近20年中国耕地复种指数的时空变化

多熟种植是中国重要的种植制度,对保障国家食物安全和促进农村经济发展有十分重要的意义。复种指数受自然条件和农村社会状况的影响处于不断变化之中,及时获取其变化信息是国家食物安全评估和农业发展科学决策的基础。近年来对食物安全的研究集中于耕地面积变化的影响,对复种指数变化及其影响的研究较少。作物种植面积和复种指数变化的估计一直以行政区划为单元的统计数据为基础,但获得这些数据费时费力,时效性和可靠性都比较差,更缺乏准确的空间和时间变化信息。卫星遥感是探测大尺度土地覆被格局实时变化的最有效手段,因此可以作为获取全国和区域尺度作物复种指数变化信息的重要途径。作者应用多时相NOAA/AVHRR遥感观测数据和峰值特征点检测法提取全国尺度的复种指数,并分析其从20世纪80年代初到90年代末的变化。结果表明全国复种指数整体增加,但在珠江三角洲、长江中下游、四川盆地丘陵山地以及山东丘陵等地区有所降低。复种指数下降的耕地占全国总面积15%左右。在四川盆地和黄淮海区,复种指数在平原地区有所增加或保持稳定,下降多发生在丘陵山地,但在长江中下游和华南精耕细作地区出现复种指数降低的趋势。     

中国农田生产力变化的空间格局及地形控制作用

中国政府高度重视粮食安全, 采取一系列措施提高粮食生产并取得了一定的成效, 但是20 世纪90 年代全球农业生产徘徊不前并不仅是一种由特定政策或市场因素导致的短期现象。因此, 认识在长时间尺度上农田生产力变化的特征及其控制因素对保障国家粮食安全、制定农业政策及调节生态系统服务功能具有重要意义, 研究稳定少动但对农田生产力形成有 重要影响的地形因子对农田生产力变化的作用是其中的一项重要内容。生态系统生产力遥感 机理模型能够清晰地表达国家尺度农田生产力的时空格局, 应用1981~2000 年的NOAA/AVHRR 卫星遥感数据驱动GLO-PEM 模型, 以10 年为时间尺度分析20 世纪80 年代 到90 年代农田生产力变化的空间格局特征。研究结果表明, 在10 年的时间尺度上, 地形特征控制着农田生产力变化空间格局分异规律, 农田生产力降低的几率随地形起伏度增大而增加, 山区耕地发生生产力下降的可能性比平原耕地高10%~30%。在研究时期内尽管中国农田生产力总量增加, 但仍有24%的农田发生农田生产力下降, 其中71%在丘陵山地, 尤其是地形起伏破碎的黄土高原及云贵高原地区。     

1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.     

亚热带针叶林水碳通量的模拟及其与观测的对比研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物-土壤-大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型,在区域和全球尺度上得到广泛应用.尽管该模型在大尺度上已经应用大量的植被生产力,碳储量和叶面积测定以及遥感反演数据进行了验证,但还缺乏在冠层和景观尺度上对模型的机理过程(如对光合,呼吸和蒸散过程及其导致的水碳通量变化)模拟的检验.以近年来生态系统机理过程研究的最新进展为基础,对模型进行改进,应用一个亚热带针叶林水碳通量连续观测数据对模型模拟结果进行检验,并分析机理模拟与涡度相关观测得到的水碳通量与环境条件关系的差异.模型模拟的主要水碳通量季节变化特征均与观测值一致.对蒸散和土壤水分的模拟结果与观测值相近,分别解释了观测值90%和86%的变异性,但是模拟值系统偏低.模拟的年总光合碳固定(GPP)和生态系统呼吸(Re)接近于观测值,并且能够分别解释其观测值79%和88%的变异性.尽管净生态系统生产力(NEP)的模拟值(394 gC/m2)也与观测值(387.15 gC/m2)接近,但是它仅能解释观测值31%的变异性.与观测值相比,模拟的NEP在冬季偏低而在夏季偏高.通过与温度、水汽压差的相关分析表明,在严重的高温和缺水胁迫条件下,模型没有准确模拟生态系统光合和呼吸过程.结果证明CEVSA模型对水碳循环的模拟与植被冠层尺度水碳通量测定结果一致,但仍然需要对极端温度和水分胁迫效应的模拟作进一步的ChinaFLUX.     

中国植被和土壤碳贮量

应用0.5°经纬网格分辨率的气候、土壤和植被数据驱动的生物地球化学模型估算了当前中国植被和土壤的碳贮量. 结果表明, 中国陆地生态系统植被和土壤总碳贮量分别为13.33和82.65 Gt, 分别为全球植被和土壤碳贮量的3%和4%, 平均植被和土壤碳密度分别为1.47和9.17 kg/m². 它们受气候、植被和土壤类型等影响, 区域差异明显, 其总趋势是暖湿的东南区大于西北干旱区. 最高植被碳密度出现在温暖的东南和西南地区, 而最高土壤碳密度出现在寒冷的东北地区和青藏高原东南缘. 这些空间类型决定于由气候状况所控制的植物生产力和土壤有机质分解速率, 表明植被和土壤碳密度由不同的气候因素所控制.     

新疆阜康绿洲荒漠过渡带植物群落物种多样性特征

分别采用重要值、盖度、多度计算多样性指数、均匀度指数、丰富度指数、优势度指数，对新疆阜康荒漠地区植物群落的物种多样性进行了研究。结果表明：1)各类型群落的物种多样性水平表现为红柳、红砂、梭梭这三个群落较高，肉叶雾冰藜群落、叉毛蓬群落、盐爪爪群落、囊果碱蓬群落和雾冰藜群落居中，无叶假木贼群落和碱蓬群落较低；2)研究区总体群落物种多样性水平较低，随着群落演替其物种多样性水平呈现低—高—较高的变化趋势；3)对荒漠植被，以重要值或盖度为指标计测多样性指数较为可行。     

陆地生态系统碳循环的多尺度试验观测和跨尺度机理模拟

准确估计陆地碳汇时空变化是预测气候变化和执行温室气体控制协议的基础.近10年来,以大型试验环境控制、涡度相关测定和定量遥感为代表的新技术手段的应用推动了多尺度生态观测网络的建立,获得和积累了大量有关陆地生态系统碳循环变化的数据.但是这些高强度和多尺度观测并没有显著降低对陆地碳汇及其变化估计和机理认识的不确定性.其主要原因是这些观测主要是在各个尺度上分别进行的,而生态系统碳循环变化取决于从生物个体的短期反应到区域生态系统格局长期变化各个尺度过程的相互作用.试验和观测总是在特定尺度上进行的,认识和定量表达跨尺度相互作用需要应用机理模拟的方法.但是,现有的生态机理模型以单一尺度试验观测数据为基础,不能现实地模拟生态系统大尺度格局、结构和过程对环境变化的动态响应和适应.估计和预测由多尺度过程相互作用决定的陆地碳汇变化要求构建新的生态系统理论框架和机理模型,集成和定量表达从生理生态过程响应到生态系统格局适应性变化的传递机理和非平衡生态系统演替机制.多尺度数据-模型融合(Data-modelfusion)是近年来发展起来的生态系统碳循环研究的新方法,它包括应用多尺度观测数据建立跨尺度机理模拟模型;应用多种观测数据在不同尺度上对模型进行检验和验证;应用动态观     

中国西部干旱区生态环境演变与调控研究进展与展望

国家重点基础研究发展规划项目"中国西部干旱区生态环境演变与调控研究"实施 2年来,在古气候重建和环境变化,绿洲的演变规律与驱动力,绿洲水盐平衡与主要水文过程,绿洲生态系统的结构、生态过程与稳定性,山地、绿洲、荒漠三大生态系统耦合机理,生态景观演变规律及其对气候变化的响应,重大工程行为的生态环境效应,荒漠化成因及时空分布等研究方向和内容上取得了重要进展。在此基础上,项目后 2年的研究重点将继续以绿洲安全机制研究为核心,在时间序列上,重点研究近 2 000年来绿洲的形成演变规律,特别是近百年及近50年来西部干旱区气候变化与绿洲形成演变的关系,定量辨识绿洲发展演化的驱动力;在空间结构上,阐明绿洲格局的动态过程,深入探明山地、绿洲及荒漠生态系统耦合关系、绿洲生态系统稳定性机理与安全、高效、持续发展模式等;结合西部大开发工程建设和产业发展的进程,研究开发重大工程的生态环境效应,建立不同类型的生态建设示范区;配合国家重大工程时段,对西部干旱区生态环境演变趋势进行预测,提出生态系统的调控体系和管理模式,为西部开发和可持续发展服务。     

森林生物量遥感估算与应用分析

遥感图像光谱信息具有良好的综合性和现势性,利用遥感信息和GIS技术进行森林生物量估算及碳过程的研究已经成为一种全新的手段。本文对森林生物量遥感估算方法及其应用进行了深入分析,总结了利用遥感信息进行森林生物量估算的四种主要方法:遥感信息参数与生物量拟合关系的方法、遥感数据与过程模型融合的方法、基准样地法(KNN方法)以及人工神经网络模型方法,并在此基础上分析了当前该领域研究的不足,以及今后利用遥感方法进行森林生物量估算的主要发展方向。