遥感资料在青海草地资源监测及评价中的应用研究

利用EOS/MODIS、NOAA/AVHRR卫星遥感监测的植被指数(NDVI)、地面定点监测的实际地上牧草产量资料,依据卫星遥感监测原理,在点和面上研究、建立了植被指数与牧草产量之间的关系模式,给出了草地资源卫星遥感监测和评价方法。监测和评价结果显示:2004年青海省草地资源从东南部向西北部逐渐递减,产量最高区处于黄南州南部和果洛州东南部,最低区处于西北部的柴达木盆地,近20年来天然草地资源的分布规律没有发生变化,但草地生产力在逐步下降,草地资源在逐年减少,仅果洛州全州平均牧草产量比1986年下降了4.04%,牧草总量减少85.10×104t,理论载畜量减少了63.11×104只绵羊单位;暖干旱化的气候变化趋势是造成青海省天然草地生产力下降、呈现退化趋势的主要原因。     

藏西北高寒牧区草地退化现状与机理分析

以藏西北高寒牧区为研究区域,综合利用NOAA、MODIS卫星NDVI(归一化植被指数)、气象资料、社会统计资料并结合GIS技术,对藏西北高寒牧区的草地状况和退化机理作了分析。结果表明:①藏西北高寒牧区草地覆盖度等级呈正态分布,且中等偏下略多,地表植被总体上比较稀疏;②2005年区域内的草地退化总面积为14.19×10⁴km²,占区域天然草地总面积的39.64%,其中轻度退化面积最多,占退化总面积的65.96%,其次是中度和重度退化,分别占25.20%和8.84%;③草地退化的主要原因一是与近年来该区域的气候变化有关,二是草地超载率达到59.18%,过度放牧引起的草地退化和沙化现象也越来越严重,是局部草地退化的根本原因,人口的增加和人类活动频繁对草场的破坏,也是近年来草地退化的主要原因。     

内蒙古典型草原区植被NPP对气候变化的响应

研究植被生产力对气候变化的响应是理解陆地生态系统与气候变化相互作用的重要基础,论文利用近45a内蒙古典型草原区55个气象台站的气象数据,采用Holdridge生命地带的气候指标和NPP区域估算模型,研究了内蒙古典型草原区植被净第一性生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明,1960-2004年间,内蒙古典型草原区域内,发生了以生物温度升高和湿润度降低为代表的生物气候明显变化;典型草原区年NPP和春、夏、秋3个季节的NPP均呈现增加趋势,其中夏季是NPP增加速率最快,增加量最大的季节;在区域上,年NPP呈现由东北至西南的递减态势,不同区域年NPP均有增加趋势,其中以中部区最为明显。     

内蒙古草地生长季植被变化对气候因子的响应

基于MODIS NDVI数据,研究分析了2000-2010年内蒙古典型草原、草甸草原和荒漠草原生长季NDVI时空变化趋势,探讨不同类型草地生长季NDVI对温度、降水的响应。结果表明,内蒙古草地生长季NDVI整体年增长速率为0.735%,典型草原最为明显,年增长率达到1.063%;但是仍有31.807%的草地NDVI呈现下降趋势,其中典型草原、草甸草原和荒漠草原分别有8.664×10⁴、6.814×10⁴、2.841×10⁴ km²。除东北部草甸草原外,大部分草地生长季NDVI与降水量的相关性高于温度;草地生长季NDVI与温度和降水的相关系数均呈现出草甸草原>典型草原>荒漠草原的变化规律。内蒙古草地植被变化对温度和降水的响应具有滞后作用,且具有明显的经度地带性和纬度地带性特征,其滞后时间随着经度和纬度的增加逐渐减少。     

内蒙古白音锡勒牧场区域尺度草地退化现状评价

采用双指示种分析(TwoW-ay Indicators Species Analysis,TWINSPAN)和无偏对应分析(Detrended Correspondence Analysis,DCA)对内蒙古白音锡勒牧场范围内32个草地植物群落样点的样方数据进行群落数量分析,根据数量分析结果将研究区草地划分为轻度、中度和重度退化3个不同等级。分析了单位面积草地地上生物量干重与退化等级的关系,在此基础上给出了划分草地不同退化等级的生物量判别指标值。利用2004年的TM遥感数据,结合同期地面植物群落样方调查,比较了不同植被指数与地上生物量和群落盖度的相关性,建立了研究区草地地上生物量估产模型,估算了白音锡勒牧场区域尺度草地地上生物量,结合不同草地退化等级的生物量判别指标值进行了草地植被退化空间分析。结果表明:①草地生物量与草地植物群落退化密切相关,一般草地退化越严重,群落生物量越低;②比值植被指数(R VI)与地上生物量干重相关性最好(R 2=0.644);③研究区轻度退化、中度退化和重度退化的草地面积分别占研究区总面积的24.51%、43.63%和24.12%。     

1981—2010年内蒙古草地土壤有机碳时空变化及其气候敏感性

草地土壤有机碳储量巨大,其较小幅度的波动即可能显著反馈于气候变化. 基于1981—2010年内蒙古自治区境内及其周边共计92个气象台站气候要素插值数据,采用空间化的生物地球化学模型——CENTURY 4.5,模拟分析近30年来内蒙古草地表层(0~20 cm)土壤有机碳的空间格局与动态变化特征,并通过构建气候变化情景探讨其对主要气候要素的敏感性. 结果表明:近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度平均值约为1.99 kg/m2(以C计),在空间上呈由东北向西南逐渐减少的分布特征. 近30年来内蒙古草地表层土壤有机碳密度略有增加,年均增幅约0.22%,其中草甸草原的增速〔14.25 g/(m2·a)〕最大,荒漠草原的增速〔1.36 g/(m2·a)〕最小. 草地表层土壤有机碳密度年际变化差异明显,1980s至1990s的增加较为缓慢,1990s至2000s的增幅约为前者的2倍,其中草甸草原和典型草原土壤有机碳增幅较大. 气候敏感性分析结果显示,区域降水量变化可能是近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度变化的主要影响因素,但不同草地类型表层土壤有机碳密度对气候变化的敏感性存在较大差异;典型草原与草甸草原表层土壤有机碳变化主要受控于降水量变化,荒漠草原则主要受控于温度变化.      

2000~2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究

区域土地利用/覆被变化对植被生产力的影响是LUCC环境效应的重要组成部分,对于区域陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。三江平原地区是我国土地利用变化最为剧烈的地区之一,然而,区域尺度上土地利用/覆被变化对植被生产力的影响研究不多。基于以上原因,论文应用以遥感观测和生态系统过程模型为基础的土地利用数据和植被净初级生产力NPP数据,估算土地利用变化过程对三江平原地区植被生产力的影响。结果表明,林地、草地和沼泽湿地向耕地的转化是三江平原土地利用/覆被变化的最主要特征。2000~2005年期间,耕地面积增加了43.28×10⁴hm²,主要来自林地、草地和湿地的转化,转化面积分别为26.20×10⁴、10.81×10⁴和22.45×10⁴hm²。过去5年间,三江平原平均NPP由401.1g C m^-2 a^-1下降为377.5g C m^-2 a^-1,其中沼泽湿地平均NPP下降了7.8%,耕地、林地和草地的平均NPP均呈下降趋势。2000~2005年期间,三江平原地区净初级生产总量由4.37×10⁴G g C a^-1下降为4.11×10⁴G g C a^-1,减少量为2 575.1G g C a^-1,减少率为5.9%。三江平原地区2000年和2005年的气候因子变化不大,其对NPP的影响可以忽略。土地覆被变化直接导致区域净初级生产力的降低,人类活动干扰的强度和频度加剧对于区域植被净初级生产力的降低具有重要影响。     

气候变化和人类活动对我国典型草原区植被恢复的影响

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NPP和基于Thornthwaite Memorial模型估算的潜在NPP的趋势差异,量化了2000～2020年气候变化和人类活动对我国典型草原区(北方温性草原区和青藏高原高寒草原区)植被恢复的相对作用.结果表明,研究区内93%的草地植被呈恢复趋势,NPP平均增加速率达(以C计)2.12 g·(m²·a)^-1(P<0.01),其中,近一半植被恢复区受气候变化和人为活动共同控制,约36%和10%植被恢复区分别受气候变化和人类活动的独立控制;此外,不同草地类型气候变化主导植被恢复的面积占比差异大,主要表现为高寒草地明显高于温性草地,气候条件越干旱,气候主导面积占比越大.人类活动不是北方温性草原区和青藏高原高寒草原区植被恢复的主要原因,但在气候条件恶化地区,人类活动可降低甚至抵消气候变化对植被的负面影响.未来需加强长...     

生态恢复措施提升高寒沙化草地的固碳效应

为评估不同生态恢复措施对高寒沙化草地系统固碳效应的影响,为高寒沙化草地生态功能恢复提供实践指导,该文以实施围栏禁牧草本模式(EG)、围栏禁牧灌草间作模式(ESG)和围栏禁牧沙障+灌草间作模式(ESSG)的退化草地为对象,未修复草地为对照(CK),研究沙化草地在不同生态修复模式和年限下的土壤有机碳和活性组分含量以及恢复草地固碳效应的变化特征。结果表明:恢复地土壤总有机碳含量、易氧化有机碳含量和溶解性有机碳含量较CK分别显著增加5.09～6.15倍、2.82～7.41倍和2.36～2.71倍(p0.05)。土壤有机碳及活性组分含量在不同恢复模式间的高低顺序是ESSGEGESG,在同一模式下按≥15 a、7～9 a、≤5 a的顺序显著降低。恢复地的总有机碳密度较CK显著提高1.28～7.66倍(p0.05)。3种恢复模式间的总有机碳密度大小为ESSGESGEG,且恢复年限7～9 a时ESSG分别较EG和ESG显著提高1.71倍和1.80倍,≥15 a时ESG和ESSG的分别比EG显著高54.2%和63.5%(p0.05)。各模式下的总有机碳密度随恢复年限的增长而增加,≥15 a的分别是7～9 a和≤5 a的1.83～2.96倍和2.32～5.80倍。可见,围栏禁牧沙障间作灌草能持续高效提升退化高寒沙化草地系统的碳固存,促进土壤有机碳活化,有利于土壤质量的提升,是沙化高寒草地的优选生态恢复措施。     

三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型研究

为了发展适用于三江源区高寒草地（包括高寒草甸和高寒草原）地上生物量（aboveground biomass,AGB）模拟的遥感反演模型,基于2006—2014年逐年7—8月三江源区高寒草地70个采样点地上生物量数据与同期MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据,通过回归分析方法建立高寒草地地上生物量遥感反演模型,并利用长时间序列MODIS数据对2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量的时空格局进行模拟分析.结果表明:基于EVI建立的乘幂模型对三江源区高寒草地地上生物量的拟合效果最好,其判定系数（R2）最大,达到0.654;均方根误差（RMSE_P）最小,仅为27.86 g/m2.根据三江源区70个采样点的地上生物量数据最终确立的估算模型为y=348.769x0.783（R2=0.655,P < 0.001）.估算模型模拟结果显示,2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量空间特征基本一致,总体表现为从东南到西北逐渐减少的变化趋势,这与该区域的降水量、气温、海拔和植被类型等因素有关;2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量平均值为169.25 t/a,最高值为2010年的178.36 t/a,最低值为2008年的162.80 t/a,年际变化趋势表现为2005—2008年逐年下降、2008—2014年则在波动中逐年有所上升.研究显示,三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型及其确定的模型参数可对该区域草地地上生物量进行有效评估.      

基于供给—消耗关系的蒙古高原草地承载力时空变化分析

在全球气候变化与人类活动加剧的双重影响下,蒙古高原草地放牧超载与草地退化问题不断凸显。如何从畜牧业生产对草地利用强度角度揭示草地生态系统的人地关系,对草地资源可持续利用对策研究至关重要。基于生态系统供给与消耗平衡关系,利用卫星遥感数据与畜牧业统计数据,分析蒙古高原草地生态系统的生态承载状态,研究不同政策背景和资源禀赋条件下草地生态系统承载压力的区域差异特征。研究结果表明：（1）内蒙古自治区和蒙古国两地不同的政策和习俗深刻影响了牧民对草地的利用方式,使得两地畜牧业生产结构产生显著差异,内蒙古自治区牲畜类型组成区域差异性大、总量相对平稳,而蒙古国牲畜数量增加显著、牲畜类型组成区域分布更为均匀。（2）内蒙古自治区和蒙古国草地消耗量均呈现出明显的上升趋势,蒙古高原草地资源消耗总量在2014年超出了供给量,其中内蒙古自治区草地资源消耗量在2005年超出了供给量,而近年来蒙古国的草地资源消耗量也逐渐逼近供给量。（3）2000-2016年间,蒙古高原草地承载压力不断增大,整体从盈余状态变为临界超载状态,持续严重超载地区主要出现在荒漠草原地区,并逐渐向典型草原及农牧交错区推进;蒙古国自2003年起富富有余状态区逐步减少且严重超载区逐步增多,内蒙古自治区则受生态保护政策的影响呈波动性变化。通过定量分析内蒙古自治区和蒙古国草地承载状况的时空差异性,所揭示出的不同社会经济背景下畜牧业生产结构与强度的变化规律可为草地资源管理提供科学依据。     

内蒙古天然草地资源精细化气候区划研究

根据内蒙古107个气象站资料,利用梯度距离平方反比法,推算出内蒙古自治区气候数据的千米网格数据图形。根据内蒙古实际草原类型和畜种结构的分布规律,确定了内蒙古5类草原类型、6个产草量等级和5类主要放牧家畜地理分布的气候区划指标。利用气候区划指标,对栅格点气候数据进行分级,绘制了内蒙古自治区天然草原草地类型、产草量和主要放牧家畜地理分布的区划图,并分区进行评述。研究结果可为内蒙古畜牧业生产区域合理布局提供科学依据。     

1990~2015年东北地区草地变化遥感监测研究

基于1990年和2015年东北地区草地数据集,采用草地动态度模型、草地变化程度综合指数、草地相对变化率、质心模型和景观指数等作为参考指标对草地时空演变特征及其驱动因素进行分析.结果表明：25a间,东北地区草地面积减少了9755.94km²,其中,内蒙古自治区东部减少量最大;黑龙江省草地动态度、变化程度综合指数和相对变化率最高,分别为-30.67%、21.68%和5.55,草地变化最剧烈、稳定性最差;内蒙古自治区东部相应三个指标最低,分别为-3.76%、2.66%和0.68,年均变化强度最高,为0.0193%,相对其他省草地更稳定,但其减少规模最大;草地质心向西偏南方向移动11.28km,是由东部黑龙江省和西部内蒙古自治区东部草地动态强度巨大差异所致;东北地区草地破碎化程度降低、景观类型稳定性上升、斑块形状趋于规则化,主要是小斑块、破碎斑块转化为其他土地类型的结果.气候变暖、变干是草地退化的自然驱动因素,人口增加和经济增长间接影响了草地变化,牲畜大幅度增长是重要因素.     

利用马尔柯夫过程预测锡林河流域草原退化格局的变化

以我国北方典型草原模式地段之一的锡林河流域草原为研究对象,根据研究区两个时期遥感影像解译的植被类型图衍生出草原植被退化图。在对草原退化图统一网格化后,计算各网格草原退化指数,并加以分级,确定不同草原退化等级之间转移概率,并应用马尔柯夫模型预测锡林河流域草原退化格局的演变趋势。结果表明:如果不采取防止草地退化的根本性措施,草原退化态势还将继续下去。以每个网格草原退化指数值为各网格草原退化状况划分依据,以3km×3km网格为统计单元,在流域总面积为10701km₂情况下,预测结果是:2005年,锡林河流域草原退化为3级的网格总面积是3776km₂,占流域总面积的35.29%;4、5级网格面积之和为5427km₂,达到流域总面积的50.71%。2025年,锡林河流域草原退化为3级的网格面积总和是3389km₂,占流域总面积的31.67%;4、5级网格面积之和为6406km₂,达到流域总面积的59.86%。     

内蒙古草原退化群落恢复演替规律的仿真

文章用细胞自动机研究群落的演替过程。根据从1983年围封内蒙古典型草原后连续11年定位监测的数据,建立了一个描述在过大牧压下退化的典型草原植物群落封育后恢复演替的模型。用计算机对模型进行仿真,仿真的结果符合实测群落恢复演替的动态趋势,从而验证了建模时所提出假设的正确性。进而用这一模型模拟草原的退化过程,深化对草原退化和恢复演替的机理的认识。     

基于径向基函数神经网络（RBFN）的内蒙古土壤风蚀危险度评价

土壤风蚀是北方干旱和半干旱地区土地沙化和沙尘暴灾害的首要环节和主要动力过程之一. 选取影响内蒙古自治区土壤风蚀演化的相关指标,运用GIS技术提取各指标数据,构建径向基函数神经网络（Radial Basis Function Network,RBFN）;根据不同风蚀危险程度标准,选取12个市、县（旗）相关数据进行训练,确定网络模型参数,进而对内蒙古自治区88个市、县（旗）的土壤风蚀危险度进行了评价. 结果表明:内蒙古自治区西部为土壤风蚀发生的极强危险区,西北为强危险区,中部为中度危险区,而东部为轻度危险区;利用其他研究对该评价结论进行对比验证,结果较为理想.      

2000年以来内蒙古生长季旱情变化遥感监测及其影响因素分析

为探讨内蒙古旱情状况及其影响因素,利用MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13A2和8 d合成的地表温度产品数据MOD11A2构建Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数（TVDI）,基于内蒙古2000—2017年生长季每16 d的TVDI分析了近18年来内蒙古生长季旱情时空分布特征,结合气温和降水资料初步探讨了旱情变化的影响因素。结果表明：（1）2000—2017年内蒙古生长季TVDI平均值为0.6,重旱和中旱所占面积最大,其中2007年、2010年为旱情最为严重的年份。内蒙古干旱空间分异明显,西南部以轻旱为主,中部地区以中旱为主,大兴安岭以西的呼伦贝尔草原等地旱情严重。（2）近18年内蒙古生长季干旱程度呈现轻微加重趋势,年际变化值θ_slope介于-0.07~0.7之间,阿鲁科尔沁旗东北部至霍林河一带旱情加重趋势最为严重,阿荣旗和扎兰屯等农业生产地区旱情有轻微加重趋势。（3）2017年内蒙古生长季以区域性和局域性干旱为主,6月和9月干旱最为严重,呼伦贝尔草原和鄂尔多斯高原西部干旱发生频率高且程度重。（4）内蒙古干旱影响因子分析结果表明,TVDI值与气温呈正相关、与降水和坡度呈负相关、与小于1300 m的高程呈正相关、与大于1300 m的高程呈负相关关系。内蒙古生长季TVDI与气温和降水偏相关分析结果表明,锡林郭勒盟苏尼特左旗北部、呼伦贝尔鄂伦春自治旗和呼伦贝尔草原等地旱情与气温正相关关系较为显著（P<0.01）,锡林郭勒盟东北部干旱情况与降水负相关关系较为显著（P<0.01）,其中,气温对旱情的影响强于降水。