一个崭新的研究视角:农业生产可持续性对气候变化响应的定量评价

气候条件及其变化是构成地理环境诸要素的最敏感、最活跃的因子,对人类农业生产的发展影响也最为明显。然而,气候变化体现在时间和空间两个尺度上。在时间尺度上,气候变化是同一个地区的不同历史时期的气候特征;在空间尺度上,气候变化是不同地区的同一个历史时期的气候特征。不同的连接区域的气候构成的气候变化序列可以替代同一个区域的历史时期的气候变化序列,因为它们的变化都是连续的。基于此思想,选择气候条件明显不同的两个区域(分别用我国南方的和北方的两个省代替),分别模拟不同的气候条件利用现代的统计数据,构建农业生产可持续性评价指标,利用主成分分析和多元回归等定量方法,并通过对数据进行处理,剔除耕地面积减少、土地利用、管理、地形特征等诸多因素的影响,以定量研究探讨气候变化(可能是渐变或跳跃性的突变转型)对农业生产可持续性的影响。研究表明:当气候条件转好时,自然环境条件对农业生产的作用减小;农业社会和农业产出状况对农业生产的作用也减小;人们会有选择地耕种农业劳动生产率水平相对较高的土地。当气候条件变差时,自然环境条件对农业生产的限制作用增强;农业产出和农业社会状况对农业生产发展的作用增大;人们更多关注农业人均产出水平和农村社会生产状况,对农业劳动生产率状况的关注严重减少。     

基于GIS/RS和USLE鄱阳湖流域土壤侵蚀变化

将空间信息技术（RS和GIS）和通用土壤流失方程（USLE）相结合对鄱阳湖流域土壤侵蚀量进行计算。分别利用1990年和2000年TM/ETM+影像分类得到两期土地利用/覆盖类型图,结合鄱阳湖流域数字高程模型（DEM）、土壤类型分布图和流域降雨资料分别获取USLE模型中各因子值的空间分布,最后计算流域2个年份的土壤侵蚀空间分布图。研究表明：鄱阳湖流域土壤侵蚀区域主要分布在赣江上游,信江上游,抚河上中游和修水上游地区;鄱阳湖流域1990年和2000年大范围土地经受着Ⅰ级微度与Ⅱ级轻度侵蚀,其侵蚀面积之和分别占流域面积的97.38%和97.30%;而流域产沙主要来源于Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀,所占土壤侵蚀总量分别为58.16%和51.20%,其中中度以上等级的侵蚀对产沙量的贡献是不可忽视的;从1990年到2000年土壤侵蚀等级变化呈现了由中等级侵蚀（Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀）向低等级（Ⅰ级微度侵蚀）和高等级侵蚀（Ⅴ级极强度和Ⅵ级剧烈侵蚀）的2个极端演化的趋势。鄱阳湖流域土壤侵蚀量从1990年到2000年增长幅度达6.3%;土壤平均侵蚀模数都约为1 100 t/(km2·a),属于Ⅱ级轻度侵蚀。分析2个年份的土地利用/覆盖变化,发现鄱阳湖流域湿地和农田面积减少,建筑用地增加均是造成土壤侵蚀量增加的因素,而降雨侵蚀力因子空间格局也对土壤侵蚀空间分布具有重要影响,最后提出了鄱阳湖流域水土保持规划措施。     

滩涂区不同围垦年限土壤总盐及盐基离子含量变化规律

为了研究江苏沿海百年尺度滩涂围垦区土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子变化规律及影响因素,采用了数量统计、相关分析、因子分析等方法对大丰典型滩涂5个不同时段围垦区表层土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子的含量变化、相关关系、盐渍化特征及土壤理化性质对脱盐的影响进行了研究。研究结果显示:随着围垦年限增加土壤含盐量及盐基离子含量逐渐降低,围垦到60 a左右土壤含量平均值低于1g/kg,基本完成脱盐过程,并且盐渍化类型以氯化物型为主转变成以硫酸盐型为主;随着脱盐过程进行,盐基离子之间相关关系和组合特征发生了明显变化,从初期以Cl-、Na+作为主控因子,到围垦后期以SO42-、Ca2+为主控因子;土壤有机质和粉砂粒的增加加速了土壤脱盐进程;盐基离子变化是围垦过程中土壤酸碱度变化驱动因素之一。     

神农架大九湖两种鲤科鱼重金属污染状况分析

湖北神农架大九湖湿地是华中地区面积最大、海拔最高的高山湿地。为了解鱼类重金属污染状况,评估湿地水环境质量,以湖中两种常见鲤科鱼类鲫(Carassius auratus)和麦穗鱼(Pseudorasbora parva)为研究对象,共采集鲫32尾、麦穗鱼75尾,对两种鱼类的肌肉及鲫不同部位的锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)、砷(As)、汞(Hg)重金属含量进行检测和分析,并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价鱼体重金属污染状况。结果表明,大九湖麦穗鱼肌肉(湿重)中的Zn、Cd、Cr、Hg含量(22.441、0.035、0.210、0.109 mg/kg)均显著高于鲫肌肉(湿重)中相应的含量(16.240、0.008、0.072、0.082 mg/kg)(P0.05)。综合污染指数分析表明,麦穗鱼肌肉的综合污染水平为轻度污染,鲫为无污染。与国内其他地区水域相比,大九湖鲫肌肉的Hg含量相对较高,这与大九湖独特的高山湿地环境有关。鲫的鱼鳃、消化道、生殖腺和肌肉中的重金属含量差异明显(P0.05),其中Hg在肌肉中含量最高,其余重金属均在消化道中含量最高。大九湖鲫和麦穗鱼肌肉As含量(0.135 mg/kg和0.153 mg/kg)均超出食品安全国家标准,但估算得出当地成人重金属摄入量均未超过国际规定的可耐受摄入量(PTWI),两种鱼的食用安全风险总体较低。     

结合植被指数与纹理特征的玉米冠层FAPAR遥感估算研究

光合有效辐射吸收比率（fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FAPAR）是反映作物产量的重要参数之一。无人机遥感能够快速无损地获取高分辨率植被冠层光谱信息,已成为进行物理化参数反演的重要手段。以不同播期玉米为研究对象,基于无人机搭载多光谱传感器,提取植被指数与植被纹理特征,使用偏最小二乘（partial least squares regression,PLSR）方法将二者结合反演玉米FAPAR,并与传统单独使用植被指数或植被纹理特征反演植被FAPAR的方法进行比较。结果表明：使用传统方法单独利用植被指数反演FAPAR（验证RMSE最低为7.33×10^-2,rRMSE最低为8.66%）的效果比单独利用纹理特征反演FAPAR（验证RMSE最低为9.50×10^-2,rRMSE最低为11.23%）的精度更高;使用PLSR方法单独利用植被指数或纹理特征估算FAPAR的效果比传统方法精度更高（植被指数与纹理特征的验证RMSE最低分别为6.77×10^-2和5.24×10^-2,rRMSE最低分别为8.01%和6.19%）;使用PLSR方法将植被指数与纹理特征相结合估算FAPAR（验证RMSE最低为4.72×10^-2,rRMSE最低为5.57%）的效果比单独使用植被指数或纹理特征估算FAPAR的精度更高。综上,使用PLSR方法将植被指数和植被纹理特征相结合来反演玉米冠层FAPAR可行,为作物FAPAR遥感反演研究提供了新的思路。     

五指山野菜对镉的积累及其机理研究

试验通过对五指山野菜对镉的积累及其机理研究,从而为利用五指山野菜对土壤进行植物修复这一技术提供理论基础.试验在盆栽的基础上进行了植物的地上部生物量和镉含量,可溶性蛋白、叶绿素,叶片质膜透性等生化指标的测定,以及分析上述指标与土壤中镉浓度的关系.通过试验,得出以下结果:随处理浓度的增加,根、茎和叶Cd含量逐渐上升,且根部变化趋势最突出;在土壤中处理浓度为50mg/kg时,植物根、茎和叶含量就已超过超积累植物临界值,且当处理浓度为400 mg/kg时,三者含量分别高达6566.00、948.46、520.39 mg/kg;但为800 mg/kg时,植株出现死亡;在处理浓度为0～50 mg/kg下,转移系数和累积系数均大于1,但在100～400 mg/kg之间,转移系数逐渐变小;在0～50 mg/kg下可溶性蛋白逐渐上升,质膜透性、生物量和叶绿素变化差异不显著(5%),但当处理浓度再增加时(100～400mg/kg),植物叶绿素、生物量、可溶性蛋白等呈现下降趋势,而质膜透性上升.以上结果说明五指山野菜是Cd超积累植物,且50 mg/kg时是五指山野菜正常生长的临界值,高于此浓度,将对其产生毒害,当浓度为800 mg/kg时,植株出现死亡;随处理浓度的增加,转移系数逐渐变小,说明植物在高Cd胁迫下阻止Cd向地上部分转移而产生更严重的毒害.