基于遥感技术的干旱荒漠区露天煤矿植被群落受损评估

以新疆准东五彩湾露天煤矿开采区为研究靶区,基于2006~2011年的Landsat TM卫星遥感影像数据,借助植被指数和植被覆盖度指数,对干旱荒漠区露天煤矿开采对植被的扰动进行分析.利用植被覆盖度特征和植被覆盖度转移矩阵,分析了露天煤矿开采中不同等级植被群落的受损速度和面积变化情况,通过植被覆盖度的时空变化趋势和波动程度,研究了植被覆盖度随时间的变化特征,并定量分析了研究区植被受损范围与受损程度.结果表明,2006~2011年,露天煤矿开采对研究区植被破坏程度呈逐年增加趋势,研究区内植被覆盖度年均减少1.2%,并且植被等级越低,植被受损速度也越快.其中植被受煤矿开采粉尘影响的范围较大,占研究区总面积的44.69%,影响的平均最大距离约为3.2km,并且煤矿的开采规模越大,影响的距离越远．煤矿采掘区、排土场压占区和占用区内植被覆盖稀疏,有植被区域占该区域面积的12.15%,尽管该区域植被覆盖面积不大,但所在区域植被覆盖度的波动程度在0.05~0.15之间,植被受损严重.     

1956-2010年三江源区水土流失状况演变

为研究三江源区水土流失状况变化及其可能成因,基于1956—2010年三江源区水文、气象观测资料以及遥感数据,借助Mann-Kendall趋势检验法分析了输沙量的年际变化,并采用双累积曲线、RUSLE（修正的通用土壤流失方程）分析了水土流失状况变化的可能成因.结果表明:① 三江源区输沙量表现为黄河源区>长江源区>澜沧江源区,输沙量最大值均出现在6—8月,最小值均出现在12月—翌年1月.② 各流域输沙量的年际变化较大,并且均以20世纪80年代为最大.2005—2010年黄河源区输沙量较多年平均值减少32.25%,而长江源区和澜沧江源区分别相应增加24.76%和41.86%.黄河源区土壤水蚀量增加明显,长江源区不同河段各有增减,澜沧江源区土壤水蚀强度降低.③ 引起水土流失状况变化的原因主要包括气候变化和生态工程两个方面.即① 降雨量的增加导致降雨侵蚀力和径流量增加,使得土壤水蚀量和河流输沙量有所增加;② 生态工程实施后,土壤中w（有机质）虽有所增加,但仍明显低于1980年的水平.尽管植被覆盖度有所提高,但对水土保持功能起重要作用的根系层恢复却较为缓慢,因此,土壤保持功能基本上未得到提高.      

不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被凋查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速(v)随植被盖度(Cover)的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下(大于临界风蚀风速),风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度<35%时,在风速为20～25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风(25 m/s)造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm2,接近1 a的土壤平均生成量(1 000 kg/hm2).     

黄河水文特征对河口海岸变化的影响

论文选取海陆变化频繁的黄河口作为研究区,在3S技术支持下采用平均高潮线法对1976-2002年18个年份的遥感影像进行了海岸线信息提取。对研究区海岸变化的叠加分析表明:1976-2002年间黄河口海岸的演变过程分为直线增长、波动增长和波动减少3个阶段。同时,黄河口水文特征的变化规律及其对岸线变化影响的分析揭示了黄河水沙状况与河口海岸线的年际变化呈线性回归关系,指出了输沙量为河口海岸变化的主要驱动力,而径流量和含沙量是通过影响输沙量而间接影响河口海岸线变化,确定了输沙量3.517×108t/a为河口海陆变迁的临界值。     

黄土高原不同侵蚀区生物结皮土壤CO2通量日动态特征及其温度敏感性

利用LI-8100土壤碳通量自动观测系统监测了黄土高原不同侵蚀区(水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区)生物结皮土壤CO2通量的日变化,分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果表明:以去除生物结皮为对照,具有生理活性的生物结皮降低了土壤CO2通量,其中,水蚀区、交错区和风蚀区土壤日平均CO2通量分别降低了5.0％、8.9％和20.5％.水蚀区、交错区和风蚀区生物结皮土壤CO2通量日动态均呈单峰型曲线,峰值出现在12:00-14:00左右,大小分别为1.64、1.64和1.37 μmol·m-2·s-1,但日变化幅度差异明显.土壤呼吸速率随温度的升高呈上升趋势,指数函数能够较好地描述二者的关系.生物结皮土壤呼吸的温度敏感性指数Q10在空间尺度上存在一定变异,其中,水蚀区、交错区Q10值变化范围为1.93～ 2.43,而风蚀区Q10值变化范围为4.80～ 5.56,说明风蚀区生物结皮土壤呼吸对温度的敏感性大于水蚀区和交错区.本研究表明,在探求黄土高原地区土壤碳交换时,应当考虑生物结皮的影响及不同侵蚀区生物结皮土壤CO2通量的差异性.     

近30年来高邮湖(含邵伯湖)自然水域面积变化及其影响因素

湖泊水域面积变化特征反映气候与人类活动对湖泊生态系统结构与功能的影响,对湖泊健康评价与水生态修复有重要指导价值.以1988-2015年8期Landsat TM/ETM+遥感影像为数据源,综合运用目视解译法与比值阈值法提取了研究区高邮湖（含邵伯湖）及其围网养殖区的边界信息,分析了研究区水域面积变化特征及其影响因素.结果表明:①1988-2015年研究区自然水域面积呈现前期持续缩小、近期部分恢复的阶段性变化趋势.其中,1988-2000年自然水域面积缓慢缩减,平均减小速率为4.08 km2/a;2000-2011年迅速缩减,平均减小速率为12 km2/a;2011-2015年迅速增长,自然水域面积增加108 km2;1988年自然水域面积最大（716 km2）,2011年最小（535 km2）,2015年部分恢复（643 km2）.②1988-2015年流域内年均降水量先减后增,年均气温逐渐升高.年均气温升高与自然水域面积变化具有相关性（R2=0.472）;年均降水量则与自然水域面积变化无明显关联（R2=0.118）.③1988年和1992年研究区内未见明显的围网养殖,2000年围网养殖区面积仅为45 km2,2011年最大,达199 km2.2000-2009年和2009-2015年围网养殖区面积平均增长速率分别为15.56和9.00 km2/a;北部湖区围网养殖集中,自然水域面积变化最为显著,东西湖区次之.研究显示,1988年以来,年均气温和围网养殖对高邮湖自然水域产生了显著影响,湖区北部湿地侵占严重,湿地生态屏障功能下降.      

基于风沙防治的典型农牧交错区土地利用多情景模拟

作为典型的半干旱沙区,科尔沁左翼后旗（简称"科左后旗"）土地退化严重,土壤风蚀程度较强,有针对性地调整土地利用结构,有助于农牧交错区社会经济和生态环境的可持续发展.采用修正风蚀方程（RWEQ）模拟科左后旗的风蚀状况,并结合CA-Markov模型和当地风蚀状况及区域相关规划,设定了延续现有发展态势的历史发展情景、在全区域内开展风蚀治理的全域治理情景和依照区域风蚀特征实施治理的分区治理情景3种未来可能的发展情景,基于Dyna-CLUE模型模拟各情景下科左后旗2020年的土地利用格局.结果表明:①2010年科左后旗的平均风蚀量为33.86 t/（hm2·a）,风蚀程度较为严重,并且具有明显的西高东低的空间差异.②采用Dyna-CLUE模型模拟2010年土地利用空间分布结果的Kappa指数达0.921,模拟效果良好.③与2010年相比,历史发展情景下,2020年科左后旗荒漠化趋势更加严重,未利用地面积将增加33.76%,草地退化明显;全域治理情景下,风沙治理取得了一定成效,70.30%的未利用地得到治理,其中分别有32.32%和32.52%转化为林地和草地,水域也得到一定恢复,面积将增加5.01%;相比于全域治理情景,分区治理情景下高风蚀地区有更多的未利用地得到治理,低风蚀地区耕地面积将增加4.68%,进行风沙治理的同时也在一定程度上保护了耕地.研究显示,Dyna-CLUE模型在我国农牧交错区具有较好的土地利用格局的模拟能力,采取积极的风沙防治措施可以大幅提高当地的林地和草地面积,而采取有针对性的分区域治理政策在进行风沙治理的同时也可有效地保护耕地.      

近20年大、小凌河入海径流量和输沙量变化及其驱动力分析

利用大、小凌河1988—2007年的流量和输沙量资料,阐述了这2条河流入海径流量和输沙量的年内分配特征,应用Mann-Kendall秩检验法分析了其多年变化特征,并进一步探讨了2条河流入海径流和输沙量变化的驱动力. 结果表明:大、小凌河入海径流量和输沙量的年内分配极不均衡,分别有60%和90%以上集中在汛期(6—9月);近20年来,大、小凌河入海径流量和输沙量年际变化趋势基本一致. 1999年为2条河流入海径流量和输沙量年际变化的突变年,1999年前呈增大趋势,而从1999年开始明显减少. 流域降水变化可能是促使大、小凌河入海径流量和输沙量变化的主要原因,同时人类活动的影响也起到了较大的促进作用.      

风蚀对窟野河流域产沙贡献的时间尺度特征

风蚀在黄土高原风水蚀复合区的侵蚀产沙中扮演着重要的角色。利用窟野河流域神木水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风蚀对窟野河神木水文站以上流域产沙贡献的时间尺度特征。结果表明,风力的侵蚀搬运对窟野河流域产沙起着重要的作用。月时间尺度上,风沙入河量存在"存储-释放"的过程;风蚀产沙贡献在3月和11-12月出现高峰值,4-9月风蚀贡献率逐渐降低;冬春季节淤积的泥沙,在夏季逐渐被冲走,到了9月,把淤积的泥沙最大限度冲走而开始新的淤积过程;月时间尺度上风蚀贡献率与风蚀气候因子分布趋势一致;7、8两月的风沙贡献量占年风蚀贡献总量的80.5%,风沙贡献量的峰值出现在7月,约7.75×10⁶ t。季尺度上,夏季风蚀贡献率最低,仅7.8%。秋、冬季逐渐升高,春季达到最高,风蚀贡献率为28.6%。年尺度上,风力作用对神木水文站以上流域的产沙贡献为17.2%,风蚀贡献量为12.7×10⁶ t/a。     

桐梓河流域输沙量变化及其对气候和人类活动的响应

基于桐梓河流域二郎坝水文站1975-2015年长时间序列降水、蒸散量及输沙量数据,通过累积距平法、Morlet小波分析和Hurst指数等数理统计方法;定量分析了流域40年以来输沙量的演变过程以及未来变化趋势,并应用累积量斜率变化率比较法定量评估了研究区降雨量变化和人类活动对流域输沙量变化的影响和贡献率。研究结果表明：（1）40年来流域降水量介于608.10~1132.70 mm之间,其平均值为829.00 mm,呈不显著减小趋势,年均减小量为-3.10 mm/a。（2）流域年输沙量介于0.44万~478.01万t,其平均值为64.68万t,呈极显著减少趋势,减少速率为-4.13万t/a。未来流域输沙量呈持续递减趋势,但10年后将呈现出增加趋势。（3）1989年为流域输沙量的突变年份,1989年以前呈现上升趋势,1989年之后呈显著下降趋势,且突变年份后输沙量较突变年份前减少了76.82%。（4）输沙量存在12年左右的年代际震荡周期,形成了两个高震荡周期和一个低震荡中心,高震荡周期位于1976-1979年以及1986-1992年,低震荡周期位于1979-1985年。（5）多年季节输沙量呈持续性减少趋势,夏季输沙量在8年之后可能呈现出增加趋势,而其他季节则不存在持续性周期。（6）以1975-1989为基准期,降水量和人类活动对流域输沙量的贡献在1990-2015年分别达到4.87%和95.14%;如果考虑蒸发量对流域输沙量的影响,则人类活动对桐梓河流域径流量变化的贡献率在2003-2015年会增加到98.65%。流域输沙量在1990-2015年的减少主要由人类活动控制,人类活动每年导致输沙量减少1.57万t。