基于气象因子的长三角地区农田站点土壤水分时间序列预测

以长三角3省1市为研究区,旨在构建长三角地区土壤水分长时间序列,为农业生产和遥感算法提供数据支撑。研究基于空间匹配的站点土壤水分数据和气象数据,利用主成分分析得到4个有效主成分作为线性回归和BP神经网络模型的输入因子,建立土壤水分与气象因子间的定量关系,并评估所构建模型的精度。结果表明,基于全部站点数据建立的单一BP神经网络模型优于单一线性回归模型。单一线性回归模型的R 2=0.34,RMSE=0.046 m^(3)/m^(3),MAE=3.67%;而单一BP神经网络模型的训练、验证和测试3个数据集的R 2均在0.64以上,RMSE<0.043 m^(3)/m^(3),MAE低于3.4%。根据逐个站点分别构建分站点的BP神经网络模型,其总体精度高于基于全部站点数据构建的单一BP神经网络模型。分站点构建的BP神经网络模型的总体精度方面,3个数据集的R 2均值在0.75以上,RMSE<0.039 m^(3)/m^(3),MAE低于3%。通过对逐个站点分别构建BP神经网络模型,获得了精度较高、较稳定的土壤水分拟合结果。

全球尺度上土壤^(15)N自然丰度空间变化的影响因素

目前土壤^(15)N自然丰度(δ^(15)N)空间变化影响机制的研究多聚焦于区域尺度,对全球尺度的探索存在不足。本文采用全球812个样点处的土壤δ^(15)N值与土壤含水量、气象、土壤性质因子数据,构建各因子与土壤δ^(15)N值的相关关系,并结合结构方程模型以揭示全球尺度土壤δ^(15)N值空间变化的影响机制。结果表明:土壤含水量、气象、土壤性质因子与土壤δ^(15)N值呈显著相关关系(P<0.01);相较于均值,气象的时间变化特征因子(平均气温日较差和降雨季节变率)与土壤δ^(15)N值和土壤含水量的相关程度更高。土壤性质因子对土壤δ^(15)N值的总效应最高(–0.41);气象和土壤性质因子可通过土壤含水量间接影响土壤δ^(15)N值。当排除气象和土壤性质的影响后,土壤含水量对土壤δ^(15)N值的效应为正。

辽河流域河流秋季CDOM光学特性及影响因素研究

了解有色溶解有机物(CDOM)的光学特性有助于对水生生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究,而环境要素对CDOM光学特性的影响会进一步影响水环境中的碳循环过程.利用2013年9月和10月辽河水体实测数据对水体反射特性、CDOM的吸收特性、荧光特性及各种水质参数对CDOM光学特性的影响进行研究.结果表明,辽河流域河流总氮(均值4.40 mg·L^(-1))、铬浓度(均值0.0065 mg·L^(-1))超过国家地表水V类标准.悬浮泥沙光谱特征较为明显的水样,其CDOM的吸收曲线非常相近,叶绿素a光谱特征较为明显的水样,其CDOM吸收曲线之间的差别较大.辽河流域水体CDOM的吸收斜率S275-295(0.0163~0.0191 nm-1)高于其他大多数河流,而低于湖泊、水库.对比辽河流域河流发现,东辽河与辽河水体CDOM组成物质的分子量相对较小,东辽河CDOM的芳香性最高,而西辽河最低.根据荧光指数、腐殖化指数及生物源指数分析发现,辽河流域水体主要以陆源的、高等植物DOM为主,太子河、大凌河CDOM具有较为明显的自生源特征.通过荧光峰的分布发现,辽河水体CDOM以类腐殖酸荧光峰(A峰、C峰)为主,部分河流(辽河干流)同时表现出较强的类蛋白质荧光峰(B峰、T峰).通过冗余分析(RDA)发现,水体中溶解有机碳(DOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、总碱度(TAlk)、砷(As)及汞(Hg)与表征CDOM光学特性的参数之间存在显著的相关性(p<0.05),是CDOM光学特征的主要影响因子.

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p<0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p<0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p<0.01).

伊洛河和浑太河春季水体光学吸收特征的对比

为分析伊洛河和浑太河两流域水体光学活性物质的来源、吸收特征、空间差异以及在光合有效辐射(PAR)范围内对总吸收的贡献,于2017年和2013年5月分别在两流域进行河流样品采集,对两流域水体中悬浮颗粒物和有色溶解性有机质(CDOM)的吸收特性和水质参数进行测定.结果表明,两流域总悬浮颗粒物的吸收光谱[ap(λ)]与非藻类颗粒物的吸收光谱[ad(λ)]相似,与ad(λ)和浮游植物的吸收[aph(λ)]均显著相关.两流域ad(λ)均是总吸收的主要成分,伊洛河流域aph(λ)的贡献率大于CDOM,而浑太河则相反.通过对比蓝红比[aph(440)/aph(675)]发现,伊洛河流域样品蓝红比的变化幅度高于浑太河流域,说明同一季节浮游植物中辅助色素与叶绿素a浓度[Chla]的组成存在显著的空间差异.通过对比CDOM的吸收斜率(SCDOM),发现伊洛河CDOM的组成物质分子量较浑太河大,主要为外源性物质.另外,通过CDOM的相对分子质量Mr[aCDOM(250)/aCDOM(365)]的对比,发现伊洛河水体的变化幅度高于浑太河,而均值小于浑太河,表明伊洛河水体的颗粒物大小不一,浑太河水体更趋近于小分子颗粒物,与基于SCDOM得到的结果一致.