遥感反演植被含氮量研究进展

植被含氮量表征植被氮素状态。它作为植被生长状况的重要指标,在生态系统健康状况检测、生态系统生产估测、精准农业、生态系统干扰评估等方面均有重要意义。遥感监测植被含氮量主要基于高光谱和多光谱数据,采用的算法包括经验方法(波谱指数与回归分析)及物理方法(辐射传输模型法)。但受数据源和研究方法的局限,目前植被氮含量遥感监测局限于区域范围较小且内部植被类型与环境条件(气候、地形等)基本一致的情形,而对复杂生态系统的监测能力不足。未来的研究需针对氮沉降和人类活动的生态系统响应这一重大研究需求,发展和改进现有植被含氮量遥感反演方法。可考虑开展对不同环境条件下、不同类型植被光谱曲线进行标准化的研究,以形成普适的植被含氮量反演方法。并考虑综合运用多种数据(如微波遥感、无人机遥感),形成多尺度同步监测,以提高遥感对区域乃至全球范围内植被氮含量常规监测的能力。     

基于模式识别的景观格局分析与尺度转换研究框架

景观格局分析和尺度转换是生态学和地理学研究的核心问题之一.尽管多年来投入了大量的精力,然而由于尺度效应的复杂性和尺度转换过程的不确定性,仍然没有找到合适的方法.目前关于尺度转换的研究存在两个误区,其一是过分重视空间尺度的转换,忽略了过程尺度的转换;其二是过分强调了对不同尺度间数量关系的外推与转换,忽略了不同尺度间生态规律的外推与转换.在系统分析了景观格局与尺度转换研究现状、存在问题和难点的基础上,提出了借用模式识别的原理和方法,针对特定的生态过程,开展景观格局分析与尺度转换的思路.认为尺度转换的关键在于通过识别不同尺度上影响生态过程的主导因子,找到各个尺度上“格局（环境因子空间组合）-过程”、尺度间“格局-格局”之间的对应关系,通过建立“环境-格局-过程”模式识别数据库,就能够建立不同尺度之间基于模式识别的尺度转换方法.     

不同农业土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响 ——以北京市延庆盆地为例

自20世纪80年代以来,我国农业土地利用方式和农田管理发生了巨大变化,由此引起的土壤有机碳（SOC）含量、密度及其垂直分布发生了相应的变化,研究不同土地利用方式和管理对土壤有机碳的影响对于探讨农田生态系统的固碳作用具有重要的意义.以北京市延怀盆地为典型研究地区,选择6种农业土地利用和管理模式,共计42块样地,在1m深土体内分层采集197个土壤样品.研究结果表明：（1） 不同农业土地利用和管理方式对SOC含量的影响主要发生在0～25 cm土层中,剖面中SOC含量自上向下明显降低.（2） 通过对6种土地利用和管理方式下土壤SOC含量进行比较,结果发现果园和高投入的玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量均较高,变化范围分别为4.16～10.00 g kg^-1和4.73～9.31 g kg^-1; 菜地土壤在0～40 cm土层中SOC含量较高,变化范围为6.42～9.67 g kg^-1;大豆地、中、低投入玉米地土壤在0～100 cm土层中SOC含量较低,变化范围分别为3.27～7.73 g kg^-1、3.14～8.33 g kg^-1和1.83～7.67 g kg^-1. （3） 不同农业土地利用方式对SOC密度影响的趋势与对SOC含量影响的趋势基本一致,在0～100 cm土壤中,SOC密度的顺序为果园＞菜地＞高投入玉米地＞中投入玉米地＞大豆地＞低投入玉米地,变化范围为4.15～8.22 kg m^-2.     

旱地、荒漠和荒漠化:探寻恢复之路——第三届国际荒漠化会议述评

2010年11月在以色列召开了第三届荒漠化国际学术研讨会,会议的主题是"旱地、荒漠和荒漠化:探寻恢复之路"。会议设20个专题,可以归纳为8个科学问题,表现出了多学科性、地域广泛性及多尺度性、关注社会人文机制等突出特点。以色列在荒漠化防治、生态恢复与区域发展方面的辉煌成就以及本次会议所反映的国际前沿和趋势对中国有着重要启示:(1)加强技术研发和推广,提高干旱、半干旱区人口的可持续生计与能力建设是中国防治土地生态退化和荒漠化的关键所在;(2)在土地生态退化和恢复的研究和实践中必须重视社会人文因素的作用;(3)深化中国干旱、半干旱区全球变化响应与适应的研究,推动荒漠化防治、生态保护与恢复、全球变化方面的国际合作是一项非常紧迫的战略任务。     

生态建设的理论分析

20世纪80年代以来,生态恢复逐渐成为生态学和环境科学研究的热点领域。总结了近年来有关生态恢复的众多研究成果,认为生态建设是人类理性行为参与下积极的生态恢复与重建过程,它具有复杂性、针对性、动态性和不确定性特征,受地理环境地域分异的影响,其类型多种多样。从方案运筹的角度,提出了生态建设的共性原则,包括面向区域的问题导向原则、目标的科学性原则、参与的广泛性原则和科学监测与评价原则。生态建设是一个不断试验、学习和优化的过程。具体包括问题识别、方案设计、决策、实施、监测与评价以及方案调整等重要环节。公众参与对于生态建设是一种很好的知识、信息和资源输入渠道,对活化生态建设的管理运行机制,提高生态建设决策的科学性和有效性能够发挥重要作用。以这些理论分析为依据,对中国生态建设中存在的主要问题展开深入剖析,并提出建立科学评价机制是提高生态建设有效性的核心方略。     

川西卧龙国家级自然保护区树木生长对气候响应的时间稳定性评估

根据川西卧龙地区岷江冷杉(Abies faxoniana)的年轮宽度资料, 分析了该地区树木生长特征及对气候响应在最近53年(1956-2008年)的异质性特征。结果表明, 在1956-1976年时段, 树木生长速率较快, 晚冬至早春(1月到4月)温度对树木生长有着明显的促进作用, 而春末5月份的高温对于树木生长有限制性影响, 而与日照时数关系不大; 在1977-2008年时段, 树轮生长主要受冬季(11月到1月)低温的限制, 另外, 日照时数对于树木生长的限制性影响明显增强。秋季到早冬(9-12月)降水在两个时段上对树木生长均有一定的限制性影响。树轮指数在1956-1976年时段与温度序列吻合较好, 而在1977-2008年时段树轮指数明显偏低, 与温度序列出现了明显的分离。1977-2008年时段内云层覆盖量增加导致太阳辐射量显著下降, 进而树木可利用的光合有效辐射也相应地降低, 这可能是树木生长速率在此时期明显较慢的主要原因。     

景观格局-土壤侵蚀研究中景观指数的意义解释及局限性

景观格局分析是景观生态学研究的重要组成部分。景观指数是景观格局分析的有力工具。近年来,景观格局与土壤侵蚀关系的相关研究增多,常规景观格局指数得到应用。但针对土壤侵蚀过程的景观指数意义解释不足,景观指数在刻画景观格局-土壤侵蚀过程关系存在局限。选择了连接性、多样性、边界/斑块密度、形状4个方面的12个常用景观指数,对这些指数在景观格局-土壤侵蚀过程关系研究中的意义进行阐述,对指数应用的局限性及其原因进行了分析。景观数据属性、景观指数本身性质和土壤侵蚀过程的复杂性使得常规景观格局指数在景观格局-土壤侵蚀关系研究中存在不足。这3方面的影响使得常规景观格局指数与土壤侵蚀表征变量之间不存在确定的关系,从而难以通过景观指数来表征景观土壤侵蚀特征。缺乏土壤侵蚀过程基础是常规景观指数在土壤侵蚀研究应用中存在局限的主要原因。因此,构建基于土壤侵蚀过程的景观指数是景观格局-土壤侵蚀关系研究的需要和新的发展方向。     

黄土丘陵小流域土壤侵蚀的时空变异及其影响因子

采用土壤侵蚀模型LISEM(Limburg Soil Erosion Model)模拟黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用格局下立地尺度上土壤侵蚀量的空间分布,从土壤侵蚀量与环境因子的关系分析入手,研究黄土丘陵小流域立地尺度上土壤侵蚀的时空变异性及其影响因子.研究结果表明,立地尺度上平均土壤侵蚀强度以1975年>1998年>退耕格局,可见优化土地利用格局(陡坡农地退耕)可以有效地降低立地尺度上的土壤侵蚀强度.各种土地利用方案下土壤侵蚀强度的空间变异都很显著,相对来说以1975年<1998年<退耕格局,可见优化土地利用格局可以提高土壤侵蚀的空间变异性,降低土壤侵蚀危险的空间聚集度.土壤侵蚀量与降雨呈现显著正相关性,相关性以LU75>LU98>退耕格局,可见合理的土地利用格局可以有效地削弱降雨对土壤侵蚀强度的影响.土地利用方式对土壤侵蚀空间分布具有显著影响.从1975年、1998年到3种退耕格局,陡坡农地退耕还林还草,植被覆盖度增加,林地/灌木地、果园/经济林地、农地和休闲地的平均土壤侵蚀强度都逐渐降低.相关分析表明,林地/灌木地上土壤侵蚀量最小,荒草地相对最严重;果园、休闲地和农地居中.土壤侵蚀强度还存在显著的地形分异.水平凹凸度和相对海拔对土壤侵蚀空间分布的影响比较显著,而坡向、坡度和垂直凹凸度的影响较小.土壤侵蚀强度以水平凸坡大于水平凹坡、垂直凹坡略大于垂直凸坡、偏南坡大于偏北坡、低海拔大于高海拔.对1975年和1998年土地利用格局来说,土壤侵蚀强度以偏西坡大于偏东坡、陡坡大于缓坡;对3种退耕格局而言则正相反.可见,优化土地利用格局(陡坡农地退耕),可以有效地削弱甚至逆转地形对土壤侵蚀强度的影响.     

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统,通过选取景观格局指标,以于桥水库流域为例,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明：(1)受人类活动干扰较弱的土地利用类型,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区;而与人类活动密切的土地利用类型,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区;(2)同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强,而对土壤类型的影响相对较小;(3)随着平均斑块面积的增加,流域多样性指数将呈下降趋势。土地利用多样性指数与流域总面积之间的相关性较差,但土壤多样性指数与流域总面积表现出的相关性较好;(4)土地利用类型与土壤类型之间,平均斑块面积上没有明显的相关关系,但在多样性指数之间存在着较好的相关性。土壤类型丰富多样的地区,土地利用的多样性指数也相对较高。     

东北大豆种质群体在大庆的表现及其育种意义

表型评价是鉴别高产、优质和抗逆性优良大豆资源的必要步骤。为更好利用东北大豆种质资源,2012-2014年在大庆农科院将搜集到的东北地区各育种单位现存的361份大豆地方品种和育成品种(系)进行田间试验,采用重复内分组试验设计,对4类13个农艺、品质性状进行统计分析。结果表明:(1)东北大豆种质群体在大庆表现为:全生育期121 d(94~134 d)、蛋白质含量40.68%(36.66%~45.33%)、脂肪含量20.68%(15.77%~22.90%)、蛋脂总量61.36%(57.08%~65.45%)、百粒重17.48 g(9.69~28.42 g)、株高66 cm(33.1~96.2 cm)、主茎17节(9.76~24.00)、分枝1.25个(0.0~7.4)、倒伏1.4级(1.0~4.0)。(2)大庆地区适合熟期组(MG)为MG0和MGⅠ,更趋向于MGⅠ,两熟期组内品种的各性状平均值与东北大豆种质群体的总平均值相近。MG000~MG00组生育期较短,未能充分利用当地生态气候资源,品质性状与MG0~MGⅠ相差不大;而株高、产量性状表现较MG0~MGⅠ偏低(如株高低约20 cm,地上部生物量低约1.2 t/hm2)。MGⅡ~MGⅢ品种则大多未能充分成熟,导致其他性状表达不正常。大庆地区未来大豆改良的主要方向是适合的熟期组(MG0~MGⅠ)、高产、高蛋白兼顾高脂肪含量,应重视耐逆性。从资源群体中优选出一批用以改良大庆大豆性状的不同熟期组亲本,为育种工作者提供参考。