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。     

祖历河流域自然草地生产力遥感反演

利用Landset_5 TM遥感影像数据，经几何校正、大气校正、辐射校正等前期处理后，计算比值指数（RVI）和再归一化植被指数（RNDVI），结合野外调查获得的自然草地生物量数据，在GIS中反演祖历河流域自然草地生物量，建立回归反演模型，并对两种植被指数的反演精度进行比较；利用RNDVI建立的模型，在Arc GIS的Grid模块中重采样计算，获得流域自然草地生物量的空间分布地理信息数据层。结果表明：RNDVI比RVI反演精度更高，相关系数[WTBX]R2=0.939（P=0.00）。[WTBZ]从RNDVI和反演的生物量空间分布规律看，祖厉河流域自然植被生物量空间植被分布极不均匀，流域南部植被生物量明显高于北部地区，高海拔地区明显大于低海拔地区。从畜牧业可利用性分析，流域不可利用草地面积占总草地面积的53.16%，限制性可利用草地面积占总草地面积的28.67%，可利用草地面积仅占总草地面积的18.16%。因此，流域自然草地畜牧业养殖潜力有限，需结合家庭养殖发展畜牧业。     

基于MODIS的沙漠化地区植被覆盖度提取模型的研究

目前常用的植被覆盖度遥感反演模型,受限条件较多,所用系数精度不高。针对上述问题,提出了利用研究区域的实测最大和最小植被覆盖度确定反演模型系数的方法和基于MODIS影像数据的地面实测验证方法。经用该方法对毛乌素沙地沙漠化地区的植被覆盖度进行反演,并同步监测该区域的地表覆盖度对反演结果进行验证,结果表明地面同步实测植被覆盖度与反演的误差绝对值平均值为0.04,反演方法精度较高。研究表明本文提出的利用MODIS影像数据反演沙漠化地区地表覆盖度的模型、地面验证方法切实可行,适合对沙漠化地区地表植被覆盖度大范围且快速的遥感监测。     

石羊河流域中下游河岸植被与土壤特征及其相关分析

石羊河流域中下游位于干旱荒漠区,河岸带植被破坏、生物多样性下降,区域生态系统和生态过程受到严重影响。运用空间变化代替时间过程的方法,对石羊河流域中下游不同河段河岸带植被与土壤特征及两者相关性进行了研究。结果表明:石羊河中下游从常流水区、季节性流水区到常年断流区,随着河床的常年和季节性断流,植被与土壤逐渐退化。植被盖度、生物量和丰富度指数呈下降趋势,多样性指数呈上升趋势。不同河段的土壤理化特征差异性显著,河流断流对土壤产生了直接或间接影响;但是从季节性流水区到常年断流区表征土壤肥力和水分的指标均呈增大趋势,常年断流区土壤已经逐渐改善。植被盖度和生物量分别与土壤含水量、全氮,电导率有线性关系。修复该区的退化生态系统需要保证适宜的土壤含水量。     

休牧对草原生态系统的影响及其放牧利用对策

本项工作在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站的三块研究样地上进行。三块样地分别在地带性植被羊草草原,大针茅草原和一严重退化草场上。对生态系统的生产力,植物中元素的含量及土壤的某些理化性质作了研究。一、休牧对植被系统的影响研究结果表明,经过五年休牧,地上部分生物量在羊草草原样地和退化草场样地以围栏内较高。在大针茅样地可能因为远离居民点,受放牧影响小,内外测定值相近。可能与放牧     

青海湖流域沙柳河草甸群落结构与数量特征

沿青海湖流域沙柳河河岸,选取多个断面进行样方调查,分析沿沙柳河距河流入湖处不同距离、垂直河岸方向上草甸群落结构、地上生物量以及物种多样性的变化特征,并讨论影响群落结构变化的生境因子。结果表明：① 在所调查的样地中,有草本植物52种,隶属39属,13科。平均总盖度为70%,平均地上生物量为131 g•m^-2。② 随着离湖距离的增加,Shannon-Wiener指数、物种丰富度、物种均匀度指数、地上生物量呈现先增加后略微减小的趋势,盖度的变化趋势是先增加后不变。土壤含水量和土壤含盐量、海拔等可能是影响植物群落空间分布差异的主要原因。③ Shannon-Wiener指数、物种丰富度与地上生物量呈现不明显的线性关系。     

放牧干扰对典型草原植被光谱及蝗虫密度的影响

为研究内蒙古典型草原不同放牧强度植被反射光谱与植被参数和蝗虫密度的关系,使用地物波谱仪于2015年和2016年对5个放牧梯度,共20hm~2样地进行调查研究。结果表明,不同放牧强度植被地上总生物量与归一化植被指数(NDVI)关系为y=0.034 8+0.002 9x(R~2=0.645 5,P=0.000 2),蝗虫密度与NDVI线性关系为y=0.067+0.013x(R~2=0.415,P=0.006)。对其进行冗余分析(RDA)发现,植被地上总生物量、植物高度、糙隐子草生物量是蝗虫数量和NDVI变化的主要影响因子,其中植被地上总生物量是显著性影响因子(P=0.001)。在不同放牧强度下蝗虫密度与草地NDVI显著相关(P0.05),随NDVI增大而增多。本文研究结果为进一步开展放牧区蝗灾遥感监测和科学合理地利用草地资源奠定了基础。     

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...     

黄土丘陵沟壑区植被类型对土壤质量的影响

土壤质量是支撑地球生物圈和进行可持续农业生产的最重要的环境因子之一。以黄土丘陵沟壑区的纸坊沟流域为研究区,选取不同植被类型和不同恢复年限的样地8块,测定土壤微生物性质（微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷、微生物商）、土壤化学性质（土壤有机碳、全氮、碳氮比、碱解氮、销态氮、铵态氮和速效磷）、土壤酶活性（转化酶...     

内蒙古温带草地植被的碳储量

草地生态系统在全球碳循环中起着极为重要的作用。大部分草地碳储存在地下,但是实测数据十分匮乏,因此准确估算温带草地植被碳储量对评价草地生态系统碳循环具有重要意义。作为一个区域性资料积累工作,作者对内蒙古温带草地的碳储量进行了大范围的实测研究,以估算该地区草地植被的碳储量。主要结果如下:(1)内蒙古温带草地总面积为58.46×106hm2,总植被碳储量为226.0±13.27Tg C(1 Tg=1012g),平均碳密度为3.44Mg C.hm-2;(2)地下根系储存的碳是地上碳储量的6倍左右,地上、地下生物量碳储量分别为33.22±1.75和193.88±12.6 Tg C,平均碳密度分别是0.51和2.96 MgC.hm-2;(3)不同草地类型的碳储量差异较大,典型草原最大(113.25 Tg C),占草地总碳储量的50%,其次是草甸和草甸草原,荒漠草原碳储量最低(15.37 Tg C)。     

玛纳斯河流域生态环境质量时空分异评价

利用3S空间分析和地学统计分析方法,选取植被覆盖度、坡度、土壤等归一化生态指数,采用生态要素及功能叠加的转移矩阵模型,研究了新疆玛纳斯河流域生态要素及环境质量时空分异规律。研究得出:①总体上玛纳斯河流域仍保持山地、绿洲、荒漠的空间分异格局,生态环境整体质量较差,但转好趋势明显,城乡建设格局变化决定着局地环境动态演变。②人工绿洲、山前缓冲区生态质量最好但变化较快,农田内部的盐渍化虽然得到很好控制,但大量盐分被排入下游及周边,对自然绿洲造成新的危害。中山林草带植被覆盖、土壤恢复、水土保持较好。③2000-2008年流域生态环境质量缓慢好转,其中以生态环境质量由差转中为主,集中在古尔班通古特沙漠,虽然绿洲-荒漠过渡带生态恢复明显,但高山冰雪带不断萎缩;2008-2016年流域生态环境质量明显转好,其中以生态环境质量由中变良为主,集中在山前缓冲区,虽然山地-绿洲过渡带生态改善进程加快,但高山冰雪带仍持续退缩。     

新疆玛纳斯河流域生态系统稳定性研究

玛纳斯河为天山北麓准噶尔盆地最大的内陆河,玛纳斯河流域生态系统独特,且具有干旱区生态系统的特点。近50年来,玛纳斯河流域由于受到人类活动的影响,生态系统稳定性发生了很大变化。通过运用生态学和系统学理论,使用AHP法对玛纳斯河流域生态系统稳定性进行了研究,确立了玛纳斯河流域生态系统稳定性评价指标体系,使用多个指标对流域生态系统进行了指标权重评定,通过计算认为玛纳斯河流域生态系统目前较为稳定。     

玛纳斯河流域生态环境质量评价

随着玛纳斯河流域经济的迅速发展,流域生态环境问题日益显现。为了保证流域经济与生态环境的协调发展,开展生态环境动态监测并进行实时客观评价,提高生态环境优化调控与科学管理的效率,成为流域可持续发展的战略方向之一。因此,本文根据流域生态环境历史与现状的调查结果,对流域生态系统结构进行分析,将其主要生态环境问题归纳为生态环境质量评价指标,建立玛纳斯河流域生态环境质量标准,选择数学模型对流域进行单因子评价和综合评价,形成定量反映流域生态环境质量的成果,并根据玛纳斯河流域生态质量评价结果对玛纳斯河流域生态环境建设提出建议,为该流域的各种规划及生态环境建设提供理论依据。     

Spatiotemporal variation in vegetation net primary productivity and its relationship with meteorological factors in the Tarim River Basin of China from 2001 to 2020 based on the Google Earth Engine

Vegetation growth status is an important indicator of ecological security. The Tarim River Basin is located in the inland arid region of Northwest China and has a highly fragile ecological environment. Assessing the vegetation net primary productivity (NPP) of the Tarim River Basin can provide insights into the vegetation growth variations in the region. Therefore, based on the Google Earth Engine (GEE) cloud platform, we studied the spatiotemporal variation of vegetation NPP in the Tarim River Basin (except for the eastern Gobi and Kumutag deserts) from 2001 to 2020 and analyzed the correlations between vegetation NPP and meteorological factors (air temperature and precipitation) using the Sen slope estimation method, coefficient of variation, and rescaled range analysis method. In terms of temporal characteristics, vegetation NPP in the Tarim River Basin showed an overall fluctuating upward trend from 2001 to 2020, with the smallest value of 118.99 g C/(m²?a) in 2001 and the largest value of 155.07 g C/(m²?a) in 2017. Regarding the spatial characteristics, vegetation NPP in the Tarim River Basin showed a downward trend from northwest to southeast along the outer edge of the study area. The annual average value of vegetation NPP was 133.35 g C/(m²?a), and the area with annual average vegetation NPP values greater than 100.00 g C/(m²?a) was 82,638.75 km², accounting for 57.76% of the basin. The future trend of vegetation NPP was dominated by anti-continuity characteristic; the percentage of the area with anti-continuity characteristic was 63.57%. The area with a significant positive correlation between vegetation NPP and air temperature accounted for 53.74% of the regions that passed the significance test, while the area with a significant positive correlation between vegetation NPP and precipitation occupied 98.68% of the regions that passed the significance test. Hence, the effect of precipitation on vegetation NPP was greater than that of air temperature. The results of this study improve the understanding on the spatiotemporal variation of vegetation NPP in the Tarim River Basin and the impact of meteorological factors on vegetation NPP.     

玛纳斯河肯斯瓦特以上流域近55年降水量变化特性分析

根据玛纳斯河肯斯瓦特水文站1956～2010年逐月观测的降水资料,运用线性回归,5年滑动平均,累计距平,Mann-Kendall以及EMD的分析方法,分析了玛纳斯河流域降水量的年内、年际、年代际变化特征。结果表明:近55年来,玛纳斯河流域降水量年内分配不均匀,主要集中在4～8月份,占年降水量的70.19%;年际变化大,总趋势以4.42mm/10a的变化率增加,但该趋势在0.05水平上不显著,降水变化具有明显的阶段性;年降水量变化存在准6～8年、准10～14年、准23～26年、准52年的波动周期。     

基于NDVI的锡盟苏尼特左旗地表植被生物量的趋势分析和空间格局

掌握草原植被生物量的变化趋势和空间分布特征,是制定合理畜牧政策和策略的前提。分别利用Mann-Kendall方法和ENVI软件对苏尼特左旗1982-2003年的NDVI数据进行了趋势分析和空间比较。结果显示:1982至2003年,苏尼特左旗地表植被生物量呈上升趋势,并通过95%的显著性检验。大部分区域生物量呈现较大年际波动,波动程度由东北向西南递増,其中旗东南部波动较小;从多年平均来看,生物量的空间分布呈东北向西南的递减梯度;生物量的空间差异相对80年代而言,在90年代维持在较低水平,2000年左右显著回升。     

Quantitative distinction of the relative actions of climate change and human activities on vegetation evolution in the Yellow River Basin of China during 1981-2019

Under the combined influence of climate change and human activities, vegetation ecosystem has undergone profound changes. It can be seen that there are obvious differences in the evolution patterns and driving mechanisms of vegetation ecosystem in different historical periods. Therefore, it is urgent to identify and reveal the dominant factors and their contribution rates in the vegetation change cycle. Based on the data of climate elements (sunshine hours, precipitation and temperature), human activities (population intensity and GDP intensity) and other natural factors (altitude, slope and aspect), this study explored the spatial and temporal evolution patterns of vegetation NDVI in the Yellow River Basin of China from 1989 to 2019 through a residual method, a trend analysis, and a gravity center model, and quantitatively distinguished the relative actions of climate change and human activities on vegetation evolution based on Geodetector model. The results showed that the spatial distribution of vegetation NDVI in the Yellow River Basin showed a decreasing trend from southeast to northwest. During 1981-2019, the temporal variation of vegetation NDVI showed an overall increasing trend. The gravity centers of average vegetation NDVI during the study period was distributed in Zhenyuan County, Gansu Province, and the center moved northeastwards from 1981 to 2019. During 1981-2000 and 2001-2019, the proportion of vegetation restoration areas promoted by the combined action of climate change and human activities was the largest. During the study period (1981-2019), the dominant factors influencing vegetation NDVI shifted from natural factors to human activities. These results could provide decision support for the protection and restoration of vegetation ecosystem in the Yellow River Basin.     

Surface runoff processes and sustainable utilization of water resources in Manas River Basin, Xinjiang, China

Water is the important resource to guarantee the existence and development of oases in arid areas. To improve the utilization efficiency of water resources in Manas River Basin, this paper investigated the trends and periods of runoff based on the runoff and climate data for the past 50 years. Subsequently, with the socioeconomic and water resources data, we studied a comprehensive evaluation on the water security in this area. The results indicated that the stream flows in the three hydrological stations of Hongshanzui, Kensiwat and Bajiahu have significantly increased and undergone abrupt changes, with periods of 18 and 20 years. According to assessment, water security in the Manas River Basin was at an unsafe level in 2008. In criterion layer, the ecological security index and the index of supply-demand situation are both at the relatively secure level; the quantity index and socioeconomic index of water resources are at the unsafe level and basic security level, respectively. Therefore, in order to achieve sustainable economic and social development within the Manas River Basin, it is vital to take a series of effective measures to improve the status of water security.