陕北水蚀风蚀交错区小流域苔藓结皮的空间特征及其影响因子

生物结皮是旱区普遍存在的活性地被物,在生态系统中发挥重要的生态功能,研究其发育特征与形成机理是有效管理和利用该资源的基础。退耕还林（草）工程实施以来,黄土高原地区生物结皮大面积发育,但相比荒漠地区,相关的研究工作还较薄弱。生物结皮的发育具有过程的复杂性和空间的分异性,诸多荒漠地区的研究结果不能直接外推至黄土高原地区。鉴于此,论文选择黄土高原典型小流域,通过全面调查和测算分析,应用GIS 软件,探讨了生物结皮的空间特征及其影响因子。结果表明：①流域内藓类共有2 科8 属13 种,狭网真藓、真藓、尖叶对齿藓分布最广;②苔藓结皮占绝对优势,面积为4.18 km²,占流域面积的60.7%,主要分布在干扰少、侵蚀弱、水分好的梁峁坡或梁峁顶上;③土壤、植被、坡向均对苔藓结皮的发育有显著影响。同黄土地相比,沙地苔藓结皮的覆盖度高、呈连片分布。乔、灌植被下的生物结皮发育优于草本群落,植被盖度对苔藓结皮产生先促进后抑制的作用（拐点约在覆盖度30%处）。总体上,阴坡生物结皮的覆盖度、厚度均高于阳坡。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤物理属性的影响

生物结皮在干旱、半干旱地区广泛发育。迄今,有关生物结皮发育过程中土壤物理属性的响应仍不明确。论文采用野外调查与室内分析相结合的方法,定量研究不同生物量生物结皮对土壤物理属性的影响。结果表明:①生物结皮的发育能够细化土壤,当生物结皮由初期藻结皮演替至60%~80%苔藓结皮时(5等级),生物结皮层粗砂粒含量降低了86%;②随着生物结皮生物量的增加,生物结皮层土壤容重和硬度较初期分别降低了15%和68%,田间持水量和孔隙度分别增加了36%和14%;生物结皮层粘结力是下层土壤的6~7倍;③生物结皮的发育对土壤物理属性的影响与生物量有关,当苔藓生物量达2.91±0.12 g/dm²时,其土壤物理属性基本稳定。研究结果为揭示生物结皮抗侵蚀机理提供了科学参考。     

陕北水蚀风蚀交错区生物结皮的形成过程与发育特征

生物结皮的形成发育具有明显的时空分异性,荒漠地区的诸多研究结果不能直接推演至黄土高原地区。研究黄土高原生物结皮的形成过程与发育特征,是对全球生物结皮认知的重要补充,也是揭示其生态功能的基础。论文选择陕北黄土高原水蚀风蚀交错区的典型小流域,通过定位动态观察和全面调查测算,探讨生物结皮的发育过程。结果表明：①流域内生物结皮经历了由退耕裸地—物理结皮—生物结皮的发育阶段。退耕撂荒的第1 年,物理结皮便迅速形成;第2 年,土表颜色明显变深,藓结皮开始发育。流域内藓结皮占绝对优势,发育稳定后（15 a）覆盖度可达90%。②不同发育年限生物结皮的物种组成及种数差异很大。发育初期（<6 a）发现苔藓植物2 科4 属5 种,其中芦荟藓（Aloina rigida (Hedw.) Limpr.）和短喙芦荟藓（A. brevirostris (Hook. & Grev.) Kindb.）为先锋优势种。发育稳定的生物结皮（15 a）鉴定出苔藓植物2 科8 属13 种。其中,丛藓科占6 属8 种,以对齿藓属（Didymodon）的尖叶对齿藓（D. constrictus (Mitt.) Saito）、黑对齿藓（D. nigrescens (Mitt.) Saito）、硬叶对齿藓尖叶变种（D. rigidulus Headw. var. ditrichoides (Hedw.) Zand.）所占种数最多。不同阶段的藓结皮均有藻类伴生,发育初期（<6 a）的藓结皮中鉴定出藻类植物26 科35 属50 种。③水热同期的雨季是生物结皮形成的关键时期。发育2 a 的生物结皮厚度达到6.3 mm,超过稳定结皮厚度（9.8~11.8 mm）的50%,抗剪强度约30 kPa。发育初期（<6 a）,容重无明显变化（1.40~1.43 g·cm^-3）,发育稳定（15 a）后容重下降到1.0~1.3 g·cm^-3。该区生物结皮的形成过程同荒漠区类似,但表现出发育速度快、稳定周期短的特点;藻类、苔藓组成及其优势种[坑形细鞘丝藻（Leptolyngbya foveolara）、尖叶对齿藓]与荒漠区明显不同。     

基于多源同步数据的闽江下游悬浮物定量遥感

利用2006-09-18的同步Landsat TM数据、水面实测光谱数据和现场水样数据,研究了闽江下游的悬浮物,在这3种同步数据的基础上建立了分别基于实测光谱与影像光谱的悬浮物遥感预测模型.结果表明,实测光谱数据在690nm波长处,归一化光谱反射率与悬浮物浓度达到最大正相关,由690nm和530nm二处的反射率构成的比值预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高,最佳拟合模型可表达为SS=116.2(R690/R530)-33.4.TM影像各波段中以(TM2 TM3)2波段组合与实测悬浮物浓度的相关性最佳.由其所建立的影像光谱预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高.最佳拟合模型可表达为SS=3793.7(RTM3 RTM2)2-16.5.模型的精度评价表明,实测光谱模型的预测能力要强于影像光谱模型.但二者差异不大.在缺乏地面实测光谱数据时.基于影像光谱的遥感定量模型仍不失为一种预测悬浮物浓度的有效方法,其对闽江下游悬浮物浓度的反演结果能较准确地反映出该区域悬浮物浓度分布的空间差异,具有较高的实用性.     

2000—2020年青海省冰川和湖泊演化特征

冰川和湖泊是气候变化的敏感指示器,研究其动态变化对揭示全球气候变化具有重要意义。基于Landsat TM/ETM+/OLI和Sentinel 2A/2B MSI遥感影像提取青海省冰川和湖泊信息,并对其近20年动态变化特征及其影响进行分析。结果表明:2020年青海省冰川数量、面积和冰储量分别为3713条、3643.40 km²和259.63 km³,面积≥1 km²的湖泊数量和面积分别为231个和14374.56 km²;2000—2020年青海省冰川数量、面积和冰储量分别减少128条、464.63 km²(-0.60%/a)和29.58 km³(-0.54%/a),面积≥1 km²的湖泊数量和面积分别增加27个和2220.09 km²(0.84%/a);青海省境内冰川自西向东呈加快减少趋势,气温上升是主要影响因素;除柴达木盆地中部和北部、唐古拉山北侧等区域外,青海省大部分区域的湖泊水域面积呈增加趋势,气候暖湿化和...     

黄土丘陵区不同土地利用类型下生物土壤结皮的入渗效应

为揭示黄土丘陵区BSCs(生物土壤结皮)的入渗特征,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,选择荒草地、沙棘灌丛和油松林3种典型土地利用类型进行采样,采用环刀模拟法研究不同土地利用类型下苔藓结皮和地衣结皮对水分入渗的影响. 结果表明:①不同土地利用类型下的2种BSCs均明显减少初渗速率和达到稳渗所需时间,初渗速率降幅最小值、最大值分别出现在油松林、荒草地下地衣结皮;荒草地、沙棘灌丛苔藓结皮稳渗速率相对裸土分别增加2.4%、10.0%,而二者地衣结皮明显降低稳渗速率,降幅分别为45.2%和55.0%,油松林下苔藓结皮和地衣结皮稳渗速率均增幅为18.2%. ②苔藓结皮在3种土地利用类型下均促进土壤水分入渗,其入渗量调控率在荒草地、沙棘灌丛和油松林下分别是1.0%、10.0%和0.7%;而地衣结皮在荒草地和沙棘灌丛下明显阻碍水分入渗,其入渗量调控率的绝对值分别为43.9%和50.0%,在油松林下的入渗量调控率则为16.5%. ③Horton模型对生物土壤结皮入渗过程拟合效果最好,较适于描述本区具有生物结皮覆盖的土壤入渗特征.      

O_3胁迫对植物叶片光谱特征和叶绿素含量的影响

为了研究空气浓度臭氧(O_3)对木本植物生长的影响,该研究通过对亚热带常见木本植物的实地调查,探索自然状态下对O_3敏感的木本植物种类,利用便携式光谱仪测量叶片的光谱反射率,提取红边位置反射率,分析其受O_3伤害后叶片光谱特征的变化,并结合通用叶绿素-光谱反射率模型计算O_3伤害对叶绿素含量的影响。研究结果表明,亚热带地区有多种木本植物受到了O_3伤害,导致叶片光谱反射率在可见光波段450~680 nm处有明显增高,红边位置极显著地发生蓝移,叶绿素含量极显著降低,说明空气O_3浓度对植物生长已经造成了严重的影响。     

基于TM遥感影像的湿地松林生物量研究

利用江西千烟洲地区2005年Landsat5TM遥感图像数据和同期野外调查获得的28个样方湿地松(Pinuselliottii)各器官生物量数据,分析了植被指数、影像变换(主成分分析,缨帽变换)结果与森林各器官生物量之间的相关关系,进而建立了光谱-植被指数与生物量多元回归模型。湿地松林各器官与遥感光谱、植被指数拟合相关性大小依次为:叶生物量>枝生物量>地上生物量>树干生物量。通过多元回归模型计算出湿地松林叶生物量平均为573g.m^-2,地上生物量平均为6628g.m^-2,低于样地调查平均值。单一植被指数与生物量相关性较低,ND-VI并不适用于盖度较大的湿地松林;遥感影像经主成分分析后生物量光谱模型的相关系数略有提高,缨帽变换后反而使模型的相关系数降低。     

鄱阳湖区粮食供给功能的空间格局分析

在种植制度复杂、地块破碎及多阴雨天气的南方地区,应用卫星遥感植被指数时间序列数据提取复种指数受到中低空间分辨率的限制。使用较高空间分辨率影像是提取该区域复种信息有效的数据源。论文以鄱阳湖区为研究区,通过遥感解译提取水田空间信息;在界定单/双季稻生长期物候历的前提下,根据水稻不同生长期内归一化植被指数(NDVI)的明显差异,选择合理时间窗口的TM影像获取水田NDVI数据,采用非监督分类法提取单/双季稻的空间分布信息;结合湖区乡镇不同熟制水稻单产数据估算出基于栅格的水稻产量。研究表明,4月下旬到6月下旬是判别双季早稻与单季稻空间分布的合理时间窗口;7月上旬到8月上旬及9月中旬到10上旬是判别单季稻与双季晚稻空间分布的合理时间窗口。2005年,单季稻播种面积为3 081.58 km²,晚稻/早稻播种面积为3 602.97 km²,水稻复种指数为153.9%。单季稻普遍分布在市县建成区周边,双季稻主要分布在河口三角洲等地。全年水稻总产量约1 650×10⁴ t,单季稻占30.5%,双季稻占69.5%。赣江下游地区两种熟制水稻产量均较高,而湖汊及湖区外围丘陵地区产量较低。     

基于生物光学模型的晋江悬浮物遥感估算

为了建立以生物光学模型为基础的河流悬浮物遥感估算方法,以福建晋江为例,对福建晋江下游河段的光学特性和悬浮物浓度进行了测定,探讨了水面下反射率R(O-)与悬浮物浓度之间的响应关系.结果表明,绿光波长的反射率与悬浮物浓度的相关性最强,因此,用R(O-)TM2与悬浮物浓度建立了遥感估算模型,并将其应用于2008年2月28日的Landsat TM影像,反演出晋江的悬浮物浓度分布.精度分析说明,平均相对误差RE为11.93%,该模型可以有效地应用于Landsat TM反演悬浮物浓度.     

古尔班通古特沙漠1970-2000年代生物结皮覆盖变化研究

生物结皮是古尔班通古特沙漠主要的地表覆盖类型,也是维持其地表稳定的重要生物因子。论文利用20世纪70年代中期、80年代末期及21世纪初的遥感影像,通过生物结皮指数提取了古尔班通古特沙漠在相应时期内的生物结皮空间分布。在此基础上,分析了研究区近30年来生物结皮空间分布的变化特征;利用景观分析软件Fragstats计算了各个时期内结皮覆盖的景观指数熏并对其变化特征进行了分析。结果表明:由于新疆气候增湿、增暖明显,近30年来结皮发育良好。但由于油田开采、水利工程建设、牲畜放牧等人类活动的加强,结皮发育受到较为严重的干扰,区域内结皮斑块破碎化程度加大。     

生物结皮的发育演替与微生物生物量变化

生物结皮在荒漠地区的生态恢复中具有重要的生态学意义,且不同发育演替阶段的结皮具有不同的生态功能.通过野外调查、显微观察结合微生物定量分析对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区生物结皮的发育演替进行了研究.结果表明该地区的生物结皮一般按照"藻结皮→地衣结皮→藓结皮"的模式发育演替.随着结皮的发育演替,光合生物生物量逐渐增加,微藻生物量却呈现先增加后减少的趋势.其中,具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)作为结皮藻类中的第一优势种,在藻结皮中生物量最大,达到0.33 mm3·g-1,而爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)和(一种)念珠藻(Nostoc sp.)在晚期的地衣结皮中生物量达到最大.另外,研究发现异养微生物生物量在藻结皮中开始增加,但在地衣结皮中呈下降的趋势,最后在藓结皮中异养微生物生物量再次增加并达到最大.其中细菌数量的增加与结皮有机碳、Na+含量的增加显著相关(P<0.05),真菌数量的增加与K+、Na+含量的增加显著相关(P<0.05).本研究观察了沙坡头地区生物结皮发育演替的模式,并从环境适应与功能需求的角度探讨了生物结皮发育演替过程中微生物生物量的变化特征,对于理解结皮的发育演替以及荒漠化地区生态恢复过程中结皮的维护管理具有重要的理论与实践意义.     

人工生物结皮的发育演替及表土持水特性研究

为了解接种蓝藻对荒漠地区表土持水特性的改善作用,对库布齐沙漠东缘达拉特旗地区人工接种蓝藻后形成的生物结皮进行了发育演替及持水特性研究.结果表明,在人工接种荒漠蓝藻之后,藻结皮能够很快形成,并在一些微环境下藻结皮直接演替为藓结皮(接种2~3 a后).随着结皮的发育演替,表土生物量、多糖含量、厚度以及孔隙度增加,而土壤容重减小;同时,形成结皮之后表土质地也发生了明显的变化,其中沙粒含量逐渐减少,粉粒、黏粒含量增加.实验还发现随着结皮的发育演替,表土含水量与饱和持水量都呈增加的趋势,即:藓结皮>藻结皮>流沙,藻结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.1~1.3倍,藓结皮中的含水量(饱和持水量)为流沙中的1.8~2.2倍.相关分析表明表土含水量及饱和持水量与表土生物量、多糖含量、厚度、容重、粉粒和黏粒含量呈正相关,与表土孔隙度和沙粒含量呈负相关.通过逐步回归分析发现影响含水量的主要因素为表土黏粒的含量,而影响饱和持水量的主要因素为表土孔隙度.     

滨海半城市化地区植被覆盖度的时空变化——以青岛市崂山区为例

基于青岛市崂山区1990、1997、2002、2008年四期TM遥感影像数据,利用遥感二分像元估算模型和归一化植被指数,定量研究了半城市化地区的植被覆盖度演化过程及其时空动态变化特征,结果表明:研究区植被覆盖度演变具有快速性、差异性和不稳定性特征;1990-1997年,植被平均覆盖度由48.71%下降到24.74%,是植被覆盖度下降最快时期;2002-2008年间,植被平均覆盖度由23.58%增加到44.49%,属于植被覆盖恢复时期。整体空间变化呈现分散和无序特征,地形因子显著影响植被覆盖度的分布及变化。从气候因素和人为活动影响两个方面分析了造成崂山地区植被覆盖度下降的原因,对降雨量与各地区植被覆盖度进行了相关性分析,划分出气候影响显著区域。最后通过主成份分析定量研究气候、人为因素对当地植被覆盖度的影响程度,结果发现城市化作用是造成植被覆盖度变化的主要因素。     

生态环境变化遥感评价指数的应用研究——以敖江流域为例

利用1994年5月12日与2009年6月6日的Landsat TM和2001年5月23日的Landsat ETM＋卫星影像,选用遥感生态指数（RSEI）,结合流域的植被覆盖度状况,定量评价了15年间敖江流域的生态环境变化与植被覆盖度变化情况,并对二者的关系进行了简要分析.结果表明：15年间,敖江流域生态等级为优所占的面积比例从13.48％上升到24.90％,增加了304.29 km2;植被覆盖度等级为极高的面积增加比例为29.31％.总体看来,敖江流域生态环境状况和植被覆盖状况均有明显的提高,两者具有较好的对应关系.     

不同类型生物结皮对坡面产流特征的影响

生物结皮是黄土高原地区坡面水土流失不可忽略的影响因素,目前生物结皮对坡面产流特征的影响仍不明确.在陕北神木县六道沟小流域通过径流小区放水试验,以裸地为对照,研究了浅色藻结皮、深色藻结皮、混合结皮(藻+藓)以及藓结皮4 种类型生物结皮对坡面产流特征的影响.结果表明:① 浅色藻结皮、深色藻结皮和混合结皮较裸地显著降低了初始产流时间,三者的初始产流时间较裸地分别减少89.0%、96.2%和96.0%;而藓结皮则较裸地显著增加了初始产流时间.② 浅色藻结皮和混合结皮较裸地显著延长了退水持续时间,其退水持续时间分别是裸地小区的2.28和2.13倍;而深色藻结皮的退水持续时间与裸地差异不显著.③ 深色藻结皮和藓结皮的径流流速较裸地分别降低了29.1%和67.3%;藓结皮的径流流速显著低于其他生物结皮小区;各生物结皮小区的径流深与裸地均无显著差异;浅色藻结皮的径流深显著高于深色藻结皮.④ 不同类型的生物结皮较裸地明显改变了坡面产流过程和径流量;浅色藻结皮小区的径流系数显著高于裸地,深色藻结皮和混合结皮小区的径流系数较裸地差异不显著;浅色藻结皮小区的径流系数是深色藻结皮小区的2.44 倍,差异显著;放水时段内,藓结皮小区没有径流流出.以上结果表明,生物结皮是坡面产流特征的重要影响因素,影响程度与生物结皮的发育阶段和生物组成有关.     

基于无人机可见光影像的绿色植被提取

在分析健康绿色植被光谱特性及无人机可见光影像典型地物各波段像元值差异的基础上,提出一种综合利用红、绿、蓝3个可见光波段信息的新型绿色植被指数——差异增强植被指数（DEVI）.利用该指数及其他8种常见可见光植被指数结合不同阈值方法提取研究区域绿色植被信息,并采用地表真实感兴趣区和基于SVM的监督分类方法进行精度量化评价.结果表明：由DEVI计算的植被指数灰度影像直方图具有良好双峰形态,可利用双峰直方图阈值法快速确定阈值,且阈值一般位于0.9~1之间;同时,DEVI提取精度明显优于其余8种植被指数,且采用双峰直方图阈值法时,总体精度为98.98%,Kappa系数为0.9791,相对误差为1/83.为验证DEVI是否具有良好的可适用性及可靠性,选取3种典型植被覆盖区域进行可行性验证,结果表明：利用DEVI可高精度提取建筑密集区域和植被零散分布区域的绿色植被信息,总体精度分别为98.42%和98.56%,Kappa系数分别为0.9610和0.9635,相对误差分别为1/125和1/91;而植被集中分布区域提取精度略低于上述2种典型区域,总体精度为97.40%,Kappa系数为0.9371,相对误差为1/53.因此,提出的差异增强植被指数——DEVI可以有效、高精度、低成本提取不同植被覆盖典型区域无人机可见光影像中的绿色植被信息,为陆地生态系统中的绿色植被监测研究提供一种可行性方法.     

各向异性反射对基于光谱混合分析的植被盖度估算的影响

光谱混合分析法是解决亚像元植被盖度反演估算问题最行之有效的方法,线性光谱混合分析又是其中最常用的研究手段。传统观点认为基于线性光谱混合分析的植被盖度估算精度主要受多重散射和端元光谱可变性的影响,而且各向异性反射这个地物表面所固有的特性也常常被忽略。研究设计了由寸苔草、沙和水3种地物类别组成的棋盘式混合地物反射率光谱测试方案,在探讨分析传统的多重散射与端元光谱可变性的基础上,进一步分析评价了各向异性反射对基于光谱混合分析的植被盖度估算的影响。结果表明,各向异性反射是不可忽视的,在最小化多重散射及端元光谱可变性的影响后,考虑各向异性反射后寸苔草盖度估算精度显著提升,均方根误差RMSE下降了52%。研究不仅证实了各向异性反射在植被盖度估算问题中的重要性,还印证了其是同种端元类型光谱差异性的另一重要来源,拓宽了端元光谱可变性的范畴,为利用光谱混合分析法更准确地进行植被盖度估算提供了新的思路和方法。