三北防护林体系建设工程区森林水源涵养格局变化研究

三北防护林体系水源涵养功能是三北地区生态环境状况的重要指示器,然而,三北防护林体系水源涵养研究仍较缺乏。动态评估三北防护林体系建设工程区(三北工程区)森林水源涵养功能及其影响因素,对科学认识、保护和调控三北防护林体系森林水源涵养,制定三北工程植被建设与保护决策具有重要意义。以三北工程区森林为研究对象,通过收集和分析相关数据,在植被分区的基础上,分析三北工程区森林水源涵养时空格局与变化特征,对比研究各区不同森林类型水源涵养功能差异,揭示各区森林水源涵养功能与地形及森林状况与质量的定量关系。结果表明:(1)三北工程区森林水源涵养功能持续增强,单位面积水源涵养量从1990年的73.92mm增加到2015年的75.14mm,空间格局呈东高西低、南高北低态势。(2)森林水源涵养功能在植被分区和森林类型间差异显著,森林植被区是三北工程区森林水源涵养的主体;针阔混交林是三北工程区水源涵养功能最强的森林类型。(3)三北工程区森林水源涵养受其地形、状况与质量的影响显著,除个别植被区外,各区森林水源涵养量随坡度、覆盖度和NPP增加而增大,随生物量增加而降低,这是区域植被适应及滥砍滥伐、毁林开垦、植被建设与保护等人为干扰共同作用的结果。因此,可通过调整与优化林分结构,调控区域森林水源涵养功能。     

陕北长城沿线植被恢复与生态系统防风固沙服务模拟分析

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区--陕北长城沿线为研究区。利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程（Revised Wind Erosion Equation,RWEQ）和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响。结果表明：（1）在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果。（2）在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因。从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值。（3）通过最小风蚀因子情景模拟间接表明：植被恢复能够遏制风蚀现象的发生。但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著。（4）综合上述3种情景,每年潜在风蚀量 > 防风固沙量 > 实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果。通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用。     

2000-2015年锡林郭勒盟防风固沙服务功能变化驱动因素分析

防风固沙服务功能是干旱和半干旱地区生态系统提供的重要防护性功能,探索其时空演化及其驱动机制对于区域生态治理具有重要意义;但目前研究对其空间格局形成及演化过程中自然和人为因子的贡献及交互作用仍缺乏准确认知。以锡林郭勒盟为研究区,采用修正风蚀模型评估其2000-2015年防风固沙服务功能时空变化,应用地理探测器模型分析自然和人为因子对该区域防风固沙服务功能空间格局形成及演变过程中的贡献及交互作用。结果表明：①防风固沙服务功能空间分布差异显著,呈现为东南部温带落叶阔叶林、灌丛区域高,东北部草原草甸地区较高,西部荒漠区域低的分布格局;防风固沙服务功能转移以低功能区向中低功能区转移为主;防风固沙量总体上呈增加趋势,增加区域面积为115104 km²,减少区域面积为84756 km²。②土壤类型在锡林郭勒盟防风固沙服务功能空间分布格局中发挥最重要的作用,其P_D,SF值最高且与其它因子具有显著性差异,植被类型、人工造林面积、牲畜数量、年均风速等因子对防风固沙量空间分布影响较强。③防风固沙服务功能变化区域的2000-2015年动态地理探测结果显示土壤类型、植被类型均具有较高的解释力且相对稳定,功能增强区域年均风速、降水量等气候因子的P_D,SF值呈现出减少区域,人为因子表现先增加后减少趋势,功能减弱区域变化趋势大体与之相反,探测因子之间交互作用显著。     

基于3S的京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化分析

为分析评估京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化,收集工程实施前、后各时期工程区域土地利用类型数据、MODIS产品植被覆盖(NDVI)数据和气象站点月值数据,利用最小二乘法拟合分析工程区NDVI和蒸散时空变化规律;利用MK非参数检验分析区域气候要素时空变化格局.结果表明(1)近25年来工程区土地利用类型变化不大,植...     

我国东北天然林保护工程区森林植被的碳储量

以东北天然林保护工程区森林生态系统为对象,通过对其主要森林类型进行调查,探讨天保工程经营区划对森林植被固碳现状的影响,并结合已有的东北林区生物量与蓄积量数据库,建立了东北林区主要树种组的生物量-蓄积量回归模型,然后以第7次森林资源清查为基础,对东北天保工程区森林植被碳储量进行估算,以期为全国森林生物量的估算和天保工程的评估提供参考。结果表明,不同经营区之间(重点公益林、一般公益林和商品林)森林植被碳密度的差异并不显著,这可能与天然林保护工程实施初期经营区划的标准、样地的选择以及天保工程实施过程中粗放的管理方式有关。东北天保工程区森林植被碳储量为1045 Tg C,占东北、内蒙古三省森林植被总碳储量的68%;工程区以天然林为主,占工程区总植被碳储量的97%。工程区森林植被平均碳密度为41 Mg/hm2,较东北、内蒙古三省平均植被碳密度高14%;工程区植被碳密度随林龄的增加逐渐增大,由幼龄林的13 Mg/hm2到过熟林的63 Mg/hm2。因此,继续加强天然林保护工程的实施,提高其林分质量,这对未来我国森林碳汇潜力的增加和森林的可持续发展都具有重要的意义。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

基于MODIS数据的三北防护林工程区植被覆盖度提取与分析

以像元二分模型为基础,构建了基于归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS-NDVI时间序列数据,估算了三北防护林工程区2001年8月和2007年8月的植被覆盖度,分析了三北防护林工程区植被覆盖度的时空变化特征.结果表明:2001-2007年三北防护林工程区植被覆盖度变化较为明显,平均覆盖度增加了2.07%,其中吉林、山西、陕西和宁夏四省变化幅度最为显著,增加幅度分别达到27.37%、14.12%、9.29%和9.22%.研究区植被覆盖度增加的主要自然原因是降雨量的增加,主要人为原因是人们环境意识的提高以及国家实施的封山育林、退耕还林还草等一系列生态保护政策,特别是三北防护林体系建设工程.     

京津风沙源治理工程区水源涵养功能时空变化分析

水分是干旱、半干旱地区植物生长的主要限制因子,也是权衡生态修复工程措施的重要依据。基于区域水量平衡方程与GIS空间分析技术,评估了京津风沙源治理工程区水源涵养功能的时空变化,并分析了气象、地形、植被等因素对水源涵养功能的影响。结果表明：2000-2015年工程区的水源涵养量与涵养能力均有所增加,多年平均值分别为16.79亿m³和3.66mm。工程区水源涵养能力由西向东递增,高值区与较高区的面积占到工程区的32.45%;相比2000年,2015年有41.65%的地区水源涵养能力增大,其中22.01%的地区显著升高。但2000-2015年荒漠草原亚区水源涵养能力明显下降,农牧交错带草原亚区相对稳定,整体来看,典型草原亚区的水源涵养量最大,燕山丘陵山地水源保护亚区的涵养能力最高。主要原因在于工程区水源涵养能力易受降雨、气温以及植被覆盖度等因子影响,浑善达克沙地亚区与科尔沁沙地亚区的植被覆盖状况改善显著提升了其水源涵养能力,农牧交错带草原亚区和晋北山地丘陵亚区的水源涵养能力下降主要归因于降雨量减少,而荒漠草原亚区的涵养能力明显受到气候与植被的双重制约。     

基于植被覆盖度的宁夏灵武白芨滩自然保护区防风固沙功能时空变化研究

基于MODIS-NDVI时序数据,利用像元二分模型估算宁夏灵武白芨滩自然保护区2000-2019年的年最大植被覆盖度,分析保护区整体及不同管理站范围的植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage,FVC）时空变化特征,并结合气象数据计算了2000-2019年该保护区生态系统防风固沙功能,并分析了其时空格局及其变化原因,结果表明：（1） FVC在季节和年尺度上均呈上升趋势,年增长量达0.013;不同阶段的植被覆盖类型变化明显,由第一阶段以低覆盖度类型为主逐渐转变为第五阶段以中覆盖度类型为主;（2）不同管理站范围的FVC变化趋势不同,其中甜水河管理站、大泉管理站、羊场湾管理站及长流水管理站西侧的FVC增长快,且拟合好;（3）该保护区潜在风蚀量、实际风蚀量均逐渐减少,防风固沙率逐渐上升,防风固沙功能逐渐增强,明显体现在第三、四、五阶段;（4）不同管理站范围的防风固沙功能均持续增强,其中大泉管理站的防风固沙率增幅最大,从第一阶段的53.39%升至第五阶段的74.44%,增幅达21.05%;临河白芨滩和马鞍山管理站防风固沙率增幅较小,分别为15.81%、15.50%。总体来看,保护区2000-2019年的FVC增幅显著,植被空间变化规律明显,防风固沙功能整体上呈逐渐增强,一定程度上说明了该保护区的生态保护建设成效显著。     

景观格局变化下艾比湖湿地防风固沙功能及其价值评估

基于遥感数据、气象数据、土壤数据以及社会统计数据, 运用改进后的风蚀流失量模型定量评估了2010-2015 年艾比湖湿地不同景观格局变化下防风固沙功能。结果表明: ①景观动态度在2010-2015 年增减波动性最大, 以建设用地景观、滩地景观和沼泽地景观表现显著, 戈壁景观和沙地景观波动幅度最小; ②景观格局转移矩阵中, 2000-2010 年, 各景观类型出现不同程度的减少, 主要转向滩地景观, 2010-2015 年, 主要转向旱地农田景观; ③防风固沙价值量以旱地农田景观增长最显著, 较2000 年增加了3.01 倍; ④对比分析了改进后的风蚀流失量模型在本研究区的适用性, 结果较好, 表明植被覆盖度与防风固沙量存在显著相关性, 随着时间的推移, 各景观格局类型受人为活动影响加大, 林地景观的防风固沙机能在减弱, 而盐碱地景观则在增强。     

气候变化背景下京津风沙源区人类活动对植被影响的量化分析

在气候变化背景下,将人类活动对植被的影响进行量化研究,对于区域生态管理具有重要的现实意义。本研究基于GIMMS NDVI3g数据、气象数据(气温、降水)和标准化降水蒸散指数(SPEI),运用相关分析和趋势分析,研究京津风沙源区1982—2014年不同时期的植被时空变化及其驱动因子,再利用回归分析和残差分析定量研究了不同时期不同亚区人类活动对植被变化的影响。结果表明: 1982—2014年,京津风沙源区77.1%的植被退化状况得到明显改善,64.1%的地区植被生长呈上升趋势,年均NDVI呈现东南向西北递减的趋势。不同时期植被动态研究显示,74.5%的地区在京津风沙源治理工程实施后植被增加,最明显的是晋北山地丘陵亚区。在气候因子中,降水与植被变化的相关性最强;生态工程等人类活动在京津风沙源区的大部分地区起到了积极的作用,尤其是晋北山地丘陵亚区达到了94.9%。     

基于SNIC-CNN-SVM模型的京津风沙源二期工程区土地利用/土地覆盖遥感识别研究

稀疏植被覆盖(草地、沙地、戈壁)演变能够直接表征区域生态环境和人类活动的动态影响变化。但由于大尺度稀疏植被区一般都具有地理跨度大,景观结构复杂多样,破碎化程度高,现有地表覆盖分类产品针对性不足等问题,使得该区域内林草沙的遥感提取难度较大,精度普遍偏低,直接制约生态效应评价模型的应用效果。因此,以典型大尺度稀疏植被区——京津风沙源治理二期工程区为研究区,研建了SNIC-CNN-SVM(SCS)模型,实现了大尺度稀疏植被区林草沙典型要素的信息自动提取和主要土地利用/土地覆盖类型识别。研究结果表明：1)引入惩罚性机制优化后的SNIC分割算法,有效提升了稀疏植被区与沙地区的边界区分度,有助于分类精度的提升;2)基于改进SNIC-CNN-SVM模型方案的研究区总体分类精度达89.41%,较优化前提高了11.17%,特别是乔、灌、草、沙地和戈壁的分类识别精度显著提升,表明该优化方案在以研究区为代表的稀疏植被区域分类中具有较好的应用效果和推广价值;3)分类结果显示,2020年工程区草地面积最大,占到了一半以上(51.52%),沙地占比11.96%,稀疏植被覆盖(草地、沙地、戈壁)区域占比68.68%...     

2000-2012年京津风沙源治理区植被覆盖时空演变特征

植被是陆地生态系统的主体,分析长时期植被覆盖变化,有助于揭示陆地生态环境的演变规律。研究以京津风沙源重点治理区的MODIS02B产品为数据源,通过数据处理获得2000—2012年的NDVI(Normalized difference vegetation index)时序数据集,采用线性趋势分析、标准差、Hurst指数和相关系数等方法,分析京津风沙源重点治理区植被覆盖的时空变化特征及影响因子。结果显示:(1)近13年来,治理区植被覆盖总体呈上升趋势(R2=0.70),2012年NDVI值达最大值0.324,比2000年增加了135.62%。但增加速率和幅度各异:北部干旱区(Bbghq)增加速度最快,浑善达克区(Hsdkq)次之,农牧交错区(Nmjcq)植被变化相对稳定。(2)工程区地表植被覆盖改善区域的面积明显大于退化区域,其中得到改善且通过显著性检验(P=0.10)的区域约占总面积的94.31%;Hurst指数分析表明,工程区植被变化整体呈中强持续性特征,面积合计约占64.48%;综合分析表明,工程区植被变化以良性发展为主,特别是强持续性的退化区和弱持续性的改善区值得关注,二者合计占35.27%。(3)人类活动是京津风沙地区植被覆盖上升的重要驱动因素;自然因素中,降水是控制工程区植被生长的主要因子,温度的影响相对较弱。     

人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例

植被覆盖变化是生态环境变化的重要指标,定量解析其中的人类活动作用一直是生态领域研究的热点。以重庆市为例,基于遥感、气象以及统计数据,利用GIS技术和残差法,从归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖(LUCC)整合分析视角,探究西南山地2000-2020年植被覆盖变化的时空特征,深入解析人类活动影响。 研究表明：(1)近20年间研究区植被覆盖呈整体上升趋势且空间异质性强,渝东南和渝东北地区植被覆盖以及恢复趋势明显优于渝中地区。(2)残差分析表明人类活动对植被覆盖变化同时存在正向和负向两个方面的影响,以正向影响为主导。(3)林地未变区和耕地未变区对植被覆盖变化的贡献程度最大(两者共达到84.18%),退耕还林贡献率仅为1.24%。(4)封禁育林面积与林地未变区植被覆盖变化存在极显著正相关关系(R²=0.82),同时封禁育林生态工程能够较好地解释林地未变区残差变化。研究建立了LUCC对植被覆盖变化影响的贡献率清单,定量揭示封禁育林生态工程对植被覆盖恢复的重要作用,对丰富区域植被覆盖变化驱动研究具有一定参考价值。     

1982-2015年黄土高原植被变化特征及归因

黄土高原植被对于黄河中下游泥沙量减少以及区域生态安全维持发挥着重要作用。气候变化和人类活动是驱动黄土高原植被覆盖度变化的两大因素,然而先前研究多基于统计方法建立植被覆盖度与气候变化的线性关系,忽略了植被覆盖度与气候变化之间复杂的非线性关系,限制了对黄土高原植被变化驱动机制的理解。基于1982-2015年黄土高原植被覆盖度(GIMMS NDVI)数据,以1999年退耕还林工程开始实施为界限,采用随机森林和残差阈值法等手段量化并分析了1982-2015年植被变化特征及气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明:(1)1982-2015年黄土高原植被覆盖度整体上呈现增长趋势,1999年之后植被覆盖度增加的面积大于1999年之前, 1999年以前显著增长的区域只占总面积的54.68%,1999年以后显著增长的区域面积占比增长至85.11%;(2)在考虑时滞效应的基础上,1982-1998年黄土高原超过80%的区域的逐月温度、降水、日照时数与植被覆盖度存在显著的正相关关系,表明1999年以前植被覆盖度变化主要与气候变化有关。随机森林算法能较好地模拟植被覆盖度与气候因子之间的关系,99.71%的区域拟合的决定系数R²达到0.5以上;(3)2000-2015年,气候因素和人类活动对植被覆盖度的影响具有空间异质性。人类活动对植被覆盖度产生积极影响的面积增加了55.94%,气候消极影响的面积减少了42.58%,气候积极影响的面积减少了12.86%。研究提出的量化气候变化与人类活动对植被覆盖度影响的方法能够更好的区分黄土高原植被覆盖度变化的驱动因素,为黄土高原生态建设以及黄河流域的生态安全和高质量发展提供数据支撑。     

Spatial-temporal character of vegetation cover and its influence factors in the Shule River Basin China,during 1985–2011

Abstract

Vegetation coverage is an important indicator of the terrestrial ecosystems, and it provides crucial significance for evaluation and analysis of vegetation change. The Shule River Basin is a typical ecological fragile region in the inland of Northwest China. We used vegetation coverage index as given in Technical Specifications for Assessment of Ecological Environment. Geographic information system (GIS) spatial analysis was used to analyze the temporal and spatial features of vegetation cover in the Shule River Basin and its influencing factors from 1986 to 2011. The results showed that vegetable cover is very low in most areas of Shule River Basin with only the upstream parts of the oasis and watershed haven high vegetation cover. The average vegetation coverage index increased from 6.78 to 8.31 during 1986–2011. An area of 59,998?km² in the Shule River Basin has unchanged vegetation coverage index and this account for 51.7% of watershed areas for the period of the study. Also, an area of 31,721?km² recorded an increased vegetable cover, accounting for 27.3% while an area of 24,372?km² decreased vegetation cover which accounts for 21.0%. There was different correlation between vegetation cover and annual precipitation in the Shule River Basin.     

中国不同植被类型归一化植被指数对气候变化和人类活动的响应

不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000-2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础上,对气候变化和人类活动两大驱动要素在不同植被类型NDVI变化中的相对贡献进行了定量评估和归因。研究结果表明:(1)2000-2015年,我国植被NDVI整体呈增加趋势,且其空间占比高达84.1%。其中,森林植被的改善状况最佳,显著增加的面积占到了森林总面积的82.4%;而荒漠植被的改善状况相对较差,仅有22.3%的区域呈显著增加趋势。(2)人类活动在我国植被变化中占主导地位。植被改善区和植被退化区人类活动的相对贡献分别为76.4%和60.0%,且人类活动对植被的影响更多与管理方式而非土地利用类型转变有关。(3)不同类型植被对气候变化和人类活动的响应差异显著。对于植被改善区,除沼泽外,人类活动对各类型植被NDVI变化的贡献率均在70%以上,尤其是对农作物的贡献率最高,达到80.7%;对于植被退化区,人类活动影响较大的植被类型为沼泽和农作物,表明2000-2015年间我国沼泽受到了更强烈人类活动的负面影响。研究有助于增强对不同植被类型对全球变化响应机制的理解,并为促进生态建设和植被恢复工作的有效实施提供科学参考。     

中国重要生态系统保护和修复工程区域植被覆盖时空变化研究

植被覆盖变化是气候变化和生态环境变化的双重指示器,如何量化全国尺度植被变化、评估生态修复成效,成为当前陆地表层生态系统研究领域共同的科学问题。利用2000—2020年的植被覆盖度(FVC)数据,采用增幅变化分析、Theil-Sen Median趋势分析、稳定性分析方法,对中国六大重要生态系统保护和修复工程区域的自然植被覆盖度本底和时空变化特征进行了研究,并对不同区域植被覆盖度变化与气温、降水的相关性进行了分析,以期掌握我国生态系统保护和修复“家底”。结果表明：(1)2020年,六大区域平均植被覆盖度为27.66%,2000—2020年,黄河重点生态区、北方防沙带和青藏高原生态屏障区增幅分别为54.4%、34.6%和21.8%,是全国范围平均植被覆盖度增幅的1.04—2.59倍;长江重点生态区、东北森林带和南方丘陵山地带增幅分别为18.0%、13.7%和12.9%,均低于全国增幅,我国西北方较南方改善更明显。(2)2000—2020年,六大区域植被覆盖度变化总体呈增加趋势。黄河重点生态区、东北森林带、南方丘陵山地带和长江重点生态区增加区域面积占比均超过60%,北方防沙带和青藏高原生态屏障...