红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——I．土壤-大气界面水分传输

定位观测研究红壤坡地土壤 大气界面水分传输结果证明 ,不同地表植被群落构建和不同农业利用景观土壤蒸发量有差异 ,但水汽传输通量的动态变化规律一致 ,土壤蒸发量日变化为典型单峰曲线。界面水分传输通量受诸多因素影响 ,当地表植被群落稳定、作物因素影响较小时 ,水汽通量除受气候条件影响外还明显受土壤含水量特别是表层土壤含水量的影响。界面水汽传输通量与净辐射能呈显著正相关 ,与环境温度有很好的相关性 ,温度越高其蒸发越强 ,与空气湿度呈极显著负相关。界面水汽传输通量主要受 0～ 2 0cm表层土壤水分控制 ,二者间存在线性关系。土壤蒸发量占系统蒸散量的 1/ 3 ,该部分非生产性水分消耗有控制降低的可能 ,可通过土壤培肥、灌溉控制、物理障碍等手段抑制土壤蒸发。     

利用改进温度植被干旱指数反演农田表层土壤水分的研究

土壤水分作为土壤的重要组成部分,是气候、农业和生态系统的关键组成要素。快速、大面积和实时地监测土壤含水量,对旱情预报、农田灌溉和作物估产有着十分重要的作用。本文主要结合Landsat 8光学影像数据对地表土壤含水量进行反演,在温度植被干旱指数（TVDI）的地表温度－植被指数特征空间基础上引入分形覆盖度,构建地表温度－分形覆盖度特征空间,从而计算得到改进温度植被干旱指数（ITVDI）,采用研究区实测土壤含水量数据对计算的结果进行对比分析。为了分析TVDI和ITVDI与土壤体积含水量的关系,分别制作TVDI、ITVDI与土壤体积含水量的散点图并分析相关性。研究结果表明:在小麦拔节期内,研究区域大部分地区处于干旱状态,轻旱地区主要分布在研究区西部、北部以及中部的高植被覆盖地区;重旱地区主要分布在城市中心及部分裸露地面和小麦种植地区。TVDI和ITVDI与地表土壤含水量线性相关显著,两者均可表征研究区干旱的实际情况。但ITVDI引入分形植被覆盖度参数,在一定程度上避免干旱指数受到地表覆盖类型的限制,使得ITVDI与实测土壤含水量的相关性和反演精度都高于TVDI。因此,ITVDI能够更好地反映研究区域土壤含水量的状况,更适合高植被覆盖度地区土壤含水量反演。     

基于SEBAL模型的扎龙湿地蒸散量反演

以扎龙湿地为研究对象,利用SEBAL模型结合ETM 遥感影像、DEM及研究区附近12个站点的气象数据,反演得到净辐射量、土壤热通量、感热通量等地表能量通量;然后通过能量平衡方程得到潜热通量,并推算得到日蒸散量值.结合2001年的土地利用图分析了不同土地利用类型的日蒸散量特征,发现水体、沼泽地具有较高的日蒸散量,水田、草地、林地次之,旱地、未利用地、居民点较低,符合蒸散规律,说明SEBAL模型在区域蒸散量估算方面具有较大的实用性.     

基于STME模型和MODIS数据的滹滏平原实际蒸散量遥感估算

滹滏平原光、热及土壤资源优越,是华北平原重要的粮食生产基地,灌溉是该区农业获得稳产高产的重要保障,持续抽取地下水和无节制利用地表水已经引起了严重的水资源危机,合理高效利用有限水资源进行农业生产势在必行。本文利用单源梯形遥感蒸散发模型(a single-source trapezoid model for evapotranspiration,STME)和中等分辨率成像光谱仪MODIS(2011—2012年共115期)地表温度和反射率产品估算区域地表土壤缺水状况及实际蒸散量,并利用中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")和赵县梨园涡度相关系统地表水热通量的观测值对STME模型估算结果进行验证。结果表明该模型可以很好地估算区域蒸散量,误差在可接受范围内。赵县梨园净辐射Rn的观测平均值为4.10 mm,估算平均值为4.69 mm,均方根差RMSD为0.80 mm;赵县梨园蒸散量观测平均值为2.86 mm,估算平均值为3.01 mm,均方根差RMSD为0.95 mm;栾城站蒸散量的观测平均值为2.67 mm,估算平均值为2.44 mm,均方根差RMSD为0.87 mm。将STME模型应用到滹滏平原估算日蒸散量,明确了区域尺度蒸散发的时空变化特征:10月份果园生态系统蒸散量多于农田生态系统;11月份区域蒸散量整体小于1 mm;第2年春季小麦返青、拔节期,农田生态系统蒸散量多于果园生态系统蒸散量;5月份处于植被生长旺盛期,农田和果园生态系统的蒸散量相差不大;6月份小麦收获,玉米播种,农田生态系统蒸散量少于果园生态系统;7月份整个区域蒸散量达到最大,蒸散量不仅与植被长势相关,而且与土壤湿度相关;8、9月份随着植被的成熟和收获,区域蒸散量整体变小。不同时期区域水分亏缺指数不同,可根据其指导区域灌溉量。STME模型继承了基于数理计算确定梯形顶点的方法和水分亏缺指数,使得计算过程得以简化且物理机制明确。     

基于能量平衡的华北平原农田蒸散量的估算

通过测定冬小麦主要生育期农田冠层能量平衡的各分量、少风晴天时冠层温度和气温日变化及每周叶面积指数,分析了农田冠层能量平衡日变化规律、各分量季节变化特征,并以波文比系统实测蒸散值为相对标准,基于遥感冠层表面温度和能量平衡原理,采用Brown-Rosenberg公式对农田蒸散进行了估算和验证。结果表明：考虑夜间能量平衡各分量变化时,土壤热通量只占净辐射的3%左右,且夜间潜热交换值均很小,都在零左右波动;采用Brown-Rosenberg公式引入遥感冠层温度后估算的蒸散量较波文比系统实测值稍大,但忽略土壤热通量和考虑土壤热通量相比,二者相对平均偏差分别为16%和10%左右,差别不大,说明拔节-灌浆期（LAI≥3）估算蒸散时可近似忽略土壤热通量和夜间农田蒸散量,利用Brown-Rosenberg公式估算区域蒸散可行,该方法适用于华北平原农田蒸散计算。研究结果为将Brown-Rosenberg公式引入作物模型、基于热红外遥感冠层表面温度计算区域蒸散和水分胁迫系数进行区域估产提供了地面试验依据。     

若尔盖高原高寒草甸地表能量交换和蒸散研究

若尔盖高原高寒草甸生态系统是青藏高原能量和水分循环的重要组成部分,但该地区地面水热通量观测数据非常缺乏。本研究基于涡动相关法,于2013年11月1日−2014年10月31日,利用三维超声风温仪和红外开路二氧化碳/水汽分析仪在若尔盖高原一典型高寒草甸开展周年通量观测,以揭示其地表能量交换和蒸散特征及影响因素。结果表明：高寒草甸地表能量通量各组分呈显著的日变化和季节变化特征,净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年均值分别为94.5、21.0、51.8和1.2Wm−2。非生长季感热稍占优势,生长季潜热占绝对主导地位,波文比全年平均值为0.70,能量平衡闭合率年平均值为0.77。辐射是感热通量的主要气象影响因子,潜热通量则受温度、辐射和饱和水汽压差共同影响。日蒸散量变化范围为0.12～5.09mmd−1,全年平均值为1.82mmd−1。非生长季蒸散主要受土壤表面导度因子控制,生长季则由辐射主导,土壤和植被表面导度因子为次要影响因素。在季节尺度上,蒸散的变化取决于降水分布,全年降水和蒸散量分别为682.7mm和673.6mm,其中生长季分别占全年总量的84%和82%。6−7月降水匮乏抑制了蒸散,此时土壤储水成为蒸散的主要水源,从全年看,降水基本都以蒸散的方式返回大气。与青藏高原上同类观测研究相比,地表能量通量和蒸散都有相似的季节变化趋势,但观测到的年平均波文比和年蒸散量最大,气温、降水、地表植被等因素的共同作用导致这一结果。研究数据可作为地面验证资料,用于若尔盖地区陆面模式参数化方案的优化和卫星遥感反演资料的校验。     

地形效应下的区域蒸散遥感估算

在地表起伏地区,由于受到坡度、坡向等的影响,地表能量通量表现出与水平地表不一样的特征,为了定量表征起伏地表条件下的蒸散格局,以位于陕甘宁交界区的华池县、庆城县、镇原县、西峰区和合水县为研究区,从能量平衡原理入手,对各能量通量进行了量化计算,并着重考虑了蒸散的能量来源即地表净辐射的地形效应;同时,针对研究区地表特征,确定了土壤热通量的计算方案和感热通量的参数化方案,如零平面位移、动量粗糙长度、热量粗糙长度、动量和热量的稳定度校正项等算法;在此基础上,计算了研究区的瞬时蒸散,计算结果表明采用的蒸散遥感估算方案     

植被指数估算香格里拉地区植被覆盖度的精度对比分析

利用MOD13Q1数据构建多种植被指数,结合像元二分模型对香格里拉县植被覆盖度进行遥感估算,并通过实测数据和TM影像数据相结合,对估算结果进行精度验证。结果表明:（1）构建的4种植被指数NDVI,EVI,RVI,MSAVI均与研究区实际地表植被覆盖度具有较高的相关性,表明使用遥感方法对香格里拉县进行植被覆盖度的估算是可行的;（2）通过与TM影像进行对比分析,4种植被指数中,利用MSAVI估算的植被覆盖度更接近于香格里拉县的实际情况。     

应用Penman-Monteith公式和土壤湿度指数估算区域地表蒸散

准确计算地表蒸散对于水资源合理利用具有重要意义。Penman-Monteith公式具有坚实的理论基础,被广泛应用于计算地表蒸散,但表面阻抗计算的复杂性阻碍了其向区域应用的进一步推广。本文首先利用地表温度(Ts)-植被指数(Fv)特征空间计算土壤湿度指数,进而计算土壤阻抗,改进和发展了Penman-Monteith蒸散算法,简称为PM-SMI。将该算法与地表温度-植被覆盖特征空间蒸散算法以及Penman-Monteith系列另一种算法(PM-Yuan)进行比较。利用美国南部大平原12个波文比观测数据进行模型比较和验证。研究区域主要覆盖农田和草地,植被覆盖度较低。结果表明在瞬时和日值两个时间尺度PM-SMI整体上都优于其他两种算法,PM-SMI方法适合用于区域地表蒸散估算。     

基于不同植被指数三角形法的蒸散指数研究

蒸散发的研究对于绿洲的生态安全、农业生产及水资源合理配置等问题具有重要意义。利用Landsat-8遥感影像获取于田绿洲2011年5月17日与2016年5月15日的地表温度和植被指数信息,根据地表能量平衡原理,构建三角形特征空间,基于一定的假设条件,并根据其"干边"和"湿边"方程系数计算研究区蒸散指数,同时采用MOD16-ET产品数据和研究区土壤含水量数据对地表温度与不三种不同植被指数计算出的蒸散指数进行对比分析。结果表明:基于三角形法的蒸散指数能够很好地估算陆面蒸散发,且与MOD16-ET产品的精度验证相关系数较高,R~2均大于0.7;而通过对比三种常用植被指数与地表温度计算的蒸散指数,采用ET-Ts/EVI计算出的蒸散指数精度较高,R~2大于0.8;同时,该方法与土壤含水量拟合结果同样,表现出ET-Ts/VI具有更高的精度(R~2大于0.7)。     

我国滑坡、崩塌的区域特征、成因分析及其防御

论述了我国滑坡、崩塌的区域分布特征,滑坡和崩塌的危害程度,滑坡和崩塌类型和成因分析,并且提出了灾害的防御措施,以期达到环境保护成为社会发展过程中的一个重要组成部分。     

论水土、水土生态与水土生态保持

在论述水土在陆地生态系统中的地位和作用的基础上,提出了水土生态的概念,认为植被与水土不可分割的整体观念是水土生态的重要特征。同时,对水土生态保持的含义作了新的定义,并将水土生态保持划分为四大类型,即生态型、自然型、生产型、建设型。从水土生态的高度,从源头上、要素的联系中去认识和防治水土流失,是一种主动的、有机的、整体的水土保持观念,是水土保持认识观的深化和发展,将使水土生态保持事业进入一个崭新的时代。     

城镇开发区建设中的人为水土流失及防治措施

简析了婺源县城镇开发区建设过程中造成水土流失的状况、危害、原因后,提出了其防治措施,并阐明开展城市（镇）水土保持的紧迫性。     

河道堤防滩地的水土流失及其防治

平原地区河道堤防滩地的水土流失,直接淤积河床,影响行洪安全。堤防滩地的水土流失是自然因素和人为因素共同作用的结果,以新修堤防的水土流失最为严重,对其防治须实行工程措施、植物措施和人为预防相结合。     

建设类与建设生产类开发建设项目水土保持方案的异同分析

20世纪末,开发建设项目水土保持方案的编报工作已经实现了规范化和制度化,但有不少的编制者在编制建设类和建设生产类项目的水土保持方案时往往出现失误.建设类和建设生产类项目的水土保持方案在很多方面都存在很大区别.根据多年编制两类水土保持方案的实践经验,总结出了这两类项目水土保持方案的编报工作在水土保持要求、服务年限、预测时段划分、防治目标等方面的异同,以防止在编报过程中出现水土流失量预测、水土保持措施体系以及水土保持监测等方面产生较大的偏差.     

分布式移动农业病虫害图像采集与诊断系统设计与试验

为了便捷地采集和实时诊断农业病虫害图像,设计了一个分布式移动农业病虫害图像采集与诊断系统。该系统由多个便携式图像采集终端和一个图像处理服务器组成;其中,图像采集终端包括嵌入式相机、可伸缩的手持杆和装载控制App的手机;图像处理服务器包括农业病虫害诊断、信息记录和反馈模块等。手持杆可将安装在其前端的嵌入式相机送到人手或视觉难以企及的病虫害区域,手机可实时预览前端相机的拍摄画面和实现控制相机完成农业病虫害图像采集等功能;系统通过HTTP协议实现多个采集终端与图像处理服务器的数据交互,协同进行分布式计算,可以减少网络移动资费和服务器的负载。利用该系统对水稻纹枯病图像采集与诊断测试结果表明,该系统的图像采集终端可以便捷地采集到水稻纹枯病图像,手机端视频预览画面延时低,对相机控制命令无误,图像采集终端与服务器通信稳定,服务器端对水稻纹枯病图像处理和诊断实时,基于图像的水稻纹枯病为害等级诊断准确率为83.5%。如果服务器端加载不同的农业病虫害图像处理和诊断算法,该系统可广泛应用于各种农业病虫害图像的采集与诊断。     

甲基硫茵灵及其代谢物在不同种植模式黄瓜和土壤中的残留

采用液质联用仪比较分析了3个不同种植区域（江苏南京、广西南宁和湖南长沙）露地和大棚两种种植条件下黄瓜和土壤中甲基硫菌灵及其代谢物多菌灵的残留动态,同时对黄瓜中的最终残留量进行了比较分析。施药后,甲基硫菌灵在黄瓜和土壤中均能很快转化为多菌灵[施药后1 d甲基硫菌灵未检出（〈0.01 mg·kg-1）],多菌灵在露地黄瓜和土壤中的原始沉积量均低于大棚。3个试验点露地黄瓜中的半衰期分别为2.3、1.4 d和1.4 d,在大棚黄瓜中的半衰期分别为2.6、1.7 d和2.0 d。在3个试验点露地土壤中的半衰期分别为1.6、1.7 d和2.3 d,在大棚土壤中的半衰期分别为2.3、2.0 d和2.3 d。最终残留试验在最后一次施药后1 d采样时,大棚、露地黄瓜中的甲基硫菌灵均未检出（〈0.01 mg·kg-1）,多菌灵在3个试验点露地黄瓜中的最终残留量为0.014~0.162 mg·kg-1,而在3个试验点大棚黄瓜中的最终残留量为0.121~0.561 mg·kg-1。参照我国所制定的黄瓜中多菌灵的MRL（0.5 mg·kg-1）,露地种植方式下所有处理黄瓜中甲基硫菌灵代谢物多菌灵的最终残留量均符合国家标准的规定,但大棚种植方式下其残留量有超标的风险。     

Forest soil respiration and its heterotrophic and autotrophic components: Global patterns and responses to temperature and precipitation

Quantifying global patterns of forest soil respiration (SR), its components of heterotrophic respiration (HR) and belowground autotrophic respiration (AR), and their responses to temperature and precipitation are vital to accurately evaluate responses of the terrestrial carbon balance to future climate change. There is great uncertainty associated with responses of SR to climate change, concerning the differences in climatic controls and apparent Q₁₀ (the factor by which respiration increases for a 10 °C increase in temperature) over HR and AR. Here, we examine available information on SR, HR, AR, the contribution of HR to SR (HR/SR), and Q₁₀ of SR and its components from a diverse global database of forest ecosystems. The goals were to test how SR and its two components (AR and HR) respond to temperature and precipitation changes, and to test the differences in apparent Q₁₀ between AR and HR. SR increased linearly with mean annual temperature (MAT), but responded non-linearly to mean annual precipitation (MAP) in naturally-regenerated forests. For every 1 °C increase in MAT, overall emissions from SR increased by 24.6 g C m⁻² yr⁻¹. When MAP was less than 813 mm, every 100 mm increase in MAP led to a release of 75.3 g C m⁻² yr⁻¹, but the increase rate declined to 20.3 g C m⁻² yr⁻¹ when MAP was greater than 813 mm. MAT explained less variation in AR than that in HR. The overall emissions in AR and HR for every 1 °C increase in MAT, increased by 12.9 and 16.1 g C m⁻² yr⁻¹, respectively. The AR emissions for every 100 mm increase in MAP, increased by 44.5 g C m⁻² yr⁻¹ when MAP less than 1000 mm. However, above the threshold, AR emissions stayed relatively constant. HR increased linearly by 15.0 g C m⁻² yr⁻¹ with every 100 mm increased in MAP. The Q₁₀ value of SR increased with increasing depth at which soil temperature was measured up to 10 cm and was negatively correlated with HR/SR. Our synthesis suggests AR and HR differ in their responses to temperature and precipitation change. We also emphasized the importance of information on soil temperature measurement depth when applying field estimation of Q₁₀ values into current terrestrial ecosystem models. Q₁₀ values derived from field SR measurements including AR, will likely overestimate the temperature response of HR on a future warmer earth.     

低山丘陵区开发建设项目水土保持与生态建设

边坡植被恢复是解决高速公路建设所造成的环境破坏问题的重要手段之一,已受到人们的普遍重视.但是,对坡面植被恢复质量的评价尚没有统一、公认的指标体系.基于恢复生态学和美学的理念,在分析坡面植被功能的基础上,参考道路工程、植物生态学、恢复生态学、草地生态学、水土保持学、景观学等理论.提出了绿期、盖度、多度、截流量、综合抗性、根系稳定效果、景观优美度、管理水平8个重要评价指标,并给出了各指标的量化计算办法.利用AHP评判矩阵计算了各评价指标的权重.根据坡面植被群落的演替规律,提出了建议的评价时间,得出了坡面植被恢复质量的评价值,确定了质量等级.结合2008年奥运公路--济南至青岛高速公路南线工程,进行了实例分析.     

Sodium and potassium effects on cation concentration and yield of lucerne and phalaris grown separately and together

Abstract

Lucerne (Medicago sativa L.) and phalaris (Phalaris aquatica L.) were grown separately and together in a pot trial on a yellow‐brown pumice soil with three rates of sodium (Na) and two rates of potassium (K) in factorial combination. Lucerne alone had a low Na concentration but growing phalaris as a companion grass produced herbage with a Na concentration adequate for stock. Na application increased the Na concentration in phalaris and the mixture of phalaris and lucerne much more than in lucerne alone; had little effect on K concentration; slightly reduced Mg concentration; and greatly reduced Ca concentration but not as much in lucerne as in phalaris or the mixture with lucerne. K application increased K concentration and reduced Na, Ca and Mg concentrations throughout. Yield of phalaris grown alone and in combination with lucerne was increased significantly by Na application when K concentration in the plants was low. Yield of lucerne was not affected by Na application and it is concluded that Na did not substitute for K in this species. It is concluded that field trials are warranted to investigate the possibility of growing a special purpose mixture of lucerne and phalaris on New Zealand yellow‐brown pumice soils to provide feed that has adequate Na for grazing animals.