黄土区大型露天煤矿复垦24a土壤碳氮组分特征

研究大型露天煤矿典型植被恢复模式下土壤碳、氮组分特征,为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤碳、氮固持过程及复垦土壤成土过程提供依据。以黄土区典型露天煤矿—平朔露天煤矿的复垦24a的刺槐-油松混交林(RP)、刺槐纯林(RM)、白杆-青杆-沙棘混交林(PPH)、沙棘纯林(HM)4种典型植被恢复模式样地及未复垦样地(UR)、原地貌样地(UD)为研究对象,采集0～20 cm表层土壤样品,分析土壤碳、氮组分特征。结果表明:1)经过24a演替,复垦土壤理化性质得到明显提高,但各样地间土壤理化性质明显显著。2)同UR样地相比,RP、RM和PPH样地的土壤有机碳含量分别提高594.03%、158.66%、99.25%;RP和PPH样地的微生物生物量碳则分别提高174.68%、209.34%;RP和HM样地的水溶性碳分别提高110.13%、82.99%;RP、RM样地的易氧化碳含量则分别为UR样地的35.55倍和7倍。3)与UR样地相比,RP、RM、PPH、HM样地的土壤全氮含量分别提高413.24%、250.00%、100%和82.35%;RP、PPH、HM样地的水溶性氮含量分别提高206.33%、153.02%、99.95%;PPH样地的微生物生物量氮含量提高368.07%。4)复垦土壤碳、氮组分之间呈现正相关关系,但与全钾呈现显著负相关(P0.05)。上述结果表明,土地复垦显著提高了土壤碳、氮组分含量,尤以刺槐-油松混交林效果较好,但复垦24a后,矿区土壤可能存在钾限制的现象。     

仰韶村遗址文化层土壤微形态研究

土壤微形态方法已广泛运用在遗址土壤研究中，可解读其蕴含的古人类活动信息。本研究在仰韶村遗址土壤前期研究基础上，采集多处文化层以及古土壤层、表土层，通过比较土壤微形态和理化性质差异，判别古人类用火和培土行为。结果表明：(1)用火影响的土壤基质主要呈红棕色，其中炭屑散乱分布，铁质垒结形成物主要呈团块状、碎屑状。细粒质受到火烧作用影响，经化学反应形成的铁质氧化物覆盖其上，显示出弱干涉色特征，多为无分离b-垒结。(2)培土影响的土壤中可以识别出人工痕迹，如平整的孔道和刮擦痕迹，紧密的不同土壤垒结之间存在清晰平整的界线，表明土壤被压实。部分细粒质受到人为刮擦作用影响，呈现条纹状b-垒结。细粒质与粗粒质除包膜状和桥接状外，还出现填集状，这也表明土壤被压实。(3)发现贝壳和碳化植物等侵入体，土壤微结构呈现海绵状。总体而言，土壤的宏观特征和基本理化性状印证了微形态观察结果，表明该区域土壤与古人类用火和耕作活动相关。     

融合时序遥感分析的国土空间生态保护修复关键区识别

国土空间生态保护修复是落实国家生态文明建设的重要措施，也是构建国家生态安全格局和统筹山水林田湖草沙系统治理的重要举措。而生态保护修复关键区识别，是生态保护修复规划编制、生态保护修复工程时空布局等系列工作的前置条件和基础保障，对国土空间生态保护修复至关重要。本文以河南省某生态保护修复工程为研究区域，开展融合时序遥感分析的生态保护修复关键区识别研究和实践，首先，基于Google Earth Engine（GEE）云平台，采用Mann-Kendall方法对研究区2011—2020年时序归一化植被指数（NDVI）开展趋势分析，形成时序分析结果；其次，基于气象、地形、土壤、植被净初级生产力（NPP）等数据，开展基于生态系统服务协同和权衡计算的生态系统健康分析评估，选择生态源地；最后，基于时序分析结果和生态源地选择结果，采用叠置分析，开展生态保护修复关键区域识别。结果表明，提出的“基于生态系统服务协同权衡计算的生态系统健康评估——时序遥感趋势分析”的研究框架不仅顾及了研究区域内“静态”的生态系统服务、生态系统健康属性，同时衡量了“动态”的生态系统变化趋势，可以有效识别国土空间生态保护修复关键区。研究成果可为国土空间生态保护修复本底调查、问题识别、规划和工程布局等提供技术支撑。     

利用作物生长模型和时序信号甄别水稻镉胁迫

在自然农田生态系统中,农作物的生长通常受到各类环境胁迫(如重金属胁迫、病虫害、水分、营养)的影响,如何区分重金属胁迫与其他胁迫有待进一步研究。该研究选取了湖南省株洲为试验区,收集2017—2019年的Sentinel-2卫星影像数据,结合野外实测数据,开展水稻重金属镉(Cd)胁迫识别研究。首先,利用作物生长模型World Food Studies(WOFOST)同化时序遥感数据获取每年的叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)时间序列曲线;然后运用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法对LAI时间序列进行多尺度分解,得到不同的时序信号分量(Intrinsic Mode Function,IMF);最后使用动态时间规整(Dynamic Time Warping,DTW)方法计算受胁迫水稻分解后的时间序列与健康水稻分解后的时间序列之间的DTW距离,即归一化胁迫指数。结果表明:归一化胁迫指数是水稻重金属胁迫敏感的参数,与土壤重金属含量的相关系数为0.851,水稻受到的胁迫程度越高,归一化胁迫指数值越大,反之越低;在试验区中,水稻重度重金属胁迫的分布面积比例相对较低,且主要集中在西部、东北部以及偏东南地区。融合集合经验模态分解和动态时间规整方法能有效地甄别并定量分析水稻重金属胁迫状况,从而为作物重金属污染胁迫监测提供重要参考。     

基于多进制小波变换及多维纹理特征的遥感影像融合方法

探讨了基于多进制小波变换与多维纹理特征融合相结合的遥感影像融合方法。在融合过程中，首先对高分辨率全色影像和多光谱影像进行多进制小波分解，再联合提取局部方差、局部梯度、局部能量和局部信息熵4维纹理特征，将高分辨率影像的高频分量分别与多光谱影像的高频分量以多维纹理特征进行多判据联合方法融合，形成新的高频分量，然后与多光谱影像的低频分量进行多进制小波逆变换，最后经 RGB合成为彩色影像。试验选取淮南矿区SPOT 10 m与TM 30 m空间分辨率影像，从目视判读（定性评价）、地物光谱曲线分析、定量评价指标三方面对融合方法进行了评价。结果表明，该方法既保留了原影像的光谱信息，同时也改善了影像的清晰度和分辨率，利用融合后的影像进行矿区土地利用变化监测，效果明显提高。     

基于RS与GIS的保定市植被覆盖度动态变化

以1991、2004和2015年3个时相的TM/OLI遥感影像为数据源，利用基于归一化植被指数（NDVI）的像元二分模型估算保定市植被覆盖度，对其进行等级划分，并分析其时空变化特征。结果表明，1991—2015年，保定市植被覆盖度整体呈现下降的趋势，且不同区域存在差异现象。低植被与中低植被覆盖区面积整体呈增加趋势，而高植被覆盖区面积呈降低趋势。在4个研究分区中，保定市主城区植被覆盖度下降最为明显，1991—2015年的25年间，植被覆盖率下降了12.76%，平均每年下降约0.5%。研究发现，城市开发与建设及其导致的农用地减少等是植被覆盖度变化的主要原因。      

基于MESMA和RF的山丘区土地利用信息分类提取

探讨了基于多端元混合像元分解(Multiple endmember spectral mixture analysis,MESMA)和随机森林(Random forest,RF)相结合的土地利用信息分类提取方法。以Landsat-8 OLI卫星遥感影像为主要数据,基于植被-不透水面-裸土(Vegetation-impervious surface-soil,VIS)模型,利用MESMA将影像分解为植被、不透水面和裸土3类组分,将生成的3类组分变量和基于光谱、纹理信息计算选取的20个特征变量组合后开展RF分类实验,将分类结果与相同特征变量下的支持向量机(Support vector machine,SVM)、最大似然(Maximum likelihood classification,MLC)分类结果进行比较分析。结果表明:MESMA可以获得较为精确的组分丰度信息;RF分类结果优于相同特征变量下的SVM和MLC分类结果;在MESMA生成的组分信息变量参与分类后,3种方法的分类精度均有所改善,分别达90.50%、88.85%、86.35%,其中RF的分类精度改善最为显著;MESMA与线性混合分解(Linear spectral mixture analysis,LSMA)生成的组分信息变量相比,前者对于改善分类精度效果更为明显。MESMA对于提高影像分类精度起到一定积极作用,基于MESMA和RF的方法对中等空间分辨率影像山丘区土地利用信息分类提取精度较高,利用该方法开展遥感影像解译可为大尺度的土地利用监测和管理工作提供技术支持和理论参考。