吕梁山地区植被物候变化及对气候的响应

吕梁山地区地形垂直差异明显,植被对气候变化反应敏感,研究吕梁山地区植被物候变化,探索植被物候变化与气候的响应关系,旨在为高海拔山区植被物候研究和生态治理提供借鉴。基于2000—2015年MODIS NDVI时间序列数据,通过动态阈值法提取吕梁山地区的植被物候,对气温、降水进行空间插值,并对植被2个关键物候期与气候因素进行偏相关分析。结果表明：（1）植被生长季开始日期(the start of the growing season,SOS)提前的区域约占85.7%,其中16.2%显著提前;植被生长季结束日期(the end of the growing season,EOS)推迟的区域约占90.6%,其中33.3%显著推迟。（2）区内74.8%、87.7%植被SOS分别与气温、降水呈负相关,气温升高或降水增加,植被SOS提前。植被SOS在高海拔山区受4月气温影响显著,而低海拔地区受4月降水影响显著。（3）区内72.6%、65.1%植被EOS分别与气温、降水呈正相关,气温升高或降水增加,植被EOS推迟。植被EOS在北部和西部地区受11月气温影响显著,而高海拔地区受9月降水影响显著。2000—2015年吕梁山地区植被物候发生显著变化,各地区对气温、降水的响应不同,研究结果可为区域物候、气候变化研究和陆地生态治理提供科学依据。     

基于USLE模型的滹沱河上游黄土区土壤侵蚀空间特征研究

滹沱河是山西省面积较大的支流之一,研究滹沱河上游的土壤侵蚀对于建立山西省生态修复体系具有重要意义。以忻州市滹沱河上游为研究区,以遥感影像数据、数字高程模型数据、降雨数据、土壤类型数据为基础,利用GIS、RS技术,结合美国通用水土流失方程(USLE)估算滹沱河上游流域的土壤侵蚀模数。结果表明：（1）2015年滹沱河上游的土壤平均侵蚀模数为2538.9 t/(km ²·a),整体属于中等侵蚀水平。土壤侵蚀类型主要为微度侵蚀、极强烈和剧烈侵蚀;（2）随着高程海拔的升高,土壤侵蚀强度加大,土壤侵蚀面积减少,高程与土壤侵蚀强度呈正相关关系,与侵蚀面积呈负相关关系。剧烈侵蚀在各个高程带均有分布,在[500,1000)高程带中,微度侵蚀的面积范围最大;（3）研究区在0—5°带的土壤侵蚀面积分布最大;（4）牧草地的土壤侵蚀分布范围最广,其次分别为耕地>林地>园地>城镇村及工矿用地>水域及水利设施用地>其他土地。研究结论可为政府制定土壤侵蚀治理的技术方法、治理方案以及治理工程类型、规模及布局等提出科学依据。     

植物生长条件下土壤水分与养分资源动态分布的模拟研究

借助根系功能-结构机理模型,在动态描述根系空间生长发育的基础上,采用根系空间吸水速率函数耦合三维土壤水动力学模型,描述根系吸收条件下土壤水分的时空分布;以根个体为中心,采用扩散方式,描述了由于根系吸收土壤中磷元素而引起的土壤中有效磷分布的动态变化。通过小麦苗期根系结构与生物量的动态观测试验,获取了根系生长参数,利用文献资料获取了土壤水分运移参数、土壤有效磷扩散参数。在设定的灌溉与蒸散情景下,模拟了根长密度与根系吸收速率在三维空间的动态分布、根系吸水条件下土壤水分三维时空变化以及根系吸收磷元素的条件下土壤中有效磷的亏缺区域变化过程。模拟结果显示,根系-土壤系统能够实时地模拟根系生长下土壤环境资源的动态变化。     

黄土高原煤炭开采对小流域植被动态变化的影响

研究旨在结合RS与GIS，对采煤扰动下长河流域植被的动态演变趋势及相关特征进行研究，以期为长河流域生态环境的恢复和保护提供一定参考。基于1987—2015 年多期TM影像数据，采用像元二分模型估算长河流域植被覆盖度，运用最大值合成法、稳定性分析法等对长河流域近30 年来植被覆盖度的时空变化特征进行了分析。结果表明：（1）近30 年长河流域植被稳定性由东西往中部梯度递增，总体稳定性较高，矿区植被稳定性较差；（2）长河流域植被在近30 年里存在普遍退化的趋势，59.9%的区域植被趋于退化，2007 年后研究区植被情况略有好转，植被退化面积较之前减少了1.9%；（3）长河流域植被整体上具有显著的空间集聚性，形成了4 个主要的集聚特征。近30 年中，高-高值集聚的区域内的植被呈明显的动态增加，低-低值集聚区的植被增加不明显。研究发现，长河流域植被在变化趋势和空间分布上有明显的差异性，为完善小流域植被动态监测理论体系奠定了基础。     

大果榛子在毛乌素沙地的生长规律研究

为筛选出适合毛乌素沙地栽培的榛子优良品种,从辽宁省章古台引进5个大果榛子品种（‘达维’、‘辽榛3号’、‘辽榛7号’、‘辽榛8号’和‘平欧15号’）,在原陕西省治沙研究所红石峡植物园和靖边县牛玉琴全国治沙基地2个试验地开展引种栽培试验及生长规律研究,并对其物候期、生长情况和结实情况等指标进行观测分析研究。结果表明：5个大果榛子品种在2个试验地均能正常生长发育,完成营养生长和生殖生长。但从树高和冠幅指标看,其中‘达维’和‘辽榛3号’显著优于‘辽榛7号’和‘辽榛8号’(P＜0.05);从新梢长度、新梢粗度和新梢数量指标看,‘达维’显著优于其他3个树种(P＜0.05),其次为‘辽榛3号’;从结实指标看,除‘平欧15号’性状较其他品种差,其余4个树种间无明显差异(P＞0.05);从结实日期看,‘达维’和‘辽榛3号’早于‘辽榛7号’和‘辽榛8号’,这4个引种品种均显著优于‘平欧15号’。综合生长指标和结实指标看,5个树种都可在榆林引种种植,但‘达维’和‘辽榛3号’更适宜在毛乌素沙地推广种植,‘平欧15号’生长表现最差,不适宜在毛乌素沙地推广栽培。     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.     

基于TM影像的代县植被覆盖度动态变化监测

以ERDASIMAGINE系统为操作平台,利用忻州市代县地区2000年和2007年两期TM卫星影像数据,通过对遥感图的几何校正,图像融合,监督分类等处理,对区域植被覆盖状况进行了提取和分析。结果表明：2007年低程度植被覆盖比2000年减少了6834．3hm2,中程度植被覆盖增加了2777．2hm2,高程度植被覆盖增加了4050．8hm2;人类活动和自然因素的变化均是代县地区植被覆盖变化的主要原因。研究表明,利用TM影像并结合erdas计算归一化植被指数NDVI,从而提取植被覆盖度的方法,可以快速准确地对区域植被生长状况进行动态监测。     

基于自然-经济-景观多源体系的吕梁山土地生态风险评价

生态风险评价是山水林田湖草沙生命共同体安全研究的基础。当前不合理的资源开发和低效土地利用导致植被退化、生态系统服务功能弱化、区域生态风险加剧,生命共同体保护和建设面临新挑战。以吕梁山2000年、2010年和2018年3期土地利用动态监测数据为数据源,在ArcGIS、Fragstats及R的支持下构建自然-经济-景观多源评价体系,基于5 km×5 km格网核算19年以来区域植被退化趋势、生态系统服务价值、生态风险指数的时空分异特征及相关性,评价全域生态风险并提出保护建议。结果表明,吕梁山植被覆盖整体增加,植被变化具有显著性,显著区面积占比达84.94%。2000—2010年生态系统服务价值从507.803×10⁸元增至507.874×10⁸元,增幅较小,2010—2018年降至499.761×10⁸元,共减少1.597%,林地、草地、耕地为主要贡献类型。景观生态风险整体呈上升趋势。风险指数与生态系统服务价值成负相关,聚集趋势有所增强。研究旨在为吕梁山更好发挥生态屏障作用,提高该地区风险预警和管控能力提供参考。     

基于Sentinel多源数据的晋南农田地表土壤水分反演

通过遥感数据反演农田地表土壤水分,对农作物干旱、长势监测及估产有重要指导作用。以山西省闻喜县冬小麦种植区为研究区,利用水云模型去除植被影响,建立土壤直接后向散射系数与土壤含水量的关系,反演闻喜县2018年3月19日冬小麦种植区土壤水分。结果表明：协同Sentinel-1微波和Sentinel-2光学影像数据能够去除植被影响提高土壤水分反演精度,VV极化决定系数R²提高0.0914,均方根误差RMSE减少0.0895%。闻喜县中部河谷平原以及东南和西北部的台地土壤处于轻度干旱状态,西南部丘陵和东部山地土壤处于中度干旱状态。反演的土壤水分空间分布结果与地形起伏、灌溉条件和地力等级有较好的空间一致性,地形起伏低、灌溉条件良好的农田土壤水分含量高。     

施肥措施对复垦土壤团聚体碳氮含量和作物产量的影响

研究复垦后不同施肥措施下有机碳（OC）和全氮（TN）在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征，以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象，采集0～20 cm耕层土壤样品，利用湿筛法进行土壤粒径分组，分析大粒径大团聚体（> 2 mm）、小粒径大团聚体（0.25～2 mm）、微团聚体（0.053～0.25 mm）和粉黏粒组分（< 0.053 mm）中OC和TN含量，判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素，探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥（CK）、施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和有机无机肥配施（MNPK）4个处理。结果表明：1）整个试验周期（2008-2013年），同CK相比， NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量，且以MNPK处理的效果最显著，分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。