湿地养分截留功能的空间模拟II.模型的完善和应用

对以实验数据为基础建立的初步空间模型进行了验证 ,并用 Maunder和 Mauring的线性回归模型对苇田子模型进行了修正。模拟结果显示 ,辽河三角洲 8万 hm2 苇田每年灌期大约可以去除 32 0 0～ 4 0 0 0 t总氮和 80 t的活性磷 ,但这仅相当于其潜力的 1 /1 0。因此 ,运用河口湿地作为富含营养物质河水入海前的最后过滤屏障 ,对于防止近海水体的富营养化具有重要意义。     

湿地养分截留功能的空间模拟Ⅰ.模型的概念和方法

运用河口湿地来削减氮磷入海通量,防止近海水体富营养分,首先对辽河三角洲湿地净化系统进行了理论分析,并建立了相应的概念模型,然后依靠野外实验数据,为湿地的营养物去除功能建立了一个空间模型,该模型包括两大部分：一是灌渠子系统,二是苇田子系统,前者使用的是一个非线性回归模型,后者则以分率为基础的简单模型,该模型在个别灌区试运行后,推到整个苇田研究区。     

油菜肥料运筹的动态知识模型

通过分析和提炼油菜施肥管理方面的最新研究资料,利用养分平衡原理,以产量目标和土壤理化特性等为基础,建立了系统化和广适性的油菜肥料运筹动态知识模型。该模型可用于精确定量不同环境条件下油菜生产过程中的总施氮量、施磷量、施钾量和施硼量、有机氮与无机氮的比例以及氮、磷、钾基肥与追肥的比例等。利用南京、仪征和如皋3个不同生态点常年气象资料、不同土壤类型和不同产量目标等对所建肥料运筹知识模型进行了实例分析,结果表明,所建知识模型总体上具有较好的决策性和适用性。     

作物磷素养分的动态模拟

基于养分平衡原理,分别建立了土壤有机磷与有机肥分解磷的释放、土壤有效磷吸附的动态模型,用Langmuir方程描述土壤吸附磷量与土壤溶液磷浓度的关系,建立了植株临界磷浓度与生理发育时间的关系模型,以及基于生长潜在需要和土壤水溶性磷浓度限制的作物磷素吸收动态模型.检验结果表明,模型对小麦植株含磷率的动态变化有较好的预测效果.     

典型喀斯特小流域不同植被类型间土壤养分的差异性及其空间预测方法

植被类型制约着土壤结构和元素的异质化过程,致使土壤养分空间分布存在差异性.本文研究了典型喀斯特小流域不同植被类型间土壤养分(全氮TN、全磷TP、全钾TK、有机质SOM)含量分布的差异性,分析比较了普通克里金、回归模型、基于植被类型的回归模型对土壤养分预测的精度.结果表明: TN、TK、SOM与植被类型显著相关(P<0.05),TP与植被类型无显著相关(P=0.390),且TN和SOM在灌木林与耕地之间的差异性显著,TK在乔木林与灌草丛、灌木林与耕地、灌草丛与耕地间的含量差异皆显著;非连续的典型喀斯特小流域地形因子空间异质性较高,基于各样点间真实地形因子的多元线性回归预测模型精度优于基于已知点和预测点位置信息的普通克里金预测方法,且基于植被类型的回归预测模型提高了TN的预测精度.     

华北太行山前平原农田土壤养分的空间变异性研究

采用地统计方法,分别对栾城县(面积约30490hm^2)和中国科学院栾城生态农业试验站示范区(15hm^2)农田耕层土壤养分的空间变异特征进行了研究．结果表明,在2个不同采样间距下,各土壤养分含量均具有空间相关性,县域范围近似以1km网格采样,最大相关距离为4．2～15．6km,在示范区以20m网格采样,则为112～223m;在同一采样间距下,土壤有机质、全氮、全磷、速效养分(N、P、K)含量的空间变异结构也各不相同,具有块金方差效应,半方差图分别遵从高斯和球函数模型．认识本区土壤的这种空间变异结构有助于实现对农田土壤养分的分区和合理管理．     

空间直观景观模型的验证方法

空间直观景观模型已是当前景观生态学研究的一大热点。空间景观模型模拟空间格局变化。其模拟结果包含非空间数据和空间数据。空间直观景观模型的验证除进行非空间数据的验证外,还需要进行空间数据的验证。本文回顾了空间直观模型发展历程,总结现有的空间直观模型验证方法。包括主观评价、图形比较、偏差分析、回归分析、假设检验、多尺度拟合度分析和景观指数分析,同时提出今后空间直观景观模型验证方法研究的重点方向。     

农业废弃物养分循环利用技术模式评估模型的研究进展

农业废弃物的养分循环利用技术模式是实现农业循环经济的重要手段,其评估模型为优化养分循环利用技术提供了重要支撑。本文总结了农业废弃物养分循环技术模式评估框架、评估模型及评价指标、模型的数据源及其不确定性分析,以及模型应用尺度的研究进展。当前,常用于评估养分流动的模型主要是过程数学模型和产业生态学模型。过程数学模型和产业生态学模型在评估结果的可靠性和模拟尺度上存在较大差异,前者主要集中在实验室或中试规模,精度较高;后者可以实现从微观到宏观的多尺度模拟,数据的获取方式导致其具有较高的不确定性。最后,本文对农业废弃物养分循环利用技术评估模型的研究进行展望,提出为了在区域尺度上实现对农业生产系统废弃物资源化利用技术的准确评估,可以将过程数学模型与工业生态学模型相结合,建立可靠的模型框架和数据库,同时,在工厂、农场、村落、乡镇、区域等地理尺度进行模型拓展研究。     

黄土高原小流域土壤养分的空间异质性

利用地理信息系统的空间分析功能,通过地统计学的半变异函数定量研究了黄土高原典型小流域土壤养分的空间异质性特征。结果表明;土壤有机质,全氮,有效氮,全磷和有效磷的理论模型均为球状模型,由随机因素引起的空间变异占空间总变异的比例小,其值分别为13.333%,10.938%,22.000%,9.091%和27.536%,反映5种养分具有较强的空间自相关格局,但它们的空间自相关范围具有明显的差异。土壤全氮和有效氮变程小,分别是90m和110m,有机质次之,变程是120m,而土壤全磷和有效磷的变程最大为160m,研究成果将有效地指导土壤的取样设计,以及进行土壤养分的空间内插和制图。     

景观空间动态模型研究现状和应重点解决的问题

分析了景观空间动态模型研究的现状及今后的重点发展方向。论文重点介绍了随机景观模型、邻域规则模型和景观过程模型(包括渗透模型、个体行为模型和空间生态系统模型)3类景观空间模型的发展现状、存在的主要问题以及对这些模型途径进行完善的有关工作,并从确证性分析、有效性分析与敏感性分析等3个方面阐述了模型检验技术的发展现状。最后,总结了未来景观空间动态模型发展中应重点解决的主要问题,即模型算法的优化、尺度转换、模型的复杂化与简化、模型检验与评价,通用模型的建立以及传统模型与社会经济因素衔接问题。     

青海高原植被净初级生产力变化规律及其未来变化趋势

利用青海省43个气象台站1961—2009年的气象资料、22个样点生物量资料以及未来SRESA1B情景下的气象数据,验证了周广胜模型在青海地区的适用性,并根据此模型,计算了青海省1961—2009年及2020年、2050年和2080年NPP变化趋势。结果表明:周广胜模型所计算出的NPP值与实测值具有很好的相关性,此模型在青海高原具有一定的适用性;1961—2009年青海省平均NPP呈增加的趋势,趋势系数为0.067t.hm-2.10a-1,各地NPP变化趋势不尽相同,趋势系数为0.006～0.147t.hm-2.10a-1,其中柴达木盆地东部NPP增加趋势最明显,趋势系数为0.077～0.147t.hm-2.10a-1,果洛大部分地区NPP增加较小,趋势系数为0.006～0.030t.hm-2.10a-1;在气候变暖背景下,降水量和温度均与NPP存在较高的相关性,但降水量对NPP的影响效应大于温度;未来100年NPP变化趋势系数大致呈由东向西逐渐减小的趋势,青海东部地区NPP增加最为明显,为1.35～1.49t.hm-2.100a-1,青海西北部尤其是柴达木盆地和三江源区的部分地区NPP变化系数较小,为0.5...     

基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异特征研究：以河北省遵 …

基于地理信息系统（ＧＩＳ）和地统计学研究了河北省遵化市土壤表层（０－２０ｃｍ）碱解氮、全氮、速效钾、速效磷和有机质等５种养分要素的空间变异规律,应用ＧＩＳ能够将系统变量的属性数据同地理数据相结合,使大区域范围内进行地统计分析变得较为方面,研究表明,全氮、碱解氮、速效磷、有机质变异函数曲线的理论型符合球状模型,速效钾的理论模型表现为指数模型和有基合值的线性模型的套合结构;碱解氮、全氮、速效磷、有机质     

野生食用菌“苇菇”的物种多样性及中华美味蘑菇适生区预测

“苇菇”是主产于新疆的野生食用菌,主要分布于我国西北内陆湖泊周边的芦苇或多枝柽柳林内,埋生或半埋生在土壤中。本研究共采集和收集相关标本91份,开展了形态学和分子系统学研究,结果表明这些宏观形态特征相似的“苇菇”标本并非一个物种,而是分属于蘑菇属Bivelares组的大肥蘑菇Agaricus bitorquis、中华美味蘑菇A. sinodeliciosus和亚托柄蘑菇A. subperonatus;及Nigrobrunnescentes组的帕达纳蘑菇A. padanus。本文对“苇菇”形态进行了描述,并提供了它们的分种检索表。其中大肥蘑菇、亚托柄蘑菇和帕达纳蘑菇在我国和欧洲等地均有分布,而中华美味蘑菇仅在我国有报道。据此,依据1950-2000年生物气候数据结合中华美味蘑菇的分布实地调查结果,利用最大熵模型(maximum entropy model,MaxEnt)开展了对中华美味蘑菇分布区的分析和预测,结果表明中华美味蘑菇适生区在我国主要为新疆天山山脉南北两侧、西藏西南部、青海海西州、甘肃西北部以及内蒙古西部地区;预测国外适生区域在中亚的哈萨克斯坦和蒙古国。物种分布模型涉及的环境变量对模型的贡献率显示,最湿月降水量、最暖季度降水量、最冷季度平均温度和最暖月最高温是影响中华美味蘑菇分布的主要环境因子。研究结果表明中华美味蘑菇适生区域狭窄,为狭域种,建议应加强相关资源的保护,并积极拓展其可持续利用途径以降低对野生中华美味蘑菇子实体的过度消耗。     

上海城市空间扩展过程模拟预测的多模型对比

模型模拟预测是开展城市扩展时空过程研究的有效方法之一。本文以上海市为研究地区,选用CLUE-S、LTM和SLEUTH模型并借助GIS技术手段对上海市城市空间扩展进行了模拟预测及结果的对比分析。结果表明:CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟机理有所不同,CLUE-S模型和LTM模型均是首先进行城市扩展需求预测,进而通过对影响因子的综合分析,计算城市空间扩展的可能性(概率),从而实现城市扩展的空间分配;而SLEUTH模型则无需进行城市扩展需求预测,模型直接根据城市扩展的历史轨迹进行模拟预测;CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟的2005年上海城市空间扩展结果与遥感监测结果的一致性程度均较高,其中SLEUTH模型模拟结果精度最高,Kappa系数为0.85,较CLUE-S模型与LTM模型具有一定的优势。2005—2020年上海城市空间扩展的面积为207.7～320.87km2,2020年上海市城市面积将达到1121.96～1235.13km2,未来15年上海城市扩展速率将达到13.85～21.39km2.a-1。CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型各有其优势与不足之处,整合3种模型的优点,研发出具有开放性的综合模型将是未来城市扩展模拟预测的发展趋势。     

连续性空间分布型模型与应用研究

本文对Pearson-Ⅲ分布与指数分布的空间分布型特征进行了探讨,发现它们的精确性高于经典的频次分布。导出Pearson-Ⅲ分布与指数分布的空间分布型判定指标和抽样量公式,并对赤霉病菌源的分布型和抽样量进行分析,最后指出连续性空间分布型模型的优越性。     

城市化背景下白洋淀入湖营养盐负荷模拟研究

过量的营养盐输入导致白洋淀富营养化程度较高。雄安新区建设伴随着快速城镇化进程,将可能进一步增加入湖营养盐负荷。为摸清新区建设背景下白洋淀入湖营养盐负荷的变化趋势及削减量,基于入湖营养盐负荷模型计算了历史不同时期（1995-2015年）白洋淀入湖营养盐盐负荷,预测了土地利用、农业管理和污水处理系统变化下入湖营养盐负荷的变化趋势。结果表明,白洋淀历史时期入湖总氮和总磷年平均负荷分别为2018 t和313 t,主要来源分别是耕地和畜禽粪便排放。就土地利用变化而言,以2010年为基准,2050年白洋淀入湖总氮和总磷负荷在建设用地快速增长（RAP）情景下增长率最高,分别增长了56%和60%,主要原因在于城镇人口增加,从而增加了畜禽需求量和生活污水排放。就农业管理而言,削减化肥使用有利于降低入湖总氮负荷,控制畜禽粪便排放更有利于入湖总磷负荷的降低。2050年,生活污水将成为白洋淀入湖营养盐的重要来源,因此,在制定未来社会经济发展路径时,应重点提高农村地区生活污水收集率和处理效率。PCLake模型对不同入湖负荷下湖泊营养状态演变的模拟发现,削减入湖总磷负荷是白洋淀水质恢复的关键。白洋淀水质达到III类和IV类标准时,入湖总磷负荷阈值分别为2.1和2.6 mg P m^-2 d^-1。在建设用地快速增长情景下,若使白洋淀水质达到III类标准,入湖总磷负荷应减少131 t。     

盐碱胁迫对染内生菌和不染菌苇状羊茅根系丛枝菌根真菌群落多样性和组成的影响

香柱菌属Epichloë内生真菌存在于宿主植物地上部组织,不仅能提高宿主植物对生物与非生物逆境的抗性,而且能对周围环境中的微生物产生影响。该研究以染内生菌(endophyte-infected,EI)和不染菌(endophyte-free,EF)苇状羊茅Festuca arundinacea为实验材料,探究内生真菌和不同水平盐碱胁迫处理对宿主根系丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)群落多样性和组成的影响。结果表明,内生真菌和盐碱胁迫处理对苇状羊茅根系AMF多样性影响存在交互作用。EF苇状羊茅根系AMF多样性随盐碱胁迫处理水平的增加而降低,内生真菌的存在缓解了这一效应,在200和400 mmol/L盐碱胁迫处理下,内生真菌感染增加了苇状羊茅根系AMF多样性;此外,内生真菌感染改变了苇状羊茅根系AMF群落组成,降低了优势属Funneliformis相对多度,增加了Claroideoglomus、Glomus和unclassified AMF相对多度。结构方程模型结果表明,内生真菌通过间接增加土壤总磷浓度对苇状羊茅根系AMF多样性产生影响。本研究为筛选盐碱污染区生态修复的植物-微生物共生体提供基础。     

长白落叶松林生物量的模拟估测

利用样木收获法收集了34个样地中长白落叶松林分地上部分生物量信息,选取其中29个样地生物量信息分别与样地林分因子信息和TM遥感影像信息拟合建立生物量模型,利用其余5个样地的生物量信息进行模型精度检验和误差分析.结果表明：长白落叶松地上部分生物量均可用林分因子和遥感因子进行线性拟合;林分因子线性模型对长白落叶松中幼林地上生物量的估测精度较高（林分P=94.33%,遥感P=92.32%）,且检验误差较小（林分MRE=6%,遥感MRE=31%）,模型模拟效果较好;若只考虑长白落叶松中龄林,这2种模型的估测效果相当（林分模型和遥感模型的误差分别为329.9和313.6 t）.整体而言,林分因子模型估测长白落叶松树皮、干材和总生物量的效果优于遥感因子模型,对于中龄林来说,遥感模型估测叶花果、树枝和树冠生物量的效果较好.     

基于广义线性模型和最大熵模型的黑龙江省林火空间分布模拟

林火分布模型是在较大区域上描述林火空间分布的强有力工具,并可以确定影响林火分布的控制因子.本研究基于黑龙江省1996-2006年的历史火烧记录数据,分别采用广义线性模型和最大熵模型分析了地形、人类活动和土地覆被类型等环境控制因子对黑龙江省林火空间分布的影响,并比较了模型预测精度、评价环境变量重要性及预测火点概率分布图等.结果表明:两个模型的预测精度达中等水平,而最大熵模型的预测精度要略高于广义线性模型.总体而言,与人类活动相关的变量是林火分布模型最佳的环境变量,地形变量次之.尽管两个模型在预测精度和环境变量重要性方面都有很大的相似性,但最大熵模型产生的火点概率图空间格局与广义线性模型产生的明显不同.本研究说明,为了更加精确地确定森林火灾发生的热点地区,应该采用不同模型进行比较,或者有选择性地进行组合以产生综合的预测结果,从而为森林防火工作提供更加合理高效的建议.     

高原鼠兔体重生长动态模型的数值拟合

介绍了高原鼠兔室外体重生长的分段Logistic-指数饱和模型W（t）=K／{1 {[K—W（t0）]／W（t0）exp{-[r1（t-t0）]}t≤tc;W（t）=W．-exp{-r2（t-tc）}[Wa-W（tc）]t≥tc,其中W（t）是在时刻t鼠兔的体重,K是体重饱和量,r1和r2是体重的瞬时增长率,tc是转变点,W（t）在t=tc连续。利用非线性模型的正割法（DUD,Doesn'tusederivatives）,可同时确定模型的所有参数（包括转变点tc在内）。并分别得到描述高原鼠兔室外体重生长动态的模型为高原鼠兔（室内）体重生长的分段直线-直线-对数-指数饱和模型为