生態(tài)系統(tǒng)模型_思考題答案

1、作物生長模擬（一）1.舉例說明什么是狀態(tài)、速率和驅(qū)動變量。狀態(tài)變量（State variable）：指系統(tǒng)的總量，如生物量、土壤中總含水量等驅(qū)動變量或驅(qū)動方程（Driving variable）：系統(tǒng)外部因子或描述系統(tǒng)外部因子影響的方程，如太陽輻射、氣溫、降水.速率變量（Rate variable）：特定時刻單位時間內(nèi)狀態(tài)變量的變化量。例如人口增長速率:State (t+t) = State (t) + Rate (t)·t ,用Rate (t) = State (t)（t時間時人口數(shù)）*constant（人口增長率）2.簡要說明各產(chǎn)量水平的主要影響因子。一作物產(chǎn)量的決定因素：作物性

2、狀、光、CO2、溫度（1）作物生理性狀：如CO2的同化能力、生育期長度、收獲指數(shù)、葉面積指數(shù)，等等. 以及作物類型，如C3和C4作物，像小麥?zhǔn)荂3作物，玉米是C4作物，玉米比小麥的最大單葉光合能力要強；谷類作物、根莖作物、豆科作物、油料作物的作物產(chǎn)量也不相同。（2）光照：是光和作用的能量來源，形成葉綠素的必要條件；影響光和作用的重要因素。光強-光合曲線中有光補償點、光飽和點。植物光合作用達(dá)到最大值時的光照強度，稱為該種植物的光飽和點。光合作用和呼吸作用相等時的光照強度稱為光補償點。一般來說，光補償點高的植物其光飽和點也高：草本>木本植物；C4>C3植物；陽生>陰生植

3、物。即隨著有效光強的不斷增加，光合速率也不斷增加，當(dāng)有效光強達(dá)到光飽和點時，光合速率不再增加（3） CO2:是光合作用的主要原料，CO2濃度增加，作物的光合速率提高，但是到達(dá)飽和點，光合數(shù)量從降低。C4植物的CO2補償點和飽和點均低于C3植物。增加CO2濃度可提高植物的光合能力，尤其對C3植物效果明顯。CO2濃度增加，氣孔導(dǎo)度下降，蒸騰速率降低，植物的水分利用效率提高。（4）溫度：作物有三基點溫度：最低溫度，最高溫度，最適溫度。低溫導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)破壞和酶的鈍化，影響光合作用；高溫下光呼吸和暗呼吸加強，凈光合速率下降。溫度不僅影響作物的光合速率，還影響生育期長度，當(dāng)溫度升高時，作物的生

4、育期反而降低。二作物產(chǎn)量的限制因素：水、養(yǎng)分。對作物生長的影響符合Liebig的最大限制因素法則，即作物產(chǎn)量決定于水肥等生長要素虧缺最重的一個。（1）水分是光合作用的主要原料之一和植物體的主要成分（70-90%）。缺水使：ü  氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致進入葉肉內(nèi)的CO2減少，光合速率降低ü  光合產(chǎn)物輸出變慢在葉片中積累光合作用產(chǎn)生反饋抑制ü  光合機構(gòu)受損光合速率下降ü  葉片死亡光合面積減少濕度：在一般自然條件下，濕度對光合的影響并不明顯?？諝怙柡退麎翰钤酱?，大氣蒸發(fā)力越強，

5、引起葉片失水，氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不暢而導(dǎo)致光合速率下降。（2）養(yǎng)分：是植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成成分。例如，氮：蛋白質(zhì)的主要成分（16-18%）；氮過多不利于同化物向子粒分配，缺氮則引起葉功能早衰。磷：促進光合作用和有機物的運輸，促進蔗糖合成。鉀：促進糖分轉(zhuǎn)變成淀粉；有利于有機物運輸.三作物產(chǎn)量的減產(chǎn)因素：病蟲害、雜草、污染物（1）病蟲害：降低作物葉片的光合能力（2）雜草：與作物競爭光、熱、水和養(yǎng)分（3）污染物：重金屬；SO2，氮氧化物（NO2, NO）等，進入葉肉組織，很容易被吸收，破壞葉綠體四作物產(chǎn)量的減產(chǎn)因素：病蟲害、雜草、污染物（1）病蟲害：降低作物葉片的光合能力（2）雜草：與作物競爭光

6、、熱、水和養(yǎng)分（3）污染物：重金屬；SO2，氮氧化物（NO2, NO）等，進入葉肉組織，很容易被吸收，破壞葉綠體3.簡要說明影響作物生長的因素。1）潛在生長條件  潛在產(chǎn)量n  水分、養(yǎng)分充分供應(yīng)，無病蟲害、雜草危害；n  作物生長和產(chǎn)量僅決定于太陽輻射、溫度和作物性狀2）限制生長條件  可獲得（限制）產(chǎn)量n  除上述因子外，在作物生長季節(jié)至少部分階段出現(xiàn)缺水；或作物生長受到養(yǎng)分或同時水分短缺的影響；n  在無灌溉、無病蟲害和雜草危害，以及養(yǎng)分充分滿足的條件下，作物可能實現(xiàn)的

7、產(chǎn)量，稱為雨養(yǎng)潛力。3）實際生長條件  實際產(chǎn)量n  作物生長受到減產(chǎn)因子病蟲害、雜草、污染等影響。4.一般來講，C3作物的凈光合效率（生長率）要低于C4作物，豆類作物要低于谷類作物，為什么？凈光合作用=總光合作用-呼吸作用消耗。凈光合率（dw/dt ，kg DM ha-1 d-1）：等于總同化量減去維持呼吸和生長呼吸消耗。凈光合速率公式：1）  CVF = 碳水化合物轉(zhuǎn)化為干物質(zhì)系數(shù)（kg DM kg-1 CH2O），與作物類型即淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量有關(guān)，其中谷類作物CVF = 0.7，豆類 CVF=

8、 0.65，所以豆類轉(zhuǎn)化成干物質(zhì)量（CVF）低于谷類作物，因此C3作物的凈光合效率（生長率）比C作物低。2）  并且在 ，式子中，谷類作物的MC = 0.015，豆類= 0.025，豆類維持正常呼吸消耗量比較大，即C3作物的維持系數(shù)（MC）比C4大；并且C3作物的Tref=20，C4作物的Tref=25，因此C3作物的溫度校正系數(shù)（TC）比C4的大，綜上C3作物的維持呼吸（Rn）比C4作物的高。那么C3作物的凈光合效率（生長率）比C作物低。3）  適宜溫度條件下，C3和C4作物在生長發(fā)育期的最大E值分別為70和90 kg CO2 ha-1/(M

9、J m-2)，C3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作物的凈光合效率（生長率）比C作物低。5.提高大氣中CO2的濃度可提高作物的光合效率，簡要說明原因。 （1）CO2的流通速率P（光合速率）可表示為：     由公式可以看出，光合效率與CO2濃度成正比，當(dāng)CO2的濃度（Ca）增加時，因此作物光合速率也增加。（2）暗反應(yīng)階段需要CO2，CO2是植物體內(nèi)合成有機物的原料。增加CO2含量，增強暗反應(yīng)，也就增強光反應(yīng)的原料來源。當(dāng)大氣中CO2大量增加時，氣孔只要微微張開，就可以吸收到足夠的CO2，當(dāng)

10、CO2濃度比較大的時候，在空氣中擴散阻力小，進入細(xì)胞內(nèi)的阻力也比較小，因此能提高作物的光合效率。 （3）實際上，大氣中的CO2濃度小，現(xiàn)在大氣中CO2的濃度約為350ppm，農(nóng)作物光合作用CO2的最適濃度一般約為1000ppm，因此提高大氣中的CO2濃度，有利于提高作物的光合效率。 （4）空氣中的二氧化碳含量一般占體積的0.033(即0.65mgL，0，101kPa)，對植物的光合作用來說是比較低的。如果二氧化碳濃度更低，光合速率急劇減慢。當(dāng)光合吸收的二氧化碳量等于呼吸放出的二氧化碳量，這個時候外界的二氧化碳數(shù)量就叫做二氧化碳補償點(CO2compensation poin

11、t)。水稻單葉的二氧化碳補償點是55mgLCO2(25，光照10klx)，其變化范圍隨光照強度而異。光弱，光合降低比呼吸顯著，所以要求較高的二氧化碳水平；才能維持光合與呼吸相等，也即是二氧化碳補償點高。當(dāng)光強，光合顯著大于呼吸，二氧化碳補償點就低。作物高產(chǎn)栽培的密度大，肥水充足，植株繁茂，吸收更多二氧化碳，特別在中午前后，二氧化碳就成為增產(chǎn)的限制因子之一。植物對二氧化碳的利用與光照強度有關(guān)，在弱光情況下，只能利用較低的二氧化碳濃度，光合慢，隨著光照的加強，植物就能吸收利用較高的二氧化碳濃度，光合加快。6.簡要說明計算凈光合率（生長率）的步驟。吸收的總有效光：總同化量：TC為溫度（T）校正系數(shù)：

12、維持呼吸消耗：作物生長率：n  MC（kg CH2O kg-1 DM）是標(biāo)準(zhǔn)溫度（20 ºC，C3作物；25 ºC，C4作物）時維持系數(shù)，即維持作物的正常生長需要消耗的碳水化合物量；r = 作物太陽輻射反射率（0.1 - 0.2）；I0 = 太陽總輻射（MJ m-2 d-1）；k  = 作物消光系數(shù)（多在0.4 - 0.7）；L = 作物葉面積指數(shù)；E = 作物CO2同化效率 (CO2 ha-1/(MJ m-2)；T = 日均溫n

13、60; Q10 一般等于2n  Tref = 20 ºC（溫帶，C3作物），谷類作物的MC = 0.015，豆類= 0.025，油料作物 = 0.030；Tref = 25 ºC (熱帶， C4作物）n  CVF = 碳水化合物轉(zhuǎn)化為干物質(zhì)系數(shù)（kg DM kg-1 CH2O），與作物類型即淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量有關(guān) 作物生長模擬（二）1作物在早期階段，生物量一般成指數(shù)增長，而在中期階段則成線性增長，為什么?作物在早期是指數(shù)生長階段；一般生物量低于100

14、g m-2（1000 kg ha-1) 時，作物生物量呈指數(shù)增長。生物量的相對增長率（rm）（g g-1 d-1）:取決于溫度、光照和作物品種，因此早期階段，作物的生長率一直都在增加，作物成指數(shù)增長。而當(dāng)作物生長率達(dá)到最大的時候，新增生物量不增加作物生長率，因此作物從指數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性增長。比如人口增加的生育能力一直在增加，才會有指數(shù)增長；當(dāng)人口生育能力達(dá)到最大，不在增加了，生育能力不變，是一個常數(shù)，因此人口增長就成線性增加。2簡要說明長日照和短日照植物的主要差別按不同植物光周期類型，可分為三類：長日性、短日性和光期鈍感三類.（1）短日照作物：只有在光照時間長度小于某一時段才能

15、開花，加長光照時數(shù)，就不會開花結(jié)實。水稻、大豆、玉米，高粱、谷子、棉花、甘薯等原產(chǎn)于熱帶亞熱帶的植物。（2）長日照植物：只有在光照長度大于某一時數(shù)后才能開花，縮短光照時數(shù)就不開花結(jié)實。小麥、大麥、燕麥、豌豆、亞麻、油菜、甜菜、胡蘿卜、洋蔥、蒜、菠菜等原產(chǎn)于高緯度地區(qū)的植物。3簡要說明影響作物發(fā)育速度的因素作物發(fā)育速度：取決于有效溫度和日照長度一日照長度對作物發(fā)育速度的影響：1）日照長度與光合系數(shù)Fpr的關(guān)系（圖P9）：對于長日照植物，低于10h時，F(xiàn)pr小，作物不正常發(fā)育；高于10h，F(xiàn)pr增加，作物開始正常發(fā)育，到12h，F(xiàn)pr=1，作物正常發(fā)育，而短日照剛好相反。2）按對光長的敏感程度，可

16、分為感光性強、中、弱三種類型。感光性很強：植物當(dāng)光長超過或小于臨界光長時，就不能進行花芽分化，如水稻晚熟種、大豆等。感光性中等：在滿足其臨界光長要求時能明顯促進花芽分化，提早開花；反之，在不適宜的光長條件下，雖然能進行花芽分化，但開花所需天數(shù)明顯增加。一般多為中熟品種。感光性很弱：光照長短對促進開花的效果不顯著，而其中對光反應(yīng)極遲鈍的，多為早熟和特早熟種。3）按不同植物光周期類型，可分為三類：長日性、短日性和光期鈍感三類：     短日照作物：只有在光照時間長度小于某一時段才能開花，加長光照時數(shù)，就不會開花結(jié)實。水稻、大豆、玉米，高粱、谷子、棉

17、花、甘薯等原產(chǎn)于熱帶亞熱帶的植物。長日照植物：只有在光照長度大于某一時數(shù)后才能開花，縮短光照時數(shù)就不開花結(jié)實。小麥、大麥、燕麥、豌豆、亞麻、油菜、甜菜、胡蘿卜、洋蔥、蒜、菠菜等原產(chǎn)于高緯度地區(qū)的植物。中間性植物：開花不受光照時間長度的影響。如西紅柿、大豆中的某些特早熟品種，時間長度一般為12-14小時。二溫度對作物發(fā)育速度的影響：  1）植物生長發(fā)育對溫度非常敏感。例如，作物的開花期與平均氣溫呈很好的相關(guān)性。溫度低的時候，開花期長，溫度高的時候開花期短；溫度與作物的生長期成正相關(guān)，溫度升高，作物生長期延長；開花期與緯度成正相關(guān)，緯度高的地方開花期長。（因為緯度高的地方溫度低）。2）溫

18、度對生物的作用可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度，即生物的三基點溫度。當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適溫度之間時，生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)會隨著溫度的升高而加快，代謝活動加強，從而加快生長發(fā)育速度；當(dāng)溫度高于最適溫度后，參與生理生化反應(yīng)的酶系統(tǒng)受到影響，代謝活動受阻，勢必影響到生物正常的生長發(fā)育。當(dāng)環(huán)境溫度低于最低溫度或高于最高溫度，生物將受到嚴(yán)重危害，甚至死亡。不同生物的三基點溫度是不一樣的，即使是同一生物不同的發(fā)育階段所能忍受的溫度范圍也有很大差異。另外溫度對生物發(fā)育（尤其是植物）的影響還存在有效積溫法則。4簡要說明不同發(fā)育階段干物質(zhì)的分配特點n  作物發(fā)育速度決定了同化物質(zhì)在各器

19、官間的分配 (leaves, stems, roots, storage organs)n  作物出苗后，在指數(shù)生長期，大部分的同化物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葉和根，然后是莖，此時作物進入灌漿期，主要是在線性生長期將干物質(zhì)分配給莖。大致在開花期同化物停止分配給根n  之后的線性生長期以及衰老階段大部分的同化物分配給生殖器官，如籽粒。    課件P10圖。5一般來講，作物CO2實際同化量與潛在同化量的比等于實際蒸騰量與潛在蒸騰量的比（即A/Ap = Ta/Tp), 請簡要說明原因主要是由于葉片與大氣進行CO2的交

20、換與H2O的蒸發(fā)是經(jīng)過同一個氣孔的。因為蒸騰是水分通過作物的氣孔散失到大氣中的過程，同時CO2和氧氣也通過作物氣孔進行氣體交換，為了避免干燥，作物必須從土壤中吸收水分以彌補蒸騰損失，因此蒸騰作用和同化過程是相互關(guān)聯(lián)的。當(dāng)土壤供水不足時，作物通過調(diào)節(jié)氣孔大?。p?。﹣頊p少蒸騰，氣孔關(guān)閉，阻力變大，結(jié)果使大氣與作物的CO2 和O2交換減少，導(dǎo)致CO2同化降低。因此蒸騰量與同化量都降低，都與氣孔關(guān)閉或者大小有關(guān)。而蒸騰作用的水分從氣孔散失，而光合作用同樣也從該氣孔吸收二氧化碳，是用的同一個氣孔，T和Ag基本是相等的，因此作物CO2實際同化量與潛在同化量的比等于實際蒸騰量與潛在蒸騰量的比。6

21、、簡要說明影響作物蒸騰量的因子蒸騰是水分通過作物（氣孔）散失到大氣的過程。影響作物蒸騰量的因子主要有：氣候因子、土壤因子、作物本身。一氣候因子：光照、溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓等。  （1）光照光對蒸騰作用的影響首先是引起氣孔的開放，減少氣孔阻力，從而增強蒸騰作用。其次，光可以提高大氣與葉子的溫度，增加葉內(nèi)外蒸氣壓差，加快蒸騰速率。（2）溫度溫度對蒸騰速率的影響很大。當(dāng)大氣溫度升高時，葉溫比氣溫高出210，因而氣孔下腔蒸氣壓的增加大于空氣蒸氣壓的增加，使葉內(nèi)外蒸氣壓差增大，蒸騰速率增大；當(dāng)氣溫過高時，葉片過度失水，氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱。（3）濕度在溫度相同時，大氣的相對濕度越大，

22、其蒸氣壓就越大，葉內(nèi)外蒸氣壓差就變小，氣孔下腔的水蒸氣不易擴散出去，蒸騰減弱；反之，大氣的相對濕度較低，則蒸騰速率加快。（4）風(fēng)速風(fēng)速較大，可將葉面氣孔外水蒸氣擴散層吹散，而代之以相對濕度較低的空氣，既減少了擴散阻力，又增加了葉內(nèi)外蒸氣壓差，可以加速蒸騰。強風(fēng)可能會引起氣孔關(guān)閉，內(nèi)部阻力增大，蒸騰減弱。二土壤因子：土壤質(zhì)地，孔隙度，土壤含水量。    蒸騰作用的水是通過膨壓從根部吸的水，因此土壤含水量是影響蒸騰作用的重要因素。土壤中的水分含量高，水勢梯度大，作物能吸收更多的水分，蒸騰作用強；相反如果土壤質(zhì)地不好，孔隙度比較大，土壤水分含量少，根部在土壤中吸收的水分

23、少，氣孔關(guān)閉，蒸騰減弱。 三作物因子：氣孔、作物密度、冠層郁閉度、葉面積指數(shù)   （1）氣孔：氣孔關(guān)閉，植物整騰作用幾乎停止，這是植物為了保持體內(nèi)水分的一種適應(yīng)。氣孔大小氣孔直徑較大，內(nèi)部阻力小，蒸騰快。氣孔下腔氣孔下腔容積大，葉內(nèi)外蒸氣壓差，蒸騰快。氣孔開度氣孔開度大，蒸騰快；反之，則慢。   （2）葉面積指數(shù)：葉面積越大，蒸騰作用越強。7、影響土壤水分平衡的主要因子有哪些？S = R + CR + SS  SR - (E+T)  PCS = 土壤有效水量  &#

24、160; R = 降水量  SS = 地表儲水量  SR = 地表徑流量  E = 地面蒸發(fā)量  T = 作物蒸騰量PC = 水分滲漏到根層以下的量   CR = 通過毛細(xì)管上升到根層水量生態(tài)系統(tǒng)模型-生態(tài)學(xué)水文過程及其模擬理解Penman公式、Penman-Monteith公式的原理、推導(dǎo)過程？推導(dǎo)雙源模型？根據(jù)蒸發(fā)原理提出農(nóng)業(yè)節(jié)水措施蒸發(fā)：水由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)的過程，通常指未飽和空氣流經(jīng)濕潤表面時，水分逸出到空氣的過程。蒸散是水平衡的重要分量、 

25、水循環(huán)的關(guān)鍵驅(qū)動機制，由大氣需求、土壤水分有效性、植被狀況等因子控制。一對于土壤而言：1、覆蓋保墑：一是薄膜覆蓋。在春播作物上應(yīng)用可增溫保墑，抗御春旱。二是秸稈覆蓋。即將作物秸稈粉碎，均勻地鋪蓋在作物或果樹行間，減少土壤水分蒸發(fā)，增加土壤蓄水量，起到保墑作用。 2、深耕深松：以土蓄水，深耕深松，打破犁底層，加厚活土層，增加透水性，加大土壤蓄水量，減少地面徑流，更多地儲蓄和利用自然降水。玉米秋種前深耕29厘米加深松到35厘米，其滲水速度比未深耕松地快1012倍，較大降水不產(chǎn)生地面徑流，使降水絕大部分蓄于土壤。據(jù)測定，活土層每增加3厘米，每畝蓄水量可增加7075立方米。加厚活土層又可促進

26、作物根系發(fā)育，提高土壤水分利用率。3、防旱保墑：用中耕和鎮(zhèn)壓保蓄土壤水分。 4、利用抗旱保水劑，延長土壤水分持續(xù)供應(yīng)。抗旱保水劑可直接改善土壤理化性質(zhì)，明顯提高土壤水分含量，在旱作大田上，全生育期土壤水分平均可高出5 個百分點以上，在灌溉地上，可明顯可提高土壤抗旱能力，延緩灌水時間，減少灌水12次。 5、增施有機肥：可降低生產(chǎn)單位產(chǎn)量用水量，在旱作地上施足有機肥可降低用水量50%60%，在有機肥不足的地方要大力推行秸稈還田技術(shù)，提高土壤的抗旱能力。合理施用化肥，也是提高土壤水分利用率的有效措施。二對于作物而言：選用節(jié)水高產(chǎn)的良種 因地制宜選用節(jié)水高產(chǎn)作物

27、良種， 合理安排作物布局與品種搭配是作物節(jié)水、 增產(chǎn)、 低耗的重要環(huán)節(jié)。不同作物和品種對環(huán)境條件要求和適應(yīng)力都有一系列的生理生態(tài)和形態(tài) 的差異。因此，只有環(huán)境條件充分滿足或適應(yīng)作物品種的生理生態(tài)和遺傳特性的要求時， 才能充分發(fā)揮其優(yōu)良特性與產(chǎn)量潛力；另一方面，根據(jù)地區(qū)的自然條件、栽培水平、耕作 制度以及自然災(zāi)害等特點選用適宜良種，合理安排作物布局和品種搭配，才能合理利用資 源，趨利避害，發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力。1、根據(jù)不同地區(qū)土壤特點，選耐旱優(yōu)良品種。通過一些耕作措施，減緩干旱時期的旱情如延長蹲苗時間以錯過旱情期；在限水灌溉條件

28、下，磷肥集中深施效果最好。有地表水源的地區(qū)，限額灌溉，以水防旱。 2、選用抗旱品種：稱為作物界駱駝的花生等作物抗旱性強，在缺水旱作地區(qū)應(yīng)適當(dāng)擴大種植面積。就可以減少灌水，達(dá)到節(jié)約用水。同一作物的不同品種間抗旱性也有較大差異。 3、關(guān)鍵時期灌水：在水資源緊缺的條件下，應(yīng)選擇作物一生中對水最敏感對產(chǎn)量影響最大的時期灌水，如禾本科作物拔節(jié)初期至抽穗期和灌漿期至乳熟期，大豆的花芽分化期至盛花期等。4、保水劑：能在短時間內(nèi)吸收其自身重量幾百倍至上千倍的水分，將保水劑用作種子涂層，幼苗醮根，或溝施、穴施、或地面噴灑等方法直接施到土壤中，就如同給種子和作物根部修了一個小水庫。使其吸收土壤

29、和空氣中的水分，又能將雨水保存在土壤中，當(dāng)遇旱時，它保存的水分能緩慢釋放出來，以供種子萌發(fā)和作物生長需要。5、抗旱劑：屬抗蒸騰劑，葉面噴灑，能有效控制氣孔的開張度，減少葉面蒸騰，有效地抗御季節(jié)性干旱和干熱風(fēng)危害。噴灑1次可持效1015天。還可用作拌種、浸種、灌根和蘸根等，提高種子發(fā)芽率，出苗整齊，促進根系發(fā)達(dá)，可縮短移栽作物的緩苗期，提高成活率。 遙感在生態(tài)模型中的應(yīng)用1、生態(tài)系統(tǒng)模型為什么需要尺度擴展？1）、變量和過程之間的非線性關(guān)系；地表過程特征參數(shù)的空間變異性；過程之間的復(fù)雜相互作用。生態(tài)過程有時空尺度，因此研究生態(tài)系統(tǒng)需要尺度擴展。2）、空間尺度的變化實際上是研究對象和針對問

30、題的變化，可以導(dǎo)致模型的輸入和輸出是不同的?？臻g的變化帶來的是反饋關(guān)系的變化。分析問題的前提是界定問題的時間和空間尺度。由于時間尺度和空間尺度的變化可以導(dǎo)致結(jié)論的不同，甚至相反。因此需要尺度擴展。3）、某些生態(tài)過程不好直接研究，可以經(jīng)過尺度擴展來說明該過程，如可以用葉片與光合的關(guān)系研究全球陸地植被的蒸騰?？梢愿鶕?jù)林分群體邊材分布規(guī)律,完成林分群體蒸騰耗水的尺度轉(zhuǎn)換。還可以實現(xiàn)由單木水平到群體水平耗水的尺度擴展。  4）、地球空間信息科學(xué)異于一般意義上信息科學(xué)的主要特點在于其研究對象的特殊性。地球表面空間是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)而且與人類的關(guān)系極為密切。因而我們所需要的地表空間信息在時間上和

31、空間上的分辨率都有極大的跨度 , 在某一尺度上人們觀察到的性質(zhì) ,總結(jié)出的原理或規(guī)律 ,在另一尺度上可能仍然有效 ,可能相似 ,也可能需要修正。不同尺度的系統(tǒng)之間存在著物質(zhì)、 能量和信息的交換與聯(lián)系 ,正是這種聯(lián)系為尺度轉(zhuǎn)換提供了客觀依據(jù)。遙感的空間尺度轉(zhuǎn)換主要包括兩個方面:尺度上推 ( up scaling) ,從高分辨率向低分辨率轉(zhuǎn)化的過程;尺度下推 ( downscaling) ,從低分辨率向高分辨率轉(zhuǎn)化的過程。2、哪些地表特征參數(shù)可由遙感信息反演？一、植被遙感能夠為生態(tài)系統(tǒng)模擬研究提供：

32、1）充實GIS背景數(shù)據(jù)：地理位置、DEM2）氣象數(shù)據(jù)： 氣溫、地面溫度、海水溫度、輻射、降水、云3）土壤水分： 土壤質(zhì)地；植被覆蓋4）植被動態(tài)變化數(shù)據(jù)： 植被覆蓋 NDVI，LAI，NPP，snow cover二、RS估計與植被的信息RS估計與植被有關(guān)的信息：從遙感影像中劃分植被覆蓋區(qū)域，植被類型從遙感數(shù)據(jù)中發(fā)，如LAI，估算與光合作用有關(guān)的量，如蒸騰量，葉面溫度，光合作用強度等RS反演植被參數(shù)，如LAI，F(xiàn)PAR，生物量，植被高度，葉角等反射率反演，目前較活躍的研究內(nèi)容-通過植被指數(shù)VIs間接估計植被參數(shù)經(jīng)驗半經(jīng)驗關(guān)系的建立：NDVI-LAI，

33、0;NDVIbiomass三、RS與土壤信息土壤信息理論上有些土壤參數(shù)可以由RS得來。RS可直接獲取的土壤信息 土壤質(zhì)地 不同礦物組成的土壤具有不同的光譜吸收特性 土壤水分 不同含水量的土壤具有不同的光譜吸收特性，土壤水分含量越高，反射率越低 土壤有機質(zhì) 有機質(zhì)含量越高，土壤對能量的吸收越高 土壤陽離子含量 例如，含氧化鐵的土壤對紅光反射率腳高，而對藍(lán)綠光則吸收增強 土壤粗糙度 土壤表面越是平整，對光的反射越強但是由于植被覆蓋土壤C和N不能由RS估計，只能大致估計地表幾個厘米的土壤含水量。

34、60;就這，還取決于覆蓋度大小地表粗糙度、表面土壤水分和植被密度信息，using passive and active microwave sensors  但如何更好地利用這些技術(shù)還在探索之中3、植被指數(shù)是指什么？它為什么能反映植被的變化？它有何局限性？一、當(dāng)人們用不同波段的植被-土壤系統(tǒng)的反射率因子，以一定的形式組合成一個參數(shù)時，發(fā)現(xiàn)它與植被特性參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，比單一波段值更穩(wěn)定、可靠，該類組合統(tǒng)稱為植被指數(shù)。二、在一定程度上，植被指數(shù)能定量化地反映植被的生長狀況，因此各類植被指數(shù)得到了很大的發(fā)展。植被指數(shù)是由傳感器不同波段的反射率組合而成，常見的植被指數(shù)如NDVI，RDVI、

35、wDvI、PVI、SAVI等。植物在不同生育階段對VIS會讓NIR波段反射率的不同，形成了NDVI的季相變化，NDVI的季相變化特征就可以反應(yīng)地表植被的動態(tài)變化過程。  植被在可階段反射差別不大，但是在遠(yuǎn)紅外和近紅外的吸收有很大的區(qū)別，而每一個植被指數(shù)都與該波長和波段有關(guān)。不同的生育階段對不同波段的吸收和反射都不一樣，植被葉片中的葉綠素含量不一樣，吸收也不一樣，因此植被指數(shù)可以反映這一變化過程。三、除植被自身生長狀況外，植被指數(shù)還受太陽輻射、植被類型、土壤、大氣及傳感器等外部條件的影響。由于云的污染、大氣變異性、雙向反射的影響，植被指數(shù)常受擾動。植被指數(shù)的比較研究表明，SA

36、VI適合于中密度以下地區(qū)的植被監(jiān)測；MSAVI考慮了裸土土壤線，能最大限度地抵消土壤背景的影響，對于低植被覆蓋比NDVI有更好的指示作用；并且多時相植被指數(shù)的累加值能較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？它與遙感信息如何結(jié)合?課件P8的公式即是原理，得出需要遙感所需要要測定的量，即也與遙感信息的結(jié)合。 基于站點觀測的傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究方法，在大區(qū)域NPP估算中存在局限性。由于遙感在獲取大尺度數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，很多NPP模型已經(jīng)引入了遙感數(shù)據(jù)。這些模型利用遙感數(shù)據(jù)進行土地覆蓋和植被分類，計算植被指數(shù)、葉面積指數(shù)(Leaf Area Index，LAI)等陸表參數(shù)和生物物理參

37、數(shù)，或采用基于利用光能利用效率等原理來估算NPP。5、遙感蒸散模型的基本原理是什么？太陽輻射是地表能量交換的基礎(chǔ)，其經(jīng)大氣衰減到達(dá)地表后的凈輻射能量主要分配到三個部分，即:潛熱通量(用于水分的蒸發(fā)凝結(jié))、顯熱通量(用于大氣升溫)、土壤熱通量(用于下墊面升溫)，另外還有一小部分用于生物量的增加，由于這部分能量較少，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：Rn為地表的凈太陽輻射通量(w/m2)；LE為潛熱通量(w/m2)，即下墊面與大氣間水汽的熱交換，其中E為蒸散量(mm)，L為水的汽化熱當(dāng)量(w/m3)；H為顯熱通量，也稱感熱通量(w/m2)；G為土壤熱通量，

38、即下墊面土壤中的熱交換(w/m2)。根據(jù)地表能量平衡原理即可得到?jīng)Q定區(qū)域地表蒸散發(fā)的潛熱通量LE：LE= Rn-G-H由此可利用遙感數(shù)據(jù)可見光、近紅外與熱紅外波段對區(qū)域地面特征參數(shù)進行反演，即可得到每個像元在衛(wèi)星過境時刻的瞬時凈輻射通量Rn、土壤熱通量G、感熱通量H，然后計算出潛熱通量LE，并將其轉(zhuǎn)化成瞬時蒸散量E，最后根據(jù)瞬時蒸散量與日蒸散量的關(guān)系得到區(qū)域日蒸散發(fā)量。  課件P5圖和遙感蒸散方法 ；蒸散與植被指數(shù)的結(jié)合P6-7植物如何響應(yīng)氣候變化？氣候變化具有多種不同的時空尺度 ，相應(yīng)的植被響應(yīng)也存在差異 。植被系統(tǒng)對外界環(huán)境的 響

39、應(yīng)可大致分為瞬時、中期和長期三種時段 。瞬時響應(yīng)系指植物葉片 、根 、莖等器官與環(huán)境間水分、熱量和氣候交換等過程隨環(huán)境改變而產(chǎn)生的響應(yīng)；中期響應(yīng)則是指生長于某一地區(qū)的植被群落 內(nèi)部各組分與氣候狀況相協(xié)調(diào)的過程；長期響應(yīng)是指宏觀氣候環(huán)境的改變導(dǎo)致新的植被群落產(chǎn)生并逐步替代原有群落的過程 。森林對未 來全球變化的響應(yīng)森林是地球上所有生態(tài)系統(tǒng)中受人類活動影響相對較小，但同時對人類社會經(jīng)濟活動有重要貢獻的一個。作為全球氣候系統(tǒng)的組成部分之一，森林對現(xiàn)在及未來的氣候變化和碳平衡都具有著重要意義。1熱帶森林對全球變化的響應(yīng)  

40、關(guān)于全球變化將導(dǎo)致熱帶森林面積增加還是減少 ，各位學(xué)者的研 究結(jié)果相差較大。但大多數(shù)研 究認(rèn)為雨帶的遷移必然對這一地 區(qū)森林的面積、分布及生產(chǎn)力構(gòu)成影響。熱帶常綠闊葉雨 林的 更新將加快，而有些地 區(qū)降水的減少又將加速干旱森林 向稀林草原。但同 時有些地區(qū)降水量的增加和水資源利用率的提高又將使森林面積擴大并促進農(nóng)林業(yè)的 發(fā)展 。全球變化 ，特別是降水量的變化對不同地 區(qū)熱帶森林生產(chǎn)力的影響是不 同的?？偠灾?#160;，由于溫度增 加造成呼吸作用增強 以及 云的增加導(dǎo)致光合效率下降 ，