模拟多光谱卫星传感器数据的冬小麦白粉病遥感监测

为了解利用遥感技术快速大范围监测小麦白粉病病害情况的可行性,以Landsat5TM波段响应函数为基础,将地面实测冠层高光谱数据模拟为TM多光谱数据,从而分析卫星传感器多光谱波段对病害的响应情况,并构建多光谱指数(PMSI)估测白粉病严重度。在此基础上,采用2010年星-地配套数据对PMSI估测精度进行验证。结果表明,PMSI能够较准确地反映冬小麦白粉病发生的程度,获得较理想的病情严重度反演精度(r2=0.475,RMSE=0.129)。因此采用多光谱卫星遥感影像在小麦大面积种植区域进行病害监测具有应用潜力。     

基于EFAST方法的CERES-Wheat作物模型参数敏感性分析

为有效识别作物模型关键参数,减少模型模拟的不适用性,根据中国农业大学上庄实验站小麦田间实测数据,应用EFAST方法对CERES-Wheat模型输入参数进行定量的全局敏感性分析,分析小麦模拟产量对作物参数、土壤参数和田间管理参数变化的敏感性。结果表明:CERES-Wheat模型的作物品种型参数中,标准籽粒质量参数对模拟结果影响最大,而生态型参数中影响最大的是营养生长末期叶片面积质量比率;土壤参数中的矿化系数对模拟结果影响最显著;管理参数中的施氮量、播种日期、施肥日期、播种深度对模拟结果影响较显著。基于EFAST方法的敏感性分析对作物模型修正具有指导意义,可为确定模型关键参数及模型进一步优化提供参考依据。     

联合主成分分析与最小二乘支持向量机估测冬小麦叶面积指数

利用单一植被指数估测叶面积指数存在高光谱遥感丰富的波段信息易丢失和外界因素干扰大的缺点,但若将波段信息全部引入模型又会增加建模难度。为解决利用多波段信息估测叶面积指数的问题,利用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维,之后将提取的主成分与最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型相结合,构建冬小麦叶面积指数的高光谱估测模型,并与以4类植被指数作为LS-SVM输入参数建立的模型进行比较。结果表明,以主成分作为LS-SVM模型的输入参数建立的模型精度最高,模型检验集R2为0.71,检验集RMSE为0.56,估测结果较使用植被指数作为输入参数建立的模型精度高,稳定性好。该方法可为利用多波段信息进行大范围冬小麦叶面积指数的无损测定提供参考。     

水分胁迫下AM真菌和根瘤菌对沙打旺生长及养分吸收的影响

利用温室盆栽试验研究水分胁迫下接种丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌和根瘤菌（Rhizobium meliloti）对沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.) 生长和养分吸收的影响。在土壤相对含水量65%和35%条件下,分别设不接种（对照）、单接根瘤菌、单接摩西球囊霉(Glomus mosseae)和双接根瘤菌与摩西球囊霉等4个处理。结果发现：干旱胁迫显著抑制沙打旺AM真菌侵染率（P<0.05）,而接种根瘤菌在两种水分条件下均显著促进摩西球囊霉对沙打旺根系的侵染（P<0.05）。接种AM真菌不仅显著提高沙打旺对P的吸收（P<0.05）,而且明显促进根瘤的生长。无论是在干旱条件下或是在正常供水条件下,双接根瘤菌与摩西球囊霉处理对沙打旺生长及养分吸收的效应显著高于单接菌处理,植株地上部、地下部生物量以及N、P、K等吸收量均为最大。结果表明：AM真菌与根瘤菌双接种技术在干旱、半干旱区受损生态系统的植被恢复中具有一定的应用潜力。     

用投影寻踪降维方法估测冬小麦叶绿素密度

为综合更多有效信息来提高冬小麦叶绿素密度的估测精度,应用投影寻踪降维方法对条锈病胁迫下冬小麦冠层光谱进行降维,生成一维向量,然后采用支持向量机回归方法对其叶绿素密度进行估测,并与高光谱植被指数估测结果进行了比较。结果表明,以小麦冠层一阶微分光谱与叶绿素密度相关性较高的波段(400~500nm、720~770nm和840~870nm)进行投影寻踪降维得到的最优一维向量为自变量,利用支持向量机回归方法构建的冠层叶绿素密度估测模型的精度最高,决定系数为0.867,均方根误差与相对误差均最小,分别为1.135μg·cm-2和13.6%。说明利用投影寻踪降维技术对条锈病胁迫下冬小麦冠层光谱进行降维处理,可以保留有效信息,提高冬小麦叶绿素密度估测精度。     

绿肥翻压接种丛枝菌根真菌和深色有隔内生真菌对玉米生长及氮素利用的影响

  目的  绿肥作为生物肥料,加入土壤后如何提高植物对绿肥利用效率及氮转化效率一直是热点研究课题。本文使用新鲜苜蓿（Medicago sativa）作为绿肥,接种丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF）和深色有隔内生真菌（Dark Septate Endophytes,DSE）,探究利用微生物接种提高植物对绿肥利用效率和促进氮素转化的方法。  方法  本研究在温室条件下,采用玉米（Zea mays L.）作为供试植物,使用新鲜苜蓿（Medicago sativa）作为绿肥,并接种AMF和DSE。试验设置4个处理:绿肥（L）;绿肥 + AMF（L + A）;绿肥 + DSE（L + D）;绿肥 + DSE + AMF（L + D + A）。  结果  AMF和DSE可以同时定殖玉米植株;接种真菌处理均显著提高玉米株高与生物量,其中L + D处理效果最好,株高与干重的值分别为86.25 cm、41.893 g每盆。L + D处理较其它接菌处理对植物全氮、绿肥的利用效率促进作用最为显著,最大值分别为585.27 mg、76.50%,且L + D处理下土壤硝氮、铵氮含量、脲酶活性最高,分别为0.201 g kg?1、0.339 g kg?1以及81.51 μg kg 24 h?1。接种AMF处理土壤全氮含量均显著高于其不接种AMF处理,同时接种AMF和DSE对玉米生长产生一定程度抑制作用。  结论  绿肥接种深色有隔内生真菌在植物生物量及营养利用等方面略好于接种丛枝菌根真菌,而双接菌处理需进一步研究证明协同或竞争关系。该结果为利用微生物技术提高绿肥在土壤中的利用效率及促进氮素的转化提供理论依据。     

地基与无人机激光雷达结合提取单木参数

激光雷达（Light Detection And Ranging,LiDAR）在森林空间结构测量方面具有无可比拟的优势,但单独利用地基或无人机LiDAR难以完整描述森林垂直结构。为此,该研究提出了地基和无人机LiDAR点云相结合的单木参数提取方法,采用相对最短路径算法（Comparative Shortest-Path algorithm,CSP）和点云区域生长算法分别从地基和无人机LiDAR点云中识别单木,根据地基和无人机LiDAR的单木位置与地面实测单木位置进行点云粗匹配,然后采用迭代最近点（Iterative Closest Point,ICP）进行点云精匹配,采用最高值和基于密度的噪声应用空间聚类（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN）提取单木树高和胸径,并通过地面实测样地数据对地基、无人机和融合点云的单木参数提取精度进行评价。结果表明：基于地基和融合点云的单木检出率一致,简单、中等、复杂样地的单木检出率分别为98%、94%、91%,基于无人机点云的单木检出率较低;基于地基与融合点云的胸径提取精度基本一致,三种样地胸径提取值的决定系数R2均在0.96以上,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）在1.2～1.6 cm之间;基于融合点云的树高提取精度最优,简单、中等、复杂样地树高提取值的R2分别为0.98、0.94和0.73,RMSE在1.38～4.19 m之间;融合点云对中等样地树高提取精度提升较大,融合后RMSE相较地基点云降低了0.34 m,R2提高了3%,对简单、复杂样地提升较小;所研究的单木中,杉木的胸径和树高提取精度最高,R2最高分别为0.99、0.89,RMSE最低分别为1.35 cm、1.96 m。地基和无人机LiDAR融合点云可以更精细地测量森林空间结构,更好地满足森林资源调查业务应用。     

基于探地雷达功率谱和雷达波振幅包络估算砂壤含水率

为实现探地雷达(ground penetrating radar,GPR)技术对中国西部干旱地区浅部砂壤介质含水率分布精确、快速、连续的探测,该文研究了耦合自回归滑动平均功率谱估计方法(auto regressive and moving average,ARMA)和雷达波振幅包络平均值方法(average envelope amplitude,AEA)反演含水率提高反演精度的可行性。首先,使用自回归滑动平均功率谱估计方法(auto regressive and moving average,ARMA)和雷达波振幅包络平均值方法(average envelope amplitude,AEA)分别反演雷达有效探深范围内的砂壤介质体积含水率值。将雷达探测结果分别与取样烘干法在各深度的测试结果进行对比分析,发现针对研究区内的干燥砂壤介质,使用ARMA方法能够有效地反演出地表10 m深度内砂壤介质的体积含水率值,但0~0.5 m范围内含水率值反演结果不准确;而AEA方法可准确反演出该地区0~0.5 m范围内的体积含水率值。根据2种方法的适用性,构建典型干旱地区浅部砂壤介质(0~10 m)含水率的反演模型。实际探测显示,联合模型平均相对误差为5.57%~16.71%、均方根误差为0.62%~2.08%,在0~0.5 m范围内反演的含水率平均相对误差比ARMA方法减少16.81%~41.80%,与AEA方法相比,联合模型能够反演更深地表的含水率。综合表明联合模型能够快速、准确、连续地获得西部干旱区0~10 m范围内浅部砂壤介质的体积含水率值。     

水分胁迫下AM真菌和根瘤菌对沙打旺生长及养分吸收的影响

利用温室盆栽试验研究水分胁迫下接种丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌和根瘤菌（Rhizobium meliloti）对沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.) 生长和养分吸收的影响。在土壤相对含水量65%和35%条件下,分别设不接种（对照）、单接根瘤菌、单接摩西球囊霉(Glomus mosseae)和双接根瘤菌与摩西球囊霉等4个处理。结果发现：干旱胁迫显著抑制沙打旺AM真菌侵染率（P<0.05）,而接种根瘤菌在两种水分条件下均显著促进摩西球囊霉对沙打旺根系的侵染（P<0.05）。接种AM真菌不仅显著提高沙打旺对P的吸收（P<0.05）,而且明显促进根瘤的生长。无论是在干旱条件下或是在正常供水条件下,双接根瘤菌与摩西球囊霉处理对沙打旺生长及养分吸收的效应显著高于单接菌处理,植株地上部、地下部生物量以及N、P、K等吸收量均为最大。结果表明：AM真菌与根瘤菌双接种技术在干旱、半干旱区受损生态系统的植被恢复中具有一定的应用潜力。     

黄河流域矿区充填复垦泥沙供需状况及输沙路径分析

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地是减轻黄河淤积和提升矿区复垦率的有效途径,有助于改善区域生态环境。该文以黄河主要淤积河段及沿岸150km范围内的23个国家规划矿区为研究区,分别采用沙量平衡法和开采沉陷预计法估算了黄河流域矿区充填复垦泥沙的供给量和需求量,初步分析了适宜引黄充填复垦矿区并设计了概略输沙路径。研究结果表明:1950—2013年,黄河主要淤积河段的总泥沙淤积量约为144.31亿t;截至2013年,各规划矿区充填复垦总需沙量约为225.12亿t;综合考虑泥沙供需状况和输沙距离2个因素,包头、义马、焦作、郑州、肥城、黄河北、淄博7个近距离矿区和乌海、平顶山、晋城、鹤壁、新汶5个中距离矿区适宜黄河泥沙充填复垦,需沙量和需调用水量分别为90.19和148.81亿t;各适宜充填复垦矿区的概略输沙路径长度处于21.98～109.02km,总长度约为643km。研究成果可为黄河泥沙充填复垦技术推广提供前期专题性基础数据,为后续可行性研究、规划设计及充填复垦等相关政策制定提供参考。