生态系统模型思考题答案

⽣态系统模型思考题答案
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+Δt) = State (t) + Rate (t)·Δt ,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、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；C4>C3植物；阳⽣>阴⽣植物。

即随着有效光强的不断增加，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（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 DM 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：
1）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=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)，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）可表⽰为：
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0.65mg／L，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55mg／LCO2(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：
总同化量：
TC为温度（T）校正系数：
维持呼吸消耗：
作物⽣长率：
MC（kg CH2O kg-1 DM）是标准温度（20 oC，C3作物；25 oC，C4作物）时维持系数，即
维持作物的正常⽣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 oC（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 oC (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，Fpr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；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2～10℃，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：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
蒸发：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10—12倍，较⼤降⽔不产⽣地⾯径流，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70—75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1—2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10—15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，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、哪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、DEM
2）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
⑴RS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
⑵RS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， NDVI－biomass
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？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R n=LE+H+G式中：R n为地表的净太阳辐射通量(w/m2)；LE 为潜热通量(w/m2)，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/m3)；H为显热通量，也称感热通量(w/m2)；G为⼟壤热通量，即下垫⾯⼟壤中的热交换(w/m2)。

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卫星过境时刻的瞬时净辐射通量R n、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。

２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ＣＯ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⼒（Ｐ）ＮＰ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。