基于SVR 和PLSR 的土壤有机质高光谱估测模型研究

【目的】探讨高光谱遥感数据不同预处理及不同估测算法下土壤有机质估测模型的优劣,为提高土壤有机质估测精度奠定基础。【方法】使用高光谱仪在室内条件下对土壤样品进行光谱测量,对光谱数据进行4种去噪处理(无去噪处理、Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波去噪、小波包去噪以及S-G平滑与小波包结合去噪),然后对去噪后的光谱数据进行8种数据变换(原始光谱数据R、倒数1/R、对数log(R)、倒数对数log(1/R)、一阶导数R′、倒数一阶导数(1/R)′、对数一阶导数(log(R))′、倒数对数一阶导数(log(1/R))′),接着对变化后的光谱数据进行3种降维处理(无降维处理、敏感波段降维和主成分分析降维),最后运用支持向量回归法和偏最小二乘回归法分别建立SOM含量估测模型。【结果】研究中所涉及的各种数据预处理和估测算法中,小波包去噪、PCA降维、反射率倒数一阶导数(1/R)′光谱数据变换处理条件下,使用PLSR方法的估测模型精度最高、模型最稳定,可以较精确地估测吉林省伊通县SOM含量。【结论】合适的数据预处理,尤其是小波包去噪和PCA降维相结合,可有效改善光谱数据质量,提高SOM含量估测模型精度及稳定性。     

基于温度植被干旱指数的曲靖市干旱监测研究

本研究利用MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)产品数据,构建Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),分析评价云南曲靖市2010—2012年的干旱时空分布状况。结果表明,2010年曲靖市遭遇了非常严重的干旱灾害,受灾面积高达研究区总面积的80%以上,基于TVDI指数的旱情动态监测方法适合云南省曲靖干旱监测。本研究建立的温度植被干旱指数模型提高了干旱监测的实用性,在曲靖市干旱监测上具有很好的适应性,可以广泛应用到该地区干旱监测研究中,为曲靖的农业防灾减灾能力和可持续发展提供科学保障。     

我国低温冷冻害的发生规律分析

本研究简要介绍了低温冷冻害的类型及影响,重点分析了我国冷冻害的时空格局,探讨了全国范围内冷冻害的发生情况.我国受低温冷冻害影响的范围非常广,其中东北和黄淮海地区是影响最大的两个区域,并且近十几年来我国黄淮平原及华中部分地区有加重趋势.云南和广东等华南和西南地区也经常出现不同程度的冷害.个别年份强度非常大.近20年来,我国低温冷冻害经历了减弱-增强-减弱的过程.1992～1999年是冷冻害影响最严重的时段,其中1998年全国总受灾面积867万hm-2,仅江苏、安徽两省就超过了500万hm-2.2000年及以后的几年强度有所降低,但平均每年的受灾面积仍高于370万hm-2.1986～1991年、1992～1999年、2000～2005年3个时段内各省区冷冻害发展变化趋势的分析表明,我国大部分省区冷冻害强度在不断加大,其中有8个省区年平均受灾面积上升辐度超过lO万hm-2.     

应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染

畜禽养殖是重要的农业面源氮素污染源头,大量的畜禽粪便施入农田后,会加大农田氮素径流和淋溶损失强度。畜禽养殖废弃物氮素污染过程复杂,涉及到动物自身营养循环以及废弃物通过不同途径进入环境的过程,目前大多通过排放系数法估算畜禽养殖过程产生的氮素污染负荷。该文选用最新版Manure-DNDC模型,以山东小清河流域为例,模拟畜禽养殖及废弃物处理的生物地球化学过程,分析氮素在动物、畜禽粪便、农田之间的迁移转化,探讨该过程中氮素的主要损失途径以及污染物负荷的时空变化特征。模拟结果表明,小清河流域2008年畜禽养殖及粪便处理场所氮素径流损失4.66万t,粪便施入农田后的氮素径流和淋溶损失分别为0.1、0.51万t。     

“高分五号”卫星地表温度反演与验证

【目的】“高分五号”卫星是中国首颗同时具有4 个热红外通道的遥感卫星，文章目 的是促进中国遥感卫星的应用，提高地表温度反演能力。【方法】文章对“高分五号”卫 星分别采用两通道劈窗算法和四通道劈窗算法反演得到内蒙古地区2019 年3 月份的地表温 度，并通过实测站点温度数据对反演温度进行检验。【结果】两通道劈窗算法的温度RMS 为 2.168 K，四通道劈窗算法的温度RMS 为1.609 K，结果表明四通道劈窗算法反演精度更高。 将四通道劈窗算法应用到2019 年3 月至6 月获取的山东省部分区域数据，反演了地表温度， 用于区域尺度农情信息监测与定量评价，为农业精细化管理提供技术支持。【结论】研究结 果表明，“高分五号”卫星地表温度反演精度较高，其高空间分辨率的地表温度信息将在农 业干旱监测中发挥重要作用。     

基于碳卫星的中国东北地区叶绿素荧光反演

【目的】实现基于简化物理模型方法的碳卫星叶绿素荧光反演,并将反演结果与OCO-2荧光产品进行对比。【方法】文章选取770.1 nm处受大气影响较小的KI夫琅和费暗线,利用碳卫星的L1B级星下点观测数据和对日定标数据,以中国东北为研究区,利用基于简化物理模型的荧光提取算法,反演得到中国东北地区2018年7月的叶绿素荧光信息,并利用同期MODIS数据的云掩膜产品来剔除受云影响的区域,得到晴空条件下的荧光结果。【结果】该研究反演得到的东北地区2018年7月荧光结果值介于-3～7 mW/m~2/sr/nm之间,荧光强度较大的点分布在锡林郭勒盟中西部,辽宁省的中部和东部,吉林省的西南部以及黑龙江的西部地区。【结论】将该文反演结果与OCO-2卫星的荧光产品进行对比,发现两者之间具有很好的一致性,说明基于简化物理模型的反演算法可以较好地实现碳卫星的叶绿素荧光反演。     

基于TVDI 与荧光的呼伦贝尔市干旱时空动态监测研究

【目的】呼伦贝尔地区降水量少,年际和年内分布不均,灌溉条件不发达,干旱对当地农业和畜牧业生产造成了严重影响,结合干旱监模型与荧光数据可对呼伦贝尔干旱情况进行有效监测。【方法】文章使用MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)产品,建立Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),同时结合GOME-2 L2级荧光产品,综合分析评价2017—2018年呼伦贝尔地区干旱时空变化特征。【结果】该文建立的干旱指数模型能有效监测呼伦贝尔市干旱状况,干旱等级划分结果表明,2017—2018年呼伦贝尔地区存在不同程度的干旱问题,此模型在该研究区干旱监测上具有很好的适用性;通过SIF与NDVI的变化过程对比分析发现,SIF对水分胁迫等植被生理变化比较敏感,SIF较NDVI而言,能更有效地反映植物受胁迫状况。【结论】通过MODIS产品与GOME-2 L2荧光产品相结合,可以更准确地监测分析该研究区内的干旱时空动态变化,为呼伦贝尔市的旱情监测提供重要参考。     

旱地测土配方施肥温室气体减排碳交易量核算

碳排放交易是促进全球温室气体减排,减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制。测土配方施肥对于减少中国集约化农业生产区化肥施用量,减排温室气体(greenhouse gas,GHG)具有重要作用。该研究按照碳交易方法学的基本流程,撰写了基于DNDC(denitrification-decomposition)模型的测土配方施肥减排GHG的碳交易计量方法,并以山东省桓台为例,测算了该县实施测土配方施肥减排GHG的可交易碳贸易量。主要结论有1)桓台县麦-玉轮作系统施肥存在着氮、磷过量,钾基本适度的现象,氮、磷、钾平均施肥量达到了515.1、289.5和145.7 kg/hm2。2)山东省桓台县麦-玉轮作系统实施测土配方施肥可交易的碳贸易量为26 485.8 t(以CO2当量计,下同),其中农田减排占35.3%、氮肥生产减排占58.3%、磷肥生产减排占6.8%、钾肥增加排放0.01万t,占-0.4%。各个乡镇由于耕地面积及施肥量的不同,减排量存在一定的差异。3)按照2016年3月深圳碳交易市场中国核证减排量价格计算,桓台县实施农田测土配方施肥GHG减排项目可实现总收入1 286.4万元,满足小型碳交易项目要求。4)以DNDC模型为主要计量工具的测土配方施肥碳交易方法学,可以实现县域或更大区域实施测土配方施肥减排碳交易量核算,对未来测土配方施肥GHG减排碳交易项目的实施具有重要意义。     

基于文献计量的农业面源污染研究发展态势分析

【目的】客观地分析国内外农业面源污染研究现状,明确当前的研究前沿与热点问题,为农业环境领域科研工作者与决策者提供参考。【方法】利用文献计量学方法,基于ISI Web of Science和CNKI数据库,根据发文量、发文期刊、被引频次等指标,分析近30年来农业面源污染研究的发展态势、前沿领域、研究机构以及国际合作状况等。【结果】共检索得到农业面源污染相关英文文献280篇,中文文献1 517篇。7个研究方向中,农业面源污染治理、现状调查与分析、以及对环境的影响最受关注,三峡库区、太湖流域、密云水库等典型流域污染控制是研究热点。沟渠氮、磷去除对面源污染治理有很重要的意义,目前仍缺乏深入研究,将是今后的一个重要突破口。过程模型模拟是主要的研究方法,野外观测与试验是对模型进行验证的重要手段。国际上研究农业面源污染影响力比较强的单位主要有美国的威斯康星大学、加州大学、爱荷华大学,英国的兰喀斯特大学等,国内实力较强的有中国科学院、北京师范大学、以及厦门大学。中国与美、英等国之间的合作比较多,有助于该领域研究紧跟国际前沿、瞄准热点问题、与世界高水平机构共同探讨解决问题的办法。美欧等发达国家和地区高影响力论文与期刊较多,中国在研究层次、团队实力、论文质量、主办期刊质量等方面有待于进一步提高,原创性成果与重要发现偏少,具有国际影响力的团队少,核心作者不突出。主要原因包括项目周期短,大规模系统性监测数据较少;国产模型普及率不高,各研究单位之间合作不够深入,模型与数据共享机制不完善;缺少中远期团队建设规划,研究群体不稳定等。为解决以上问题,需要从多方面努力。首先,制定农业面源污染观测长期规划,形成系统性成果;其次,鼓励原创性研究,紧跟当前研究前沿与热点,探讨未知的科学问题;第三,整合各行业资金来源,稳定资助力度,凝聚高效研究群体,广泛开展合作交流与数据共享;最后,优化对单位以及个人的评价指标体系,促进国内期刊快速成长。【结论】流域尺度面源污染治理与过程模型模拟是当前农业面源污染研究的前沿领域,农业面源污染物在沟渠与河流网络中的迁移转化机理将成为未来的研究重点,中国虽然发文量增长迅速,但高影响力论文偏少,优秀国际期刊不足。中国主办的期刊中,表现较好的有《Journal of Environmental Sciences-China》和《中国农业科学》。     

不同灌溉梯度下冬小麦冠层温度与土壤水分关系研究

【目的 】 冠层温度是作物响应水分胁迫的重要指标,厘清小麦种植过程中冠层温度与土壤水分、周围环境因子之间的相互作用关系,对干旱监测、精准灌溉、智慧农业的发展有重要意义。 【方法 】 文章采用温室试验,通过自动连续观测土壤含水量、作物冠层温度、环境因子,分析小麦拔节期在不同水分处理下冠层温度和土壤含水量的关系。 【结果 】 （1）小麦拔节期日变化趋势与太阳辐射日变化基本一致。探索小麦拔节期冠层温度与土壤含水量相关性时,最佳观测时间为12：00—14：00;（2）冠气温差是判定小麦缺水的最佳指标,小麦冠气温差和土壤含水量线性拟合R=-0.63,表明冠层温度与土壤含水量呈负相关关系;（3）小麦拔节期冠层温度与环境因子密切相关,冠层温度与空气温度、太阳辐射存在显著正相关关系,与空气相对湿度和气压为负相关关系。 【结论 】 通过监测小麦冠层温度、环境因子等指标,可以实时了解小麦实际生长状况,为实现小麦精准灌溉管理提供数据支持。