黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

基于光谱特征空间的农田植被区土壤湿度遥感监测

土壤湿度遥感动态监测在农业生产中具有重要作用。近年来,多种基于光谱特征空间的土壤水分监测指数被陆续提出,并得到广泛关注和应用,但当前多数监测指数未考虑混合像元的影响。该文针对垂直干旱指数(perpendicular drought index,PDI)在农田植被覆盖区监测精度降低问题,分析了植被覆盖下的PDI误差分布规律,引入垂直植被指数(perpendicular vegetation index,PVI)作为植被覆盖表征量,在PVI-PDI二维空间对PDI模型进行调整,提出了适于植被覆盖的植被调整垂直干旱指数(vegetation adjusted perpendicular drought index,VAPDI),并利用内蒙古明安镇研究区实测土壤湿度数据,对PDI与VAPDI进行了比较和验证。结果表明,在裸土、麦茬、土豆、豇豆4种植被覆盖类型中,PDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.630、0.504、0.571、0.543,VAPDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.599、0.523、0.602、0.585。VAPDI在植被区的误差略小于PDI,一定程度上克服了植被覆盖对监测精度的影响。通过PDI和VAPDI空间分布图的比较也说明,VAPDI对土壤湿度的差别有更好的区分能力,在中尺度土壤表层水分遥感反演方面具有一定的优势。该研究可为农田土壤湿度遥感监测方法选择及监测误差分析提供参考依据。     

不同坡位植被生长状况与土壤养分空间分布特征

地形和土壤是影响植被群落的重要因素,植被生长状况与土壤养分含量随地形而变化。以吴起县枣庄沟小流域为研究区,采用样方法对不同坡位草地植被群落进行了植被调查,采集0—20cm的表层土壤测定土壤有机质、全氮、全磷含量,研究不同坡位上植被群落与土壤养分变化关系,以期了解黄土高原丘陵沟壑区地形对植被恢复的影响机制,为当地生态恢复提供科学依据与指导。结果表明:不同坡位上草地植被群落物种多样性、丰富度及地上生物量虽无显著差异,但各项指标均表现出坡下>坡中>坡上的趋势,这与土壤养分含量变化趋势相同。其中坡下位置各项土壤养分含量均为最大,植被生长状况最好;而沟坡位置土壤有机质含量、全氮含量、物种丰富度指数与地上生物量均为最低。植被生长状况与土壤养分在不同地形上变化趋势基本一致,具有一定相关性。     

台湾省植被NDVI随海拔高度的变化及其气候响应

[目的]揭示台湾省陆地植被生态系统随海拔高度的变化趋势及其响应程度,为区域可持续发展、生态环境保护提供理论依据。[方法]基于台湾省1998—2018年SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据、气象及DEM数据,结合相关分析法、回归分析法等数理统计方法,对气候变化下的台湾省植被归一化植被指数(NDVI)变化趋势及区域响应进行了分析。[结果] 1998—2018年台湾省植被NDVI均值增长率为5.09%;台湾省不同高程范围所占的面积比例差异较大,500 m区域的面积比例高达52.49%,3 600 m区域的面积比例仅为0.01%,且NDVI均呈现较低值,分别为0.72和0.73;1998—2018年台湾省海拔除3 600 m外,其他海拔高程范围NDVI均值增长明显(p0.001);在500～3 600 m高程范围内,NDVI年均值与气温、降雨相关关系显著(p0.05)。[结论]海拔越高,植被生长状况对降雨的变化较气温更为敏感。     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）;就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）;二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。     

特大暴雨下不同土地利用类型坡面切沟发育特征

切沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区水土流失的重要形式之一，然而极端暴雨条件下不同土地利用类型坡面切沟侵蚀研究还鲜见报道。该研究以陕北2017年"7·26"特大暴雨为例，研究了岔巴沟流域3种土地利用类型（农地、休闲地和撂荒地）坡面切沟发育形态特征及体积估算模型。结果表明：1）农地、休闲地和撂荒地切沟长度分布在20 m内的占比分别为55.6%、34.8%和44.8%；农地切沟平均深度为110 cm，分别比休闲地和撂荒地高18.3%、19.2%；农地和休闲地切沟平均宽深比分别为0.87和0.84，横断面呈"宽-浅型"，而撂荒地切沟呈"方型"（宽深比1.01）。2）撂荒地切沟侵蚀体积分别比农地和休闲地减少47.8%和28.3%，表明植被恢复有效地削弱了极端暴雨作用下的切沟侵蚀。3）农地切沟不同坡段侵蚀体积由高到低为下坡、上坡、中坡，而休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积沿坡长方向呈递增趋势；3种土地利用类型切沟在上坡段的沟岸拓宽速率大于下切速率，中下坡则相反。4）农地、休闲地和撂荒地切沟侵蚀体积均与切沟长度、横断面面积呈极显著幂函数关系（P<0.001），横断面面积是切沟体积估算更为有效的参数。研究结果可为黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用类型坡面切沟侵蚀体积估算及其防治提供重要依据。     

自然水体中超声波标记鱼游动轨迹精密确定算法

针对鱼类关键生境位置确定的应用需求,该文提出了一套适用于自然水体的超声波标记鱼定位算法,解决了标记鱼定位以及存在粗差观测值,即水听器记录的超声波信号接收时间存在错误情况下算法的抗干扰性。宜昌黄柏河的实测结果表明,基于现有1 ms级精度的水听器,可在自然水体中获得2.15 m精度的信号标记鱼三维游动轨迹。如因气泡、遮挡等因素对水听器观测数据引入粗差,当粗差量级在10 m以上,该方法可接近100%探测出是否存在粗差。当粗差观测值在3个以内时,该方法的探测成功率可达84.3%以上,3个以上时粗差探测成功率明显下降,5个及以上,即粗差观测值个数占观测值总数的比例大于31.25%时,基本只能探测出观测数据中存在粗差而无法有效确定粗差。该研究可为渔业增殖、鱼类栖息地保护、鱼类洄游通道等研究提供参考。     

退化红壤植被恢复团聚体及化学计量特征

为了探究不同植被恢复模式对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)分配格局及其生态化学计量特征的影响,为红壤侵蚀区的植被恢复措施及生态治理模式优化提供科学依据,以江西省泰和县红壤严重退化地为研究对象,对研究区马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松木荷混交林(马木混交林)以及湿地松木荷混交林(湿木混交林)5种植被恢复模式0—20,20—40cm土层不同粒径水稳性团聚体C、N、P分配格局及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)0—40cm不同粒径团聚体分别占总重56.34%(>2mm),30.01%(0.25~2mm),7.14%(0.053~0.25mm),6.54%(<0.053mm),各植被恢复模式土壤水稳性团聚体含量随着粒径的减小而降低,且差异显著(p<0.05),马木混交林>2mm土壤水稳性团聚体含量显著高于其他恢复模式(p<0.05);(2)各植被恢复模式土壤C、N、P含量以马木混交林及湿地松纯林较高,水稳性团聚体C、N、P的含量总体随着粒径减小呈升高的趋势,以较小粒级养分含量较高,且存在显著差异(p<0.05);土层间C、N含量差异显著,P无显著差异,C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异(p<0.05);粒径间C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异;土壤团聚体C、N与C∶N、C∶P、N∶P均呈极显著相关关系,N∶P值较高且P与N∶P存在显著负相关性(p<0.05);(3)土壤C、N与土壤团聚体C、N含量显著相关(p<0.05),土壤团聚体C、N与土壤容重及含水率存在极显著相关性(p<0.01)。研究结果表明,不同植被恢复模式对土壤养分的改善作用主要集中于表层土壤;土壤团聚体养分对土壤养分状况具有指示作用,且土壤团聚体养分保持能力与土壤物理性质有关;研究区植被生长限制因素以P限制为主且大团聚体和微团聚体受P限制作用更严重;马木混交林较其它植被恢复模式对土壤质量和结构提升均具有显著作用。     

黄土丘陵沟壑区退耕年限对根—土复合体抗剪强度的影响

"退耕还林(草)"工程的有效实施,导致黄土高原植被迅速恢复,势必会引起植物根系和土壤理化性质变化,影响根—土复合体抗剪强度。为探究植被恢复年限对根—土复合体抗剪强度的潜在影响,在陕西省安塞区纸坊沟小流域选择6个不同退耕年限(5,12,20,27,37,46年)的撂荒地和1个坡耕地,进行不同土层深度(0—10,10—20,20—30,30—40,40—50 cm)根—土复合体原位剪切试验,同时测定根系特性和土壤理化性质。结果表明,随着退耕年限增加,0—50 cm土层根—土复合体抗剪强度均值呈"S"形增大趋势(51.80～124.01 J/m~2),与坡耕地相比,抗剪强度依次增加2.5%,54.6%,48.7%,86.5%,139.4%和129.3%。除坡耕地外,随着土层深度增加,根系密度明显减少,根—土复合体抗剪强度逐渐下降。根—土复合体抗剪强度与土壤有机质含量、根长密度和根质量密度呈对数正相关关系,与团聚体稳定性和有效根密度呈线性正相关关系。通径分析表明,团聚体稳定性、根质量密度和有机质含量是影响根—土复合体抗剪强度的关键因素。研究结果为评估植被恢复的水土保持效益及生态服务功能、揭示根—土复合体抗剪强度随退耕年限变化的动力机制提供理论基础。