基于NDVI估算植被体散射的土壤水分反演研究

[目的]为通过植被指数方法进行土壤水分估算和旱情监测提供依据。[方法]以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,雷达数据和光学遥感数据相结合,对干旱区绿洲进行土壤和植被水分信息的提取。[结果]在同期光学遥感影像数据提取叶面积指数基础上,利用简化的“MIMIcs模型”从雷达数据总的后向散射中去除植被的影响,建立土壤后向散射系数与土壤含水量之间的关系。[结论]主被动遥感数据结合在干旱区土壤水分反演时去除植被影响有较好的效果。     

塔里木河源头绿洲与末流绿洲聚落空间格局对比分析

基于小尺度的网格单元,以塔里木河源头绿洲和末流绿洲为研究区,采用地理信息系统(GIS)空间分析方法,从分布密度、规模、形状等方面对2片绿洲内的乡村聚落进行对比分析。研究结果表明,源头绿洲内聚落整体分布的较为密集,且呈现出由南向北呈阶梯状逐渐稀疏的空间分布特征;末流绿洲内乡村聚落整体分布稀疏,高密度分布区位于绿洲西北角。源头绿洲内整体上大规模聚落集群分布的现象明显;末流绿洲整体上则是以小规模聚落集群分布的现象明显。源头绿洲内聚落的形状复杂,且分布广泛;而末流绿洲内聚落的形状大都趋于规则。总的来看,塔里木河的影响是源头绿洲内聚落形成和发展的重要原因,新疆生产建设兵团的人为因素干扰则是末流绿洲内聚落形成和发展的重要因素。     

渭-库绿洲土壤剖面盐分分布特征及驱动因子分析

[目的]监测渭-库绿洲土壤盐渍化的空间分布特征,探究驱动因子作用机理,对当地因地制宜进行土壤盐渍化调控。[方法]采用决策树、克里金插值和灰色关联度分析研究了渭-库绿洲土壤盐渍化的剖面分布特征,着重分析了样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TW( I 地形湿度指数)、地下水矿化度5个驱动因子对土壤盐渍化的影响。[结果]①研究区表层土壤(0~10 cm)属于重度盐渍化土壤,10~20、20~40、40~60 cm各深度剖面土壤属于中度盐渍化土壤。土壤EC1:5有强的空间变异性,其分布格局受灌溉等人为驱动因素的影响较大。②绿洲内部(即耕作区)表层土壤属于非盐渍化区域,绿洲东部10~20、20~40、40~60cm土层有轻、中度的盐渍化现象。绿洲内部表层以下土壤盐分高于表层,绿洲存在潜在的盐渍化风险。耕作区外围绿洲-荒漠交错带区域各剖面层均属于盐渍化区域,随着剖面深度的增加,盐渍化程度在不断减弱。③样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TWI、地下水矿化度与土壤EC1:5的灰色关联度大小次序为:0~10 cm土层:地下水矿化度>TWI>样本点的海拔>植被覆盖度>地下水位;10~20、20~40 cm土层:地下水矿化度>样本点的海拔>TWI>植被覆盖度>地下水位。[结论]渭-库绿洲土壤盐渍化主要分布在绿洲-荒漠交错带区域,土壤盐分表聚强烈,地下水矿化度是造成该研究区土壤盐渍化问题的首要原因。     

基于湿润指数的近50年和田地区地表干湿变化特征

利用1960—2016年和田地区气象站的逐月气象资料,采用伊凡诺夫公式计算出逐月潜在蒸散量和湿润指数,分析了该地区地表干湿的年际、季节变化以及主要影响因素。结果表明,和田地区夏半年、冬半年以及全年潜在蒸散量平均值分别为239.8、75.1和143.7 mm。夏半年、冬半年和全年潜在蒸散发量随时间变化均呈增长趋势,增速分别为0.349 3、0.251 9和0.313 6 mm/a。该地区多年平均地表湿润指数为0.027 2,春季湿润指数的年际变化呈减小趋势,夏、秋、冬季和全年湿润指数的年际变化呈增加趋势。四季和全年湿润指数的多年平均指数分别为0.023 9、0.031 0、0.014 3、0.040 8和0.027 2,根据湿润指数相对应的气候区划标准,该地区春、夏、秋、冬季以及全年均为极干旱区。年湿润指数与降水量、相对湿度呈显著正相关,与潜在蒸散量呈显著负相关,与其他要素的相关性均未通过0.01、0.05显著性检验。改善该地区湿润状况的主导因素是降水量的增加,其他气象要素的变化对地表干湿状况起增强或削弱作用。     

不同深度土壤盐分和有机质含量的空间变异特征

以新疆阜康市为研究区,选取55个采样点,获得各层土壤样本,综合运用经典统计学和地统计学方法,研究不同深度土壤盐分和有机质的空间变异特征。结果表明:(1)随深度的增加,土壤盐分含量先增大后减小,极大值在40～60 cm深度,为42.38 g/kg,有机质含量逐渐减小,且各层土壤盐分和有机质含量均属于中等变异。(2)在土壤深度为0～20、20～40 cm处,土壤盐分含量和有机质含量呈显著负相关,而在40～60、60～80、80～100 cm处呈显著正相关。(3)不同深度土壤盐分含量块基比为1.23%～23.42%,均具有强烈的自相关性,表层和亚表层有机质含量属于中等程度自相关,后3层空间相关性强。研究结果为干旱地区盐渍化土壤的水盐运移提供了初步论证,同时为该区土地合理分区与改良提供了技术支持。     

准格尔盆地不同程度人类干扰下土壤盐分及离子组成特征

以新疆受不同程度干扰土壤的盐分及离子含量为研究对象,采用统计分析、相关性分析、聚类分析和空间分析的方法,探究人类干扰对土壤盐分和离子的含量及相关性的影响。结果表明:研究区土壤随着人为干扰的增强,土壤盐渍化程度加深;无论何种人为干扰程度下,土壤中Cl-和Na+均为含量最高的阴、阳离子,其含量均随着人为干扰的加剧逐渐增大,其中Cl-含量变化最显著,其在中、重度人为干扰区比无人干扰区分别增加了67%和234%,Na+分别增加34%和86%;土壤盐分含量与Cl-含量的相关性呈极显著正相关,相关系数随着人为干扰程度的加深分别增大51%和77%;离子间的相关系数最大的为重度人为干扰区的Cl-和Na+,达到0.98;土壤盐分与Cl-、Na+、SO42-的空间分布对应度随着人为干扰的增强而增大,其中与Cl-对应度最高,在无、中、重度分别达到53%、66%、89%,Cl-与Na+在重度人为干扰区对应度达到96%。综上,人类对土地的利用方式不同,从而使土壤所受干扰方式(灌溉、翻耕)与频率有差异,导致土壤受到的干扰程度不同,盐分和离子变化情况各异,因此对新疆干旱地区的土壤盐渍化修复时应进行有针对性地精确改良。     

干旱区露天煤矿粉尘污染对白榆和梭梭叶绿素荧光参数的影响

【目的】探究新疆准东露天煤矿开采区的白榆(Ulmus pumila L.)和梭梭[Haloxylon ammedendron(C.A.Mey.)Bunge]叶绿素荧光响应与粉尘覆盖的关系,为干旱荒漠煤炭开采区生态保护提供理论依据。【方法】以白榆和梭梭为试验材料,测定分析其叶绿素荧光参数、叶表面的气孔结构和滞尘量,并利用扫描电镜和激光粒度仪测定植物滞尘颗粒、土壤粉尘和煤粉尘粒径。【结果】①粉尘污染使白榆和梭梭的F_v/F_o和F_v/F_m下降,并对梭梭叶片有显著性影响。②粉尘沉降初期,梭梭的F_m、F_o和F_v变化幅度比白榆大,但未对白榆和梭梭的叶绿素荧光参数造成显著性影响。③白榆中层叶片的F_v/F_m比下层高;随着距污染源距离的增加,梭梭叶片的F_v/F_m逐渐上升。粉尘扩散高度和距离对白榆和梭梭的F_v/F_m均有显著影响④以白榆和梭梭气孔表面单位面积的粉尘颗粒面积与叶表面积比表示植物的滞尘能力,白榆的滞尘能力为14.38%,梭梭的滞尘能力为20.16%。⑤土壤粉尘、煤粉尘和植物叶面尘平均粒径排序为:土壤粉尘(15.93μm)煤粉尘(5.37μm)白榆叶面尘(1.83μm)梭梭叶面尘(1.18μm),因此煤粉尘比土壤粉尘更容易被白榆和梭梭的叶表面吸附。【结论】粉尘在水平和垂直距离上分别会对梭梭和白榆的叶绿素荧光参数造成影响,改变植物的生理生态。     

地理加权回归模型结合高光谱反演盐生植物叶片盐离子含量

快速、无损地估算盐生植物叶片盐离子含量在植物生长监测、耐盐植物筛选和土壤盐渍化监测等方面有实用价值。该研究以新疆艾比湖保护区内盐生植物为研究对象,通过分析植物叶片盐离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))含量与冠层高光谱数据的光谱变换和二维植被指数(比值型植被指数(ratiovegetationindex,RVI)、差值型植被指数(difference vegetation index,DVI)、归一化型植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI))的相关性选取特征波段,构建基于地理加权回归模型(geographically weighted regression,GWR)的叶片盐离子含量估算模型,并与BP神经网络模型(back propagation neural network)进行对比,研究基于GWR模型估算干旱区盐生植物叶片盐离子的可行性。结果表明,选取特征波段集中表现在红及短波红外波段:K~+含量在反射率倒数的对数选取的红光区域内波段使用GWR估算效果最佳;Na~+的特征波段在光谱变换下集中于短波红外区域,二维植被指数集中在近红外、短波近红外及黄、橙、红区域,各种波段选取下GWR对Na~+的含量估算均有较好效果,但反射率对数的一阶估算效果最好;Ca~(2+)含量在反射率平方根的一阶微分下选取的短波红外波段通过GWR模型估算效果最好;Mg~(2+)含量在DVI选取的位于红光区域特征波段估算效果最佳,但使用GWR模型对Mg~(2+)的估算精度不及BP模型。分析基于GWR盐离子模型估算模型发现,含量较高的离子估算效果更好,K~+、Na~+的模型精度优于Ca~(2+)、Mg~(2+)。在使用GWR模型估算植物叶片盐离子含量时,特征波段均指向红及短波红外波段,符合植被光谱机理的响应。     

荒漠植物凝结水形成机制研究进展

系统综述了国内外对凝结水的最新研究进展,包括凝结水形成机制、生态作用以及冠层凝结水吸收利用.结合荒漠植物的特点及研究现状,指出加强对荒漠植物吸收冠层凝结水的内在机理研究有助于理解荒漠植物对干旱胁迫的适应,可为全球变暖背景下的荒漠植物响应对策的阐述提供理论依据.