1、作物生长模拟（一）1.举例说明什么是状态、速率和驱动变量。状态变量（State variable ）：指系统的总量，如生物量、土壤中总含水量等驱动变量或驱动方程（Driving variable）：系统外部因子或描述系统外部因子影响的方程，如太阳辐射、气温、降水.速率变量（Rate variable ）：特定时刻单位时间内状态变量的变化量。例如人口增长速率:State (t+ t) = State (t) + Rate (t)t ,用 Rate (t) = State (t)（t 时间时人口数）*constant（人口增长率）2.简要说明各产量水平的主要影响因子。一作物产量的决定因素：作物性状
2、、光、CO2、温度（1）作物生理性状：如 CO2 的同化能力、生育期长度、收获指数、叶面积指数，等等. 以及作物类型，如 C3 和C4 作物，像小麦是 C3 作物，玉米是 C4 作物，玉米比小麦的最大单叶光合能力要强；谷类作物、根茎作物、豆科作物、油料作物的作物产量也不相同。（2）光照：是光和作用的能量来源，形成叶绿素的必要条件；影响光和作用的重要因素。光强-光合曲线中有光补偿点、光饱和点。植物光合作用达到最大值时的光照强度，称为该种植物的光饱和点。光合作用和呼吸作用相等时的光照强度称为光补偿点。一般来说，光补偿点高的植物其光饱和点也高：草本木本植物；C4C3 植物；阳生 阴生植物。即随着有效
3、光强的不断增加，光合速率也不断增加，当有效光强达到光饱和点时，光合速率不再增加（3） CO2:是光合作用的主要原料， CO2 浓度增加，作物的光合速率提高，但是到达饱和点，光合数量从降低。C4植物的 CO2 补偿点和饱和点均低于 C3 植物。增加 CO2 浓度可提高植物的光合能力，尤其对 C3 植物效果明显。CO2 浓度增加，气孔导度下降，蒸腾速率降低，植物的水分利用效率提高。（4）温度：作物有三基点温度：最低温度，最高温度，最适温度。低温导致叶绿体结构破坏和酶的钝化，影响光合作用；高温下光呼吸和暗呼吸加强，净光合速率下降。温度不仅影响作物的光合速率，还影响生育期长度，当温度升高时，作物的生育
4、期反而降低。二作物产量的限制因素：水、养分。对作物生长的影响符合 Liebig 的最大限制因素法则，即作物产量决定于水肥等生长要素亏缺最重的一个。（1）水分是光合作用的主要原料之一和植物体的主要成分（70-90%） 。缺水使： 气孔导度下降，导致进入叶肉内的 CO2 减少，光合速率降低 光合产物输出变慢在叶片中积累光合作用产生反馈抑制 光合机构受损光合速率下降 叶片死亡光合面积减少湿度：在一般自然条件下，湿度对光合的影响并不明显。空气饱和水汽压差越大，大气蒸发力越强，引起叶片失水，气孔关闭，CO2 供应不畅而导致光合速率下降。（2）养分：是植物细胞结构物质的组成成分。例如，氮：蛋白质的主要成分
5、（16-18%） ；氮过多不利于同化物向子粒分配，缺氮则引起叶功能早衰。磷：促进光合作用和有机物的运输，促进蔗糖合成。钾：促进糖分转变成淀粉；有利于有机物运输.三作物产量的减产因素：病虫害、杂草、污染物（1）病虫害：降低作物叶片的光合能力（2）杂草：与作物竞争光、热、水和养分（3）污染物：重金属；SO2，氮氧化物（NO2, NO）等，进入叶肉组织，很容易被吸收，破坏叶绿体四作物产量的减产因素：病虫害、杂草、污染物（1）病虫害：降低作物叶片的光合能力（2）杂草：与作物竞争光、热、水和养分（3）污染物：重金属；SO2，氮氧化物（NO2, NO）等，进入叶肉组织，很容易被吸收，破坏叶绿体3.简要说明
6、影响作物生长的因素。1）潜在生长条件 潜在产量 水分、养分充分供应，无病虫害、杂草危害； 作物生长和产量仅决定于太阳辐射、温度和作物性状2）限制生长条件 可获得（限制）产量 除上述因子外，在作物生长季节至少部分阶段出现缺水；或作物生长受到养分或同时水分短缺的影响； 在无灌溉、无病虫害和杂草危害，以及养分充分满足的条件下，作物可能实现的产量，称为雨养潜力。 3）实际生长条件 实际产量 作物生长受到减产因子病虫害、杂草、污染等影响。4.一般来讲，C3 作物的净光合效率（生长率）要低于 C4 作物，豆类作物要低于谷类作物，为什么？净光合作用=总光合作用-呼吸作用消耗。净光合率（dw/dt ，kg D
7、M ha-1 d-1）：等于总同化量减去维持呼吸和生长呼吸消耗。净光合速率公式 ：mgRACVFdtw4301） CVF = 碳水化合物转化为干物质系数（kg DM kg-1 CH2O） ，与作物类型即淀粉、蛋白质和脂肪含量有关，其中谷类作物 CVF = 0.7，豆类 CVF= 0.65，所以豆类转化成干物质量（CVF）低于谷类作物，因此 C3 作物的净光合效率（生长率）比 C 作物低。2） 并且在 ， 式子中，谷类作物的 MC = 0.015，豆类= 0.025，豆类维持正常WMTRm10TrefQ呼吸消耗量比较大，即 C3 作物的维持系数（ MC）比 C4 大；并且 C3 作物的 Tref
8、=20，C4 作物的Tref=25，因此 C3 作物的温度校正系数（TC）比 C4 的大，综上 C3 作物的维持呼吸（Rn）比 C4 作物的高。那么 C3 作物的净光合效率（生长率）比 C 作物低。3） 适宜温度条件下，C3 和 C4 作物在生长发育期的最大 E 值分别为 70 和 90 kg CO2 ha-1/(MJ m-2)，gabsAEIC3 作物的 E 值比 C4 小，因此 C3 作物的 CO2 同化量（Ag）比 C4 作物的低，因此 C3 作物的净光合效率（生长率）比 C 作物低。5.提高大气中 CO2 的浓度可提高作物的光合效率，简要说明原因。（1）CO2 的流通速率 P（光合速率
9、）可表示为： ()acesimkPrr由公式可以看出，光合效率与 CO2 浓度成正比，当 CO2 的浓度（Ca）增加时，因此作物光合速率也增加。（2）暗反应阶段需要 CO2，CO2 是植物体内合成有机物的原料。增加 CO2 含量，增强暗反应，也就增强光反应的原料来源。当大气中 CO2 大量增加时，气孔只要微微张开，就可以吸收到足够的 CO2，当 CO2 浓度比较大的时候，在空气中扩散阻力小，进入细胞内的阻力也比较小，因此能提高作物的光合效率。（3）实际上，大气中的 CO2 浓度小，现在大气中 CO2 的浓度约为 350ppm，农作物光合作用 CO2 的最适浓度一般约为 1000ppm，因此提高
10、大气中的 CO2 浓度，有利于提高作物的光合效率。（4）空气中的二氧化碳含量一般占体积的 0.033(即 0.65mgL，0，101kPa)，对植物的光合作用来说是比较低的。如果二氧化碳浓度更低，光合速率急剧减慢。当光合吸收的二氧化碳量等于呼吸放出的二氧化碳量，这个时候外界的二氧化碳数量就叫做二氧化碳补偿点(CO2compensation point)。水稻单叶的二氧化碳补偿点是55mgLCO2(25，光照10klx)，其变化范围随光照强度而异。光弱，光合降低比呼吸显著，所以要求较高的二氧化碳水平；才能维持光合与呼吸相等，也即是二氧化碳补偿点高。当光强，光合显著大于呼吸，二氧化碳补偿点就低。作
11、物高产栽培的密度大，肥水充足，植株繁茂，吸收更多二氧化碳，特别在中午前后，二氧化碳就成为增产的限制因子之一。植物对二氧化碳的利用与光照强度有关，在弱光情况下，只能利用较低的二氧化碳浓度，光合慢，随着光照的加强，植物就能吸收利用较高的二氧化碳浓度，光合加快。6.简要说明计算净光合率（生长率）的步骤。吸收的总有效光： eLkabsII 15.00总同化量： sgEATC 为温度（ T）校正系数： 10TrefQC维持呼吸消耗： WMRm作物生长率： mgRAVFdtw43 MC（kg CH2O kg-1 DM）是标准温度（20 C，C3 作物； 25 C，C4 作物）时维持系数，即维持作物的正常生
12、长需要消耗的碳水化合物量； = 作物太阳辐射反射率（0.1 - 0.2） ；I0 = 太阳总辐射（MJ m-2 d-1） ；k = 作物消光系数（多在 0.4 - 0.7） ；L = 作物叶面积指数；E = 作物 CO2 同化效率 (CO2 ha-1/(MJ m-2)；T = 日均温 Q10 一般等于 2 Tref = 20 C（温带，C3 作物） ，谷类作物的 MC = 0.015，豆类= 0.025，油料作物 = 0.030；Tref = 25 C (热带， C4 作物） CVF = 碳水化合物转化为干物质系数（ kg DM kg-1 CH2O） ，与作物类型即淀粉、蛋白质和脂肪含量有关作
13、物生长模拟（二）1作物在早期阶段，生物量一般成指数增长，而在中期阶段则成线性增长，为什么?作物在早期是指数生长阶段；一般生物量低于 100 g m-2（1000 kg ha-1) 时，作物生物量呈指数增长。生物量的相对增长率（rm） （g g-1 d-1）: 取决于温度、光照和作物品种，因此早期阶段，作物的生长率mdwrt一直都在增加，作物成指数增长。而当作物生长率达到最大的时候，新增生物量不增加作物生长率，因此作物从指数转变为线性增长。比如人口增加的生育能力一直在增加，才会有指数增长；当人口生育能力达到最大，不在增加了，生育能力不变，是一个常数，因此人口增长就成线性增加。2简要说明长日照和短
14、日照植物的主要差别按不同植物光周期类型，可分为三类：长日性、短日性和光期钝感三类.（1）短日照作物：只有在光照时间长度小于某一时段才能开花，加长光照时数，就不会开花结实。水稻、大豆、玉米，高粱、谷子、棉花、甘薯等原产于热带亚热带的植物。（2）长日照植物：只有在光照长度大于某一时数后才能开花，缩短光照时数就不开花结实。小麦、大麦、燕麦、豌豆、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、洋葱、蒜、菠菜等原产于高纬度地区的植物。3简要说明影响作物发育速度的因素作物发育速度：取决于有效温度和日照长度一日照长度对作物发育速度的影响：1）日照长度与光合系数 Fpr 的关系（图 P9）：对于长日照植物，低于 10h 时，Fp
15、r 小，作物不正常发育；高于10h，Fpr 增加，作物开始正常发育，到 12h，Fpr=1，作物正常发育，而短日照刚好相反。2）按对光长的敏感程度，可分为感光性强、中、弱三种类型。感光性很强：植物当光长超过或小于临界光长时，就不能进行花芽分化，如水稻晚熟种、大豆等。感光性中等：在满足其临界光长要求时能明显促进花芽分化，提早开花；反之，在不适宜的光长条件下，虽然能进行花芽分化，但开花所需天数明显增加。一般多为中熟品种。感光性很弱：光照长短对促进开花的效果不显著，而其中对光反应极迟钝的，多为早熟和特早熟种。3）按不同植物光周期类型，可分为三类：长日性、短日性和光期钝感三类：短日照作物：只有在光照时
16、间长度小于某一时段才能开花，加长光照时数，就不会开花结实。水稻、大豆、玉米，高粱、谷子、棉花、甘薯等原产于热带亚热带的植物。长日照植物：只有在光照长度大于某一时数后才能开花，缩短光照时数就不开花结实。小麦、大麦、燕麦、豌豆、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、洋葱、蒜、菠菜等原产于高纬度地区的植物。中间性植物：开花不受光照时间长度的影响。如西红柿、大豆中的某些特早熟品种，时间长度一般为 12-14 小时。二温度对作物发育速度的影响：1）植物生长发育对温度非常敏感。例如，作物的开花期与平均气温呈很好的相关性。温度低的时候，开花期长，温度高的时候开花期短；温度与作物的生长期成正相关，温度升高，作物生长期延长
17、；开花期与纬度成正相关，纬度高的地方开花期长。 （因为纬度高的地方温度低） 。2）温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；当温度高于最适温度后，参与生理生化反应的酶系统受到影响，代谢活动受阻，势必影响到生物正常的生长发育。当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。不同生物的三基点温度是不一样的，即使是同一生物不同的发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。另外温度对生物发育（尤其是植物）的影响还存在有效积温法则。4简要说明不
18、同发育阶段干物质的分配特点 作物发育速度决定了同化物质在各器官间的分配 (leaves, stems, roots, storage organs) 作物出苗后，在指数生长期，大部分的同化物质转化为叶和根，然后是茎，此时作物进入灌浆期，主要是在线性生长期将干物质分配给茎。大致在开花期同化物停止分配给根 之后的线性生长期以及衰老阶段大部分的同化物分配给生殖器官，如籽粒。课件 P10 图。5一般来讲，作物 CO2 实际同化量与潜在同化量的比等于实际蒸腾量与潜在蒸腾量的比（即 A/Ap = Ta/Tp), 请简要说明原因主要是由于叶片与大气进行 CO2 的交换与 H2O 的蒸发是经过同一个气孔的。因
19、为蒸腾是水分通过作物的气孔散失到大气中的过程，同时 CO2 和氧气也通过作物气孔进行气体交换，为了避免干燥，作物必须从土壤中吸收水分以弥补蒸腾损失，因此蒸腾作用和同化过程是相互关联的。当土壤供水不足时，作物通过调节气孔大小（减小）来减少蒸腾，气孔关闭，阻力变大，结果使大气与作物的 CO2 和 O2 交换减少，导致 CO2 同化降低。因此蒸腾量与同化量都降低，都与气孔关闭或者大小有关。而蒸腾作用的水分从气孔散失，而光合作用同样也从该气孔吸收二氧化碳，是用的同一个气孔，T 和 Ag 基本是相等的，因此作物 CO2 实际同化量与潜在同化量的比等于实际蒸腾量与潜在蒸腾量的比。6、简要说明影响作物蒸腾量
20、的因子蒸腾是水分通过作物（气孔）散失到大气的过程。影响作物蒸腾量的因子主要有：气候因子、土壤因子、作物本身。一气候因子：光照、温度、湿度、风速、气压等。（1）光照光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放，减少气孔阻力，从而增强蒸腾作用。其次，光可以提高大气与叶子的温度，增加叶内外蒸气压差，加快蒸腾速率。（2）温度温度对蒸腾速率的影响很大。当大气温度升高时，叶温比气温高出 210，因而气孔下腔蒸气压的增加大于空气蒸气压的增加，使叶内外蒸气压差增大，蒸腾速率增大；当气温过高时，叶片过度失水，气孔关闭，蒸腾减弱。（3）湿度在温度相同时，大气的相对湿度越大，其蒸气压就越大，叶内外蒸气压差就变小，气孔下腔
21、的水蒸气不易扩散出去，蒸腾减弱；反之，大气的相对湿度较低，则蒸腾速率加快。（4）风速风速较大，可将叶面气孔外水蒸气扩散层吹散，而代之以相对湿度较低的空气，既减少了扩散阻力，又增加了叶内外蒸气压差，可以加速蒸腾。强风可能会引起气孔关闭，内部阻力增大，蒸腾减弱。二土壤因子：土壤质地，孔隙度，土壤含水量。蒸腾作用的水是通过膨压从根部吸的水，因此土壤含水量是影响蒸腾作用的重要因素。土壤中的水分含量高，水势梯度大，作物能吸收更多的水分，蒸腾作用强；相反如果土壤质地不好，孔隙度比较大，土壤水分含量少，根部在土壤中吸收的水分少，气孔关闭，蒸腾减弱。三作物因子：气孔、作物密度、冠层郁闭度、叶面积指数（1）气孔
22、： 气孔关闭，植物整腾作用几乎停止，这是植物为了保持体内水分的一种适应。气孔大小气孔直径较大，内部阻力小，蒸腾快。气孔下腔气孔下腔容积大，叶内外蒸气压差，蒸腾快。气孔开度气孔开度大，蒸腾快；反之，则慢。（2）叶面积指数：叶面积越大，蒸腾作用越强。7、影响土壤水分平衡的主要因子有哪些？S = R + CR + SS SR - (E+T) PC S = 土壤有效水量 R = 降水量 SS = 地表储水量 SR = 地表径流量 E = 地面蒸发量 T = 作物蒸腾量PC = 水分渗漏到根层以下的量 CR = 通过毛细管上升到根层水量生态系统模型- 生态学水文过程及其模拟根据蒸发原理提出农业节水措施蒸
23、发：水由液态转为气态的过程，通常指未饱和空气流经湿润表面时，水分逸出到空气的过程。蒸散是水平衡的重要分量、 水循环的关键驱动机制，由大气需求、土壤水分有效性、植被状况等因子控制。一对于土壤而言：1、覆盖保墒：一是薄膜覆盖。在春播作物上应用可增温保墒，抗御春旱。二是秸秆覆盖。即将作物秸秆粉碎，均匀地铺盖在作物或果树行间，减少土壤水分蒸发，增加土壤蓄水量，起到保墒作用。 2、深耕深松：以土蓄水，深耕深松，打破犁底层，加厚活土层，增加透水性，加大土壤蓄水量，减少地面径流，更多地储蓄和利用自然降水。玉米秋种前深耕 29 厘米加深松到 35 厘米，其渗水速度比未深耕松地快 1012 倍，较大降水不产生地
24、面径流，使降水绝大部分蓄于土壤。据测定，活土层每增加 3 厘米，每亩蓄水量可增加 7075 立方米。加厚活土层又可促进作物根系发育，提高土壤水分利用率。3、防旱保墒：用中耕和镇压保蓄土壤水分。4、利用抗旱保水剂，延长土壤水分持续供应。抗旱保水剂可直接改善土壤理化性质，明显提高土壤水分含量，在旱作大田上，全生育期土壤水分平均可高出 5 个百分点以上，在灌溉地上，可明显可提高土壤抗旱能力，延缓灌水时间，减少灌水 12 次。5、增施有机肥：可降低生产单位产量用水量，在旱作地上施足有机肥可降低用水量 50%60%，在有机肥不足的地方要大力推行秸秆还田技术，提高土壤的抗旱能力。合理施用化肥，也是提高土壤
25、水分利用率的有效措施。二对于作物而言：选用节水高产的良种 因地制宜选用节水高产作物良种， 合理安排作物布局与品种搭配是作物节水、 增产、 低耗的重要环节。不同作物和品种对环境条件要求和适应力都有一系列的生理生态和形态 的差异。因此，只有环境条件充分满足或适应作物品种的生理生态和遗传特性的要求时， 才能充分发挥其优良特性与产量潜力；另一方面，根据地区的自然条件、栽培水平、耕作 制度以及自然灾害等特点选用适宜良种，合理安排作物布局和品种搭配，才能合理利用资 源，趋利避害，发挥资源的生产潜力。1、根据不同地区土壤特点，选耐旱优良品种。通过一些耕作措施，减缓干旱时期的旱情如延长蹲苗时间以错过旱情期；在
26、限水灌溉条件下，磷肥集中深施效果最好。有地表水源的地区，限额灌溉，以水防旱。2、选用抗旱品种：称为作物界骆驼的花生等作物抗旱性强，在缺水旱作地区应适当扩大种植面积。就可以减少灌水，达到节约用水。同一作物的不同品种间抗旱性也有较大差异。 3、关键时期灌水：在水资源紧缺的条件下，应选择作物一生中对水最敏感对产量影响最大的时期灌水，如禾本科作物拔节初期至抽穗期和灌浆期至乳熟期，大豆的花芽分化期至盛花期等。4、保水剂：能在短时间内吸收其自身重量几百倍至上千倍的水分，将保水剂用作种子涂层，幼苗醮根，或沟施、穴施、或地面喷洒等方法直接施到土壤中，就如同给种子和作物根部修了一个小水库。使其吸收土壤和空气中的
27、水分，又能将雨水保存在土壤中，当遇旱时，它保存的水分能缓慢释放出来，以供种子萌发和作物生长需要。5、抗旱剂：属抗蒸腾剂，叶面喷洒，能有效控制气孔的开张度，减少叶面蒸腾，有效地抗御季节性干旱和干热风危害。喷洒 1 次可持效 1015 天。还可用作拌种、浸种、灌根和蘸根等，提高种子发芽率，出苗整齐，促进根系发达，可缩短移栽作物的缓苗期，提高成活率。遥感在生态模型中的应用1、生态系统模型为什么需要尺度扩展？1） 、变量和过程之间的非线性关系；地表过程特征参数的空间变异性；过程之间的复杂相互作用。生态过程有时空尺度，因此研究生态系统需要尺度扩展。2） 、空间尺度的变化实际上是研究对象和针对问题的变化，
28、可以导致模型的输入和输出是不同的。空间的变化带来的是反馈关系的变化。分析问题的前提是界定问题的时间和空间尺度。由于时间尺度和空间尺度的变化可以导致结论的不同，甚至相反。因此需要尺度扩展。3） 、某些生态过程不好直接研究，可以经过尺度扩展来说明该过程，如可以用叶片与光合的关系研究全球陆地植被的蒸腾。可以根据林分群体边材分布规律,完成林分群体蒸腾耗水的尺度转换。还可以实现由单木水平到群体水平耗水的尺度扩展。4） 、地球空间信息科学异于一般意义上信息科学的主要特点在于其研究对象的特殊性。地球表面空间是一个复杂的巨系统而且与人类的关系极为密切。因而我们所需要的地表空间信息在时间上和空间上的分辨率都有极
29、大的跨度 , 在某一尺度上人们观察到的性质 ,总结出的原理或规律 ,在另一尺度上可能仍然有效 ,可能相似 ,也可能需要修正。不同尺度的系统之间存在着物质、 能量和信息的交换与联系 ,正是这种联系为尺度转换提供了客观依据。遥感的空间尺度转换主要包括两个方面:尺度上推 ( up scaling) ,从高分辨率向低分辨率转化的过程;尺度下推 ( downscaling) ,从低分辨率向高分辨率转化的过程。2、那些地表特征参数可由遥感信息反演？一、植被遥感能够为生态系统模拟研究提供：1）充实 GIS 背景数据：地理位置、DEM2）气象数据： 气温、地面温度、海水温度、辐射、降水、云3）土壤水分： 土壤
30、质地；植被覆盖4）植被动态变化数据： 植被覆盖 NDVI，LAI ，NPP，snow cover二、RS 估计与植被的信息RS 估计与植被有关的信息：从遥感影像中划分植被覆盖区域，植被类型从遥感数据中发，如 LAI，估算与光合作用有关的量，如蒸腾量，叶面温度，光合作用强度等RS 反演植被参数，如 LAI，FPAR，生物量，植被高度，叶角等反射率反演，目前较活跃的研究内容-通过植被指数 VIs 间接估计植被参数经验半经验关系的建立：NDVI-LAI， NDVIbiomass三、RS 与土壤信息土壤信息理论上有些土壤参数可以由 RS 得来。RS 可直接获取的土壤信息 土壤质地 不同矿物组成的土壤具
31、有不同的光谱吸收特性 土壤水分 不同含水量的土壤具有不同的光谱吸收特性，土壤水分含量越高，反射率越低 土壤有机质 有机质含量越高，土壤对能量的吸收越高 土壤阳离子含量 例如，含氧化铁的土壤对红光反射率脚高，而对蓝绿光则吸收增强 土壤粗糙度 土壤表面越是平整，对光的反射越强但是由于植被覆盖土壤 C 和 N 不能由 RS 估计，只能大致估计地表几个厘米的土壤含水量。 就这，还取决于覆盖度大小地表粗糙度、表面土壤水分和植被密度信息，using passive and active microwave sensors 但如何更好地利用这些技术还在探索之中3、植被指数是指什么？它为什么能反映植被的变化？
32、它有何局限性？一、当人们用不同波段的植被-土壤系统的反射率因子，以一定的形式组合成一个参数时，发现它与植被特性参数间的函数关系，比单一波段值更稳定、可靠，该类组合统称为植被指数。二、在一定程度上，植被指数能定量化地反映植被的生长状况，因此各类植被指数得到了很大的发展。植被指数是由传感器不同波段的反射率组合而成，常见的植被指数如 NDVI，RDVI、wDvI、PVI、SAVI 等。植物在不同生育阶段对 VIS 会让 NIR 波段反射率的不同，形成了 NDVI 的季相变化，NDVI 的季相变化特征就可以反应地表植被的动态变化过程。植被在可阶段反射差别不大，但是在远红外和近红外的吸收有很大的区别，而
33、每一个植被指数都与该波长和波段有关。不同的生育阶段对不同波段的吸收和反射都不一样，植被叶片中的叶绿素含量不一样，吸收也不一样，因此植被指数可以反映这一变化过程。三、除植被自身生长状况外，植被指数还受太阳辐射、植被类型、土壤、大气及传感器等外部条件的影响。由于云的污染、大气变异性、双向反射的影响，植被指数常受扰动。植被指数的比较研究表明，SAVI 适合于中密度以下地区的植被监测；MSAVI 考虑了裸土土壤线，能最大限度地抵消土壤背景的影响，对于低植被覆盖比 NDVI 有更好的指示作用；并且多时相植被指数的累加值能较好地反映植被的分布4、光能利用率模型的基本原理是什么？它与遥感信息如何结合?课件
34、P8 的公式即是原理，得出需要遥感所需要要测定的量，即也与遥感信息的结合。基于站点观测的传统生态学研究方法，在大区域 NPP 估算中存在局限性。由于遥感在获取大尺度数据方面的优势，很多 NPP 模型已经引入了遥感数据。这些模型利用遥感数据进行土地覆盖和植被分类，计算植被指数、叶面积指数(Leaf Area Index，LAI)等陆表参数和生物物理参数，或采用基于利用光能利用效率等原理来估算 NPP。5、遥感蒸散模型的基本原理是什么？太阳辐射是地表能量交换的基础，其经大气衰减到达地表后的净辐射能量主要分配到三个部分，即:潜热通量(用于水分的蒸发凝结)、显热通量 (用于大气升温)、土壤热通量(用于
35、下垫面升温) ，另外还有一小部分用于生物量的增加，由于这部分能量较少，一般可忽略。因此，地表能量平衡原理可用如下方程式表示 Rn=LE+H+G 式中：R n 为地表的净太阳辐射通量(w/m 2)； LE 为潜热通量(w/m 2)，即下垫面与大气间水汽的热交换，其中 E 为蒸散量(mm)，L 为水的汽化热当量(w/m 3)；H 为显热通量，也称感热通量(w/m 2)；G 为土壤热通量，即下垫面土壤中的热交换(w/m 2)。根据地表能量平衡原理即可得到决定区域地表蒸散发的潜热通量 LE：LE= R n-G-H由此可利用遥感数据可见光、近红外与热红外波段对区域地面特征参数进行反演，即可得到每个像元在
36、卫星过境时刻的瞬时净辐射通量 Rn、土壤热通量 G、感热通量 H，然后计算出潜热通量 LE，并将其转化成瞬时蒸散量 E，最后根据瞬时蒸散量与日蒸散量的关系得到区域日蒸散发量。课件 P5 图和遥感蒸散方法 ；蒸散与植被指数的结合 P6-7植物如何响应气候变化？气候变化具有多种不同的时空尺度 ，相应的植被响应也存在差异 。植被系统对外界环境的 响应可大致分为瞬时、中期和长期三种时段 。瞬时响应系指植物叶片 、根 、茎等器官与环境间水分、热量和气候交换等过程随环境改变而产生的响应；中期响应则是指生长于某一地区的植被群落 内部各组分与气候状况相协调的过程；长期响应是指宏观气候环境的改变导致新的植被群落
37、产生并逐步替代原有群落的过程 。森林对未 来全球变化的响应森林是地球上所有生态系统中受人类活动影响相对较小，但同时对人类社会经济活动有重要贡献的一个。作为全球气候系统的组成部分之一，森林对现在及未来的气候变化和碳平衡都具有着重要意义。1 热带森林对全球变化的响应 关于全球变化将导致热带森林面积增加还是减少 ，各位学者的研 究结果相差较大。但大多数研 究认为雨带的迁移必然对这一地 区森林的面积、分布及生产力构成影响。热带常绿阔叶雨 林的 更新将加快，而有些地 区降水的减少又将加速干旱森林 向稀林草原。但同 时有些地区降水量的增加和水资源利用率的提高又将使森林面积扩大并促进农林业的 发展 。全球变
38、化 ，特别是降水量的变化对不同地 区热带森林生产力的影响是不 同的。总而言之 ，由于温度增 加造成呼吸作用增强 以及 云的增加导致光合效率下降 ，热带常绿 阔叶林 的 第一性生产力将有所下降。 温带森林对全球变化的响应 随 着温带地区农业粮食单产的 稳定 提高 ，使更多的土地可甩于植树造林。气候变化将使温带森林向极地方迁移，但是在干旱的大陆性气候区，由于频繁不断的减少的夏 季 干旱 的 影响 ，温带 森林 的面 积也 将 减少 。而 这些 地 区 生物 量和 碳 的减 少率 将 大大 超过 新 增林 地 生 大气 浓度增加 、气温上 升 以及土壤 矿化 率的提 高 ，温带森林 的净 初级 生产
39、力 （ ） 将进一步提高 。当然 ，也有 学 者认 为 ，温带 森 林中可能增加的那一部分净生 产力因土壤 呼 吸作 用 的加 强 而耗 损 ，使 总 的碳 净贮 量 的变 化 不 大3 北方森林对全球变化的响应：全球变暖有可能加速土壤有机质的分解而促进生境条件较好的北方森林净初级生产力 的提 高 ，但 净 初级 生 产力 的提 高 并不 意 味着森 林 碳 净贮 量 的增加 ，因为 气温 升高也 将 提 高碳 的分 解 率 。在 生境 条 件较差 ，特 别是水 分 供给 不 足 的地 区 ，北 方 森林 的生 产 力将 有 所下 降 ，并 成为 全球 碳 的源 。 在 森林 一 苔原交 错 地带 ，气温 升高将 提高 种子 的发 芽 和 生长 能力 而 使森林 覆 盖 面积 有 可能扩大
