基于NDVI的喀斯特地区植被对气候变化的响应研究——以贵州省六盘水市为例

利用1999—2010年SPOT-VGT NDVI数据,采用基于像元的相关分析方法,分析了贵州省典型喀斯特区域植被对气候变化的响应。结果表明,1999—2010年研究区气候变化呈冷干趋势,植被NDVI呈恢复趋势;从区域尺度分析,研究区植被NDVI与气候要素间呈不显著相关关系;从像元尺度分析,植被NDVI与年均气温和降水量均具有较强的负相关性,且年均气温的影响力大于年降水量;由于植被NDVI与气候要素存在负相关,所以气候冷干的变化趋势有利于区域整体植被NDVI的恢复;植被NDVI与气候要素的相关性在空间上存在较强的地域性,进一步证明了植被NDVI对气候变化的响应受到地形的强烈影响。     

近15年锡林郭勒盟植被变化时空特征及其对气候的响应

全球变化背景下,植被动态变化及其与气候的关系研究,是当前国际社会十分关注的科学问题.研究植被NDVI时空变化特征及其对气候的响应,对调节生态过程、改善生态环境质量具有重要的理论和实际意义.基于锡林郭勒盟2001-2015年MODIS NDVI数据及该地区气温、降水数据,利用Sen斜率估计与Mann Kendall统计检验、相关分析等方法,探讨了其植被时空变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:1)锡林郭勒盟2001-2015年平均植被NDVI呈波动上升趋势,其变化过程出现了2次较明显的波动,2个波峰分别出现在2003和2012年,其中2008年植被NDVI出现了1次明显的增加.2)锡林郭勒盟NDVI大体呈现出“东高西低”的空间分布特征,变化趋势总体表现为上升,具体为先下降后上升;空间分布上,太仆寺旗、多伦县增加趋势显著,西部苏尼特左旗、二连浩特市下降趋势明显;草原类型上,显著上升面积从大到小依次为草甸草原、典型草原和荒漠草原.3)NDVI出现峰值的年份与同年降水量波峰相对应,但区域植被变化对气候因子的响应及其相关关系因季节和植被类型而异.植被状况改善与降水量关系密切,只有结合区域气候要素,开展相关生态工程,才能充分发挥生态保护的效益.     

华北地区植被NDVI与不同气候指标的相关分析

对1982-2006年华北地区归一化植被指数(NDVI)与不同气候指标(年平均气温、年降水量、干燥度指数、生物热量指数和生物干湿度指数)的相关性进行了分析。结果表明,1982-2006年华北地区植被NDVI总体呈现上升趋势,其中农田和灌丛的植被NDVI上升趋势最明显;1982-2006年华北地区年平均气温和生物热量指数呈显著增加趋势,年降水量、干燥度指数和生物干湿度指数呈减少趋势;整体上华北地区植被NDVI年变化与当年的干燥度指数呈极显著负相关,与上一年的年平均气温呈显著正相关关系,其中草地植被NDVI与年均气温、年降水量呈现显著正相关,与干燥度指数呈极显著负相关,农田和灌丛植被NDVI与年均气温显著正相关。此外,华北地区植被NDVI与不同气候指标的相关性存在明显的空间差异。     

1999-2019年西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动

[目的]西南喀斯特地区生态环境脆弱,对其植被覆盖变化及气候驱动机制进行研究具有重要意义。[方法]基于1999—2019年SPOT NDVI数据和同期209个气象站点的气温和降水数据,采用Theil-Sen+Mann-Kendall趋势分析法、偏相关分析和复相关分析法,探讨西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动。[结果]1999—2019年西南喀斯特地区NDVI呈显著上升趋势,整体植被覆盖较好;NDVI变化主要以极显著上升趋势为主,仅5.73%的地区呈退化趋势。NDVI与气温和降水整体上均呈正偏相关关系,气温对NDVI的影响强于降水,且存在空间差异性。NDVI与气温和降水的复相关显著性通过0.05,0.01水平的面积分别占15.12%,5.68%;NDVI主要受气温驱动,占研究区面积的13.90%,其他气候因子驱动类型占比均未超过3%。[结论]揭示了西南喀斯特地区植被覆盖的时空变化特征,明确了气候因子对植被覆盖变化的驱动机制。     

气候因子对贵州省植被覆盖度的协同影响

探究气候因子对植被覆盖度的协同影响,可进一步了解植被生长状态及演变规律,为科学预估植被变化及生态保护提供一定依据。基于2001—2018年MODIS NDVI数据和气象台站数据,研究了贵州省气候因子(降水、气温)与植被生长期NDVI的空间分布特征; 利用偏相关分析法和多元回归分析法逐像元探究贵州省植被生长期的NDVI与气候因子的相关性和其对气候因子的协同响应规律,同时结合地貌类型分析不同地貌类型的植被NDVI对降水和气温的敏感性。结果表明:贵州省多年平均降水和气温存在明显的空间差异性,降水空间分布自西北向东南呈带状递增; 植被生长期NDVI均值总体呈波动上升趋势,以每年0.004 2的速率增加,呈增加趋势的面积约为160 836.69 km²; 气温和降水对贵州省植被生长均具有明显影响,气温的影响作用大于降水; 不同地貌类型的植被NDVI对降水和气温的敏感性不同,同一地貌类型的植被NDVI对降水、气温敏感性表现为气温大于降水。整体上,贵州省植被生长期NDVI呈增加趋势,植被覆盖不断增加,降水和气温对植被的协同影响在不同地理环境区域表现不同。     

2000-2015年阜康林区植被覆盖变化及其对气候因子的响应

[目的]分析阜康林区天保工程实施以来的植被覆盖变化、气温和降水变化及植被覆盖与气温和降水间的响应关系,为天保工程实施生态效益评价提供数据支持。[方法]基于2000-2015年MODIS/NDVI数据及阜康林区气温和降水数据,结合均值法、回归分析法、距平波动法和相关分析法等方法,探讨阜康林区天保工程实施以来林区内植被覆盖特征、气候变化状况及二者间的响应关系。[结果]①2000-2015年,阜康林区植被覆盖整体处于较低水平且呈不明显的波动下降趋势。阜康林区植被覆盖在近16 a变化最为明显的为NDVI>0.65部分,是阜康林区NDVI下降的主要部分;"低"和"较高"水平NDVI虽有上升但不明显,而"中等"水平NDVI上升明显且占比较大。②天保工程实施以来,阜康林区年平均气温总体呈波动下降趋势,整体下降幅度不明显。年降水量总体呈显著的波动上升趋势,降水量表现为显著的上升趋势。③天保工程实施以来,植被覆盖变化与气温变化的相关系数仅为0.0539,而与降水变化显著相关。植被覆盖变化受气温变化影响强度小于受降水的影响。[结论]天保工程实施以来,阜康林区植被覆盖总体呈波动下降趋势,但下降幅度并不显著;林区内气候总体由暖干向冷湿趋势发展,但变化趋势不明显;植被覆盖的波动与降水波动的关系要强于气温。阜康林区天保工程实施对周边气候改善具有一定作用,但仍需加强林区内植被保护与恢复工作。     

2001—2018年雅砻江流域植被NDVI时空动态及其对气候变化的响应

为了了解雅砻江流域植被覆盖变化及其对气候的响应,基于MOD13Q1和气象数据,采用趋势分析和偏相关分析等方法,分析了2001—2018年雅砻江流域生长季NDVI的时空变化特征,探讨了NDVI变化对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2018年雅砻江流域NDVI均值为0.66,呈东南向西北逐渐下降趋势,并随海拔的升高呈先增后减趋势;(2)2001—2018年雅砻江流域NDVI整体以0.003/10 a的速率波动上升,NDVI增加面积(63.97%)大于减少面积(36.03%); 2001—2018年雅砻江流域生长季的气温上升趋势显著,降水上升趋势不明显,流域上、中游气候向暖湿方向发展;(3)整体上NDVI受气温影响大于降水,与气温呈正相关关系,与降水呈负相关关系; 空间差异明显,上游受气温和降水共同影响,中、下游大部分地区受降水影响。整体而言,雅砻江流域被的生长受地形、气候和人类活动等因素影响,近18年植被NDVI改善面积持续增加。     

2001-2013年宝鸡地区植被NDVI对气温和降水量的季节响应特征

[目的]研究2001-2013年陕西省宝鸡地区植被变化与气温和降水量的时空变化特征及其相关性,为区域农业发展和区域生态文明建设提供有力支撑.[方法]基于2001-2013年宝鸡地区气温和降水量数据,利用MODIS NDVI数据和11个气象站点实测数据,结合实际调查,采用一元线性回归、标准化处理、相关分析等方法,基于季尺度、参照年尺度分析宝鸡地区植被覆盖季节时空变化及其与气温和降水量的相关性.[结果]夏季植被NDVI增加趋势最为明显,其次为秋季,冬季植被覆盖最差;宝鸡地区四季标准化值NDVI与气温、降水量的变化趋势相接近,其最大值点的出现时间与气温和降水量基本对应.同一季节NDVI与气温的相关系数均高于NDVI与相应季节降水量的相关系数(除夏季);春季NDVI与冬季气温(-0.592)、夏季NDVI与春季降水量(0.640)之间显著相关,表明近13 a来春季植被覆盖变化与冬季气温、夏季植被覆盖与春季降水量的变化较为一致,NDVI与降水之间的滞后关系为0～3个月.[结论]2001-2013年宝鸡地区年均、季NDVI整体均呈增加趋势,8月植被覆盖变化与降水量的变化较为一致,降水量较气温对8月植被生长影响强烈.     

江苏省植被覆盖动态变化及其与气候因子的关系

[目的]研究2000—2013年江苏省植被覆盖状况的时空分布特征,并从年际和季节尺度上分析植被覆盖的空间变化特征以及NDVI与气温、降水量的相关关系和滞后性,以期为区域生态环境监测、生态环境保护和植被可持续发展提供参考。[方法]运用美国国家航空航天局(NASA)发布的2000—2013年MODIS 13Q1级产品(归一化植被指数)和江苏省1999—2013年各气象站点气象资料,采用最大值合成法、趋势线分析法、Person相关分析法和偏相关分析法。[结果](1)14a来,江苏省植被NDVI整体上呈下降趋势,且在时间和空间尺度上有所差异;(2)由于气温、降水量、厄尔尼诺和拉尼娜等事件的影响,NDVI在年际和季节间呈波动性变化;(3)NDVI对降水变化响应的滞后期为1个月,NDVI基本同步于相应气温的变化,仅夏季滞后期为1月。[结论]从时间尺度上看,年际、秋季,NDVI呈下降趋势,而春夏季,NDVI呈上升趋势;从空间尺度上看,江苏省西部的植被覆盖程度明显优于东部沿海和长江中下游平原。NDVI在年际和季节尺度上与气候因子的相关性显著,且与气温的相关性最好。     

1982-2010年松花江流域植被动态变化及其与气候因子的相关分析

利用1982-2010年GIMMS和MODIS两种遥感数据集的归一化植被指数（NDVI）数据,分析了松花江流域植被NDVI时空特征及其与气候因子的关系。结果表明,松花江流域植被覆盖存在着显著的空间差异,山区NDVI值明显高于中部平原区。过去29a间,松花江流域植被NDVI稳定性较强,总体上变化趋势不明显,但有明显的阶段性：1982-1990年植被NDVI持续增加;1991-1997年相对稳定,1997-2003年呈波动降低趋势,2003-2010年缓慢上升。基于像元的相关分析表明,松花江流域NDVI与气温和降水量间均具有很强的相关性（P〈0.01）,而且植被NDVI变化受气温影响程度强于降水,针叶林是松花江流域受气温影响最大的植被类型。     

中国华北地区近40年物候春季变化

根据华北地区7个观测站物候资料,分析了华北地区1963-1996年及北京1963-2005年物候春季的变化特征及其与气温的关系。结果表明:华北地区的物候春季有明显提早来临的趋势,而造成这一变化的主要因素是本地区近40 a来冬春季气温的明显上升。其中1963-1996年间华北地区1-3月及4月的平均气温分别上升了2.3℃与1.7℃,物候春季起止日期分别提前了9d和4d,因而使得春季长度也延长了5d;北京1963-2003年间1-3月及4月的平均气温分别上升了3.5℃与2.6℃,物候春季的起止日期分别提前了11d和10d,但春季长度没有明显变化。     

沈阳市城市表土中微生物区系变化的初步研究

在沈阳市远郊-近郊-市区等不同城市化水平区内选取林地、草地和路边土几种不同利用方式下的表层土壤,对土壤中的微生物状况进行了初步分析。结果表明,随着城市化水平的提高,土壤中微生物的数量表现为明显的减少趋势。其中变化较大的是细菌,而真菌和放线菌的变化不明显。     

不同种植模式下菜地土壤腐殖质组分特性的动态变化

通过在南京普朗克有机农场开展的9年长期定位监测,研究了有机(露地和大棚)和常规种植模式下蔬菜地耕层土壤有机碳和土壤腐殖质组分特性的动态变化。结果表明,有机露地、有机大棚和常规露地种植土壤有机碳含量分别从11.41、9.29、9.00 g k g-1提高至15.35、20.90、10.00 g kg-1;胡敏酸碳(CHA)分别从1.79、1.23、1.14 g kg-1提高至2.11、3.11、1.31 g kg-1;富里酸碳(CFA)分别从2.19、1.88、1.73 g kg-1提高至2.44、2.68、1.91 g kg-1。两种有机种植模式的土壤有机碳及腐殖质组分含量增加达到显著水平,而常规种植模式下的变化不显著。两种有机种植模式下表征土壤腐殖质品质的胡/富比(CHA/CFA)、胡敏酸占总腐殖物质的比例(PQ值)均高于常规种植模式,土壤富里酸的E4/E6值、色调系数(ΔlogK)值随着种植时间增加的幅度较常规种植模式更大,土壤胡敏酸芳化度呈现先降低后增高的趋势,但在常规种植下变化不明显。说明土壤在长期有机种植模式下不仅更有利于土壤有机碳的积累,而且能促进土壤腐殖化进程。     

闽北不同土地利用方式径流量动态变化特征

采用定位研究方法和小集水区试验技术方法,通过两年的降雨量数据观测,对闽北地区木荷林地、杉木林地、封山育林地和对照等不同土地利用方式的小集水区进行坡面径流动态规律研究。研究结果表明:试验小区地表径流的产生主要是受降雨量的影响,而与降雨强度的关系不大,地表径流量与降雨量之间呈现出极显著的非线性二次抛物线关系(P<0.01)。4种不同土地利用方式的月平均径流量一般随月降雨量的增大而增大,并且在同1月份间其平均地表径流量的大小趋势为:对照>封山育林>杉木>木荷,均是在6月份达到最大值,9月份出现最小值。对照比木荷林地、杉木林地、封山育林地更容易产生地表径流,林地具有较好的涵养水源和保持水土作用。     

Changes in proteolytic bacteria in paddy soils in response to organic management

Proteolytic bacterial communities, which mineralize organic nitrogen, play a key role in agricultural systems. In this study, alkaline metalloprotease (apr) gene fragments from proteolytic bacteria were investigated in bulk and rhizosphere paddy soil from four fields under organic management (for 2, 3, 5, and 9 years), and from one field under conventional management (for 2 years). We analyzed the abundance and structure of the proteolytic bacterial communities using real-time quantitative PCR and denaturing gradient gel electrophoresis. Our results showed that the abundance of proteolytic bacteria ranged from 1.57?×?10⁸ to 8.02?×?10⁸?copies/g of soil. In addition, the abundance of the proteolytic bacteria in the paddy soils under organic management was significantly higher than those in the paddy soil under conventional management. Moreover, the gene copy numbers in the rhizosphere soils were significantly higher than those in the bulk soils. The abundance of proteolytic bacteria tended to increase with the duration of organic management, with the highest abundance being found in the soil that had been under organic management for 5 years. However, the proteolytic bacteria communities in the paddy soils were not significantly affected by management practices. Phylogeny analysis showed that all gel bands obtained represented genes from Pseudomonas. Additionally, correlation analysis and canonical correspondence analysis showed that C/N, C, and N were important factors that influenced the abundance and community structure of the proteolytic bacteria. These results suggest that proteolytic bacteria are indicators in organic management systems, depolymerize organic N and hence maintain soil sustainability.

Abbreviations: CM: conventional management; OM: organic management; DGGE: denaturing gradient gel electrophoresis; qPCR: real-time quantitative PCR detecting system; COFCC: China organic food certification center; CCA: canonical correspondence analysis     

2013年我国种植业化肥施用状况分析

【目的】我国农用化肥消费量大,数据来源不同,统计口径各异,行业内大多引用国家统计局公布的数据,但该数据无法推算出氮肥、磷肥、钾肥分类消费量。我国区域间、季节间、作物间化肥消费情况的报道很少,在调节化肥供需、指导化肥行业健康发展时显得依据不足。调查种植业化肥施用状况可以为指导肥料生产、供应提供重要依据。【方法】以农业部339个国家级基层肥料信息网点为依托,根据我国农业生产习惯和我国政府部门统计习惯,将一年分为三个用肥季,1 5月份为春耕季,6 8月份为夏播季,9 12月份为秋冬种季。在三个季节,每个网点随机调查30个农户的主要种植作物施用氮肥、磷肥、钾肥、复合(混)肥(包括配合式)量,经两级土壤肥料部门审核后,采用省份、相似种植区域、全国三级逐级加权平均的方法,推算了不同区域、不同季节、不同作物单位面积施肥量;再用作物单位面积施肥量、该作物全国种植总面积、样本中施肥面积占该作物种植面积的比例推算了作物全年、不同季节化肥施用量。同时,分析了主要作物、不同季节化肥施用状况以及供需平衡情况,不同季节、不同区域供肥情况和农民的购肥习惯。【结果】2013年我国种植业化肥施用量5498万吨(折纯下同),其中,氮肥(实物量)3382万吨,磷肥1175万吨,钾肥941万吨。粮食作物化肥总用量为2782万吨,占种植业化肥总用量的50.6%;其次是果树和蔬菜,三类作物占种植业化肥施用总量的82.8%,经济、园艺作物单位面积化肥施用量大于粮食作物。春耕、夏播、秋冬种化肥施用量分别占全年化肥施用量的34.2%、35.6%、30.2%。复混肥料和尿素是农民最常购买的两种肥料,从全年来看,农民施用复混肥料和尿素的样本数分别占总样本数的72.5%和71.6%,春耕、夏播、秋冬种农民购买尿素和复合(混)肥的样本数分别占该阶段样本数的70.9%和62.9%、84.9%和78.1%、56.6%和83.9%。春耕和夏播时期农民多数选用尿素,秋冬种多数选用复混肥料,东北、西北、华中南地区农民多选用尿素,华北、西南、华东地区农民多选用复混肥料。另外,我国氮肥、磷肥供应分别过剩1080万吨、680万吨,钾肥缺口370万吨,供需矛盾突出。氮、磷、钾养分配合式为15-15-15的复混肥样本数占农民选购复混肥总样本数的33.3%,说明复混肥养分结构不尽合理。【结论】建议国家进一步遏制氮肥、磷肥过剩产能,优化产品结构,大力推广科学施肥技术。     

红壤区不同肥力水稻土根际硝化作用特征

通过根际培养箱(三室)——速冻切片技术研究了红壤地区高、低两种肥力下水稻苗期根表、根际和土体土壤矿质态氮含量和硝化强度,以及水稻生长、氮素积累的差异。结果表明,肥力水平对水稻根表和根际土壤铵态氮(NH4+-N)含量无显著影响,但高肥力显著提高土体土壤NH4+-N含量,以及根表、根际和土体土壤硝态氮(NO3--N)含量及硝化强度。两种肥力水稻土硝化强度最大值均出现在距根表2 mm处,分别为0.20和0.31μmol kg-1 h-1。土体土壤硝化强度随距根表距离增加而降低,低肥力土壤在距根表10～40mm处时硝化强度接近本底值,而高肥力土壤在距根表20～40 mm处时接近本底值。与不种水稻的CK相比,种植水稻显著提高根际土壤硝化强度。高肥力能显著改善水稻生长,增加植株氮素积累量,尤其显著促进根系生长及通气组织发育。由于红壤稻田肥力水平的差异造成水稻根际硝化强度以及水稻吸收NO3-的差异,导致高肥条件下水稻显示出更强的生长势和氮素吸收利用能力。因此,合理提高红壤稻田肥力水平对改善红壤区水稻根际土壤硝化作用及水稻氮素营养具有重要意义。     

Variability in growth and nutrient accumulation in sorghum grown in waterlogged soils

Abstract

Sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] is a potential crop for use in lowland paddy soils following rice in the Philippines. Little is known about the variability in sorghum germplasm with respect to yield potential in these soils, or the alterations in mineral uptake which might occur if late season rains resulted in waterlogging. Eight sorghum cultivars including the most widely used Philippine cultivar were grown after rice under flooded or non‐flooded conditions. Flooding was initiated 30 days after seeding and terminated when most cultivars were at or near the boot growth stage. Flooding markedly reduced dry matter production, and delayed bloom date on the average of 5.5 days. Grain yield was reduced about 57% over all cultivars. Early maturing cultivars were not reduced in days to bloom as much as the late maturing types, and there was a significant cultivar x treatment interaction for both bloom date and grain yield. Later maturing cultivars outyielded the other cultivars at physiological maturity in both flooded and non‐flooded conditions. Concentrations of the major nutrients N, P, K, Ca, Mg, and S were decreased in foliage at the boot stage due to flooding. The only nutrient to fall below published “critical” levels in leaf tissue, however, was N, and plants growing in these conditions showed classical N deficiency symptoms. Iron and Mn concentrations were significantly higher in foliage at the boot stage with flooding, but not high enough to be considered toxic. Most differences observed at boot still existed at maturity, but of less magnitude. Marked variability existed in the response among cultivars to waterlogging. It would appear that flooding tolerant genotypes could be selected which would improve existing cultivar choices for use in these difficult soils.     

Bacteria-grazing amoebae in situ in the rhizosphere

Summary An ultrastructural investigation of amoebae in situ in the rhizosphere showed that the protozoa are closely associated with soil aggregates and produce long pseudopodia that penetrate micropores. This could partly explain why bacteria are generally confined to the interiors of microaggregates. The presence of cytologically intact and partly digested bacteria in the food vacuoles indicates that rhizosphere bacteria are both ingested and digested by the amoebae. This digestion could lead to the recycling of P and N immobilized in rhizosphere microorganisms.     

我国主要梨园施肥现状分析

以国家梨产业技术体系为平台,对全国18个梨综合试验站744个主要梨园施肥种类、施肥时期、施用量和施用方式等进行调查。结果表明,全国范围内梨树施用的有机肥以猪牛羊杂粪为主,商品有机肥施用很少或几乎不施;施用的化肥以尿素和三元素复混肥为主,有的地区偏施尿素或三元素复混肥,复混肥中氮磷钾的比例较混乱,高磷高钾肥多。从施用时期看,以化肥作为部分基肥、果实膨大期追肥的现象较为普遍,而萌芽前追肥和花芽分化期追肥状况各地区差异较大。有机肥单位面积施用量和单株施用量差异较大,大多数梨园有机肥施用量不足,其中有4个试验站30% 左右的梨园不施有机肥;化肥的用量差异较大,盲目施肥或经验施肥现象严重。施肥方式以穴施和条施为主,施肥的深度差异较大。通过分析,指出各地梨树施肥存在的问题,以期为梨优质高产提供科学的施肥依据。