不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分和耗水的影响

[目的]明确西北半干旱区不同覆盖材料对马铃薯土壤水分及耗水规律的影响,寻求旱作区保墒抑蒸及降低农田污染问题的最佳种植措施。[方法]于2021年设置了4种覆盖种植模式：生物可降解地膜覆盖(PM₁)、普通PE地膜覆盖(PM₂)、整秆带状覆盖(SM₁)和碎秆全覆盖(SM₂),以传统露地平作(CK)为对照,研究了不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分、耗水及产量的影响。[结果]覆盖较CK能显著增加马铃薯全生育期土壤含水量5.7%～9.7%,且PM₁和PM₂处理均在淀粉积累期增墒幅度最大,而SM₁和SM₂处理均在块茎膨大期增幅最大;土层间,PM₁和SM₁处理均以120—180 cm土层增墒幅度最大,而PM₂和SM₂处理均以0—60 cm土层增幅最大。覆盖显著降低马铃薯全生育期耗水量5.1%～11.2%,降幅以PM₁处理最...     

基于AOD数据的新疆大型露天煤炭开采区PM2.5和PM10反演

MODIS气溶胶产品AOD与PM2.5、PM10浓度高度相关,已广泛应用在PM2.5、PM10浓度模拟.该研究以新疆维吾尔自治区大型露天煤炭开采区准东矿区为研究对象,结合实测的2014年5月、7月、9月、12月PM2.5、PM10质量浓度数据与经过垂直湿度订正的MODIS气溶胶产品AOD,利用多元回归进行拟合建模,从建立的40个模型中选取最优模型并据此对研究区PM2.5、PM10的质量浓度进行定量估算.结果表明:AOD与PM2.5、PM10呈极显著正相关;4个月AOD与PM2.5、PM10质量浓度估算模型最优模型均为多项式模型;其中7月AOD与PM2.5质量浓度拟合模型较好(R2=0.6258),实测值与预测值拟合趋势线R2为0.8057;9月PM10拟合模型效果理想(R2=0.7329),实测值与预测值拟合趋势线R2为0.8077;将AOD代入最优模型反演PM2.5,从空间层面上反映出各区域PM2.5浓度差异明显.研究结果可为AOD的深度利用与PM2.5、PM10浓度的遥感估算提供参考,在大气污染物空间分布、监测大气环境质量、污染预测等方面都具有重要意义.     

基于EOF的淮河流域潜在蒸散发时空演变特征研究

[目的]揭示流域潜在蒸散发(ET₀)时空演变规律,阐明淮河流域ET₀变化的主要原因,为淮河流域水资源管理、干旱评估及农业用水评估和规划等提供参考研究。[方法]基于淮河流域内及其周边29个气象站点1960—2020年逐日实测气象数据,采用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall法研究了ET₀的基本变化趋势,并运用经验正交函数分解法(EOF)分解了流域各站点组成的ET₀矩阵,得到流域年和四季ET₀气象场的时空分布结构,通过分析典型分布模态对应的时间系数揭示了流域ET₀气象场的变化规律。[结果]流域年ET₀多年均值为858.4 mm,除春季外,其他三季和年ET₀均呈下降趋势。流域年ET₀整体以同增同减、流域西北和东南区域反相变化两种空间分布模态为主,其中,模态一以1980年为界,有从“全流域高ET₀”的空间分布形式转变为“全流域低ET₀     

艾比湖流域气溶胶光学厚度与土地覆被景观格局关联分析

土地覆被-景观格局直接或间接影响大气环境,了解大气环境对土地覆被-景观格局的响应,对维护和改善生态环境具有重要的意义。该研究基于环境一号卫星HJ-1B CCD数据,研究艾比湖流域土地覆被-景观格局与气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)的关联关系,首先通过CCD数据反演AOD,然后利用分维数分析和贡献分析方法,定量分析土地覆被-景观格局对AOD的影响。结果表明:1)研究区AOD主要集中于绿洲及人口集聚区,从绿洲的中心到绿洲边缘气溶胶光学厚度逐渐降低,且在南部山区集聚呈带状;2)流域平均AOD与景观指数PD、ED、LSI和AI之间均存在着高度相关性,且景观的组成和空间结构都影响着流域AOD的空间分布;3)通过分维数分析,可知耕地和盐渍地的AOD密度从高值中心到外边界下降,但在其他的土地覆被类型上变化相反,盐渍地和耕地是流域主要空气污染的贡献者;4)应用贡献分析法进一步阐明了耕地和盐渍地可以增加空气污染,而林草地的效果相反。土地覆被变化和人类活动是影响艾比湖流域AOD空间分布主要原因,对AOD与土地覆被-景观格局变化的定量研究可以使研究者更好地了解AOD与土地覆被-景观格局的关系,进一步为土地政策的制定和土地利用规划提供参考。     

基于无人机高光谱影像的马铃薯叶绿素含量估测

  【目的】  叶绿素含量高低反映植被的健康状况与光合能力。研究准确、有效地将冠层影像反演为叶绿素含量的技术参数,以便经济快速、实时地监测作物生长状况。  【方法】  田间试验于2018—2020年在内蒙古阴山北麓马铃薯主产区进行,设置氮肥梯度处理,在马铃薯块茎膨大期和淀粉积累期,测定试验地马铃薯植株SPAD值,通过线性关系将其转化成叶绿素含量。利用无人机为平台搭载S185成像光谱仪获取马铃薯试验区高光谱影像,并从中提取马铃薯冠层光谱反射率。将3年田间试验所获取的125个样本点数据按80%、20%的比例随机划分为训练集与验证集。用训练集数据建立了8个比率、归一化光谱指数,通过波段优化算法建立优化光谱指数和马铃薯关键生育期叶绿素含量的相关性与估测模型,并用验证集数据检验所建立模型的精度,最后利用所构建的估测模型制作马铃薯叶绿素含量分布图。  【结果】  根据训练集数据,马铃薯植株叶绿素含量分布范围在10.58～23.14 mg/g,平均叶绿素含量为19.80 mg/g,变异系数为14.9%;根据验证集数据,马铃薯植株叶绿素含量分布范围在12.80～23.73 mg/g,平均为19.59 mg/g,变异系数为17.0%。基于绿光波段建立的叶绿素光谱指数(CI_green)和归一化光谱指数550 (ND550)均与马铃薯叶绿素含量具有较好相关性(R2分别为0.48、0.61),但作物种类及生育时期的影响降低了估测的准确性。通过优化波段586、462 nm和586、498 nm计算的优化比率光谱指数(RSI)和优化归一化光谱指数(NDSI)能够明显提高模型准确性,具备良好的线性拟合效果,决定系数R2分别由0.48和0.61提高到0.82和0.83。经验证后,估测模型预测值与实测值接近1∶1线,决定系数R2分别为0.77和0.79,均方根误差RMSE较低。通过反演马铃薯叶绿素含量分布图可知,优化光谱指数(NDSI)模型反演效果较好,叶绿素含量分布范围为18～21 mg/g,与实测值相符合。  【结论】  本研究优化光谱指数RSI和NDSI最佳敏感波段分别为586、462和586、498 nm,此波段范围内RSI和NDSI与马铃薯关键生育期叶绿素含量相关性最优,通过波段优化算法重新构建的优化光谱指数预测模型可靠性及精度显著高于已有光谱指数,决定系数分别为0.82和0.83,且验证效果较好。应用两种光谱指数对研究区高光谱影像进行叶绿素反演估测,生成的田间马铃薯叶绿素含量分布图显示优化光谱指数NDSI估测效果最好,为光谱指数估测马铃薯关键生育期叶绿素含量提供了理论支持。     

基于Sentinel-2影像的平寨水库水体透明度遥感反演

[目的]研究水体透明度的变化规律及其空间分异驱动因素,为管理湖库及恢复湖库生态系统提供科学依据。[方法]基于2020年5月18日,8月26日,11月14日的Sentinel-2 MSI卫星影像及准同步实测透明度数据构建平寨水库透明度遥感反演模型,利用地理探测器定量分析影响透明度空间分异的驱动因素。[结果](1)平寨水库水体透明度与Sentinel-2 MSI的B₃波段最为敏感,利用波段组合B₃×B₄作为最佳敏感因子构建出的透明度反演模型具有较高的精度(R²=0.81,RMSE=0.11 m, MRE=16.91%)。(2)平寨水库水体透明度呈现出中心库区高而各支流上游低,近水体两岸低的空间分布趋势,且水体透明度11月>8月>5月。[结论]总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量是平寨水库水体透明度空间分异的主要因素。总磷、总氮、水温及风速通过影响水体中的总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量进而影响水体透明度空间分布。     

基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

哈尔滨市产水量时空变化及其驱动力

[目的]探讨2000—2020年黑龙江省哈尔滨市产水服务的时空变化特征,揭示哈尔滨市产水量时空分异特征的驱动机制,为该市水资源管理及可持续发展提供科学依据。[方法]选取中国典型的寒地城市哈尔滨市作为研究区,基于InVEST模型产水量模块对2000,2010和2020年的产水量时空变化特征进行分析,并利用参数最优地理探测器揭示哈尔滨市产水量时空演变的驱动因素。[结果](1)2000—2020年哈尔滨市产水量呈逐年增长趋势,产水量由2000年的9.68×10⁹ m³增长至2020年的2.23×10¹⁰ m³。不同年份产水量的空间分布格局基本相似,在空间上整体表现为“东高西低”的分布特征。(2)研究区产水量的分布存在显著的空间正相关,以“低—低聚集”和“高—高聚集”类型为主,2000—2020年,二者面积占全市总面积的比例呈下降趋势。(3)各驱动因素对产水量的影响具有明显的空间异质性,实际蒸散发量和土地利用类型是经济质量发展区的主要驱动因子,而在自然主导的生态屏障区,二者的综合驱动力远不及经济质量发展区。...     

极端降雨条件下植被恢复流域结构和功能连通性间的关系

探明极端降雨条件下流域水文和泥沙连通性的相互关系，对新形势下黄土高原植被恢复流域水沙调控与水土保持高质量发展具有重要作用。该研究在泥沙连通性指数(index of connectivity,IC)的基础上，采用地形位置指数和植被覆盖因子改进的结构连通性指数(structural sediment connectivity,SC_st)，累计地表径流深因子改进的功能连通性指数(functional hydrological connectivity,HC_fn)，研究了极端降雨和植被恢复对流域水沙连通性的影响及输沙潜力的表征能力。结果表明：植被恢复流域归一化植被指数均值由2000年的0.29剧增到2020年的0.70，显著影响SC_st，其均值由2000年的-6.49下降到2020年的-10.03,Pearson相关系数-0.93；降雨径流显著影响HC_fn，年月尺度上HC_fn均值与降雨径流深的相关系数均大于0.70。HC_fn可动态反映流域径流输沙情况，平水年流域实...     

杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUE_p)和荧光光能利用率(LUE_f)关系的日内变化及种间差异，从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系，以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象，在相同土壤水分和养分条件下，观测研究不同树种SIF、净光合速率(P_n)与LUE_p/LUE_f对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明：(1)SIF受PAR驱动，二者呈显著正相关关系，杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R²)分别为0.965和0.973，且杨树具有更高的LUE_f;P_n随PAR的增加逐渐饱和，杨树光饱和点明显高于栓皮栎，分别为998.59和674μmol CO₂·m^-2·s^-1。(2)杨树和栓皮栎...     

北京市道路防护林带内外PM2.5质量浓度特征及与气象要素的相关性

以北京市奥林匹克森林公园北侧的北五环路防护林带为研究对象,通过在林带外及林带内布设5处PM2.5质量浓度监测点进行3个月的定位监测,分析北京市道路防护林带内外PM2.5质量浓度特征,并通过建立PM2.5质量浓度与风速、温度、相对湿度等气象要素的相关关系,分析气象要素对PM2.5质量浓度的相关性.结果表明：1）在时间变化规律上,林带内PM2.5质量浓度08：00和12：00相对较高,其他时间段相对较低,18：00后质量浓度又开始增加,林带内PM2.5质量浓度在日变化规律上呈单峰或双峰变化,林带内外PM2.5质量浓度的日变化规律基本一致;2）在空间变化规律上,林带内PM2.5质量浓度水平比林带外相对较高,距北五环路40 m处PM2.5质量浓度值相对其他布置点2、20、30和60m处都高;3）林带内PM2.5质量浓度与风速、温度呈负相关关系,与相对湿度、气压呈正相关关系;4）林带内PM2.5质量浓度与温度的关系可以用幂函数来描述.     

基于MODIS的中国陆地气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS 08_C5气溶胶产品2000—2008年月均值资料,通过线性回归和相关分析方法,探讨中国大陆地区550 nm气溶胶光学厚度的时空分布特征和变化趋势。结果表明:南疆盆地、长江中下游地区以及四川盆地常年处于气溶胶光学厚度高值区;全国各地气溶胶光学厚度季节变化有明显差异,大部分地区年内呈先增大后减小趋势,4月达到其年内最高值,且多年光学厚度月均值与全国每月发生沙尘总次数呈显著相关关系;沙尘月发生10次以上地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间呈显著线性相关关系,而沙尘月发生10次以下地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间没有明显的关系。     

基于MODIS和AERONET的气溶胶地表直接辐射效应评价

气候变化背景下进一步开展高污染地区气溶胶直接辐射效应的研究,对于该地区的大气环境监测、气候变化评估以及农业生产布局等具有重要意义。利用全球气溶胶监测网（AERONET）多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S（Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum）辐射传输模式,定量评估2001年1月−2016年12月中国AERONET北京、香河和太湖3个典型高污染站点多年晴空条件下的气溶胶直接辐射效应。结果表明：（1）各个高污染站点气溶胶PM2.5质量浓度季节变化特征差异明显,秋冬污染较为严重,其中高值主要集中在1月、2月、11月和12月;（2）与无气溶胶影响相比,气溶胶致使各站点地表直接辐射年际变化较明显。在气溶胶影响下,北京、香河和太湖3个站点2001−2016年地表日平均直接辐射年际变化较明显,均呈波动增加趋势,且香河站日平均直接辐射增加最大（621.14W·m⁻²）,太湖站次之（743.29W·m⁻²）,北京站最小（488.14W·m⁻²）。（3）气溶胶影响下各站点地表直接辐射明显降低,且气溶胶对各站点影响差异较大。2001−2016年,北京、太湖和香河站年平均地表直接辐射分别降低32.29%、24.01%和15.07%。其中,气溶胶对北京站的地表直接辐射影响最大,香河站最小。（4）近15a来,北京、香河和太湖3个站点气溶胶地表辐射效应均呈现增加趋势。     

LUR模型模拟的南昌市PM2.5浓度与土地利用类型的关系

城市土地利用对城市大气污染具有重要影响,探究两者间的关系对于促进城市大气污染治理、保障人体健康具有重要意义。该研究首先利用土地利用回归(land use regression,LUR)模型模拟南昌市中心城区PM_(2.5)浓度空间分布。其次,根据土地利用主导方式的不同,在南昌市中心城区选择商业区、工业区、居住区、教育区和对照区各5个,作为样本功能区,分春、夏、秋、冬四季统计各样本功能区PM_(2.5)浓度,运用方差分析与多重比较法定量研究不同类型功能区四季PM_(2.5)浓度差异。研究结果表明:1)四季LUR模型调整R2分别为0.713、0.741、0.898、0.964,检验样本平均绝对误差率为12.03%,说明构建的四季LUR模型拟合情况好,可以有效地对监测点以外区域PM_(2.5)浓度进行估计;2)功能区类型对PM_(2.5)浓度影响显著,城市土地利用方式显著影响PM_(2.5)浓度,且这种影响与季节无关;3)各类功能区之间PM_(2.5)浓度差异显著水平不一致,工业区与商业区、居住区与教育区均无显著差异,工业区、商业区均与教育区和居住区有显著差异,对照区与其他4类功能区均有显著差异。该研究探索了城市土地利用与大气污染耦合的新思路,研究结果为优化城市土地利用,缓解大气污染提供参考。     

气候与社会经济因素对土壤有机质影响的空间异质性分析--以黑龙江省中部地区为例

为探讨土壤性质对外部因素的响应机制及空间规律,本文以黑龙江省中部为例,利用地统计学理论、GIS空间分析与地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR),从空间分异角度分析了气候和社会经济因素对土壤有机质的影响程度。结果表明,有机质含量分布在研究区域西部呈现出东高西低的特征,在研究区域东部则表现为中部高南北低;气候变量(均在0.01水平上显著)中,降水和年均温对有机质含量以负影响为主;年日照时数对除嫩江平原西南部和松江平原南部外的多数区域有机质含量产生正影响。社会经济因素(均在0.01水平上显著)中机械化耕作水平对嫩江平原北部、西部和克拜丘陵部分区域有机质含量产生正影响;灌溉面积对有机质含量的正影响范围较广;施肥量对嫩江平原南部、松江平原西北部和三江低平原东北部等有机质含量主要产生负影响,其他区域则主要为正效应;地膜用量对有机质含量的正影响范围较广;农药用量对研究区域西部以正影响为主,对东部以负影响为主。因此,反映自然条件差异的气候因素与反映农业投入的社会经济因素对土壤有机质的影响均具有空间异质性,采用允许局部估计的GWR模型是适合的。     

Toxic Metals (As, Cd, Ni and Pb) and PM2.5 in Air Concentration of a Model Ceramic Cluster

The relationship between ambient concentrations of fine particulate matter and detrimental health effects remains a highly controversial issue. Increased incidence of mortality and morbidity due to cardiopulmonary complications has been associated with elevated levels of urban air particles with an aerodynamic of <2.5 ??m (PM2.5). The main aim of this paper was to present the assessment of the temporal and spatial variations of the PM2.5 fraction and its contents in arsenic, cadmium, nickel and lead in order to identify possible emission sources of these pollutants. Daily ambient aerosol samples (PM2.5) were taken in the province of Castellón from 2008 to 2009. Particle concentration levels were determined by gravimetry, and the As, Cd, Ni and Pb levels in the samples were determined by inductively coupled plasma mass spectroscopy. The season variation of these pollutants differs according to the emission source and the factors involved in dispersion. In the weekly trend, there were no significant differences in levels among sampling sites in relation to the day activity (working vs. non-working) due to chemical pollutants that are found in fine particulate fractions residing in the atmosphere longer than coarse particles, resulting in a more homogeneous concentration of pollutants over time. In order to identify similar behaviour between chemical pollutants and PM2.5, an assessment of the correlation between them was carried out. This behaviour study shows whether the source of contaminants is the same. A statistical analysis of the levels of PM2.5 and the presence of As, Cd, Ni and Pb in the different sampling sites was performed in order to evaluate the influence of the sampling point on the concentrations of these pollutants.     

环渤海沿海区域耕地格局及影响因子分析

为分析环渤海省市沿海区域耕地格局与影响因子的关系,以耕地在5 km×5 km网格单元所占比例为因变量,选用地形、距离、气候及人口等10个影响因子为自变量,分别建立普通最小二乘法线性回归模型、空间滞后模型、空间误差模型、地理加权回归模型。结果表明:耕地格局及各影响因子均呈现较强的空间正相关,并随距离增大而减少;针对该研究,空间滞后模型、空间误差模型和地理加权回归模型模拟效果均优于普通最小二乘法线性回归模型,空间误差模型优于空间滞后模型;从全局上来讲,高程、坡度、到最近公路距离与耕地格局呈负相关影响,距最近海岸线、铁路、居民点距离、多年平均气温和多年平均降水与耕地格局呈正相关。从局部上来讲,除了多年平均降水对各网格单元内耕地面积均呈正向影响外,其余影响因子随网格单元变化正负向影响均存在。多年平均气温和多年平均降水是主要的、最敏感的正向影响因子,高程、坡度和距最近水系距离为主要的、最敏感的负向影响因子。     

大型自然通风奶牛舍空气颗粒物浓度监测方法中测点数和位置优化

对奶牛舍颗粒物浓度和分布进行实时连续监测,是评估其环境风险和制定科学减排措施的前提。随着大型奶牛舍的快速发展,对尽可能少且科学地布置测点数量和位置并能够对舍内颗粒物浓度进行精准监测,提出了新的挑战。为探究测点优化布置方案,该研究基于物联网技术在大型自然通风奶牛舍内3个相邻饲养区域布置17个采样点,对总悬浮颗粒物（total suspended particle, TSP）和细颗粒物（PM_2.5）浓度进行了连续6个月监测,得到舍内浓度平均值（视为“真值”）;利用系统聚类和误差分析方法得到优化的测点方案,并将其颗粒物浓度结果与6种传统测点方案进行对比,以确定最优的测点数量和位置方案。结果表明,舍内3个饲养区域内颗粒物浓度分布均匀,PM_2.5浓度在不同采样高度上无统计差异（P>0.05）,而TSP浓度在屋顶通风口下方（9.0 m）明显低于1.5和2.5 m高度（P<0.05）。与真值相比,优化测点方案的TSP和PM_2.5浓度监测误差绝对值之和分别为6.4%～22.6%和4.7%～14.2%,均低于传统测点方案。综合考虑优化方案的科学性和传统方案的易操作性,确定最优测点方案为：在奶牛舍中央屋顶通风口下方1.0～2.0 m处布置1个测点,在奶牛卧床上方2.5 m高度布置2个测点,上述3个测点按奶牛舍斜对角线进行布置;另外,分别在挤奶通道、饲喂通道、清粪通道上方2.5 m高度处各布置1个测点;共计6个测点。该优化测点方案可满足监测准确性和易操作性要求。