中国表层土壤有机质空间分布模拟分析方法研究

气候变化背景下,对土壤有机碳的研究是目前大尺度上土壤性质研究的热点。基于第二次全国土壤普查5 374个典型土壤剖面数据,分析表层土壤有机质(20 cm)与环境因素的相关关系,利用多元回归模型和HASM模型结合的方法模拟中国国家尺度上表层土壤有机质含量的空间分布格局,探讨该方法的模拟误差,为国家尺度上有机碳的估算提供方法参考。研究结果表明,对350个检验点模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差为15.61 g.kg-1和56.59%,与普通克里格法相比分别降低了1.61 g.kg-1和20.84%;对样点分布较少以及无样点的西北地区和台湾省的模拟结果也更符合实际情况。建模样点减少一半的情况下,模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差仅分别增加了0.14 g.kg-1和1.07%。因此,论文方法可作为模拟国家尺度上有机质空间分布相对有效的方法,同时如何使模型解释更多的土壤有机质空间变异将是进一步提高模拟精度的关键。     

土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展

作为土壤变化的时空定量监测方法,土壤属性空间插值方法及其精度是计量土壤学和"数字土壤"领域的重要研究内容。文章首先介绍了土壤属性空间插值的常用方法,包括克立格插值法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、样条插值法(Spline)、贝叶斯最大熵(BME)、地理加权回归(GWR)以及高精度曲面建模方法(HASM);其次阐述了土壤属性空间插值精度验证的方法和指标;再次总结了能够提高土壤属性插值精度的6种途径,包括合理选择插值方法、准确设定插值方法参数、合理设计采样数目和密度、注意空间自相关程度和范围的影响、科学安排实验分析顺序以及结合辅助信息进行插值;最后从插值方法的选择、验证指标的选取以及辅助信息的结合三个方面指出了土壤属性空间插值方法及其精度的未来研究方向。     

全球环境变化的系统研究方法浅议

论文总结和分析了数据获取现代技术手段、地理信息系统、数学模型和地学信息图谱的研究进展,从地球信息科学的角度探讨了我国全球环境变化的系统研究方法。     

国际粮食贸易影响下东北黑土地生产压力变化与保护策略

黑土地是重要的农产品生产基地之一,承担着保障国家粮食安全和维护农业生态安全的重要责任,保护好黑土地对促进我国农业可持续发展至关重要。测算与分析2000—2020年东北黑土地粮食生产耕地压力的变化情况,研究国际贸易对东北黑土地粮食生产的耕地压力的影响,利用国际市场占有率指数和贸易竞争优势指数分析东北黑土地农产品在国内及国际两个市场的竞争优势。结果表明：近20年来东北黑土地粮食生产的耕地压力基本处于安全压力区并呈逐步下降的趋势,玉米、大豆、稻谷三种主要作物生产的耕地压力分别从2000年的1.94、1.09和0.63下降至2020年的0.69、0.26和0.54。国际粮食贸易对黑土地粮食生产耕地压力减缓的作用显著且呈现出逐年上升的趋势,2020年对黑土地粮食生产耕地压力减缓的贡献率达26.22%,其中对大豆生产的耕地压力减缓的贡献率达511.48%。农产品贸易优势度分析结果显示,东北黑土地农产品在国内市场具有明显的贸易竞争优势,但在国际贸易中的竞争优势不明显。为此,提出了国际贸易粮食贸易变化背景下黑土地保护的若干建议,为东北黑土地保护及其粮食产能保障相关决策提供参考。     

黄土高原生态系统过渡带土地覆盖的时空变化分析

在全球气候变化及其生态环境效应研究中,生态系统过渡带作为气候变化和人类活动的敏感区域,其土地覆盖的时空变化分析逐渐成为土地利用科学研究的热点问题。基于GIS的时空分析方法,在对Holdridge生命地带模型的判别标准进行改进的基础上,构建了生态系统过渡带的时空分析模型。在建立土地覆盖正向和逆向转换规则的基础上,构建了土地覆盖正向和逆向转换指数模型。并以黄土高原为案例区,在定量识别生态系统过渡带类型及其空间格局的基础上,定量评价了各种生态系统过渡带类型土地覆盖的转换情况。模拟分析结果表明,黄土高原地区共有14种生态系统过渡带类型,其总面积占整个黄土高原的25.21%。在1985-2005年期间,黄土高原生态系统过渡带内的耕地面积平均每10 a减少0.93%,而湿地和水体、林地、草地的面积则平均每10 a分别增加3.47%、0.24%、0.06%。整个过渡带区域土地覆盖的转换率从28.53%降低到21.91%,且其正向转换和逆向转换面积总体上均呈减少的趋势。另外,黄土高原生态系统过渡带区域和非过渡带区域的土地覆盖转换率对比分析显示,过渡带区域土地覆盖的转换率高于非过渡带区域。     

生态系统评价的若干问题探讨

对生态系统的评价可分为两类，一是对生态经济状态的评价，二是对生态经济服务功能的评价，前者主要是在生态评价研究的初期，侧重于对生态系统所处的形势的评价；后者是在最近几年发展起来的，侧重于对生态系统所提供的产品和服务的价值评价，文章概述了方面评价的国内外研究进展，并在评价目的，评价尺度，评价参与者，评价的方法和技术手段等方面进行了探讨。     

中国区域年降水空间分布高精度曲面建模

论文利用781个采样站点的降水数据(中国大陆729个气象台站1951—2002年间月降水观测数据、台湾地区25个站点1971—2000年年均降水数据、世界"雨极"乞拉朋齐年均降水量以及中国西部增设的26个虚拟站点模拟数据),选取有效的敏感性解析因子经纬度、高程、坡向修正系数与地形开阔度等,建立累年平均降水与相关解析因子之间的多元回归方程(降水总体趋势)。并对于回归拟合后与局部变化有关的"随机指示项",采用HASM算法进一步插值处理。模型充分考虑其他地理环境因子的影响,在采样点稀疏区域使用虚拟站点辅助模拟,克服了传统模拟方法完全依赖观测站点实测资料,在站点稀疏区域等雨量线走向主观性的缺点;模型模拟结果既突出空间分布的总体趋势,也反映局地细节变化。     

生物多样性模型研究

通过１９４９年以来在各种出版物上已发表的２７种生物多样性模型分析发现,大多数多样性模型在理论上是不完善的。例如,被应用最广泛的Ｓｈａｎｎｏｎ模型至少有４个缺点：①没有考虑物种间生物量的区别；②如果要使用Ｓｈａｎｎｏｎ模型,每种物种的个数或每种景观单元的个数不能小于１００；③模型中没有隐含面积参数；④不能够表达多样性的丰富性方面。因此,作者推举了一种理论上完善的综合生物多样性模型,并为了满足实际操作和生物多样性自相似性研究的需要,对其中的一些参数进行了修正     

基于HASM的中国植被NPP时空变化特征及其与气候的关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,直接反映植被的生产力和地表质量状况,对于研究全球气候变化具有重要意义。为更好地了解近年来中国陆地植被NPP时空分布格局,探讨其对气候因子响应的空间分异规律,利用高精度曲面建模方法(HASM),结合LPJ-GUESS动态植被过程模型和MOD17A3NPP遥感数据产品估算2001-2015年中国陆地生态系统植被NPP的时空分布特征,并根据气候要素和土壤质地特点分区探讨其与气候因子的关系。结果表明,(1)近15年全国植被平均NPP空间分布地域性明显,总体上沿水热梯度由西北向东南呈逐渐增加的趋势。其中西北沙漠和青藏高原腹地的植被NPP值最小,在100 g·m~(-2)(以C计,下同)以下,西北内陆向东南沿海过渡带植被NPP值在300-600 g·m~(-2)之间,四川盆地大部分地区以及海南省和东北平原局部植被NPP值在700g·m~(-2)以上。(2)近15年全国植被NPP均值为376 g·m~(-2)·a~(-1),变化范围为1.9~(-1) 131 g·m~(-2)·a~(-1)。青藏区面积和植被NPP总量占全国的比例最大,均为23%,甘新区面积占全国的23%,年均NPP总量只占全国的10%;西南区、东北区和长江中下游区植被丰富,年均NPP总量占比大于面积占比。其他地区面积和年均NPP总量占全国的比例相当。(3)近15年全国有65.29%的区域植被NPP呈增加趋势,最大增速为72.64 g·m~(-2)·a~(-1),平均增速为2.29 g·m~(-2)·a~(-1),以青藏部分地区、黄土高原区、海南大部和台湾北部地区增幅最大。(4)近15年来全国有79.26%的地区年平均NPP与年平均降水之间呈显著正相关,而年平均NPP与年平均温度这一比例仅为8.71%,分布在青藏高原部分地区。