森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数ψm、温度廓线稳定度订正函数ψh和零平面位移高度d。其中,研究地的零平面位移高度d为17．8m,是平均冠层高度(26m)的0．68。同时,给出了ψm和ψh随梯度理查逊数Ri变化的数学表达式。     

森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数φ_m、温度廓线稳定度订正函数φ_h和零平面位移高度d.其中,研究地的零平面位移高度d为17.8m,是平均冠层高度(26m)的0.68.同时,给出了φ_m和φ_h随梯度理查逊数R_i变化的数学表达式.     

地表蒸散的遥感估算模型及其在农业干旱监测中的应用

蒸散是地表水热交换的主要过程,其空间特征差异明显,而遥感技术的发展与应用使得区域蒸散估算成为现实.本文介绍了基于能量平衡法的单层与双层遥感蒸散模型,并对这2类遥感模型的优缺点分别进行了评述和比较.重点综述了近年来得到发展和应用的大气-陆地交换反演模型(ALEXI),阐述其主要结构、特色和过程.该模型通过耦合双层能量平衡模型(TSEB)和简化边界层模型,减少以往模型对台站气象数据的依赖,明显提高区域蒸散估算精度.研究表明,基于该模型的蒸散胁迫指数(ESI)具有很强的区域干旱监测能力.在今后研究中,多元遥感数据融合技术、陆面数据同化系统与遥感蒸散模型的结合将成为该领域的研究热点.     

改进Biome-BGC模型模拟哈佛森林地区水、碳通量

Biome-BGC模型通过耦合植被、土壤与大气间的水分与CO2交换过程,实现植被生产力的模拟,但土壤水平衡模块的不够完善,导致在长时间无降水情况下植被生产力模拟存在较大误差.针对这一问题,本文对Biome-BGC模型中土壤水分胁迫气孔导度方程、蒸散计算公式及土壤水分流失过程等3方面进行了改进和调整,利用改进的Biome-BGC模型模拟美国哈佛森林地区蒸散、植被生产力,并与地面通量观测值进行了比较.结果表明,改进后模拟精度有明显的提高,蒸散、植被生态系统生产力(NEE)与观测值间的决定系数分别由0.483和0.658提高到0.617和O.813,蒸散逐年均方根误差平均下降了48.7％,NEE逐年误差平方和平均下降了39.8％.改进后的模型模拟结果更接近观测值.     

温带混交林碳水通量模拟及其对冠层分层方式的响应——耦合的气孔导度-光合作用-能量平衡模型

利用Leuning建立的耦合的光合作用、气孔导度和能量平衡方程,以将冠层分成多层的方式,包括Gaussian五点积分法、将冠层平均分为多层的方法,逐层计算温带混交林的碳水通量,最后累加至冠层尺度,以模拟CO2和H2O通量。该模型以常规气象观测数据作为驱动变量,计算出冠层与大气之间的碳水交换,与涡动相关系统的通量观测数据进行比较,分析了不同的冠层分层方式对多层模型模拟结果的影响。从3个温带混交林通量站涡动相关系统的能量平衡闭合度来看,中国长白山站CBS、韩国GDK和日本MMF站点的能量平衡比率(EBR)分别为0.76、0.66和1.07,居于国际同类观测范围(0.34—1.2)的中上水平,因此,涡动相关系统的观测数据较为可靠。从碳水通量的日变化来看,用Gaussian五点积分法将冠层分为五层的模型能较好的模拟碳水通量的"单峰形"日变化趋势。夜间Fc为负值且变化趋势较为平缓,表明生态系统进行呼吸作用释放CO2,从日出开始Fc逐渐变为正值,表明生态系统进行光合作用吸收CO2,Fc在中午时分达到最大值,下午Fc逐渐减小,日落之后又回复到夜间的负值。H2O通量的日变化曲线与CO2通量相似,且模拟值与涡动相关实测值具有较好的一致性。在多层模型中,对冠层采用不同的分层方法,对碳水通量模拟结果有一定的影响。以Gaussian五点积分法将冠层分为五层的方法作为对照,分别将冠层平均分为2、5、10、20层的方法得到的碳水通量与其进行比较。从平均值来看,分层越多,H2O通量模拟值越低,而CO2通量模拟值越高。不同的分层方法产生的差异,主要来自于不同层的辐射吸收、温湿度、风速等环境要素的垂直廓线差异,且叶片光合作用对光的响应是非线性的。     

中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005-2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下：（1）9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%-36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差（降水与蒸散的差值）可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%（P<0.05）;（2）我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高（R=0.59,P<0.01）;（3）土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。（4）与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。     

哈尔滨市不同类型人工林土壤重金属含量

以东北林业大学城市林业示范研究基地9种人工林(兴安落叶松林、樟子松林、黑皮油松林、黄波罗林、胡桃楸林、水曲柳林、白桦林、蒙古栎林和针阔混交人工林)为对象,分析林地土壤不同层次(0～10 cm和10-30 cm)A8、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn 6种重金属含量,并以哈尔滨市土壤背景值为标准,采用综合污染指数法评价各林型土壤重金属污染状况.结果表明:不同类型人工林同一土层重金属含量差异显著;除了As和Ni,同一人工林土壤重金属含量均随土壤深度增加呈下降趋势.各类型人工林同一土层重金属含量以Zn最高(62.29～126.35mg·kg-1),Cd最低(0.06～0.47 mg·kg-1).6种重金属含量由高到低顺序为:Zn＞Pb＞Cu(Ni)＞Ni(Cu)＞As＞Cd,累积程度为:Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Ni＞As.林地土壤Pb、Cd、Cu、Zn间(除水曲柳林)及其与土壤有机质、N、P、K(除水曲柳林和蒙古栎林)显著相关,且以上4种重金属含量高于背景值,为人为输入;Ni和As含量与本地背景值相当,为自然因素,不同林型土壤内梅罗综合污染指数依次为:水曲柳林＞黄波罗林＞针阔混交林＞胡桃楸林＞樟子松林＞黑皮油松林＞兴安落叶松林＞白桦林＞蒙古栎林.     

转Bt基因作物种植对土壤养分含量的影响

转Bt基因棉花和水稻的盆栽种植试验结果表明,与非转Bt基因原始对照相比,转Bt基因水稻短期种植30 d和转Bt基因棉花种植一个生长季后土壤中全碳和全氮以及碱解氮、速效磷、有效硫含量与对照均无显著差异,表明转Bt基因作物的种植短期内对土壤主要营养元素循环和平衡的扰动是微小的.     

2000-2015年中国陆地生态系统蒸散时空变化及其影响因素

准确量化区域蒸散时空格局及其影响因素对理解陆地生态系统碳水循环具有十分重要的意义。近年来中国经历了严重的空气污染及气候波动,亟须探讨蒸散的时空变化及其影响因素。基于PT-JPL（Priestly-Taylor Jet Propulsion Laboratory）模型,集成遥感数据和气象数据模拟了中国陆地生态系统2000-2015年蒸散,并分析其时空变化及影响因素。结果表明：1）参数优化后PT-JPL模型可解释蒸散年际变化的68%,优于原始模型及MODIS蒸散产品;2）中国地区多年平均蒸散为440.16 mm/a,呈东南沿海到西北内陆逐渐递减的空间格局;3）2000-2015年蒸散整体呈轻微下降趋势（slope=6.48 Gt/a,P=0.17）,但具有年代际差异,2000-2010年中国地区蒸散呈显著下降趋势（slope=21.05,P < 0.01）,占全国蒸散总量45.05%的内蒙古地区、甘新地区、黄土高原地区及青藏地区解释了61.88%的年际变化;2010-2015年呈轻微上升趋势（slope=10.48,P=0.71）,各地区均无显著变化趋势;4）辐射主导了蒸散的年代际差异,分别解释了2010年前后蒸散下降及上升趋势的51.45%、85.26%。蒸散呈显著变化趋势的内蒙古地区、黄土高原地区及青藏地区主要受辐射控制,甘新地区主要受降水和温度的影响。     

黄河三角洲农田退耕年限对土壤不同形态氧化铁含量及其分布的影响

土壤中铁元素主要以氧化物形态存在,土地利用方式的变化会导致其形态发生转变。本研究选取黄河三角洲不同退耕年限土地为对象,通过分析退耕土壤理化性质和不同形态氧化铁含量,探讨退耕年限对土壤氧化铁含量及其形态变化的影响。结果表明：总体上农田退耕后土壤(0～40 cm)含水量、有机质、总氮和总磷含量以及表层土壤黏粒含量随退耕年限的延长呈上升趋势;土壤pH和土壤容重的变化则不明显。土壤全铁(Fe_T:23.68～26.60 g·kg^-1)含量在退耕的前6年内无显著变化,但退耕6年后则随退耕年限的增加而降低;游离态氧化铁(Fe_d:4.97～5.81 g·kg^-1)与Fe_T变化趋势大致相同;络合态氧化铁(Fe_p:0.03～0.21 g·kg^-1)和无定形态氧化铁(Fe_o:0.54～0.76 g·kg^-1)变化趋势基本一致,均表现为随退耕年限呈先降低后上升的变化趋势。退耕还湿后土壤中全铁和各形态氧化铁含量与土壤...     

土壤中重金属形态分析及其环境学意义

介绍了土壤重金属的形态及各种分析方法,重点说明了土壤中重金属形态分布及影响因素;讨论了影响土壤环境中重金属形态转化的因素,重金属形态与重金属在土壤中的迁移性、可给性、活性的关系,重金属污染土壤修复与重金属形态分布的关系.形态分析在一定程度上反映自然与人为作用对土壤中重金属来源的贡献,并反映重金属的生物毒性.重金属可以因形态中某一个或几个方面不同而表现出不同的毒性和环境行为.     

中亚热带不同母质发育森林土壤磷组分特征及其影响因素

本研究以福建三明砂岩和花岗岩发育的米槠林土壤和杉木林土壤为对象,分析土壤磷组分、铁铝氧化物、微生物生物量以及磷酸酶活性等指标,研究母质和森林类型对土壤磷组分的影响程度和机制.结果表明:母质和森林类型显著影响土壤不同磷组分含量.总体上,砂岩发育土壤全磷含量、活性无机/有机磷、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量均显著高于花...     

外源65Zn进入土壤后的扩散及存在形态

利用⁶⁵Zn示踪和化学连续分级技术研究了外源Zn在褐土中的存在形态。结果表明交换态Zn(EX-Zn)和碳酸盐结合态Zn(CARB-Zn)含量约占土壤总Zn量的67-72%.Zn投加量增加,土壤Zn的强度因数增大。反之,Zn的矿物形态增高。土壤水分4%和100%时,土壤中Zn的扩散系数D分别是7.9×10^-8和6.6×10^-6cm²·s^-1.土壤水分含量在30%和70%时,Zn在施入点的平均停留时间分别是9d和4d.Zn的扩散程度(σ²)也随之从0增大到0.371.     

不同利用方式下石灰性紫色土的锌形态剖面分布特征初探

分析对比了4个剖面(稻田、旱地、城墙岩群组林地、蓬莱镇组林地)Zn形态的分布特征,结果表明,稻田各形态Zn的剖面分布比旱地复杂,农地土层深厚,Zn各形态分配在层次间的变化较林地复杂．DTPA-Zn(有效态锌)在表层分配的相对较高,说明作物根系层及林木根系层缺Zn突出．对各种形态在不同剖面中的分配进行了显著性分析,结果表明,农地的碳酸盐结合态锌(3．65％)、紧结有机结合态锌(2．81％)、晶形氧化铁结合态锌(22．04％)显著大于林地(1．86％、0．84％、11．59％)．     

玉米秸秆还田对石灰性土壤Zn形态及其有效性的影响

采用尼龙网袋田间填埋的方法,研究了玉米秸秆还田对石灰性土壤Zn形态及其生物有效性的影响.结果表明：与施用Zn肥相比,秸秆还田对提高土壤全Zn含量贡献较小;施Zn肥和添加秸秆处理均显著增加土壤有效Zn(DTPA-Zn)含量,且施Zn肥处理增加的幅度更大;高锌秸秆还田后释放的Zn更易转化为土壤DTPA-Zn,转化率达49.0%,秸秆还田后土壤DTPA-Zn转化率呈先减小后增大的趋势,而施Zn肥处理的变化不大.土壤交换态Zn(Ex-Zn)、碳酸盐结合态Zn(Carb-Zn)、氧化锰结合态Zn(OxMn-Zn)、紧结有机态Zn(Sbo-Zn)和残渣态Zn(Min-Zn)含量在各处理中差异不大,施Zn肥处理的土壤松结有机态Zn(Wbo-Zn)含量显著大于对照和只添加秸秆处理.尽管玉米秸秆的含Zn量较低,但秸秆Zn释放后更易转化为DTPA-Zn,秸秆还田同时施用Zn肥是提高石灰性土壤供Zn能力的有效方法.     

好气条件下不同形态外源砷在土壤中的转化

在35%的田间持水量下,通过模拟试验研究了外源二甲基砷酸盐（DMA）、一甲基砷酸盐（MMA）、五价无机砷［As(V)］在土壤中的形态转化.结果表明: 外源砷进入土壤后,其含量均有随时间推延而逐渐下降的趋势,两种不同形态的有机砷DMA和MMA在土壤中主要发生脱甲基化过程,经150 d的恒温恒湿培养,其在土壤中主要转化为As(V),DMA处理仅在120 d时检测到少量MMA,而MMA处理则在7～60 d内均有少量的DMA生成.培养结束时土壤中DMA和MMA含量均显著降低(P<0.01),降幅分别为99.5%、94.3%,而两者的主要转化产物As(V)的含量则分别显著增加了4.61和5.15倍.表明外源有机态砷在土壤中基本上被转化为无机形态;与有机态外源砷相比,外源As(V)进入土壤后其形态基本上没有发生转化.     

沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析

评价了沈阳张士灌区土壤及稻田的重金属污染状况.结果表明,研究区镉污染仍很严重,样品糙米含镉量为0.435～0.855mg.kg-1,均超过国家食品卫生标准,该浓度与20年前相比有上升的趋势,增加了335%～755%.回归分析表明,土壤的pH值与糙米含镉量呈显著负相关,生物有效态镉与糙米含镉量呈显著正相关.土壤pH值下降使土壤酸化,导致土壤中的镉更多地转变为生物有效态镉,占总量的22.8%～52.0%,易被作物吸收,导致水稻含镉量超标.重金属污染物随着地表径流、地下水及飘尘等移动方式发生迁移转化,使污染范围逐渐扩大.     

茶树根际土壤磷的解吸特性

为了探明茶树根际土壤磷的释放过程与供应机制,采用外源磷吸附培养方法,研究了不同母质、不同种植年限茶树根际土壤磷的解吸过程与特性,并用最小二乘法进行最优函数拟合.结果表明:茶树根际土壤与非根际土壤磷的解吸过程有明显的差异.茶树根际土壤的磷解吸能力极显著高于非根际土壤;与非根际土壤相比,根际土壤的平均有效磷含量、平均解吸率和平均β值(单位吸附量中的解吸量)分别高出5.49 mg.kg-1、1.7%和24.4%.不同成土母质发育的茶树根际土壤磷解吸能力为花岗岩风化物>第四纪红色粘土>板页岩风化物.随着种植年限的延长,3种母质茶树根际土壤的有效磷与磷解吸能力均有不同程度地提高.     

长期施肥对红壤和黑土硫形态演变的影响

以红壤和黑土肥力与肥料效益监测站土壤为研究对象,研究了长期(21年)不同施肥(不施肥对照、施用氮磷钾、氮磷钾配施有机肥)处理下,表层(0～20 cm)和亚表层(20～40 cm)土壤硫素形态组成、分布及演变规律.结果表明: 长期施用化肥及化肥配施有机肥处理下,表层土壤全硫比对照分别增加42%、33%(红壤)和6%、76%(黑土);除红壤氮磷钾处理外,亚表层土壤全硫受施肥影响较小,且明显低于相应表层土壤.有效硫和盐酸可提取态硫分别为红壤和黑土中的主要无机硫形态.施用化肥及化肥配施有机肥的红壤表层有效硫比对照分别增加了447%和102%,并促进了有效硫向亚表层的迁移、累积;而施用化肥及化肥配施有机肥处理的黑土表层有效硫仅比对照分别增加54%和93%,其对亚表层土壤有效硫的影响也不大.有机硫形态在两种土壤中都以酯键硫和残渣态硫为主.长期施肥影响下的表层和亚表层土壤中残渣态硫含量比对照分别增加了32%和55%以上;土壤中性质相对活跃的酯键硫和碳键硫受施肥影响不显著,而与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(P<0.05).此外,长期施肥试验表明大气硫沉降对土壤硫素输入的影响值得重视.     

基于不同特征挖掘方法结合广义提升回归模型估测安徽省土壤pH

为探讨不同特征挖掘方法与广义提升回归模型相结合在数字土壤制图中的应用,本研究首先使用递归特征消除和过滤式两种特征筛选方法对环境协变量进行筛选,再分别使用原始环境协变量、筛选后的最优变量组合作为自变量,建立基于广义提升回归模型和随机森林模型的安徽省土壤pH预测模型并进行制图。结果表明: 引入两种特征挖掘方法均可有效提高广义提升回归模型和随机森林模型预测土壤pH的精度,并且可以起到降维的作用;相较于随机森林模型,广义提升回归模型的验证集预测精度略低,在训练集中,广义提升回归模型的精度却远高于随机森林模型,模型解释度高,整体效果较好;随机森林模型的主要参数ntree和mtry对于模型的影响程度较低,而不同参数对于广义提升回归模型的预测精度影响较大,不同参数组合模型精度不同,建模前需要进行调参。空间制图结果表明,安徽省土壤pH呈“南酸北碱”趋势。