太行山前平原井灌农田点尺度土壤水分动态随机模拟

基于中国科学院栾城农业生态系统试验站2002—2008年夏玉米生长期内的土壤水分观测数据及2000—2008年的降水(灌溉)、气象、生物数据,结合Laio土壤水分动态随机模型研究了太行山山前平原典型农田点尺度土壤水分动态的随机性。结果表明:研究区2000—2008年夏玉米生长期内日平均降水量为10.71 mm,降水频率0.290 9,其中小雨、暴雨的发生频率表现出明显上升趋势,中雨的发生频率呈显著下降趋势,大雨发生频率表现出微弱下降倾向;玉米生长期的土壤含水率6月份处于增长期,7月份达到生长期最高值并稳定在32.2%的水平,8月份以后下降并在9月份趋于稳定;Laio模型模拟得到土壤相对湿度的概率密度函数在曲线形状(峰值、峰值出现的位置、90%置信区间)与数字特征(中位数、均值、方差)方面与观测结果一致(α=0.05),模型在井灌区具有很好的适用性,且可以将灌溉作为一次降雨事件来处理;应用Laio模型得到在多年平均降雨条件下,32.1 mm的田间净灌溉量可以在50%水平上使夏玉米生长期内的土壤含水率保持在田间持水量的80%以上。     

华北低山丘陵区冬小麦田土壤呼吸变化规律及其影响机制

利用2005年11月-2006年6月由Li-8100土壤呼吸自动观测系统及AR5土壤温度湿度自动观测系统观测数据,分析了华北低山丘陵区冬小麦田土壤呼吸变化规律及其影响机制。结果表明:(1)冬小麦返青前后的土壤呼吸速率(SRR)在晴或多云天气条件下都要高于阴天,SRR的日变化都表现为单峰变化趋势。(2)冬小麦生育期SRR的日际变化特征为:返青前SRR保持在较低水平,平均为0.63μmol.m-.2s-1;返青后SRR迅速增加,至抽穗期达到最大,此后保持稳定,平均为2.18μmol.m-.2s-1;收割后SRR降低。整个生育期SRR的平均值为1.28μmol.m-.2s-1。(3)冬小麦田浅层土壤温度(包括地表温度、地下5cm、10cm、15cm、20cm土壤温度,p<0.01)与SRR间都存在显著的指数关系,其中20cm土壤温度与SRR相关性最好,Q10值(5~20℃间气温每增加10℃呼吸增加的倍数)从表层至地下20cm依次为:2.09、2.29、2.39、2.51、2.63;土壤含水量过低对土壤呼吸有抑制,当土壤含水率在20%~30%时,SRR主要受土壤温度影响,与土壤含水量的关系不显著。     

华北石质山区刺槐人工林的土壤呼吸

2006年1-12月,利用Li-8100土壤呼吸自动观测系统及AR5土壤温度湿度自动观测系统观测土壤呼吸速率、土壤温度及湿度,分析华北石质山区35年生刺槐林土壤呼吸速率时间变化规律及其影响机制.结果表明:1)刺槐林土壤呼吸速率日内变化特征不明显,但日际及季节变化明显,全年呈现出单峰变化趋势,且与土壤温度的日际及季节变化趋势基本一致.具体表现为: 1-3月土壤呼吸速率较低,日际变化略有波动,从4月开始逐渐上升 ,直至7月达到最大值,而后开始逐渐下降,直至11月约降低至1-3月时的水平,并保持到1 2月.全年土壤呼吸速率平均值为2.50 μmol·m-2s-1,主要生长季(4-10月 )土壤呼吸速率明显高于非主要生长季(1、2、11及12月),二者分别为3.63与0.90 μmo l·m-2s-1 .2) 刺槐林地土壤呼吸速率与表层0 cm、地下5、10、15和20 cm 深度处土壤温度都存在极显著的指数相关关系(p<0.01),且与土深20 cm处温度的相关性最好.上述不同深度处的Q10值分别是2.20、2.28、2.34、2.40和2.48. 3)刺槐林地土壤含水量与土壤呼吸速率的相关关系不明显.     

基于高分六号卫星红边波段的森林蓄积量遥感反演——以西宁市针叶林为例

红光波段和近红外波段常被作为森林蓄积量反演的敏感波段,介于两者之间的红边波段往往被忽略,为了明确红边波段对森林蓄积量的遥感反演精度的影响,本研究基于高分六号卫星宽幅影像（GF6-WFV）,结合西宁市2014年森林资源二类调查数据,从光谱特征、植被指数、地形因子、影像纹理等4个方面选取蓄积量反演的自变量,采用多元线性回归（MLR）、随机森林（RF）模型,分析比较了有无红边波段对西宁市针叶林蓄积量遥感反演精度的影响。结果表明：（1）无红边波段（No Red-Edge）和加入红边波段（Red-Edge Added）两组处理的纹理特征变量降维后,其主成分信息主要解释了红外、近红外以及红边1波段的纹理特征。（2）与蓄积量相关的光谱特征变量：No Red-Edge处理主要包括红边波段和近红外波段的地表反射率,Red-Edge Added处理主要为红边1波段的地表反射率;植被指数变量：No Red-Edge处理主要包括NDVI和SAVI,Red-Edge Added处理为MTCI。（3）加入红边波段后,RF模型的R²优于MLR模型,分别为0.6719和0.5487,RF模型的均方根误差（RMSE）小于MLR模型,分别为26.3m³hm⁻²和20.8m³hm⁻²。（4）去除模型对反演精度的影响后,相对于No Red-Edge,Red-Edge Added处理的反演结果与观测值拟合的R2提高了11.6%,RMSE降低了9.1%。说明加入红边波段可显著提高西宁市针叶林蓄积量的反演精度,研究结果可为森林蓄积量的遥感反演提供科学依据。     

黄淮海平原两种不同林龄杨树防护林对麦田土壤水分及蒸散的影响

通过观测黄淮海平原黑龙港流域12 a和24 a林龄、长500 m、宽250 m的杨树防护林网内农田及旷野(CK)农田土壤水分和蒸散量,分析了防护林水分效应的年代变化特征,结果表明:在小麦拔节-乳熟期间,对比CK,12 a和24 a林龄防护林可使0～ 200 cm土层土壤贮水量分别提高7.8％,1.9％,可使小麦蒸散量分...     

侧柏、油松幼苗水分胁迫试验

在太行山石灰岩中山区,以侧柏、油松2年生苗为研究对象,选择地膜、石块等材料覆盖,进行水分胁迫试验,每天3次用TDR测定土壤含水量,记录苗木严重萎蔫时的时间。结果表明:地膜覆盖盆植侧柏苗各层土壤温度均高于对照,而在生态垫覆盖下均低于对照;两种覆盖处理均能明显增加侧柏苗的土壤体积含水量,且延长侧柏苗存活天数10 d以上;覆盖处理盆植油松苗各层土壤温度与对照间均无显著差异;地膜和生态垫覆盖下油松苗的土壤体积含水量显著高于对照,石块覆盖下的土壤体积含水量与对照间无显著差异;地膜、生态垫、石块覆盖的油松幼树存活天数明显长于对照,以地膜覆盖延长的时间最多;侧柏苗和油松苗的致死土壤体积含水量分别为6.7%和7.8%。     

石津灌区冬小麦关键生育期逐时降水的变化特征

【目的】研究气候变化背景下石津灌区冬小麦关键生育期(拔节期、抽穗期、乳熟期)内有效降水过程的变化,为灌区雨水的高效利用、制定科学合理的灌溉制度提供科学依据。【方法】采用灌区内部及周边15个气象站1983-2012年4-6月的逐时降水资料,基于降水历时与降水强度的分类标准,运用Mann-Kendall趋势检验,借助ArcGIS平台的反距离插值(IDW)工具,分析了4类有效降水(短历时小雨、长历时小雨、短历时中雨、长历时中雨)在冬小麦3个生育期内发生时刻的变化规律、逐站逐年的累计降水次数以及总降雨量的时空变化规律。【结果】(1)午后至夜间(14:00-06:00)为4类有效降水的高发时段,其中长历时中雨在拔节期的发生时刻集中在10:00-15:00时段。(2)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量30年的变化趋势一致:1短历时小雨在冬小麦拔节期、抽穗期呈增加趋势,在乳熟期表现出减少趋势;2长历时小雨在拔节期呈增加趋势,抽穗期、乳熟期为减少趋势;3短历时中雨、长历时中雨在1998年以前呈减少趋势,1998年以后短历时中雨在拔节期为减少趋势,其他时期表现为增加趋势,长历时中雨在抽穗期为减少趋势,其他时期则为增加趋势。(3)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量的空间分布一致:拔节期4种类型降水均表现为北多南少;抽穗期不同历时小雨表现为中间少四围多,不同历时中雨则表现为西南多东北少;乳熟期不同历时小雨的空间分布与抽穗期一致,短历时中雨呈北多南少的分布,长历时中雨则呈东多西少的分布格局。【结论】气候变化背景下冬小麦拔节期有效降水的发生次数和降雨量逐渐增加;乳熟期的有效降水次数和降雨量呈减少趋势。     

华北平原农田毛白杨防护林蒸腾变化规律及其与气象因子的关系

于2007年主要生长季(4—9月),采用热扩散(TDP)技术测算了华北平原农田24年生毛白杨防护林带的蒸腾速率,分析了毛白杨蒸腾变化规律及其与气象因子的关系。结果表明:(1)在晴天日和阴天日,毛白杨蒸腾速率的日内变化都为单峰曲线趋势,而在多云日受太阳辐射剧烈变化的影响,为多峰曲线趋势。在4、5、6、7、8、9月份晴天日的单株日平均蒸腾速率分别为5.44、7.84、8.05、7.87、7.26、7.17 L.h-1,在多云日分别为4.10、5.87、6.84、6.68、6.49、5.88 L.h-1,在阴天日分别为4.33、3.56、4.14、5.90、3.39、2.66 L.h-1。(2)毛白杨林带蒸腾量的日际变化或季节变化明显,从4月份开始逐渐升高,5月份由于受林网内农作物灌溉量加大的影响,蒸腾量与6、7月份基本持平,8、9月份逐渐降低。在2007年主要生长季(4—9月),林带蒸腾总量为488.016 mm,4—9月各月蒸腾量所占生长季总蒸腾量的比例分别为11.17%、18.71%、19.30%、19.29%、16.66%、14.88%。(3)主要生长期内,毛白杨蒸腾速率与同步观测得到的太阳辐射、空气温度、空气湿度和风速具有很好的复相关性,回归分析得到的相关模型可通过显著性检验(α=0.01);且计算偏相关系数表明,各月影响蒸腾速率的最主要气象因子均为太阳辐射。     

油松心边材量及年轮数的变异特征

在太行山石灰岩区4个林龄与密度不同的油松人工林内选取40株样木,用联苯胺染色法对其上截取的350个圆盘的心、边材进行区分.在此基础上,对心、边材量及年轮数的变异进行分析.结果表明:树干4个方位的心、边材量无显著差异性(P＞0.05);边材宽度在距基部0.50～1.00 m以上到距树梢2.46～3.22 m以下相对恒定,而心材半径、心材面积与边材宽度随树高增加持续减小,横截面直径较好地解释了心、边材量的轴向变异;心、边材量的株间变异很大,胸径对此变异的解释能力高于其他树木变量;4个林分的心、边材量存在显著差异性(P＜0.05),林分尺度的心、边材量与林分生长水平及林龄的变化趋势一致;油松心材的起始形成层年龄为13年,心材年轮数随形成层年龄而增加,后者可解释前者变异的97.9%;形成层年龄为40年与60年时,心材年轮数的增长率分别为0.5年轮·a~(-1)与0.7年轮·a~(-1).研究认为用林分调查因子预测油松心、边材量及心材年轮数的变异是可行的.     

杜仲人工林蒸腾时间演变的分形特征及可预报时长

以华北山地杜仲人工林为例,利用热扩散液流法测算得到的蒸腾数据,采用相空间重建法,在延滞时间(τ)为30 min条件下,分析林木蒸腾时间演变的分形特征及可预报时长,结果表明:林木蒸腾的时间演变过程具有分形和混沌特性,存在可预报性.2005年及2006年主要生长季节期间(4-9月),蒸腾时间序列的分形维数(D)分别是1.673和1.525,二阶Renyi熵(K_2)分别为0.00249和0.002 53,此时嵌入维数(m)分别为9和10,平均可预报时长(T)分别约为401.0、394.8 min.尽管2005年和2006主要生长季节蒸腾的外表变化规律或数量等存在较大的差异,但在相同τ条件下,D和K_2在该2年间差异均很小,说明蒸腾时间序列的内在变化特征在不同年份间无差异.