2018-2020年盘锦稻田碳水通量数据集

稻田在农业土地利用和全球碳循环研究方面具有重要意义。辽河三角洲是东北水稻主产区之一,为研究稻田碳水循环提供了良好的实验平台。但辽河三角洲稻区长期碳水通量的研究还比较欠缺,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为2018–2020年辽河三角洲稻田生态系统的通量观测数据,通量塔位于中国气象局东北地区生态与农业气象野外科学试验基地盘锦稻田研究站。基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据标准处理流程形成生态系统碳水通量和关键气象要素四种时间尺度数据集,包括半小时、日、月和年的数据文件。本数据集对准确评价辽河三角洲稻田生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

2018-2020年盘锦芦苇湿地碳水通量数据集

湿地拥有巨大的碳汇能力、活跃的水汽交换和热量调节能力,是稳定温室气体排放、减缓气候变化的关键生态系统。辽河三角洲湿地是亚洲最大的暖温带滨海湿地,但湿地长期碳水通量的研究还比较欠缺,影响该地区CO_(2)通量和区域碳汇模拟精度,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为辽河三角洲芦苇湿地生态系统2018–2020年通量观测数据,数据采集地位于中国气象局东北地区生态与农业气象野外科学试验基地盘锦芦苇湿地研究站。基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系形成了标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集,数据集包括半小时、日、月和年4种尺度的数据文件。本数据集对准确评价辽河三角洲芦苇湿地生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

春玉米根系图像语义分割最佳分辨率和概率阈值研究

为了探究根系图像不同概率阈值和分辨率对根系形态参数的影响,以微根管法观测的春玉米(Zea mays L.)抽雄期40 cm深度根系为例,采用降分辨率方法模拟扫描仪获取不同分辨率图像,基于深度学习U-Net语义分割方法建立的iRoot⁃V02根系自动识别软件对不同分辨率根系图像的根长、表面积、体积、直径、根尖数等形态参数进行识别,采用二阶导数方法获取根系与背景的分割阈值拐点,并探讨不同概率阈值对春玉米根系形态参数的影响。结果表明,春玉米抽雄期40 cm深度总根系形态参数(根总长、根总表面积、根总体积、根平均直径、根尖数)和分级根系形态参数(根长、根表面积、根体积)随概率阈值增大呈逐渐减小的趋势,根系形态参数在概率阈值5~20之间的变化幅度较大,在概率阈值25之后趋于稳定;通过曲线拐点方法分析确定,根总长曲线拐点出现在概率阈值25或30处。随着根系图像分辨率的减小,根总长和根尖数呈减小的趋势,而根总表面积和根总体积呈先增大后减小的趋势,根平均直径呈增大的趋势。通过对春玉米抽雄期40 cm深度不同概率阈值根系总的和分级形态参数分析,确定春玉米根系图像识别适宜的概率阈值为25或30;在图像数量较少时采用图像原始分辨率300 dpi分析为宜,图像数量较多时采用215 dpi分辨率为宜。本研究可为春玉米和其他作物根系形态参数的定量研究提供参考。

2005-2014年锦州春玉米农田生态系统碳水通量观测数据集

基于涡度相关方法的长期连续农田生态系统碳水通量观测,对于提高作物产量和水资源利用效率、促进双碳目标的实现具有积极意义。锦州农田生态系统野外观测站(锦州站)是中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)成员站之一,位于辽宁省锦州市,地处我国春玉米主要产区。锦州站自2004年5月开始基于涡度相关方法对春玉米农田生态系统碳水通量进行综合观测,持续至今。遵循ChinaFLUX通量数据处理体系,本数据集整理和统计了2005–2014年锦州春雨米农田生态系统碳水通量和辅助气象环境观测数据,形成了30分钟、日、月和年4个时间尺度的标准化数据集,可为气候变化和农田生态系统碳水循环过程及其机理等研究提供数据支持。

辽河三角洲芦苇湿地碳通量特征及空间代表性

基于2019—2020年辽河三角洲碳通量观测数据,分析了辽河三角洲芦苇湿地碳通量的时间变化特征,采用Kljun模型进一步分析了碳通量的空间代表性。结果表明:受短波辐射和气温的周期变化影响,2019年芦苇湿地对碳的净吸收周期为156 d,NEE峰值出现在7月中上旬,为-40.59μmol·m^(-2)s^(-1),固碳量显著高于2020年,达到0.561 kgC·m^(-2)。2020年的净吸收周期为131 d,NEE峰值出现在6月中旬,为-41.39μmol·m^(-2)·s^(-1),比2019年提前,生长季夜间呼吸作用较强,导致固碳量较低;碳通量在春季和夏季呈明显的U型日变化,秋冬季碳通量变化较平稳。2019年和2020年夏季的日平均最大值分别为-16.86μmol·m^(-2)·s^(-1)和-13.61μmol·m^(-2)·s^(-1),2020年最大值出现在11:00,比2019年提前;主导风向和不稳定层结状态90%最远距离贡献点的分布区域均在0°~90°和180°~270°方向。通量源区80%的上风平均距离最远为120 m,通量贡献峰值在距离通量塔10 m的位置。源区范围随着大气稳定度的增加也逐渐扩大,主风向70%的通量贡献范围内是芦苇植被;在源区范围内,芦苇提供了76.20%的碳通量信息,水体提供了17.82%的通量信息,通量观测数据在夏季白天属于代表性级别,全年属于可接受级别。研究有助于了解辽河三角洲湿地生态系统在碳循环和减排中的能力和作用。

辽河流域洪涝致灾气候阈值研究

基于1971—2000年日降水资料和洪涝灾害资料,分析辽河流域降水及洪涝灾害的时空变化特征,研究绝对降水量、相对降水量等特征量与洪涝灾害的对应关系,比较不同特征量对洪涝灾害的判别能力,选取最优特征量并设计气候阈值,以1953年为例检验洪涝灾害致灾气候阈值的判别能力,结果表明:辽河流域降水和洪涝灾害自东南向西北递减,洪涝灾害主要集中于7月和8月,日降水强度在45~50 mm时,发生的洪涝灾害次数最多;洪涝灾害日最小20%绝对(相对)降水量与非洪涝灾害日最大20%绝对(相对)降水量具有较显著差异,该差异表现为4月末和10月末较大,7月末和8月初较小,绝对降水量较相对降水量对洪涝灾害的判别能力更强;基于绝对降水量设计洪涝灾害气候阈值可以有效判别洪涝灾害,但对6月以前和8月以后洪涝灾害的判别能力较弱。

湿地芦苇植株氮素分布动态特征分析

湿地植物组织器官氮素变化是湿地氮循环的一个重要环节。对盘锦湿地芦苇(Phragmites australis)植株整个生长季地上和地下不同器官的含氮量进行分析,结果表明:芦苇不同器官(叶片、茎秆、根须、根茎)的含氮量差异显著,总体表现为叶片>茎秆>根须>根茎,地上器官的含氮量大于地下器官,且各器官含氮量的高值出现在生育前期。生长期叶片含氮量与累积叶面积指数呈负相关关系,而成熟期叶片含氮量与叶面积指数呈负相关关系;根茎含氮量随土壤深度的增加而增加;根系含氮量与生物量呈线性关系。整个生长季芦苇群落氮库随生长进程逐渐增大,2005年芦苇地上冠层和地下30cm以上的氮储量分别为25.76和24.04g·m–2。

辽河三角洲稻区近地层CH_4浓度与通量特征

为准确获取辽河三角洲水稻湿地CH4浓度与通量特征,分析水稻生长发育对CH4浓度与通量的影响,进一步估算稻田CH4排放量,基于采用涡度协方差法(Eddy Covariance Method,EC)获取的2013年4─10月辽河三角洲稻区近地层CH4监测资料,结合水稻生育期,分析了稻田CH4浓度与通量的时间变化规律。结果表明:水稻(Oryza sativa Linn)生长季内,近地层CH4的平均浓度是0.242 mmol·m-3,期间出现3个峰值,分别与泡田期、拔节-抽穗期和成熟期3个生育期相对应;CH4浓度较高时期,其日变化活跃,表现为日间浓度较低夜间浓度较高,日较差大,在其它浓度较低时期,日变化不大。CH4的月排放量在5月最大,为0.700 mol·m-2。CH4通量在水稻生长季内日平均为0.080μmol·m-2·s-1,通量峰值出现规律与浓度一致,其中泡田-移栽期较高,最高值出现在5月11日,为0.707μmol·m-2·s-1,返青期-分蘖期基本无CH4排放,拔节期-抽穗排放量再次升高,之后逐渐降低,在CH4通量较高时期,通量的日变化随气温升高而升高,温度达最大值之后逐渐降低。浓度与通量的日变化呈负相关关系。

温度对东北平原水稻田甲烷排放的影响

水稻(Oryza sativa)田是农业环境中甲烷(CH4)排放的重要来源。在东北水稻主产区三江平原和辽河平原开展典型水稻田CH4排放监测、分析CH4排放与温度之间的关系,对制定合理的减排措施来降低水稻田温室气体CH4排放具有的一定参考意义。该研究将两地2017-2018年水稻田CH4的高频通量、温度、水稻生育期数据相结合,研究CH4的排放过程、不同时间尺度的排放特性及其在不同生育阶段对温度变化响应的敏感性。结果表明,2017年三江平原和辽河平原CH4的年排放量分别是26.77 g·m^−2和16.17 g·m^−2。两地2018年CH4的排放量均比2017年明显增加,年际变化差异显著。三江平原6月和7月排放量最大,分蘖期是CH4排放高峰,最大排放速率为0.127μmol·m^−2·s^−1,非生长季基本无CH4排放。辽河平原拔节抽穗期和成熟期是CH4排放高峰,7月CH4月排放量最高,拔节—抽穗期的排放速率增加至0.102μmol·m^−2·s^−1,然后逐渐减少,生长季末出现第三个峰值,在非生长季存在CH4排放弱日变化。2018年与2017年的气温持平,但5—9月土壤温度比2017年略有升高。三江平原生长季夜间CH4排放与土壤温度符合指数相关关系,孕穗到排水前CH4排放对温度变化最敏感(温度敏感性系数Q10=11.336),辽河平原只有泡田到返青期CH4排放与土壤温度符合指数相关关系(温度敏感性系数Q10=2.846)。三江平原和辽河平原典型水稻田的灌溉制度、淹水条件、种植方式基本相同,而辽河平原水稻田CH4排放比三江平原水稻田低。土壤温度变化对三江平原水稻田CH4排放速率的影响比辽河平原强。

盘锦湿地芦苇群落生物量动态特征研究

基于2005年4～9月盘锦湿地芦苇生态系统的观测资料，分析了盘锦湿地优势植物芦苇的群落学特性。结果表明：地上生物量峰值出现在7月，4～7月茎重与叶重呈显著的正相关；地下生物量存在明显的季节和垂直变化，其中0～30cm的芦苇须根最大值出现在7月，根茎最大值出现在6月，30～40cm深度为生物量变化在垂直剖面的分界线；根冠比以7月为最低。分层营养物质在30cm以下积累。

城市生态系统-大气间的碳通量研究进展

城市生态系统对全球碳收支具有显著的贡献,城市化进程促进城市向大气排放碳。随着观测手段和仪器的发展,涡动相关法已成为陆地生态系统碳通量观测的主要手段,并广泛应用于中心城市碳通量观测;城市CO2浓度和通量变化具有日、周、季节变化特征,不同城市之间CO2浓度和通量也有很大差异,其主要原因是由于城市生态系统的下垫面类型不均一,土壤、植被、路面、交通、人呼吸等对碳通量都有贡献,绿地(树木、草坪)对燃料燃烧、人呼吸等的碳排放起着一定的抵消作用;由于多种因素对碳通量起作用,在对城市通量数据进行分析时必须开展贡献区即碳足迹分析。本文综述了城市生态系统-大气间碳通量研究的历程;分析了城市生态系统碳通量的时空变化特征及其主要控制因子;探讨了复杂下垫面条件下城市生态系统-大气间碳通量研究的特点和难点,并提出了未来研究的重点。

辽宁省气候-植被指标时空变化特征及森林适宜性分析

基于辽宁省56个气象站的气象资料,利用Kira的温暖指数(WI)、寒冷指数(CI)和徐文铎的湿度指数(HI)分析辽宁省近40年(1967-2006年)气候-植被指标的时空变异。结果表明,就辽宁省区域平均值而言,WI指数呈升高趋势,每10年增加幅度为2.47℃·月,CI指数呈下降趋势,每10年下降幅度为2.31℃·月,HI总体呈下降趋势,波动较WI和CI明显,从气候—植被指数变化趋势看,对红松Pinus koraiensis Sieboldet Zuccarini、长白落叶松Larixolgensis等不利,而对油松Pinu stabulaeformis Carr、栓皮栎Quercus vari abilis Blume等树种有利。空间变化特征表现为,温暖指数界限呈向西北移动的趋势,表明暖温带落叶阔叶疏林带的适宜面积增加,而温带针阔叶混交林带的适宜面积减小;HI指数减小并且向东移,表明随着指数带的北移和东移缩小限制了原有针叶树种的生长,而对栎树Phytophthora ramorum等阔叶树种有利。

气候变化对植被带影响研究进展

人类活动造成的温室气体持续增长形成的全球气候变化得到了世界的关注,随着气候的变化必将影响植被带的范围和面积。综述了气候变化对植被带影响的研究方法,主要分析在我国影响的预测方法和对植被带分布影响趋势,并对未来研究进行了展望。

芦苇湿地与玉米旱地近地层小气候特征对比

湿地—大气之间通过物质和能量交换并相互作用形成特有的区域小气候特征,本文采用小气候梯度观测法对比分析了2015年辽河三角洲芦苇湿地与同纬度锦州地区玉米旱地的近地层(0—30 m)小气候特征。结果表明:2015年辽河三角洲芦苇湿地年平均气温为9.91℃,比玉米旱地年平均气温低0.58℃,湿地在春季、夏季和秋季具有降温作用,冬季具有保温作用。芦苇湿地和玉米旱地年平均气温的日变化范围分别为7.50—12.92℃、6.16—15.59℃,芦苇湿地平均气温振幅和层次间气温差小于玉米旱地,玉米旱地存在明显的逆温现象;芦苇湿地年平均相对湿度为64.58%,比玉米旱地年平均相对湿度高7.97%,芦苇湿地月相对湿度主要受水文和植被蒸腾作用的综合影响,芦苇湿地和玉米旱地平均相对湿度的日变化范围分别为51.78%—74.38%、41.00%—73.00%,二者均存在逆湿现象但高度不同;芦苇湿地春季风速为玉米旱地的两倍以上,风速随高度升高呈指数增大,芦苇生长季湿地具有较高的粗糙度,随高度降低风速下降明显,挡风作用明显好于玉米旱地。太阳辐射影响地表湍流是玉米旱地风速日变化的主要影响因子,芦苇湿地风速日变化体现了海陆热力差异的特点。芦苇湿地由于地表有水层覆盖,植被蒸散能力较强,叶面积指数较高,减小近地层气温和相对湿度的变化速率,可有效降低风速,调节区域小气候的生态功能比玉米旱地强,本文研究可为辽河三角洲湿地对区域气候形成的影响及其生态环境效益评价提供参考。

东北地区生态与农业气象野外科学试验基地建设规划

生态与农业气象野外科学观测是生态学、气象学研究获得基础数据的一个重要环节,建设生态与农业气象野外基地,持续开展大气、水、土壤、气候及其相关的生物状况等有关因子监测,获取天气气候要素对生态系统的综合影响及其影响的结果,是不断提升对农业气象学、生态学、环境科学等交叉学科科学认知的需要。本文探讨了中国气象局沈阳大气环境研究所东北地区生态与农业气象野外科学试验基地的建设背景与思路、东北地区生态与农业气象主要问题、站点选择的区域代表性、研究目标、功能定位、开展的观测内容和所用仪器、不足之处与未来规划,旨在为提高东北生态与农业气象综合监测和评估预警能力及合理进行试验站选址、开展生态气象观测,为生态建设提供气象保障等提供参考。

基于Matlab的玉米根系图像拼接、根系提取分析系统

为了对玉米根系生长进行准确的观察、取样、测定。通过采用沈阳大气环境研究所自主研发的根系监测系统(SYIAE-01)获取玉米根系的图片,基于Matlab数字图像识别方法(IBR)采用SIFI和OTSU法编写了由图像几何畸变校正、图像拼接、根系图像提取及根系面积计算三部分组成的根系图像软件,利用这一软件研究分析所采集的根系数字图像。结果表明,以Matlab为基础编写的根系图像拼接、提取分析系统初步实现了玉米根系特征的原位识别,通过该系统可以为提高玉米根系图像整理的工作效率,为计算根系面积提供帮助。

盘锦湿地芦苇群落冠层内辐射分布特征

基于盘锦湿地芦苇群落冠层内不同层次的微气象要素与生物学特性观测,探讨芦苇群落冠层内总辐射分布与叶面积指数(LAI)的关系。结果表明:芦苇群落内太阳辐射的垂直分布在生长前期(5月)和后期(9月)呈S型曲线,生长盛期(6月和7月)呈指数曲线变化。冠层内不同层次的太阳辐射透射率随叶面积指数的增加而减少,消光系数(k)存在明显的季节变化,表现为从萌芽期到成熟期逐渐减小趋势(最小值k=0.436)。

盘锦芦苇湿地土壤温度剖面特征分析

土壤温度是影响湿地气候重要的环境因素之一,对地温的深入研究有利于正确把握湿地土壤呼吸的变化规律。笔者对盘锦湿地野外观测站芦苇沼泽2005—2009年的0^-80cm土壤温度剖面资料进行分析。结果表明:芦苇湿地土壤温度日变化呈正弦曲线,由表层向下振幅减小;-40cm以下基本无日变化,3月份日较差为全年最小,生长季日较差大。土壤剖面温度的季节变化表现为:冬季温度梯度明显,热量传输缓慢;夏季热量传输快,温度梯度小,其中9月份温度梯度最小。土壤温度的变化将影响芦苇生长,尤其是芦苇的萌芽和根系发育期。研究成果可为湿地碳通量研究提供参考依据。

温肾解毒协定方、恩替卡韦及二者联用治疗肾虚毒伏型HBeAg阳性慢性乙型肝炎病毒携带者对照研究

目的比较温肾解毒协定方、恩替卡韦及二者联用治疗肾虚毒伏型HBeAg阳性慢性乙型肝炎病毒携带者的疗效。方法将符合条件的肾虚毒伏型HBeAg阳性慢性乙型肝炎病毒携带者99例随机分成A组35例、B组31例、C组33例,A组给予温肾解毒协定方治疗,B组给予恩替卡韦治疗,C组联用温肾协定方与恩替卡韦治疗。3组均治疗52周。分别观察各组治疗前后肝功能、HBeAg转阴率、HBV DNA转阴率及HBeAg/HBe Ab转换率并进行比较。结果 A组、C组ALT水平于治疗后26周、39周出现一过性升高,显著高于治疗后13周(P均<0.05),治疗后52周则显著下降(P均<0.05),与治疗13周持平(P>0.05)。3组治疗后HBeAg、HBV DNA转阴率及HBe Ab转换率均逐渐升高,治疗后26周起A组、C组均显著高于B组(P均<0.05),C组高于A组,但差异无统计学意义(P均>0.05)。结论温肾解毒协定方联合恩替卡韦治疗毒伏型HBeAg阳性慢性乙型肝炎病毒携带者能明显提高临床疗效,其疗效优于单用温肾解毒协定方和恩替卡韦治疗。

春玉米根系原位成像图片自动识别研究

微根窗成像技术推动了植物根系表型研究,但是根系长度和直径仍然需要人眼识别再绘制轨迹,消耗大量的人力和时间。为了解决这一难题,本研究将U-Net语义分割技术引入到植物根系图像识别中,研发了基于机器学习的iRoot-V02根系自动识别软件。采用iRoot-V02软件识别微根窗法获得的植物根系成像图片的根长、直径、投影面积、根尖数等参数。结果表明:iRoot-V02软件批处理600 dpi图片的速度为每张26.6 S;获取根系的骨架信息、总根长与人眼识别结果基本一致;按直径每0.1 mm为一级,获得不同直径的根长,与人眼识别结果的根长决定系数大于0.76;精确捕捉到根系生长旺盛期不同直径根长的变化;分析了300 dpi和600 dpi两种分辨率根系图片的参数,两种分辨率结果具有高相关性,因此可建立低分辨率根系参数和高分辨率根系参数之间的关系方程,采用低分辨率拍摄根系图像,通过方程转化成更准确的根系参数,减轻工作量。用iRoot-V02软件的根系生长信息近似于人眼识别,相比人眼识别在大批量根系图像智能识别、自动化、快速目标检测方面具有巨大优势。