城市地表温度与关键景观要素的关系

利用Landsat ETM+遥感影像,提取上海市外环线范围内的地表温度、不透水面率、归一化差值植被指数、改进的归一化差异水体指数,定量研究地表温度与城市关键景观类型之间的关系.结果表明:地表温度与不透水面率呈显著的线性正相关( R2=0.837);地表温度与归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数呈非线性关系,但地表温度与正的归一化差值植被指数和正的改进的归一化差值水体指数呈显著线性关系.鉴于归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数大于0时才能真正代表植被和水体,因此,建议今后研究地表温度时使用正的归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数;地表温度与不透水面率、归一化差值植被指数和改进的归一化差值水体指数的多元线性回归分析表明,不透水面起着增温作用,植被、水体起降温作用,植被较水体的降温作用大.     

基于亚像元估测的城市硬化地表景观格局分析

城市硬化地表不仅是影响城市生态环境质量重要因子,也是定量描述城市地表物理特征,进行城市景观分类的基础.基于多种分辨率遥感影像亚象元分类提取硬化地表成为近年来的研究热点.利用TM/ETM＋和Quickbird不同分辨率遥感数据,以北京市中心城区为研究区域,对比分析回归树法和多元回归法的估测精度,选出预测硬化地表指数（Impervious surface index,简称为ISI）最优估测模型,并进行景观分类与城市景观格局分析.结果表明：（1）回归树亚象元估测法是提取硬化地表信息的一种有效的方法（最大相关系数＝0.94）,不同季节遥感影像可以挖掘地物在不同时期光谱差异,提高分类精度.（2）根据硬化地表指数划分城市用地类型,提供了量化分类的依据;（3）北京城市硬化地表景观格局表现出极强的空间梯度性,从北京市中心到郊区,ISI逐渐降低：城市二环以内,ISI平均值为67.32%,集中分布在高于60%范围;二环-四环分布比较相似,平均值分别为65.91%、66.13%;四环-五环区域ISI下降迅速（ISI=46.42%）,存在两个高峰,分别是低于＜20%和＞70%;六环以外区域,非硬化地表成为主要类型（ISI=9.32%）;（4）北京市景观格局在不同区域差异巨大：从市中心到市郊,景观破碎化程度加强,平均斑块面积逐渐增加,高密度城市用地比例逐步下降,自然地表平均面积呈现U形分布;中等密度城市用地斑块密度最高,破碎度最高;城市用地形状比自然地表复杂,低密度城市用地形状最为复杂.（5）运用回归树亚象元估测法提取出北京中心城区硬化地表信息,为城市地表景观特征提取与高精度量化分类提供了新的研究方法与研究思路,在此基础上进行了景观分类及景观格局分析,进一步推广并论证了硬化地表在景观生态学研究中的应用价值.     

模拟放牧干扰对黄土丘陵区生物结皮坡面土壤水分入渗的影响

水分是黄土高原地区植被恢复的关键影响因子,该区广泛分布的生物结皮显著影响土壤水分入渗。干扰影响生物结皮土壤水分入渗,但目前不同强度的干扰对生物结皮土壤水分入渗的影响仍不明确。本研究以黄土丘陵区吴起县合沟小流域的生物结皮坡面为对象,模拟羊蹄踩踏干扰,研究10%、20%、30%和40%干扰强度(以生物结皮破损度表征)对生物结皮坡面地表覆被的影响,采用线源入流入渗法观测了不同强度干扰后土壤水分入渗特征,通过结构方程模型和相关性分析,探索了干扰对生物结皮坡面土壤水分入渗的影响机制。结果表明:与对照(不干扰)相比,10%干扰强度下藻结皮盖度显著增加33.6%,20%干扰强度对藻结皮盖度无显著影响,30%和40%干扰强度下藻结皮盖度分别显著降低了36.1%和75.0%;40%干扰强度显著增加了枯落物盖度(34.3%),其他处理无显著影响;10%、20%和30%干扰强度下地表粗糙度分别显著降低了22.3%、11.1%和5.6%,40%干扰强度下增加了8.2%;40%干扰强度下初始入渗率显著增加了77.1%,其他干扰强度无显著影响;不同干扰对土壤稳定入渗率和平均入渗率无显著影响。可见,干扰主要通过降低藻结皮盖度,增加枯落物盖度和改变地表粗糙度,进而促进了土壤水分初始入渗。本研究可为黄土高原退耕地生物结皮管理提供科学依据。     

赤红壤植蔗坡地坡面径流及溶解态氮磷流失特征

为探究南方高强度、高频次降雨下赤红壤区坡耕地土壤侵蚀及氮磷养分流失的特征,基于野外径流小区原位观测试验,通过测定自然降雨下赤红壤植蔗坡地坡面径流和溶解态氮磷流失量,探讨自然降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面径流及溶解态氮磷流失的影响。结果表明：(1)2019年和2020年,径流量分别为1111.3 m~3/hm~2和3269.4 m~3/hm~2,硝态氮(NO~-₃-N)流失量分别为1.39 kg/hm~2和15.60 kg/hm~2,铵态氮(NH~+₄-N)流失量分别为0.37 kg/hm~2和1.02 kg/hm~2,可溶性磷流失量分别为0.20 kg/hm~2和0.27 kg/hm~2。2019年和2020年植蔗坡地径流及溶解态氮磷流失量均集中在6月份,占流失总量的45%以上,硝态氮(NO~-₃-N)是径流氮素流失的主要形式,占79%以上。此外,2019年和2020年5月至8月,侵蚀性降雨场次分别为18次和23次,侵蚀性降雨量分别为407.8 mm和668.0 mm。(2)不同侵蚀性降雨条件下,植蔗坡地溶解态氮磷流失量及其...     

城市林木生物量对硬化地表和种植密度的响应

以北京市典型绿化树种油松、白蜡和元宝枫为实验对象,设置不透水地表、透水地表和对照(自然地表)3种地表类型和低(株行距为2.0 m×2.0 m)、中(1.0 m×1.0 m)、高(0.5 m×0.5 m)3个种植密度,经过6年的生长,对树木的生长和生物量进行了测定。结果表明：相比于对照,不透水地表下油松、白蜡和元宝枫的树高生长受到抑制,白蜡和元宝枫的单株生物量分别降低2.1%—27.1%和33.6%—52.3%,根冠比分别增加3.4%—25.8%和15.7%—23.4%。相比于不透水地表,透水地表下白蜡和元宝枫的树高显著增加,白蜡的单株生物量增加5.3%—45.5%,根冠比下降11.4%—18.7%。随着密度的增加,3种树木的基径和单株生物量显著降低,但中低密度下的单位面积生物量无显著性差异。此外,硬化地表与种植密度对树木的基径、树高、单株生物量和根冠比均无显著的交互作用。因此,在城市绿化中,采用透水地表来替代不透水地表,有利于改善树木生境进而促进树木生长。白蜡相比元宝枫更能适应硬化地表的不利影响,是更好的城市绿化树种的选择。同时,合理的种植密度是保证城市树木生长的重要因素。     

局地气候区视角下的城市热环境研究

城市化发展带来热岛效应,影响区域气候变化,地表温度可以反映地表增温程度,更能直接影响人类居住舒适度。运用Landsat8 TIRS热红外遥感数据和气象数据反演地表温度,以建筑数据、遥感影像为基础,通过GIS空间分析、决策树分类等方法划分局地气候区,从区域角度定量分析不同类型气候区地表温度分异规律。结果表明：(1)北京、天津、石家庄密集型建筑分别占比27.54%、21.95%、25.09%,且以中低层为主,城市公园包含了主要的绿地和水体。(2)在空间分布上,市中心地表温度高于郊区,热岛效应显著,森林、河流是主要低温区。(3)不同气候区的地表温度存在差异,建成区总体高于自然地表;其中建筑区域内表现为紧密型低层(LCZ3)平均地表温度最高,稀疏型高层(LCZ4)地表温度最低,北京、天津、石家庄分别相差1.53℃、2.30℃、2.22℃;植被和水体能够降低地表温度,裸土和铺设路面的地表温度始终较高。因此应充分考虑建筑布局,合理利用植被和水域分布,减少热量聚集,以改善城市生态环境。     

沙障对流动沙丘区地表节肢动物分布及多样性的影响

沙障作为人工固沙植被恢复与保护绿洲和道路安全的一种手段,可以有效阻止沙丘移动,改变流动沙丘地表生态水文过程,进而影响节肢动物多样性及营养结构及功能变化。鉴于此,选取临泽县中部沙带为研究区,利用陷阱法系统调查了生物、物理沙障和流动沙丘区沙丘不同部位地表节肢动物分布及多样性。研究结果表明,沙障营建强烈影响了流动沙丘区地表节肢动物组成,生物和物理沙障区地表节肢动物的活动密度、物种丰富度及多样性均显著高于流动沙丘区,捕食性和其它食性节肢动物较植食性节肢动物对沙障营建的响应更为敏感。沙障还改变了沙丘地表节肢动物的分布规律,生物和物理沙障区地表节肢动物的活动密度从沙丘底部到顶部依次增加,而流动沙丘区地表节肢动物主要分布在沙丘中下部。谢氏宽漠王和尖尾东鳖甲在流动沙丘区主要分布沙丘的中下部,沙障营建导致沙丘顶部谢氏宽漠王和尖尾东鳖甲的活动密度大幅提高。此外,研究还发现生物和物理沙障对地表节肢动物的影响不同,生物沙障区地表节肢动物活动密度显著高于物理沙障区,捕食性和东鳖甲属等其它食性节肢动物的活动密度在生物沙障区均高于物理沙障区。总之,沙障营建及类型差异强烈影响地表节肢动物的分布及多样性,它通过资源上行效应和土壤物理环境的改变提高了地表节肢动物的多样性及营养结构,从而影响了土壤生态系统结构及功能变化过程。     

黄顶菊入侵对不同生境地表土壤动物群落的影响

选择发生外来入侵植物黄顶菊(Flaveria bidentis)的林地、荒地和沟渠作为研究对象,探讨黄顶菊入侵对地表土壤动物群落的影响。调查采用陷阱法,于2012年4月26日—9月17日,每隔2周取样一次,3种生境共捕获地表土壤动物439515头,隶属3门7纲21目。蚁科在3种生境中均为优势类群,其余类群的相对多度较小。黄顶菊植株能够为蚁科、等足目、蟋蟀科和蜘蛛目等喜好阴凉湿润环境的地表土壤动物类群提供栖息地,从而对地表土壤动物群落结构及多样性产生影响;且该影响主要与黄顶菊自身的生长状况有关,在长势较弱的林地生境影响较小,而在长势较强的荒地和沟渠生境影响较大,这在黄顶菊生长盛期尤为明显。综上所述,黄顶菊入侵3种生境后可能通过影响微生境小气候从而改变地表土壤动物群落结构,并引起地表土壤动物多样性的升高。     

不同施氮水平下杨树-苋菜间作系统对土壤氮素流失的影响

采用田间试验方法,研究了杨树 苋菜间作系统,即株行距2 m×5 m(L₁)和2 m×15 m(L₂)在0(N₀)、91(N₁)、137(N₂)和183(N₃) kg·hm^-2施氮水平下的土壤氮素流失特征.结果表明: 不同施氮水平对地表径流量、淋溶量和土壤侵蚀量的控制效果均为L₁＞L₂＞L₃ (单作苋菜);L₁、L₂地表径流量分别比L₃降低65.1%、55.9%;L₁、L₂距林带0.5 m处淋溶量比L₃降低30.0%、28.9%,距林带1.5 m处淋溶量比L₃降低25.6%、21.9%;L₁、L₂土壤侵蚀量分别比L₃降低65.0%、55.1%.对地表径流和淋溶损失中TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N流失量的控制效果均为L₁＞L₂＞L₃;常规施氮(91 kg·hm^-2)水平下,L₁地表径流中TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N流失量较L₃分别降低62.9%、45.1%、69.2%,L₂较L₃分别降低23.4%、6.9%、46.2%;杨树间作密度越大、距离林带越近,对土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N的淋溶损失削减作用越强.同一间作密度下,随着施氮量的增加,地表径流中NO₃^--N流失比例减少,NH₄⁺-N流失比例增加;淋溶流失中
NO₃^--N、NH₄⁺-N浓度变化趋势一致,均为 N₃＞N₂＞N₁＞N₀.     

西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究

采用种子萌发法和地表植被调查法, 研究了西沟煤矿煤火废弃地及留存原有植被的对照山体土壤种子库与地表植被之间的关系。结果表明: 研究区地表植被分属22 科58 属77 种, 优势科主要为蔷薇科、禾本科、菊科和豆科。地表植被的物种生活型, 以生长周期短、适应性强的多年生草本为主。地表植被物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都以草本层为最高。研究区土壤种子库中共有40 种物种, 以多年生草本为主。土壤种子库的物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数与地表植被具有一致性, 相比地表植被物种多样性变化不明显。土壤种子库与地表植被共有物种为38种, 二者Sorensen 相似性系数为0.65。表明研究区土壤种子库与地表植被间相似性较高, 这与长期煤矿开采和放牧等人为活动有很大关系。