玛纳斯河流域植被覆盖度随地形因子的变化特征

基于2000-2016年MODIS NDVI数据,利用像元二分模型和ArcGIS空间分析功能对玛纳斯河流域植被覆盖度分布格局及动态变化特征进行研究,并分析植被覆盖度变化在高程、坡度和坡向上的空间分布差异。结果表明：（1）玛纳斯河流域以低等级植被覆盖为主,高等级植被覆盖面积显著增加,其它各等级面积波动较小,研究期内植被覆盖改善的面积比例（31.17%）远大于退化的面积比例（16.1%）,研究区总体植被覆盖度增加,生态环境有所好转。（2）在海拔<800m,坡度<8°区域内,植被覆盖度明显改善,植被显著退化区主要分布在海拔1300-3400m,坡度>25°区域内,植被覆盖度未发生变化的区域主要集中在海拔>3600m范围内。（3）当海拔>2100m时,植被覆盖度随海拔增加呈现持续减少的趋势,海拔低于2100m的地带,植被覆盖度随海拔增加波动较大。（4）随着坡度的增加,植被覆盖度呈逐渐减小的趋势,全流域0?5°坡度范围内植被覆盖度最大（42.69%）。（5）在各坡向上,植被覆盖度差异不明显。流域内平地上的植被覆盖度最大（44.21%）;阴坡的植被覆盖度优于阳坡,植被变化趋势除在平地区域较显著外,其余坡向间差异不大。     

基于SWAT模型的气候变化下水文响应分析——以福建省长汀县朱溪小流域为例

本文以长汀县河田地区朱溪小流域为研究区,基于多年的气象、水文数据及高程数据模型、土地利用图、土壤类型图等,构建朱溪小流域SWAT模型。本文在假设下垫面条件不变的情况下应用假定气候情景法,通过改变日最高、最低气温值和逐日降雨量值构建15种不同的气候条件情景定量模拟分析气候变化对朱溪小流域径流的影响。研究结果表明:降水和温度的变化共同影响着朱溪小流域的产流过程,朱溪小流域的径流量与降雨量呈现正相关关系,与气温呈现负相关关系;相对于温度变化对朱溪小流域径流的影响,降雨量对于研究区径流量的影响更大。     

地理加权回归模型结合高光谱反演盐生植物叶片盐离子含量

快速、无损地估算盐生植物叶片盐离子含量在植物生长监测、耐盐植物筛选和土壤盐渍化监测等方面有实用价值。该研究以新疆艾比湖保护区内盐生植物为研究对象,通过分析植物叶片盐离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))含量与冠层高光谱数据的光谱变换和二维植被指数(比值型植被指数(ratiovegetationindex,RVI)、差值型植被指数(difference vegetation index,DVI)、归一化型植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI))的相关性选取特征波段,构建基于地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR)的叶片盐离子含量估算模型,并与BP神经网络模型(back propagation neural network)进行对比,研究基于GWR模型估算干旱区盐生植物叶片盐离子的可行性。结果表明,选取特征波段集中表现在红及短波红外波段:K~+含量在反射率倒数的对数选取的红光区域内波段使用GWR估算效果最佳;Na~+的特征波段在光谱变换下集中于短波红外区域,二维植被指数集中在近红外、短波近红外及黄、橙、红区域,各种波段选取下GWR对Na~+的含量估算均有较好效果,但反射率对数的一阶估算效果最好;Ca~(2+)含量在反射率平方根的一阶微分下选取的短波红外波段通过GWR模型估算效果最好;Mg~(2+)含量在DVI选取的位于红光区域特征波段估算效果最佳,但使用GWR模型对Mg~(2+)的估算精度不及BP模型。分析基于GWR盐离子模型估算模型发现,含量较高的离子估算效果更好,K~+、Na~+的模型精度优于Ca~(2+)、Mg~(2+)。在使用GWR模型估算植物叶片盐离子含量时,特征波段均指向红及短波红外波段,符合植被光谱机理的响应。     

基于CSLE模型的天山北坡西白杨沟流域土壤侵蚀定量评价

[目的]定量评价天山北坡西白杨沟流域水土流失土壤侵蚀状况,分析其分布特征,为区域水土保持以及生态环境建设提供科学依据。[方法]以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐县西白杨沟流域为研究区,采用样地调查与地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术相结合方法和CSLE模型,对西白杨沟流域进行土壤水力侵蚀评价及侵蚀强度空间分布分析。[结果]天山北坡西白杨沟流域平均土壤侵蚀模数748.91 t/(km~2·a)。地形对土壤侵蚀强度影响明显,在坡度20°～40°区域,土壤侵蚀模数最高,为1 127.22～1 229.62 t/(km~2·a)。缓坡(20°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈正效应,而在陡坡(40°～70°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈负效应。土壤侵蚀主要发生在南坡、东南坡和东坡;不同土地利用方式对土壤水力侵蚀程度影响不同,表现为:呈灌木林地[1 709.80 t/(km~2·a)]有林地[1 389.40 t/(km~2·a)]天然牧草地[605.20 t/(km~2·a)]人工牧草地[334.71 t/(km~2·a)]水浇地[113.69 t/(km~2·a)]的趋势。[结论]土壤侵蚀强度总体以微度和轻度为主,强烈侵蚀、极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在流域的中下游和下游;天山北坡西白杨沟流域侵蚀强度的空间分布与地形、土地利用、土壤性质联系紧密。     

基于APSIM模型评估北方八省春玉米生产对气候变化的响应

基于北方地区农业气象试验站春玉米多年田间试验数据和逐日气象数据,分析农业生产系统模型APSIM在北方八省春玉米产区的适用性,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,模拟过去54a（1961?2014年）该地区春玉米的生长发育和产量形成过程,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。结果表明：验证后的APSIM玉米模型在北方八省春玉米产区具有较好的适用性。气温和土壤温度是北方各地春玉米发育期的首要关键气象响应因子,其中北方春播区春玉米各关键发育期对最高气温响应最明显,西北内陆区春玉米各关键发育期对最低气温响应最明显。平均气温、日最高气温、日最低气温和土壤温度的升高均会导致春玉米生育期（出苗、开花和成熟）日序提前,发育天数减少,春玉米提前成熟。北方春播区春玉米产量对温度、降水、日照时数响应明显,西北内陆区春玉米产量对温度和潜在蒸散响应明显,大部分地区温度的升高和潜在蒸散的增加会引起玉米产量的显著下降。     

基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。     

基于CA-Markov模型的山东省临沂市土地利用格局变化研究及预测

以山东省临沂市为例,基于1990年、2000年和2010年Landsat TM影像数据,运用马尔科夫(Markov)转移矩阵及地学信息图谱理论分析20a的土地利用格局变化,并利用CA-Markov模型对2020年研究区域的土地利用类型进行预测和模拟。结果表明:(1)耕地面积不断减少,但仍为研究区域的基质景观,建设用地面积不断增加,耕地转移成建设用地是土地转移的主要轨迹。(2)耕地—耕地—耕地为代表的稳定型图谱的面积最大,分布最广;反复变化型图谱所占比例较小。(3)2020年土地利用类型预测结果显示,土地利用格局将保持1990—2010年的变化趋势,耕地面积主要转出为建设用地。区域的优势景观仍为耕地,其次为建设用地;林地、水体、草地和未利用地面积变化较小,处在相对的动态平衡状态。研究结果为临沂市土地资源社会经济和环境生态协调发展提供了重要的参考依据。     

T-M水量平衡模型在流域产流计算中的应用

[目的]旨在通过研究流域各月度产水量,对水资源管理和农业灌溉用水调度进行指导。[方法]以锦阳川流域为研究对象,运用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)提取和处理空间土地利用、土壤及数字高程模型数据,结合降雨、气温及不同植物的根深数据,采用Thornthwaite and Mather(T—M)模型计算了水分亏缺与剩余,土壤水分补给与利用的周期及月度产流量。[结果]研究区2011年平水年全年总径流量为281.0mm,在1,3—4,6和10月,存在水分亏缺及土壤水分利用,面积加权的水分亏缺值为5.8mm;2月,11—12月降水对土壤水分进行补给;5和7—9月,存在水分剩余,面积加权的剩余值为286.2mm。丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)多年平均产水量分别为8.3×107,4.8×107及2.2×107 m3。[结论]研究区在丰水年(25%)的2,7—11月,平水年(50%)的2—3,7—9月和枯水年(75%)的12—2,7—9月存在水分剩余。     

不同生长时期丝栗栲林下土壤有机碳含量及矿化特征

[目的]分析土壤活性碳含量变化以及土壤有机碳的矿化特征,为今后深入了解掌握丝栗栲林下土壤有机碳的分解转化过程及其固碳潜力提供理论依据。[方法]基于野外取样调查以及室内分析得出的有机碳数据,利用双指数模型法,在Origin 8.6软件支持下拟合出活性碳含量以及有机碳矿化过程及强度的时空变化特征。[结果]土壤有机碳含量和活性碳含量均呈现明显的表层富集现象以及4月较低,8月最高,之后逐月降低的时间变化特点。土壤有机碳矿化强度虽然表现出与土壤有机碳和活性碳含量相同的垂直剖面特征和时间变化趋势,但其时间变化特征与土壤活性碳含量变化更为一致,只有0—20cm表层土壤表现出显著性变化。[结论]土壤有机碳矿化强度与微生物、温度和活性碳含量均达到极显著相关水平,但其时间变化特征与土壤活性碳含量变化更为一致,二者的关系更密切。