未来30年中国耕地和高标准农田分布的省级预测

科学预测中国未来耕地和高标准农田分布对于保障我国粮食安全和提高耕地质量具有重要意义。该研究假设未来各省份耕地和高标准农田占全国总面积比例不变,根据各省份耕地和高标准农田实际面积、未来全国耕地及各省份高标准农田规划面积等数据,基于最小二乘法的二次多项式拟合预测未来30 a全国及各省份耕地面积和高标准农田面积,进而预测未来各省份耕地面积保有率和高标准农田占耕地比例。结果表明：(1)到2050年,我国耕地面积稳定在1.20×10⁸ hm²,耕地面积保有率稳定在100%,高标准农田面积达到1.03×10⁸ hm²,高标准农田占耕地比例从2020年的43.59%增长到2050年的85.89%,增长近一倍。(2)七大区域中,黄淮海区、长江中下游区、东南区的高标准农田占耕地比例较高,在2020年均已达到70%以上,东北区、西北区、青藏区、西南区高标准农田占耕地比例则处于40%～60%之间。到2050年,受耕地比例稳定中略有下降的趋势影响,黄淮海区、长江中下游区、东南区、青藏区高标准农田占耕地比例均达90%以上,东...     

中国土壤有机碳库空间分布的分析与估算

引言 作为陆地碳库中主要组成部分的土壤有机碳,在全球碳循环中扮演着重要角色.土壤中储存的碳大约是陆地表层生态系统的2.5～3倍[1,2].土壤有机质在温室气体如CO2的吸收固定中所起的作用曾存在争论,这对CO2、CH4和N2O的释放影响很大.因此,腐殖质中的碳分布及兵变化研究已成为全球碳研究中的焦点[3,4].     

中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究

大尺度的叶片的氮(N)和磷(P)的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果, 并能为大尺度模型的发展提供数据基础. 通过对文献数据的搜集整理, 对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及其与气候因子(年均温度)的关系进行了研究. 结果表明, 中国东部南北样带654种植物叶片的N和P的化学计量学特征存在很大的变异性. 叶片N的变化范围为2.17～52.61 mg·g^-1, 几何平均数为17.55 mg·g^-1, 叶片P的变化范围为0.10～10.27 mg·g^-1, 几何平均数为1.28 mg·g^-1, 叶片N/P的变化范围为1.7～74.6, 几何平均数为13.5. 中国东部南北样带乃至中国区域叶片P的含量显著低于全球尺度的其它研究结果, 这说明与全球尺度相比, 中国区域植被生长更易受到P的限制. 在所研究的不同功能群间, 以叶片N含量的差异最大, P次之, N/P的差异最小, 这与在多数的功能群内, 其叶片N和P含量间存在显著相关性有关. 另外在系统发育上亲缘越远的功能群N和P含量差异越大(蕨类植物与种子植物), 亲缘越近的差异越小(双子叶植物与单子叶植物). 叶片的N和P含量与纬度和年均温度间存在极显著的相关关系, 随着纬度升高和年均温度的降低, 叶片N和P含量极显著地增加(P<0.001). 可是N/P与纬度和年均温度的相关性较弱(P=0.386和P=0.342), 这可能是由于N和P含量随纬度和年均温度的变化趋势相同且变异性较大, 并且相对于全球尺度而言本研究的区域范围相对较小等多种因素共同导致的.     

冠层结构对亚热带常绿林光能利用效率估算的影响

利用遥感方法可以使用光化学植被指数（PRI）在叶片尺度表征光能利用效率（LUE）的动态变化,但在冠层尺度上,森林植被冠层结构是影响LUE估算精度的关键因素之一。利用2014-2015年中国科学院广东省鼎湖山森林生态试验站自动多角度高光谱观测系统的光谱反射数据,分别计算常绿阔叶林PRI、归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）和优化比值植被指数（MSR）。基于通量观测计算的LUE,分析不同表征冠层结构的植被指数对于LUE与PRI拟合精度的影响,并利用不同类型植被指数的组合,构建多元线性回归模型。研究结果表明：（1）亚热带常绿阔叶林冠层结构型植被指数与冠层尺度PRI具有显著的相关性,其中MSR与PRI相关性较为显著（R²=0.40,P<0.01）;（2）在植被冠层密度较大、LAI较高（即高NDVI和MSR）时,PRI对于表征LUE的动态变化更具优势;（3）利用NDVI、EVI、MSR和PRI所构建的估算LUE的多元回归模型,能将LUE估算精度提高18.14%,对于冠层结构变化活跃期（1-5月）,能将LUE估算精度提高54%。研究认为利用冠层结构参数能够进一步改进PRI对LUE的估算精度,提升遥感精确评估亚热带常绿林生产力的能力。     

基于GIS的江西省洪涝灾害风险评估

2010年夏季江西省发生多轮洪涝灾害,灾情十分严重。根据自然灾害系统理论,以江西省鄱阳湖流域地区为研究对象,从洪涝灾害的危险性、暴露性、脆弱性与防洪能力4个角度出发,选取降水、地形、水系、人口、经济、生态及圩堤等10个评价要素指标,采用90 m分辨率DEM、1960~2005年84个气象站点逐日降水量、2003~2008年江西洪涝灾情数据、2009年社会经济统计数据以及2005年江西省土地利用数据,以1 km单元格为基本评价单位,利用GIS空间分析与建模功能构建洪涝灾害风险评估指数模型,对江西省重大洪涝灾害进行综合风险评估。结果表明:该评估模型能成功应用于区域尺度,研究区洪灾风险分布呈现以江西北部的鄱阳湖湖区及蓄滞洪区为中心向两边递减的特点,从中心至外风险等级逐渐降低;从行政区划上,湖口、鄱阳、抚州、上饶等因地势平坦、降水量大、河网密集处于高风险区,而低风险区集中在降水少、地势高且山区分布较多、不易集水的江西南部,如:遂川、崇义等。经2010年6月17~25日发生的暴雨洪灾情况验证,该评价结果与实际情况相符,可为洪灾风险管理与决策提供科学依据。     

秸秆还田对江西农田土壤固碳影响的模拟分析

秸秆还田等农田管理措施能有效地增加土壤碳储量,从而有利于减缓大气CO₂浓度的上升趋势。论文基于环境政策综合气候模型(EPIC),采用千烟洲生态试验站和鹰潭生态试验站农田监测场长期观测数据,验证和优化了EPIC模型参数,同时利用1990-2010年江西省气象资料以及土壤清查资料,模拟分析了4种秸秆还田(CR)比例情景下2010-2030年江西省水稻田土壤的固碳潜力。研究结果表明,无秸秆还田 (CR0%)和秸秆还田25%(CR25%)两种处理下耕作层土壤有机碳储量分别下降21.3%和6.5%,秸秆还田50%(CR50%)和100%(CR100%)处理下土壤有机碳储量分别增加5.4%和11.9%;相对CR0%情景而言,CR25%、CR50%、CR100% 情景下江西省水稻田土壤总固碳潜力分别为6.43、14.92和25.26 TgC(1 Tg = 10⁶ t)。研究结果表明,通过合理的调控措施,采用保护性耕作(秸秆还田)是提高水稻田土壤固碳能力的一种有效途径。     

基于BEPS生态模型对亚洲东部地区蒸散量的模拟

气候变化和人类活动的加剧导致亚洲东部地区陆地生态系统的碳水循环过程发生显著的变化,成为全球变化研究最关注的对象之一。实际蒸散(ET)是陆地生态系统碳水循环的重要组成部分,但对该地区ET特征的研究尚不够深入。论文利用遥感、气象和土壤等资料驱动生态过程模型BEPS对亚洲东部地区1982—2006年间的ET进行了模拟分析。利用6个站的通量实测数据验证表明,BEPS模型能够解释ET的81.23%的年变化和86.4%的10 d变化。模拟结果表明:亚洲东部的ET呈现出从东南向西北和西南沙漠地区逐渐减少的分布特征,最小值位于中国的西北沙漠地区;ET与降水量之比从东南和东北地区向西北内陆和西南沙漠地区逐渐增加,其中在中国长江以南的亚洲东部地区,平均值为0.4,而在沙漠地区接近1.0。在1982至2006年期间,研究区年ET总量的平均值为12 045×109m3/a,其中,中国、泛东南亚和印度的ET总量占整个研究区的62.4%;研究区的单位面积ET均值为401 mm/a,在泛东南亚地区最大(1100 mm/a),在蒙古最小(134 mm/a)。在所有的地表覆盖类型中,常绿阔叶林的ET总量和平均值都为最大,城镇地区的ET总量和平均值都为最小。研究区的ET总量呈增加趋势,草地、稀树草原、裸地和城镇的ET明显上升,其它地表覆盖类型的ET变化不明显。     

我国南方红壤区CDM造林再造林项目实证研究——以千烟洲生态试验站为例

基于千烟洲站1984年以来人工林长期植被和土壤碳储量的观测数据,结合目前市场交易的碳汇价格,推算所得经济效益;进而根据造林成本估算,进行成本效益分析,辨识该地区的林业碳汇潜力。研究结果表明：1984~2004年间千烟洲站人工林(生态林和经济林)固碳总量约15994.28tC,年均固碳量799.71tC。同时,成本效益分析显示,过去20年经济林收益393.11×10⁴美元,碳汇收益127.07×10⁴美元。在该地区实施CDM造林再造林项目不仅可通过碳汇获得经济收益,还可通过种植的经济林获得农产品提供的经济收入。与此同时,植树造林活动改善了当地的生态环境,提高了农民的生活水平。因此,在我国南方红壤区实施CDM造林再造林项目具有较高的可行性,但实例研究中对CDM造林再造林项目的监测方法学的运用还存在一定的局限性,有待进一步深入和细化。     

中亚热带典型人工针叶林土壤溶解性有机碳浓度变化特征研究

土壤溶解性有机碳（DOC）是土壤有机碳库的活性组分,DOC降解影响土壤有机碳的迁移转化过程、生态系统的养分平衡和微生物的能源供给。当前大气氮沉降的增加是影响我国南方森林生态系统碳固定过程的重要因素,已引起各方广泛关注。论文基于中亚热带红壤丘陵区三种人工针叶林过去5 a 的施肥试验,重点分析了不同树种土壤DOC季节及0~30 cm土壤垂直剖面上的动态变化特征,对比分析了施肥对于不同人工林土壤DOC的影响。研究发现：① DOC浓度季节变化：湿地松林为秋季 >春季 >夏季 >冬季;马尾松林为秋季 >春季 >冬季 >夏季;杉木林为秋季>夏季>冬季>春季。DOC浓度剖面变化特征如下：湿地松林为10 cm>20 cm>30 cm;马尾松林为20 cm >10 cm >30 cm;杉木林为20 cm >30 cm >10 cm。②湿地松林土壤DOC浓度：施P肥 >对照 >施N+P肥 >施N肥;马尾松林土壤DOC浓度：对照、施N+P肥>施N肥>施P肥;杉木林：对照>施P肥>施N肥、施N+P肥。论文通过研究不同施肥条件下人工林DOC浓度在季节和剖面上的变化,可为了解大气氮沉降对中亚热带人工针叶林土壤DOC的可能影响提供重要的科学依据。     

PnET-CN模型对东亚森林生态系统碳通量模拟的适用性和不确定性分析

东亚地区森林类型多样,开展区域生态系统碳循环模拟时应考虑森林类型的差异。论文利用基于叶氮浓度-最大净光合作用速率关系的PnET-CN模型,对东亚地区8 个森林生态系统通量观测站点的总生态系统碳交换（GEE）和生态系统呼吸（RE）进行模拟,以探讨模型的适用性并对不确定性来源进行分析。研究结果表明：①PnET-CN模型能较为准确地模拟东亚地区大部分森林生态系统站点的GEE和RE;②模型的适用性排序依次为温带、寒温带、亚热带、 热带,模型未能很好地模拟热带湿地森林GEE和RE 的季节与年际变异;③在同一气候区中,PnET-CN模型更加适用于针叶林碳交换的模拟;④PnET-CN模型比较准确地反映了东亚森林生态系统GEE、RE对气候因子（例如,温度或辐射）的响应,但在低温、较弱辐射条件下模型低估了GEE,在高温或较强辐射条件下高估了GEE;在低温条件下模型低估了RE,在高温条件下模型高估了RE。针对东亚多个森林通量站点的模拟情况,论文提出模型应在以下方面进行改进：①PnET-CN模型计算物候时除了考虑温度之外还应加入土壤湿度的影响,并对不同气候区森林生态系统赋予不同叶片凋落时长;②PnET-CN模型中温度对GEE的限制以及光合最适温度应该根据不同站点设置;③PnET-CN模型应该考虑森林生态系统对环境胁迫的适应性,加强对干旱等干扰的模拟;④同时对于拥有复杂水文条件的森林生态系统应该改进土壤含水量的算法,以准确反映该类型森林生态系统GEE和RE的季节变化。