物种植制度空间分布随着纬度递减呈现出简单到复杂的总体趋势;从近10a的种植情况来看,一年一熟作物种植面积最大,年际变化幅度亦较大,一年二熟的夏收作物种植比例次之,而年际变幅最小,二熟秋收作物比例最低,其年际变幅居中.研究中亦提出,在进一步加强多时相遥感技术监测大区域农业生态系统动态变化的同时,亦需深入探讨作物物候特征及种植制度变化的驱动因素及其对国家粮食安全的影响.