Calibration of Terra/MODIS gross primary production over an irrigated cropland on the North China Plain and an alpine meadow on the Tibetan Plateau

This paper evaluated the MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) gross primary production (GPP) product (MOD17) by using estimated GPP from eddy‐covariance flux measurements over an irrigated winter wheat and maize double‐cropping field on the North China Plain in 2003–2004, and an alpine meadow on the Tibetan Plateau in 2002–2003. The mean annual GPP from MOD17 accounted for 1/2–2/3 of the surface estimated mean annual GPP for the alpine meadow, but only about 1/5–1/3 for the cropland. This underestimation was partly attributed to low estimates of leaf area index by a MODIS product (MOD15) because it is used to calculate absorbed photosynthetically active radiation in the MOD17 algorithm. The main reason is that the parameter maximum light use efficiency (ε_max) in the MOD17 algorithm was underestimated for the two biomes, especially for the cropland. Contrasted to the default, ε_max was optimized using surface measurements. The optimized ε_max for winter wheat, maize and meadow was 1.18, 1.81 and 0.73 g C/MJ, respectively. By using the surface measurements and optimized ε_max , the MOD17 algorithm significantly improved the accuracy of GPP estimates. The optimum MOD17 algorithm explained about 82%, 68%, and 79% of GPP variance for winter wheat, maize, and meadow, respectively. These results suggest that it is necessary to adjust the MOD17 parameters for the estimation of cropland and meadow GPP, particularly over cropland.     

过去20年中国耕地生长季起始期的时空变化

多时相遥感数据能够较好地描述区域尺度的植被物候和生长季节的变化特征.利用NDVI时序数据,采用非对称性高斯函数拟合方法重建平滑曲线,分别提取了我国20世纪80年代初、90年代初和21世纪初等3个时期为我国耕地第一生长季起始期,计算3个时期平均生长起始期,并分析了我国耕地第一生长季起始期的区域空间分异规律;然后,从区域和省份两个尺度分析了20世纪80年代初至90年代初和20世纪90年代初至21世纪初两个阶段我国耕地生长季起始期动态变化趋势和空间格局.结果表明,我国不同区域耕地第一生长季起始期存在十分明显的空间差异,清楚地呈现出一个从南向北逐渐推迟的空间特征;从不同区域看,在20世纪80年代初至90年代初和20世纪90年代初至21世纪初两个时期,我国耕地第一生长季起始期变化都是提前和推迟并存,不同区域变化程度不一;从不同省份看,在过去20年间,我国绝大多数省份耕地第一生长季起始期都表现为总体提前的趋势,但不同省份的起始期变化具有差异性.影响我国耕地生长季起始期变化的因素很多,如何区别气候变化等自然因子和人类活动因子对耕地生长季起始期变化的影响是一个值得深入研究的问题.     

黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律

采用样地调查与生物量实测方法,研究了甘肃黄土丘陵区不同坡向(阳坡、阴坡)和退耕年限(退耕5a、8a和11a)刺槐人工林乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及刺槐人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配特征。结果表明:刺槐不同器官碳含量均值变化范围为43.02%—50.89%%,从高到低排列顺序为树干细枝中枝粗枝叶根桩大根粗根小根中根树皮细根;灌木层碳含量为35.76%—42.74%;草本层碳含量为35.83%—43.64%;枯落物层碳含量为39.55%—41.77%;土壤层(0—100 cm)碳含量均值变化范围0.22%—0.99%,随退耕年限增加而增大,土壤深度的增加而逐渐下降。刺槐人工林生态系统碳库空间分布序列为土壤层(0—100 cm)植被层枯落物层。阳坡和阴坡退耕5a、8a、11a刺槐林生态系统碳储量分别为52.52、58.93、73.72 t/hm2和49.95、61.83、79.03 t/hm2。退耕年限和坡向是影响刺槐人工林碳储量增加的主要因素。刺槐人工林具有良好的固碳效益,是黄土丘陵区的理想树种。     

西北黄土高原半干旱区全膜覆土穴播对土壤水热环境和小麦产量的影响

全膜覆土穴播是西北黄土高原旱作区大面积应用于密植作物栽培的关键增产技术,可显著提高降水利用率和作物生产力,但目前对其增产机制和环境效应缺乏系统研究分析。在2011—2013年以春小麦陇春27号为试验材料,设全膜覆土穴播(FMS)、地膜覆盖穴播(FM)和露地穴播(CK)3个处理,研究半干旱旱作区全膜覆土穴播的土壤水热效应及其对小麦产量的影响。结果表明,小麦苗期FMS在0—25 cm土层的平均地温比CK提高1.4—3.5℃,但孕穗到灌浆期正午地表地温比FM和CK分别降低5.3—6.4℃和3.1—4.3℃。FMS和FM使小麦拔节前0—200 cm土层土壤贮水量分别增加33.1和29.3 mm,且可促进小麦对深层水分(100—200 cm)的利用,FMS成熟期100—200 cm土层土壤贮水量比播前下降44.4—69.6 mm,较CK高8.4—145.5%,但FMS在休闲期补充土壤水分77—127 mm,分别较FM和CK增加4.5%—40.9%和12.8%—109.5%;FMS的休闲效率为30.5%—52.6%,比CK高12.8%—109.5%,比FM高4.5%—40.9%。基于对土壤水热环境和作物耗水的影响,FMS的产量达1750—3180 kg/hm2,水分利用效率为5.5—11.5 kg hm-2mm-1,分别比CK增加40%—220%和27%—239%,而且干旱年份的增加幅度更高。因此,FMS改善了小麦生长前期的土壤水热条件,调节作物不同生育期的耗水强度,显著提高作物水分利用效率和产量,并提高降水休闲效率,使小麦生育期耗散的土壤水分在休闲期得到有效补充。     

内蒙古伊金霍洛旗农业生产力的评估与预测

运用伊金霍洛旗40年的气象与农业统计资料,分析了气候与化肥使用量对于粮食产量的综合影响．选取综合模型为基础,将化肥对粮食气候生产潜力的影响考虑为调节因子,建立了基于气候和化肥使用量的粮食产量评估模型．同时,基于伊金霍洛旗地区人口、气候以及化肥的未来变化情景,预测了未来30年的粮食需求增长量,指出在满足当地人民对粮食作物基本需求的基础上,从目前到2010年期间退耕面积达622～5948hm^2,相当于原有耕地的3％～31％;从2010年到2020年期间退耕面积最大,达3263～8164hm^2,相当于原有耕地的17％42％;随后10年由于土地单位面积的增产是有限度的,而人口继续增长,将导致耕地面积有所回升,但变动幅度不会太大,基本维持在2020年的水平。     

不同植被类型对土壤水蚀的影响

不同植被类型对土壤水蚀的影响因子是计算土壤水蚀速率以及选择适当土地利用方式的基本参数.本文以土壤侵蚀模型中的植被因子(C因子)为指标,研究不同植被类型对土壤水蚀的影响.根据6个水土保持试验项目33个小区共195个小区年的资料,计算了剌槐、柠条、沙棘、沙棘-杨树,沙棘-油松、沙打旺、红豆草、苜蓿和草木樨等9种林草植被因子值.林地植被因子介于0.004到0.164之间,以刺槐林的C值最低.草地植被因子介于0.071到0.377之间,以第一年的草木樨C值为最高.定量对比说明林草植被的水土保持效益明显优于农作物.本项研究结果可以用于定量比较不同植被类型覆盖下的土壤流失速率,对于北方农牧交错带退耕还林还草政策的实施具有参考价值.     

防护林网内玉米田生物量和生产力格局的研究

 本文报道了松嫩平原防护林网内玉米(Zea mays)田的生物量和生物生产力的时空格局及其与生态、生理因子的关系。研究结果表明：林网东西两条主林带间不同位置玉米的生物量和生产力在生长季各时期均有显著差异。生物量在距西侧主林带5—10倍树高(H)处最高,距离为1树高处最低,25倍树高处亦较高。在大部分时间里生产力的水平格局为“N”形。两个峰分别为10H和25H。南北两条副林带间的生物量和生产力无明显差异。林网内生物量和生产力的分布格局受林网内温、湿因子分布的制约,不同时期的限制因子不同。叶面积和同化速率对生产力格局也有重要影响。林网内玉米穗生物量明显高于无林地。本研究指出,应适当缩短主林带间距,并可在林带附近种植浅根、矮秆和耐荫性作物,以提高整个林网的生产力和经济效益。     

秦岭太白山弃耕地植物群落演替的生态学研究 Ⅱ演替系列的群落α多样性特征

应用物种丰富度、Ｓｉｍｐｓｏｎ指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ指数、Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数、Ａｌａｔａｌｏ均匀度指数研究了太白山弃耕地植物群落次生演替过程中的群落α多样性动态特征,结果表明,群落在由一年生草本植物群落阶段向多年生草本植物群落、灌丛、混交林阶段的演替过程中,群落多样性指数逐渐上升,至混交林阶段达到最高值。若以分布在这一垂直地带的代表性森林群落锐齿栎林为演替进一步发展的方向,则由多样性指数在锐齿栎混交林、锐齿栎林阶段呈下降趋势。不同演替阶段不同生长型的多样性指数变化规律为：在演替的初期,草本层多样性指数＞灌木层＞乔木层;在混交林阶段,这３个不同生长型的多样性指数相差无几,乔木生长型稍占优势;在锐齿栎混交林和锐齿栎林阶段,灌木生长型的物种多样性最大,草本次之,乔木生长型的物种多样性则迅速降低。首次利用群落各生长型的叶层相对厚度和相对盖度作为加权参数,对群落总体的物种多样性指数进行了测度,结果表明,这种加权处理是比较合理的。     

土壤纤毛虫群落对退耕还林生态恢复的响应——以侧柏林为例

为了了解土壤纤毛虫群落对退耕还林区生态恢复下土壤环境变化的响应及尝试利用土壤纤毛虫群落特征评价退耕还林生态恢复的效果,于2010年3月至9月采用"非淹没培养皿法"、活体观察法、蛋白银染色法和Foissner计数法对甘肃陇南武都退耕还林区5个不同恢复阶段的样点和1个荒草坡对照样点的土壤纤毛虫群落特征进行了研究,同时测定了p H值、温度、含水量及速效磷、有效钾、铵态氮、有机质和有机碳含量等土壤环境因子并分析了生态恢复条件下土壤纤毛虫群落特征与土壤环境因子的相关性。研究中共鉴定到71种纤毛虫,隶属于3纲、10目、22科、29属。研究发现,不同恢复年限的土样中土壤纤毛虫的物种分布存在明显差异,并随恢复时间的延长,样点间物种相似性减小,群落组成复杂化,物种数、种群密度和物种多样性指数总体均呈增长趋势。优势类群也发生了演替,由恢复初期的肾形目演替到后期的下毛目。相关性分析结果表明,在生态恢复条件下,土壤有机质和铵态氮含量是影响土壤纤毛虫群落结构稳定性的主要因素,不同纤毛虫类群对生态恢复的响应存在差异。冗余分析显示,土壤纤毛虫群落很好地响应了生态恢复过程中土壤环境条件的变化。     

Mapping global cropland and field size

A new 1 km global IIASA‐IFPRI cropland percentage map for the baseline year 2005 has been developed which integrates a number of individual cropland maps at global to regional to national scales. The individual map products include existing global land cover maps such as GlobCover 2005 and MODIS v.5, regional maps such as AFRICOVER and national maps from mapping agencies and other organizations. The different products are ranked at the national level using crowdsourced data from Geo‐Wiki to create a map that reflects the likelihood of cropland. Calibration with national and subnational crop statistics was then undertaken to distribute the cropland within each country and subnational unit. The new IIASA‐IFPRI cropland product has been validated using very high‐resolution satellite imagery via Geo‐Wiki and has an overall accuracy of 82.4%. It has also been compared with the EarthStat cropland product and shows a lower root mean square error on an independent data set collected from Geo‐Wiki. The first ever global field size map was produced at the same resolution as the IIASA‐IFPRI cropland map based on interpolation of field size data collected via a Geo‐Wiki crowdsourcing campaign. A validation exercise of the global field size map revealed satisfactory agreement with control data, particularly given the relatively modest size of the field size data set used to create the map. Both are critical inputs to global agricultural monitoring in the frame of GEOGLAM and will serve the global land modelling and integrated assessment community, in particular for improving land use models that require baseline cropland information. These products are freely available for downloading from the http://cropland.geo-wiki.org website.