美国玉米和小麦产量动态预测遥感模型

粮食安全问题一直倍受世界各国关注,及时、准确地了解其他国家或地区的粮食生产状况,对于中国粮食贸易和粮食宏观调控,具有十分重要的意义.本文以美国冬小麦和玉米为研究对象,在分析各作物空间分布及生长季节的基础上,利用土地利用数据剔除非耕地信息,使提取的归一化植被指数(NDVI)客观地反映各作物的生长状况.以1998-2007年的SPOT VEGETATION旬最大值合成NDVI资料为数据源,研究了美国玉米和小麦生长季的旬NDVI与产量的关系,确定了不同月份的建模因子,分别建立了美国玉米和冬小麦不同月份的产量动态预报模型.通过对各模型估算产量与实际产量进行比较,各模型预报结果的相对误差大部分在3%以内,精度较高,说明建立的作物产量动态预报模型实用可行,能够投入产量预报业务应用.     

作物产量的模拟模型

产量模拟模型研究的重点是作物产量与生态因子间的关系。根据农业生态系统中限定产量的主要生态因子不同, 可将作物生产划为不同的生产水平, 并建立相应的生产力模型。各生态因子对预测不同范围的生产力都有其固有的适用性。动态模型是在长期定位观测基础上建立的, 空间变异模型用于农田产量预测, 宏观统计模型则用于区域性产量预测。本文在简要评述各类产量模型及其应用后, 提出了对产量模拟模型研究发展的看法。     

山杨林林分密度效应动态模拟

 本文用林窗模型研究了小兴安岭南坡山杨林林分密度动态过程,在给定林分初始条件后,模拟了林分密度、断面积、生物量、叶面积指数和生产力150年的变化。用林分密度效应的3/2法则和产量恒定法则检验模拟林分,结果表明模拟林分密度发展与理论预测相符合。通过本文的研究既检验了林窗动态模型又印证了林分密度效应理论。     

基于生态系统服务价值的生态足迹模型均衡因子及产量因子测算

均衡因子和产量因子是生态足迹模型中的关键参数,现有的测算方法多根据物质生产和消费实现,忽略生态系统提供服务的能力。本研究提出基于生态系统服务价值的均衡因子和产量因子测算方法,并以1990、2005和2015年北京市门头沟区为例,研究生态涵养发展区生态承载力,并与通用因子计算结果对比。结果表明:(1)基于生态系统服务价值获取的均衡因子:水域林地耕地。水域均衡因子最高,平均值达到8.37。耕地均衡因子最低,平均值仅为0.24。林地均衡因子高于耕地,均衡因子平均值为0.71。说明该方法较好的表现了不同生态系统提供生态服务能力的差异;(2)基于该研究方法获取的不同生态系统的产量因子接近:耕地林地水域,均值分别为0.90,0.87和0.86,且呈逐年递减趋势;(3) 1990年到2015年,门头沟区生态承载力先降低后提高,生态足迹先提高,再降低,2005年出现生态赤字,其森林、耕地和区域生态承载力与生态足迹小于通用因子生态足迹模型结果,水域生态承载力和生态足迹高于通用因子生态足迹模型结果。与通用因子相比,基于生态系统服务价值的均衡因子和产量因子更好的体现了研究区内各类生态系统生态服务的承载力。     

“生态平衡施肥”的理论基础和技术体系

施肥是与产量、品质、成本、土壤培肥、污染等问题密切相关的复合生态系统物质循环调控的重要措施,以实现经济效益、生态效益和社会效益的综合效益最佳为目标,建立了“生态平衡施肥”的理论基础和技术体系,结合国情提出“生态平衡施肥’实现的关键条件和具体模式。“生态平衡施肥”是以施肥系统养分循环原理－－“通用施肥模型”为理论基础,以衫和和高新技术化组装的技术体系为实现手段,以“生态型肥料”为载体的新的施肥系统。     

东北地区两个主要树种地上生物量通用方程构建

目前,东北落叶松地上生物量方程主要采用分树种或把不同树种归为一体的方法,但是,既能反映落叶松生物量与自变量的平均关系,又能反映不同树种间生物量差异程度的通用性落叶松生物量方程迄今尚未构建。因此,以东北地区兴安落叶松和长白落叶松地上生物量数据为研究对象,构建一元(自变量为胸径)、二元(自变量为胸径和树高)和三元(自变量为胸径、树高和冠幅)的不同树种生物量通用方程。由于起源和地域的不同,生物量可能会存在一定程度差异,进而,在所构建的不同树种生物量通用方程的基础上,考虑起源和地域的差异,利用哑变量方法构建既能考虑不同树种又能考虑林分起源和不同地域的东北落叶松地上生物量通用方程,并利用加权最小二乘法剔除方程异方差。结果表明:通过哑变量方法构建不同树种生物量模型方法可行;不论是传统的生物量方程,还是只考虑树种或同时考虑树种、起源和地域的通用生物量方程,增加自变量能提高方程预测效果,即,三元生物量方程预测精度最高,二元生物量方程次之,一元生物量方程最低;当同时考虑树种、起源和地域时,方程预测精度最高,只考虑树种的生物量通用方程次之,传统生物量方程最低。因此,如果数据允许,建议构建考虑不同树种、起源和地域的三元生物量方程估计东北地区长白落叶松和兴安落叶松地上生物量。     

向日葵籽实产量预测数学模型的研究

根据2年10个点次的田间试验结果建立了由数粒法、盘重法和盘径法预测向日葵籽实产量的回归数学模型,并根据1994年4个点次的产量实测结果对各模型的可靠性进行了验证．结果表明,三种方法建立的模型均有效、可靠．但在我国向日葵科研和生产实践中,以盘径法最为实用,建议推广应用．     

玉米粗缩病(MRDV)的季节流行动态和经济损失的定量研究

采用系统调查方法研究田间玉米粗缩病(MRDV)的自然发展动态和经济损失规律,其结果表明,MRDV在玉米生长季中的进展曲线遵循对数抛物线函数(y=a·e~bx ex~2)规律,从而建立了中单2#和丹玉13#玉米上MRDV(病指数和发病率)的流行模型(α<0.05,估计病情符合率75—100％),同时认为此函数为生长后期表现“隐症”的一类植物病毒病发展动态的通用拟合模型。MRDV对玉米成穗率、穗粒数、穗粒和干粒重诸产量因子都显著影响,相关分析发现玉米损失率与拔节,抽雄和吐丝期的MRDV严重度密切相关(r≥0.89,α<0.05),因此建立了这些时期病指数和病株率与经济损失率间的线性关系模型,并用相应的模型估计了南充地区1988—1989年MRDV引起的玉米产量和经济损失。     

作物适宜度模型及其应用

本文提出的适宜度理论和方法是一种描述作物与环境关系的定量方法,文中提出了两个新的概念;适宜度过程、环境因子变化过程适宜度。以此为基础,建立了一系列的适宜度模型及产量模型,将该理论及方法应用于分析定西春小麦生产,初步摸清了当地小麦产量长期低而不稳的规律。本文提出的春小麦产量模型具有明显的生物学含义并可用它在不同生物阶段对产量进行预测。经用１９８４、１９８６年的数据验证,模拟值与实值分别相差８％、７．     

利用混合模型分析地域对国内马尾松生物量的影响

开展全国森林生物量监测和评估,建立适合较大区域范围的通用性立木生物量模型是一项重要的基础工作,而分析森林生物量受不同地域的影响并保证不同尺度范围森林生物量估计值的可靠性,是必须面临的问题。以南方马尾松(Pinus massoniana)地上生物量数据为例,介绍了如何利用混合模型理论来分析地域对马尾松地上生物量的影响以及利用混合模型构建全国通用性立木生物量模型,为得到不同区域尺度范围内可靠的森林生物量评价和估计提供了有效途径。结果表明,混合模型不仅提高了模型的精度和通用性,并且模型中每个参数都有特定的数学含义,通过这些参数很容易分析出随机因子对生物量的影响程度。因此混合模型方法具有较大的灵活性和适应性,可推广到其它通用性模型(如材积方程)的建立。     

基于EMD的河北省粮食产量波动的结构特征及其成因的分析

在分析河北省粮食产量变化的时间序列总体特征的基础之上,对河北粮食产量波动结构特征及其成因进行研究,旨在为指导河北省粮食安全生产提供科学的理论依据.综合运用EMD法、剩余法和方差分析法,对河北粮食产量波动结构特征及其成因进行研究.结果表明:在品种上,小麦和玉米两大主要粮食作物产量比重呈现递增趋势,两者之和达到了89.91%,其变动对粮食总产的变动起着举足轻重的作用;杂粮作物和稻谷所占比例较小,且呈逐年缩减趋势;小麦、玉米产量波动的方差贡献率分别为64.36%和31.72%,是河北省粮食总产波动的第一和第二主控作物;稻谷和杂粮作物由于其粮食产量基数较小对河北粮食总产波动的影响较小.在空间上,河北省粮食产量的波动值分布在0～0.35之间的地区比例约为90%,表明其强度主要处于中等水平;燕山太行山山前平原区和冀鲁豫低洼平原区粮食产量波动的方差贡献率分别为22.05%和17.82%,是河北省粮食总产波动的第一和第二主控区;辽吉西蒙东南冀北山地和后山坝上高原区的粮食产量波动对河北省粮食总产波动影响较小.研究表明综合运用EMD法、剩余法和方差分析法,对河北粮食产量波动结构特征及其成因进行研究是可行的.利用这种综合方法,提高了单独使用一种方法进行波动性分析的精度,为分析波动问题提供了新的科学的理论和方法.     

Estimation of Agricultural Water Consumption from Meteorological and Yield Data: A Case Study of Hebei,North China

Over-exploitation of groundwater resources for irrigated grain production in Hebei province threatens national grain food security. The objective of this study was to quantify agricultural water consumption (AWC) and irrigation water consumption in this region. A methodology to estimate AWC was developed based on Penman-Monteith method using meteorological station data (1984–2008) and existing actual ET (2002–2008) data which estimated from MODIS satellite data through a remote sensing ET model. The validation of the model using the experimental plots (50 m²) data observed from the Luancheng Agro-ecosystem Experimental Station, Chinese Academy of Sciences, showed the average deviation of the model was −3.7% for non-rainfed plots. The total AWC and irrigation water (mainly groundwater) consumption for Hebei province from 1984–2008 were then estimated as 864 km³ and 139 km³, respectively. In addition, we found the AWC has significantly increased during the past 25 years except for a few counties located in mountainous regions. Estimations of net groundwater consumption for grain food production within the plain area of Hebei province in the past 25 years accounted for 113 km³ which could cause average groundwater decrease of 7.4 m over the plain. The integration of meteorological and satellite data allows us to extend estimation of actual ET beyond the record available from satellite data, and the approach could be applicable in other regions globally where similar data are available.     

华北平原参考作物蒸散量时空变化及其影响因素分析

根据华北平原56个气象站1960—2012年逐日气象数据和Penman-Monteith模型计算了各站及区域整体参考作物蒸散量(ET0),利用样条插值法、气候倾向率、累积距平、敏感性系数等方法对华北平原ET0的时空变化及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)华北平原多年平均ET0为1071.37mm,空间上呈现高低值相间分布格局,高值中心分布在冀北、鲁中、豫西,而低值中心分布在冀东、鲁南、豫东及豫南等地;(2)近53年ET0呈减少趋势(-12.8mm/10a),山东半岛北部及冀北等地有缓慢增加趋势,其余地区以减少为主;(3)ET0对气温、平均风速、日照时数为正敏感,而对相对湿度为负敏感。平均气温与日照时数敏感系数呈现下降趋势,相对湿度与风速敏感系数表现出上升趋势。ET0对气温和风速敏感度高的区域同时对日照时数和相对湿度敏感度较低;(4)归因分析表明,华北平原ET0的主导因子是日照时数,平均风速次之,相对湿度、最高温度、最低温度对ET0变化影响较小,日照时数主导区域包括冀北、坝上地区、冀中、豫西、豫南、鲁中及鲁西北,平均风速的主导区域为冀南、河南黄河以北、豫中、鲁西北,温度主导区域零星分布于冀北、豫西、山东半岛等地,相对湿度的主导区域主要分布在鲁南、山东半岛。     

1961-2015年黄淮海地区冬小麦干热风灾害时空分布特征

干热风是影响北方小麦后期生长和产量形成的重大气象灾害之一,在黄淮海地区主要有高温低湿型和雨后青枯型两种类型。利用黄淮海冬麦主产区65个站点1961-2015年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,综合分析了过去55 a该地区干热风日数和干热风过程的总体时空分布与变化特征。结果表明：（1）年平均干热风日数、过程次数高值区位于河北中南部、河南北部、山东北部和西部等地,其中河北中南部为黄淮海地区的干热风重发区。（2）干热风多年平均初日和最早初日的空间分布均呈从南向北、从内陆到沿海逐渐推后的特征;随着小麦灌浆成熟进程,干热风发生日数呈逐渐增多趋势,灌浆中后期干热风日数多、程度重,是干热风危害的集中期和防御关键期。（3）黄淮海地区干热风日数、过程次数总体均呈减少趋势,其中重干热风日数、重过程次数减少趋势更为明显;从地区差异来看,冀东南、鲁西北、豫东北等地减少趋势更为明显。但在气候变暖背景下,极端天气气候事件频发,部分年份仍存在发生较重干热风的可能,如2001年区域平均干热风日数达8.1 d,成为1961-2015年干热风日数最多的年份,因此对干热风的防御仍需引起足够的重视。     

基于线粒体COⅠ基因序列的中国二点委夜蛾遗传多态性分析

二点委夜蛾Athetis lepigone是2005年首次在河北省发现危害夏玉米苗的新害虫, 2011年7月在河北、 河南、 山东、 山西、 安徽和江苏6省47市夏玉米苗期大面积暴发成灾, 严重威胁玉米生产。为了从种群水平探讨该虫暴发成灾的机制, 我们通过分析线粒体细胞色素氧化酶亚基Ⅰ(mtCOⅠ）基因序列来研究不同地区二点委夜蛾种群的进化关系。本研究采集了河北、 河南、 山东和山西等地的19个不同地理种群样本, 用同源序列比对的方法分析样本mtCOⅠ基因片段, 利用DnaSP 5.0软件和Arlequin 3.5软件对不同地理种群间的mtCOⅠ单倍型多样性分析和Tajima’s D中性检测, 建立了单倍型邻接（N-J）系统发育进化树和单倍型网络图。结果表明, 在203头个体的658 bp mtCOⅠ基因片段中, 得到17种单倍型和18个变异位点, 河北省的二点委夜蛾的单倍型多态性最丰富, 而河南、 山东和山西3省采集的二点委夜蛾样品其单倍型均有与河北种群单倍型一致的类型。二点委夜蛾不同地理种群间基因流水平较高, 种群间没有明显的遗传分化, 并且在较近的历史时期未经历明显的种群扩张。     

应用SSR标记分析中国北方名优绿豆的遗传多样性

利用39对SSR分子标记对78份中国北方名优绿豆品种进行遗传多样性分析,共检测出104个等位变异,平均为2.74个。不同引物所揭示的试验材料多态信息含量(PIC)变幅在0.03~0.58之间,平均0.26。分析4个地理来源的名优绿豆资源,结果表明内蒙古的等位变异数和多态信息含量值最大,是传统名优绿豆种质资源最丰富的地区,河北张家口次之。聚类分析表明河北张家口和山西大同的种质为组群Ⅰ,内蒙古和吉林白城的资源为组群Ⅱ。     

河北省大豆地方品种遗传基础

以50份河北省大豆地方品种为材料,通过两年对12个农艺性状鉴定和30个SSR位点的分析,结果表明,地方品种农艺性状平均多样性指数为0．83,数量性状平均变异系数为20．15％,30个SSR位点平均等位变异数5．03,平均多样性指数为0．61,参试材料遗传距离平均0．869。利用Bayesian模型将参试材料分为4组。分析结果表明,河北省地方品种的遗传多样性与地理来源或不同熟期类型间没有显著相关。     

河北省大豆地方品种遗传基础

以50份河北省大豆地方品种为材料,通过两年对12个农艺性状鉴定和30个SSR位点的分析,结果表明,地方品种农艺性状平均多样性指数PIC为0.83,数量性状平均变异系数为20.15%,30个SSR位点平均等位变异数5.03,平均多样性指数PIC为0.61,参试材料遗传距离平均0.869。利用Bayesian模型将参试材料分为4组。分析结果表明,河北省地方品种的遗传多样性与地理来源或不同熟期类型间没有显著相关。     

Linking city‐level input–output table to urban energy footprint: Construction framework and application

Multiregion input–output (MRIO) models have become increasingly important in economic and environmental analysis. However, the current resolution of most MRIO models fails to capture the heterogeneity between subregions, especially in cities. The lack of city‐level MRIO tables has impeded the accomplishment of city‐level studies and hampered the understanding of the relationship between urban growth and consumption, and teleconnections to other regions. In this paper, we propose a partial survey‐based multiple‐layer framework for MRIO table compilation of a Chinese province that distinguishes city‐based regions. This framework can effectively address a large number of data processes and retain consistency between layers. Using the framework, we first compile a nested Hebei‐China city‐level MRIO table and then apply city‐level energy footprint accounting of the North China urban agglomeration. Our results present the critical role of Hebei cities in energy supply in 2012 and quantify energy use embodied in goods for the domestic trade. Tangshan, Shijiazhuang, and Handan are distinctive cities in the energy supply chain of other regions, for both less developed and developed regions. This multiple‐layer framework represents a feasible approach for developing subregional‐level MRIO models and offers the possibility to analyze global trade at the subregional level with limited data. The data and results from the analysis in this article are available for download from China Emission Accounts and Datasets.     

河北省芫菁种类记述(鞘翅目:芫菁科)

在多年野外物种考察基础上,依据河北大学馆藏标本和文献资料,对河北省的芫菁种类进行分类和整理,共计9属24种,其中丽斑芫菁Mylabris(Chalcabris)speciosa(Pallas,1781)、四星栉芫菁Megatrachelus politus(Ge-bler,1832)、二斑狭翅芫菁Stenoria(Stenoria)fasciata (Faldermann,1835)和异色带栉芫菁Zonigis fortuccii Fairmaire,1887为河北省新纪录种,并编制了属、种检索表.记述了各种的地理分布.