基于DEM的土地利用分布与地形因子关系研究——以山西省垣曲县为例

以山西省垣曲县为研究区,基于研究区土地利用现状和DEM数据,利用ArcGIS 10.3对研究区高程、坡度、坡向等地形因子进行提取,将地形特征与土地利用现状叠置分析,得到该地区不同高程、坡度、坡向上的土地类型分布情况.结果表明,土地利用的空间分布与地形因子具有显著相关性.在低海拔、小坡度的无坡向和阳坡地区,土地利用类型多受到人类活动的影响,耕地、园地、居民点及工矿用地多分布于这一地区;高海拔、大坡度的地形对林地、草地的变化影响较大;水域多分布于低海拔、地势平缓地区,受坡向影响不大.     

基于AEZ模型的河南小麦生产潜力研究

【目的】合理开发自然资源,提高河南小麦生产水平。【方法】以河南省气象局提供的1971~2005年共35年气象资料为基础,采用FAO农业生态区域法(AEZ)对河南小麦生产的光温生产潜力、气候生产潜力进行估算。【结果】河南省小麦光温生产潜力理论值为14135.1~15519.4 kg/hm2,气候生产潜力理论值为7655.8~14792.5 kg/hm2,生产潜力平均开发度为46.7%。【结论】河南省不同地市小麦气候生产潜力差异较大,各地市小麦气候生产潜力值与现实生产力之间的差距较大,开发潜力巨大。     

基于AEZ模型的黑龙江省玉米生产潜力变化分析

【目的】分析30年来黑龙江省玉米生产潜力和增产空间的变化趋势,为提高当地玉米的生产水平提供参考。【方法】以黑龙江省1980-2009年共30年的气象资料为基础,采用联合国粮农组织（FAO）农业生态区法（AEZ）计算了黑龙江省玉米的光温生产潜力和气候生产潜力,在此基础上计算了玉米的增产空间,并对黑龙江全省和典型县(市)域的增产空间进行了分析。【结果】1980-2009年的30年间,黑龙江省光温生产潜力呈增加趋势,而气候生产潜力则呈减少趋势;相对于光温生产潜力和气候生产潜力上限值而言,黑龙江省玉米的增产潜力空间均表现为减小趋势,但增产空间仍较大,相对于光温生产潜力而言还有66%的增产空间,相对于气候生产潜力也仍有51%的增产空间。对典型县(市)域玉米增产空间的分析表明,位于三江和松嫩平原县（市）域玉米生产潜力的开发程度较大,增产空间相对较小,而其他县（市）域的增产空间则较大。【结论】水分是限制黑龙江省玉米增产的主要因子,除三江和松嫩平原外其他区域的增产空间相对较大。     

退耕还林草背景下宁夏气候生产潜力变化研究

针对宁夏退耕还林、还草重点区域进行研究,采用＂逐步订正法＂计算该地区近50年的气候生产潜力和光温生产潜力。宁夏灌区、中部干旱带、南部山区玉米的光温生产潜力呈线性增加趋势,但考虑光、温、水3因素的气候生产潜力,因降水稀少而数值很低,无灌溉便无农业;中部干旱带冬小麦的光温生产潜力、气候生产潜力无明显趋势,但气候生产潜力变幅很大,南部山区冬小麦光温生产潜力无明显变化趋势,气候生产潜力呈弱的下降趋势,说明冬小麦生产受到水分的极大制约。利用RegCM3-WOFOST/LINGRA耦合模式模拟的气象要素数据计算了未来宁夏中、南部冬小麦气候生产潜力,均呈弱的增长趋势,说明退耕还林后宁夏气候有利于冬小麦产量的提高。     

退耕还林草背景下宁夏气候生产潜力变化研究

对宁夏退耕还林、还草重点区域进行研究,采用＂逐步订正法＂计算该地区近50年的气候生产潜力和光温生产潜力。结果表明：宁夏灌区、中部干旱带、南部山区玉米的光温生产潜力呈线性增加趋势,但考虑光、温、水3因素的气候生产潜力,因降水稀少而数值很低,无灌溉便无农业;中部干旱带冬小麦的光温生产潜力、气候生产潜力无明显趋势,但气候生产潜力变幅很大,南部山区冬小麦光温生产潜力无明显变化趋势,气候生产潜力呈弱的下降趋势,说明冬小麦生产受到水分的极大制约。利用RegCM3-WOFOST/LINGRA耦合模式模拟的气象要素数据计算了未来宁夏中、南部冬小麦气候生产潜力,均呈弱的增长趋势,说明退耕还林后宁夏气候有利于冬小麦产量的提高。     

基于DEM的地形与植被分布关联分析

在地理信息系统软件ArcGIS 9.2的支持下,建立了热带林业实验中心数字高程模型(DEM),提取了海拔、坡度、坡向的地形因子,并与热带林业实验中心2009年森林资源调查数据进行叠加分析,探讨了热带林业实验中心森林资源空间分布与地形因子(海拔、坡度、坡向)的相关关系.结果表明:热带林业实验中心各植被类型受地形影响明显,桉树具有速生性,对立地条件要求较高,趋向分布于海拔250m以下、坡度较缓的(半)阳坡;杉木趋向分布在海拔250～500 m范围内的阴坡地带;马尾松明显趋向分布于(半)阳坡,因具有较广的适应性.     

塔吉克斯坦主要农作物生产潜力研究

【目的】研究塔吉克斯坦主要农作物生产潜力,探明塔吉克斯坦主要作物单产提高的主要限制因素,为中塔未来农业合作的可能性和合作途径提供依据。【方法】采用农业生态区域法等数学模型分别对塔国棉花、冬小麦两大主要农作物的光合生产潜力、光温生产力以及开发度进行计算分析。【结果】塔吉克斯坦冬小麦、棉花的光合生产潜力分别在14 430¹9 240 kg/hm2和31 12019 240 kg/hm2和31 120³8 900 kg/hm2,光温生产力分别在7 93838 900 kg/hm2,光温生产力分别在7 938¹0 584 kg/hm2和8 81310 584 kg/hm2和8 813¹1 016 kg/hm2。塔国冬小麦和棉花的光温生产潜力都很高,但实际开发度却很低,分别只有光温生产潜力的23%11 016 kg/hm2。塔国冬小麦和棉花的光温生产潜力都很高,但实际开发度却很低,分别只有光温生产潜力的23%³0%和15%30%和15%¹8%。农田投入较低、灌溉设施差、农田管理粗放严重限制了塔吉克斯坦小麦、棉花生产潜力的发挥。【结论】塔吉克斯坦小麦、棉花增产潜力的空间很大,借鉴新疆农作物高产生产经验,提高农田管理技术水平,塔吉克斯坦小麦、棉花的生产力潜力可以得到进一步发挥。     

积温分布的空间模拟及三维可视化初探

选取云南省130个气象站点的积温(≥10.8℃)、海拔、纬度、经度、坡度和坡向实测数据,结合云南省1∶250000DEM地形图提取的5个环境梯度因子数据,并经相关处理和转化后,利用回归分析方法和空间插值方法,构建海拔(x1)、纬度(x2)、经度(x3)、坡度(x4)、坡向指数(x5)与积温(y)的多元线性回归分布预测模型。结果表明,预测的多元线性回归模型为y=28978.223-2.080x1-232.423x2-144.803x3,对积温分布的影响大小依次为x2、x3、x1。利用ARCINFO软件将相关环境梯度因子代入模型得到平面积温分布图,对DEM数据进行渲染操作得到地形立体效果图,将平面积温分布图和DEM立体效果图相叠加即实现积温分布立体效果图可视化,以更好地观察地势高低的积温分布。     

基于地形因子的森林物种多样性与蓄积量分析

以凉水国家级自然保护区为例,在群落尺度上,基于激光雷达数据生成高精度DEM,提取主要地形因子坡度、坡向,并对其进行划分,坡度分3级、坡向分为8个,分析不同地形条件下物种多样性与蓄积量的变化.结果表明,东坡、1级坡度物种多样性最低,平均为20.5个/样方;西坡、2级坡度最高,平均为28个/样方.无坡、3级坡度的平均蓄积量最低,为11.77 m3/样方;东南坡、2级坡度最高,为20.38 m3/样方.2级坡度的物种多样性和蓄积量最高,坡向、坡度过大或过小均可引起物种多样性与蓄积量的下降,自北坡沿东坡到西坡,蓄积量呈先升后降趋势.     

青藏高原高寒区青稞光温生产潜力和产量差时空分布特征及其对气候变化的响应

【目的】探讨有气象数据记录以来1977—2017年青藏高原青稞生长季内气候变化,以及对青稞光温生产潜力和产量差的影响。【方法】基于青藏高原农气资料,校正DSSAT-CERES-barley模型,模拟过去40年间青藏高原青稞生育期长度及光温生产潜力,并结合实际统计产量计算产量差,通过数理方法解析气候变化对其影响情况。【结果】（1）青藏高原多数站点过去40年间青稞生长季内温度、降水呈显著上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势,且林芝站达到显著水平,与增湿相比增温趋势更加明显;（2）在播期和品种不变的情况下,过去40年青稞生育期长度显著缩短,引起不同站点下降的主要气候因子不同,高海拔站点主要由平均最高气温升高所致,低海拔站点主要由生育期内平均温度升高导致有效积温增加所致;（3）青藏高原青稞光温生产潜力受海拔影响,3 500 m左右的高海拔站点光温生产潜力高且稳定,如山南站平均光温生产潜力最高可达12 000 kg·hm ^-2。3 000 m左右的低海拔站点光温生产潜力低,平均在6 000 kg·hm ^-2,且易受气候变化影响,高海拔站点光温生产潜力对太阳辐射更敏感;（4）青藏高原在过去30年间由于实际产量增加,导致绝对和相对产量差都呈减小趋势,平均相对产量差由58.2%缩小至34.5%,但缩小幅度放缓,2007—2017年拉萨和日喀则站点平均相对产量差最低,小于25%。【结论】青藏高原不同站点光温生产潜力差异较大,高海拔站点青稞光温生产潜力显著高于低海拔站点,过去40年气候变化导致低海拔站点光温生产潜力波动大,而高海拔站点较为稳定。由于品种改良和栽培管理水平提高,过去30年青藏高原产量差逐渐缩小,但除拉萨和日喀则外,其他站点产量差仍较大,未来有较高的增产潜力。     

天山野苹果林立地条件和林分结构对苹果小吉丁种群数量的影响

【目的】 研究苹果小吉丁Agrilus mali Matsumura自然种群在天山野苹果林的发生及其与影响因子之间的关系。【方法】 基于17块天山野苹果林标准地,以苹果小吉丁为研究对象,研究天山野苹果林生态系统中海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子和林分郁闭度、林分密度、野苹果比例、树种丰富度等林分因子对苹果小吉丁种群影响效应等,构建预测模型。【结果】 海拔＞1 400 m的林分内平均虫口数量最低,仅为0.49头/m样枝,1 250～1 299 m平均虫口数量最高,达到1.26头/m样枝。随着样地坡度的增加,苹果小吉丁种群数量逐渐降低,缓坡(6°≤坡度≤15°)林分的平均虫口数量最高,达到1.24头/m样枝,显著高于陡坡(26°≤坡度≤35°)的0.39头/m样枝(P＜0.05)。林分郁闭度为0～0.29的林分虫口数量最高,达到1.44头/m样枝,显著高于郁闭度为0.30～0.49和0.50～0.79的林分(P＜0.05)。林分密度＜0.11的稀疏林分平均虫口数量最高,为1.5头/m样枝。海拔和坡度偏相关系数绝对值较大,分别为0.598和0.542,是苹果小吉丁虫口数量的关键影响因子,两者与平均虫口数量的关系达到显著水平(PX₁=0.031;PX₃=0.047;均小于0.05)。由海拔(X₁)、坡度(X₄)与苹果小吉丁虫口数量(Y)建立的多元回归模型为:Y=5.541-0.003X₁-0.033X₄。经F检验该线性回归预测模型达到显著水平(F=12.021,df=2,16,P=0.001)。将预测值与实测值进行比较,平均差异度为0.193;对实测值与预测值进行独立样本T检验,两者之间无显著差异。【结论】 海拔和坡度是影响苹果小吉丁种群数量的关键因子,其次为坡位,而林分郁闭度、林分密度、坡向、野苹果比例和树种丰富度对苹果小吉丁种群数量的影响作用稍弱,均为非主要因子。     

LAI-2000冠层分析仪在不同植物群体光分布特征研究中的应用

【目的】寻求快速准确确定各种农林植物冠层透光率及其随时间变化规律的方法，以及通过冠层分析确定农林植物冠层消光系数的方法。【方法】应用LAI-2000冠层分析仪和LI-1400数据采集器连接LI-190、LI-191传感器，测定了高秆作物（玉米）、矮秆作物（大豆）和林木群体（楸树、白蜡、栾树苗圃幼林冠层）的LAI、叶倾角、冠层开度及群体透光率。【结果】（1）LAI-2000测得的冠层开度，与全天群体透光率相关非常密切。相关系数达0.9308，回归直线的截距为0.015，接近于0，斜率为1.0668，接近于1。所以，完全可以使用冠层开度估计透光率。阴天比晴天估计效果更好。（2）用实测的LAI和群体透光率，准确计算出了农林植物群体的消光系数。消光系数有明显的日变化，玉米冠层一日中出现两个极大值，中午最低。【结论】LAI-2000冠层分析仪能给出群体内不同天顶角方向的天空开度，能更详细地表达植物群体结构特征；群体内某一点的冠层开度与该点的冠层透光率在数值上几乎相等，所以冠层内透光率测定不再需要冠层上下同时测光计算，而直接由测冠层开度得到；LAI-2000无损测定冠层LAI，可用于计算群体消光系数，文中所计算的消光系数，处在文献报道的正常范围。     

贵州省烟蚜遗传多样性分析

【目的】分析贵州省各生态区烟蚜（Myzus persicae）种群间是否存在遗传差异及其差异程度,探明贵州烟蚜种群异质性及种群分化情况,揭示变异发生规律及其机理,为指导虫情监测以及综合治理提供理论依据。【方法】用SSR分子标记技术对贵州省25个主要烟区的烟蚜种群进行遗传多样性分析。【结果】25个地理种群中大部分的种群呈中度分化,个别种群呈高度分化;种群遗传分化及与地理距离、海拔之间的关系分析表明,种群间的遗传距离与地理距离无显著相关性,遗传一致度与海拔差距无相关性。烟蚜种群的系统发育分析表明,25个地理种群大致分为3部分。【结论】种群的遗传分化不符合地理隔离模式,贵州省烟蚜各种群的种群分化复杂,其原因可能与贵州省特殊的地形和气候有关。     

气象因子对太湖地区旱作农田土壤水分动态的影响

【目的】研究太湖地区气象因子对旱作农田土壤水分的影响程度,厘定影响农田土壤水分的主要气象因子,为气候变化背景下农田水分管理提供科学依据。【方法】提取野外试验研究平台的旱作物生长季监测数据（逐日气象资料和土壤水分资料）,采用相关分析、逐步回归分析和通径分析等方法进行统计分析,计算直接通径系数和间接通径系数、决策系数。【结果】（1）供试实验基地农田土壤水分与日降水量、日蒸发量、日照时长、平均风速及日最大空气湿度等因子分布呈极显著正相关和负相关（相关系数分别为0.648、-0.566、-0.454、-0.331及0.371）,但与日最高气温不显著相关;（2）通径分析表明,气象因子对旱作农田土壤水分的直接影响大小顺序为：日降水量＞平均风速＞日照时长＞日蒸发量＞日平均空气湿度＞日最低气温>日最小空气湿度＞日最高气温＞日最大空气湿度＞日平均气温,但计算的决策系数表明,日降水量对土壤水分的综合决定能力最大;（3）通过逐步回归分析,得到了旱田土壤水分的气象因子多元回归模型：Y=10.174+0.386X4+1.095X7-0.509X8-0.766X9-0.345X10（R2=0.912,P<0.01）,达极显著水平。【结论】气象因子对太湖地区旱作农田土壤水分具有显著的控制作用,其中降雨量的影响最为主要。建立的多元回归模型可以用来预估气象因子变化下旱作农田土壤水分变化,但还需要更长时期监测的验证。     

2001-2009年中国北部冬小麦生育期和产量变化

【目的】研究中国北部冬麦区水地组小麦品种农艺性状适应气候变暖的变化规律,为小麦品种改良提供理论依据和指导方法。【方法】利用2001—2009年国家冬小麦区域试验北部冬麦区水地组对照品种的农艺性状和该地区相关气象资料,研究对照品种农艺性状变化规律,并进行农艺性状和气象要素的相关分析。【结果】对照品种出苗日期和成熟日期逐渐推迟;生育期逐渐缩短,且与年平均温度和生育期≥0℃积温呈负相关;生殖生长阶段随着相应期间≥0℃积温的增加而延长;随着气候变暖,千粒重和每公顷产量呈增加趋势。农艺性状相关分析表明,千粒重与每公顷产量呈极显著正相关,生殖生长阶段与每公顷产量呈较强正相关;多元线性回归分析表明,株高和千粒重2 性状决定了产量变异的95.7%。【结论】气候变暖对北部冬麦区冬小麦生长发育有较强的影响,选育生育期较短,但生殖生长阶段较长,千粒重大的高产品种是北部冬麦区未来适应气候变暖的品种改良方向。     

坡向和海拔对乌孙山草地植物群落特征及物种多样性的影响

【目的】研究不同坡向、不同海拔梯度的草地植物群落特征差异,为合理利用草地资源提供科学依据。【方法】以位于西天山支脉乌孙山南麓的昭苏县和乌孙山北麓的察布查尔县天然草地为对象,采用典型的样方调查法,分析不同坡向(南坡、北坡)和海拔梯度(1 600~3 000 m)的草地植物群落物种组成,群落数量特征、物种多样性,研究草地植物群落物种多样性在不同海拔和坡向上的分布规律。【结果】同一海拔梯度上,南坡植物物种数多于北坡;在不同坡向上,基本上南坡各海拔草地植物群落高度大于北坡,而密度和盖度小于北坡。南坡各多样性指数沿着海拔高度变化呈现出双峰格局;北坡Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数沿着海拔高度变化均呈现出波浪型变化趋势,Patrick指数则呈现出双峰格局。【结论】乌孙山植物群落特征及物种多样性的变化是由海拔和坡向为主的多种环境因子综合作用的结果。     

基于牛肉大理石花纹标准(BMS)图像的纹理特征分析

 【目的】研究基于图像纹理特征来描述牛肉大理石花纹标准的方法。【方法】以日本、美国和澳大利亚的牛肉大理石花纹分级图像为基础,通过线性回归的方法来研究纹理特征与牛肉大理石花纹标准之间的内在关系。【结果】通过彩色梯度和局部二值模式(LBP)处理后提取灰度共生矩阵的4个特征：对比度、相关度、能量和一致性,这些特征可以准确地描述3个不同国家的牛肉大理石花纹标准。其中,能量特征对图像的差异性不敏感,可以作为3种牛肉大理石花纹标准的共性特征。【结论】基于牛肉LBP纹理特征的线性回归预测模型可以作为牛肉大理石花纹标准的一项合理评估依据。     

近20年东北气候变暖对春玉米生长发育及产量的影响

【目的】探求东北三省近20 年气候变暖对春玉米生长发育进程及产量的影响,为东北地区气候变暖下粮食安全问题提供理论依据。【方法】选取东北黑龙江、吉林和辽宁省三省进行区域研究,利用东北地区近20 年气候观察数据和春玉米长期观测数据,通过相关和回归等数理统计方法系统分析东北三省春玉米生长季的气候因子（温度和降水量）与春玉米生育进程数据和历史产量数据之间的关系。【结果】东北地区1989-2009 年春玉米生长季日最高温度、最低温度以及平均温度均呈明显上升趋势,气候倾向率每年分别为0.050、0.045和0.044℃,表现为春玉米生育期间白天增温幅度较夜间增温幅度大,降水量变化不显著。近20 年黑龙江省各试验站平均播种日期变化趋势是每年提前0.10 d,而吉林省、辽宁省各试验站每年分别推迟0.18和0.21 d。黑龙江省、吉林省以及辽宁省各试验站春玉米平均成熟日期变化趋势分别每年推迟0.39、0.35和0.55 d,平均生育期天数变化趋势分别每年增加0.49、0.17和0.34 d,成熟日期推迟的幅度大于播种日期的推迟幅度导致三省试验站春玉米生育天数增加。对1991-2006 年东北地区审定品种生育期数据与气候数据关系进行相关性分析表明,黑龙江省最高温度（Tmax）上升会延长审定品种生育期,而吉林和辽宁省春玉米的审定品种生育期与平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）均呈现为正相关。采用T检验法分析春玉米审定品种生育期和试验站春玉米生育期关系表明,黑龙江和辽宁省的审定品种和试验站春玉米生育天数呈一致的增加趋势,且无显著性差异。采用线性偏回归测验法分析品种和气候因子对春玉米生育期影响重要性的结果表明,品种生育期的延长是导致春玉米生育期不断延长的主要原因。三省春玉米近20 年平均产量表现为增加趋势,其趋势由小到大的次序是辽宁省、吉林省以及黑龙江省,越往北其产量增加趋势越大,产量增加越明显。东北各省地级市1989-2009年面板数据分析表明,东北地区平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）的变化均会影响春玉米的产量。温度上升,东北部产量增加明显,尤其是黑龙江省东部的三江平原地区,而东北地区西南部减产。【结论】受气候变暖的影响,东北春玉米品种对气候变暖是逐步适应,可以利用其适应潜力,通过春玉米品种改良和调整播期等措施来适应气候变暖,从而提高春玉米产量。     

江西省油茶油酸含量气象评价模型研究

【目的】明确江西省油茶油酸含量的关键气象因子和关系模型,为江西省油茶品质气候评价及油茶品质气候区划等提供技术参考。【方法】利用6份油茶油酸含量检测数据（2018—2019年江西九江市柴桑区、丰城市和万安县油茶油酸含量检测数据）和同期气象数据（2018—2019年逐日平均气温、最低气温、最高气温、降水量、平均相对湿度和日照时数等）,采用相关分析和线性回归方法,研究影响江西油茶油酸含量的关键气象因子,建立江西省油茶油酸含量气象评价模型,再利用10组油茶油酸含量检测数据（2018—2019年江西省10家油茶基地油茶油酸含量检测数据）和同期气象数据对评价模型进行检验。【结果】影响江西省油茶油酸含量的关键气象因子有10月下旬—11月下旬降水日数（X₂）、3月极端最高气温（X₆）、8月下旬—9月下旬气温日较差（X₉）和10月下旬—11月下旬日照时数（X₁₂）,其中10月下旬—11月下旬降水日数对油茶油酸含量影响最大。研究建立的油酸含量（Y）气象评价模型为Y=0.1777X₂+0.1078X₆+0.2320X₉-0.0152X₁₂+75.5950,模型决定系数R2=0.9871。模型检验结果显示,油茶油酸含量评价值与实测值之差在±5%以内,模型对油酸含量等级的评价结果准确率为70%。【结论】依据关键气象因子建立的江西省油茶油酸含量气象评价模型准确率较高,能较好地反映气象条件对油茶油酸含量的影响程度,可应用于江西省油茶气候品质评价,同时可为油茶品质气候区划提供参考。