基于GF-1卫星遥感反演排水河沟水体溶存N_(2)O浓度模型对比研究

[目的]探究利用GF-1卫星数据反演水体溶存氧化亚氮(N_(2)O)浓度的可行性,为实现低成本、高效率的水质实时监测提供有效途径。[方法]以宁夏青铜峡灌区第1和第5排水河沟为研究对象,选取与排水河沟水体溶存N_(2)O浓度相关性高的GF-1卫星影像波段反射率和水质参数作为自变量,通过最优子集筛选法确定最优自变量组合,分别构建了多元线性回归、BP神经网络和支持向量机模型,对水体溶存N_(2)O浓度进行预测对比。[结果]水温(T)、溶解性有机碳(DOC)等是影响水体溶存N_(2)O浓度的主要因素,同时近红外(NIR)等卫星波段与水体溶存N_(2)O浓度变化趋势显著相关。当自变量包括T,NIR等7个因素时,模型预测效果最佳。在3种模型中,BP神经网络模型验证结果R^(2)为0.64,具有最高预测精度。[结论]GF-1卫星数据以及水质参数与水体溶存N_(2)O浓度存在复杂的相关性关系,且BP神经网络能够实现利用GF-1卫星数据较高精度地反演水体溶存N_(2)O浓度。

CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响

为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)和C_(120)(CO_(2)浓度缓慢增加120μmol/mol)。结果表明,CO_(2)浓度缓增处理没有改变小麦田N_(2)O排放通量的季节性变化特征。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(25.49±3.33) mg/m^(2)、(26.83±3.21) mg/m^(2);2018-2019年冬小麦生长季,CK、C_(120)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(113.06±2.66) mg/m^(2)、(121.20±9.28) mg/m^(2)。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量分别为(25.99±1.39) mg/m^(2)、(29.83±4.20) mg/m^(2)。各生育期土壤N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01),土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01)。

天目山柳杉树轮δ^(13)C序列所反映的植物水分利用率对大气CO_2浓度变化的生理响应

工业化以来,由于大量化石燃料CO2排入大气,引起大气CO2浓度的持续升高。研究表明,植物的光合作用、水分利用率及作物生物量等均对周围大气CO2浓度的增加产生明显的正响应,而植物叶片的气孔导度及蒸腾速率对CO2浓度增加产生负响应。对采自浙江西天目山地区的三株柳杉树盘交叉定年后,测定了三株树轮的δ13C年序列,并利用3株柳杉树轮1δ3C序列探讨了天目山地区树木生长对大气CO2浓度增加的生理响应——水分利用率的变化状况。结果是,三株树轮δ13C序列反映的水分利用率均是增加的,且增长趋势基本一致。研究结果反映了工业革命前后,树木生长对大气CO2浓度增加所产生的明显正响应。

影响青藏高原植被生理过程与大气CO_2浓度及气候变化的相互作用

利用-陆面过程模式,初步模拟研究了青藏高原夏季风盛行期植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用。结果表明,气候以及大气CO2浓度变化对青藏高原地区的植被生理过程有较明显的影响,高温、高湿和高CO2浓度将加强高原植被的光合作用和呼吸作用,有利于植被生长。高原植被也可通过生理过程,产生净CO2吸收,降低大气CO2含量,起到调整温室效应的作用,从而影响全球气候变化;当气温升高、大气CO2增加时,这种作用更加有效。青藏高原地区大气CO2浓度加倍,对高原地区气候的直接影响不明显。植被的存在也会影响区域气候变化,并可通过改变高原热源,进而影响高原及其周边地区气候变化。文中还归纳出了植被生理与气候相互作用的简单概念模型。

瞬时CO_2浓度变化对杏属植物光合生理影响研究

为探讨CO2浓度瞬时变化对杏碳同化能力、水分利用能力的影响,进一步了解杏属植物在未来大气CO2浓度升高和全球变暖情况下的生长潜力和生态优势,利用Li-6400便携式光合测定仪对15个2年生杏品种进行瞬时CO2浓度倍降和倍升处理的光合参数测定。结果表明,瞬时CO2浓度变化显著影响杏属植物光合作用,在瞬时CO2浓度升高情况下,最大净光合速率(Amax)升高,呼吸速率(Rd)下降,光补偿点(LCP)降低,表光量子效率(AQY)提高,水分利用效率(WUE)显著增强,但光饱和点(LSP)变化不显著,不同品种Gs和Tr反应有一定差异。适当增加CO2浓度能提高杏属植物对弱光和水分的利用能力,促进光合作用,增加同化物积累,加速碳素循环。

不同灌溉模式下CO_(2)浓度升高对玉米幼苗生理特性的影响

为了揭示不同灌溉模式下CO_(2)浓度升高对玉米幼苗生理特性的影响,深入分析了充分灌溉、交替灌溉与亏水灌溉模式下CO_(2)浓度升高对内源激素含量、光合与叶绿素荧光、活性氧积累及抗氧化机制的影响。结果表明:交替与亏水灌溉均能够促进脱落酸/玉米素核苷(ABA/ZR)升高,进而诱导气孔收缩。这大幅降低了蒸腾,但仅在一定程度上降低了交替灌溉模式下的光合碳同化。最终,交替灌溉诱导了幼苗叶片水分利用效率(WUEleaf)的升高,且其维持了幼苗最大光化学效率(F_(v)/F_(m))的稳定。气孔收缩还进一步诱导了叶片O_(2)^(·-)与H_(2)O_(2)的大量生成;交替灌溉能够通过提高叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)与过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性,维持丙二醛(MDA)含量稳定,从而避免了膜脂过氧化伤害。CO_(2)浓度升高降低了各灌溉模式下的ABA/ZR,加快了电子传递、升高了光合速率(Pn)与WUEleaf。此外,CO_(2)浓度升高还在一定程度上抑制了各灌溉模式下叶片O_(2)^(·-)与H_(2)O_(2)的生成,叶片SOD、CAT与POD等抗氧化酶活性相应降低。最终,CO_(2)浓度升高降低了各灌溉模式下膜脂过氧化程度,从而有利于作物的生长。

“十三五”时期以来我国NO_(2)浓度的时空变化及其城市群分布特征研究——兼论“十三五”时期以来我国NO_(2)污染治理成效

探索了2015—2021年全国、七大地理区、省域、城市群及重点城市NO_(2)浓度的时空变化,论述了我国“十三五”时期以来NO_(2)污染治理成效。研究认为:(1)“十三五”时期以来NO_(2)减排工作取得了2021年相对于2015年城市NO_(2)浓度年均值及NOx排放量分别下降了23.33%和46.03%、在NO_(2)浓度高值的11月~1月分别下降了11.76%、24.44%、16.28%的显著成就;(2)“十三五”时期以来七大地理区NO_(2)浓度呈现同步降低态势,浓度高值主要分布在华北和华东地区,京津冀及长三角城市群引领所在地区NO_(2)浓度下降;(3)城市群NO_(2)浓度呈现出北方城市群高于南方城市群、京津冀城市群和山东半岛城市群与晋中城市群NO_(2)污染“聚集成片”、中心城市NO_(2)浓度及降幅均明显高于所在城市群的分布特征;(4)“十三五”时期以来我国优化提升、发展壮大、培育发展3大类19个城市群NO_(2)浓度呈现出“先升后降”和“降幅趋同”的变化趋势。

日光温室CO_2浓度变化规律研究

研究了日光温室内CO2 浓度的时空变化规律 .结果表明 ,日光温室CO2 浓度日变化曲线通常呈不规则“U”形 ,有时呈不规则“W”形 .冬春栽培过程中日最高CO2 浓度逐渐减小 ,日最低浓度和昼平均浓度先降后升 ,CO2 亏缺时间逐渐延长 .温室内CO2 空间分布特点通常是早晨和傍晚为前部 >中部 >后部 ,近地面层 >作物冠层 >顶层 ;中午前后为前部 <中部 <后部 ,近地面层 >顶层 >作物冠层 .影响日光温室CO2 浓度变化的主要环境因素是光照度 ,通风不能阻止温室内高浓度CO2 外逸和避免CO2 亏缺 .幼苗期群体光合较弱、土壤呼吸旺盛 ,温室CO2 浓度较高 ;结果期群体光合旺盛、土壤呼吸衰竭 ,CO2

青海瓦里关大气CO_2本底浓度的变化特征

对中国瓦里关大气本底基准观象台（全球基准站）1994年11月-2005年6月近10年来的大气CO2连续观测资料进行了统计分析．结果表明，瓦里关大气CO2本底浓度具有明显的季节变化，最高值出现在每年的4月末-5月初，最低值出现在夏季的7、8月份；CO2浓度的日变化幅度在夏季比较明显，其他季节的日变化则相对平稳；现场连续监测结果与美国海洋大气管理局，气候监测与诊断试验室（NOAA／CMDL）分析的气瓶采样资料有很好的一致性，并与全球大气CO2监测资料有很好的可比性；1995—2004年瓦里关地区大气CO2的平均增长率约为1．83μmol／（mol·a），其中以1998—1999年和2002—2003年最为明显．2003年我国内陆大气CO2年平均浓度增长率达到了2．70μmol／（mol·a），为近10年来的最大值，其年增长幅度略小于世界气象组织全球大气监测系统（WMO/GAW）中北半球近海的同类监测台站。但变化趋势基本一致，我国内陆大气CO2本底浓度的年平均值约增加了4．6％．

红松幼苗对CO_2浓度升高的生理生态反应

研究了用开顶箱控制CO2 浓度在 5 0 0和 70 0 μmol·mol-1左右时红松幼苗的生理生态反应 .结果表明 ,高浓度CO2 (5 0 0、70 0 μmol·mol-1CO2 )和对照 (对照开顶箱、裸地 )条件下 ,红松幼苗的净光合速率与气孔导度之间的变化不同 .红松幼苗在 5 0 0 μmol·mol-1CO2 条件下 ,RuBPcase活性最高 ,呈现光合上调反应 ,日平均净光合速率最大 ,叶绿素及可溶性糖含量最高 ;而生长在 70 0 μmol·mol-1CO2 的红松幼苗呈现光合下调反应 ,光合作用明显低于对照植株 。

大气CO_2浓度和温度升高对作物生理生态的影响

论述了大气CO2 浓度和温度升高下的植物生长、光合作用、产量以及水分养分利用效率等方面的研究进展 .未来高CO2 浓度下 ,光合作用速率有不同程度的提高 ,生物量和产量增加 ;气孔导度降低 ,水分利用效率 (WUE)提高 ;一般地上部分和根系尤其是细根生物量增加 ,凋落物量随之增加 ,C/N比率提高 ,植物残体的腐解速率降低 .CO2 浓度升高后 ,会给根际微生物带来更多的底物 ,从而提高了微生物活性 ,加速养分的矿化过程 ,改善植物的养分状况 .

大气CO_2浓度升高对谷子生长发育与光合生理的影响

研究大气CO2浓度升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化后,谷子生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害。本研究利用FACE(FreeAirCO2Enrichment)系统首次在大田条件进行了谷子生长发育受CO2浓度升高影响的试验。结果表明,大气CO2浓度升高后,谷子的株高、茎粗、叶面积增加,叶片叶绿素含量下降。在相同CO2浓度下,抽穗期FACE圈内谷子叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度与环境CO2浓度的比值(Ci/Ca)会下降,叶片光合能力有所下降,出现光适应,但水分利用效率(WUE)会提高。

CO_2浓度倍增及干旱胁迫对紫花苜蓿光合生理特性的协同影响

为探讨CO_2浓度倍增和干旱胁迫对紫花苜蓿(Medicago sativa)生理作用的协同效应,采用人工气候室和控水试验模拟CO_2浓度倍增和干旱胁迫,分析了植物光合和抗逆生理特征的变化规律。结果表明:干旱胁迫与CO_2浓度倍增对苜蓿光响应参数影响显著,二者之间具有一定的交互作用,在干旱胁迫下,CO_2浓度倍增减缓了苜蓿叶片气孔导度(G_s)、蒸滕速率(T_r)和光饱和点(LSP)的降低幅度,而对最大净光合速率(P_(max))、胞间CO_2浓度(C_i)和表观量子效率(AQE)没有减缓作用。CO_2浓度倍增下的水分利用效率(WUE)高于正常CO_2浓度,而与水分含量关系不大。干旱胁迫与CO_2浓度倍增对苜蓿光合色素、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量影响显著,干旱胁迫在一定程度上降低了叶绿素a(chl a)、叶绿素b(chl b)的含量和叶绿素总量,显著增加了叶片MDA和Pro含量,CO_2浓度倍增有增加这些光合色素含量、降低MDA和Pro的趋势;但2个因素之间没有显著交互作用。干旱胁迫和CO_2浓度倍增对苜蓿叶绿素荧光参数影响不一,干旱胁迫和CO_2浓度倍增对叶绿素荧光参数具有较强的交互作用,CO_2浓度倍增对植物体光合电子传递过程中的保护作用在植物受到干旱胁迫时更加明显。因此,在干旱、半干旱地区,干旱胁迫对苜蓿光合生理功能产生不利的影响,而CO_2浓度倍增对苜蓿的生长具有一定的施肥效应,当2个因素共同发生时,CO_2浓度倍增可以减缓水分胁迫对苜蓿的伤害,增强其抗旱能力,提高水分利用效率,缓解干旱胁迫的负面效应。

土壤CO_2浓度与地表CO_2通量的季节变化及其相互关系

采用气相色谱法对贵州喀斯特地区不同土地利用方式土壤剖面CO2浓度与地表CO2通量的季节变化特征进行为期一年的观测。结果表明:土壤CO2浓度和地表CO2通量具有明显的季节变化规律,均表现为:从春季到夏季浓度和通量逐渐增加,而从秋季到冬季浓度和通量又逐渐降低,这与该区域的温度和降雨量变化趋势一致。不同土地利用方式土壤CO2浓度和地表CO2通量与大气、土壤各层温度呈显著正相关关系,土壤湿度虽然也在一定程度上影响了剖面CO2浓度和地表通量,但二者之间并无显著相关性。相关性分析表明土壤CO2浓度和地表CO2通量之间呈显著的正相关关系,说明地表CO2排放强烈依赖于土壤CO2浓度积累和分布。

高浓度CO_2下苦草的生长和生理生化反应

对沉水植物苦草 (VallisneriaspiraslisL .)在高浓度CO2 (10 0 0 μmol/mol)和对照浓度CO2 (35 0 μmol/mol)下的生长特征和生理生化指标进行了比较研究。在实验的早期阶段 ,从冬芽出苗的苦草幼株在高浓度CO2 下生长明显加快 ,但由于后期生长逐渐放慢 ,其最终总生物量比对照组仅高出 11.6 %。尽管高浓度CO2 也促进了根的生物量的累积 ,但是由于苦草叶片生物量占总株生物量比例大 ,高浓度CO2 下苦草生物量的增加主要反映为叶片生物量的增加。在实验后期阶段 ,高浓度CO2 促进了苦草冬芽的形成。实验过程中 ,苦草的根叶生物量比 (RLR)在高浓度和对照浓度CO2 下均有所降低 ,二者之间无明显统计学差异。高浓度CO2 下苦草叶片中叶绿素含量和可溶性蛋白质含量降低 ,而可溶性总糖含量明显增加。

造林再造林、森林采伐、气候变化、CO_2浓度升高、火灾和虫害对森林固碳能力的影响

森林生态系统具有吸收大气CO_2、缓解气候变化的作用。造林再造林作为京都议定书认可的大气CO_2减排途径,是提高森林固碳能力的低成本、有效策略。森林生态系统固碳能力还受森林采伐、气候变化、大气CO_2浓度升高、火灾以及虫害等自然因素和人为因素的强烈影响。综述了全球和区域造林再造林的固碳能力,以及目前较受重视的一些因素(森林采伐、气候变化、大气CO_2浓度升高、火灾以及虫害)对森林生态系统固碳能力的影响。结果表明,全球造林再造林固碳能力为148—2400TgC/a;采伐造成的全球森林碳损失最大为900 TgC/a,其次是火灾为300 TgC/a,虫害造成森林碳释放最小在2—107 TgC/a之间。建议在今后的研究中,应关注固碳措施和多种环境因素对森林生态系统固碳能力,尤其是对森林土壤固碳能力的影响,严格控制森林采伐和火灾发生,以及减少或避免造林再造林活动引起的碳泄漏。

CO_2浓度升高与温度、干旱相互作用对植物生理生态过程的影响

从CO2浓度升高与温度、CO2浓度升高与干旱的相互作用以及三者协同作用3个方面,总结了近年来国内外关于全球变化对植物生理生态过程(包括光合作用、呼吸作用、水分利用率、化学成分以及生物量积累等方面)影响的研究进展,在此基础上指出未来全球变化背景下植物生理生态的研究应在分子水平上进一步深入,同时应加强CO2浓度升高与温度、土壤水分三者协同作用对植物影响的研究。

高浓度CO_2对不同水分条件下枇杷生理的影响

在近似大气的低CO2浓度(400 μmol·mol-1)和高CO2浓度(700 μmol·mol-1)的两个自制的开顶式生长室内,研究分析了水分胁迫对2年生‘大红袍’枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)叶片的光合作用、叶绿素荧光及抗氧化酶活性等生理变化。结果表明,高CO2浓度对不同水分状态下的枇杷叶片光合速率(Pn)均有明显的促进作用,使枇杷叶片荧光参数Fv/Fm和Fv/Fo值及ΦPSⅡ明显提高;而在水分胁迫时,高CO2浓度使枇杷叶片荧光参数Fv/Fm和Fv/Fo值及ΦsPSⅡ下降幅度明显减少;高CO2浓度也使SOD、POD及CAT酶活性显著提高,但在水分胁迫时,高CO2浓度下的SOD、POD及CAT酶活性上升幅度明显较小,膜脂过氧化水平的上升幅度也较小,可见CO2浓度升高对于水分胁迫所造成的氧化损伤有一定的缓解作用。

青海海北高寒湿地近地层大气CO_2浓度的变化特征

采用快速响应红外气体分析仪对青海海北高寒湿地大气CO2浓度进行连续监测,分析2004年CO2浓度变化特征表明,CO2浓度存在明显的日、季变化,日、年内均表现“U”型变化特征。这些变化与植被生理活动、土壤呼吸、大气逆温层、及湍流交换强度等有关。自1月到7月CO2浓度的日变化过程中,日最高值出现时间在日出前后的5:00到9:00,并随7月的到来逐渐提早,日出后下降,约在下午15:00左右为最低,日落后又逐步升高。7月以后日最高值出现时间随时间推移又滞后,最低提早。一年中,月平均浓度最低值出现在7月份,最高值则在10月。观测表明,2004年海北高寒湿地CO2年平均浓度为315.3μmol/mol,月平均最高为335.0μmol/mol(10月),月平均最低值为270.1μmol/mol(7月)。统计海北高寒湿地旬平均CO2浓度与气象因素线性相关关系表明,海北高寒湿地CO2浓度与大多数气象因子有显著的负相关关系,但与土壤温度、气压、相对湿度等的相关关系不明显。