油菜绿色面积指数动态模拟模型

准确模拟绿色面积指数是作物生长模拟模型可靠预测作物生长和产量的关键。该研究的目的是以生理生态过程为基础,构建油菜(Brassica napus)叶面积指数和角果面积指数变化动态的模拟模型。油菜叶面积指数模型综合考虑了库或源限制下的叶面积增长模式,其中库限制下叶面积指数的增长呈指数方程,且受到温度、水分和氮素因子的影响;源限制下叶面积指数增长用比叶面积法来模拟。油菜角果面积指数由比角果面积和角果干物重来决定。比叶面积和比角果面积均为生理发育时间的函数。利用不同类型品种的播期试验及氮肥试验资料分别对模型进行了校正和检验,结果表明模型能较好地模拟不同条件下油菜叶面积指数和角果面积指数。     

基于高光谱遥感的小麦叶干重和叶面积指数监测

生物量和叶面积指数(LAI)是描述作物长势的重要参数, 叶干重和LAI的实时动态监测对小麦(Triticum aestivum)生长诊断和管理调控具有重要意义。为分析多种高光谱参数估算小麦叶干重和LAI的效果, 建立小麦叶干重和LAI的定量监测模型, 该研究连续3年采用不同小麦品种进行不同施氮水平的大田试验, 于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定叶片叶干重和LAI。试验结果显示, 小麦叶干重和LAI随施氮水平的提高而增加, 随生育进程呈单峰动态变化模式。小麦叶干重和LAI与光谱反射率间相关性较好的区域主要位于红光波段(590~710 nm, r<-0.60)和近红外波段(745~1 130 nm, r>0.69)。对于不同试验条件下的叶干重和LAI, 可以使用统一的光谱参数进行定量反演, 其中基于RVI (810, 560)、FD755、GM1、SARVI (MSS)和TC3等光谱参数的方程拟合效果较好。经不同年际独立试验数据的检验表明, 以参数RVI (810, 560)、GM1、SARVI (MSS)、PSSRb、(R_750-800/R_695-740) -1、VOG2和MSR705为变量建立的叶干重和LAI监测模型均给出较好的检验结果。因此, 利用关键特征光谱参数可以有效地评价小麦叶片生长状况, 尤其是光谱参数RVI (810, 560)、GM1和SARVI (MSS)可以对不同条件下小麦叶干重和LAI进行准确可靠的监测。     

基于LAI的东亚飞蝗发生面积的预测模型

20世纪80年代以来东亚飞蝗在我国再度猖獗危害,及时、准确地监测东亚飞蝗的危害状况,对于东亚飞蝗的有效防治有重要意义.以河北省黄骅市为研究区,从光学模型的建立机理为着眼点,定量分析和对比了4种由植被冠层孔隙度反演LAI的算法.结果表明,LAI与植被指数之间呈明显的正相关关系,即随着LAI的增大,植被指数也在增大;在4种估算方法中,LAI-2000算法最适用于研究区植被LAI的估算.此外,还分析了LAI与飞蝗发生面积的关系,发现两者呈负相关.并在此基础上建立了飞蝗发生面积的预测模型,即：ALO=-aln（LAI）＋b,其中,a、b为调节系数.     

Edge effects on vegetation and soils in a Virginia old-field

We investigated the effect of proximity to forest edge on plant community structure and ecosystem properties during succession, using field measurements of leaf area index (LAI), species composition, and soil carbon. Data were collected along four transects within a 14-year-old temperate successional field in north-central Virginia over the 2000 growing season. Additionally, the normalized difference vegetation index (NDVI) was calculated from LANDSAT 7 satellite data at a resolution of 30 m for the entire field. Results showed that relative frequencies of trees increased with proximity to forest edge suggesting a more advanced stage of succession in areas close to the adjacent secondary forest. Significant negative relationships were observed between distance from forest edge and both peak season LAI and NDVI. LAI and NDVI values within 60 m of the forest edge, however, were not significantly different from those values in the adjacent mature secondary forest, suggesting that some community level properties may take relatively short periods of time to reach undisturbed states. The presence of several key plant species, particularly Celastrus scandens (climbing bittersweet), exhibited a strong control on the spatial variability of LAI and potentially the aboveground net primary production. Soil carbon levels did not show a significant increase at sites close to the adjacent secondary forest (relative to an adjacent crop field), as seen with LAI and NDVI, suggesting no recovery of soil carbon in these systems after 14 years. This study points to the complexity of factors that influence spatial patterns of succession in old-fields and suggests that invasive species may play an important role in successional pathways and carbon cycling.     

千烟洲针叶林的比叶面积及叶面积指数

根据实测数据计算了湿地松(Pinus elliotii)、马尾松(P. massoniana) 和杉木(Cunninghamia lanceolata)不同年龄、不同类型叶片的生物量和比叶面积,并结合样地调查数据和相对生长方程计算了中国科学院千烟洲试验站20年生湿地松林、马尾松林、杉木林和针叶混交林的叶面积指数。根据拟合结果,选择如下方程计算3个树种的叶生物量:湿地松W=12.074 1D^{2.151 5}、马尾松W=6.972 7D^{2.197 3}和杉木W=5.261 9D^{2.302 7}。湿地松林的叶生物量(0.822 kg·m^-2)最大,其次为针叶混交林(0.679 kg·m^-2),马尾松林和杉木林相差不大(分别为林0.528和0.572 kg·m^-2)。不同树种、不同年龄、不同类型叶片的比叶面积比较发现,新叶的比叶面积大于老叶,三针一束叶的比叶面积略大于两针一束叶,马尾松的平均半比表面积(8.62 m²·kg^-1)大于湿地松(6.04 m²·kg^-1)和杉木(7.91 m²·kg^-1)。胸径与单木叶片半表面积之间的经验方程为:湿地松LA=0.073D^{2.151 5}、马尾松LA=0.060D^{2.197 3}和杉木LA=0.042D^{2.302 7}。据此计算湿地松林的叶面积指数为5.03,马尾松林和杉木林为4.31,针叶混交林为4.77,该结果比利用CI-110植被冠层数字图像仪测得的结果偏大。     

三种人工林分的冠层结构参数与林下光照条件

以样方法为基础,用半球面影像技术测定了桉树林、湿地松林和混交林（木荷+青冈+银木荷）3种人工林分的冠层结构(叶面积指数LAI和林冠孔隙度CO)和林下光照条件(林下直射光TransDir和林下散射光TransDif),并分析了冠层结构与林下光照条件之间的关系.测定结果表明,桉树林、湿地松林和混交林的LAI平均值分别是1....     

新疆喀纳斯国家自然保护区植被叶面积指数观测与遥感估算

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是重要的植被结构参数,调控着植被与大气之间的物质与能量交换,在生态环境脆弱的我国西北部开展植被LAI的研究对阐明该地区植被对气候变化和人类活动的响应特征具有重要的科学意义.利用LAI-2200和TRAC仪器观测了新疆喀纳斯国家级自然保护区森林和草地的有效叶面积指数(LAIe)和真实LAI,构建了其遥感估算模型,生成了研究区LAIe和LAI的空间分布图.在此基础上,分析了LAI随地形因子(海拔、坡度、坡向)的变化特征,探讨了将其应用于估算研究区森林生物量密度的可行性,并评估了研究区MODIS LAI产品的精度.结果表明:研究区阔叶林、针阔混交林、针叶林、草地LAIe的平均值分别为4.40、3.18、2.57、1.76,LAI的平均值分别为4.76、3.93、3.27、2.30.LAIe和LAI的高值主要集中分布在湖泊和河流附近;植被LAI随海拔、坡度和坡向的变化表现出明显的垂直地带性的特点.LAI随海拔和坡度的增加呈现先增加后减小的变化趋势,坡向对针叶林和草地LAI的影响明显,但对阔叶林和针阔混交林LAI的影响较弱;森林生物量密度(BD)随LAI增加而线性增加(BD=44.396LAI-25.946,R2=0.83),研究区森林生物量密度平均值为120.3 t/hm2,估算的总生物量为5.0×l06 t;MODIS LAI产品与利用TM数据生成的LAI之间具有一定的相似性(森林R2=0.42,草地R2=0.53),但森林和草地的MODIS LAI产品分别比利用TM数据生成的LAI偏低16.5％和24.4％.     

青藏高原东部河源区植被时空格局的不确定性:叶面积指数产品对比研究

青藏高原是我国的生态安全屏障。气候变化和人类活动背景下,青藏高原植被变化显著,整体呈\"变绿\"之势。然而,前人关于全球尺度的植被变化研究发现,不同卫星遥感产品得到的叶面积指数(LAI)之大小和变化趋势皆存在较大差异。因此,揭示青藏高原植被时空变化格局的不确定性,不仅是科学评估寒区生态系统如何响应气候变化的前提,还可为未来减小对地卫星观测误差提供参考。据此,研究聚焦青藏高原植被条件较好的东部河源区,揭示三种长时间序列LAI数据产品(GIMMS、GLASS和GLOBMAP)在表征LAI多年均值和变化趋势的异同。就多年均值而言,研究区内三种LAI产品的相对不确定性达到26.19%;在生长季三个阶段中,生长季初期的相对不确定性最大,为32.7%。就1982-2018年间的变化而言,GLOBMAP和GLASS相对增大了25.05%和20.24%,而GIMMS 的相对变化仅为3.85%,亦即GLOBMAP和GLASS的\"绿化\"现象最为明显。对1982-2018年间整个生长季、生长季初期和中期的LAI而言,三种产品变化方向不完全一致的面积占研究区总面积的60%,这一面积比例在生长季末期甚至超过了75%。在各下垫面类型中,草原的LAI相对不确定性最大,平均为37.7%;而森林LAI变化方向不完全一致的比例最大,超过了森林总面积的60%。在缺少大面积实测LAI地面\"真值\"的情况下,虽然并未揭示具体何种LAI产品精度最高,但结果对学术界有重要启示:在研究植被变化对生态、水文和气候之影响时,需谨慎使用某单独的LAI产品,否则可能得到相反的科学认知。在未来高分辨率卫星观测和人工智能等先进手段的辅助下,LAI产品的不确定性有望进一步减小,这需要遥感、测绘、生态、地理等多学科的共同努力。     

新疆植被生产力与叶面积指数的变化及其对气候的响应

利用美国探路者卫星遥感资料AVHRR LAI和全球生态模式CASA给出的植被净初级生产力资料(NPP)对新疆地区1982~2000年的植被时空变化进行了定量分析,结果表明新疆地区的LAI和NPP的空间分布严格受水分的制约,与气温呈负相关,表现出干旱内陆地区植被受降水控制的地带特征。相对于20世纪80年代,90年代整个新疆出现了变暖的趋势,降水基本也呈现增加的趋势,在42°N以北地区暖湿转型尤其明显,与这种气候型相对应,植被出现了明显的增加趋势,NPP最大增幅可达45gCm-2a-1。但植被对气温和降水的年际变化响应不一样,降水主要是影响植被峰值的起落,而植被在总体演变趋势上却主要受气温控制,3个分区1984~2000年的气温明显上升,而降水变化趋势不明显,植被受气温控制出现了显著的上升趋势(P<0.01)。     

内蒙古植被降水利用效率的时空格局及其驱动因素

植被降水利用效率(precipitation-use efficiency, PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。该研究利用光能利用率CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001-2010年内蒙古地区植被净初级生产力(net primary productivity, NPP), 结合降水量的空间插值数据, 分析了近10年内蒙古地区植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明: 2001-2010年内蒙古地区所有植被的平均PUE为0.94 g C·m^-2·mm^-1, 且在105-120° E地带性规律明显,PUE上升速率为每10° 0.55 g C·m^-2·mm^-1。各植被类型间PUE差别较大, 其中灌丛PUE最高, 荒漠PUE最低。在不同的降水量区域, 植被PUE的空间分布与气候因子的关系有较大差别, 0-75 mm降水量区间内, PUE随降水量、气温的升高显著下降(R² = 0.226, p < 0.05); 175-300 mm降水量区间内, 植被 PUE的空间变化与降水量和气温呈极显著相关关系(R² = 0.878, p < 0.001), 且随降水量的增加显著上升( R² = 0.94, p < 0.001), 变化速率约为每100 mm降水0.57 g C·m ^-2·mm^-1; 在降水量大于475 mm的区域, 植被PUE的空间分布与降水量、气温的相关性显著(R² = 0.19, p < 0.05), 且随着气温的上升、降水量的下降而增加, 其中气温的贡献是降水量的8.61倍。在不同的降水量区域, 植被 PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别, 对于年降水量0-220 mm的地区, PUE的年际波动与降水量呈正相关性、与气温呈负相关性; 在年降水量为220-310 mm的地区, PUE的年际波动主要受降水量的控制, 受气温影响较小; 在年降水量>310 mm的地区,PUE的年际波动与降水量、气温均呈正相关关系, 但在降水量越高的地区, PUE的年际波动与降水量的相关性越弱, 与气温的相关性越强。植被覆盖度与PUE的空间分布极显著相关(R² = 0.73, p < 0.001), 且与 PUE的年际波动也存在线性相关关系(R² = 0.11, p < 0.001); 叶面积指数( LAI)与PUE的年际波动呈线性相关关系(R² = 0.42, p < 0.001), 而当 LAI < 3.15时, PUE的空间分布随LAI增加而呈线性增加。     

林下植被对遥感估算马尾松LAI的影响

叶面积指数是一项极其重要的描述植被冠层结构的植被特征参量。根据植被物候规律,利用中国环境卫星CCD多光谱影像和野外马尾松样区调查数据,通过建立不同季节和不同郁闭度样区马尾松LAI和影像NDVI经验回归模型,并利用一个新的LAI观测方式定量比较乔木层LAI和生态系统总LAI(包括草本层、灌木层和乔木层)的差异,研究林下植被对马尾松反演的影响程度。结果表明:(1)由于林下植被的物候变化,冬季林下植被对马尾松LAI反演影响最小,马尾松NDVI和LAI线性关系R2维持在0.65;夏季林下植被影响最大,线性关系R2只有0.25;春季和秋季影响居中,NDVI和LAI线性关系R2在0.47附近。但是,受林下植被影响较小的A类样区4个季节内NDVI和LAI线性关系基本都在0.60以上(夏季略低于0.60);(2)乔木层LAI和总LAI差距非常大,最大差距达到2.93,相差的比例最大达到了2.45倍;(3)总LAI和NDVI相关关系显著,其中线性关系R2达到0.66,对数关系R2可达到0.68,而乔木层LAI和NDVI相关关系较差,线性关系R2只有0.30。分别建立冬季和其它季节实测总LAI和NDVI的关系,可以估算出林下植被对马尾松LAI反演的影响程度。     

异质景观年平均蒸发量空间格局模拟

理解景观格局如何影响生态过程是景观生态学的核心问题。建立了一个多尺度的空间显式景观过程模型 EPPML(Ecosystem Productivity Process- based Model at L andscape Scale) ,对中国东北长白山自然保护区生态系统碳 -水循环变量和生产力的时空格局进行了模拟 ,其中年平均蒸发量和蒸散量的空间格局是模型的主要输出结果之一。模拟值与实测值的数量级一致 ,这表明 EPPML 可以比较合理而准确地模拟该保护区主要生态系统的年平均蒸发量和蒸散量 ,但仍需进一步的模型验证和不确定性分析。年平均蒸发量的模拟值平均为 0 .198± 0 .0 93m / a,空间格局随海拔变化的趋势不明显 ,其中最高为云冷杉林(0 .2 76± 0 .0 81m/ a) ,最低为阔叶林 (0 .0 94± 0 .0 30 m / a)。环境因子 (气象因子和土壤含水量 )和植被因子 (植被类型和叶面积指数 L AI)等景观要素在空间格局上的变化会直接或间接地影响蒸发过程 ,进而调控整个景观的水平衡。环境因子对蒸发的影响比对蒸腾的影响要复杂得多。相对湿度对蒸发的影响最大 (R=0 .4 0 ) ,其它依次为气温、总辐射、降水量、风速和土壤含水量。年平均蒸发量与 L AI负相关 (R=- 0 .39) ,但两者并不呈简单的反比关系 :当 L AI较小时 ,蒸发量随 L AI的增加迅速地降低 ;当L AI进一步     

基于机载LiDAR单束激光穿透指数的白桦林LAI估测

森林叶面积指数(LAI)是描述森林冠层结构和树木生长状况的一个重要指标.本研究以内蒙古依根地区为研究区,在充分考虑机载激光雷达不同回波脉冲之间差异的基础上,对LiDAR点云数据进行分束处理,同时利用传感器与目标之间的距离对LiDAR点云强度进行校正,在由点云校正强度计算传统激光穿透指数(LPI)的同时提出了一个新的激光穿透指数,即单束激光穿透指数(LPI_s),并分别采用LPI和LPI_s两种激光穿透指数在4种不同LiDAR数据采样尺度(直径分别为5、10、15和20 m)下分别应用理论模型和经验模型两种不同的建模方法对森林LAI进行估测,以期通过激光分束来提高森林LAI的估测精度.结果表明: 分束激光穿透指数均值(LPI_mean)估测LAI的效果明显好于未分束LPI的估测效果,且当LiDAR数据采样尺度为15 m时,LPI_mean的经验模型(R²=0.80,平均绝对偏差MAD为0.11)和理论模型(R²=0.77,MAD=0.16)的估测结果均达到最佳.最后综合应用最佳经验模型与理论模型各自的优点绘制了研究区的白桦林LAI分布图.     

不同生态环境下水稻基因型产量形成与源库特性的比较研究

以日本和IRRI的9个水稻品种为材料,分别以武香粳9号和两优培九为对照,在江苏南京和云南丽江研究了不同水稻基因型干物质积累与源库形成特征及其在不同生态环境下的差异.结果表明,生态环境对水稻产量和干物质积累量影响显著.高产水稻品种积累了高额干物质量,且干物质生产优势在中后期.高产品种的总颖花量、LAI及群体生长速率(CGR)都较高.稻谷产量随干物质积累总量的增加而提高,与齐穗后干物质积累量、总颖花量和LAI呈极显著正相关,与粒叶比呈显著正相关.与云南丽江点相比,群体LAI、单位面积颖花量和抽穗后干物质积累量少及生长速率(CGR)低是南京点稻谷产量低的关键因素.     

人工红树林湿地系统净化污水研究进展

咸淡水交接处这种特殊的生境造就了红树植物“抗污”和“降污”的功能,但能否将自然红树林湿地作为污水处理场所目前仍有争议。按照构建的人工红树林湿地的类型,分为三大类：模拟潮汐湿地系统、人工红树林污水处理系统以及红树林种植-养殖生态耦合系统。第一类系统模拟了自然海滩上的潮涨潮落的情形,第二类系统与一般人工湿地相类似,而第三类系统是指在养殖塘种植红树植物以去除有机物和营养盐。不同的类型反映了该领域研究工作的不断深入,展现了红树林湿地净化污水从理论探索向实际应用不断靠近的过程。应用人工红树林湿地净化污水具有较大的可行性,前景可观。     

利用凋落物法和林木因子模拟小兴安岭阔叶红松林叶面积指数

叶面积指数(LAI)是研究森林生态系统生理生态进程中关键的结构参数之一。目前,凋落物法是在非破坏性条件下能直接测定森林生态系统LAI的最有效的方法,然而将凋落叶按树种分类增加了该方法的实施难度。平均优势度模型、林分优势度模型和局域优势度模型基于凋落物法和林木因子(如胸高断面积basal area,BA;坐标)能精确地预测落叶阔叶林的LAI,而这些模型是否适用于针阔混交林仍未进行验证。以小兴安岭阔叶红松林(Pinus koraiensis)为研究对象,先利用凋落物法测定其LAI,依此为参考对3种模型预测LAI的有效性进行验证,并以红松、冷杉(Abies nephrolepis)、紫椴(Tilia amurensis)、五角槭(Acer mono)、枫桦(Betula costata)和裂叶榆(Ulmus laciniata)为例,探讨了基于凋落物法测定的LAI与BA的相关关系。结果表明:平均优势度模型不适于预测针阔混交林的LAI;林分优势度模型预测效果较好,精度达86%;局域优势度模型预测效果最优,精度高于90%。然而,为准确测定阔叶红松林的LAI,应最少选择测定8个主要树种的比叶面积。基于凋落物法测定的6个树种的LAI与其BA均显著相关(P0.01),最小R2为0.67。研究结果可为快速、准确地测定针阔混交林的LAI提供依据,为非破坏性条件下建立树种的LAI与其BA的相关关系提供参考。