青海省湟水地区森林灌丛植被遥感分析及其主要特征

湟水地区地处黄土高原和青藏高原过渡带 ,界于北纬 36°0 2′～ 37°2 8′,东经 1 0 0°41′～1 0 3°0 4′之间。海拔 1 650～ 4395m,总面积为 1 61 2 0 km2。本研究根据卫星遥感影像资料 (以TM为主 ) ,结合以往野外调查工作 ,研究并综合分析了湟水地区的森林、灌丛植被及其主要特征。森林灌丛植被的遥感解译采用综合分析法。研究表明湟水地区森林灌丛植被具有明显的生态地理分布特征 ,其分布多集中于黄土低山丘陵与中高山地形结合地带 ,即黄土覆盖的边缘交错区域。这一空间分布特征可能与本区的黄土覆盖边缘地区的多样化生态地理特点存在一定的联系。生境的干湿状况直接影响本地区天然林的分布特征、森林灌丛植被覆盖率的高低、森林的类型结构和种类组成 ,并成为人工造林效果的重要环境因素。本区森林灌丛植被长期受到人类活动的深刻影响 ,具有人类活动的明显痕迹。人类活动的规模范围、作用方式、影响强度等因素成为本区森林灌丛植被及其生境变化与差异的重要原因之一。     

植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响

同小流域土壤侵蚀一样,小流域土壤氮素随洪流流失也受到植被覆盖度的影响,通常经过调整小流域内土地利用结构以达到控制水土流失。该研究以8.27 km2纸坊沟流域和1:400比例流域模型为研究对象,研究植被覆盖度和综合治理对纸坊沟流域土壤氮素流失的影响。结果表明:在模拟降雨下,当流域植被覆盖度分别为60%、40%、20%和0时,流域模型铵态氮流失量分别为87.08、44.31、25.16和13.71 kg/km2,硝态氮为85.50、74.05、63.95和56.23 kg/km2,全氮为0.81、1.18、1.98和7.51 t/km2;在自然降雨下,1998年与1992年相比,全流域年土壤侵蚀量为1 086 t/km2和1 119 t/km2,氮素流失量为8 758.5和7 562.2 kg,减少了15.8%,其中农地减少了52.0%。流域对降水中的矿质氮具有过滤作用,硝态氮的过滤作用明显高于铵态氮。洪流泥沙中<20 mm微团聚体富集造成了泥沙有机质和全氮的富集。植被覆盖虽能有效地减少流域土壤侵蚀和全氮的流失,却能增加土壤矿质氮的流失。坡地退耕还林草可显著减少流域土壤氮素流失。     

2001-2015年天山北坡植被覆盖对干旱的响应——基于土地利用/土地覆盖分析

天山北坡生态系统脆弱,易受干旱影响,全球变暖和不合理的人类活动加剧了干旱的影响,评估植被覆盖对干旱的响应,为改善生态环境和减轻干旱影响提供科学参考。基于MODIS-NDVI遥感数据以及气象数据,计算了2001-2015年天山北坡多尺度标准化降水蒸散发指数（SPEI）和植被覆盖度,总结出植被覆盖度与多尺度SPEI时空动态变化规律,从土地利用/土地覆盖（LUCC）的角度分析了植被覆盖度对气候干旱的响应。结果表明：（1）天山北坡绝大部分区域呈湿润状态,中部（石河子、呼图壁）、西北部（克拉玛依市）呈轻度干旱。3个月、6个月、12个月时间尺度SPEI均表现出干旱化增强的年际变化趋势;（2）天山北坡植被覆盖度整体上属中低覆盖,总体呈南高北低,天山山区、城市绿洲内部高的分布特点。2001-2015年天山北坡植被覆盖度变化总体呈下降趋势;（3）年尺度天山北坡植被覆盖度与SPEI整体呈正相关关系。不同土地利用/土地覆盖的植被覆盖度与12个月时间尺度SPEI（SPEI 12）的相关性不同,大小依次为：草地 > 未利用地 > 城乡用地 > 林地 > 水域 > 耕地;（4）季节尺度夏季和春季干旱对植被覆盖度的影响最明显,不同季节干旱对不同土地利用/土地覆盖植被覆盖度影响程度不同。     

基于Google Earth Engine与机器学习的大尺度30m分辨率沙地灌木覆盖度估算

相较于降雨充沛的南方,中国北方沙地植被呈现覆盖整体偏低、空间异质性强的特点。灌木作为该区域的优势植被,对于风沙固定、食品/木材供给起着极为重要的作用。针对当前大尺度、中高分辨率干旱地区灌木覆盖度遥感产品缺失的现状,研究提出了一套通过Collect Earth样本收集器进行样本采集、利用Google Earth Engine遥感云平台的数据与计算优势开展大尺度灌木覆盖度估算的方法,并选取中国北方四大沙地之一的毛乌素沙地开展了示范应用。研究结果表明:(1)Collect Earth样本收集器可以有效地获取地面灌木覆盖度样本数据集,可以将灌木与高大乔木与草本植被进行有效区分,为灌木覆盖度估算样本集的建立打下了基础;(2)利用Landsat数据与其他辅助数据,机器学习算法可以较好地实现灌木覆盖度的估算,CART模型确定性系数R~2为0.73,均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为13.66%,预测精度(Estimated Accuracy, EA)为61.8%,SVM模型R~2为0.72,RMSE为13.73%,EA为61.6%;(3)提出的基于GEE的灌木覆盖度估算体系可为我国乃至全球尺度干旱地区沙地灌木覆盖度信息提取提供有效支撑,具有较大的应用潜力。     

天山林区4种主要灌木夏季水分来源差异

天山林区群落结构相对简单、木本植物种类较少,但天山林区灌木群落中主要木本植物间的水分竞争模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。运用稳定同位素技术,对天山林区灌木群落4种主要灌木的茎杆水分及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析4种灌木在夏季对各潜在水源的相对利用比例,探讨天山林区灌木群落主要灌木树种水分来源差异及动态变化。结果发现:7月,当浅层土壤含水量充足时,密刺蔷薇、黑果栒子和金丝桃叶绣线菊均大幅度吸收利用浅层土壤水,相对利用比例高于89.3%,异果小檗则相反,即吸收利用各潜在水源(浅层土壤水30.7%、中层土壤水29.4%、深层土壤水25.7%、溪水14.2%,下同);8月,当浅层土壤含水量降低时,密刺蔷薇转移至60-100 cm深层土壤水和溪水,相对利用比例分别为64.8%和27%,黑果栒子和金丝桃叶绣线菊以相似比例吸收利用各潜在水源(33.8%和36.8%、30.9%和29.7%、23.5%和22.3%、11.8%和11.2%),异果小檗则表现出可能吸收利用80-100 cm以下更稳定的深层土壤水;9月,当浅层土壤含水量升高时,4种灌木均大量吸收利用浅层土壤水,相对利用比例高于72.2%。这表明,天山林区灌木群落主要树种可通过可塑性转换水分来源来应对环境水分变异,在时间和空间上有效分割灌丛水源从而减缓对水分资源的竞争压力,从而通过在水分资源利用上的生态位分化促进物种间的共存。     

内蒙古大青山国家级自然保护区植被归一化指数时空变化及其与环境因子的关系

选取2000—2020年MODIS影像的归一化指数(NDVI)数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数、相关分析等方法,从海拔、坡度和坡向的角度分析了内蒙古大青山国家级自然保护区生长季NDVI的时空变化特征,并进一步探讨了NDVI时空变化与气候因子的相关性。结果表明：(1)2000—2020年,内蒙古大青山国家级自然保护区植被总体覆盖状况良好且呈增长趋势,增长速率为0.058/10a;(2)保护区NDVI空间分布呈现出西部低、东部高的从西到东逐渐增加的特征。保护区生长季NDVI均值随着海拔的升高而明显增加,随着坡度的增加呈缓慢增加趋势,在不同坡向上,生长季NDVI均值大小依次为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡;(3)从NDVI变化趋势分析来看,2000—2020年大青山自然保护区植被覆盖改善的面积占总面积的61.75%,其中,显著改善、极显著改善面积分别占总面积的41.13%、20.62%,基本保持不变的面积占总面积的38.17%,退化面积占总面积的0.07%。在空间分布上,NDVI显著、极显著增加的区域主要分布在保护区西部和东部,中部以变化不显著为主。保护区各功能区N...     

川西高山林线三种灌木凋落叶分解中的无脊椎动物多样性

以无脊椎动物为主体的土壤动物是影响凋落物分解的重要生物因素,对维持陆地生态系统物质循环和能量流动具有重要作用。高山林线交错带是高山植被垂直带谱中重要的过渡区域,拥有比相邻生态系统更高的生境复杂性和物种多样性。林线上温度波动和冻融循环频率显著高于针叶林,为了了解林线交错带上环境差异对凋落物分解过程中的土壤动物群落结构和多样性的影响,采用凋落物分解袋的方法,于高山生态系统的两个主要时期,即雪被末期和生长季末期,研究了林线主要代表性灌木——高山柳(Salix cupularis)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)和红毛花楸(Sorbus rufopilosa)凋落叶分解的土壤动物多样性特征。结果表明:凋落物中的无脊椎动物群落多样性及个体、类群密度随物种、海拔梯度和季节而变化,且季节差异对无脊椎动物多样性的影响比物种和海拔梯度更显著。3个因子的交互作用不仅影响土壤动物群落多样性和均匀度,而且影响群落个体密度和类群密度。雪被末期,凋落物中的无脊椎动物多样性指数H、均匀度指数J及丰富度指数D以针叶林最高,优势度指数C以林线最高;生长季节末期的无脊椎动物类群密度和个体密度显著高于雪被末期。总体上,凋落物中的无脊椎动物群落丰富度以生长季末期最高,林线较针叶林丰富。这意味着,未来气候变暖情景下,灌丛密度增加,凋落物输入量增大,可能导致无脊椎动物多样性增加。     

31种木本植物开花物候与系统发育的关系

植物物候通常被认为是由环境因素,如降水、温度和日照长度所决定,然而环境因素是否是物候唯一的决定因素仍然存在很大争议。谱系结构表征了植物在进化上的顺序,该发育时序是否对物候产生影响,当前仍然未知。在调查2016年春季新疆乌鲁木齐市最常见的31种木本植物的初始开花时间、败花时间和开花持续时间的基础上,通过分析植物开花物候的分布特征、开花物候在乔灌木间的差别、以及植物谱系距离与开花物候距离间的关系,试图揭示植物的开花物候和物种谱系(进化)顺序间的关系。结果表明:(1)新疆乌鲁木齐市31种木本植物的初始开花时间为4月18日±9d、败花时间为5月5日±12d、开花持续时间为(16±8)d;(2)乔木的初始开花时间和败花时间的标准差分别均低于灌木,乔木开花物候相对灌木更稳定;(3)乔木的初始开花和败花时间均显著早于灌木(P0.05),但开花持续时间在两者间未有显著性差异(P0.05);(3)31种木本植物间的初始开花时间距离、败花时间距离和开花持续时间距离均与物种谱系距离存在显著线性回归关系(P0.05)。综上可知:乔灌木在垂直空间上的分化使得木本植物的开花物候在植物生活型间存在不同。对植物的开花物候,除已被证明的降水、温度和日照长度等环境因素的影响外,物种进化顺序也可能造成了它在植物种间、时间和空间上的变异。     

基于MODIS-EVI的重庆植被覆盖时空分异特征研究

利用MODIS-EVI数据,采用像元二分模型结合距平百分率、变异系数和分布指数对2000—2015年重庆植被覆盖度变化时空分异特征进行了分析,结果表明:(1)重庆植被年际、夏、秋季和2008—2015年春季以中覆盖度为主,冬季以及2000—2007年春季以低覆盖度为主。(2)植被覆盖年际变化不明显;劣覆盖度在2000、2002、2003年春季,2001、2006年秋季以及2011年冬季异常偏多;低覆盖度在2000、2001年秋季异常偏多;高覆盖度在2000、2008年秋季和2014年春季异常偏少。(3)植被的波动变化除了冬季以中度为主外,年际、春、夏、秋季均以轻度为主;稳定比例最高为夏季,轻度比例最高为秋季,中度和重度比例最高为冬季。(4)稳定和轻度波动类型主要分布在山地森林和草地区,中度和重度波动类型主要是城镇、水域及其周边区域。在400m以下,植被变化为重度波动;在400—800m,植被年际和夏季趋于稳定分布,而春、秋、冬季为轻度波动;在800—1300m,植被年际和夏季为中度波动,春、秋、冬季为稳定分布;在1300m以上,植被年际和夏季呈现轻度波动,春季为中度波动,秋、冬季为稳定分布。     

苏干湖湿地土壤全盐含量空间异质性及影响因素

土壤盐分的空间异质性是影响湿地植被格局形成和演变的主要因素之一,对于认识内陆盐沼湿地盐分的空间分布及其对环境的响应机制具有重要意义。利用经典统计学、地统计学和Kriging插值等方法研究了苏干湖盐沼湿地浅层剖面0-50 cm土层全盐含量的空间异质性与地下水位埋深、植被覆盖度间的相互作用关系。结果表明：（1）苏干湖湿地0-10 cm、10-30 cm和30-50 cm土层的全盐含量均值分别为204.41、18.62、15.89 g/kg;（2）土壤全盐含量随着土层深度的增加变异性由强变弱,随机空间变异和总异质性程度由高变低,受结构性因素的影响具有强烈的空间相关性,且变程值介于5.2-8.49 km,0-10 cm、10-30 cm全盐含量具有各向异性特征,而30-50 cm的各向异性比接近于1,表现为各向同性;（3）各层土壤全盐含量具有较强的空间异质性,高、低值中心呈斑状镶嵌分布,土壤全盐含量与地下水埋深间呈正相关,与植被覆盖度间呈极显著负相关（P<0.01）。苏干湖内陆盐沼湿地土壤全盐含量空间异质性主要受植被覆盖度的影响,而地下水埋深的变化增加了其空间变异的复杂性,体现了内陆盐沼湿地土壤理化空间系统的复杂性和非均质性。