2003—2018年中国森林火灾时空分布格局研究

基于2003—2018年的中国森林火灾统计数据,全面分析了森林火灾发生的时空分布格局,定量分析了其统计学规律,旨在为森林火灾预测、管理和风险决策提供基础支撑。分析结果表明,森林火灾的发生具有极强的随机性和离散性,通过森林火灾总次数、火场面积和受害森林面积的平均数来反映森林火灾发生风险将会导致评估结果偏高。森林火灾发生次数较多的为湖南、贵州、广西等省,而森林火场面积和受害森林面积较多的为黑龙江、内蒙古、云南、湖南、广西等省。按照森林火灾发生的格局,运用K均值聚类分析将31省分为4类。     

辣椒几丁质酶类基因家族的全基因组鉴定和表达特征分析

几丁质酶（chitinase, EC 3.2.1.14）是一种降解几丁质的糖苷酶,在植物应对非生物和生物胁迫中起重要作用。本研究对辣椒几丁质酶类（Capsicum annuum chitinase-like, CaCTL）基因家族成员进行了全基因组注释、进化分析和基因表达模式分析。从最新的辣椒基因组数据库中鉴定出31个CaCTL成员。根据系统发育进化树将这些成员分为GH18和GH19亚家族,并进一步分为5个亚类（Ⅰ~Ⅴ类）。保守基序分析结果表明,每个亚类中的成员存在功能相关性。对辣椒、矮牵牛以及番茄的CTL基因家族成员同源性分析表明,在矮牵牛和番茄中分别有7个和11个辣椒CaCTL的同源基因。通过qRT-PCR分析发现,在正常环境生长的辣椒植株中,64.2%的GH18亚家族的CaCTL成员表达水平很低,有64.7%的GH19亚家族成员在不同组织中存在差异表达。顺式作用元件分析表明,CaCTL成员启动子区域存在许多激素反应以及生物和非生物应激相关元件。当植物遭受不同的非生物胁迫时,qRT-PCR结果显示,多数CaCTL成员表达上调。当植物遭受高温干旱条件时,多个CaCTL成员的表达上调明显。上述结果丰富了CTL基因家族进化的研究,为探索CaCTL成员的功能提供了数据基础。     

2000—2015年西南区县域土地利用变化特征及驱动力分析——以重庆市奉节县为例

综合分析重庆市奉节县土地利用格局时空演变及其驱动力,为优化西南区县域尺度的土地利用规划、生态大保护和区域可持续发展提供理论参考和数据支持。基于RS和GIS技术,利用四期（2000、2005、2010和2015年）土地利用基础数据,从土地利用动态模型和地学信息图谱等方面出发,揭示区域2000—2015年的土地利用动态变化特征及时空演变规律。依据主成分分析模型和线性回归分析模型,并基于奉节县社会经济统计数据,探究研究区土地利用驱动机制。研究期内,研究区土地空间格局呈现以林地和耕地为主体,同时交错分布其它土地类型的特点。耕地、草地和未利用地土地面积分别减少 78.84 km²、3.73 km²、2.54 km²,而林地、水域和居民工矿用地面积分别增加23.36 km²、46.67 km²、9.03 km²。受三峡移民影响,区域土地利用分布格局由整体无序向局部有序的方向发展。研究期的前10年间,土地利用类型转移主要发生在林地、草地和耕地之间,林地→耕地和草地的面积总和分别为849.38 km²和425.17 km²;2010—2015年间林地和居民工矿用地新增面积分别为9.93 km²和7.09 km²。从产业结构调整、政策影响和社会发展等方面探究区域城镇化的驱动机制,城镇化因素、政策因素、经济因素、社会发展因素和农业因素是影响奉节县土地利用类型变化的主要驱动力。     

喀斯特断陷盆地不同植被恢复模式土壤水分动态变化

[目的]以喀斯特断陷盆地小流域中典型植被恢复模式,即桉树(Eucalyptus maideni)林、冲天柏(Cupressus duclouxiana)林、马尾松(Pinus massoniana)林以及天然次生灌丛、高盖度车桑子(Dodonaea viscosa)灌丛和低盖度车桑子灌丛为研究对象,探究断陷盆地不同植被恢复模式土壤水分时空变异规律,为该地区植被生态恢复工作提供参考。[方法]利用自动气象观测系统和土壤水分传感器同步监测2016年5月—2017年4月期间小流域降雨量与各林地土壤水分,采用变异系数与克里金插值分析方法,对6种植被恢复模式林地的土壤水分时空异质性以及持续干旱条件下土壤水分衰减特征进行研究。[结果]表明:(1)同一植被类型不同土层雨季和旱季土壤体积含水量垂直变化趋势相同,且雨季土壤水分含量显著高于旱季(P0.05),均为中等变异(Cv:12.88%28.66%)。(2)同一乔木林雨季和旱季的土壤活跃层与次活跃层垂直分布不同,但同一灌丛雨季和旱季分布相同。(3)6种植被恢复模式土壤体积含水量均在降雨量较充足的8—9月达到最大值,其变化范围介于26.25%44.08%之间,在降雨量明显不足的3—4月达到最小值,土壤体积含水量介于9.48%17.47%之间。(4)3种乔木林0 30 cm土层、3种灌丛0 10 cm土层充分降雨后约10 d土壤水分恢复为降雨前1 d水平,低盖度和高盖度车桑子灌丛10 30 cm土层土壤水分降雨后15 d恢复为降雨前1 d水平,并且接近植物萎蔫系数。[结论]不同植被恢复模式间雨季、旱季和月均土壤体积含水量均表现为桉树林天然次生灌丛冲天柏林马尾松林高盖度车桑子灌丛低盖度车桑子灌丛。喀斯特断陷盆地季节性干旱和临时性干旱问题严峻,乔木林和灌丛经充足降雨,达到田间持水量后,在连续放晴天气下林地土壤水分可供植物10 15 d的消耗。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

基于多源数据的华北平原夏玉米种植区划研究

精准识别农业生产环境信息和农业生产特征,对气象、土壤和作物等多源数据进行综合分类,是提高农业资源利用效率和优化农业种植结构的基础。本研究基于近20年（1998~2017年）气象数据和华北五省的玉米单产统计数据,首先构建了华北平原气候资源和玉米生产时空分布特征数据库,研究区内的降雨量、活动积温、日照时数、太阳辐射和玉米单产均存在显著的时空变化;利用作物精细种植区划方法,将华北平原夏玉米种植区分为极不适宜区、不适宜区、较适宜区、适宜区、极适宜区五大类,各类面积分别占总体的比例约为10%、11%、25%、30%、24%;进一步通过环境类别归属度分析方法,将每一大类分为5小类,概率大于75%的相对稳定区域约占总面积的63%,小于75%的波动区域约占37%;极不适宜区、不适宜区和较适宜区,三类时空分布比较稳定,隶属度为100%分别占各类面积的87.67%、70.41%和84.28%,波动区主要发生在极适宜区和适宜区,以及适宜区和较适宜区之间。本研究构建的华北平原夏玉米精细区划结果,对提高研究区资源利用效率和优化玉米产业布局具有重要的指导意义。     

基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

引入时相信息的耕地土壤有机质遥感反演模型

土壤有机质(soil organic matter,SOM)是土壤质量评价的重要指标。监测SOM含量及其空间分布对土壤利用与保护、土壤有机碳库估算等具有重要意义。该文以松嫩平原典型区为研究区,采集4种主要土壤类型样本共147个,获取裸土期多时相MODIS地表反射率8 d合成产品,以单期、多期影像所构建光谱指数作为输入量,构建包含含水量变化与有机质含量信息的多光谱指数,建立SOM线性回归遥感反演模型,揭示SOM空间分布规律。结果表明:由于土壤含水量空间差异随时间变化,基于单期影像构建的模型主要输入量发生规律性改变,其中年积日137 d裸土条件最好,反演模型最优;比值光谱指数R61与SOM显著相关,而和含水量相关性极小,适于作为反演模型输入量;基于多期影像构建的模型引入时相信息后,精度与稳定性较单期影像模型显著提高,其中基于年积日137、105 d两期影像光谱指数所建立的多元线性模型最优;松嫩平原SOM呈现由东北向西南递减趋势。     

基于极值概率分布函数的中国早稻高温热害时空分布统计特征

揭示水稻高温热害风险特征对农业适应气候变化具有重要意义。本研究以中国早稻种植区为研究区域,基于早稻种植区214个气象站1971—2015年的数据,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法和极值概率分布理论,探究中国早稻高温热害的时空变化趋势和极值概率分布规律。研究发现:1)反映早稻高温热害的两个指标即高温热害累计天数(ADHS,accumulateddaysofheatstress)和热害有害积温(HDD,heatstressdegree days)的均值在湖南中南部、江西中部、浙江和福建中部较大,表明这些区域的早稻遭受高温热害的风险较大;从Mann-Kenall趋势检验看,两个指标在超过1/3的站点都呈显著增加的趋势,说明高温热害风险在这些站点显著增加,尤其20世纪90年代以后超过1/2的站点两个指标都呈显著增加的趋势。2)超过1/2以上的站点的高温热害累计天数和高温有害积温都满足极值概率函数分布。对于高温热害累计天数,56个站点满足耿贝尔分布(Gumbel),82个站点满足广义极值分布(GEV);对于热害有害积温,61个站点满足耿贝尔分布,58个站点满足广义极值分布。3)两个高温热害指标的10年、50年、100年重现期的空间分布规律和2个指标的均值空间分布类似,即均值较大的区域,其10年、50年、100年重现期对应的重现期水平(return level)也较大;重现期水平与经度、纬度和海拔无明显相关关系。研究结果有助提升对早稻高温热害时空趋势和概率分布规律的认识,可为农业适应气候变化和农业天气指数保险设计等方面提供理论参考。