草地土壤水分遥感反演方法的适用性

应用MODIS数据,构建中国草地的3种土壤水分反演模型[表观热惯量(apparent thermal inertia, ATI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation drought index, TVDI)和植被供水指数(vegetation supply water index, VSWI)],利用实测土壤水分和AMSR2数据进行验证,对3种模型适用性进行了研究。结果表明:3种模型反演结果与实测土壤水分呈现不同程度相关性,从区域整体上均能反映土壤水分时空变化;ATI模型适用于冬季草丛生态系统、草甸生态系统、高寒稀疏植被和冻原生态系统的土壤水分反演,但不适用于草原生态系统,并且夏季误差较高;TVDI模型春季在草丛生态系统、草甸生态系统、高寒稀疏植被和冻原生态系统适用性好,但是冬季反演结果偏差大;VSWI模型夏季误差较小,并且适用于反演草原生态系统土壤水分。     

和静草地覆盖度变化遥感监测及分析

选取2004年和2005年4-10月的MODIS 250 m×250 m 的遥感影像,在EOS/MODIS 资料接收处理系统、卫星遥感应用系统平台以及 MAPGIS6.5 的支持下,通过预处理、几何校正、归一化植被值指数(NDVI)提取以及最大值合成,主要对巴音郭楞蒙古自治州北部的和静县的植被盖度进行了计算,并按 NDVI 值的大小将地表植被分为3类:低植被覆盖,0.1～0.3;中植被覆盖,0.3～0.6;高植被覆盖,0.6～1.0.在C 环境下计算出了不同植被覆盖的面积,并结合2004年7月的实地的样方测量,在SPSS统计软件中将2004年的理论数据与实测数据进行了相关分析,结果表明:在选取的18块样地的54个样方中,在置信度为0.01的条件下,相关系数达到了0.695.说明在新疆利用MODIS数据进行大尺度的植被动态监测较为可行、可信.     

半干旱黄土区柠条灌丛不同植被管理方式下的土壤水分

为探究半干旱黄土区柠条灌丛在不同植被管理方式下的土壤水分特征,本文以甘肃省定西市龙滩流域为研究区,通过对2016 ? 2018年生长季0 ? 1.8 m土层土壤水分动态检测,分析人工柠条灌丛[柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)]不同植被管理方式[对照(不平茬也不除草)、平茬除草、平茬、除草]对土壤水分的影响。结果表明：1)平茬除草管理方式的土壤水分最高,在上、中、下坡位均高于其他3种管理方式的土壤水分。2)在整个生长季内,各管理方式0 ? 0.4 m浅层土壤水分波动最大,而1.0 ? 1.8 m较深土层则无明显变化。温度和降水对土壤水分有一定的影响,但无论是干旱年还是平水年,平茬除草管理方式在各土层中土壤水分均高于其他3种管理方式的土壤水分。3)采用最优分割法将不同植被管理方式的土壤水分划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,平茬除草管理方式土壤水分的活跃层与次活跃层的深度为0 ? 0.8 m,其深度大于其他3种管理方式;而对照管理方式土壤水分在0.3 m以下都为相对稳定层,其深度小于其他3种管理方式。本研究结果表明,在生长季平茬除草管理方式更适合研究区柠条灌丛植被的管理,这为该区域人工植被土壤水分管理以及构建半干旱黄土区稳定的人工植被群落提供了参考。     

半干旱黄土区柠条灌丛不同植被管理方式下的土壤水分

为探究半干旱黄土区柠条灌丛在不同植被管理方式下的土壤水分特征,本文以甘肃省定西市龙滩流域为研究区,通过对2016?2018年生长季0?1.8 m土层土壤水分动态检测,分析人工柠条灌丛[柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)]不同植被管理方式[对照(不平茬也不除草)、平茬除草、平茬、除草]对土壤水分的影响.结果表明:1)平茬除草管理方式的土壤水分最高,在上、中、下坡位均高于其他3种管理方式的土壤水分.2)在整个生长季内,各管理方式0?0.4 m浅层土壤水分波动最大,而1.0?1.8 m较深土层则无明显变化.温度和降水对土壤水分有一定的影响,但无论是干旱年还是平水年,平茬除草管理方式在各土层中土壤水分均高于其他3种管理方式的土壤水分.3)采用最优分割法将不同植被管理方式的土壤水分划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,平茬除草管理方式土壤水分的活跃层与次活跃层的深度为0?0.8 m,其深度大于其他3种管理方式;而对照管理方式土壤水分在0.3 m以下都为相对稳定层,其深度小于其他3种管理方式.本研究结果表明,在生长季平茬除草管理方式更适合研究区柠条灌丛植被的管理,这为该区域人工植被土壤水分管理以及构建半干旱黄土区稳定的人工植被群落提供了参考.     

基于FY-3/MERSI数据的干旱监测

利用中国新一代气象卫星风云三号上搭载的中分辨率光谱成像仪(MERSI)250 m分辨率数据,基于3个干旱遥感监测模型,以甘肃陇东雨养农业区为研究区,采用4个时相的遥感干旱监测个例,进行干旱监测分析,并结合同期降水、温度和气象干旱资料进行对比分析。结果表明,基于FY-3/MERSI卫星资料反演的干旱监测模型都能够客观地反映研究区旱情的空间分布和动态发展过程,不同的监测模型在干旱监测中的差异性明显;干旱监测模型和对应实地观测的0-10、0-20、0-50 cm深度的土壤相对湿度之间均有显著相关(P0.01),PDI指数与土壤相对湿度呈显著负相关,VSWI、MSAVI与土壤相对湿度呈显著正相关;MSAVI与0-10 cm深度土壤相对湿度之间相关性比VSWI、PDI更明显,相关系数均在0.84以上,PDI与0-20、0-50 cm深度的土壤相对湿度之间相关性比VSWI、MSAVI明显,相关系数均在0.82以上;0-20 cm土壤相对湿度与PDI、MSAVI指数相关比0-50 cm相对湿度显著,相关系数均在0.83以上;0-10 cm土壤相对湿度与VSWI指数相关比0-20、0-50 cm相对湿度明显,相关系数均在0.83以上。3种监测模型中,垂直干旱指数对干旱变化的敏感性最高,在甘肃陇东雨养农业区尤其是春季业务化的适用性最好。     

三江源地区土壤水分的地理分区遥感模型构建及时空变化

为探求三江源地区土壤水分的时空变化规律，对研究区生态保护与修复、水源涵养能力建设、气候变化与灾害预警研究具有重要的指导作用与现实意义。本研究利用影响土壤水分变化的气候、植被和土壤因素对研究区进行地理分区，分析常用光学遥感干旱指数与土壤水分的相关性，基于中分辨率成像光谱仪（Moderate resolution imaging spectroradiometer，MODIS）数据构建土壤水分遥感监测模型，反演2003—2020年5—9月土壤水分，进行地面真实性检验，分析土壤水分时空变化特征及气象因子的影响。结果表明：地理分区的设置可减少大地形、植被差异对土壤水分遥感反演精度的影响，模型绝对误差为5.3%、均方根误差为6.8%；2003—2020年平均土壤水分为20%，以0.05%·a^-1速率波动增加，且中北部和东北部局地明显趋湿、中部和东部局地变干；土壤水分变化受降水和气温的共同影响，尤其是降水影响明显。     

黄土高原土壤水分的空间分异及其与林草布局的关系

通过大面积的土壤水分深土钻测定(5～10 m土深)和相应的植被生长调查,对黄土高原土壤水分的空间分异及其与该区林草布局的关系进行了研究.结果表明,黄土高原的土壤水分具有显著的区域分异和微域分异特征;黄土高原土壤水分的空间分布决定着该区植被类型及其生长状况的空间布局,表现为区域植被的地带性分布及各地带内坡面植被景观的规律性分布;人工林草措施的实施,包括宜林宜草选择、造林技术和选种等环节,必须遵循土壤水分的时空分布规律来区别进行,才能获得植被生态环境的持续健康发展.     

MODIS MOD13Q1数据在北疆荒漠化监测中的应用评价

利用中分辨率成像光谱仪MODIS(moderateresolutionimagingspectroradiometer)MOD13Q1(vegetationindices16-dayL3global250m)数据,对北疆地区2007和2008年植被生长季(5月下旬-9月中旬)32景MOD13Q1数据进行累积求和、植被盖度转换和荒漠化指数(desertificationindex,DI)计算及分级。分级结果客观的反映了北疆地区荒漠化土地的空间分布。北疆地区非荒漠化土地主要分布在天山、阿尔泰山的中高山部分(呈带状分布)及部分绿洲区,其他地域均有不同程度荒漠化。因此,MOD13Q1数据可被有效应用于大尺度环境变化和荒漠化进程的遥感监测中。收集2007年北疆地区37个气象站点年均最高气温和年均降水量数据,结合DEM经空间插值后获取区域气温、降水量数据,气温、降水量和DI相关性分析发现DI与气温间具有较高的正相关性,与降水则表现出负相关性。     

陕北黄土区植被群落特征与土壤水分关系研究

以陕西省吴起县降水量存在差异的白豹、柴沟、王洼子3个典型区域为研究对象,对比分析不同降水梯度条件下浅层(0~100 cm)土壤含水量和植被群落物种多样性的变化规律及相互关系,为陕北黄土区植被构建与景观配置提供理论依据。结果表明:该地区降水分布自东南向西北逐渐减少,3个区域共调查植物20科47属57种,其中草本植物共有12科29属38种,菊科、禾本科、蔷薇科、豆科占调查属和种的61.7%和68.4%。白豹、柴沟及王洼子浅层土壤含水量分别为14.4%、12.7%和8.7%。随着降水量的减少,3个典型区域草本植物的重要值发生了明显变化,但植被群落物种组成具有较高的相似性。植被群落物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou指数及Simpson指数从高到低均依次为白豹>柴沟>王洼子,且与土壤含水量具有显著的正相关关系。综合而言,该地区草本植物物种最为丰富,降水梯度显著影响浅层土壤水分,且植被群落特征与浅层土壤水分密切相关。     

贺兰山不同海拔植被生物量与土壤分形特征和土壤水分的相关关系

为了解干旱与半干旱区域山地生态系统植被生物量与土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异规律，探究植被生物量与分形特征和土壤水分的相关关系，选取贺兰山不同海拔典型植被带作为研究区，采用单因素方差分析、Pearson相关分析等方法分析植被生物量、土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异特征及三者间相互关系。结果表明：1）草本植被生物量与灌木植被生物量沿海拔未呈明显的线性变化趋势，灌木植被生物量在浅山灌丛（QSGC）样地具有最大值，草本植被生物量在亚高山灌丛（YGSGC）样地具有最大值，植被条件较好，植被生产力较高。2）贺兰山土壤颗粒以粉粒和极细砂粒为主，随着海拔的升高，土壤质地变细。3）土壤水分含量随海拔增高显著增加，但在青海云杉（QHYS）样地土壤水分含量略低。4）相关分析表明，年降水量以及土壤黏粒含量是影响植被生物量的主要因子。总体上，贺兰山植被生物量、土壤分形特征以及土壤水分含量受多个环境因子共同作用和影响，呈明显的空间异质性。本研究对于揭示贺兰山植被生物量空间变化机制及促进贺兰山退化植被恢复具有重要的意义，可为促进贺兰山山地生态系统植被与土壤资源合理利用提供参考。     

希拉穆仁草原根层土壤水分变化特征

为了探明阴山北麓希拉穆仁草原土壤水分的自然变化规律,采用AZ-DT自动水分监测仪长期定位监测天然草地根层土壤水分,结合降水量观测和植被调查,分析该区域土壤水分的变化特征及其对植被的影响。结果表明,1)降水是坡面土壤水分的主要来源,由于该地区降水稀少,导致坡面土壤水分经常处于体积含水量15%以下的较低水平;坡底土壤水分除降水以外还有径流来源,径流形成地面积水,使坡底土壤水分较高甚至经常处于过饱和状态。2)生长季降水量对坡面植被高度、盖度和生物量影响明显,但对坡底植物生长影响很小。坡底土壤通气不良并且盐碱化,致使植株低矮、细弱,但株丛数较多。3)由于冻融和积雪融化的影响,春季土壤水分较高且波动剧烈,这有利于牧草返青期的水分供应。     

黄土丘陵区不同退耕年限草地群落特征及其土壤水分养分效应

采用空间代替时间以及对比分析的方法,根据黄土丘陵区8个退耕年限序列(1~35年)的退耕地的采样数据进行分析,研究在植被恢复过程中,随着退耕年限变化,植被更新与土壤水分养分之间的互动效应。结果表明, 1)黄土丘陵区在退耕35年期间,随着退耕年限的增加,总物种数呈减少-增加-减少-增加的趋势。Margalef指数、Shannon-Wiener指数变化趋势为先增加-减小-增大,而Pielou均匀度指数相反。 2)群落地上地下生物量随退耕年限增大而增大,呈显著正相关关系(P<0.05)。 3)随着退耕年限增加,土壤养分(除速效K外)含量先减少后增加,而土壤速效K含量呈一直下降趋势,土壤水分含量在20~50 cm、50~80 cm、80~100 cm处先增加后减少,在0~20 cm处相反。 4)植被特征指数(除Pielou外)与有机质、全N、全P呈显著正相关,而与土壤养分速效K呈正相关,关系不显著。Pielou指数与土壤养分呈正相关关系,但不显著。     

黄丘区退耕地植被与土壤水分养分的互动效应

对典型黄土丘陵区的延安、安塞和吴旗不同退耕年份植被特征、土壤水分和养分的调查和测定,研究了退耕地植被与土壤水分和养分随时间变异及其互动效应规律。结果表明,退耕初期土壤有较高的水分和养分,在较高的土壤水分和养分支持下,植被指数呈增长趋势,随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤水分和养分的消耗,使土壤水分和养分含量降低,土壤水分和养分的变异幅度也较大;从变化趋势看,植被指数和土壤贮水量变化呈相反趋势,植被指数与土壤水分之间的关系比其与土壤养分之间的关系更加密切,表明土壤水分对植被恢复和植被群落演替的作用更加显著;在退耕初期,土壤水分和养分对植被恢复和群落演替的作用要大于植被恢复和群落演替对土壤水分和养分的作用,随着植被群落演替的进行,植被对环境的适应能力不断增强,它们之间的作用关系不断改变,这种相互作用使植被群落以自己的方式改变着土壤水分和养分,并使自己逐步达到稳定。     

祁连山高寒草原土壤水分与植被盖度的关系

为了揭示高寒草原土壤水分与植被盖度的关系,提高植被盖度与土壤水分快测的精度,本研究在祁连山北麓中段高寒草原—甘肃马鹿冬季牧场,设置放牧率分别为1.00、1.45、2.45、3.45、4.85、6.90 AUM·hm^-2的6个样地,通过逐月测定生长季植被盖度和土壤水分,结合Landsat5多光谱影像与SPOT2全色影像融合而成的SPOT-TM影像,分析土壤水分与植被盖度、归一化植被指数(NDVI)的关系,并在此基础上,确定植被盖度随土壤水分的变化阶段。除醉马草、银灰旋花、乳白黄耆外,其他种群盖度对表层土壤水分均响应敏感,在3%~7%至17%~26%的土壤水分范围内,种群盖度随土壤水分的增加呈反比例函数递增趋势,且增幅逐渐缩小;群落盖度对表层土壤水分的响应敏感,在1.1%~10.0%的土壤水分范围内,群落盖度随土壤水分的增加亦呈反比例函数递增趋势,并逐渐趋于饱和。研究结果对探讨干旱半干旱草原植被物种、种群、群落的抗旱性、水分利用效率具有一定意义,为草原植被和土壤水分管理提供科学依据。     

陕北水蚀风蚀交错区苜蓿地土壤水分过耗与恢复

采用野外定位观测法研究水蚀风蚀交错区苜蓿(Medicago sativa)草地土壤水分在天然降水作用下的恢复过程。结果显示:苜蓿地翻耕后,在降水作用下土壤水分有明显的恢复过程,第一年,150cm以上土壤水分得到一定恢复,第二年深度达到300cm,但上层土壤含水量并未增加;该地块植被大量消耗土壤储水导致土壤干燥化,高耗水植被消除后,土壤含水量逐渐增加。     

Water utilization patterns around isolated Acacia karroo trees in the False Thornveld of the eastern Cape

The effect of various vegetation treatments on two soil moisture regimes (i.e. the proportion of the experimental period where the soil had sufficient water for: (a) growth, and (b) to keep the plants turgid in the vicinity of experimentally isolated A. karroo trees) was monitored over a two‐year period. Removal of all vegetation had the greatest effect on soil moisture, increasing the moisture regime by around 200%. Grass removal had the next most significant effect, increasing moisture regimes within 9 m of the tree by around 100%. Removal of the tree had the smallest significant effect, increasing the moisture regime by less than 20%. There was no significant difference in the moisture regime surrounding trees with heights ranging between 1,4 m and 2,5 m, or where various combinations of tree and/or grass defoliations were implemented. We conclude that water supply to the trees is enhanced when soil water extraction is reduced (e.g. during winter or when the sward is harmed) and argue that this may be a mechanism of accelerating bush encroachment in semi‐arid savannas.     

水蚀风蚀交错区复合植被与单一植被土壤水分特征及其地上生物量差异

采用野外调查的方法,于2013年8月选取位于黄土高原水蚀风蚀交错区的陕西省榆林市神木县六道沟流域典型植被类型样地,研究复合植被与单一植被的土壤水分特征、生物量差异及其影响因素。结果显示:深根型植物与浅根型植物复合后其冠层高度、地表植被盖度、叶面积指数和地上生物量都有显著提高;土壤表层含水量显著增加;物种丰富度也呈增加趋势。影响复合植被和单一植被地上生物量差异的主要因素是其根系对水分吸收利用的差异,以及深根型灌木和浅根型草本植物对不同深度土壤水分的利用差异。草本植被地上生物量随100 cm内土壤含水量的增加而增加,而与容重和导水率相关性不显著。因此在植被恢复建设过程中,深根型植物宜与浅根型植物搭配种植,可以合理有效利用有限水资源,提高植被地上生物量、冠层高度和地表植被盖度,从而可以有效控制水蚀风蚀交错区的土壤侵蚀。