基于地理探测器的宁夏贺兰山植被覆盖度时空分异及驱动因子

监测区域植被覆盖变化并分析其驱动因子,有利于实现生态环境的可持续发展。本研究以1989—2021年Landsat 5/8遥感影像为数据源,利用像元二分模型获取宁夏贺兰山植被覆盖度,基于地理探测器量化了环境和人为等10个因子对其时空分布的影响。结果表明: 1989—2021年间,宁夏贺兰山平均植被覆盖度为35.8%,时间尺度上总体呈增加趋势,平均增幅为0.043·(10 a)^-1,空间尺度上呈现从西南向东北递减的分布特征;研究区58.1%的区域植被覆盖度未来将持续性改善,但仍有30.7%的植被存在退化的潜在风险。降水是影响植被分布的主要环境因子,与单因子相比,环境因子和人为因子的交互作用对植被覆盖度的解释力更强,降水与其他因子的交互作用处于主导作用。     

基于无人机和决策树算法的榆树疏林草原植被类型划分和覆盖度生长季动态估计

植被覆盖度是评估生态环境质量与植被生长的重要指标,也是全球众多陆面过程模型和生态系统模型中表达植被动态的重要参数。卫星遥感和地面测量是估算植被覆盖度的常见方法。然而,如何精确估计榆树疏林草原上木本、草本不同类型植被的覆盖度仍然具有挑战性。无人机飞行系统有效的补充了区域尺度低空间分辨率的卫星遥感影像与样地尺度实地调查之间的缺口,为精确的监测、评估疏林草原的植被动态提供了新途径。利用无人机监测平台和决策树算法构建了一套快速、准确、自动获取景观尺度植被类型和估算植被覆盖度的自动化工具,以浑善达克沙地榆树疏林草原为对象,应用无人机监测平台对榆树疏林草原长期定位监测大样地2017年生长季植被状况进行7次监测。结果表明:1)无人机植被监测平台数据飞行高度100 m,获取的样地数字正射影像空间分辨率为2.67 cm/像元,远高于高分卫星影像,利用决策树算法基于数字正射影像可以实现自动划分榆树疏林草原木本和草本植被类型和估算植被覆盖度; 2)生长季内榆树疏林草原木本植被覆盖度为(19±2)%,草本植被覆盖度为(50±8)%,植被总覆盖度为(69±9)%,相对于木本植被,草本植被生长季内盖度变幅较大; 3)在整个生长季中,木本植被和草本植被对植被总覆盖度的平均贡献率分别为27%和73%,草本植被对植被总盖度的贡献远大于木本植被,榆树疏林草原植被的盖度主要受草本植被的影响。本研究证明无人机监测平台是一种高效、准确的植被监测工具,结合机器学习算法,实现了景观尺度植被类型的自动划分和不同类型植被覆盖度快速获取;在浑善达克沙地榆树疏林草原地区首次获取了木本植被和草本植被覆盖度的生长季动态。该平台未来可应用于各种类型生态系统植被类型划分、监测和评估。     

基于多源遥感数据的荒漠植被覆盖度估测

以塔里木河下游为靶区,根据地面调查和不同分辨率的多源遥感数据,逐级建立荒漠植被覆盖度遥感估测模型,并对不同模型、不同估测方法的估测精度进行比较.结果表明: 随着遥感数据空间分辨率的提高,植被覆盖度遥感估测模型精度增加;基于高分辨率、中高分辨率及中低分辨率遥感数据建立的植被覆盖度模型的估测精度分别为89.5%、87.0%和84.6%;遥感模型法的估测精度高于植被指数法.不同分辨率遥感数据估测荒漠植被覆盖度的精度变化规律,实现了荒漠植被覆盖度估测的高、中、低分辨率遥感数据参数及尺度的定量转换,可为研究区生态恢复遥感综合监测方案的制定和实施提供直接依据.     

滩涂湿地入侵种互花米草植被覆盖度的高空间分辨率遥感估算

互花米草是沿海滩涂生态系统的重要入侵物种,其分布状况和覆盖度是湿地生态研究的重要参数和基础。以宁德三沙湾(三都澳)滩涂湿地为研究区,以SPOT6 6 m空间分辨率卫星影像为数据源,对互花米草分布和植被覆盖度进行研究,并与同期10 cm空间分辨率无人机影像进行比较验证。结果表明,影像覆盖区域内互花米草总面积为20.19 km~2,其中蕉城区互花米草分布较广,面积为9.63 km~2,占研究区互花米草总面积的47.70%。互花米草植被覆盖度整体上以40%-60%和60%-80%的中、高覆盖度分布为主,其分布面积分别为5.44 km~2和4.95 km~2,占互花米草总分布面积的26.92%和24.52%,而40%以下的低覆盖度和80%以上较高覆盖度分布相对较少。SPOT6遥感影像估算得到的互花米草植被覆盖度具有较好的精度,与无人机影像值之间的均方根误差RMSE为0.117,线性回归决定系数R~2为0.918,可用于滩涂湿地植被覆盖度分析。     

砒砂岩区植被覆盖度环境驱动因子量化分析——基于地理探测器

砒砂岩区地形破碎,生态环境恶劣,降水量少且以暴雨为主,研究该区植被覆盖变化及环境驱动因子作用机制对区域植被建设具有重要的理论意义。基于1999—2018年的NDVI数据分析了砒砂岩区近20年植被覆盖度时空变化特征,利用了地理探测器方法量化分析了不同环境因子对植被覆盖度的影响。结果表明：1)近20年砒砂岩区平均植被覆盖度为42.3%,时间尺度上1999—2018年区域植被覆盖度呈增加趋势,平均上升幅度为0.086/10 a,空间尺度上植被覆盖度呈现从东南向西北递减的空间分布特征;2)近20年区域植被覆盖整体得到改善要比退化的区域面积大,45.5%的区域面积植被覆盖度极显著增加,主要分布在砒砂岩区东部区域,该区植被覆盖度未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有约41.6%的植被将由改善向退化方向变化;3)降水、土壤水分和气温是影响砒砂岩区植被覆盖空间分布的主导环境因子,且降水同其他环境因子的交互作用对植被覆盖影响最大。     

京津冀地区城市化对植被覆盖度及景观格局的影响

定量研究了2000—2010年,京津冀地区植被覆盖度及其景观格局的动态变化,揭示了城市化进程对植被景观的干扰过程及生态质量的影响。结果表明:(1)2000—2010年,城市化进程显著是京津冀城市群土地变化的一大特点,人工表面面积从2000年的1.79×10~4km~2增加至2.16×10~4km~2,增幅高达21.16%;(2)京津冀平均植被覆盖度呈增加趋势但不显著(P=0.46),存在明显的时空动态差异。在覆盖度结构上形成了以中低和中植被覆盖度为主导的格局;(3)从景观空间格局变化来看,中低、高覆盖度区域植被景观更加破碎,而低、中等覆盖度区域的植被面积增加,景观破碎度减小;尤其是低植被覆盖度为主的城市区域,景观格局变化幅度大,表现为绿地面积有所增加,景观破碎化程度降低,生态质量有所改善;(4)在整个研究区范围,城市化对区域植被覆盖度存在负面影响,表现为城市化程度与区域平均植被覆盖度存在负相关(P=0.08);但是在低植被覆盖度的区域(主要为城市区域),城市化程度与植被覆盖面积呈显著正相关(P0.001),表明城市区域在城市化进程中植被覆盖面积有所提高,生态质量有所改善,与城市化过程中,日益重视城市绿地的建设有关。     

多尺度遥感数据协同的干旱地区植被覆盖度提取

纯植被像元获取是植被覆盖信息遥感反演的必要环节。干旱地区植被分布零散稀疏,使用中、低分辨率遥感数据提取植被覆盖度时,难以获取纯植被像元,致使植被覆盖度提取精度较低。针对上述问题,本文提出一种基于多尺度遥感数据协同的干旱区植被覆盖度反演方法。该方法利用空间分辨率较高的Landsat-8 OLI数据确定纯植被像元,考虑到不同传感器之间的光谱差异,使用实测地物光谱数据进行光谱转换,代替中等分辨率MODIS数据的纯植被像元,应用于像元二分模型,选择典型的干旱区新疆阜康市为研究区,进行植被覆盖度反演实验,最后使用无人机航拍影像对反演结果进行精度验证。结果表明,植被覆盖度反演结果精度较高,与实测值间存在较高的相关性(R2=0.75),均方根误差较低(RMSE=0.10)。该方法能够有效提高干旱区植被覆盖度反演精度,可为利用中低分辨率数据研究干旱地区生态环境变化提供一种新思路。     

生态恢复背景下陕北地区植被覆盖的时空变化

基于2000-2008年的MODIS影像,通过归一化植被指数(NDVI)像元二分模型对退耕还林(草)、水土流失综合治理等生态恢复措施驱动下陕北黄土高原生态脆弱区的植被覆盖度进行了动态评估.结果表明:2000-2008年,陕北地区植被覆盖度年内呈波动趋势,3月的植被覆盖度最差,8月最好;植被覆盖度空间分布的总体趋势是从西北向东南逐渐增加;年最大植被覆盖度在研究期间表现为明显增加;植被覆盖度组成中,低等植被覆盖度面积减少,中等植被覆盖度面积增加;植被覆盖度增加地区的面积占全区一半以上,以研究区东北部尤为明显.研究区植被覆盖度的显著增加是气候和人为因素综合作用的结果,一定程度上反映了生态恢复重建措施的有效性.像元二分模型可以准确模拟区域尺度上植被覆盖度的时空变化趋势,在区域植被恢复效果定量监测与评估方面具有适用性.     

湖北省地区植被覆盖变化及其对气候因子的响应

归一化植被指数(NDVI)作为一个重要的遥感参数,能够准确地反映植被覆盖程度和植被生长状况、生物物理化学性质及生态系统参数的变化,其时序数据也已成为基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。基于2001—2012年MODIS-NDVI数据,利用趋势分析法以及线性相关分析等方法对湖北省植被年际变化趋势、月变化趋势进行详细分析;并且研究该区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系。结果表明近12年来,研究区大部分区域植被覆盖度良好,其中鄂西北及鄂南地区NDVI值较高为0.82,鄂中东部城市NDVI值较低为0.13;2001—2012年间年均NDVI整体呈增加趋势,增速1%/10a;植被覆盖度基本不变区域占研究区总面积的92.8%,大致符合我国中部地区植被覆盖变化趋势;分析NDVI与气候因子的相关关系可知,降水量对湖北植被NDVI年变化起有重要影响;逐月NDVI与月平均气温及月降水量的回归分析表明,降水和气温对生长季不同月份的植被NDVI影响明显不同,同时呈现一定的滞后性。     

内蒙古不同类型草原光合植被覆盖度对降水变化的响应

植被是影响土壤侵蚀过程的重要因素。论文基于MODIS遥感数据和同期降水数据,用相关和回归分析方法从不同时间尺度揭示了内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原2002—2016年光合植被覆盖度(Fractional Photosynthetic Vegetation,f_(PV))的变化规律及其对降水变化的响应。结果表明:(1)2002—2016年间多年平均f_(PV)草甸草原为46.5%,典型草原和荒漠草原分别为36.3%和22.4%;草甸草原f_(PV)随时间变化呈不显著增长趋势(线性变化斜率为0.29%/a),典型草原和荒漠草原f_(PV)呈不显著下降趋势(线性变化斜率分别为-0.04%/a和-0.21%/a);相应时期年降水量随时间变化都呈现不显著波动上升趋势。(2)内蒙古草原的月植被覆盖度对月降水量存在明显的1—2个月滞后效应和显著的累积效应,且表现出草原类型越干旱,滞后效应越明显的特征;相比草甸草原和典型草原,荒漠草原植被对降水量变化更加敏感。(3)内蒙古3类草原年平均植被覆盖度对降水量的响应,均表现出年、季、月尺度上分别受当年降水量、生长季降水量以及6、7、8月份降水量的显著影响的特征;3类草原年植被覆盖度与生长季降水线性拟合结果都较好,内蒙古3种草原类型的年植被覆盖度与降水量具有的强相关性,可为区域土壤侵蚀动态评价提供科学依据。     

三峡库区（重庆段）土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异特征

三峡库区(重庆段)具有重要的生态地理位置.土壤侵蚀是这一地区最为严重的生态环境问题.以通用水土流失方程为基础,运用GIS技术,分别分析了土壤可蚀性、降水、地形、植被覆盖因子对研究区土壤侵蚀敏感性的影响程度,并生成单要素敏感性评价图.在此基础上,基于ArcGIS的空间叠加分析,完成单要素的叠加运算,实现研究区土壤侵蚀敏感性的综合评价.探讨了三峡库区(重庆段)这一特殊生态地理区域土壤侵蚀敏感性的高低分布规律及其在不同主导因子作用下的土壤侵蚀的空间分异特征.结果表明:研究区土壤侵蚀敏感性以高度敏感、中度敏感和极敏感为主,轻度敏感和不敏感比例相对较小.空间分布具有水平地域特征,东北部最为敏感、西部最不敏感.研究区土壤侵蚀现状与土壤侵蚀敏感性分布总体上是一致的,表明降雨、地形起伏、土壤可蚀性以及自然植被状况等自然因素是土壤侵蚀发生、发展的潜在条件,而人类活动是土壤侵蚀发生、发展或减弱的主导因素.植被覆盖受人类活动影响最大.因此,转变不合理的土地利用方式,加强植被的保育和植被生态系统的重建是防治土壤侵蚀的关键环节.     

基于PSR框架的内蒙古自治区土壤保持服务分区

土壤侵蚀是中国北方重要的生态问题,内蒙古自治区位于干旱半干旱地区,是中国北方典型的土壤侵蚀区。针对以往生态功能分区分析框架复杂多样、权重设定人为主观等问题,以内蒙古自治区为例,基于压力-状态-响应系统分析框架,从气候背景-土壤保持-植被条件三方面构建指标体系,运用自组织特征映射(SOFM)神经网络和GIS空间分析技术,以1280个小流域为基本单元进行土壤保持服务分区,按照分区单元的聚集度对多种方案进行优选,并依据区域共轭性原则最终将研究区划分为3个土壤保持服务区和11个土壤保持服务亚区。     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。     

黄土高原植被恢复与生态系统土壤保持服务价值增益研究——以延河流域为例

为探究黄土高原地区退耕还林（草）工程（1999）实施后植被恢复的生态效益,选择黄土高原延河流域为研究区,利用趋势线分析法、SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型和生态系统服务价值评价方法（市场价值法、机会成本法、恢复费用法和影子工程法等）,重点分析2000-2015年该区域植被恢复状况及其对土壤保持的作用,并评估生态系统服务价值的提升效应。研究结果表明：（1）退耕还林（草）工程实施后,延河流域植被覆盖均呈增加趋势,植被恢复显著;（2）植被恢复对土壤侵蚀的抑制作用明显。在没有植被覆盖的条件下,土壤极易发生侵蚀,且侵蚀模数大;从该工程实施以来,2001-2014年土壤保持量具有不同程度的增幅,表明多年来流域治理取得一定的成效;（3）流域植被覆盖以中覆盖为主,土壤保持量以低保持为主。不同植被覆盖下土壤保持量存在差异。其中,中低、中、中高覆盖能有效保持土壤;（4）生态系统土壤保持服务价值时空分布特征明显。流域年均（2000-2015）土壤保持服务价值为3.64×10⁸元,生长季月均土壤保持服务价值为6.06×10⁷元,生态系统土壤保持服务价值显著提升。时间尺度上,生态系统土壤保持服务价值受降水因素影响;空间尺度上,流域生态系统土壤保持服务价值空间差异大,具体表现为下游残塬平梁沟壑区最高,上游山地区次之,中游梁峁丘陵沟壑区最低。通过研究延河流域植被恢复状况以及定量评估土壤保持服务价值,不仅阐明了退耕还林（草）工程带来的巨大生态效益,同时也为流域乃至黄土高原的水土流失治理工作提供一定的参考作用。     

鄂尔多斯东胜地区不同生态功能区的土壤侵蚀敏感性

利用ETM影像数据和GIS技术,对鄂尔多斯东胜地区进行生态功能分区.以水土流失通用方程 (universal soil loss equation, USLE) 理论为基础,并依据土壤侵蚀敏感性驱动力的相似性和差异性,分析了降水、土壤质地、地形和地表覆盖因子对该区域不同生态功能分区土壤侵蚀与水土流失敏感性的影响.研究结果表明:典型草原丘陵区土壤侵蚀敏感性指数SSj为4.2,典型草原平原区为4.0,典型草原沙化区为4.6,荒漠草原区土壤侵蚀敏感性指数为5.0;4个生态功能区的土地沙漠化都属于土地沙漠化高度敏感区,其由高到低的排序为荒漠草原区 > 典型草原沙化区 = 典型草原平原区 > 典型草原丘陵区;就土壤侵蚀程度而言,典型草原平原区属于土壤侵蚀轻度敏感区,荒漠草原区、典型草原沙化区、典型草原丘陵区属于土壤侵蚀中度敏感区.将其土壤侵蚀化程度由高到低排序:荒漠草原区 > 典型草原沙化区 > 典型草原丘陵区 > 典型草原平原区;就土壤盐渍化而言,典型草原丘陵区属于土地盐渍化不敏感区,其它3个区属于土地盐渍化轻度敏感区.在综合评价其土壤侵蚀敏感性区域差异基础上,阐述了鄂尔多斯东胜地区水土流失敏感性区域土地利用格局的调整与优化取向.     

苏干湖湿地植被覆盖度时空变化格局

植被覆盖度是反映群落外貌特征和影响植被生态系统稳定性的重要因子,其时空异质性演化规律研究有助于认识湿地群落的结构功能及其环境响应机制。采用湿地群落学调查和遥感技术相结合的方法,分析了苏干湖内陆盐沼湿地近30年植被覆盖度的时空变化及其影响因素。结果表明:像元二分模型在内陆盐沼湿地植被覆盖度研究方面具有较高的模拟精度;苏干湖湿地的植被覆盖度在1987—2017年间总体呈上升趋势,年际增幅为0.162%/5a,与气温和降水呈正相关关系;在空间上植被覆盖度与地下水位埋深呈正相关,与土壤全盐量呈负相关,但不同等级植被覆盖度与地下水位埋深、土壤全盐量间的相关性各有差异。苏干湖湿地植被覆盖度受地下水位埋深、土壤全盐量空间异质性的影响,呈现出斑块状镶嵌分布。     

黄土高原植被覆盖与水热时空通径分析

探究黄土高原地区气象因子对植被覆盖的影响作用以丰富生态修复理论。基于黄土高原2001—2017年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)与气象数据,采用通径分析方法分别从时间和空间尺度上,分析黄土高原气温和降水对植被覆盖变化的直接及间接影响作用,为该地区生态建设提供科学依据。结果如下：黄土高原地区年际间植被明显波动增长,降水变化大体上与植被变化相似;降水整体较气温对植被覆盖变化的作用大。黄土高原植被与水热空间关系的最优分析尺度为80km,在80km空间尺度上,植被与气温有最大相关性,植被、降水由东南到西北递减,而气温分布规律不显著;降水整体呈现促进作用,气温的抑制作用较强,且空间差异明显。在时间与空间尺度上,植被主要受水热促进尤其是降水促进影响,且降水对植被生长的直接作用远大于通过气温的间接作用;不论生态区还是植被类型,气候因子作用均以促进类型为主,但存在明显差异。水热作用在时空尺度上具有明显空间差异性,不同地区影响植被变化的主控因子不同。     

2008-2014年新疆艾比湖流域土壤水分时空分布特征

传统的土壤水分模拟研究难以从土壤水分变化的时空双向出发表达其连续演变的过程,存在时空尺度效应问题。借助SWAT模型模拟的长时间序列优势,结合高分辨率卫星影像和遥感技术,力图在时空尺度效应问题上取得突破。并利用长时间序列的模拟结果分析流域土壤水分的空间格局和不同维度时空异质性。结果表明：（1）2008-2014年间艾比湖流域土壤水分主要受气温、降水及人类活动影响,呈波动变化,总体偏低且具有逐年减小趋势。（2）受降水、地形及土地覆被影响,土壤水分分布呈现出由山区向两侧平原减少的特点,且林地 > 农用地 > 草地 > 稀疏植被。（3）近10年间土壤水分低值区由原来的北部山区及平原向东部、东南部平原区及南部山区迁移,东部减少最为明显。（4）流域四季土壤水分变化差异显著。其中,春季主要受融雪影响;夏季、秋季主要受降雨量和气温影响;冬季主要受固态降雪和气温影响;且不同年份、相同季节、相同子流域土壤水分变化趋势表现一致。     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。