基于InVEST模型的岷江流域土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用及生境质量变化过程对维护自然系统平衡,区域社会经济可持续发展具有重大意义。借助InVEST模型生境质量模块,以岷江流域作为研究区,在分析岷江流域土地利用变化的基础上对其2000、2008、2013、2017年的生境质量变化特征进行分析。结果表明:(1)在2000—2017年,岷江流域的建设用地呈现不断增长的趋势,而耕地、林地和草地呈现缩减的趋势;耕地、林地和建设用地之间的转换较为明显,建设用地转入最大的来源主要是耕地。(2)从时间尺度上看,岷江流域生境质量属于较差和良好等级的占比总体上分别上升71.34%和2.41%;中等和优等等级的占比总体上下降了4.28%和2.61%。(3)从空间尺度上看,岷江流域上游地区的生境质量总体上高于中下游地区;建设用地大面积扩张,侵占了大量的耕地和林地,从而导致了中下游平原区域的整体生境质量下降,其中处于较差和中等等级的区域显著扩大。     

基于BP神经网络的流域生态恢复度计算——以福建长汀朱溪小流域为例

以福建省长汀县朱溪小流域为研究对象,通过野外调查、室内分析以及遥感影像提取相结合的方法获取数据。利用Matlab7.0软件建立BP神经网络生态恢复模型,定量评价退化生态系统的恢复程度。选择土壤理化性质(有机质、全N、全P、全K、容重和p H)、植被结构(植被盖度)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和热环境(地表温度)等4个方面的9个指标建立退化生态系统评价体系,并作为生态恢复模型的输入层数据,生态恢复度作为输出层数据。使用Matlab7.0进行数据预处理、样本训练、样本检验并建立生态恢复模型。利用建立的生态恢复模型对整个朱溪小流域生态恢复度进行定量评价。结果表明,生态恢复模型预测结果与流域生态恢复的实际情况基本吻合,利用BP神经网络模型定量评价退化生态系统的恢复程度具有可行性。朱溪小流域内生态恢复程度极低的区域面积仅占0.94%,95.48%区域为中等恢复程度,说明生态保护措施已初见成效;生态恢复程度高的区域面积仅占3.62%,意味着未来仍需加强治理和保护工作。     

太行山南麓山区栓皮栎-扁担杆生态系统水分利用策略

分析了太行山南麓低丘山区降水、泉水、地下水、土壤水以及栓皮栎、扁担杆的氢氧稳定同位素特征,结合Iso Source模型确定了栓皮栎和扁担杆水分来源的季节性差异,并对栓皮栎和扁担杆水分利用策略进行分析。结果表明,同一生态系统中的栓皮栎和扁担杆枝条水的δ18O和δD值差别明显。雨季中栓皮栎和扁担杆水分来源较浅,以0—20 cm土壤水分为主,但旱季中栓皮栎和扁担杆水分主要来源均比雨季明显加深,其中栓皮栎主要利用40—60 cm土壤水分,扁担杆则主要利用20—40 cm土壤水分。此外,旱季后期栓皮栎还利用部分泉水,其比例达到了19.6%。二者水分来源的不同,使得栓皮栎与扁担杆在旱季期间能避开用水冲突。旱季中生长在生态系统上层的栓皮栎中午部分气孔关闭,蒸腾速率下降,生长在生态系统下层的扁担杆日均蒸腾速率、气孔导度则分别比栓皮栎下降了46.94%和30.58%。栓皮栎和扁担杆分别采取了深水源及部分气孔关闭和浅水源及低蒸腾耗散的水分利用策略来利用旱季中有限的水分,因而其组成的生态系统表现出较强地适合太行山南麓脆弱环境的生态适应性。     

基于Hyperion的锡林郭勒草原光合植被、非光合植被覆盖度估算

掌握草原生态系统光合植被覆盖度(fPV)与非光合植被覆盖度(fNPV)时空动态对了解干旱半干旱草原生态系统特征(覆盖状况、火灾负载、载畜量、干扰及恢复等)及进行科学、有效地草地资源管理具有重要的意义。选取锡林郭勒典型草原为试验区,以Hypeiron高光谱数据为数据源,利用NDVI-CAI三元线性混合模型对试验区fPV和fNPV的时空动态分布进行了估算,并对不同端元选择方法(最小包含端元特征法、纯净象元指数法和实测法)对估算结果的影响进行了比较分析。研究结果表明,NDVI-CAI三元线性混合模型是同时估测锡林郭勒草原fPV和fNPV的有效方法,且估算的fPV和fNPV的季节变化与牧草的物候发育特征相吻合。不同端元选择方法对估算精度具有一定的影响,其中基于最小包含端元特征法提取端元进行估算的精度最高,fPV估算的均方根误差RMSE=4.57,估算精度EA=91.2%;fNPV估算的RMSE=5.90,EA=67.91%(样本数N=52)。     

基于VAR模型的森林植被碳储量影响因素分析——以陕西省为例

森林作为陆地生态系统最大的碳库,对现在及未来的气候变化、碳平衡都具有重要影响。而对影响森林植被碳库的自然和非自然因素进行研究更是对增强森林的碳汇作用,继而改善生态环境状况意义重大。现有的森林动态模型虽然可以很好的模拟碳储量各影响因子之间的联系,但研究往往集中于小尺度从单一影响因素着手,且由于确定模型输入变量和参数的复杂性,使得这些模型在区域甚至更大尺度上的应用存在着一些困难。因此,运用VAR模型,以陕西省为例,构建森林植被碳储量与病虫害发生面积、木材产量、森林火灾面积、森林抚育面积、人工更新造林面积、降水和温度之间的动态关系,来验证该模型在省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析中的可行性。结果表明:各变量在5%的显著性水平下呈一阶单整序列并具有长期稳定的均衡关系,VAR模型也通过了平稳性检验满足运行的前提条件。通过脉冲响应和方差分解分析可知,森林病虫害、木材产量对陕西省森林植被碳储量呈现出很明显的负作用,并且贡献度很高,分别为5.61%和4.52%;森林抚育、人工更新造林对碳储量的影响存在一定的滞后期;火灾、温度和降水的冲击给碳储量带来的影响均不明显。模型较好的模拟了各影响因素对陕西省碳储量的影响,且具有一定的现实意义,因此,该模型可应用于省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析。     

基于假设抽取法的黑河流域中游行业用水关联分析

基于2000—2012年张掖市混合型水资源投入产出模型,运用改进的假设抽取法,分析了张掖市6部门水资源关联效应,揭示了水资源在行业间的消耗规律,为调整产业结构提供有利的参考。研究结果表明:(1)各部门水资源直接消耗量与满足自身所需的水资源量不对等,种植业的水资源直接消耗量和纵向集成消耗量均为最大,且其纵向集成消耗水量小于直接消耗量,是张掖市经济系统中真正的水资源净输出部门。(2)种植业的内部效应和复合效应均最大,对自身的依赖性极强。服务业的净后项关联最大,对其他部门的依赖程度最高。(3)水资源在各部门之间发生了转移,种植业是张掖市经济系统中最大的水资源供给者,服务业是各部门中最大的受水者,通过中间投入的方式,由种植业到服务业的路径是最大的水转移途径,而建筑业是"纯"输入部门。(4)2000—2012年间,各部门的内部效应、复合效应、净前项关联和净后项关联均变化显著,进一步反映了产业部门水资源利用的动态关联。     

基于光谱参数对小白菜叶片镉含量的高光谱估算

为实现利用高光谱技术快速、准确、无损地检测叶类蔬菜叶片重金属镉污染情况,通过采用室内盆栽试验,检测了小白菜在6个不同的镉浓度梯度0 mg/kg(CK)、0.5 mg/kg(T1)、1 mg/kg(T2)、5 mg/kg(T3)、10 mg/kg(T4)和20 mg/kg(T5)下的叶片高光谱反射率及其镉含量。利用相关分析和逐步回归的统计方法对叶片原光谱、一阶导数光谱和光谱参数与镉含量进行统计分析,确定了反演叶片镉含量的敏感光谱参数,并建立了估算叶片镉含量的参数模型。结果表明:(1)在540 nm附近和红外区域,叶片光谱反射率随着处理浓度的增加呈下降趋势。T1组叶片光谱与对照组的光谱没有明显的变化差异;(2)原光谱与镉含量的敏感波段主要在690—1300 nm,相关系数最高的波段是782 nm。一阶微分光谱与镉含量的敏感波段在黄边、红外、近红外和远红外范围均有分布;(3)反映植物色素、水含量和细胞结构的参数MCARI(叶绿素吸收反射修正指数Modified Chlorophyll Absorption Reflectance Index),SDy(黄边面积Yellow Edge Area),WI(水质指数Water Index),DCWI(病态水分胁迫指数Disease Water Stress Index),SDr(红边面积Red Edge Area)和Dr(红边幅值The Amplitude of the Red Edge)可分别作为反演镉含量的敏感光谱参数,其倒数回归模型能够较好地反演镉污染下小白菜叶片的镉含量;(4)镉胁迫处理15 d时,建立的SDr的倒数模型估算处理30 d时小白菜叶片镉含量的效果最优。研究表明红边面积参数可以用于估算小白菜叶片的镉含量,可为评价小白菜的食用安全提供科学方法。     

2000年来吕梁连片贫困区植被净初级生产力时空变化特征

多年来吕梁连片贫困区实施的生态恢复措施对其生态环境产生了较大影响,为掌握该区域在生态恢复措施实施(2000年)以来植被净初级生产力的变化状况,利用2000—2018年时序的遥感数据和基于光能利用率的CASA模型对其进行了模拟,并分析了导致其变化的主要控制因素,结果显示:(1)2000年以来吕梁连片贫困区NPP整体上升,其中93.46%的区域NPP呈增长状态,6.54%的区域呈减少状态,2010—2015年区域NPP出现下降。(2)受人类活动影响,过去18年来区域土地利用类型变化较为显著,耕地面积缩减,草地面积基本保持稳定,林地与城镇面积增加且城镇面积扩张迅速,不同土地利用下的NPP特征差异显著,耕地NPP年均值增长最为迅速,为5.9 gC m^-2 a^-1,林地最为平稳,为1.32 gC m^-2 a^-1。(3)研究区降水量波动对区域NPP的变化影响显著,未来气候变化中降水量的变化可能对区域NPP产生直接影响。研究结果将为区域生态恢复、精准扶贫及黄河中游地区的经济发展提供重要的理论支撑。     

农业面源污染管理政策调控仿真模型研究进展

农业面源污染因其分散性、滞后性和不确定性而成为环境治理的难点。面源污染物迁移转化过程的模拟模型发展迅速,而农业面源污染管理政策仿真评估模型研究相对较为滞后。系统梳理与分析了自上而下宏观目标约束、自下而上微观行为传导及宏观与微观上下耦合三类政策仿真模型研究进展,总结了当前模型的基础理论与方法的优势与不足。本文提出了融合流域水系统过程规律认知,构建宏观政策目标自上而下约束与微观主体行为自下而上传导耦合的农业面源污染政策仿真模型,实现政策仿真模拟在国家、区域、流域与栅格跨尺度上的嵌套传导、参数互验与系统预测,以解决因农业面源污染防治主体的多元性与防治对象的广泛性特征所导致的复杂性系统难题,使得政策效应模拟仿真结果空间显性化,进而实现农业面源污染控制的政策管理由粗放型向精准化方向迈进。     

基于MAXENT模型的贺兰山西坡啮齿动物生境适宜性评价

贺兰山因其拥有独特的植物垂直分布带而十分适宜啮齿动物生存,但自保护区生态恢复以来并未见有研究评价啮齿动物在贺兰山的生境适宜性,使得其分布现状未知。使用GIS技术和MAXENT模型对内蒙古贺兰山国家级自然保护区6种主要啮齿动物进行生境适宜性状况评价及预测,探究啮齿动物在贺兰山的分布现状。结果表明：影响6种啮齿动物的主要环境因子为海拔、坡度和距矿区距离,海拔越高、坡度越大及距矿区距离越近均使啮齿动物生存适宜性降低;两两鼠种生境适宜面积叠加发现,大林姬鼠和阿拉善黄鼠适宜生境重叠面积最大(261.37 km~2),短尾仓鼠和子午沙鼠的适宜生境重叠面积最小(19.00 km~2);6种主要鼠种均适宜的生境面积交集仅有17.14 km~2,占贺兰山总面积的0.47%,6种主要鼠种均不适宜的生境面积有2985.23 km~2,占贺兰山总面积的81.21%。研究表明,啮齿动物栖息地距矿区距离仍是影响其适宜生境的重要因素之一,建议相关部门加强对废弃矿区采取措施,改善保护区啮齿动物生境质量。