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。     

基于景观指数和空间自相关的吉林大安市景观格局动态研究

以松嫩平原西部盐碱化严重的典型区域大安市为研究对象,基于2000和2010年两个时期的土地利用和增强植被指数（EVI）数据,利用移动窗口法和局部空间自相关分析,研究大安市景观格局的变化。结果表明,大安市优势景观类型是农田、草地和盐碱地,2000年农田、草地和盐碱地分别占景观类型总面积的40.20%、19.09%和19.26%,2010年分别占景观类型总面积的41.69%、18.16%和19.94%。2000-2010年,农田和盐碱地面积增加,最大斑块指数增加,景观形状变得复杂,并且盐碱地的景观连通性增强,而草地的面积减少,最大斑块指数降低,景观形状变得复杂。大安市景观格局空间分布特征明显,优势度较高的景观类型分布的区域包括草地、农田和盐碱地,景观连通性强,景观破碎化程度和异质化程度低。而各种景观类型交错分布的区域景观破碎化程度较高,景观异质性较强。大安市2000和2010年EVI的局部Moran’s I分别为0.73和0.75,在空间分布上呈现出明显的空间自相关性。2000和2010年EVI呈高-高自相关的地区大多为农田,这些区域的植被覆盖较好,EVI呈低-低自相关的地区大多为盐碱地,植被覆盖较差。大安市不同景观类型的Moran’s I和斑块密度（PD）以及斑块形状指数（LSI）呈负相关关系,和最大斑块指数（LPI）以及蔓延度指数（CONTAG）呈正相关关系。移动窗口法和空间自相关法的结合分析,有助于了解大安市景观格局的空间变化特征及植被覆盖的空间聚集规律,从而为该地区生态环境保护提供依据。     

汾河流域景观破碎化时空演变特征

以1990年、2000年、2015年遥感影像解译数据为基础,利用Fragstats 4.2软件分别采取标准法和移动窗口法获取最佳分析尺度;在此基础上探索各景观指数空间分异特征,揭示流域景观破碎化时空演变过程;采用空间自回归模型分析景观破碎化的影响因子。结果表明：随着粒度和幅度的改变,部分景观指数呈现一定规律性,90 m栅格大小、900 m方形窗口尺寸为研究区最佳分析尺度;斑块密度、蔓延度、有效网格大小、香农多样性指数在三个时期均存在空间集聚效应,且空间集聚类型分布形态具有较强的相似性;1990-2015年汾河流域景观破碎化空间分布格局发生明显变化,破碎化集聚区域呈现碎斑化;坡度、高程、距建设用地距离是影响三个时期流域景观破碎化的主要影响因素。     

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。     

四川汶川地震对生态系统破坏及其生态影响分析

利用多平台、多分辨率遥感数据,监测了四川汶川地震灾前、灾后地表覆盖的变化,分析了地震对区域生态系统的破坏及生态重灾区各生态系统类型破坏的分布特征. 采用地理信息系统建模、空间复合分析等手段,研究了地震对灾区生态承载力、生境与生物多样性、生态系统服务功能的影响. 结果表明,地震对灾区生态系统造成严重破坏,灾区因地表破坏、水土流失加剧导致区域生态承载力下降,生境破碎化,生物多样性与生态系统服务功能受到影响.      

基于3S技术的琅岐岛景观空间格局分析

以景观生态学理论为基础,选取2006年和2010年覆盖琅岐岛的遥感影像,利用3S技术,提取研究区两个时期的景观类型。然后选取斑块大小、斑块数量、斑块密度、面积加权平均形状指数和香农多样性指数等景观生态指标,从景观的基本构成、景观水平的破碎化与多样性、不同景观斑块的空间格局特征等方面分析琅岐岛的景观格局,并提出对研究区合理规划土地开发利用的建议。     

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.     

半干旱黄土丘陵区土壤结皮的地表水文效应

黄土高原广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要影响.以定西黄土丘陵区安家沟小流域内的土壤结皮为研究对象,基于野外采样和水文模拟实验等技术,探讨不同土壤结皮类型对地表水文过程的影响.结果表明:①与裸地相比,有结皮覆盖的地表土壤容重较小,土壤持水能力显著增强,其增加幅度为裸地的1.4～1.9倍;②土壤结皮可有效拦截降雨,以苔藓结皮的拦截能力最强,其次为混生结皮和地衣结皮,无结皮覆盖的裸地抵御降雨冲击的能力最差;③模拟实验显示,土壤结皮能在一定程度上增加水分入渗速率及总入渗量.有结皮覆盖的平均地表入渗速率是裸地的近2倍,而其累计入渗总量也远远高于裸地.     

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.     

基于遥感的青岛市城市热岛时空变化特征

随着城市化进程的加快,城市热岛现象日渐突出,给人类生产生活带来很大影响,成为当今社会的热点问题。本文根据2001年1月—2012年12月共416幅8天合成地表温度产品MOD11A2遥感影像,以UHIER指数为划分标准,采用密度分割法对地表温度进行等级分类,并运用相关分析、空间叠加分析和景观格局指数分析等方法,分析了青岛市城市热岛在日、季节及年际等时间尺度的变化规律和空间分布特征。结果表明:(1)在时间变化特征方面,城市热岛具有昼弱夜强的日变化特征;季节尺度上,表现为冬强夏弱,高温区所占面积比例分别为8.66%和5.07%;年际尺度上,热岛范围呈现出逐年增大的特点,高温区面积以每年15%的速率增加。(2)在空间特征方面,城市热岛主要集中在青岛市区、即墨市南部、胶州市中部以及黄岛区东部;对城市热岛的景观格局分析发现,青岛市地表温度向高温化、集中化趋势发展。     

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.     

科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下结皮发育特征及表层土壤特性

通过野外取样和室内分析相结合,对科尔沁沙地不同沙丘典型灌丛下结皮发育及结皮下表层土壤特性进行了初步研究.结果表明,半流动沙丘的差巴嘎蒿、半固定沙丘的小叶锦鸡儿、固定沙丘的冷蒿以及固定沙丘丘底的小红柳灌丛下分别发育了物理结皮、藻、地衣及苔藓结皮,结皮的厚度、硬度、水分、＜0.05 mm粘粉粒含量、有机质、全N、全P、速效N和速效P等指标在沙丘生境中为半流动沙丘＜半固定沙丘＜固定沙丘＜固定沙丘丘底,在结皮类型中为物理结皮＜藻结皮＜地衣结皮＜苔藓结皮,各结皮间养分含量和粒径分布差异极显著(P＜0.01).结皮下层土壤的养分及细颗粒含量随结皮发育进展呈增长趋势.同一沙丘结皮下0～5 cm范围内土壤容重、粘粉粒、养分含量由表及里呈递减趋势,且均高于同层流动风沙土.在4种灌丛的7类结皮中,固定沙丘丘底的小红柳灌丛下发育的苔藓结皮及其表土的养分、细颗粒含量明显高于其它沙丘灌丛下的结皮.     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

雅江河谷防沙治沙工程近地表特性——林下植被特性、生物结皮及土壤养分变化特征

采用对比分析和时空互代法,从植被配置模式（杨树+砂生槐、砂生槐、花棒、藏沙蒿）、工程年限（6,10,30a）2个方面,研究了雅鲁藏布江（简称雅江）河谷防沙治沙生态工程实施过程中林下植被特性、地表生物结皮及土壤养分等变化特征.结果表明,工程年限为10a的乔灌（杨树+砂生槐）、灌木（砂生槐、花棒）型样地较草本（藏沙蒿）更有利于提高林下植物多样性,且杨树+砂生槐样地的林下植被地上生物量、枯落物量、地下生物量、土壤有机质、全氮与全磷含量均显著高于其他3种样地.藏沙蒿样地的生物结皮最为发育,花棒样地次之,杨树+砂生槐样地无结皮.随年限延长,杨树+砂生槐样地林下植物多样性、枯落物量、地下生物量、土壤有机质、全氮及全磷含量呈增加趋势,生物结皮仅在6a样地中有发育;砂生槐样地地上生物量、地下生物量、生物结皮逐渐增加,但植物多样性、全氮含量呈下降趋势,枯落物量、有机碳及全氮含量呈先增加后减小规律.不同配置模式中,杨树+砂生槐乔灌型样地各项指标综合表现最佳,并随工程年限延长,对促进河谷沙地植被演替、提高植被生产力、提升沙地肥力等作用愈强.建议该区防沙治沙工程中应推广杨树+砂生槐乔灌型模式为主.     

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.      

1960～2012年中国东南沿海地区降水变化特征及重涝灾害趋势判断

基于东南沿海地区46个气象站点逐年实测降水数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验法、Z指数法等气候诊断方法分析了1960~2012年东南沿海降水量时空变化特征,利用可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系等灾害时间对称性方法,对重涝灾害未来趋势进行判断。结果表明:1)1960~2012年东南沿海地区降水整体呈增加趋势,增加速率为1.91mm/a;2)在空间变化上,降水量高值区域,降水呈现下降趋势,而降水量低值区域,降水则呈现上升趋势;降水呈下降趋势的区域集中在降水高值区,由南向北降水呈下降趋势站点逐渐减少,区域洪涝灾害风险逐渐增大;3)东南沿海旱涝变化具有明显的年际变化趋势,主要表现为20世纪60~70年代整体偏旱,80~90年代涝灾逐年增多,2000年后旱涝灾害频发,形成"重旱-重涝并重"的格局;4)东南沿海地区重涝时间序列具有明显的时间对称结构,经可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系三种方法综合判断,2016年重涝信号较强,有可能发生较严重的涝灾,需要相关部门予以重视,完善区域自然灾害防御应急体系。     

黄土高原的景观格局变化与水土流失研究——以黄土高原马莲河流域为例

应用RS/GIS技术和景观生态学研究方法,利用通用土壤流失方程(USLE)分析了黄土高原马莲河流域2000年和2007年的景观格局变化与水土流失。结果表明:马莲河流域的景观格局和水土流失方面近8 a发生了重要变化:①建设用地、水域、中高盖度草地以及林地面积增加,低盖度草地、耕地等面积减少,其中超过50%的低盖度草地补充为中高盖度草地;②斑块数量、斑块密度以及多样性指数在减小,说明斑块破碎化程度减小,生态系统趋于稳定化,生态功能逐渐增强;③土壤侵蚀总量减小12 506.76 t,水土流失明显减弱,其变化原因与当地植被恢复、人类活动、人口城镇化、建设用地增加等因素密切相关,尤其是世行项目和国家退耕还林还草政策的有效实施。     

Na2SO4对古尔班通古特沙漠细沙盐结皮特性的影响

盐晶体胶结土壤颗粒形成的一层盐结皮层质地致密且强度较高,具有较高的抗风蚀能力,在土壤风蚀治理中具有重要作用.盐结皮特性与盐的种类及质量分数有关,为探究w（Na₂SO₄）对结皮特性的影响,选取古尔班通古特沙漠东南缘流动风沙土的主要颗粒（100~200 μm）,于70℃下在烘箱内进行13个w（Na₂SO₄）的12 h胶结试验,即风沙土中w（Na₂SO₄）为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、10.0%、12.0%,分析w（Na₂SO₄）对风沙土盐结皮的表观、抗压强度及韧性特征3个抗风蚀能力指标的影响.结果表明:①随着w（Na₂SO₄）的增大,结皮表面颜色由红棕色变为浅红棕色再变为灰白色,表面盐晶越来越多.②w（Na₂SO₄）≤ 3.0%时结皮表面平整,4.0%~7.0%时结皮表面呈现起伏"波浪状",≥ 8.0%时结皮表层遭孔隙应力破坏并脱离土体.③w（Na₂SO₄）≤ 3.0%时,样品抗压强度随着w（Na₂SO₄）的增加呈线性上升;≥ 3.0%时受孔隙压力破坏的影响,结皮抗压强度随w（Na₂SO₄）的增加反而下降.④结皮的韧性与w（Na₂SO₄）存在密切关系,w（Na₂SO₄）≤ 3.0%时,韧性随w（Na₂SO₄）的增加而增大,≥ 3.0%时韧性随w（Na₂SO₄）的增加反而减小.沙漠中风沙土主要组成物质是细沙（100~200 μm）,且主要粒径沙土结皮特性与自然风沙土的结皮最相似.所以,若采用质量分数为3.0%的Na₂SO₄胶结风沙土形成盐结皮,具有较好的抗压强度和韧性,且表面平整无破坏,胶结体具有较好的抗风蚀性能,可用作流动沙地的治理.