陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

基于TVDI的滇西北土壤水分反演研究

以香格里拉为研究区,以2002年、2005年、2009年、2013年以及2015年的Landsat系列影像和气象数据为数据源,利用单窗算法反演地表温度。以Ts-NDVI特征空间原理为基础,应用温度植被干旱指数(TVDI)反演香格里拉的土壤水分。通过GIS空间分析法完成对香格里拉2002—2015年的土壤水分动态反演。结果表明:2002年土壤水分含量最高,2005年土壤水分含量大幅度降低,2005—2015年呈持续上升的状态。宏观上比较典型的房屋建筑区及裸地处于严重干旱的状态,典型的耕地林地处呈现出中度干旱或轻度干旱的状态,植被覆盖度高的地区则受干旱影响较小,土壤较湿润。TVDI反演结果切合研究区的下垫面性质,与土地覆被类型密切相关。     

黄土高原关键带土壤水分空间分异特征

地球关键带是人类生存和发展的关键区域。关键带发生的一系列物理、化学和生物过程与人类活动密切相关。土壤水分是黄土高原关键带的关键要素,同时又是黄土高原植被恢复与生态环境重建的决定因子。为揭示黄土高原关键带土壤水分的空间分异特征,采用网格(50m×50m)布点,雨季结束后采集0~500cm深度土壤样品,结合室内分析,结果表明:黄土高原小流域中73个样点0~500cm的土壤含水量分布范围介于1%~23%之间,降水对0~100cm土层的土壤水分补充明显;土壤水分在水平和垂直方向都表现出明显的空间异质性,在不同方向上的水分控制过程有所不同,是对土地利用方式、植被类型、地形要素、土壤质地等多因素综合响应的结果。充分理解关键带土壤水分空间的分异规律及其主控因素有助于该区小流域综合治理中的植被建造与布局,也有助于对该区土壤水文和生物地球化学过程的理解。     

定量遥感技术在城市热岛效应研究及其治理中的应用

以长春市为例,基于LandSat7 ETM 影像数据定量反演晴空状态下城市地表温度、地表反照率和NDVI(归一化植被指数),通过分析地表温度空间分布状况及其与地表反照率、NDVI的关系,研究城市热岛效应并提出治理对策.研究表明:长春市城区热岛效应显著,热岛中心主要分布在铁北工业园区、二道区北部和绿园区西南部;城区的地表反照率和NDVI始终小于郊区;城区地表温度随着地表反照率和NDVI的增加而降低.因此,在提高工业热源和能源的利用率,减少热量散失和排放的同时,提高城区植被覆盖率和地表反照率可以有效缓解城市热岛效应给城市生态环境带来的不良影响.     

浙江省植被物候变化及其对气候变化的响应

基于改进的Savitzky-Golay滤波算法重构了2001-2010年MODIS NDVI时间序列数据,反演了浙江近10 a来的植被生长状况,利用分段多项式拟合和动态阈值法提取了自然植被重要物候期(生长季开始时间、结束时间和生长季长度等),分析了植被物候期的年际变化趋势和空间分异特征,并结合同期气象数据,探讨了植被物候变化与气候变化的关系.主要结论如下:①浙江植被覆盖有所减少,整体下降趋势不显著,平均植被生长季为222 d,长度略有延长,其中开始时间提前趋势不显著,而结束时间推迟显著.②植被生长季为3月下旬至11月中旬,植被生长季的开始时间从北往南逐渐推迟,生长季结束时间相对集中,其中生长季延长的区域面积和缩短的区域面积相当.③气象要素与关键物候期参数的相关性分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长开始的重要因子,植被生长季前期温度积累的增加有利于植被生长;生长季结束时间与当年温度呈极显著正相关,与当年降水和湿润指数的减少呈负相关,但影响不显著,从与各相关月、季度相关分析来看,秋季干湿程度对植被生长季结束时间影响相对较大.     

利用NDVI-Albedo反演厦门后溪流域地表特征

利用TM影像与6S模型反演获得精确NDVI与Albedo数据,在NDVI-Albedo散点图空间综合分析了后溪流域的植被和地表反照率空间分布特征。后溪流域整体上植被丰富,土壤湿度大,裸地少,并且流域内南北地表特征变化显著,北部山区以自然地表为主,南部平原以建设用地人工地表为主。南北地表类型差异在NDVI-Albedo空间中表现直观,利用NDVI-Albedo作为指示因子,在流域内的山区平原衔接部位设置13条样带,结合小波分析的方法,将后溪流域南北划分,确定出一条长12.26 km的地表分界线。此分界线代表南北不同地表类型,反映不同的城镇化水平与人类活动强度,为流域因地制宜分区管理提供了基础数据与依据。     

植被恢复背景下黄河中游及6个典型流域蒸散发及其组分变化格局

植被变化可通过改变下垫面条件的方式,调节植被蒸腾与土壤蒸发的分配比例,进而影响区域乃至全球水循环过程。自20世纪90年代以来,我国开展了大规模的植被恢复工程,全国植被覆盖度得到了极大提高,其中尤以黄河中游最为显著。以黄河中游6个典型植被恢复流域为研究对象,利用PML_V2模型和水文气象数据,验证了该模型模拟植被快速变化环境下的蒸散性能,并分析了2003—2018年间植被恢复工程背景下,黄河中游蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）的时空变化格局。结果表明：（1）对比流域水量平衡ET与PML模型结果,发现该模型在黄河中游具有较好的适用性（NSE >0.6）。（2）Ec对ET的分布格局起着主导作用,蒸散发及其组分的空间格局由夏季风作用下的植被空间分布所控制。Ec与ET的空间分布格局较为相似,Es与其相反。ET、Ec、Ei均呈显著增加趋势,Es则呈显著减小趋势,尤以流域中下游最为明显。（3）植被恢复背景下,黄河中游典型流域的蒸散发及其组分发生了明显的变化。相较于所在流域,流域中植被恢复区ET、Ec、Es、Ei分别偏高2.20%、5.86%、0.86%、7.44%,速率分别偏高-0.51 mm/a、0.55 mm/a、-1.11 mm/a、0.05 mm/a。     

中国西北地区地表植被覆盖特征的时空变化及影响因子分析

归一化的植被指数(NDVI)自然正交分解结果显示,自上世纪80年代初期至1994年前后,中国西北部区域地表植被覆盖呈增加的过程;1994～2000年,地表植被覆盖状况开始退化,植被退化强度空间分布不匀.TOVS云覆盖数据与地表特征时间变化的一致性,间接证明1994年之后西北部地区植被退化的事实.通过降水和NDVI的相关分析,划分出西北地区地表植被覆盖变化气候影响显著区域、气候与人为影响共同作用显著区域.并从气候和人为影响2个方面分析了造成西北部地区地表植被覆盖状况下降的原因.在降水和NDVI相关显著区域,气候干旱因素是造成1994年后植被覆盖退化的主要原因;而黄河等流域1994年后植被退化的区域,气候干旱和人为活动因素是造成植被覆盖退化的主要因素.     

基于双层模型的沙河流域蒸散发定量遥感估算

论文以北京市沙河流域为研究区,选择1999-2007年不同季节典型日的TM/ETM+数据,辅助相关气象观测资料,以地表蒸散发遥感反演双层模型为基础,构建了估算沙河流域地表日蒸散发反演系统。该系统包括三部分:基于双层模型的蒸发比估算;日净辐射总量估算;基于蒸发比不变法的日蒸散发估算。模拟的典型日序列中,春季晴日流域日均蒸散发约为2.28 mm、夏季2.97 mm、秋季1.59 mm、冬季0.5 mm;以林地为主的流域上游山区日蒸散发普遍高于以居民地和农田为主的下游平原区,上下游春、秋、冬季空间差别较大,夏季较小。估算结果与贾贞贞等、徐自为等利用大孔径闪烁仪和涡动相关仪的观测值对比,相对误差介于0到16%之间,平均相对误差为11.1%,均方差为0.77 mm,精度较高。     

武汉市城市热岛与植被覆盖的空间相关性分析

以Landsat ETM遥感影像为研究数据,反演获得武汉市的地表温度,并提取NDVI信息。通过空间邻域分析和局部空间相关性分析方法,研究了武汉市的城市热岛与地表植被覆盖之间的相互关系。结果表明:武汉市地表温度和NDVI呈现明显的空间负相关性。同时,随着空间邻域半径的增加,地表温度和NDVI的空间相关性有增强后减弱的过程,绿色植被对地表温度有效调节半径约为700 m。在空间分布上,汉口、武昌、汉阳三镇核心主城区及黄陂、新洲部分远城区地表温度和NDVI负相关性最为显著,靠近水体的区域正相关性最为显著。     

基于随机森林与地统计预测城市土壤PAHs分布

收集南京城区采样点位置信息和环境变量等数据,应用地统计和随机森林方法,以及两种方法相结合分别预测土壤多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）含量,并比较不同方法预测精度.结果表明：随机森林与地统计方法结合能大幅度提高城市土壤污染物制图精度,整合克里金与随机森林预测残差模型拟合优度R²相比克里金插值法提高74.8%.PAHs空间制图结果能够较好拟合污染物的变化范围,识别污染高值区与低值区的空间分布.随机森林输出特征重要性发现影响南京城区土壤PAHs分布的主控因子为土壤碳和土壤粒度以及工厂密度.本研究可为城市污染物高分辨率和高精度制图以及污染防控治理提供参考.     

陆地生态系统土壤呼吸时空变异的影响因素研究进展

土壤呼吸是碳循环中的1个重要过程,土壤呼吸作用的过程及其影响因子对理解陆地碳循环极为关键.本文对迄今为止国内外关于土壤呼吸时空变异性影响因素的一些研究进行综述,分析了气候、植被、土壤因素对土壤呼吸变异性的影响规律.以往的研究表明,气候因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子为气温和降水,植被因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子...     

鄱阳湖大型底栖动物时空演变特征及驱动因素

于2019年7月对鄱阳湖133个样点大型底栖动物进行调查,分析其群落结构与环境因子之间的关系.结果表明,共记录底栖动物48种,隶属7纲16目22科38属,全湖底栖动物的平均密度和生物量分别为158.38ind/m²和173.76g/m²,现阶段优势种主要为河蚬、铜锈环棱螺和大沼螺.将全湖分为5个湖区：北部湖区、西北部湖区、中部湖区、东部湖区和南部湖区,单因素方差分析表明不同湖区水体理化指标差异显著（ANOVA,p<0.05）,沉积物环境指标差异不显著.相似性分析结果表明不同湖区底栖动物群落结构差异性显著,北部湖区生物多样性显著高于其它湖区.典范对应分析表明水深、溶解氧、浊度、总磷、叶绿素a、烧失量和底质类型与底栖动物群落结构显著相关.与历史研究相比,鄱阳湖底栖动物多样性下降明显,优势种由大型软体动物逐渐演变成小型软体动物和昆虫类.鄱阳湖采砂、水文情势变化和水生植被衰退是影响鄱阳湖大型底栖动物群落结构演替的主要环境因素.     

小尺度范围内植被类型对土壤呼吸的影响

2005~2007年用红外气体分析仪在太原天龙山自然保护区对油松、草地和灌木地的土壤呼吸进行了测定.结果表明,3个样地的土壤呼吸具有明显的季节变化特点,夏秋季高、冬春季低.土壤呼吸的年(3~12月)平均值分别为(3.58±2.50)、(3.82±2.75)和(4.42±3.38)μmol.(m2.s)-1(p0.05).3~12月土壤CO2释放量在854.9~1 297.2 g.(m2.a)-1之间,年间和样地之间的土壤CO2释放量均无显著差异.3个样地土壤呼吸与土壤温度的指数方程均为极显著(p0.01),R2值在0.61~0.81之间;Q10值在2.60~4.50之间,R10值在1.70~3.02μmol.(m2.s)-1之间.3种植被条件下土壤呼吸与土壤水分的关系均不显著(p0.05),最大的R2值仅0.12;但是,用土壤温度10℃时的数据进行分析时,土壤呼吸与土壤水分的关系显著(p0.05).4个双变量复合关系方程的R2值大部分在0.7以上,最高达0.91.     

基于遥感与随机森林算法的陕西省土壤有机质空间预测

遥感数据作为反映土壤组成结构及植被生长状况的数据源,借助辅助环境因子的土壤属性预测在数字土壤制图中日益受到重视。论文运用随机森林（Random Forest,RF）算法,基于AWIFS（分辨率56 m）和MODIS（分辨率250 m）遥感数据及501个实测样点数据对陕西省土壤有机质空间分布状况进行预测,并对预测精度进行估算。结果表明陕西省土壤有机质含量以南部的秦岭山地区和大巴山区为最高,土壤有机质含量大于25 g·kg^-1,黄土高原南部处于中等水平,大部分在16~25 g·kg^-1之间,关中平原和汉中低山丘陵区含量偏低,大部分在13~25 g·kg^-1,而黄土高原北部和风沙滩区含量大部分低于10 g·kg^-1。基于AWIFS影像的预测效果要优于MODIS影像,成像日期对有机质预测的影响不大。基于RF模型的土壤有机质预测精度在设定的不同抽样百分比条件下,独立验证数据集的平均误差大部分不超过3 g·kg^-1,预测值与实测值的相关系数在0.7以上。高程是影响土壤有机质预测的最重要因子,当影像的分辨率降低时,样点分布的地理经纬度和坡度对土壤有机质预测的影响上升,植被因子的影响程度下降。     

京津冀地区高空间分辨率土壤扬尘清单构建及动态化方法

土壤扬尘是我国北方地区广泛存在的颗粒物污染来源,由于其分布广、数量大,活动水平获取困难,难以系统构建区域层面的高时空分辨率排放清单,不利于土壤扬尘源的影响评估与管控策略的制定.以2017年为基准年,通过对Landsat 8卫星的30 m分辨率遥感影像解译获取高空间分辨率的土壤扬尘源活动水平,结合空间差异化的土壤质地与气象资料,构建了京津冀地区2017年各季节高空间分辨率土壤扬尘排放清单,结合气象参数,将各季节清单结果合理分配至逐月,并与环境受体观测数据印证了结果的可靠性.结果表明:①京津冀地区土壤扬尘排放源面积比例呈冬季>春季>秋季>夏季的特征,分别为65%、59%、57%与33%.就全年平均而言,张家口市和承德市较高,分别为64%与58%;北京市和天津市较低,分别为42%与43%;其余城市差异不显著.②京津冀地区2017年土壤扬尘排放PM_2.5、PM₁₀和TSP分别为6.5×104、31.0×104和103.4×104 t.③季节尺度上,土壤扬尘排放量呈春季>冬季>秋季>夏季的特征;城市尺度上,邢台市、邯郸市、张家口市及承德市的全年排放较高,廊坊市和秦皇岛市全年排放较低.全年单位面积排放较高值出现在张家口市以及邯郸市和邢台市的西部地区.研究显示,京津冀土壤扬尘排放具有较大时空分布差异,逐月分配清单可为扬尘重点管控月份提供数据支撑,土壤扬尘清单较高的空间分辨率也为城市重点区域差异化管理提供基础.      

基于地理探测器和多源数据的耕地土壤重金属来源驱动因子及其交互作用识别

明确耕地土壤重金属来源对土壤健康合理管护及其可持续发展至关重要.利用正定矩阵因子分解(PMF)模型源解析结果(源成分谱和源贡献)、历史调查数据和时序遥感数据,整合地理探测器(GD)、最佳参数地理探测器(OPGD)、空间关联探测器(SPADE)和空间关联交互探测器(IDSA)模型,探讨了土壤重金属来源空间分层异质性研究中可塑性面积单元问题(MAUP),分别识别了分类变量和连续变量中控制土壤重金属来源空间分异的驱动因子及其交互作用.结果表明,中小尺度下土壤重金属来源的空间分异性研究受空间尺度影响,0.08 km²能够作为区域土壤重金属来源空间分异性探测的可选空间单元.连续变量受空间相关性与离散化水平影响,分位数法和中断数为10的离散化参数组合能够减少连续变量在土壤重金属来源空间分异性探测中所受分区效应的影响.分类变量中地层(PD 0.12～0.48)控制土壤重金属来源空间分异,地层和流域的交互作用对各来源解释力为27.28%～60.61%,各来源的高风险区域分别分布在地层中的下震旦系、上白垩系、土地利用中采矿用地和土壤种类中典型强淋溶土区域.连续变量中人口(PSD 0...     

不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性——以黄土高原为例

为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域（草原带、森林草原带和森林带）为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明：不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量（WR_0.25）、水稳性团聚体平均重量直径（E_WMD）、水稳性团聚体几何平均直径（E_GMD）和有机质含量（SOM）整体上均表现为：森林带 > 森林草原带 > 草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木 > 草地 > 乔木,森林带则表现为乔木 > 草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR_0.25、E_GMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率（PAD）和可蚀性因子（K）呈现相反的变化趋势;分形维数（D）无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.     

植被演替下植物组成多样性和群落稳定性与土壤团聚体的关系

为揭示植被自然恢复过程中植物组成多样性和群落稳定性与土壤团聚体的关系,防治水土流失,提高土壤质量.通过野外调查采样,确定并分析黄土高原近150年植被演替不同阶段的植被特征与土壤团聚体数据.结果表明：该过程共有种子植物39科99属128种,优势科是菊科、蔷薇科、禾本科和豆科,优势属是蒿属,单种属是该过程植物属的主体,出现频率较高的植物有大披针薹草、胡枝子、白刺花、水栒子、青蒿、虎榛子、辽东栎、茶条枫、油松、绣线菊、狗娃花等.植物地理成分在属级水平上有11个分布区类型8个变型,温带性质明显,热带性质（R值）与温带性质（T值）的比值（R/T）随恢复年限的增加而降低,R值与R/T值显著正相关,热带成分扩散分布受到限制.植物丰富度呈单峰曲线,在恢复年限为40~70年时最高.依照不同恢复年限对群落稳定性进行排序：70>120>135>150>40>10>20>0年.R值与植物种系分化度（SD值）极显著正相关,T值与稳定性极显著正相关.>5mm粒径团聚体与受热带性质物种驱动的植物丰富度有关.>0.25mm粒径团聚体总体上与群落稳定性保持一致,均受温带性质物种维持.大披针薹草、胡枝子、白刺花是该区植被演替过程中维持群落稳定性的关键种和具有潜在提高土壤大粒径团聚体比例的功能植物,植被近自然恢复、土壤质量提升和土壤侵蚀防治,可以考虑增加这3个物种.