基于MODIS/AQUA 数据的地表短波净辐射反演

【目的】地表短波净辐射是许多全球、区域气候、水文、陆面过程模型中的重要参数,但运用遥感技术对地表短波净辐射精确实施监测一直是难点,希望构建具有一定泛化能力的高精度地表短波净辐射反演模型。【方法】利用大气传输模型MODTRAN模拟了大量复杂情况下的地表短波净辐射和通道辐射亮度。拟合地表短波净辐射与大气顶层观测值的非线性关系,分为两个步骤:(1)窄通道表观反射率向宽通道反照率转换;(2)利用大气顶层向上辐射通量与地表短波净辐射的非线性关系反演地表短波净辐射。构建完地表短波净辐射反演模型后,利用地表辐射观测网(SURFRAD)7个地面实测站点长时间序列数据,结合MODIS/AQUA遥感数据,对地表短波净辐射反演模型进行验证。【结果】反演模型构建过程中的步骤一结果表明,其偏差Bias为0,均方根误差RMSE为0.011,决定系数R2为0.997;步骤二的偏差Bias为0 W/m~2,均方根误差RMSE为7.29 W/m~2,决定系数R2为0.999。利用地面站点数据验证反演模型的结果表明,总体偏差Bias为-4.8 W/m~2,均方根误差RMSE为77.1 W/m~2,决定系数R2为0.9106,并且超70%样本的反演误差低于50 W/m~2。【结论】以MODIS/AQUA为驱动数据源,地表短波净辐射反演模型的构建精度和验证精度良好,具有一定的泛化能力和普适性。     

羟基蛋氨酸锌对断奶仔猪镉损伤的修复作用

旨在探讨日粮添加羟基蛋氨酸锌(Methionine hydroxy analog chelated zinc,MHZn)对镉(Cadmium,Cd)引起断奶仔猪脏器损伤的修复作用。本研究选用24头45日龄的二元阉公猪(长×大,体重(13.22±1.36)kg)。随机分为4个处理组:对照组(Con组)、含镉日粮(30mg·kg~(-1),Cd组)组、镉(30mg·kg~(-1))+低浓度羟基蛋氨酸锌(100mg·kg~(-1))日粮(LMHZn组)组、镉(30 mg·kg~(-1))+高浓度羟基蛋氨酸锌(200 mg·kg~(-1))日粮(HMHZn组)组。每组6个重复,每个重复1头猪,代谢笼单栏饲喂,试验期30d。第31天清晨对仔猪进行前腔静脉采血,空腹称重、屠宰、采样,称量肝、脾、肾重量,计算仔猪平均日增重、日采食量、料重比、脏器系数;制作肝、肾、十二指肠、空肠、回肠组织切片;检测肝、肾中Cd和微量元素含量;测定血浆生化指标。结果显示:1)与Con组相比,Cd组仔猪的平均日增重显著降低,料重比显著升高(P0.05);十二指肠和空肠肠绒毛长度显著降低(P0.05),十二指肠、空肠的隐窝深度显著加深(P0.05),十二指肠、空肠绒毛长度/隐窝深度比显著降低(P0.05);导致肝、肾细胞损伤、变性;肝、肾中的镉含量显著升高(P0.05);血浆白蛋白含量显著降低(P0.05)。2)当含镉日粮中添加MHZn时,与Cd组相比,仔猪日增重显著升高(P0.05),料重比显著降低(P0.05),并且LMHZn和HMHZn组与Con组无显著差异(P0.05);提高十二指肠和空肠绒毛长度(P0.05),减少仔猪小肠绒毛损伤;HMHZn组肝脏系数显著降低(P0.05),并接近Con组水平,表明MHZn可有效缓解镉导致的肝肿大。并且,MHZn可有效缓解镉引起的肝细胞颗粒变性和脂肪变性,减少肾小管上皮细胞的变性和损伤,减少淋巴细胞的增生。MHZn(200mg·kg~(-1))可显著减少镉在肝、肾中的蓄积(P0.05),减少镉对血浆白蛋白和总蛋白的影响,表明MHZn对缓解肝、肾、消化道镉损伤有一定的修复作用。综上所述,MHZn有助于缓解并修复镉对小肠、肝、肾的损伤。     

干旱年份沙质草地生态系统净CO2通量年变化特征

草地生态系统是干旱半干旱区生态系统类型的重要组成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对科尔沁沙质草地生态系统进行连续两年(2015和2016年)的碳通量观测,此两年恰逢研究区的相对干旱之年,年降水量约为历史平均值的60%。研究结果表明:1)年最大日均CO₂吸收速率分别为-6.68和-9.58 g·m^-2·d^-1,年最大日均释放速率分别为5.69和5.21 g·m^-2·d^-1。2)生长季(5-9月)碳吸收量分别为-120.54和-139.83 g·m^-2,非生长季碳释放量分别为230.33和212.82 g·m^-2。3)全年尺度上沙质草地生态系统表现为碳源,2015年净碳释放量(109.79 g·m^-2·年^-1)稍高于2016年(72.99 g·m^-2·年^-1)。4)生态系统净CO₂交换量(NEE)与空气温度、土壤温度及土壤湿度存在显著相关关系,但不同年份同期NEE对环境温度和湿度的响应程度不尽一致。     

黄土丘陵区草本群落生物量空间分布格局及其影响因素

草地是干旱半干旱地区黄土高原植被组成的主体,而草本植物作为草地生态系统的优势群落,在黄土高原恢复植被和水土保持建设方面存在着不可替代的优势。因此本试验选取黄土丘陵区不同纬度下的草本群落为研究对象,分析草本群落地上、地下生物量的空间分布特征及其影响因素,同时并验证等速生长关系,以期为黄土丘陵区恢复植被、改善生态建设方面提供理论指导。结果表明:(1)在纬度梯度35.95°~38.36° N变化范围内,黄土丘陵区不同植被带草本群落地上生物量变化范围为54.60~204.32 g·m^-2,平均值156.968 g·m^-2,变异系数为27.83%;地下生物量变化范围为78.88~829.64 g·m^-2,平均值469.21 g·m^-2,变异系数为48.87%;草本群落地下/地上生物量变化范围为 0.93~4.49,平均值2.89,变异系数为39.18%。草本群落生物量(地下、地上)大小顺序均为:森林-草原带>草原带>森林带>草原-荒漠带,且地上、地下生物量随纬度梯度变化规律均呈现出“先增加后减少”的单峰型变化趋势。(2)草本群落地下与地上生物量呈极显著正相关(P<0.01),决定系数达到0.59,且符合等速生长关系。(3)草本群落地下生物量与年均降水、年均温、土壤有机碳、全氮、全磷含量之间均呈显著相关。气候因子和土壤理化性质对地下生物量都具有重要影响作用,其影响机理还需进一步结合植物生物学和生理生态方面的综合研究才能做出准确结论。     

高寒草甸草原净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用1957-2014年气象数据和1998-2014年实测数据驱动CENTURY模型模拟海北高寒草甸草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并利用典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景下5个大气环流模型的气候情景数据来模拟未来气候变化和CO₂浓度变化对草地生态系统ANPP的影响。结果表明:1)研究地点1998-2014年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.67,均方根误差为19.62 g·m^-2,CENTURY模型适用于模拟气候变化对高寒草甸草原影响的研究。2)过去50多年,高寒草甸草原的年平均最低气温、最高气温和年平均气温都呈极显著的波动上升趋势(P<0.01),年降水量年际波动特征比较明显,降水主要集中在植被的生长季。过去50多年,高寒草甸草原ANPP平均值达到271 g·m^-2,总体变化趋势为增加,但变化趋势不显著(P>0.05)。3)与基准时段(2001-2014年)相比,高寒草甸草原未来2030s(2015-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2099年)时段多模型年平均降水量、年平均温度、年平均最低和最高温度变化率均为正值。不考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.21%,11.53%,17.78%和8.34%,21.68%,40.32%;考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.89%,14.29%,24.28%和11.57%,31.74%,57.29%。考虑和不考虑CO₂肥效的情况下,5个大气环流模型引起的模拟结果的不确定性都在合理范围之内,多大气环流模型与CENTURY耦合模拟的ANPP结果较为一致。     

羊草种子萌发相关基因的筛选及表达分析

前期实验表明,变温处理(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)可显著提高羊草种子的萌发率,且羊草种子萌发中的第1天是接受变温信号的关键时期。以此为研究基础,结合羊草种子变温萌发的转录组测序数据,针对羊草种子萌发初期对变温处理的响应筛选出与种子萌发、休眠及低温相关的基因24个,利用测序结果中这些基因的RPKM值制作基因表达热图并分析其表达差异。以萌发率高、低的两种羊草种质的种子为材料,对24个基因在恒温12 h(28 ℃)和变温1 d(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)萌发处理中的表达分别进行了定量分析。结果表明,与恒温对照相比,变温处理12 h后,表达明显上调的基因有SAIN1,PP2C62,EXPB3,EXPB4,GA3ox,EXPA2和EXPA7,而表达明显下调的基因有bHLH49,GID1,ABI8,Chi1,11833,CBF3,NAC2,PP2C72,SAIN2和5423。通过进一步分析相关基因在高、低萌发率两个种质中表达的差异,筛选出其中可能与羊草种子萌发相关的基因有几丁质酶基因Chi1,转录因子基因CBF3,羊草新基因5423,赤霉素合成基因GA3ox,细胞松弛素蛋白基因EXPB4和羊草新基因SAIN1,将为下一步阐明羊草种子萌发的分子作用机理奠定基础。     

近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,利用MODIS NDVI数据及像元二分模型,反演草地植被覆盖度,以草地植被覆盖度为评价标准,结合数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据及Getis-Ord Gi*冷/热点分析方法,对伊犁河谷2001-2015年草地退化的时空特征进行了分析。结果表明,1)受持续过度放牧及气候条件影响,2001-2015年伊犁河谷草地整体持续退化,15年内退化草地比例达46.18%,但退化以轻度为主;2)空间上退化草地的分布范围逐步向高海拔区域扩展,海拔1 500-3 000 m的中山和中高山区退化草地扩张最明显;3)草地生态保护政策的实施减缓了草地退化速度,草地退化与改善的空间差异逐渐明显,以退化为主的单一变化趋势有所改变;4)利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法存在对高植被覆盖区域草地退化敏感性相对较弱的缺陷。     

燕麦萌发耐盐性及指标筛选

为了探索燕麦(Avena spp.)种子的耐盐萌发特性和盐胁迫下品种间的耐盐差异,本研究以国内推广面积较大的8个皮燕麦(Avena sativa)和2个裸燕麦(A.nuda)品种种子为研究对象,对不同NaCl浓度胁迫条件下种子的萌发指标进行测定并分析。结果表明,燕麦品种间耐盐胁迫差异显著(P0.05),皮燕麦耐盐性高于裸燕麦,皮燕麦以青海444和贝勒耐盐性最高,裸燕麦花早2号优于坝莜1号。主成分分析结果表明,主成分1主要包括平均萌发时间、萌发指数、活力指数、根长和苗高,代表萌发速率综合指标(59.96%),主成分2主要包括发芽率和萌发整齐性指数,代表比率综合指标(18.27%),二者共同可解释盐胁下6个萌发指标的78.20%方差变异。因此,评价盐胁迫下燕麦萌发特征时,首选萌发速率综合指标。在高盐地区燕麦种植时,首选为皮燕麦种子,其次选择耐盐性强的裸燕麦品种。     

不同钾肥用量对大棚小白菜生长、养分吸收及土壤养分含量的影响

钾肥对蔬菜生长及品质形成具有重要的作用。为探明大棚小白菜合适施钾量,通过在主推配方基础上增减钾肥用量处理,研究钾肥用量对大棚小白菜产量构成、养分吸收利用及土壤理化性质的影响。田间试验结果表明,对于大棚种植的小白菜,在主推配方(K_2O 75 kg/hm~2)的基础上减钾20%、40%或增钾20%3个处理的小白菜产量无显著降低,但是钾肥偏生产力随着钾肥施用量增加而显著降低;减钾20%处理土壤速效钾水平无显著变化,减钾40%显著降低了土壤速效钾含量,而增钾20%土壤速效钾含量显著升高;减钾20%、40%2处理的钾肥投入和吸收失衡,不能满足持续生产需求,其钾素亏缺分别达32.8、53.1 kg/hm~2。因此,根据小白菜生长期需求设立的主推配方施钾量(K_2O 75 kg/hm~2)可以满足当季小白菜生产需求,但考虑钾肥投入和吸收的平衡,在主推配方的基础上增施20%的钾肥(90 kg K_2O/hm~2),可维持土壤速效钾水平,满足小白菜可持续生产需求。     

土壤有机碳时空变化研究进展与展望

土壤有机碳不但是土壤肥力形成、粮食生产和土壤健康的基础,而且在全球碳平衡中起着关键的作用,因此,明晰土壤有机碳时空变化规律对于保障土壤健康和粮食安全、发挥土壤生态系统服务功能和应对气候变化等均具有重要意义。本文首先介绍了土壤有机碳时空变化的主要驱动因素和估算方法,随后分析了全球及国家等相对较大尺度上土壤有机碳时空变化研究的主要进展,最后从土壤有机碳模型结构改进、驱动数据分辨率提升、不确定性量化评估等方面综合分析了未来土壤有机碳时空变化研究需亟待解决的重要科学问题。