基于日光诱导叶绿素荧光的陆地生态系统GPP估算研究

为了更加精确全面地掌握全球陆地生态系统固碳情况,基于GUANTER提出的简单线性模型,利用FLUXNET2015通量数据、GOME-2叶绿素荧光数据、MODIS植被指数产品以及土地覆盖数据,将温度胁迫因子和饱和水汽压胁迫因子加入模型中,估算结果与传统简单线性模型的估算结果相比,13个通量站点中有10个通量站点的估算精度得到了提升。此外,本研究还在考虑环境影响因素模型的基础上,利用植被指数来模拟叶绿素荧光的冠层逃逸率fesc,进一步提升模型的估算精度。结果显示,与传统简单线性模型和只加入环境影响因子的模型估算结果相比,13个通量站点的估算精度都有所提升。     

农业干旱对华北平原农业生态系统碳通量的影响

农业是全球生态系统碳循环的重要组成部分，受干旱影响较大，因此了解干旱对农业生态系统碳汇强度的影响有助于理解农业生态系统碳循环的变化规律，为实现碳排放的控制提供理论依据。利用植被光合呼吸模型（VPRM）对华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统净生态系统碳交换量（NEE）进行模拟，基于蒸散发和归一化植被指数计算干旱严重程度指数（DSI）作为评价农业干旱强度的指标，并通过地理探测器和去趋势分析评估了华北平原农业生态系统NEE对农业干旱的时空响应。结果表明，冬小麦生育期间华北平原北部农业干旱强度大于南部，且随着冬小麦发育，其农业干旱强度逐渐降低；夏玉米生育期间，华北平原进入雨季，整体较为湿润。农田生态系统固碳能力随着农业干旱强度的增加而减小，且农田生态系统NEE对农业干旱的敏感性在冬小麦/夏玉米生育中期大于生育初期和末期，其中农业干旱的空间变异性对冬小麦NEE的解释力在3月最大（q=0.681），对夏玉米NEE的解释力在8月最大（q=0.792）。随着农业干旱强度的加重，若不考虑籽粒碳含量，麦田和玉米田从强碳汇变为弱碳汇，若考虑籽粒碳含量，则其最终转变为碳源。     

鄱阳湖生态经济区农田植被碳储量与碳密度分析

采用参数估算法对2001~2013年鄱阳湖生态经济区农田生态系统的植被碳储量与碳密度进行测算。结果显示：该区农田植被碳储量与碳密度均呈现上升趋势;农田碳储量与碳密度的变化受农作物种植结构、产量及总播种面积的影响。由此可见,植被碳储量的变化对生态系统的固碳能力具有重要的影响,农田植被碳储量与碳密度在一定程度上的提高,具有碳汇作用。研究农田生态系统碳储量、碳密度对控制温室效应具有重要的参考意义。     

玉米农田生态系统蒸散发模型参数优化

[目的]在无法根据实测值得到具体模型参数的地域,对经验参数进行优化以提高区域蒸散发模型的精度.[方法]通过黑河流域生态水文过程综合遥感试验水文气象观测数据集中的大满超级站气象要素梯度观测系统的数据,研究玉米农田生态系统的蒸散发模型优化问题.采用差分进化自适应算法,以潜热通量和感热通量为优化目标,引入能量闭合因子对模型参...     

病害胁迫下玉米LAI遥感反演研究

为了在病害发生条件下进行玉米LAI的遥感估算,针对41个不同抗性的玉米自交系品种,通过人工接种方法,获得了不同病害严重程度(1～9级)的LAI数据,同时采集了地面高光谱和无人机多光谱数据,构建了K近邻算法、支持向量机、梯度提升分类树和决策分类树分类模型对病害进行分类,对玉米种质资源抗病性进行了划分。基于不同玉米病害胁迫程度分类结果,采用随机森林回归、梯度提升回归树、极端梯度增强算法、轻量梯度提升机4种机器学习模型对玉米LAI进行反演,讨论了不同模型在病害胁迫下的鲁棒性。研究结果表明,对不同生育期玉米病害程度进行划分,基于地面高光谱识别精度分别为84.72%(梯度提升分类树)、47.67%(支持向量机)、55.05%(K近邻算法)、83.02%(决策分类树)。基于病害分类结果,本文利用无人机多光谱数据估算了不同病情等级胁迫下的玉米LAI。构建了4种集成学习模型对不同病情等级的LAI进行估算,4个LAI反演模型的总体反演精度(rRMSE)分别为：19.11%(梯度提升回归树)、15.94%(轻量梯度提升机)、14.51%(随机森林回归)和15.45%(极端梯度增强算法)。其中极端梯度增强算...     

利用作物冠气温差估算农田蒸散量

准确估算农田蒸散量,对于促进节水型农业和旱地农业的发展、科学管理有限的水资源、评估环境变化对农业生态系统的影响等具有重要意义。利用河套灌区解放闸灌域农田连续观测的玉米、向日葵的冠层温度和田间气象要素等数据,采集并计算出Seguin和Itier简化模型中日蒸散量ETd、日净辐射Rnd和冠气温差(Ts-Ta),并对模型中参数a、b进行了回归和拟合,检验其在当地的适用性。结果表明,该简化模型可以用于估算玉米和向日葵的日蒸散量,以每日13∶00时数据拟合效果最优,决定系数R2分别为0.690和0.864;日蒸散量估算模型中玉米田块参数a和b分别为-0.859和-0.116,向日葵田块参数a和b分别为0.548和-0.343。研究结果可为大面积遥感反演区域农田耗水提供参考依据。     

基于XGBoost-Shapley的玉米不同生育期LAI遥感估算

针对当前快速准确获取叶面积指数（Leaf area index, LAI）时大部分遥感预测方法将光谱信息作为模型主要特征,忽略时序变化特征的问题,利用无人机搭载五通道多光谱相机获取研究区玉米不同生育期的影像数据,基于该数据计算玉米相应生育期植被指数,然后采用植被指数建立各生育期子模型,采用Shapley理论计算子模型均方根误差对全生育期模型均方根误差的贡献度,从而确定各子模型权重,根据权重组合形成具有LAI时序变化特征的估算模型,分别基于支持向量回归（SVR）、多层感知机（MLP）、随机森林（RF）和极限梯度提升树（XGBoost）算法构建组合估算模型。结果表明：采用Shapley理论构建的组合LAI估算模型估算效果优于直接构建的全生育期LAI估算模型。相较于SVR-Shapley、MLP-Shapley以及RF-Shapley模型,XGBoost-Shapley模型的估算效果最佳（R²为0.97,RMSE为0.021,RPD为6.9）。将最优模型XGBoost-Shapley应用于研究区LAI预测,预测结果符合不同生育期玉米长势。本研究为大田玉米长势遥感监测提供...     

卫星遥感估产技术在大豆区域收入保险中的应用

本研究针对中国近年来重点发展的创新型区域收入保险缺少第三方实时客观产量数据的问题,引入了卫星遥感估产技术,探讨其应用模式和适用性。以山东省嘉祥县大豆区域收入保险为例,基于哨兵2号卫星遥感数据提取大豆种植地块,计算归一化植被指数（NDVI）和作物生理参数,结合气象卫星遥感数据与实地抽样测产数据,建立了多参数线性回归模型估算大豆产量。研究结果显示,卫星遥感获取的研究区大豆种植面积为124 km²,与当地农业局上报的127 km²相差3 km²;采用实测地块验证,种植分布地块遥感识别精度达90%;产量估算结果显示,2018年8月23日大豆结荚期的NDVI和9月7日大豆鼓粒期的NDVI对大豆单产的解释度最佳,多参数回归模型计算全区平均产量为244,500 kg/km²,与常年299,800 kg/km²相比,体现了受灾严重的农情;产量估算数据与实测数据之间的回归系数达0.92,可满足应用需求。结果表明,基于哨兵2号卫星遥感数据能够准确识别研究区大豆种植分布,并能在大豆收获后最快一周完成产量估算,指导保险公司的理赔工作。     

基于WAVES模型的大清河流域典型生态系统耗水特征分析

生态系统耗水(即蒸散发)是水循环的重要组成部分,准确估算生态系统耗水是资源型缺水区域实现"以供定需"水资源可持续管理的关键。以雄安新区所在的大清河流域为研究区域,利用遥感叶面积指数和蒸散发数据对水碳热耦合的生态水文模型(WAVES)率定,并用率定好的WAVES模型估算了典型生态系统(农田、草地和林地)耗水规律和特征。结果表明:大清河流域农田、草地、林地生态系统1982-2014年多年平均耗水量依次增加,分别为383.9、424.5、439.6 mm。耗水分量中,农田和草地土壤蒸发和植被腾散发的比重大致相当,均占总耗水的40%～50%;林地以植被腾散发为主,约占总耗水的70%。研究结果可为人类活动剧烈且水资源过度利用的大清河流域和雄安新区的水土资源管理提供参考。     

不同气象条件下陇中玉米农田生态系统水分利用效率研究

【目的】探究陇中半干旱区玉米农田生态系统水分利用情况。【方法】利用陇中半干旱区玉米农田生态系统,涡度系统碳水通量数据,分别从生态系统水分利用效率(WUE)、固有水分利用效率(IWUE)探讨了不同气象条件对半干旱区玉米农田生态系统水分利用效率的影响。【结果】WUE和IWUE在生长季均值分别为4.71 g/kg和32.04(g·h Pa)/kg。IWUE考虑了饱和水汽压差(VPD)对蒸散量(ET)的非线性影响,GEP与ET在日尺度上存在滞后效应,而IWUE能有效地减弱滞后效应。阴晴天的光合有效辐射、饱和水汽压差、液流速率、蒸散量均为单峰曲线,晴天的值大于阴天的。阴晴天的碳通量变化不明显,水分利用效率为"U"型曲线,阴天的碳通量大于晴天的。阴天饱和水汽压差和液流速率与WUE的线性相关关系均较差,晴天的饱和水汽压差和液流速率与WUE的相关关系较阴天好,而IWUE的拟合效果好。【结论】与WUE相比,IWUE能更好地评价该地区碳水耦合情况。     

农业机械的生态问题分析及对策

针对我国农机行业和产品存在的高消耗、高污染及对环境产生严重影响的生态问题现状,分析了其产生的原因,指出实施生态设计的必要性;提出了将某一产品的全生命周期中的资源、能源消耗,废气、废物和污水排放对环境的影响,都折算成相应的土地负载,以表示该产品的生态足迹;并对生态设计的各个方面进行了探讨,以解决农机行业和产品的生态问题,确保农机工业和现代农业的可持续发展.     

北运河水生态系统服务功能价值评估

提出北运河水生态系统服务功能分类及评估方法,采用2007年相关调查统计资料,对北运河水生态系统服务功能价值进行估算.得出2007年北运河水生态系统服务平均总价值41.08亿元,其中,直接服务价值占24.03％,间接服务价值占75.97％,为当地政府在北运河水生态方面的管理和开发利用提供决策依据。     

非点源污染控制的生态管理技术

我国非点源污染具有随机性和模糊性大、滞后性和潜在性强、分布广泛等特点。由于缺乏有效的管理技术,非点源污染控制的形势十分严峻。为此,详细阐述了生态管理技术的内涵、适用性和功能;论证了生态管理技术是控制非点源污染,实施社会、经济、自然可持续发展的有效途径;针对浙江省非点源污染现状,从源头污染控制和径流污染控制两个方面,提出了浙江省非点源污染控制的生态管理技术。     

农田生态系统中氮循环模型研究进展

农田生态系统中的氮循环是影响农业生产力的主要因素之一,同时也会对环境产生影响。在农田生态系统氮循环的研究中模型已成为重要的工具而受到人们关注。在介绍国际上发表的模型基础上,阐述了目前一些比较成功的模型的研究进展,并指出了今后模型发展的趋势。     

水库建设与生态系统和谐

水库建设和运行对流域内上下游的生物群落和生态系统产生诸多负面影响,诸如改变流域水文气候,导致水温分层、泥沙淤积、水质恶化,切断河流廊道,阻隔鱼类洄游通道等;此外,传统的水库调度方式仅体现水库的工程效益、经济效益和社会效益,忽视了其生态效益。通过详细探讨这些问题,据此提出生态水库的概念,并从规划、设计、施工及生态调度等方面探讨了生态水库的理论体系,即水库建设需与生态系统达到高度的和谐与统一。     

湿地保护区生态功能综合评价——以六盘水明湖国家湿地公园为例

以六盘水明湖国家湿地公园为例,首先构建了包含资源功能、环境功能、社会功能、和经济功能4个维度,共12个指标的湿地保护区生态功能综合评价的指标体系,然后借助熵权法和变异系数法对指标进行组合赋权,最后利用综合指数法对湿地保护区生态功能进行综合评价。结果表明,六盘水明湖国家湿地公园生态功能是较大等级,该结论能够为六盘水明湖国家湿地公园管理部门和相关政府决策部门提供科学依据。     

生态体系下农业病虫害的生物防治措施

农作物的病虫害是农业丰产丰收的大敌,其防治措施一直是农业生产技术研究的重要课题.目前防治病虫害的方法主要有化学农药控制和生物防治,通过化学农药控制的方式会因为农药残留对食用者的身体健康构成威胁,而通过生物防治的方式可以有效地降低这种风险.     

土壤水含量变化对农田系统CO_2净排放影响的实验研究进展

面向"节水减排"的灌溉制度是应对气候变化的关键农业管理措施,土壤水含量变化对农田系统CO2净排放影响是其基础理论研究的热点。目前,国内外农田系统的土壤水含量变化对CO2排放、CO2吸收以及CO2净排放的影响实验研究成果主要集中于室内、田间和大区域三个尺度;大多数研究集中在对土壤呼吸的影响,而在农田系统CO2净排放方面的影响研究较少。作物整体呼吸作用对土壤含水量变化的响应、室内和大田尺度下实验条件的水分胁迫界限设定、不同灌溉方式及不同物候期下土壤含水量含量变化对农田系统CO2净排放量的影响研究将成为未来的研究热点。     

城市化对农田生态系统中农田景观小结构的影响

随着城市的迅速扩张,城市边缘区的范围逐渐外扩,农田生态系统中的自然、半自然景观正逐步向人为景观变化,其稳定性和健康性也越来越受到人们的关注。为此,对沈阳市沈北新区城市边缘区进行划分,对研究区内的农田景观小结构与土壤动物进行分析,为保持农田生态系统的健康性提供参考。     

基于格网尺度的区域生态系统服务价值估算与分析

以北京市海淀区为例,在对区域土地利用现状进行划分的基础上,基于格网尺度估算了区域生态系统服务价值,并根据价值分布状况将区域划分为不同的生态系统服务价值分区,基于GIS和FRAGSTAS软件,分析了不同分区的土地利用结构和景观格局状况。结果表明:海淀区格网的生态系统服务价值处于-234.56~207.97万元之间,并呈现明显的从南部到西北部增加的趋势;不同生态系统服务价值分区土地利用结构差距较大,高值区的土地利用类型主要为城市绿地,中值区土地利用类型面积较大的为耕地和城市绿地,低值区建设用地的面积较大;不同生态系统服务价值分区的景观格局指数变化较大,从高值区到低值区,景观格局的破碎化程度逐渐增加,人类活动对生态环境的影响不断加剧,人类活动对景观的干扰程度加大。研究结果可以为精细化评估区域生态系统服务价值提供参考,并能服务于区域土地利用结构调整和可持续利用及生态景观建设。