生态环境移动数据采集系统研究与实现

针对快速、实时、有效采集并录入生态环境野外调查大样本量、多源数据的需求,充分应用移动GIS技术、移动智能终端、3G等现代信息技术优势,提出了基于ArcGIS for Mobile的移动数据采集方案,研究解决了包括系统运行机制、数据访问模式、移动数据库技术等面向全国生态环境野外调查的移动GIS关键技术,设计并研发野外调查移动数据采集系统。该系统采用C#和Java语言,以SQL Server 2008 为服务器端的数据库环境,在Microsoft Visual Studio 2008集成开发环境上实现设计开发,并在全国生态环境10年变化遥感调查与评估项目土地覆盖类型地面核查、生态系统参数野外观测等工作中予以应用。实践检验表明：该系统实现了野外调查数据的数字采集、智能校验、实时上传与有效管理,简化了填报程序,规范了填报内容,提高了工作效率,能够为生态环境相关的调查数据采集提供信息化支持。     

植被建设对黄土高原土壤水分的影响

为明确自退耕还林以来,黄土高原地区不同植被建设对土壤水分的影响。以Web of Science核心合集中黄土高原土壤水分研究的相关文献为对象,通过CiteSpace生成文献中的关键词并绘制关键词聚类图谱,分析植被建设对黄土高原水分的研究热点及前沿;同时以植被建设对黄土高原土壤水分影响的文献为基础,通过Meta分析量化了不同条件下(海拔,降雨、坡度等)植被建设对黄土高原土壤水分的影响程度。分析Web of Science核心合集中黄土高原土壤水分相关文献共232篇,结果显示近20 a黄土高原土壤水分研究主要包括4个方面的内容:(1)植被建设引起的土壤水分下降问题,(2)土壤水分时空变异特征,(3)土壤水分时空变异的影响因素,(4)遥感和水文模型模拟土壤水分四个方面。同时使用Meta分析了已发表的黄土高原植被建设对土壤水分影响文章103篇,结果表明:黄土高原植被建设大量消耗该区域土壤水分,乔木、灌木及草本植物对土壤水分的结合效应值(ES)依次为-1.893、-1.661、-1.239。植被建设对土壤水分的影响程度随年均降雨量的增大而减小,不同降雨区间的ES值为-0.864(≥500 mm)、-1.423(400-500 mm)、-1.534(<400 mm);在不同海拔区间,植被建设对土壤水分的消耗程度随海拔高度的增加而增加;在3个坡度范围,植被建设对土壤水分消耗程度以<15°最大,>25°次之,15-25°最小。总体而言,植被建设对土壤水分的消耗随着生长年限的增长而加剧,而灌木植被中柠条出现差异,其不同生长年限的效应值为-1.983(>30 a),-1.642(<20 a),-1.107(20-30 a)。由于黄土高原处于干旱与半干旱地区,大面积植被恢复加剧土壤水分消耗,影响到植被生长及其功能的可持续性。因此,应选择适宜植被并给予适当管理(修枝、稀植等措施)以提高土壤水分利用效率,使该地区土壤水分状况得到改善。     

华西雨屏区植被恢复对紫色土酸化的影响

退耕还林是控制水土流失、恢复森林植被和改善生态环境的重要举措。植被恢复进程中会发生土壤酸化,进而影响植物生长,厘清不同还林树种对土壤酸化的影响程度及作用机制有助于更好地评估退耕还林工程的整体生态效益。以华西雨屏区紫色土坡耕地(玉米)为对照,分析了退耕20a后柳杉纯林、柳杉-光皮桦混交林、慈竹林和茶园土壤pH的变化及其垂直分异。结果表明：玉米地、慈竹林、茶园、混交林和柳杉纯林0—50 cm土壤pH平均值分别为5.66、5.55、5.12、5.03和5.00,相较于玉米地,柳杉纯林、混交林和茶园土壤pH值显著下降(P<0.01),土壤酸化严重。相较于玉米地土壤pH值的均匀分布,植被恢复不同类型人工林pH值随土壤深度的增加而增加,10—50 cm土壤pH值(4.89—5.90)显著高于0—10 cm土壤pH值(4.72—5.21)(P<0.01),表层土壤酸化最明显。土壤pH值与土壤有机质含量呈极显著负相关,而与风化指数Na/K比值呈显著正相关,有机质含量和Na/K比值共同解释了土壤pH值变化的53.9%,表明植被恢复引起的土壤有机质积累与长石类矿物风化是驱动紫色土酸化的重要过程...     

中华虎凤蝶湖南种群栖息地特性及其生态保护策略

自2009年首次在湖南乌云界国家级自然保护区发现中华虎凤蝶种群以来,在该保护区持续开展了10余年的野外调查监测。通过对中华虎凤蝶湖南种群6个分布点的野外观测数据分析,结果表明中华虎凤蝶湖南种群栖息环境中的植被以禾本科、菊科、蔷薇科、百合科及豆科植物为主,共计有46科96属128种;不同栖息生境中种群数量差异较大,高山灌草丛为中华虎凤蝶湖南种群的主要生境,而梯田生境、乔木林生境中,其种群数量均很低,展现出与低矮芒草丛的保温遮阴特性以及寄主植物的分布密切相关。寄主植物的复壮和围栏的建设对中华虎凤蝶湖南种群的栖息环境起到了明显的保护作用、对其种群数量的增效作用显著。为深入研究中华虎凤蝶湖南种群的生物学和生态学特性提供了基础数据,为中华虎凤蝶湖南种群的保育工作开展奠定了理论基础,也为当地保护区的保护措施优化提供了科学依据。     

藏药红花绿绒蒿的资源调查

目的:调查藏药红花绿绒蒿的资源现状,促进红花绿绒蒿的资源保护及可持续开发利用.方法:通过文献整理及野外资源调查相结合的方法对红花绿绒蒿野生资源进行调查.结果:红花绿绒蒿生长环境特殊,分布范围狭窄,集中分布于海拔3500～4000 m的山坡草地及高山灌丛,种群规模较小,多呈点状分布.利用3S技术估算野生资源蕴藏量仅有10...     

典型矿区植被覆盖度时空分布特征及影响因素

植被状况可以直接或间接地反映采煤对生态环境的影响。以长河井工煤矿、离柳井工煤矿、平朔露天煤矿3个典型矿区为研究区域。以Landsat数据为数据源,基于地形调节植被指数的像元二分模型提取植被覆盖度;采用趋势分析、线性回归斜率、稳定性分析方法,分析了3个典型矿区2001-2016年植被覆盖度的时空变化特征;运用"以时间换空间"的方法,采用相关分析方法对植被覆盖度变化的自然影响因素进行了分析。结果表明：（1）近16年3个典型矿区植被覆盖度呈增加趋势,长河、离柳、平朔矿区的增长速率分别为0.09%/10 a、0.10%/10 a、0.08%/10 a（P > 0.05）。（2）空间上,长河、离柳、平朔矿区植被覆盖度变化不明显比例分别占到66.63%,59.90%,62.25%,呈增加趋势的比例仅分别占28.14%、32.55%、27.81%,而呈减少趋势的比例分别占到5.23%、7.55%、9.94%。长河矿区明显改善的区域位于自然植被和耕作区的北部和东北部,离柳矿区明显改善的区域位于以低植被覆盖度为主的北部,平朔矿区明显改善的区域位于复垦的中西部。（3）不区分植被类型时,3个矿区的植被覆盖度变化与高程、高程与温度的交互作用表现出显著相关性（P < 0.01）,与各自然因素的相关性总体表现为长河 > 离柳 > 平朔矿区;区分植被类型时,草地与坡度的相关性不显著（P > 0.05）,与降雨量、高程存在显著正相关（P < 0.05）;灌木林与温度相关性不显著,与高程和降雨量的交互作用存在显著正相关;旱地与高程、高程与温度的交互作用存在显著相关性;疏林地与坡向、降雨量与坡向坡度的交互作用均没有表现出相关性;有林地与高程降雨量的交互作用表现出显著正相关性。探讨不同植被类型对自然因素的响应,可为矿区植被结构的选择,矿区复垦提供参考依据。     

青藏高原东缘半湿润沙地典型生态恢复模式的效果比较研究

草地退化与沙化直接影响草地生态系统的功能与服务,植被恢复是沙地恢复治理的重要方式之一,但是探究沙化草地典型生态恢复模式的恢复效果及模式优化研究不足。以野外调查与室内分析相结合的方法,以重度沙化草地为对照（CK）,比较研究了青藏高原东缘沙地三种典型生态恢复模式（围栏封育（Fencing enclosure,FE）、布设高山柳沙障（Salix cupularis sandy barrier,SCSB）、布设高山柳沙障+种草（Salix cupularis sandy barrier plus planting grasses,SCSBPPG））对草本植物群落和土壤理化性质的影响。结果显示：（1）与CK相比,FE的地上草本盖度、生物量、Margalef丰富度指数和Shannon-Weiner多样性指数分别显著提高了13.54倍、13倍、3.09倍和1.80倍,且SCSBPPG的这些指标分别显著提高了11.24倍、10.50倍、1.05倍和0.83倍（P < 0.05）,而SCSB对以上指标影响均不显著。（2）三种典型生态恢复模式对沙地的土壤容重无显著影响,而三种典型生态恢复模式0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层土壤含水量变化规律一致（SCSBPPG > FE > SCSB）,且SCSBPPG和FE的0-10 cm土层土壤含水量的增加最明显,分别为244.90%、176.92%（P < 0.05）,而SCSB土壤含水量相较于CK无显著差异。（3）该研究区的pH在5.74-6.21之间,FE和SCSBPPG较CK显著降低了0-30 cm各土层土壤pH（P < 0.05）。此外,三种生态恢复模式0-30 cm各土层土壤有机质、全N、全P、全K含量递减变化规律为FE > SCSBPPG > SCSB,FE和SCSBPPG各土层土壤有机质、全N、全P均高于CK,且都在土层10-20 cm增幅最大,FE的最大增幅分别为243.62%、93.94%、68.97%,SCSBPPG的最大增幅分别为118.46%、45.45%、41.38%,而SCSB显著降低了各土层土壤有机质、全N和全P量（P < 0.05）。因此,在青藏高原高寒轻度沙化草地围栏封育有利于其恢复,而重度沙化草地的生态恢复需采用植灌和种草结合的模式。研究结果可为沙地的恢复治理和可持续管理提供依据。     

三江源区生态系统和土壤保持服务对未来气候变化的响应特征

气候变化条件下的生态系统响应特征对生态系统服务的提升和生态环境保护具有重要意义。现有气候变化评估多以全球或区域大尺度研究为主,不适合局地小尺度。以2015年为基准,根据局地特征改进了综合顺序分类系统（CSCS）,模拟了未来不同温室气体排放模式下三江源地区自然植被分布,同时分析了植被覆盖度及土壤保持功能的时空变化。研究结果表明：①在2080年的不同排放情境下,三江源地区的降水和气温增长主要发生在生长季（5—9月）和半湿润地区,其中,高排放情境的增幅最大（42.21 mm和4.93℃）;②三江源地区潜在自然植被主要由草地转化为森林,植被覆盖度和土壤保持服务在不同排放情境下均呈现由西北向东南增加的趋势,与水热规律一致,其中高排放情境的增幅最大,低排放最小;③ 利用三江源地区原生裸地演替特点和多年NPP改进的CSCS模型,模拟精度提高了24%。研究成果为局地小尺度生态系统气候响应特征提供了必要的手段和规律认识。     

黄河三角洲植被空间分布特征及其环境解释

为了解黄河三角洲地区植被空间分布与环境因子之间的关系,通过局地植被样方调查、区域遥感影像提取归一化植被指数(NDVI)及地形高度、地下水位埋深、表层土壤Cl~-含量等环境数据采集,综合样地植被与环境数据进行了除趋势对应分析(DCA)和除趋势典范对应分析(DCCA),并对区域NDVI与主要环境变量进行了单因子相关性分析和多元逐步回归分析。结果显示:DCA排序可将黄河三角洲植被分为翅碱蓬、柽柳-翅碱蓬、芦苇-柽柳、芦苇4个主要群落类型(群丛),DCCA与DCA排序图总体相似,但DCCA更清晰地表明其第一轴主要代表的是潜水Cl~-浓度等关键水盐因子,且随着水土环境系统盐分含量的减小,群落由翅碱蓬逐渐向芦苇演变。区域典型植被群落和NDVI分布格局与变化趋势受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度2个环境因素影响较大(NDVI与2个环境变量间建立的二元回归方程R~2=0.57),而土壤Cl~-含量的植被效应实际上受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度的影响。在区域地下水普遍浅埋条件下,地下水成为影响植被生长与分布的生态环境最敏感要素,而地下水位埋深和潜水Cl~-浓度是这一要素中的2个关键因子,尤其是后者梯度变化对天然植被分布格局起重要的控制作用。     

植被光合呼吸模型在长白山温带阔叶红松林的优化及验证

植被光合呼吸模型(VPRM)关键参数的确定和优化是准确计算生态系统净CO_2交换(NEE)的基础。利用中国通量观测研究联盟(China FLUX)长白山站温带阔叶红松林2005年的通量观测资料,对VPRM的4个参数(最大光能利用率ε_0、光照为半饱和条件下光合有效辐射值PAR0和呼吸参数(α、β))进行优化,并使用2006年的观测资料对参数优化前后的模拟结果进行评估。结果表明:参数优化后,VPRM能够较好地模拟长白山地区2006年植物生长季NEE的变化。对30min NEE模拟的平均误差为-1.81μmol m~(-2)s~(-1),相关系数为0.72,模拟NEE平均日变化的峰值约为观测值的91%,相关系数为0.97。但在植物非生长季模型对森林NEE的模拟效果较差。模型模拟30min NEE的平均误差为0.39μmol m~(-2)s~(-1),相关系数仅为0.10,并且模拟低估NEE平均日变化白天吸收峰值约82%,日变化模拟值与观测值的相关系数为0.50。通过分析不同天气个例,发现模型可以较好地模拟晴天条件下NEE的变化,而对阴雨天NEE的模拟误差较大。该研究有利于提高VPRM模型对温带落叶阔叶林NEE的模拟能力,对进一步改进区域陆地NEE的模拟具有重要意义。