基于辐射和温度的ET0模型在吐鲁番地区的比较与修正

利用吐鲁番地区3个气象站2000—2015年逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)模型为标准,对6种ET_0模型(M-A模型、P-T模型、M-H模型、H-S模型、Traj模型和B-H模型)进行评价并修正,采用均方根误差(RMSE)、绝对平均误差(MAE)、平均相对误差(MRE)评价指标和Wilcoxon非参数检验法比较年、月尺度上各模型修正前后的估算精度,以筛选适用吐鲁番地区ET_0简化估算模型。结果表明:吐鲁番地区ET_0的主要影响因子是R_s(太阳辐射),其次是e_s(饱和水汽压)和R_n(作物表面净辐射);修正前,年尺度上,M-H模型的估算精度最高;月尺度上,各模型误差较大且与FAO-56 PM模型存在显著差异,适用性较差;修正后,各模型在年、月尺度上的精度均有明显提高,无显著差异,其中修正后的P-T、M-H和B-H模型估算精度最高,可作为吐鲁番地区ET_0简化估算模型。     

基于CLUE-S模型的南四湖流域土地利用及其生态效应评估

[目的]分析南四湖流域土地利用变化的生态效应并探讨其动态演变特征,为流域土地资源的合理开发利用和生态系统的保护提供参考。[方法]基于南四湖流域2000至2015年土地利用数据,利用生态系统服务价值核算模型及CLUE-S模型对南四湖流域的生态服务价值及其动态演变特征进行计算和分析。[结果]2000—2015年南四湖流域耕地、草地和未利用地面积减少,林地、水域/湿地和城乡建设用地面积增加,南四湖流域整体生态系统服务价值增加了9.10亿元,但粮食生产、气体调节和保持土壤等生态功能分别下降了0.85%,0.85%和1.29%,生态问题依旧存在,生态系统服务价值分布不均匀,生态减值区的分布范围大于生态增值区。2030年流域内生态系统服务价值略微增加,而粮食生产、气体调节和保持土壤等单项生态系统服务功能继续下降,生态价值极低区以城市为中心向四周扩张,生态增值区范围缩小。[结论]虽然研究区内生态系统服务价值呈上升趋势,但生态价值分布不平衡,生态服务功能有升有降,因此有必要制定相应的措施,来控制土地利用类型的转换,平衡流域内的生态环境。     

塔里木盆地南缘新垦农田土壤性状变化及其与小麦产量的关系

以塔里木盆地南缘不同年限新垦农田(10年、20年、30年、40年、50年)为研究对象,以未开垦的荒漠自然土壤为对照,测定0―40cm土层有机质、养分、盐碱等土壤性状,探讨了新垦农田土壤肥力和盐碱变化及其对小麦产量的影响。结果表明:随开垦年限延长,0―20,20―40cm土层有机质含量均呈线性增加,但后者变化幅度相对较小。在0―40cm土层,全氮、有效氮和速效钾含量随时间延长的变化均与有机质含量呈极显著正相关,开垦50年时分别增加88.8%,213.4%,37.5%;有效磷含量在开垦前30年呈线性增加而后又降低,开垦50年时比开垦前增加1201.2%。荒漠自然土壤(0年)是以Na+和Cl-为主的轻度盐渍化土壤,开垦为农田后总盐分含量显著下降,且不同年限间差异不明显,在0―40cm土层平均为0.8g/kg,离子累积转变为以Na+和HCO3-为主。土壤pH在开垦30年(pH为8.85)时比开垦前增加13.4%,之后又显著下降,pH变化与CO32-和K+累积呈显著正相关。新垦农田小麦产量平均为4.79 t/hm^2,与土壤有机质、养分、盐分含量和pH均不相关,但与Na+、Cl-含量均呈显著负相关。综上,随开垦时间延长绿洲农田土壤肥力和盐渍化程度已得到明显改善,但0―40cm土层Na+和Cl-含量却是影响新垦绿洲小麦产量的主要土壤因子。因此,培肥农田土壤,采取有效措施降低Na+和Cl-含量,并防止其再次升高是实现绿洲小麦稳产高产的关键。     

国家二级珍稀濒危植物盐桦研究进展

盐桦(Belula halophila)属桦木科桦木属植物,主要分布新疆北部地区,被视为国家二级珍稀濒危植物。当前文献报道了盐桦自然种群数量低于60株,该种群处于濒危状态,属于极小种群。盐桦因其独特的地理分布和耐盐特征明显区别于桦木科其他植物,具有重要的植物系统学与区系地理学研究和经济开发价值。当前国内外有关盐桦研究报道较为匮乏,为呼吁、关注和及时拯救这一濒危植物,从生物学特征、盐分影响盐桦生理与分子水平上的变化等方面,阐述了盐桦植物适应盐碱环境的机制;因盐桦在生物多样性中的重要地位,分析了盐桦濒危原因与机制,提出以迁地保育为主、以就地保育为辅的盐桦拯救对策;重点综述了在盐桦各种繁殖技术,包括种子繁殖特性和组培育苗繁殖等,提出盐桦应用与开发措施技术,并针对可深入研究的问题和方向提出了展望。     

基于Sentinel-2多光谱数据的棉花叶面积指数估算

棉花叶面积指数(leaf are index, LAI)的快速、准确获取对棉花长势监测、发育期诊断、面积提取以及产量估算等遥感监测具有重要意义。该研究利用2017年和2018年的Sentinel-2多光谱卫星数据及大面积田间试验观测获取的棉花不同发育期LAI实测数据,构建了基于单波段反射率及各类植被指数的棉花不同发育期及全发育期LAI估算模型,并采用留一验证(LOOCV, leave-one-out cross validation)和交叉验证对模型精度进行了检验。结果表明:1)对于单波段反射率,基于中心波长为842 nm波宽为145 nm的B8近红外波段对不同发育期LAI估算精度最优均方根误差(RMSE, root mean square error, RMSE=0.378);2)对于各类植被指数,花蕾期(20170616)和花铃期(20170802)时增强植被指数(EVI, enhanced vegetation index,)表现最佳(RMSE分别为0.352和0.367),开花期(20180623)时校正土壤调节植被指数(MSAVI2, modified soil adjusted vegetation index 2,)估算精度最高(RMSE=0.323);3)单波段反射率和各类植被指数对全发育期LAI的估算均要优于对单个发育期LAI的估算,其中基于IRECI指数的(invertedred-edge chlorophyllindex)全发育期LAI估算模型精度最佳,LOOCV检验RMSE=0.425,交叉检验RMSE=0.368;将基于IRECI的全发育期LAI估算模型应用到单个发育期LAI估算并与各单个发育期LAI估算模型精度对比,发现交叉验证RMSE平均值仅比LOOCV验证RMSE平均值高0.07,反映了全发育期LAI估算模型良好的普适性。该研究为农作物LAI估算提供了新的数据选择,完善了Sentinel-2卫星数据在LAI估算中的应用领域。     

基于Landsat TM的哈尔滨市土地利用格局及NDVI响应特征

为量化30 m尺度植被覆盖指数(NDVI)对土地利用的响应特征,选择快速城市化地区,基于国家资源环境遥感信息平台土地利用数据,采用Google Enjine云平台计算2000—2015年NDVI逐年最大数值,开展土地利用变化的数量与格局分析,探究NDVI的变化趋势,厘清NDVI对土地利用的响应状况。结果表明:(1)2000—2015年黑龙江省哈尔滨市耕地、林地、草地、未利用地分别减少56.83、80.74、7.82、141.60 km~2,城乡和水域用地增加259.08、27.93 km~2。(2)NDVI现状区间主要为[0.5,0.8],占全域面积的73.02%,以乡村农田分布区为主,NDVI趋势的变化区间为[-0.50,0.40],负值占34.62%,正值占65.38%,表明大部地区植被趋于增加。(3)随着土地利用格局的变化,NDVI对耕地、草地、城市用地的响应为正,分别增加0.037 3、0.030 8、0.017 4;对农村用地的响应为负,降低0.021 8;对林地、水域用地、未利用地响应微弱。总体而言,研究区土地利用变化剧烈,城乡建设用地大幅扩张,NDVI变化趋势具有较好的规律性,对不同地类的响应特征差异明显。     

哈萨克斯坦农业水土资源承载力评价及其影响因素识别

水土资源的数量与质量对农业可持续发展具有重要意义。选取22个指标建立了哈萨克斯坦农业水土资源承载力评价体系,将层次分析法、熵权法与模糊综合评价模型相结合,分析了哈萨克斯坦2001—2017年农业水土资源承载力的动态变化及区域差异,用障碍度法定量识别其影响因素。结果表明：① 2001—2017年,哈萨克斯坦农业水土资源承载力整体呈波动缓慢上升趋势,水土资源子系统和经济子系统的评价指数缓慢上升,生态子系统和社会子系统评价指数明显下降。② 农业水土资源承载力在地区间差异显著,高承载力区主要集中在北部、中部和东部地区,低承载力区在南部和西部地区。北哈萨克斯坦州、科斯塔奈州和阿克莫拉州的承载力高,呈逐年增大趋势,阿特劳州和南哈萨克斯坦州的承载力较低,且呈减小趋势。③ 承载力在2001—2009年主要受垦殖率、单位耕地面积农业产值及农业灌溉率的影响,在2010—2017年主要受农业水土资源匹配系数、人口密度及单位土地污水负荷的影响,生态环境因素逐渐成为承载力障碍因子。     

古尔班通古特沙漠土壤种子库和幼苗的空间格局——灌丛的“保护效应”

荒漠生态系统中灌丛通过生境改造而对其周围植物产生"保护效应",这种正交互作用是荒漠植物群落构建的重要驱动力。本文采用室内萌发法观测了古尔班通古特沙漠南缘不同沙丘部位梭梭冠下、冠缘和灌丛间地3种微生境土壤种子库,并调查了相同采样微生境自然条件下幼苗密度及物种组成,以探讨梭梭"保护效应"对其周围植物生活史早期阶段的影响。研究结果:(1)土壤种子库和地上幼苗库中以一年生草本和短命植物占绝对优势。(2)土壤种子库密度从梭梭冠下经冠缘至灌丛间地逐渐减小,在冠下、冠缘与灌丛间地分别为(689±67)粒·m~(-2)、(578±58)粒·m~(-2)、(350±48)粒·m~(-2),梭梭灌丛对植物种子具有明显的聚集效应,但这种聚集效应在沙丘顶部不明显。(3)梭梭冠缘处自然条件下相对萌发率最高,为61%,冠下和灌丛间地则差异不明显,表明灌丛覆盖对种子萌发的影响在灌丛中心至灌丛间地这一小尺度上具有分异,冠缘处植物从梭梭"保护效应"中获益最大。土壤种子库和幼苗库的空间格局表明,古尔班通古特沙漠梭梭通过对种子的聚集效应及对种子库萌发成苗的促进作用,对其冠下植物在萌发期这一生活史早期阶段具有明显的"保护效应"。研究结果对深入理解荒漠生态系统中种间正交互作用的发生机理具有重要意义。     

天山中段南北坡典型流域基流及其影响因素

采用滤波估算方法,对位于天山中段南北坡的开都河与玛纳斯河流域1958—2007年50 a的实测日径流资料进行基流分割,分析两流域基流变化特征。并利用两流域气象资料,分析气温和降水对两流域基流的影响。结果表明:两流域基流50 a来比较稳定,呈微弱的上升趋势。气温和降水在春季、夏季和秋季对两流域基流影响较为显著。气温对春季和秋季两流域基流影响均大于降水。气温和降水是开都河与玛纳斯河流域基流的重要影响因子,以雪冰融水为主要补给源的河流,气温是流域基流的决定性影响因素。     

农田-防护林-荒漠复合系统土壤水盐运移规律及耦合模型建立

为探讨节水灌溉条件下干旱内陆区不同景观单元土壤水盐动态规律及水盐通量变化特征,以新疆三工河流域绿洲-荒漠过渡带典型景观格局农田-防护林-荒漠为研究对象,利用2018年4月—9月连续定位观测数据资料,分析各景观单元作物生育期(4月1日—6月28日)和非生育期(6月29日—9月15日)土壤水盐动态规律及其变异性、土壤水盐通量变化特征及影响因素,构建农田-防护林-荒漠复合系统BP神经网络土壤水盐耦合模型,并对所建模型参数敏感性及应用可行性进行探讨。结果表明,各景观单元作物生育期和非生育期土壤含水率、电导率均具有较明显的垂直分层、水平递变和季节波动特征;按变异性可划分为3个典型土层:活跃层(0～40 cm)、次活跃层(40～140 cm)和相对稳定层(140cm);距防护林越近,农田土壤含水率和电导率分别呈降低和升高趋势,荒漠均呈升高趋势;单次降水和灌溉事件后各景观单元各典型土层土壤含水率和电导率随时间分别均呈负指数函数和三次函数变化趋势。土壤控制体(单位面积深140 cm土柱)内,生育期农田和防护林均为向下水分通量,非生育期均为向上水分通量,荒漠两时期均为向下水分通量;农田和防护林土壤贮水量与土壤积盐量随地下水位下降、蒸散发量增大均呈递减趋势;荒漠土壤水盐通量对各因素及其交互效应响应较微弱;生育期最后1次充分灌溉的淋洗作用可使该系统土壤积盐量趋于平衡状态。拓扑结构为32-36-6的BP神经网络土壤水盐耦合模型具有较高的模拟精度;灌溉和地下水位是影响该系统土壤水盐动态的关键因素。研究结果可为节水灌溉条件下绿洲-荒漠共生系统寻求生产和生态之间的平衡机制提供理论依据。