基于Sentinel-2的绿洲-荒漠过渡带植被地上生物量估算

开展绿洲-荒漠过渡带植被地上生物量监测是植被生长状况评价与荒漠化监测的重要手段。文中利用Sentinel-2影像数据构建了地上生物量估算模型,比较了统计模型和两种机器学习算法模型的性能,并对渭干河-库车河绿洲的绿洲-荒漠过渡带的植被地上生物量进行了估算。结果显示,在统计模型中,红边三角植被指数(RTVI)与地上生物量的非线性模型拟合效果最好,且相关最显著。在机器学习算法中,随机森林模型优于支持向量机回归模型。通过验证发现,RTVI非线性估测模型和随机森林模型具有较好的外推能力。在绿洲-荒漠过渡带植被地上生物量的反演中,随机森林模型表现出较高的精度,验证集R²为0.65,RMSE和MAE分别为255.08g·m^-2和192.93g·m^-2。相较其他模型,随机森林模型可以在小样本情况下更精确,对科学监测绿洲-荒漠过渡带植被地上生物量和维护绿洲的稳定发展提供依据。     

砾石对青藏高原东缘水电工程取土场人工草地生物量分配的影响

根据澜沧江上游如美水电站工程建设迹地生态环境保护的迫切需要,在该区域取土场开展人工草地植被恢复试验。研究将砾石置放于回填土壤(未筛分土和筛分土)的表层(0-10cm)、中层(20-30cm)和下层(40-50cm),播撒人工草种垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb),进行人工草地建植,并监测群落冠层和根系生物量。结果表明,在回填未筛分土壤样地,砾石置放于表层、中层和下层的群落冠层生物量分别为136.5-526.7g·m^-2、98.9-372.5g·m^-2、79.8-373.2g·m^-2,根系生物量分别为223.3-495.9g·m^-2、140.5-460.1g·m^-2、124.1-343.4g·m^-2。在回填筛分土壤样地中,砾石置放于表层、中层和下层的群落冠层生物量分别为134.8-415.5g·m^-2、88.3-288.9g·m^-2、73.9-260.5g·m^-2,根系生物...     

柴达木盆地盐渍化土壤养分和酶活性特征

为探讨柴达木盆地不同程度盐渍化土壤养分和酶活性特征，沿察尔汗盐湖至昆仑山方向依次选择5个样点，分析土壤养分和酶活性特征及其二者的相关性。结果表明：除土壤全钾外，土壤盐渍化程度、土壤深度及其两者交互作用对土壤养分含量及土壤酶活性的影响均达到显著水平(P<0.05)。在盐渍化程度较低的土壤，养分有效性(速效钾除外)和酶活性较高，且随土壤深度的增加而降低。以有机碳和蔗糖酶为例，在盐渍化程度最低的S5样地中含量为13.83 g·kg^-1和21.01 mg·g^-1·d^-1(0～5 cm)、12.85 g·kg^-1和19.29 mg·g^-1·d^-1(5～10 cm)、9.83 g·kg^-1和12.19 mg·g^-1·d^-1(10～20 cm)，显著高于盐渍化程度最高S1中的8.56 g·kg^-1和1.41 mg·g^-1·d^-1(0～...     

祁连山典型植被土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征的垂直变化

本研究针对祁连山国家公园山体沿海拔(2700～4043 m)自下而上出现的针叶林、草甸化草原、高寒灌丛、高寒草甸、流石滩稀疏植被5种典型植被,研究土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比垂直分异规律,为祁连山国家公园生态系统土壤碳氮磷生物地球化学循环过程提供数据参考和科学依据。结果表明：(1)祁连山山体垂直带上0～40 cm土壤总碳、总氮和总磷含量分别为15.33～83.46 g·kg^-1、1.63～7.76 g·kg^-1、0.41～0.66 g·kg^-1。土壤总碳和总氮含量均表现为针叶林>草甸化草原>高寒灌丛>高寒草甸>流石滩稀疏植被,都是沿着海拔的升高显著降低。土壤全磷含量表现为高寒灌丛显著高于高寒草甸,其余植被间差异不显著。(2)0～40 cm土壤铵态氮、硝态氮、速效磷含量分别为11.01～14.73 mg·kg^-1、2.78～12.46 mg·kg^-1和4.35～13.57 mg·kg^-1。土壤铵态氮含量在各植被类型间差异不显著,...     

宁夏盐池县生态系统水分利用效率时空特征及其影响因素

水分利用效率(WUE)是衡量植物光合固碳和水分消耗之间权衡关系的重要指标。研究区域植被WUE的时空变化特征对区域生态恢复、水资源的合理利用与开发等方面至关重要。本研究基于MODIS的GPP和ET数据评估2000—2019年盐池县植被WUE的时空变化特征及其主要的影响因子。结果表明：(1)2000—2019年盐池县的ET和GPP分别以7.61 mm·a^-1和7.23 g C·m^-2·a^-1的速率显著增加,空间上呈西北高东南低的分布特征,具有较强的空间异质性。(2)近20 a,盐池县植被WUE变化范围在0.80～1.11 g C·kg^-1·H₂O之间,多年均值为0.91 g C·kg^-1·H₂O,年际变化不显著;从空间上来看,全县WUE存在较强的异质性,高值主要分布在东北部,低值位于西南部。(3)近20 a,宁夏盐池县WUE在空间上有54.70%的区域呈上升趋势,主要分布在东北部;45.30%的区域以下降趋势为主。未来,盐池县61.48%...     

库布齐沙漠东部植被恢复对土壤生态化学计量的影响

为阐明植被恢复对风沙土生态化学计量特征的影响，以库布齐沙漠东段流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地和沙柳固定沙地为研究对象，分析植被生物量和不同深度土层（0～60 cm）土壤C、N、P化学计量特征时空变化及其相关性。结果表明：（1）土壤C、N含量随植被恢复明显增加，而土壤P含量增幅较小，均在沙柳固定沙地达到最大值(5.86 g·kg^-1、0.41 g·kg^-1、1.74 g·kg^-1)，各阶段土壤C、N、P含量均随土层加深逐渐降低，土壤P含量在各土层间差异较小。（2）不同阶段或土层间土壤化学计量比差异显著，随植被恢复土壤C:N先减小后增大，而C:P和N:P均逐渐增大，土壤C:P和N:P均随土层加深逐渐减小，而C:N则无明显变化规律。（3）土壤C、N、P两两间呈极显著正相关，均与地上和凋落物生物量呈显著正相关，土壤C:N与C:P、N:P均无显著相关关系，而土壤C:P与N:P呈显著正相关，且土壤C:P和N:P均与地上、地下和凋落物生物量呈显著正相关。综上所述，人工建植促进植被恢复可显著影响土壤C、N、P含量及化学计量特征，进而...     

翻压9种春油菜对潮土有机质及其氧化稳定性的影响

为了提高华北地区土壤有机质含量,改善有机质品质,提高土壤肥力,开展了9种春油菜翻压对土壤有机质及其氧化稳定性影响的研究。结果表明:春油菜生物量以中油肥1901最高,植株含碳量中油肥1904最高（69.51%）,中油肥1901次之（65.06%）,春油菜总碳输入量以中油肥1901最高(4 662.25 kg·hm^-2);春油菜翻压均可显著（P<0.05）提高土壤有机质、腐殖质及易氧化有机质的含量,降低Kos值,以中油肥1901和中油肥1907增加土壤有机质最多,均比翻压春油菜前增加7.24 g·kg^-1,腐殖质含量和易氧化有机质也是中油肥1901增加最大,较春油菜翻压前分别增加了11.24 g·kg^-1和16.55 g·kg^-1,显著高于其他品种,春油菜品种翻压后土壤有机质Kos值均显著低于对照,下降较多的是中油肥1901、中油肥1906和中油肥1907,显著低于其他品种;土壤有机质、腐殖质和易氧化有机质与春油菜生物量和春油菜总碳输入量之间呈极显著正相关,土壤有机质、腐殖质和易氧化有机质间相关性...     

我国荒漠植被生产力动态及其与水热因子的关系

为了探讨近30 a来我国干旱区荒漠植被的净初级生产力(NPP)及其与水热因子相关性随时间的变化,运用CASA(Carnegie Ames Stanford approach)模型估算我国荒漠植被1982—2015年生长季的NPP,并运用线性回归和GIS空间分析方法分析了NPP的时空变化特征,利用滑动相关系数分析了荒漠植被NPP与水热因子的关系。结果表明：① 单位面积NPP均值为42 g·m^-2·a^-1,NPP整体水平较低。空间上呈西北部、东部边缘较高,中部、南部和中东部较低的分布特征。② 荒漠植被NPP年均总量为5.783×1013g·a^-1。从荒漠植被NPP的年际变化来看,1982—2015年中国荒漠植被NPP总量以1.64×1012g·(10a)^-1的线性速率（P=0.054）上升,荒漠植被生长状况总体上不断改善,但总量趋势呈现阶段性变化,1982—1993年荒漠植被NPP总量呈极显著增长态势（1.25×1012 g·a^-1,P<0.01）; 1993—2006年NPP总量呈极显著降低态势（-6.42×1011 g·a^-1,P<0.01）; 2006—2015年NPP总量缓慢增长（1.70×1011 g·a^-1,P>0.05）。从空间变化来看,47.65%的荒漠植被NPP呈增加态势,主要分布在阿拉善高原、天山北麓、塔里木盆地西部边缘、柴达木盆地的东南边缘、阿尔金山南麓和昆仑山脉。③ 从荒漠植被NPP与各气候因子之间的相关关系随时间的变化来看,NPP与气温的滑动相关系数随时间的变化保持为负相关,与降水、干燥度的滑动相关系数保持为正相关,与太阳总辐射的滑动相关系数随时间变化并未表现出显著的变化趋势。总体上,荒漠植被与水热因子的相关关系在研究时段均有进一步减弱的态势,即荒漠植被NPP对气候因子的变化愈来愈不敏感。     

石羊河下游明清时期荒漠植被的破坏与沙漠化

石羊河下游绿洲地处河西走廊东部,行政区划上属今甘肃省民勤县所辖。本区东面、北面为腾格里沙漠所围绕,西面与巴丹吉林沙漠相比邻,南面石羊河一线弧悬与中游武威绿洲连接,气候上属温带大陆性干旱气候,干燥少雨,多风沙为其显著特征,绿洲生态系统处于脆弱的平衡状态,因而对人类活动的反应极为敏感,特别是绿洲的边缘更为脆弱,其潜在沙漠化因素易于激发活化。本区地带性植被为旱生、超旱生灌木、半灌木和旱生、盐生的肉质半灌木植物生活型组成的类型,分布于绿洲外围,种类寡少,覆盖稀疏,但对于防风固沙,维系绿洲生态平衡,增强绿洲的抗逆性有着特殊重要作用。据武威地区林业站的材料,这些荒漠植被在石羊河中     

小针茅草原植被地下与地上生物量季节动态及根冠比变化规律

利用内蒙古苏尼特右旗小针茅荒漠草原生长季地上、地下生物量数据,分析小针茅草原植被地上、地下生物量以及根冠比的季节动态,并建立根冠比季节动态模型。研究结果表明：① 小针茅草原植被地上生物量季节变化呈单峰型曲线,地上生物量的峰值出现在6月下旬,为46.14 g•m^-2,地下生物量季节动态表现为“N”型变化规律,最高值出现在7月下旬,最低值出现在8月下旬,分别为1 275.46 g•m^-2和365.1 g•m^-2。② 2011年小针茅草原植被根冠比季节波动较大,最小根冠比为16.8, 出现在8月下旬, 最大根冠比为51.05, 出现在7月下旬。③ 小针茅草原植被地上生物量与根冠比具有较明显的相关关系,8月的相关关系最好,相关系数达到0.626,可以用8月的地上生物量模拟根冠比的变化。     

六盘山半干旱区华北落叶松林坡面土壤含水量的降雨响应

在宁夏六盘山外围半干旱区,土壤含水量是影响林木成活与生长的关键因子,需深入理解森林坡面不同坡位的土壤含水量对降雨量的响应差异。本文在宁夏六盘山叠叠沟小流域,选择一个华北落叶松人工林典型坡面,于2021年5—10月利用自动气象站和土壤水分仪连续监测降雨等气象条件和坡面土壤含水量变化,分析土壤含水量的坡位差异及对降雨量级的响应。观测期间总降水量为443.7 mm,虽然接近多年平均值,但夏季干旱严重。结果表明:(1)土壤含水量存在明显的生长季内变化,整体表现为先降低后升高的趋势,8月最低(0.112 m³·m^-3)。(2)土壤含水量存在明显的坡位差异,整体表现为:上坡[(0.191±0.044)m³·m^-3]>中坡[(0.158±0.045)m³·m^-3]>下坡[(0.146±0.034) m³·m^-3],表明土壤含水量的坡位变化因处于干旱年,主要受植被蒸散耗水量大小的影响,而受坡面汇流影响不大。(3)在同...     

陕西黄土区农田土壤主要养分特征及影响因素

为了探究陕西黄土区农田主要土壤养分特征及其影响因素,基于研究区5096个农田0～20 cm耕层采样点数据,利用GIS与地统计学方法对有机质(SOM)、全氮(TN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量进行空间分析,并应用地理探测器模型探究18种影响因素对养分空间变异的解释程度。结果表明：SOM、TN、AP和AK含量均值分别为14.43 g·kg^-1、0.92 g·kg^-1、18.21 mg·kg^-1和190.28 mg·kg^-1,呈现中等程度变异;4种养分最佳拟合模型均为指数模型,各养分呈现中等程度空间相关性,结构性与随机性因素的共同作用导致了养分含量的空间差异;养分全局空间相关性大小表现为：TN>SOM>AK>AP;养分含量区域差异明显,呈现由北向南逐渐递增的趋势;年日照时长、年均气温、化肥用量和地貌类型等单因子作用对各养分含量空间变异具有更强的解释力,两因子交互作用对养分的解释力强于其单因子解释力。研究表明,陕北地区宜适当增加肥料投入,关中地区宜进行精耕细作,农田建设应考虑多方面...     

黑河中游绿洲边缘三种景观类型土壤水分动态特征及影响因素

土壤水分对干旱区旱生植物的生长发育必不可少,决定了旱生植物群落的演替动态和方向。探究黑河中游绿洲边缘不同景观类型的土壤水分动态特征,制定切实有效、科学合理的防风固沙措施,对于阻止荒漠化进程显得尤为重要。本文以黑河中游绿洲边缘的防护林、荒漠-绿洲过渡带和荒漠三种景观类型为研究对象,采用HYDRUS-2D模型模拟、LSD分析法、Pearson相关性分析等方法,研究三种不同景观类型土壤水分动态特征及影响因素。结果表明：(1)土壤体积含水量的RMSE为0.002～0.006 cm³·cm^-3,MRE为4.22%～5.20%,R²为0.725～0.967,模拟结果与实测数据具有较高的吻合度,HYDRUS-2D模型可用于本研究区土壤水分动态的模拟研究。(2)防护林和荒漠-绿洲过渡带景观的土壤体积含水量随土层深度增加呈现出先增大后减小的变化趋势,荒漠景观则呈现出先减小后增大的变化趋势。(3)有效降水对土壤体积含水量动态变化起决定性作用,9.5 mm以上的降水量可以在短期内显著提高土壤水分含量和入渗深度,荒漠景观降水后的各时段土壤水分入...     

河套灌区不同配置农田防护林对田间土壤水分和养分储量的影响

农田防护林作为提高生态环境效益的有效农业管理方式，对改善土壤理化性质、改善生态环境，提高作物产量具有重要意义。在河套灌区选择三种典型农田防护林(4行林带、5行林带和8行林带)测量了2019—2021年生长季农田内距防护林0.3 H、0.7 H、1 H、2 H、3 H和4 H处0～100 cm的土壤性质和防护林与农田的植被属性，测算了土壤水分储量(SMS)和土壤养分储量[碳储量(SCS)、氮储量(SNS)和磷储量(SPS)]。结果表明：(1)不同防护林系统水平方向上的土壤容重和土壤黏粒含量差异显著，在垂直方向上土壤属性均有显著差异。(2)防护林具有较好的保水性和养分供应功能，其中4行林带的土壤水分储量和养分储量高于其他林带，分别为SMS 237.44 mm、SCS 544.93 g·m^-2、SNS 953.72 g·m^-2和SPS 859.04 g·m^-2。(3)4行林带的整体长势比较好，其平均树高为30.06 m，胸径为0.41 m，且4行防护林的作物产量最高，为15.75 t·hm^-2。(4)冗余...     

基于5种植被指数的荒漠区植被生物量提取研究

荒漠区植被地上生物量是土地荒漠化监测和荒漠植被遥感信息提取的重要指标。本研究以甘肃民勤县为试验区,以哨兵2号(Sentinel-2)影像为数据源,构建了比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、差值植被指数DVI、土壤调节植被指数SAVI及优化型土壤调节植被指数OSAVI 5种植被指数与植被实测地上生物量的估算模型(一元线性、指数、对数和二项式模型),并利用所选的最优模型,估算了研究区的地上生物量。结果表明:SAVI相较于RVI、NDVI、DVI和OSAVI指数同地上生物量之间的相关性最高(r=0.79),基于SAVI指数的二项式模型是研究区地上生物量估算的最优模型(R²=0.76),且精度较高(R²=0.73,RMSE=0.12)。民勤县的植被相对密集区主要分布于四大灌区(红崖山、环河、昌宁、南湖)、青土湖周边以及红沙岗镇西北区域,其他地域植被较为稀疏,无植被区[<0.005 kg·(100m²)^-1]、低植被区[0.005～0.2 kg·(100m²)^-1...     

青海湖流域NPP动态变化及驱动力

对青海湖流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)以及驱动因子进行分析可以为流域生态管理与可持续发展提供一定的参考。本研究基于Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型估算了青海湖流域NPP值，通过趋势分析、Hurst指数、地理探测器等方法，定量评估了2000—2018年青海湖流域NPP的动态变化及驱动因子。结果表明：从空间分布来看，青海湖流域多年平均植被NPP为218.88 g C·m^-2，年平均NPP的高值分布在青海湖北部和南部，最高达到375.85 g C·m^-2，低值分布在青海湖东岸，最低为0.11 g C·m^-2。从时间变化看，2000—2018年流域年平均NPP表现为上升趋势，增幅为1.61 g C·m^-2·a^-1,2018年达最高值为247.30 g C·m^-2。季节变化表明7月NPP最高，1月NPP最低。在NPP未来变化趋势上，Hurst指数小于0.5的区域占比为75...     

河西走廊东段不同生境对沙米形态结构及生物量分配的影响

为揭示荒漠地区1 a生植物对环境变化的响应机制及适应策略,于2020年以甘肃民勤县、武威市和古浪县生境的沙米为对象,对其形态结构、生物量分配及与环境因子的相关性进行了研究,结果表明：(1)古浪县年均气温、年均日照时数和土壤日均温度均最低,分别为6.81℃、2 669 h和16.22℃,武威市均最高,分别为8.58℃、2 873.4 h和22.94℃;古浪县土壤含水量、土壤粉粒和土壤速效磷均最高,分别为4.53%、17.51%和6.81 g·kg^-1,民勤县均最小,分别为1.46%、7.19%和5.55 g·kg^-1;古浪县沙米株高、冠幅及根长均最高,分别为70.63、54.24 cm和96.15 cm,民勤县均最小,分别为62.40、46.77 cm和86.31 cm。(2)古浪县沙米根生物量和质量分数及根冠比均最高,分别为7.56 g、15.98%和0.291;不同生境根-茎、根-叶、根-花、叶-茎、花-茎和花-叶生物量均是α<1的异速生长关系。(3)3个生境中,株高和根、茎、叶、花生物量均呈显著或极显著正相关,与根冠比呈显著或极显著...     

克拉玛依人工林生物量与土壤理化性质

通过对人工林与其周围荒漠灌木群落生物量及其土壤的物理化学性质的变化分析,结果表明:1克拉玛依人工杨树林林下植被层和凋落物层生物量为5.87 t·hm-2,荒漠灌木群落生物量为0.74 t·hm-2,人工林明显高于其周围荒漠;2林地土壤养分在不同土壤层次中的含量较荒漠有不同程度的降低,容重增加,但土壤含水率有较大提高;3人工林地土壤有机质含量偏低,表层土壤有机质较荒漠降低8.83%,但林地10~30 cm和30~50 cm层土壤分别增加20.74%和33.13%;4林内各层土壤含水率与凋落物层生物量呈显著正相关,土壤养分与生物量相关性不大。     

露天煤矿复垦区土壤有机碳含量变化归因解析

土壤有机碳(SOC)是评价土壤质量变化的关键指标,辨析煤矿复垦区SOC演变过程、影响因素及驱动机制,对指导矿区复垦工作开展具有重要意义。文中以山西平朔露天煤矿复垦平盘土壤为研究对象,以空间序列替代时间序列,定量解析复垦SOC及剖面分布对复垦年限和复垦方式的响应。结果显示：复垦平盘SOC含量在0.82～16.11g·kg^-1之间,均值为3.53 g·kg^-1,变异系数为77.55%,其含量及变异性随土层深度增加而减小。随着复垦年限增加,SOC含量增加,不同复垦方式下SOC含量的分布特征依次为林地(5.31g·kg^-1)>耕地(2.98g·kg^-1)>未利用地(2.29g·kg^-1),而且林地SOC剖面分布差异最大,耕地SOC含量主要受复垦年限影响。变差分解显示,复垦年限、土层深度和土地利用方式分别可解释SOC含量变化的15.0%、10.3%和2.4%,复垦年限与土地利用方式共同解释11.2%的变化。复垦年限和复垦方式对20cm以下SOC的影响减弱,但复垦年限延长则增强...     

甘肃河西绿洲边缘积沙带所表征的气候环境信息

绿洲边缘积沙带的研究是一个新的科学问题。甘肃河西地区经过半个多世纪的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。为了研究积沙带的形成和发育与气候环境因子之间的关系,对河西走廊东端至走廊中西部绿洲边缘的积沙带进行了调查。结果表明：① 年降水量是决定积沙带高度和宽度的关键因子;② 降水量是决定植被盖度的关键因子,降水对天然植被盖度的影响大于对包括人工植被在内的植被总盖度的影响,随着降水增加,背风坡植被盖度增加幅度大于迎风坡;③ 积沙带不同样点之间植被盖度的差异主要是由植株个体大小引起的,亦即降水对植株个体大小的影响大于对植株密度的影响。