夏玉米冠层光合有效辐射垂直分布模型

吸收光合有效辐射分量（FPAR）是研究植被群体光合作用和光能利用的重要参数,弄清冠层内FPAR的垂直分布规律及其与冠层结构等参数之间的定量关系,可以为遥感定量反演冠层FPAR提供模型基础。该文基于平均冠层的辐射传输过程,结合冠层结构建立玉米冠层内FPAR垂直分布计算模型,并就模型的参数如植被组分光学特性、株型、太阳高度角以及天空散射光比例等对FPAR垂直分布结果的影响进行了分析。利用实测结构参数模拟了玉米冠层内FPAR,并与SUNSCAN测量值进行了比较,结果表明模型对封垄后的玉米冠层内FPAR垂直分布的模拟精度较高,RMSE均小于0.18,并能较好地计算封垄前冠层内FPAR的垂直分布趋势。     

基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟

为了模拟夏玉米冠层内各层叶面积指数垂直分布,光合有效辐射（photosynthetically active radiation, PAR）是研究作物群体光合作用和长势的重要特征参数,阐明冠层内PAR的垂直分布规律与冠层结构等参数之间的相关关系,可为遥感定量反演冠层结构参数提供模型基础。该文基于PAR在冠层内的辐射传输规律结合冠层结构模拟不同太阳高度角的PAR透过率垂直分布模型,并用地面冠层分析仪测量值进行验证,结果表明模型对封垄前玉米抽雄期冠层内PAR透过率垂直分布模拟精度较高。通过不同太阳高度角PAR透过率的垂直分布模型结合消光系数运用不同算法分别反演层叶面积指数（leaf area index, LAI）,并与不同高度层LAI实测值进行比较。结果显示：Bonhomme& Chartier算法反演不同高度层LAI精度较高,上层均方根误差（root mean square error,RMSE）为0.18,中层RMSE为0.55,下层RMSE为0.09。不同太阳高度角反演结果存在差异,30°和45°高度角均能较好地反演下层LAI,RMSE分别为0.11与0.09;30°高度角反演中层LAI精度较高,RMSE为0.30;45°高度角反演上层LAI精度较高,RMSE为0.18。结果表明基于不同太阳高度角构建的层LAI反演模型更适于实现夏玉米不同高度层LAI的遥感估算。该研究可为模拟垄行结构冠层内LAI垂直分布提供参考。     

基于GIS的接坝山地太阳直接辐射空间分布规律研究

基于ViewGIS下的太阳直接辐射模拟计算功能,以河北省丰宁满族自治县小坝子乡为例,对该地区太阳直接辐射空间分布规律进行了研究,以期为当地的区域规划和生态环境建设提供基础资料和科学依据。通过DEM模拟计算太阳直接辐射的方法和原理,结合ViewGIS系统建立的数据库进行统计分析。结果表明,地貌对太阳直接辐射分布的影响比较明显,太阳直接辐射随海拔高度升高而增大;太阳直接辐射随坡度的增加逐渐递减;一年中各月份太阳直接辐射随坡向的变化规律为：阳坡〉半阳坡〉半阴坡〉阴坡。     

马尾松人工林地浅沟表层土壤颗粒的空间分布特征

为研究马尾松林地浅沟侵蚀对地表特征的影响,选取南方红壤区马尾松人工林地发育完整的浅沟为研究对象,采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,研究浅沟表层(0—5cm)土壤颗粒分布的空间差异性。结果表明:(1)研究区内表层土壤颗粒中石砾含量较高,约占78.68%,土壤为多砾质沙土,土壤水蚀使得浅沟表层土壤粗化。(2)浅沟不同部位间表层土壤颗粒分布差异明显,其中石砾含量表现为沟底沟坡沟缘,沟底的石砾含量极显著小于沟坡和沟缘的含量(P0.01);极粗砂、中粗砂、细砂粒、粉粒和黏粒含量均表现为沟底沟坡沟缘,且沟底的含量均极显著大于沟坡和沟缘的含量(P0.01);而沟坡和沟缘土壤颗粒含量差异不显著(P0.05)。(3)沿沟长方向从沟头到沟口,沟底表层土壤中粗颗粒含量呈减小趋势,细颗粒含量呈增大趋势;而沟坡和沟缘趋势正好相反,说明在浅沟沟底中上部主要为侵蚀作用,而在中下部主要为沉积作用。(4)不同粒级土壤颗粒含量最优半方差函数理论模型均为高斯模型,土壤颗粒含量的块金系数最大仅为0.36%,远小于25%,不同粒级土壤颗粒含量表现出强烈的空间自相关性。本研究可为南方红壤区人工林地土壤侵蚀治理提供理论支持。     

水稻冠层光合有效辐射的分布特征及其与叶面积指数的关系

采用冠层分析系统对不同株型水稻冠层的光合有效辐射(PAR)进行了观测,测得入射PAR、冠层反射PAR、透射PAR和水面反射PAR,计算求得冠层反射率、水面反射率、水稻冠层吸收的PAR(APAR)和PAR吸收系数(FAPAR),并研究了它们的变化规律。结果表明,水稻冠层中FAPAR与LAI的相关性达极显著水平,相关方程的估算精度达88.48%,可用于大尺度的全球变化研究中地面数据与卫星遥感数据的链接。     

山区太阳直接辐射的空间高分辨率分布模型

该文以山区的高空间分辨率DEM数据为主要数据源,从中分别提取经度、纬度、坡度、坡向等相应的地形要素栅格数据,再结合多年平均的实际日照百分率资料,利用GIS技术建立山区实际太阳直接辐射的高空间分辨率分布模型,实现太阳直接辐射空间分布规律的可视化表达,分析了山区各月太阳直接辐射的空间分布特征,对于山区的农业、林业和生态环境等方面的研究具有重要的指导意义。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

基于地统计学的雄县土壤属性空间分布特征分析

土壤属性是科学制定配方施肥方案的基础,也是耕地质量评价、农业区划的必要参数。以位于黑龙港流域的雄县为研究区,基于130个典型样点进行土壤属性因素调查,并利用ArcGIS软件的地统计学方法和SPSS 13.0分析软件对雄县土壤属性因素的空间分布特征进行了分析。结果表明,雄县土壤属性因素空间分布具有一定的相似性,总体呈中间乡镇较高、南北两侧乡镇较低,东部乡镇较高、西部乡镇较低的分布规律。研究结果为该区域制定科学的配方施肥方案和管理策略提供了数字地图支持。     

适宜膜下滴灌频次提高北疆机采棉光合能力及产量

在北疆大田条件下,以机采棉品种新陆早57号为供试材料,研究不同灌水分配对机采棉光合特性和产量形成的影响。试验设滴灌定额为4 500 m~3/hm~2,3个灌水分配次数分别为10次(D10)、8次(D8)、6次(D6)。结果表明:D6处理头水时间推迟,由非气孔限制因素导致净光合速率的下降,胁迫程度较高,最大光化学效率、光化学猝灭系数、光化学量子产量显著低于其他处理(P0.05),非光化学淬灭系数明显增加,同时恢复能力较差,地上部分生物量积累受限。盛蕾后充分供水但并没有较高的补偿强度,且蒸腾速率较高,叶片水分利用效率降低。由于D10处理花铃期灌量分配不合理,净光合速率的下降主要受气孔限制因素影响,棉株受到轻度胁迫,吐絮期的灌水有效提高了其光化学猝灭系数,与D6处理差异显著。降低了非光化学淬灭系数,延长了叶片光合功能期,生物量积累偏向营养生长,使其营养器官显著高于其他处理,但生殖器官差异不显著(P0.05),不利于产量的形成。而D8处理在整个生育期保证了高效的光合生产能力,明显提高了光合物质向生殖器官运移的比例,比D10、D6处理高出21.1%、23.5%,叶片水分利用效率表现最优,且产量与D10差异不显著,但比D6处理显著高647.4 kg/hm~2(P0.05)。因此在滴灌定额为4 500 m~3/hm~2的条件下,配合D8处理的灌水分配方式,有利于提高叶片光合能力,促进光合物质优先向生殖器官分配,从而获得高产。由此可见,盛蕾前灌头水且增加盛花期后灌溉定额,同时减少吐絮期水分供应,可有效提高叶片光合生产能力,促进光合物质优先向生殖器官运移,实现机采棉节水高产高效。     

2000-2020年南疆地区棉花种植空间格局及其变化特征分析

南疆地区是中国棉花的重要产区。综合全面了解南疆地区棉花种植空间格局及其变化特征对各级政府部门制定相关决策、保障国家粮棉供给、促进中国棉纺织工业加速发展具有重要意义。该研究以MODIS EVI数据为基础，应用TIMESAT软件平台集成的Double-Logistic滤波对棉花生长曲线进行重构，根据曲线特点提取阈值，进而提取南疆地区棉花种植信息，分析其种植空间格局及其变化特征。结果表明：1）南疆地区棉花主要分布在天山山脉南侧，形成以阿克苏地区为核心，喀什东北部及巴州北部为边缘的"核心-边缘"结构；2）近20 a南疆地区棉花种植面积增加103.17万hm2，年均棉花面积增长5.16万hm2，主要来源于耕地（76.85%）与草地（11.91%）；3）棉花分布在空间上呈"东北-西南"走向，棉花种植重心近20 a总移动距离91.5 km，年移动速率4.58 km/a，基本稳定保持在阿克苏市境内；4）南疆地区棉花种植面积冷点主要分布在克州以及和田地区，2005年后逐渐向西南侧集聚；热点分布格局年际变化显著，2005年前主要分布在阿克苏地区，2005年后逐渐向南疆地区东北侧延伸，主要集中在阿克苏地区以及巴州地区北部。研究成果可为制定区域国土管理制度和涉棉企业科学决策提供参考，对调整和优化棉花结构布局具有积极作用。     

种植模式对机采棉冠层光能利用与产量形成的影响

冠层内部的光辐射传输特征是优化种植模式,促进农机农艺深度融合,实现标准化种植和机械化作业的重要决定因素.然而,机采棉种植模式对冠层内光辐射传输及产量形成的调控机理尚不清晰.为此该研究开展2 a的田间试验,在相同种植密度条件下,设置3种机采棉种植模式:一膜三行(S1)、一膜四行(S2)和一膜六行(S3),研究了冠层结构、...     

氮肥对新疆棉花产量形成期叶片光合特性的调节效应

在新疆生态条件下,采用裂区设计研究了氮肥用量对棉花产量形成期叶片光合特性的调节效应。结果表明,适量追施氮肥在一定程度上可以改善叶片光合性能,提高植株生育后期叶片叶绿素含量和硝酸还原酶(NR)活性;维持叶片较高的PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)和PSⅡ光化学最大效率(Fv/Fm);提高中下部叶片的光合速率,延缓了叶片衰老,保证了棉花生育后期光合产物的形成,从而使棉花达到高产。这种调节效应因品种和生育时期的不同而异。新陆早6号在盛铃前期叶片叶绿素含量、NR活性、光合速率及Fv/Fo和Fv/Fm随氮肥用量增加而增加,盛铃后期至吐絮期叶绿素含量、Fv/Fo和Fv/Fm、叶片光合速率等指标均以中氮处理(300.kg/hm2)最高,高氮处理易造成植株盛花期生长过旺,群体荫蔽,影响了叶片光合作用;新陆早7号中氮处理与高氮处理之间差异不明显。因此,生产上应根据不同品种和生育时期进行合理施肥,避免因施肥不当造成产量下降和浪费肥料。     

Spatial variability of photosynthetically active radiation in European beech and Norway spruce

The vertical and horizontal variability of solar radiation within a mature European beech (Fagus sylvatica L.)-Norway spruce (Picea abies [L.] Karst) mixed stand in Southern Germany is investigated. A large dataset with more than one million spectral measurements of photon fluence rates at six vertical levels within the stand is analyzed with respect to tree species, meteorological sky conditions, and the influence of solar elevation angle on canopy penetration. Irradiance probability density functions of the photosynthetically active waveband are used to describe the three-dimensional radiation field. For a quantification of umbra, penumbra, and sunfleck frequencies, in-canopy fractions of photon fluence rates within the photosynthetically active waveband are investigated. Different phenological stages of beech and their effects on the in-canopy light climate are compared. The results show that during overcast conditions (OVC) fractions of photosynthetically active radiation (PAR) are higher at all canopy levels than during clear sky (CS) conditions due to their exclusively diffuse character. The lowest median PAR level of less than 1% of above-canopy PAR can be observed in the shade crown of beech and at ground level. More PAR can penetrate the canopy at a higher solar elevation under CS conditions. This effect is more pronounced for spruce than for beech due to the conical crown shape of the conifers that allows photons from higher angles to enter the gaps inbetween trees in contrast to the more homogeneously closed beech canopy. Solar elevation is not an important factor at uniformly overcast conditions. Differences in the vertical distribution of umbra and penumbra can be detected when comparing species or different sky conditions. The frequency of sunflecks differs more by species and by the vertical position within the canopy than by sky condition.     

基于器官尺度虚拟玉米冠层直射光分布的快速计算模型

为了给精确农业研究中所需的植物冠层光分布快速计算提供解决方法,提出了一个基于虚拟相机的玉米冠层直射辐射分布快速计算模型。该模型主要包括一个能代表田间玉米植株群体空间结构特征的虚拟冠层和一个虚拟相机,采用虚拟相机从太阳入射方向拍摄冠层图像,通过图像判读计算出植株各器官的太阳直射辐射分布。从模拟精度与模拟时间两方面评估了该模型的有效性。结果表明,该模型能很好地模拟器官尺度的植株光分布,并且比现有模型明显地缩短了计算时间。在引入计算虚拟冠层最小复制植株数的算法后,该模型的计算时间还能进一步缩短。另外,还探讨了虚拟冠层的植株器官形态简化描述的可行性,结果表明过度简化会导致模拟误差的明显增加。     

基于地统计学和遥感的岩溶区石漠化空间变异特征

为了全面掌握岩溶区石漠化的空间分布特征,解决区域内遥感影像阴影区域石漠化信息"缺失"的问题,该文以广西平果县果化镇生态重建示范区为例,借助图像处理软件ENVI(environment for visualizing images)提取研究区域石漠化指数。在GIS技术支持下,利用地统计学的方法对剔除阴影区后的石漠化指数进行了空间变异特征分析。结果表明,研究区域石漠化指数主要受内在因子的共同作用,具有强烈的空间自相关性;Kriging插值结果表明,研究区域石漠化指数较高的区域主要分布在研究区的西南部和东北部,各石漠化等级的空间分布表现为条带状和斑块状分布。岩性和地形地貌条件是影响石漠化空间变异的主要因素。研究利用地统计学的方法很好地估计了阴影区石漠化指数的"缺失"信息,为岩溶区石漠化监控、评估提供了新的思路与方法。     

控释氮肥对棉花叶片光合特性及产量的影响

以鲁棉研28号为材料,设计100%树脂包膜尿素基施、50%普通尿素+50%树脂包膜尿素基施和棉花控释专用肥基施3种控释氮肥处理,研究了等氮条件下,不同控释氮肥处理对棉花光合特性及产量的影响。结果表明,与生产对照(CK2)相比,100%树脂包膜尿素处理和棉花控释专用肥处理提高了植株上部叶片叶龄45和60 d的叶绿素含量、PSⅡ的活性(Fv/Fo)、光化学最大效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP),从而使叶片保持了较高的净光合速率;单株结铃数分别增加了0.77和0.84个,子棉产量分别增加6.2%和5.0%,皮棉产量分别提高6.4%和4.3%,分别达极显著和显著差异。而50%普通尿素和50%树脂包膜尿素处理与生产对照CK2差异较小。