基于作物模型与叶面积指数遥感影像同化的区域单产估测研究

通过对作物光合、呼吸、蒸腾、营养等一系列生理生化过程的定量模拟，作物生长模型已经被成功应用于田间尺度的作物单产研究。为了进一步将作物模型扩展应用于区域尺度，提高区域作物单产的模拟精度，该文探讨了将作物模型与多时相叶面积指数(LAI)遥感影像同化以改善区域单产估测的方法。研究首先通过地理信息系统将美国农业部开发的“考虑气候的作物环境决策模型”——EPIC模型，扩展为空间模型。然后，通过基于Landsat TM影像差值植被指数DVI与田间观测叶面积指数构建的最优回归模型，反演了研究区域的多时相叶面积指数影像。最后通过优化算法实现了空间EPIC模型与影像信息的同化，并将系统应用于河北石家庄地区2004年冬小麦的单产估测。结果表明，通过数据同化校正部分关键参数后的空间作物模型的单产模拟精度得到有效提高，但要达到业务运行精度仍有待进一步改善。     

退化草地的系统性恢复:概念、机制与途径

草地是地球陆地面积最大、分布最广泛的多功能生态系统,长期以来过高的家畜数量使草地超载过牧,同时气候变化也对草地的生态稳定性产生负向作用,导致世界及我国的草地出现普遍性退化。草地退化是制约草地实现生产、生态功能的世界性环境问题之一,如何有效地使退化草地恢复是人类面临的巨大科学与技术挑战。迄今对草地恢复的研究已有几十年的历史,而这些研究总体上还处于初步发展阶段,并且实践多于理论研究,尚未形成有共识的草地恢复理论。只有深刻认识草地恢复的过程、机制及途径等理论问题,才能更有效地建立其相关的技术基础,进而研发出行之有效的草地恢复技术。本文作者针对草地恢复问题,分析总结了以往建立的草地恢复模型,即恢复演替理论、阈值模型、选择状态模型及过滤模型等,在此基础之上提出了草地的系统性恢复概念,即通过构建基本的草地关键组分（植被-动物-微生物的营养级物种与优势种）激发草地生态（跨营养级的养分-水分联系、地上-地下耦合等）的自组织过程,实现以系统稳定平衡和多功能协同为目标的恢复方式。草地的系统性恢复强调:恢复目标是接近或达到新的稳定平衡状态,这种状态能够保证维持草地主体功能即可。草地的恢复方式是从营养结构到生态过程和多功能的“系统化”,实际上是从“系统”角度定义、实施草地恢复;草地结构的恢复,即需要恢复草地的优势种或营养级物种,以此构建的生物多样性、食物网或生态网络之框架;草地过程的恢复是实现其自组织性,即依赖草地的内源动力,促发草地过程“自然地”达到稳定状态,这种内源动力源于草地系统存在的生物组分,由于生物可以进行新陈代谢而产生对环境的适应,以及环境对生物的反馈;草地功能的恢复主要是恢复草地的多功能（产品生产与生态服务）,并使多功能之间形成协同与耦合,最终体现的是草地恢复的结构整体性、过程自组织性和功能完整性。文中还阐释了草地系统性恢复的相关机制,同时,对草地系统性恢复的主要方式或途径——封育式自然恢复、人工辅助式干预恢复、适度利用式激发恢复等,进行了深刻解析。鉴于我国牧区的草地面积、家畜数量基数、以及社会生产状况,草地的适度利用恢复可能是一种现实而有效的恢复途径。尽管草地恢复与草地退化密切关联,然而,草地恢复的过程与机制远比想象得更加复杂。本文构建了草地系统性恢复的概念框架,试图丰富、推动发展草地恢复的一般性理论。今后,仍然需要在不同的退化草地上,开展更多的长期试验与技术实践来检验、修正及发展这一概念。     

响应面法优化蓝莓果渣不溶性膳食纤维提取工艺

以榨汁后的蓝莓果渣为原料,提取可溶性膳食纤维后采用碱法提取不溶性膳食纤维,在单因素试验基础上采用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken设计响应面试验,考察液料比、浸提时间、碱液质量分数、浸提温度对不溶性膳食纤维提取率的影响,优化提取工艺。结果表明:最佳提取工艺条件为液料比20∶1(m L∶g)、浸提时间90 min、碱液质量分数5%、浸提温度50℃,蓝莓果渣中不溶性膳食纤维的得率为41.06%;该不溶性膳食纤维的持水力为13.19%,溶胀度为15.56 m L/g。同时利用扫描电子显微镜对蓝莓果渣不溶性膳食纤维的表面形态进行了表征。     

农业土地系统研究及其关键科学问题

如何科学合理利用土地是实现人类可持续发展的关键。随着人类对土地利用问题愈发关注,在“土地利用/土地覆盖变化”、“全球土地计划”等国际科学研究计划的推动下,“土地系统科学”的学科体系逐步形成,农业土地系统研究成为土地系统科学的热点方向之一。本文以全球土地计划与土地系统科学为指引,旨在明晰“农业土地系统”的概念,系统梳理农业土地系统研究的技术方法、内容对象以及关键科学问题,为进一步丰富和完善土地系统科学学科体系,推动全球变化、粮食安全及农业可持续研究提供参考。研究认为：第一,多维度格局探测与分析是农业土地系统研究的重要基础：农业土地系统不仅关注耕地与其他土地利用类型之间的相互转换特征、规律和过程,而且更为关注耕地内部多熟种植制度、农作物空间格局、利用集约度、综合生产能力等结构和功能的多维变化,因此,需要依靠多学科/数据的交汇、融合等手段来揭示农业土地系统的复杂特征;第二,多模型耦合的过程与机制解析是农业土地系统研究的核心内容：在明晰农业土地系统时空格局特征的基础上,通过建立土地系统格局与其影响因素之间的关系,并将这种关系在时间维度进行扩展,进而实现农业土地系统变化过程和机制的动态表达,目前,土地变化模型的建模手段已从传统单一的地理模型或经济模型研究转向模型耦合研究,以反映农业土地系统中“人类-环境”的复杂关系;第三,多内容的综合效应评估与调控是农业土地系统研究的关键任务：农业土地系统与全球变化、粮食安全及农业可持续发展等问题密切关联,农业土地系统时空格局探测、过程机制解析的最终目的在于通过协调农业土地系统与农业资源、环境和生态的相互关系,考虑不同系统之间的权衡优化关系,追求土地利用的最佳社会、经济和生态综合效益,以建立人地和谐、可持续的农业土地利用模式。解决农业土地系统研究的这些关键科学问题,将有力促进自然科学和社会科学的融合,推动土地系统科学及相关研究领域的发展。     

基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究

【目的】中国是发展中的农业大国,人均资源极其稀缺,粮食安全始终是关系到国民经济发展、社会稳定与国家自立的全局性重大战略问题。人均粮食需求量是计算国家粮食需求量、制定保障粮食安全相关政策时的基础性指标。论文首次从居民营养健康的视角出发,分析中国人均粮食需求量的组成部分,测算基于平衡膳食模式下的中国人均粮食需求量,为实现资源的效用最大化、确保中国粮食安全提供新的数据支持,也为相应消费引导政策的制定提供科学依据。【方法】采用膳食平衡分析法计算基于平衡膳食模式下的人均口粮和饲料用粮、加工用粮的需求量;采用趋势预测法计算种子用粮、工业用粮、损耗等人均需求量。在此基础上,应用情景分析法讨论其不同影响程度。【结果】基于平衡膳食模式的人均粮食需求量不超过400 kg•a-1;其中,低方案为252.64  kg•a-1,中方案为322.07 kg•a-1,高方案为386.60 kg•a-1。近年来,中国实际人均粮食消费量在406.09-378.88 kg•a-1波动,实际值大于基于平衡膳食模式下的人均粮食需求量。【结论】中国人均粮食需求量 322.07 kg•a-1,基本满足中国人均粮食安全的需求量。如果中国粮食人均占有量386.60 kg•a-1,就能够基本确保中国的粮食安全。目前,中国居民由于不合理的食物消费结构模式,造成基于平衡膳食模式下的人均粮食需求量与人均粮食消费量存在差异。为此,国家应该以营养健康为目标调整食物生产结构、加强居民对平衡膳食结构等食物消费认识的宣传普及工作,以及引导居民建立合理的食物消费习惯。     

锡林郭勒典型草原不同放牧强度下土壤微生物数量的分布特征

比较研究了锡林郭勒典型草原不同放牧强度下土壤微生物数量的分布特征.平板计数的结果表明:在0～10cm和10～20cm土层中,土壤好气性细菌(Aerophilebacteria)和放线菌(Actinomycetes)数量均表现为放牧3d(G3)＞不放牧(G5)＞放牧12d(G1)样地的趋势;好气性细菌数量在0～10cm土层中,放牧3d与放牧12d和不放牧样地之间有显著性差异;在10～20cm土层,放牧3d和不放牧与放牧12d之间有显著性差异.放线菌数量在0～10cm和10～20cm土层中均为放牧3d与放牧12d之间有显著性差异.土壤真菌数量在0～10cm土层中,放牧12d＞放牧3d＞不放牧,其中放牧3d比不放牧增加5.88%.可见,适当放牧有助于土壤微生物数量的增加,而过度放牧会导致土壤微生物数量明显减少.     

不同刈割年限天然草地土壤呼吸特性研究

通过对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸特性及土壤微生物的测定,研究4种不同刈割方式对天然草地土壤呼吸特性及土壤微生物的影响,为草甸草原碳收支研究提供基础理论依据。结果表明:刈割对天然草地土壤呼吸速率、微生物量碳氮、土壤酶活性和微生物数量存在一定影响。4种不同刈割年限的天然草地土壤呼吸速率的日最高值均出现在12:00-14:00之间,对照区最高为4.874 mg·m^-2·h^-1,两年刈割区为4.603 mg·m^-2·h^-1,一年刈割区为4.230 mg·m^-2·h^-1,三年刈割区最低为4.154 mg·m^-2·h^-1;随着刈割年限的增加土壤呼吸速率呈现降低趋势。土壤微生物量碳、氮含量、土壤酶活性(除脲酶)以及微生物数量在表层(0~10 cm)含量最高(活性最强、数量最多),均表现出随土壤深度增加而降低(活性下降、数量减少)。微生物数量变化规律与土壤呼吸速率变化结果一致,而微生物量碳、氮含量则是两年刈割区最高,除脲酶其他3种酶也是两年刈割区酶的活性最强,而脲酶各层酶活性变化不规律。土壤呼吸速率与微生物量碳、氮,蛋白酶、转化酶、过氧化氢酶、微生物数量呈正相关,与脲酶呈负相关。     

繁荣昌盛的乌兰察布市千名科技人员下基层活动

<正>目前,乌兰察布市围绕生猪肉鸡、肉牛肉羊、奶牛、饲草饲料等几大主导产业,以"送科技下乡、带推广服务、促增产增收"为主题,以满足农牧民的科技需求为出发点,组织开展千名科技人员深入农牧业生产第一线活动正在如火如荼的开展中。通过活动的开展,解决了农牧业生产过程中的技术难题,促进了农牧业实用技术的推广与普及,发挥了科技人员在农牧业产业化过程中的科技引领和支撑作用,推进了乌兰察布市现代农牧业发展步伐。     

追氮量对不同品质类型小麦产量和品质的调节效应

以不同品质类型的4个小麦品种为试验材料,采用二因素随机区组设计,研究了品种和氮肥运筹对产量和品质的影响。结果表明,在底肥相同的条件下,在一定范围内增加追施氮肥,产量显著提高。增施氮肥可显著提高各品种子粒蛋白质含量。除吸水率外,不同品种各项品质指标均随施氮量增加而提高,处理间差异显著。B2和B3(增加追施氮肥)的拉伸度、拉伸面积、面包体积和面包评分均显著优于B1(未追施氮肥)。子粒蛋白质含量与其它14项品质指标呈正相关。吸水率、沉降值、形成时间、稳定时间、拉伸阻力、拉伸比值、最大拉伸阻力、最大拉伸比值、拉伸面积、面包体积、面包评分等11项指标间存在显著或极显著的正相关关系。试验结果表明,强筋小麦品种并非各项品质性状均优于中筋小麦品种。     

东北地区主要作物种植结构遥感提取及长势监测

以中国东北地区为研究区域,探讨基于遥感影像全覆盖的大尺度作物种植结构自动提取及长势遥感监测的技术方法。通过分析东北地区春玉米、春小麦、一季稻及大豆等主要作物时序光谱特征,确定不同作物种植结构遥感提取的阈值,建立基于MODIS NDVI数据的上述4种作物种植结构提取模型,获取2009年东北地区主要作物空间种植结构格局特征。其次,基于MODISNDVI数据,利用差值模型,通过与近5 a作物长势的平均状况进行对比,分析研究东北地区2009年4种作物的长势状况。结果显示,与多年平均统计数据比较,基于遥感提取的作物种植结构信息,总体精度达到了87%以上;不同作物长势在其整个生育期内在时间和空间分布上都有较大差异。研究表明,通过MODIS数据提取不同作物种植结构及进行大尺度作物长势监测的技术和方法是可行的,研究为中国农业遥感监测系统大尺度业务化运行的作物种植结构提取提供了有效方法。