基于RS和GIS的毛乌素沙地荒漠化程度定量估测

选取内蒙古自治区毛乌素沙地东北部伊金霍洛旗为研究区域,以少量野外定位调查数据与其对应的RS和GIS信息为基础, 利用主成分分析、因子分析和多元线性回归分析方法,建立以像元为单位的植被盖度和生物量的定量估测模型.通过对数学模型的分析,得到影响植被盖度和生物量的主要指标(因子).在对荒漠化程度量化分级后,建立以植被盖度和生物量2个重要指标为影响因子的荒漠化程度定量估测模型,实现区域性荒漠化程度的定量估测.     

黑河中游荒漠区植物生长与水分变化关系分析

土地荒漠化是当前世界十大环境问题之一,对人类的生存和发展构成了严重威胁。通过黑河流域中游荒漠区建立的荒漠化综合防治试验站对土壤各层含水率、植被生物量、盖度、地下水埋深、降水量等9 a(2006—2014年)长期定位监测,采用特征参数算法、相关和多元回归分析方法,研究了植被生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型。结果表明:(1)土壤平均质量含水率、植被平均生物量、平均盖度、地下水埋深、降水量年均分别为2.38%、136.13 g/m2、11.01%、271.63 cm、141.56 mm;年际变化幅度从大到小依次为土壤质量含水率植被平均盖度降水量植被平均生物量地下水埋深,其中土壤质量含水率和植被平均盖度呈波动性增加趋势,植被平均生物量、地下水埋深、降水量呈波动性略有减小趋势。(2)在一年的植物生长季的3~11月份期间,降水量、地下水埋深变化步调基本一致,各层土壤含水率变化步调基本一致。(3)植被平均盖度与土壤各层质量含水率中度正相关,与降水量低度相关,与其它因子关系极弱。(4)植被平均盖度模型预测准确率可达79.2%,误差平均为0.381,解释变差可达89.9%。本研究可为荒漠化防治中的水资源管理以及退耕还林、天然林保护、黑河流域综合治理等工程对水资源影响的评估等提供科技支撑和参考数据。     

基于植被光谱信息的龟裂碱土碱化程度预测研究

以宁夏平罗县龟裂碱土为研究对象,以实测植被光谱和土壤pH值为基础数据源,通过对原始光谱数据进行小波阈值去噪,和对数、一阶微分、多元散射校正、归一化等8种变换,筛选土壤碱化程度最佳光谱变换方式和敏感波段,用一阶傅里叶和三次多项式进行回归分析、比较,来构建更加精确的龟裂碱土信息预测模型。研究表明:植被光谱反射率一阶微分变换在波段861nm处为最佳敏感波段,相关系数为0.86;多项式拟合比傅里叶拟合效果好;以最佳光谱指标和土壤pH值为变量,构建的pH含量三次多项式预测模型精度最高,在0.01显著性水平上通过检验,该模型可为干旱区半干旱地区土壤碱化程度遥感定量反演提供依据。     

基于光学遥感的稀疏乔灌木地上部分生物量反演方法

【目的】基于无人机数据采用3种分层方案构建冠层盖度-乔灌木地上部分生物量模型以及基于Landsat8 OLI数据采用3种分层方案构建不同光谱指数-乔灌木地上部分生物量模型,对比分析不同分层方案的乔灌木地上部分生物量模型精度,以期为基于遥感数据的干旱区人工林乔灌木地上部分生物量高精度反演提供理论依据。【方法】在毛乌素沙地实地调查102块30 m×30 m样地,基于高分辨率无人机影像,利用面向对象的机器学习算法获取乔灌草植被覆盖度信息,采用3种分层方案（不分层、基于乔木和灌木2种植被类型分层、基于5个树种分层）构建冠层覆盖度-乔灌木地上部分生物量模型。基于Landsat8 OLI影像,使用6种光谱指数（NDVI、RVI、MSAVI、TCG、NDMI、NIRv）,结合无人机影像解译草本植被覆盖度,采用3种分层方案（不分层、有无草本植被样地分层、3个草本植被覆盖度等级样地分层）构建不同光谱指数-乔灌木地上部分生物量模型。【结果】不分层的冠层覆盖度-乔灌木地上部分生物量模型鲁棒性最差（R²=0.22,n=102）,且估算精度最低(RMSE=14.98 t·hm^-2...     

毛乌素沙地3种典型灌木生物量分配与土壤含水量特征

灌木生物量是评价植被生产力的一个重要参数,研究不同灌木类型的生物量分配规律对指导荒漠生态系统的植被恢复具有重要科学意义。以毛乌素沙地柠条锦鸡儿、油蒿、杨柴3种典型灌木为研究对象,分析了不同灌木的生物量分配与土壤含水量特征。结果表明,3种灌木标准株整株生物量与各器官生物量均为柠条锦鸡儿﹥油蒿﹥杨柴,且均达到了显著性差异(P0.05);在根、茎、叶生物量分配及其比例方面,3种沙生灌木均表现为茎﹥根﹥叶,但各器官分配比例具有明显的差异。在植物含水率方面,杨柴和柠条锦鸡儿两种灌木各器官含水率表现为叶﹥根﹥茎,而油蒿则表现为根﹥茎﹥叶。3种灌木除叶片外(R2=0.45),整株(R2=0.74)和根(R2=0.66)的含水率均与土壤含水量存在着显著的正相关性(P0.05),而茎(R2=0.86)的含水率与土壤含水量之间达到了极显著正相关(P0.01)。3种沙生灌木在形态结构和水分调节利用方面均采取不同的方式来适应干旱生境,但其长效作用机制有待进一步研究。     

基于深度学习的森林可燃物含水率反演技术

【目的】探究基于卫星遥感数据的森林可燃物含水率反演,比较深度学习模型与传统机器学习模型的精度,并探索一种解决冠层遮挡问题的方案,为全国建立森林可燃物含水率数据库提供理论依据。【方法】以河北省张家口市崇礼区为研究区,基于实地测量数据,针对传统机器学习模型误差较大的问题,建立深度学习中的多层感知机(MLP)模型,研究光谱反射率与森林冠层植被和地表枯落物含水率之间的关系,并与传统机器学习中的支持向量回归(SVR)模型进行精度对比。选取与实地考察时间同季度的哨兵遥感数据,以光谱反射率、光谱水分指数等遥感估测法中常用变量作为反演森林冠层植被和地表枯落物含水率的影响因子,结合实地考察数据进行模型训练。针对以往采用遥感估测法反演地表枯落物含水率遇到的冠层遮挡问题,使用双向反射分布函数处理遥感数据获得不同观测角度的遥感数据,结合辐射传输模型,将冠层反射率映射到地表反射率后再训练模型。【结果】以红光、绿光、近红外和短波红外波段为输入变量的MLP模型在森林冠层植被含水率反演中的拟合度为0.843,优于SVR中最优模型的拟合度0.807,精度提高4.5%;MLP模型在地表枯落物含水率反演中拟合度为0.448...     

基于Landsat 8-OLI的荒漠化地区植被覆盖度反演模型研究

基于Landsat 8-OLI影像数据,利用植被指数逐步回归分析和线性混合像元分解的方法,结合134个野外样地调查数据,将线性混合像元分解结果(植被丰度)导入影像植被指数逐步回归模型,建立康保县荒漠化地区植被覆盖度反演混合模型,并进行精度检验。结果表明:(1)在所选16种影像植被指数中,采用单一植被指数进行荒漠化地区植被覆盖度反演建模,与植被覆盖度拟合优度最高的是归一化植被指数(NDVI)和土壤调节植被指数(SAVI),利用植被指数逐步回归分析建模,筛选出的3种最佳影像植被指数是土壤调节植被指数(SAVI0.5),比值植被指数(SR_(N-R))和增强型植被指数(EVI);(2)通过线性混合像元分解建立的植被覆盖度反演模型,分解所得植被丰度与植被覆盖度的决定系数为0.673,模型精度低于利用植被指数逐步回归分析法反演的模型精度,但高于单一植被指数与植被覆盖度反演模型的精度;(3)精度检验显示植被指数逐步回归分析法反演的植被覆盖度模型的决定系数(R~2)和精度分别为0.719和86.70%,而混合像元分解和植被指数逐步回归分析综合所建的混合模型的决定系数(R~2)和精度分别为0.807和92.37%,表明植被指数逐步回归分析与混合像元分解相结合能较好地提高荒漠化地区植被覆盖度反演精度。     

乌海甘德尔山草原植被荒漠化演替的海拔梯度差异研究

草原荒漠化是内蒙古干旱半干旱草原普遍发生的现象,海拔梯度下生境变化是影响植被物种演替的重要因素。为揭示乌海市甘德尔山草原荒漠化形成因素及植被重建途径,对甘德尔山山体顶部和山脚旷野两处样点采用典型取样法,通过重要值、Shannon-Weaver多样性指数及Pielou均匀度指数等指标对自然植被情况进行了对比分析。结果表明:甘德尔山山体顶部植被总盖度达66.7%,而山脚旷野仅为32.1%;山顶植物种类有16种,灌木草本比例为1∶8,山脚植物种类为12种,灌木草本比例为1∶1.4;山顶与山脚植被多样性指数分别为1.97和1.53;甘德尔山从山顶至山脚,优势种群由西北针茅更替为四合木。可见提高山脚旷野草本植被多样性及盖度,减少水土流失,提高土壤含水量,是地区生态系统修复和草原植被荒漠化治理的重要途径。     

国内外灌木生物量模型研究综述

灌木林是自然界中广泛存在的一种陆地生态系统类型, 是森林资源的重要组成部分。文中对国内外灌木生物量模型的研究现状进行了综述, 从数据采集、建模方法和模型评价3个方面系统总结了灌木生物量模型研建的技术要点。数据采集主要包括样本单元数的确定、测定因子的选定和样本数据采集3部分, 其中样本数据采集又包括野外鲜质量测定和实验室干质量测定2部分。建模方法的重点是确定灌木生物量模型的结构和选择参数估计方法, 而模型评价的核心是选定合适的评价指标。文中从开展国家级森林植被生物量监测的角度提出建立灌木生物量模型的有关建议, 即首先要确定合理的建模样本单元数, 再选择合适的灌木生物量建模技术方法, 还要重视对所建模型的评价, 给出模型的预估精度指标。     

基于Sentinel-2B的油松冠层可燃物含水率反演研究

森林火灾的发生与植被冠层可燃物含水率的大小有着密切联系。利用高精度、大尺度、高效率的遥感影像反演获取植被冠层可燃物含水率对于有效防治森林火灾具有重要意义。油松由于其自身理化性质成为引发森林火灾的主要树种之一，以张家口崇礼区的油松为研究对象，基于Sentinel-2B遥感影像和油松含水率实测数据，建立了多个油松冠层可燃物含水率反演模型：一元线性回归模型、一元非线性回归模型和多元非线性回归模型，并利用决定系数(R²)和均方根误差(RMSE)进行模型精度评价。结果表明，非线性模型总体上要优于线性模型；通过多个自变量因子建立的多元非线性模型能够更好地反映油松冠层可燃物含水率情况，模型反演精度更高，可以为植被冠层可燃物含水率反演模型方法选择提供一定的理论依据。     

小叶锦鸡儿灌丛土壤肥力变化的研究

研究了内蒙古风蚀沙化区退化草原植被恢复或重建过程中灌丛对养分的聚集和土壤肥力的保护作用,结果表明灌丛大小和灌丛不同土层养分含量没有明显的变化趋势,灌丛内0~5 cm土层的养分含量高于相应的对照样地,5~20 cm土层有机质和速效氮含量高于相应的对照,灌丛土壤颗粒含量和本地区土壤本底颗粒组成有密切的关系,和对照区相比,短期内没有显著增加土壤的细粒成分,但灌丛在减少风蚀方面具有一定的作用。     

乌兰布和沙漠植被及其保护

乌兰布和沙漠降雨稀少,生态环境脆弱,有种子植物49科169属312种,以蒙古种、戈壁—蒙古种、戈壁种以及古地中海区系的荒漠成分占主导地位;自然植被为亚洲中部荒漠区与草原区的分界线,主要有梭梭、柠条、白刺和油蒿、沙冬青＋白刺＋油蒿、白刺＋红砂、白刺＋霸王＋油蒿、籽蒿＋沙竹、芦苇、白刺＋芨芨草等9类群丛。由于不合理的利用,草场植被逐年退化,正朝着极度荒漠化演变。对植被状况和平缓沙丘及半固定、半流动沙地等不同立地条件的草地,应因地制宜,造（林）封（育）飞（播）结合,开展综合治理,恢复植被,遏制沙漠化加重的趋势。     

浑善达克沙地灌丛植被的生态学研究

本文从生态学的基本原理出发,对浑善达克沙地灌丛植被以群落建群种为基础进行了分类研究,将灌丛植被划分为11个类型,分别对灌丛群落的分布、生物学特征、灌丛植被与环境的关系。特别是灌丛植被在改善浑善达克沙地生态环境的作用,对防风固沙、建立荒漠草地以及防治荒漠化等方面进行了研究,并就浑善达克沙地草场生态系统重建和持续发展的生态对策提出了建议。     

川西北高寒沙化草地围栏禁牧时段和恢复过程的耦合机理研究

川西北沙化草地在围栏禁牧生态恢复过程中,土壤中有机质、全氮、水解性氮变化特征,研究对象为:未修复沙化草地、围栏禁牧生态恢复时间分别为5年、10年的沙化草地,研究其不同围栏禁牧时间沙化草地0～40 cm土层土壤中有机质、全氮、水解性氮的变化.其结果表明,随着围栏禁牧时间的增长,各土层土壤有机质、全氮含量均增加,植被盖度、...     

祁连山大野口流域不同植被类型冻土冻融特征分析

通过对祁连山大野口流域内不同海拔梯度上的冻土冻融监测,分析评估青海云杉林、灌丛、阳坡草地3种典型植被类型冻土冻融厚度和速率变化的差异。结果表明:(1)冻土深度上限最大值为灌丛冻土阳坡草地冻土青海云杉林冻土;冻土深度下限最大值为灌丛冻土青海云杉林冻土阳坡草地冻土。(2)冻土冻结期,青海云杉林冻土变化速率最大,其次阳坡草地冻土变化速率,灌丛冻土变化速率最慢;冻土消融期,灌丛冻土变化速率最大,其次阳坡草地冻土变化速率,青海云杉林冻土变化速率最慢。(3)青海云杉林冻土过程最长,其次为灌丛冻土,阳坡草地冻土过程时间最短。建议培育青海云杉与灌丛增强祁连山涵养水源功能。     

中国沙质荒漠化土地监测评价指标体系

中国是受荒漠化影响较重的国家，保护环境资源可持续发展，及时掌握荒漠化时空变化信息，有效的实施宏观管理，是荒漠化治理的主要内容，为此，依据地表形态和生态状况的变化确定植被盖度，裸沙地占百分比和土壤质地３项评价指标，从不同侧面指示特定土地的生产力，并将各指标因子量化，给出沙质荒漠化（风蚀荒漠化，沙化）现状综合评价模型。根据国情和沙质荒漠化遥感监测需要，这次提出的沙质荒漠化现状评价指标比较直观，便捷，实     

内蒙古锡林浩特市达布希勒图草场荒漠化程度评价

本文在实地测量达布希勒图草场2004年的植被盖度、裸沙占地百分比和土壤质地的基础上,利用高尚武(1998年)提出的荒漠化评价指标体系对当地的荒漠化程度进行了评价,为当地荒漠化防治工程的合理布局提供了科学依据。评价结果表明:整个达布希勒图草场均发生了不同程度的沙质荒漠化,荒漠化程度以中度为主;封育后围栏内的荒漠化程度比围栏外降低;围栏内由东向西荒漠化程度逐渐增强;草场内植被盖度大于41%的地段为轻度荒漠化,植被盖度小于41%的地段为中度或强度荒漠化。     

高寒沙区草地植被恢复及重建途径研究进展

目前,草原退化和沙化已成为中国乃至世界的问题,越来越多的学者关注沙化草地的保护与恢复,尤其是沙化草地的植被恢复研究成为国内外生态学家研究的热点。本文在回顾国内外沙化草地植被恢复研究的基础上,提出了沙化草地植被恢复与重建的基本途径,并对沙化草地植被恢复与重建研究进行了展望。     

甘肃省武威市荒漠化现状、成因及其防治对策

武威市土地荒漠化主要包括沿北部腾格里和巴旦吉林两大沙漠边缘的土地风蚀荒漠化、石羊河下游尾端因农田弃耕而引起的土壤次生盐渍化、武威和古浪南部祁连山中低山区的草场和耕地退化。其荒漠化成因主要是降水量少，蒸发量大，土壤以沙质为主，植被稀少，大风天气频繁，自然生态环境系统极其脆弱等自然因素和人为破坏活动。并提出了今后荒漠化防治的几点对策。     

Progress in Study on Response of Arid Zones to Precipitation Change

The pattern of precipitation,including precipitation amount,frequency and intensity,may change in the future according to the prediction of climate change.In arid zones,the soil dynamics, plant growth and vegetation change,desertification and hydrology might be affected by precipitation change.In general,the precipitation in extreme arid zone and arid zone showed an increase tendency whereas the precipitation in some area in semi-arid zone and sub-humid arid zone showed a decrease tendency.The increase of precipitation could enhance the growth of biological soil crust,improve soil water status,promote plant growth,increase vegetation coverage,facilitate the change from desert vegetation to grassland vegetation,and it is benefit to the reversion of land desertification.In addition,the increase of precipitation could also increase the river runoff,lake storage and promote the occurrence of flood,while the decrease of precipitation has the adverse effect.These studies will benefit the prediction of the possible response of ecosystem processes to the potential change of precipitation pattern in arid zones in the future,and it is important to the conservation of natural vegetation and the control of desertification.More field experiments and studies should be conducted in the future,including the effect of increased precipitation or temperature,nitrogen deposition and CO₂ on soil,vegetation,desertification and hydrology of arid zones,so as the more persuasive results could be obtained from these experiments and studies.