吉兰泰盐湖防风固沙林体系土壤理化性状特征

以吉兰泰盐湖防风固沙林体系为对象,通过测定不同部位土壤理化性状,评估该防风固沙林体系防沙治沙效益,并可为干旱区植被恢复提供理论依据。结果表明:(1)吉兰泰盐湖防风固沙林带营建35年后,在林带拦截风蚀物质和植被改良共同作用下,原有流沙质地发生了明显改变。与流动沙垄相比,防护林带土壤细砂及粉粒含量显著增加,其增幅分别为30.55%,500.00%,粗砂含量与流动沙垄相比减少27.00%。(2)防护林带内土壤有机质、速效氮及全氮含量最高,分别是流动沙垄的252%,665%,1 466%;全磷各样地差异不明显,盐湖湖心土壤速效磷和速效钾含量最高,分别为流动沙垄的276%和202%;过渡带白刺灌丛样地土壤全钾含量最高,为流动沙垄的153%。总体上各养分含量与中砂、细砂、极细砂和粉粒呈现显著正相关关系。(3)土壤有机质、全氮和钾素能够综合反映防护林体系土壤质量改良效果,且防护林带土壤综合养分最高。在历经35年发展后,防护林带土壤速效氮、全氮和有机质含量分别增加204.20%,90.63%,94.11%,说明防风固沙林体系对土壤具有明显的改良作用。研究成果可为评价吉兰泰盐湖防风固沙林体系防护效益提供数据支撑。     

吉兰泰盐湖防护体系的防风阻沙效应

[目的] 定量描述防护体系防风阻沙能力及地表蚀积变化,揭示盐湖防护体系的防风阻沙作用规律,为吉兰泰盐湖防护体系防护效果评估提供数据支撑,为中国西北风沙区及荒漠盐湖沙害治理提供理论依据。[方法] 选择吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外原位监测,对3,10月两场典型强风沙尘天气下不同下垫面0—30 cm高度内输沙以及逐月地表蚀积情况进行观测。[结果] ①2 m高度处风速由流动沙垄到盐湖湖心表现为衰减—急剧衰减—恢复阶段,到盐湖湖心时风速恢复至旷野风速。从白刺灌丛至盐碱滩地风速均较流动沙垄降低了70%～90%。②从白刺灌丛至盐湖湖心输沙量呈现为急剧降低—降低—缓慢增加的状态,整体较流动沙垄降低了83.89%～94.90%。③防护体系对两种主害风的防风阻沙效果明显,其风速及输沙量分别较流动沙垄降低了98.71%,91.79%,且西北风向下的防风阻沙效果优于西南风向。④6—9月白刺灌丛至盐湖湖心地表呈现为风积状态,且净蚀积强度较流动沙垄最高可降低157.04%。[结论] 虽然受季节和风向影响,但防护体系防风阻沙效果仍保持较好状态,它对风沙流的阻滞作用使地表由风蚀转为堆积,并使风速及输沙量均降低了90%以上,从而有效避免盐湖湖面积沙。     

吉兰泰盐湖周边不同沙化程度植被群落与土壤养分特征研究

选取吉兰泰盐湖周边4种不同程度的沙化土壤,对其植被群落特征与土壤养分含量进行测定,分析不同沙化程度植被群落特征、土壤养分含量垂直分布特征以及植被群落与土壤养分含量之间的相关性。结果表明:(1)随着沙化程度的加剧,Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数与Margalef丰富度指数均不断下降,植被群落结构趋于简单化;(2)随着沙化程度的加剧,土壤有机质与速效养分含量总体呈降低趋势;(3)土壤有机质、速效磷、速效钾均与Shannon-Wiener多样性指数呈显著正相关;碱解氮与Margalef丰富度指数呈显著正相关。对不同沙化程度植被群落特征和土壤养分的研究为吉兰泰盐湖区天然植被恢复与重建及盐湖保产、高产提供科学依据。     

吉兰泰盐湖盆地土壤颗粒分形特征与空间变异分析

[目的]阐明盐湖盆地流域土壤颗粒分形特征和空间变异特征,揭示区域土壤环境演变和影响因子的响应规律,为旱区盐湖流域沙害治理提供数据和理论支持。[方法]以吉兰泰盐湖盆地流域为研究区,布设50个土壤采样点,采集表层、50 cm、100 cm土层150个土壤样本,基于土壤粒径分布和土壤基本理化指标pH值、总溶解性固体TDS、总氮TN、含水率θ的测试数据,采用多因素相关分析的方法,分析了土壤分形维数与各粒级含量和土壤基本理化因子的相关性; 应用地统计学方法对土壤剖面分形维数空间变异特征及分布规律开展了研究。[结果] 研究区0—100 cm土壤质地以砂土、壤砂土为主,不同土层深度土壤质地类型基本一致,土壤颗粒分形维数D值为1.672～2.785。土壤分形维数与黏粒和粉粒呈极显著正相关,与粗砂、中砂、细砂呈显著负相关,0.1 mm粒径是D值随土壤粒径变化的分界值。D值与含水率、总氮在3土层均呈现显著正相关,而与pH值和TDS相关性不显著。土壤分形维数具有强烈的空间自相关性,各层土壤D值均呈现出由南向北逐渐增大的条块状镶嵌分布特征,流域北部的巴音乌拉山和乌兰布和沙漠地区是D值的高值区,西南部边缘的图格力高勒沟台地和东南部边缘的贺兰山地区是全流域D值的最低区域,土壤表层在吉兰泰盐湖附近有带状分布的高值区。[结论]受气候和人类活动的影响,吉兰泰盐湖盆地土壤质地发生变化,表层土壤颗粒风蚀严重,较深层土壤具有粗粒化现象,未来应加强土壤侵蚀和退化状况观测研究。     

平茬对吉兰泰盐湖花棒防护林植被特征和土壤理化性质的影响

为探究平茬措施对吉兰泰盐湖防护林植被和土壤的影响,以吉兰泰荒漠绿洲过渡带不同平茬年限(1,2,3年)的人工花棒林为研究对象,对比分析不同平茬年限的花棒林植被生长特征和土壤理化性质。结果表明:(1)平茬有利于花棒自我更新。平茬后花棒株高、基径随平茬年限增加而增大,新生枝数与之相反。(2)平茬增加林下草本生物量和草本植物多样性,不同平茬年限花棒林间植物生活型均以一年生植物和多年生植物为主。林下植被盖度、密度、株高、地上生物量、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Margalef丰富度指数均以平茬3年最高。(3)平茬初期的风蚀作用导致地表部分细颗粒被吹蚀,0—30 cm土层土壤机械组成均以细砂和中砂为主,其值为77.63%~88.02%。(4)平茬促进土壤水分蓄积,0—200 cm土层土壤含水量按平茬年限由大到小依次为3年>2年>1年>未平茬,但土壤水分稳定性变差。(5)平茬有利于土壤养分积累,花棒林下土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷以平茬后3年最高,较未平茬分别增加6.67%,12.90%,20.00%,115.51%,66.24%。研究结果表明适当平茬可以改善林间生境,但是在平茬初期,需要对地表进行覆盖,防止土壤水分蒸散。     

多源卫星生态环境遥感数据的融合方法比较

运用厦门本岛的SPOT-5全色波段数据和LANDSAT-7多光谱数据、德化地区的JERS-1雷达数据和LANDSAT-7多光谱数据,通过对两组多源遥感数据融合方一IHS变换和主成分分析(PCA)进行试验和比较分析。试验表明,PCA变换的结果保留更多ETM图像的色彩信息,但纹理细节被光滑,图像清晰度低于IHS变换的结果。而IHS变换则更好地保留SPOT图像的纹理信息,但色彩信息不如PCA方法来得丰富。在实际的遥感数据融合中,应根据不同的目的和需求,从具体领域出发,选择合适的融合方法,才能取得好的效果。     

吉兰泰盐湖防护体系不同防护功能区大气降尘特征及其影响因素

[目的]探讨吉兰泰盐湖防护体系对大气降尘的控制效应,为吉兰泰盐湖防护体系大气降尘物质的来源及其运移方式提供理论依据。[方法]利用降尘缸法采集了不同防护功能区(流沙固阻带、封沙育草带、防风阻沙带和盐湖防护林带)1年内2 m降尘样品,并利用称重法和激光粒度仪对其大气降尘量、机械组成及其影响因素进行分析。[结果](1)吉兰泰盐湖防护体系大气降尘主要由极细砂和细砂物质组成。流动沙垄、流沙固阻带、封沙育草带、防风阻沙带和盐湖防护林带极细粒和细砂物质的总含量分别为88.44%,96.68%,75.53%,77.00%和68.14%。(2)流沙固阻带、封沙育草带、防风阻沙带和盐湖防护林带的降尘量较流动沙垄分别减小22.40%,53.10%,48.05%和24.85%,不同防护功能区滞尘效应大小依次为:防风阻沙带>盐湖防护林带>封沙育草带>流沙固阻带>流动沙垄。(3)3—5月为大气沉降高峰期; 12月至次年2月为大气沉降较弱期; 而6—11月为大气沉降最弱期。降尘量主要集中于春冬两季,占年降尘量的77.52%～87.04%。(4)平均风速、扬沙日数、大风日数、沙尘暴日数和降雨量是影响降尘量的主要气象因子,平均风速、扬沙日数、大风日数、沙尘暴日数为盐湖防护体系降尘提供了动力条件,降雨量抑制了降尘量增加。[结论]盐湖防护体系各防护功能区降尘物质绝大部分来源于局域物质和区域物质,气象因子和植被特征的综合效应共同决定大气降尘量。     

地块尺度下基于多源卫星遥感数据的粮食作物识别

开展粮食作物监测对于国家粮食安全具有重要意义。在传统像元尺度下,利用单一遥感数据进行粮食作物监测,识别精度往往较低,提取的作物地块破碎,难以满足应用需求。为此,该研究以山东省青岛市黄岛区为研究区,提出了一套地块尺度下综合多源卫星遥感数据（包括高分辨率数据、多时相数据、高光谱数据）与土地利用调查矢量数据的粮食作物信息识别方法。首先,对高分辨率数据进行分割获取耕地地块矢量数据;其次,基于多源卫星遥感数据提取地块级时空谱特征;再次,利用样本数据计算特征类间可分性,并进行特征优选;最后,构建基于二次多项式支持向量机的主要粮食作物（春玉米）识别方法。结果表明：1）该研究所提的方法可以有效进行粮食作物信息识别,基于地块数统计的识别精度为89.7%;2）利用光谱特征、植被指数、纹理特征组合得到的识别结果精度最优,基于像元数统计的精度为97.1%,与传统方法相比提高了24.2个百分点,且提取的地块信息更完整。该研究成果可支持粮食作物种植用地的调查与监测,也可为耕地非粮化时空演变与分析提供新的思路。     

基于多源遥感数据的河西走廊覆膜农田时空演变分析

农田覆膜在中国西北干旱区广泛应用,具有显著的增温保墒和增产效果。大面积覆膜会影响到区域气候特征,其残膜污染影响生态系统健康。准确识别覆膜农田的时空分布特征,对于农业水资源管理和生态环境保护具有重要意义。为了准确量化河西走廊覆膜农田时空分布,该研究基于多源遥感数据,使用植被指数,提出了一种确定覆膜农田识别时间窗口的方法,在窗口内使用快速覆膜识别算法提取了河西走廊近10年覆膜农田区域,并分析了其时空演变规律。结果显示当地覆膜农田识别最佳时间窗口为4月上半月,其覆膜农田识别总体精度为80%。河西走廊多年平均覆膜农田面积为38.3×10⁴ hm²,其中55.6%位于黑河流域,疏勒河和石羊河流域各占20.9%和23.3%。由于节水灌溉面积增加同时灌溉用水量减少,对覆膜的需求降低,河西走廊覆膜区域近10年减少了32.4%。该研究可为中国西北干旱区农业资源调查提供参考。     

基于累积分布函数匹配的多源遥感土壤水分数据连续融合算法

数据融合是解决不同来源遥感数据无法直接对比分析这一瓶颈的有效方法。实时更新的SMOS土壤水分数据(soil moisture and ocean salinity)可开展实时干旱评价(2010年至今),但由于序列短无法开展频率及演变分析。CCI(climate change initiative)土壤水分数据是联合了多种主被动遥感数据合成的长序列数据产品(1979—2013年)。为提高不同来源遥感数据的融合精度,该研究基于累积分布匹配原理构建了多源遥感土壤水分连续融合算法,将SMOS和CCI融合成长序列、近实时的遥感土壤水分数据。经验证分析,累积概率曲线相关性中表征干旱的低值区纳什效率系数由0.52提高到0.99,且融合后土壤水分数据可以较准确地反映当地的干旱事件。该研究提出的多源遥感土壤水分连续融合算法显著提高了现有融合算法的融合精度。     

区域蒸发量的遥感研究现状及发展趋势

遥感手段是解决区域蒸发量分布问题的重要方法。随着遥感和GIS技术的发展,定量遥感模型从大叶模型发展到两层、多层或多源模型,参数反演是其核心内涵,出现了比较系统的参数反演公式,但在参数反演时一般都需要风速、温度等参数,这些参数用遥感手段比较难以获得,这就限制了定量遥感模型的广泛应用,因此研究仅依靠遥感信息反演地表通量的定量模型是今后定量遥感模型的主要发展趋势。     

基于多源遥感数据的三江平原日蒸散量估算

采用FAO Penman-Monteith(P-M)模型,结合多源遥感数据,实现空间尺度上的扩展,对三江平原生长季(5-9月)不同气象条件和不同下垫面条件下的日实际蒸散量进行了估算,并利用波文比观测数据对模拟结果进行了验证.结果表明:(1)观测站日实际蒸散发的模拟值与实测值较为一致,R2达到0.824,RMSE为0.493,研究所采用的基于遥感驱动的PM模型适用于三江平原日蒸散发的估算.(2)生长季内,三江平原的月蒸散发量呈单峰性分布,7月达到峰值;蒸散发量的空间分布与植被盖度和水分供给状况密切相关.(3)净辐射和气温是影响三江平原实际蒸散发的两个主要因子,其次为比湿和风速,此外,降水可以明显增加实际蒸散量,是影响区域蒸散发的关键因素.     

基于参数优化改进型可能聚类的遥感图像分割

可能聚类算法（PCA）和可能C-均值聚类算法（PCM）对初始值非常敏感,容易产生一致性聚类。改进型可能C-均值聚类算法（IPCM）能解决PCM的问题,然而IPCM的执行更依赖于参数。IPCM必须计算参数两次,因此聚类时间长。为了克服PCA和IPCM的缺点,进而应用于复杂的遥感图像分割,将PCA和IPCM相结合,提出了一种基于参数优化的改进型可能聚类算法（IPCAOP）。实验表明,IPCAOP在处理遥感图像分割方面明显优于模糊C-均值聚类（FCM）和IPCM。     

棉田土壤水分的高光谱定量遥感模型

在棉花大田水分试验的基础上,采用自主设计的不同土层取样方法,同步获取了棉花冠层高光谱数据和不同深度土壤的水分含量数据以及棉花冠层水分含量数据,分析了棉花冠层含水量与土壤含水量之间的关系、棉花冠层高光谱数据与土壤含水量之间的相关性,构建了基于棉花冠层高光谱数据的土壤水分含量反演模型。结果表明:不同土层的水分含量具有较大差异,棉花冠层对不同土层水分含量的响应程度不同,0~30 cm土层水分含量与棉花冠层含水量的相关性最强,决定系数达到0.58;棉花冠层反射率与土壤水含量在可见光波段呈负相关,近红外波段呈正相关;在所有以棉花冠层高光谱数据的不同变换形式构建的不同土层含水量的PLSR反演模型中,以反射率倒数对数所建的模型对0~30 cm土层和以反射率对数所建模型对0~10 cm土层含水量的预测RPD均达到2.0以上,具有较好的预测能力,其余模型的预测效果不理想。     

锡林河流域蒸散量遥感反演

以锡林河流域为研究区,利用遥感对合成的MODIS影像数据进行处理,结合同期气象资料估算出流域日蒸散量。结果表明,反演得到的日蒸散量分布与地表状况比较吻合,上游地区日蒸散量高于中下游地区,其中低湿地植被、草甸草原蒸散量较大,锡林河流经区域的地段形成的湿地植被日蒸散量较大,植被密集的地方如耕地蒸散值较大,明显高于植被稀疏的地区。日蒸散量分布曲线基本为正态分布,主值区间为2～7 mm/d,流域平均蒸散量为4.51 mm/d。运用FAO推荐式进行了验证,误差在允许范围之内,说明该遥感方法具有一定的适用性。     

基于遥感图像处理的图谱单元提取与分析

以遥感图像为基本信息源,对黄土高原沟间地地貌信息图谱的基本单元墚、峁进行提取与分析,主要内容包括图像预处理、图像识别、模式图操作、数据库管理和属性库管理5个部分。通过提取地物个体单元的边界得到每种图谱类型的标准参数和模式图,对未知类型的图谱个体单元提取参数后与模式图比较分析,归为相应类型的数据库中。最后对下一步的工作进行了展望。     

基于遥感的艾比湖流域近20年生态服务价值对土地利用变化的响应

新疆艾比湖为我国西部的国门湖泊,是准噶尔盆地西南部边缘最低洼地及水盐汇集中心,探究艾比湖流域的土地利用变化及其生态系统服务价值的时空变化特征对于我国西北部地区环境策略的合理制定有重要的意义。以艾比湖流域为研究区,以1990—2011年的五期Landsat-TM系列多光谱遥感影像为基础数据源,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等的中国陆地生态系统服务单位面积价值,并结合敏感度分析,探讨了艾比湖流域1990—2011年土地利用和生态系统服务价值的变化特征。结果表明:1990—2011年间,艾比湖流域土地利用处于发展阶段,土地利用程度呈现增大的趋势;研究期内生态系统服务价值总体呈上升趋势,从161.69亿元增加到163.99亿元,增加了2.3亿元;林地、草地、水域的生态系统服务价值是生态系统服务的主体部分,占整个系统的84.19%以上;艾比湖流域总体生态环境质量则呈现出恶化的趋势;虽然流域各类具有高生态价值的土地利用类型面积的扩大有利于整个流域生态质量的改善,但其整体生态环境仍然比较脆弱,还有待提高。     

基于遥感方法的黄河三角洲生态需水量研究

生态环境需水量是当前水资源管理等学科研究的重点和难点。对于河流生态环境需水量已形成比较系统的理论和计算方法,但对于其它生态系统则没有固定的计算模式,生态需水量项目也因具体环境而异。依据黄河三角洲自然保护区生态系统特点,其需水量项目主要有植物需水量、湿地蒸散量、土壤需水量、野生生物栖息地需水量、补给地下水需水量和防止岸线侵蚀及河口生态环境需水量等。遥感技术在区域资源环境研究方面具有极大优越性,本文利用遥感技术重点对黄河三角洲湿地生态系统需水量中的蒸散量进行了计算,其它需水量项目则用一般方法进行了计算。计算结果表明黄河三角洲自然保护区最小生态需水量为19.21亿m3,最大生态需水量为42.14亿m3。为维持自然保护区生态环境不再恶化,每年需补给的最小生态水量为12.3亿m3。     

嫩江沙地沙质荒漠化程度遥感定量评价——以杜尔伯特蒙古族自治县为例

杜尔伯特蒙古族自治县位于嫩江沙地的中心,以杜尔伯特蒙古族自治县为例研究嫩江沙地的荒漠化程度有较好的代表性。在研究区选取63个样地实地调查荒漠化程度,同时获取研究区的ETM＋遥感影像,对荒漠化主要评价因子植被盖度、生物量、裸沙占地百分比进行遥感定量反演,地表结皮和土壤质地采用定性的方法结合目视解译进行提取。在现有荒漠化评价方法的基础上,建立以像元为单位的荒漠化程度评价的定量化遥感信息模型,并输出荒漠化程度分布图。利用63个实测样地数据评价遥感信息模型的精度,被正确评价的样点数为57个,遥感信息模型对杜尔伯特蒙古族自治县荒漠化程度进行定量评价的精度达到90.5%。     

生产建设项目水土保持遥感解译与判别技术实践及思考

水利部连续两年组织实施了生产建设项目水土保持遥感监管项目,目前已形成一套比较成熟和完善的技术路线,其中遥感解译与判别是遥感监管的关键技术环节,是疑似违法违规图斑现场核查处置的基础工作。通过对遥感解译与判别技术要求和工作流程进行梳理、总结,形成了一套标准的技术执行体系,以期为遥感监管在全国各级开展应用提供参考。