基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型

旨在阐明双季稻分蘖数与冠层反射高光谱间的定量关系,构建基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型。基于不同早、晚稻品种和施氮水平的田间试验,于关键生育期(分蘖期、拔节期和孕穗期)测定早、晚稻分蘖数,同步使用FieldSpec HandHeld 2型高光谱仪采集早、晚稻冠层反射高光谱数据,分别利用光谱指数法和连续小波变换构建新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数进行监测,建立双季稻分蘖数光谱监测模型,并用独立试验数据进行检验。结果表明,新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数的监测效果优于其他类型光谱参数(植被指数和“三边”参数),其中位于红边区域的小波特征db7(s9,w735)监测早稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.754,模型检验相对均方根误差RRMSE为0.128;位于红边区域的小波特征mexh(s6,w714)监测晚稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.837,模型检验RRMSE为0.112。研究结果可为双季稻分蘖数快速无损监测和群体质量精确调控提供理论基础与技术支持。     

栖霞市苹果园氮磷养分平衡及环境风险评价

栖霞市是中国最主要的苹果产区之一,近年来果园单位面积养分的大量投入造成了区域氮、磷元素的过量富集,进而对当地的土壤、水资源、大气等环境要素造成一定的污染。因此,了解苹果主产区施肥现状,并科学评价其环境风险具有重要的现实意义。以栖霞市为研究区域,通过实地调研、田间试验、室内模拟等方法,分析了苹果园氮磷养分的输入量及输出量,进而构建养分平衡模型,对区域环境风险进行了综合评价。研究结果表明:1)2018年栖霞市苹果园养分投入量为:有机质5360.28 kg/hm^2,N 545 kg/hm^2,P2O5568.76 kg/hm^2,K2O 712.57 kg/hm^2;2)氮素的气态损失、果实及枝条带走量各占输入总量的6.49%、24.34%、3.12%,盈余率达66.04%(402.97 kg/hm^2);磷素被果实和枝条带走量分别占输入总量的12.33%和2.55%,盈余率达85.12%(484.75 kg/hm^2);栖霞市氮、磷盈余量均超出环境安全的阈值,分别属于中风险和高风险范围。因此,在保证果园产量与品质的前提下,适当减少化肥使用量、逐步建立水肥一体化的果园施肥模式、提升果农科学的管理经验,应成为果园可持续发展的主攻方向。     

中国土地集约利用与区域生态效率耦合协调度时空格局

土地集约利用与区域生态效率的耦合协调发展对城市可持续发展和生态文明建设意义重大。该文采用熵权法和非期望产出的超效率SBM模型分别评价了2004—2016年中国284个地级市土地集约利用程度和区域生态效率;在此基础上,分别运用耦合协调度模型和空间自相关分析方法研究了两者耦合协调度及空间关联格局的时空演变特征。研究结果表明:当前中国城市土地集约利用与区域生态效率协调性整体处于轻度失调阶段,但耦合协调度随时间呈逐步增强态势。协调度空间分布整体呈现“东部和中部高,西部低”的格局,且随时间推移发生较小改变。全局空间自相关结果表明:耦合协调度存在显著空间正相关性,且随时间推移关联程度先增强后减弱。局部空间自相关结果显示:正相关类型高高集聚(HH)与负相关类型低高集聚(LH)主要分布在东部地区,而正相关类型低低集聚(LL)和负相关类型高低集聚(HL)主要分布在西部地区,其中,HH、LH和LL型主要以“组团”形式出现,聚集性强,HL型则散乱分布。随时间推移,除HL型外,其余类型空间分布的整体格局较为稳定。应制定科学的环境经济和环境技术政策,加强对城市的差异化监控与管理,合理进行分区管控并推进市域之间的技术与创新合作等来增强土地集约利用与区域生态效率的协调性,促进城市可持续发展。     

猪粪施用量对红壤旱地理化性质及酶活性的影响

为研究猪粪的合理施用及其对红壤旱地地力提升的效应,利用在第四纪红壤旱地中连续3年分别施用0、7.5、15、30、45 t·hm~(-2)猪粪的小区定位试验,比较不同处理下菠菜和玉米地上部生物量、土壤相关理化性质、碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明:菠菜和玉米地上部生物量、土壤有机质、土壤全量和速效态氮磷钾含量均随猪粪施用量的增加呈线性增加。当猪粪施用量达45 t·hm~(-2)时菠菜、玉米平均地上部生物量分别达到11.48、20.84 t·hm~(-2),土壤有机质和全氮、全磷含量分别达14.6、1.07、0.73 g·kg~(-1),土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别达85.47、106.9、411.7 mg·kg~(-1),但与猪粪施用量为15和30t·hm~(-2)时土壤养分含量的差异不显著,而土壤中与碳氮磷循环相关的6种酶活性则与猪粪施用量呈线性相关,且在施用量为30或45t·hm~(-2)时出现显著差异;6种酶活性与土壤有机质、养分含量间均具有显著或极显著正相关关系。研究结果显示,第四纪红壤旱地在本试验猪粪施用量范围内,土壤有机质和养分含量、酶活性等指标均随施用量的增加而相应提高,作物地上部生物量亦呈线性增加,但同时须注意土壤速效态养分含量过高可能带来的氮磷流失加剧等问题。     

土壤微生物生物地理学：国内进展与国际前沿

土壤微生物生物地理学是研究土壤中微生物空间分布格局及其随时间变化的一门科学,是土壤微生物学和微生物生态学等领域的研究前沿。近年来,尽管土壤微生物生物地理学研究取得了巨大进展,目前仍面临诸多难题与挑战。本文简要回顾了土壤微生物生物地理学的发展历程,重点介绍近年来我国在森林、草地和农田生态系统中土壤微生物生物地理学研究的主要进展。同时进一步阐述了目前土壤微生物生物地理学研究的国际前沿方向,包括微生物群落空间分布及其驱动机制、群落构建过程与共存网络、微生物地理分布与生态系统功能的关联以及预测微生物群落对全球变化的响应。最后,对土壤微生物生物地理学未来的研究方向进行了展望,强调了清晰的微生物物种定义、微生物群落的时间动态、多组学与合成生物学技术以及高精度的预测模型在土壤微生物生物地理学研究中的重要性。     

固原市玫瑰苑小区低影响开发措施改造对降雨径流的调控效益

[目的]计算住宅小区海绵改造后对降雨径流的调控效益,旨在为海绵城市建设提供技术参考。[方法]结合宁夏回族自治区固原市某住宅小区各低影响开发(low impact development, LID)设施的布设情况,计算不同设计降雨量下LID设施对降雨径流的截蓄量与各LID设施截蓄容积的利用率;再结合固原市2004—2014年的降雨资料,计算出该小区年均降雨径流总截蓄量与各LID措施对降雨径流的截蓄量。基于计算出的小区LID设施对降雨径流的截蓄数据,结合资源环境经济学原理,计算小区降雨径流年调控效益、单方降雨径流调控效益与各LID措施年均降雨径流调控效益。[结果]小区海绵改建后,年均降雨径流调蓄量增加11 568 m~3,产生的效益为111 302元/a,单方降雨径流调控效益为9.62元/m~3;各LID设施年均效益分别为:雨水花园45 273元/a,下沉式绿地27 103元/a,雨水桶6 654元/a,雨水池32 272元/a。[结论]住宅小区海绵改建能够有效控制小区降雨径流的外排量,提高小区年径流总量控制率,具有明显的经济、环境和社会效益。     

台湾省植被NDVI随海拔高度的变化及其气候响应

[目的]揭示台湾省陆地植被生态系统随海拔高度的变化趋势及其响应程度,为区域可持续发展、生态环境保护提供理论依据。[方法]基于台湾省1998—2018年SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据、气象及DEM数据,结合相关分析法、回归分析法等数理统计方法,对气候变化下的台湾省植被归一化植被指数(NDVI)变化趋势及区域响应进行了分析。[结果] 1998—2018年台湾省植被NDVI均值增长率为5.09%;台湾省不同高程范围所占的面积比例差异较大,500 m区域的面积比例高达52.49%,3 600 m区域的面积比例仅为0.01%,且NDVI均呈现较低值,分别为0.72和0.73;1998—2018年台湾省海拔除3 600 m外,其他海拔高程范围NDVI均值增长明显(p0.001);在500～3 600 m高程范围内,NDVI年均值与气温、降雨相关关系显著(p0.05)。[结论]海拔越高,植被生长状况对降雨的变化较气温更为敏感。     

黄土高塬沟壑区综合治理试验示范成果评述与高质量发展研究展望——以陕西省长武县王东沟小流域30 a多治理实践为例

[目的]研究黄土高塬沟壑区典型小流域综合治理的成效以及生态文明建设时期面临的问题,旨在为该区域高质量发展提供理论支持和实践经验。[方法]以陕西省长武县王东沟小流域综合治理试验示范研究实践为例,基于1986年以来的监测和研究资料,总结分析了该流域30 a多来不同时段在生态环境、土地生产力和农民经济收入等方面的变化。[结果]王东沟小流域综合治理过程存在明显的阶段性。①综合治理阶段(1986—1995)。以提高土地生产力为突破口,重点提高粮食产量和人均经济收入。同时从塬面到沟道综合整治水土流失,合理开发利用土地。②生态保护阶段(1996—2005)。更新与升级粮果管理措施,保护和改善生态环境,进一步稳定和提高了土地生产力。③高质量发展试验示范研究阶段(2006—2019)。以王东沟小流域为试点,从发展绿色高效技术的角度进行研究和示范,探索适合小流域内涵式高质量绿色发展的技术体系,为黄土高塬沟壑区的高质量发展奠定基础。[结论]为实现黄土高塬沟壑区的高质量发展,必须在生态文明理念指引下,重点研究流域生态管理和技术创新体制和机制建设,在总体控制水土流失基础上,保障人居环境的生态性,社会经济系统发展的可持续性以及流域生态系统结构和功能的和谐与完整性。     

覆盖作物翻压对华北平原春玉米产量和土壤养分的影响

冬季覆盖作物-春玉米种植模式是减缓华北平原冬小麦减少导致的耕地裸露及其环境影响的新型农业生产方式,但其翻压后对华北平原下一季春玉米生长季作物产量和土壤养分及微生物学性质的影响研究鲜见。本研究以华北平原冬闲田-玉米(WFM)为对照,设置毛叶苕子-玉米(VrM)、二月兰-玉米(OvM)以及冬油菜-玉米(BcM)3个覆盖作物处理,通过盆栽试验研究了冬季种植覆盖作物翻压对玉米生长季土壤理化性质、微生物量和玉米生长特性的影响。结果表明:(1)翻压覆盖作物显著提高了玉米产量以及作物养分吸收量。与WFM处理相比,OvM处理秸秆产量和籽粒产量提高幅度最大,分别为33.3%和35.5%(P0.05);BcM处理地上部氮、磷、钾和地下部磷素吸收量显著提高(P0.05),分别为30.7%、74.7%、57.6%和171.4%。(2)翻压覆盖作物能显著提高0～10和10～20 cm土层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全钾含量(P0.05)。此外,翻压覆盖作物能显著降低玉米幼苗期土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量(P0.05),范围为0.50～3.52和21.40～33.13mg·kg~(-1)。(3)在玉米的不同生育期,覆盖作物翻压处理的SMBC、SMBN和SMBP均显著高于冬闲处理(P0.05)。综合翻压覆盖作物对华北平原玉米产量及土壤理化性质和微生物量含量的影响,华北平原冬油菜-玉米和二月兰-玉米轮作模式效果较好。     

利用SAR影像与多光谱数据反演广域土壤湿度

针对基于主动微波遥感途径开展广域土壤湿度反演的过程中,对植被和土壤粗糙度影响难以进行有效估算的问题,该研究联合多极化雷达和原始多光谱数据源,提出一种改进的卷积神经网络(Improved Convolutional Neural Network,ICNN)方法。该方法采用不同尺寸的卷积核对原始变量进行一维卷积运算,自适应提取能反映测区土壤湿度时空差异的高级特征维;同时,去除了传统卷积神经网络结构中的池化层,保证提取的特征信息完整。试验结果表明,在边长超过100 km的四川盆地研究区域内,模型预测值与样本数据相关系数达到0.934,预测值偏差服从均值趋近于0的正态分布,均方根误差为1.45%,误差分布范围小于6.3%,结果具有较高的可靠性。该方法可为精准农业、旱涝灾害等领域的广域监测研究提供一定的支撑。