Object‐Based Mapping of Karst Rocky Desertification using a Support Vector Machine

Accurate and cost‐effective mapping of karst rocky desertification (KRD) is still a challenge at the regional and national scale. Visual interpretation has been utilised in the majority of studies, while an automated method based on pixel data has been investigated repeatedly. An object‐based method coupling with support vector machine (SVM) was developed and tested using Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) images from three selected counties (Liujiang, Changshun and Zhenyuan) with different karst landscapes in SW China. The method supports a strategy of defining a mapping unit. It combined ETM+ images and ancillary data including elevation, slope and Normalized Difference Vegetation Index images. A sequence of scale parameters estimation, image segmentation, training data sampling, SVM parameters tuning and object classification was performed to achieve the mapping. A quantitative and semi‐automated approach was used to estimate scale parameters for segmenting an object at an optimal scale. We calculated the sum of area‐weighted standard deviation (WS), rate of change for WS, local variance (LV) and rate of change for LV at each scale level, and the threshold of the aforementioned index that indicated the optimal segment level and merge level. The KRD classification results had overall accuracies of 85·50, 84·00 and 84·86 per cent for Liujiang, Changshun and Zhenyuan, respectively, and kappa coefficients are up to 0·8062, 0·7917 and 0·8083, respectively. This approach mapped six classes of KRD and offered a visually appealing presentation. Moreover, it proposed a conceptual and size‐variable object from the classification standard of KRD. The results demonstrate that the application of our method provides an efficient approach for the mapping of KRD. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

岩溶地区生态环境可持续发展的生态足迹分析

本文以西南岩溶地区清镇市为例,采用生态足迹的理论和模型对2005年清镇市区域生态足迹状况进行了测算和分析,并与不同区域进行比较。结果表明:①清镇市2005年的人均生态足迹为2.5440hm2,超过了它的人均生态承载力;②清镇市2005年人均生态赤字为2.1240hm2,表明清镇市处于一种不可持续的发展状态;③清镇市2005年万元GDP生态足迹为2.8139hm2,高于中国西部的平均水平,资源利用为粗放消耗型。针对清镇市生态赤字的状况,提出了缓解该市生态压力、提高生态承载力的建议。     

广西西北喀斯特不同植被不同土层的土壤颗粒有机质

以广西西北喀斯特地区不同植被(草丛、灌丛、原生林)生态系统表层(0～10 cm)及深层(70～100 cm)土壤为研究对象,采用热裂解–气相–质谱(Pyr–TMAH–GC/MS)技术,研究不同植被表层与深层土壤颗粒有机质(POM)的变化特征。结果表明:表层土壤的pH值、有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量均随植被的正向演替呈上升趋势;草丛表层土壤的有机碳、总磷和碱解氮含量均显著高于深层土壤的(P0.05);灌丛表层土壤的有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于深层土壤的(P0.05),灌丛表层土壤的pH值和总钾含量显著低于深层土壤的(P0.05);原生林表层土壤的总磷、速效磷和速效钾含量显著高于深层土壤的(P0.05);随着植被的正向演替,土壤POM总量呈增加趋势,表层土壤POM总量显著高于深层土壤的;土壤POM热裂解产物类型主要有木质素类、酚类、芳烃、多环芳烃及脂类化合物,木质素类化合物仅存在于表层土壤,稠环芳烃(此处指除萘和茚外的多环芳烃)占比则随植被的正向演替呈下降趋势;植被显著影响POM总量和POM热裂解产物中对羟基苯基、稠环芳烃、脂肪酸、正构烯烃、萘、氰的占比,土层深度显著影响POM总量和POM热裂解产物中对羟基苯基、愈创木基、丁香酚基、茚、脂肪酸、酮、苯、烷基苯、酚类和氰的占比,植被与土层的交互作用显著影响POM热裂解产物中对羟基苯基、萜烯和脂肪酸的占比;POM总量与有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效钾和速效磷含量呈显著正相关,与容重和总钾含量呈显著负相关,稠环芳烃与有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量呈显著负相关,且碱解氮和pH值显著影响POM化合物组成。可见,在喀斯特地区,土壤POM含量能反映土壤中潜在活性养分含量,可作为喀斯特地区评价不同植被恢复对土壤有机质库及土壤质量动态变化影响的敏感指标。     

草海高原湿地湖泊水质时空变化及水质分区研究

针对草海水质污染状况,开展水质季节变化特征研究,为草海湿地污染治理及保护提供依据。在草海湿地湖泊设置了15个采样点,于2014年8月、11月和2015年1月、4月,分4季进行水样采集。以所测水质参数为基础,运用水质综合评价和GIS空间分析方法,研究草海湿地水环境质量时空变化,并基于营养状态对湖泊水体进行了分区。研究表明:(1)草海TP、TN、CODMn、Chl-a 4种主要水质指标浓度在春季高于其他3个季节,浓度分别达到0.03、0.98、6.30和0.025 mg/L,空间分布呈现由东至西逐渐降低的趋势,草海入水口及码头区域要明显高于湖泊其他区域。(2)草海湖泊营养状态为中营养级别,按4个季度的综合营养状态指数(TLI)平均值分为3个区域,A区为东北角入水口及西海游客码头,长年处于富营养状态,为富营养状态区,53.9≤TLI≤63.0,水质处于Ⅳ与Ⅴ类等级;B区为临近县城及入水口区域,季节性富营养状态,为中营养状态区,41.2≤TLI≤46.6;C区为草海湖泊中心延续到阳关山的下游出水口区域,为贫中营养状态区,35.8≤TLI≤39.7;B区和C区水质全年为Ⅲ类等级。(3)各区域主要污染物指标以Chl-a、TN为主,A区形成的主因是城市污水注入,B区形成的主因是农业面源污染。控制城市污水和农药、化肥施用量是治理草海湖泊水环境的重要途径。     

Avian predation on wild and cultured sea urchin <Emphasis Type="Italic">Strongylocentrotus intermedius</Emphasis> in a rocky shore habitat

ABSTRACT:   The present study reports the annual variation in consumption of the sea urchin Strongylocentrotus intermedius by avian predators on a rocky shore where the culture of sea urchins has been conducted. Carrion crow and a few gull species were the most abundant avian predators and consumed a large number of sea urchins. Crows consumed mostly natural sea urchins, approximately 36 kg ww/ha per year on the intertidal rocky bench, but the gull species consumed mostly cultured sea urchins, approximately 100 kg ww/ha per year in the culture area. The seasonal variation in the amount of sea urchins consumed by crows was higher than that by the gull species, presumably because of the difference in foraging behavior in association with the seasonal tidal cycle. The natural sea urchins consumed are an allochthonous input from the subtidal to the intertidal habitat, and thus, crow predation may not affect the natural and the cultured populations of the sea urchin. The gull species consumed much of the cultured sea urchin, and thus, may be regarded as an effective predator causing damage to sea urchin culture. The results suggest that further studies are needed to determine why the gull species selectively feed on cultured sea urchins.     

滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异

[目的]研究滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异,为岩溶脆弱生境土壤培肥、质量提升、水土固持提供依据。[方法]通过野外调查和室内分析,研究了滇东岩溶山地云南松纯林、云南松人工混交林、云南松天然混交林、灌丛和原生林5种植被类型水稳性团聚体及团聚体有机碳分布特征,揭示不同类型云南松林团聚体稳定性差异。[结果]①云南松纯林、人工混交林和天然混交林的0.25 mm粒径质量分数(5.77%～9.39%)显著低于灌丛(20.92%)和原生林(27.47%)(p0.05),且人工混交林和天然混交林5 mm,2～5 mm粒径质量分数高于纯林。②湿筛处理的0.25 mm水稳性团聚体比例(R_(0.25))排序为:人工混交林天然混交林纯林灌丛原生林;平均重量直径(MWD)排序为:人工混交林天然混交林原生林灌丛纯林;几何平均直径(GMD)排序为:人工混交林天然混交林原生林纯林灌丛;分形维数(D)排序为:原生林灌丛纯林天然混交林人工混交林。③纯林、人工混交林、天然混交林的大粒级团聚体(0.25 mm)对土壤有机碳的贡献率高于小粒级团聚体(0.25 mm),且5,2～5,0. 25 mm粒径水稳性土壤团聚体有机碳含量均显著小于灌丛、原生林(p0.05)。[结论]云南松人工混交林的土壤团聚体稳定性最高,其养分积累和固碳能力低于灌丛和原生林,高于纯林,作为该区域水土保持的主要植被类型时需要避免人为干扰以提高土壤养分。     

草海上游石漠化过程中土壤抗蚀性变化

以草海流域上游的石漠化区为研究对象,研究不同等级石漠化条件下土壤抗蚀能力的差异,利用空间代替时间的方法,探讨草海上游区石漠化过程中土壤抗蚀性变化规律,为当地石漠化治理和湿地保护提供参考。通过实地调研,采集不同石漠化程度区的土样并进行室内指标测定,利用主成分分析方法选取了10个土壤理化指标对样地土壤抗蚀能力进行评价。结果表明:(1)所选10项理化指标可以较为全面地综合评价不同石漠化程度土壤抗蚀能力,土壤团聚状况、分散率、分散系数、0.25mm水稳性团聚体含量、0.5mm水稳性团聚体含量、结构破坏率、0.05mm粉黏粒含量这7项可以作为评价的优选指标,有机质含量、0.001mm黏粒含量、土壤团聚度这3项指标次之。(2)无石漠化CK样地(2.19)轻度石漠化L样地(1.19)重度石漠化S1样地(0.85)中度石漠化M样地(-1.35)重度石漠化S2样地(-2.88),其中中度石漠化样地(M)和重度石漠化样地(S_2)为负值,其余均为正值,差异明显。在石漠化过程中土壤抗蚀能力总体呈下降趋势,但是在石漠化发展后期,土壤抗蚀能力反而会有上升的可能。     

雨强对华北土石山区坡面侵蚀及其颗粒富集过程的影响

为研究雨强对华北土石山区坡面侵蚀过程和泥沙颗粒分布规律的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以华北土石山区2种典型土壤为研究对象,在4种雨强(30,60,90,120mm/h)条件下,分析了径流的变化过程和侵蚀泥沙的颗粒组成及其颗粒富集率的变化规律。结果表明:(1)随着雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土和石灰性褐土的产流时间均逐渐减小,分别缩短了79%和85%;(2)在60,90,120mm/h雨强条件下,黄土性褐土的径流强度和泥沙浓度均随降雨时间先减小后增大,而后趋于稳定状态,石灰性褐土仅在120mm/h雨强条件下出现相似规律;(3)当雨强从30mm/h增大至120mm/h,黄土性褐土泥沙流失朝粗颗粒化发展,侵蚀泥沙的砂粒和粗粉粒含量分别增加了86%和21%,而石灰性褐土的变化不明显;(4)在降雨初始阶段,粒径较小的黏粒和细粉粒明显富集,而粒径较大的粗粉粒和砂粒不易流失,但随着降雨历时的延长,不同粒径泥沙颗粒的富集率趋于1,这种现象在大雨强下表现得尤为明显。     

华北土石山区油松和元宝枫人工林土壤有机碳特征

森林生态系统土壤有机碳的储量及时空变化是制定森林生态系统可持续经营管理措施的重要依据,对全球碳循环与碳平衡的研究具有十分重要的理论价值.以华北土石山区不同密度油松和元宝枫人工林为研究对象,对不同林地类型的土壤密度、pH值以及全氮、速效钾、有机碳的质量分数等参数进行测定,对比分析不同林地类型土壤有机碳的质量分数、土壤有机碳密度、储量及垂直分布特征,探讨土壤有机碳质量分数与土壤理化性状的相关关系.结果表明:元宝枫林的平均土壤有机碳质量分数和有机碳密度均大于油松林的;土壤有机碳质量分数和有机碳密度在土壤表层(0 ～ 10 cm)为最高值并随土壤深度的增加而降低;土壤有机碳质量分数表现为2种林分密度下的元宝枫林无显著差异,而有机碳密度则表现为高密度元宝枫林＞低密度元宝枫林;在油松林中土壤有机碳质量分数、有机碳密度均表现为中密度油松林＞高密度油松林和低密度油松林.油松林和元宝枫林土壤有机碳质量分数与土壤密度均呈显著负相关,而全氮、速效钾与其呈显著正相关,油松林土壤有机碳质量分数与pH值呈显著相关,而元宝枫林土壤有机碳质量分数与pH值不相关.综上所述,华北土石山区元宝枫林较油松林具有更大的固碳潜力,而且土壤的有机碳质量分数及有机碳密度受树种和林分密度影响较大.     

花椒林在喀斯特石漠化治理中的碳汇效益

[目的]评价石漠化地区花椒林的碳汇功能,为石漠化治理工程的碳汇效益提供技术示范与参考。[方法]以贵州省花江喀斯特石漠化治理示范区生态环境综合治理模式下顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum)为研究对象,依据当地的石漠化现状,通过测定强度、中度和轻度石漠化和不同龄级的花椒林生物量、土壤深度和持土量,对花椒林碳汇量进行估算。[结果]石漠化程度越高,花椒林碳汇量越低,反之,石漠化程度越低,花椒林碳汇量越大,其中轻度石漠化花椒林碳密度为3.24t/hm2,中度石漠化为3.12t/hm~2,强度石漠化为2.81t/hm~2,轻度中度强度;随着土壤深度和持土量的增加,花椒林碳汇量也呈现增加的趋势。[结论]花椒林的平均碳密度为3.06t/hm~2,花椒林的综合最优碳汇经济效益为1.92×10~4~2.56×10~4元/hm~2。