锡林河流域草原植被退化空间格局分析

利用TM遥感影像,结合地面植被调查,基于典型草原退化演替模式,绘制锡林河流域植被现状图,在地理信息系统支持下,研究了锡林河流域草原植被退化空间格局特征,得出全流域、上中下游及流域内不同地貌类型上不同草原退化等级的面积。全流域1999年放牧退化草原植被面积为7689.3km₂,占总流域面积的71.86%。根据草原退化指数计算得出全流域总草原退化指数为10901.8km₂草原退化单位,同时还计算了流域上中下游区域和流域内不同地貌类型的草原退化指数值。通过网格取样,绘制锡林河流域草原退化指数空间图,应用空间趋势面分析法绘制草原植被退化指数等值线图。结果表明:锡林河流域草原退化的空间格局较为复杂,首先与流域上中下游及不同地貌类型上人类放牧利用强度的差异相关,具体表现在流域中下游及河谷阶地、平原和丘陵区草原植被退化较为明显,其次,全流域有多个较为明显的草原植被严重退化中心区,均与人类高强度放牧利用有关。     

锡林河流域Cyanobacteria群落空间分化及其与环境因子的关系

为阐明蓝细菌（Cyanobacteria）群落的空间分化及其与环境因子的关系,本研究采集了锡林河流域河床中心湍流区、河床边缘缓流区、牛轭湖滞流区、低河漫滩、高河漫滩、阶地羊草及大针茅草原样带等28个沉积物/土壤样品进行细菌16S rRNA基因高通量测序及生物信息学分析.结果显示,Cyanobacteria群落存在明显的空间分化特征并能对环境因子做出敏感响应.Leptolyngbya和Phormidium等关联的5个种群主要分布在高氨中盐相对中富营养的缓滞流区,其丰度与氨态氮、总有机碳等存在正相关关系,推测与水华形成有关;Caenarcaniphilales关联的种群分布在低氨低盐相对寡营养的湍流区,其丰度仅与砂粒存在正相关关系,推测与固氮作用有关;ML635J-21关联的种群分布在中氨高盐相对全营养的高河漫滩及阶地土壤中,其丰度与粉黏粒及盐度等存在正相关关系,可能与生物土壤结皮形成过程有关.变异权重分析显示,氨态氮、盐度、总有机碳分别解释了Cyanobacteria群落空间分化的51.1%、23.9%、15.1%,说明这些环境因子的变化与Cyanobacteria群落的空间分化密切相关.研究结果可为锡林河流域草原牧区生态安全评价和生物多样性可持续管理提供科学依据.     

锡林河流域生态系统服务价值变化研究

论文采用Costanza等人的生态系统服务评价方法对锡林河流域生态系统服务功能价值变化进行研究,结果表明,在1987～2000年的13年间,锡林河流域各类生态系统每年提供的服务总价值下降了31.6%,其中,草原生态系统服务价值从5.13×10⁸美元降至4.38×10⁸美元,下降13.3%;湿地生态系统服务的总价值由2.62×10⁸美元下降为0.9×10⁸美元,下降了65.1%;而农田生态系统服务价值由0.01×10⁸美元上升到0.03×10⁸美元,增加了200%。在草原生态系统服务功能总价值中,绣线菊草原、贝加尔针茅草原、羊草杂草类草原和羊草丛生禾草草原等优质草原所占的比重在逐渐减小,克氏针茅草原、冷蒿草原等退化类型所占的比重在逐渐增加,说明锡林河流域草原生态系统退化严重。该流域生态系统服务功能价值的下降与生态系统的退化和面积的减小有关。     

锡林河流域地表水痕量元素的时空分布

为更好地理解锡林河流域水文循环过程,在2006～2008年锡林河主要径流期内13个河水断面(10个位于锡林河干流,3个位于3条支流)取得的248个水样,应用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行了Al、As等20种痕量元素的分析测定,利用分析结果对流域内痕量元素时空分布特征进行了分析.结果表明,锡林河河水中痕量元素平均质量浓度大部分在0.1～10μg.L-1之间;大多数痕量元素浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给.时间上,地表水痕量元素年内、年际变化均不大,就年内而言,大部分元素浓度变化在4、5月较大,7、8月较小;大部分元素在2007年间浓度略小.在空间上,从上游到下游,大多数痕量元素浓度呈上升趋势,地下水的补给、河水的蒸发等造成了元素富集的变化.     

锡林河流域地表水水化学主离子特征及控制因素

通过对2006~2008年锡林河主要径流期内13个河水断面239个水样以及同期地下水和大气降水主离子水化学进行分析,结合锡林河流域的气象和水文资料,利用Piper三线图和Gibbs图分析了锡林河河水的水化学特征及主离子组成变化特征.结果表明,锡林河河水TDS变化范围在136.7~376.5 mg·L-1之间,平均245.1 mg·L-1,为低矿化度河水;河水中主要阳离子以Ca2+为主,阴离子以HCO-3为主,河水的水化学类型从HCO-3-Ca2+过渡到HCO-3-Ca2+·Mg2+;河水主离子平均浓度年内、年际变化均不大,年内变化表现在5月主离子浓度高于其他月,年际变化表现为主离子在2007年的平均浓度均较小;空间上,Ca2+、Na+、Mg2+、K+、Cl-和HCO-3的浓度呈现沿程逐渐增加的趋势,SO2-4的浓度变化呈先增加后减小的趋势;河水中主离子浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给;Gibbs图显示河水离子组成主要与流域内的岩石风化有关,流域有一定量的蒸发岩存在,但蒸发岩对水化学的贡献弱于碳酸盐岩.     

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%。     

不同植被覆盖度对流域氮素径流流失的影响

以 8.27km² 纸坊沟流域 1∶400比例模型为研究对象 ,在人工控制条件下 ,模拟天然降雨 (降雨强度 2 mm/min,历时30 min) ,研究不同植被覆盖度对流域氮素流失的影响 ,揭示小流域土壤氮素随径流流失规律 .研究表明 :当流域植被覆盖度分别为 60%、40%、20%和 0%时 ,土壤铵态氮流失量分别为 87.08、44.31、25.16和 13.71 kg/ km² ;硝态氮流失量分别为 85.50、74.05、63.95和 56.23kg/km²;而流域有机质流失量为 15.67、24.02、44.68和 164.87;全氮流失量为 0.81、1.18、1.98和7.51t/ km².产流过程中径流及泥沙中氮素含量随产流时间的延长呈下降趋势 ,而流失累积量呈逐渐增大趋势 .植被覆盖虽能有效地减少土壤侵蚀和全氮的流失 ,却能增加土壤矿质氮的流失 .     

盘龙河流域空间信息分析

利用2008年SPOT卫星影像结合野外调查,运用3S技术对盘龙河流域的植被、土地利用和环境质量情况进行调查。结果表明,流域内的土地资源内部结构不合理,与自然环境不协调,其环境质量以中等偏上为主,差的质量面积较大。提出了对盘龙河流域加强法制建设,提高森林覆盖率,做好土地利用总体规划,优化农业产业结构的生态保护对策建议。     

盘龙河流域空间信息分析

利用2008年SPOT卫星影像结合野外调查,运用3S技术对盘龙河流域的植被、土地利用和环境质量情况进行调查。结果表明,流域内的土地资源内部结构不合理,与自然环境不协调,其环境质量以中等偏上为主,差的质量面积较大。提出了对盘龙河流域加强法制建设,提高森林覆盖率,做好土地利用总体规划,优化农业产业结构的生态保护对策建议。     

锡林河流域潜在异养硝化-好氧反硝化菌群的陆向分异及影响因素

为阐明异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌群的空间分化及其环境影响因素,本研究沿着水生-湿生-旱生的陆向梯度采集沉积物/土壤样品进行细菌16S rRNA基因高通量测序、环境因子检测及生物信息学分析.结果显示,副球菌属主要分布于水生环境,陶厄氏菌属、不动杆菌属、气单胞菌属、假单胞菌属主要分布于湿生环境,芽孢杆菌属、节杆菌属和鞘氨醇单胞菌属主要分布于旱生环境;沿着陆向梯度,ShannonWeiner和Pielou指数均呈先升后降趋势,Simpson指数呈上升趋势.黏粒、粉粒、硝态氮含量对潜在HN-AD菌群组成陆向分异的总解释度分别为79.51%、8.15%、7.81%,砂粒、粉粒、含水量对潜在HN-AD菌群多样性陆向分异的总解释度分别为89.79%、4.34%、2.75%,这些环境因子均发挥直接作用.HN-AD菌群组成及多样性指数存在明显的陆向分布特征并与粉黏粒等环境因子密切相关.研究结果可为废水处理和土壤修复领域寻找新型HN-AD微生物资源提供科学依据.     

布哈河流域不同时间尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征

全球气候变暖极大地影响了地表侵蚀过程,但影响机制尚无统一定论.河流悬浮物是示踪地表侵蚀的常用手段.本文通过分析青海湖流域最大河流布哈河2008?—?2015年的日径流量、悬浮物浓度、气温及降雨数据,讨论了该流域在日、月以及季节尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征.结果表明:降雨是半干旱布哈河流域土壤侵蚀的主要控制因素,气温通过影响冻融作用控制侵蚀行为.此外,该流域的土壤侵蚀具有明显的季节性差异,大部分的侵蚀发生在雨季.最重要的是,冻融作用导致春季解冻期/雨季前期产生额外的沉积物累积,表现为在相同流量下,沉积物输出明显高于雨季后期.上述结果对深刻认识全球变暖背景下侵蚀的响应机制具有重要的作用.     

呼伦贝尔草原植被覆盖度估算的光谱模型

采用美国ASD公司Fieldspec3光谱仪和日本富士数码相机,于2009年7~8月在内蒙古呼伦贝尔草原区进行了植物高光谱和植被覆盖度测定,并运用回归分析方法,建立实测归一化植被指数(ASD NDVI)和植被覆盖度之间的地面光谱模型,分析MODIS/TERRA卫星的NDVI(MODIS NDVI)与ASD NDVI的关系,建立预测植被覆盖度的MODIS光谱模型,并对模型进行精度检验.结果表明所建的MODIS光谱模型是线性函数,该模型预测精度高于亚像元分解模型,标准误差为11.58%,平均预测精度达到88.75%.     

新疆准噶尔东部荒漠区植被覆盖度遥感监测与评估

运用Landsat5/TM、Landsat7/ETM+和Landsat8/OLI传感器分别于2006、2010和2014年在准噶尔东部过境的影像数据经过影像校正后提取其NDVI,结合像元二分模型计算各年的植被覆盖度。基于ENVI和ArcGIS软件将植被覆盖度分等定级,分别分析荒漠区和绿洲植被的变化情况,计算各年间植被覆盖面积变化转移矩阵并参照历史气象数据和土地利用数据进行植被覆盖变化因素分析。2006-2014年研究区植被覆盖度连续降低,同一区域的植被斑块逐年破碎;植被覆盖Ⅰ级和Ⅴ级扩增速率分别达到平均每年0.33%和4.24%,Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级植被退缩速率分别为31%、19%、14%从2006-2014年整体表现为植被退化面积大于恢复面积并持续退化趋势。降水量和温度共同影响植被覆盖状况。研究区植被退化严重人为活动和恶劣的环境加速了其退化过程。     

近30年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对植被碳储量的影响

天然植被退化,部分转变为人工植被和人类聚居区是干旱区绿洲过程的重要表现之一,而目前对土地利用变化影响植被碳储量的机制还不十分清楚。论文尝试采用CASA模型及1976—2007年4期9月份Landsat卫星影像估算玛纳斯河流域9种植被类型的净初级生产力,并通过植物枯损模型估算了流域内植被碳密度,进而估算出流域内各类型植被碳储量,最后分析土地利用/覆被类型间的转移对植被碳储量的影响。结果表明,在1976—2007年间,受农作物种植结构及品种变化影响,绿洲农田植被碳密度变化较大;同期流域植被碳储量共增加了50.50×104t C,其中林地被乱砍乱伐,灌木林地、天然牧草地退化为荒草地使得流域植被碳储量减少了1.21×104t;林地、农田、荒草地以及未利用地之间的转移使得流域植被碳储量总共增加了18.52×104t C。研究结果显示,流域内植被碳储量总体呈增加趋势,且农田是影响流域植被碳储量的主要因素。     

滇池宝象河流域全面产流与降雨关系初步研究

在进行滇池宝象河流域入湖污染负荷总量核算时，涉及流域的水量平衡计算，地表径流和地下径流是两个重要的环节，两者联系密切，并且在水循环过程中相互转化。不是所有的降水都能补给地下水，进而产生地表径流，只有当降雨量大于某一临界值时，才有可能产生地表径流。全流域地表径流产生与降雨关系的试验研究，有助于分析当地气象因素以及降雨时段之初的包气带含水率和地下水埋藏深度，为污染负荷总量核算提供叁者和借器．     

塔里木河下游植被覆盖度变化与地下水质关系

植被覆盖度的变化是地球内部作用与外部作用的共同结果,但在短期内主要受人类活动的影响.人类对自然植被覆盖度的影响最常见的就是通过对水分和水质状况的改变而影响植被覆盖度的变化.本研究基于2002~2007年间塔里木河下游地下水化学特征变化的监测资料和植被覆盖度的适时监测,探讨了植被覆盖度与地下水质之间的关系.结果表明,植被覆盖度在沿河道方向上,从A断面的80%,下降到Ⅰ断面的不足10%;在垂直河道方向上表现为距离输水河道越近植被覆盖度越高的特点;地下水pH值也表现出沿河道方向从上段到下段,从距离河道近处向距离河道远处下降的变化趋势.回归分析发现,胡杨覆盖度随地下水pH值的升高而指数增加,柽柳覆盖度则随地下水pH值的增加而降低.胡杨和柽柳与地下水质的关系是造成胡杨主要分布于距离河道近处而柽柳则分布在远离河道处的因素之一.     

基于NDVI的三北防护林工程区植被覆盖度变化图谱特征

基于1985、1995、2000、2010年4期GIMMS NDVI3g数据,利用像元二分模型估算植被覆盖度,并运用图谱分析法对三北防护林工程区4期植被覆盖度变化进行了时空分析。结果表明:(1)图谱空间差异上,植被覆盖度变化主要发生在内蒙古东北部、新疆西北部以及陕甘宁地区,且在工程区内先分散再集中;(2)图谱数量变化上,植被覆盖度变化的总面积先减少后增加,总体呈现出上升趋势;(3)图谱变化模式上,以稳定型、最近转换型和平稳转换型为主,而变化最大的图谱单元类型大部分是植被覆盖度等级转好的类型,植被覆盖度呈现稳定增长的态势,尤以2000-2010年最明显。研究结果可以及时准确地反映该工程区植被变化状况,为三北防护林工程进一步建设提供科学指导。     

滇池宝象河流域全面产流与降雨关系初步研究

在进行滇池宝象河流域入湖污染负荷总量核算时,涉及流域的水量平衡计算,地表径流和地下径流是两个重要的环节,两者联系密切,并且在水循环过程中相互转化。不是所有的降水都能补给地下水,进而产生地表径流,只有当降雨量大于某一临界值时,才有可能产生地表径流。全流域地表径流产生与降雨关系的试验研究,有助于分析当地气象因素以及降雨时段之初的包气带含水率和地下水埋藏深度,为污染负荷总量核算提供参考和借鉴。     

基于水化学和氢氧同位素的东宫河流域不同水体转化关系研究

为明晰秦皇岛东宫河流域水环境特征,以该流域大气降水、地下水及地表水为研究对象,通过对水化学和氢氧稳定同位素样品测试及特征分析,揭示其时空变化特征及大气降水、地下水和地表水的相互转化关系.结果表明:①东宫河流域地下水（第四系孔隙水、岩溶水、裂隙水）和地表水（河水、泉水）的水化学类型,枯水期较丰水期丰富.丰水期水化学类型主要以HCO₃-Ca型、HCO₃·SO₄-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主;枯水期水化学类型以HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca·Mg型、HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃·SO₄-Ca·Mg型为主.②研究区第四系孔隙水和泉水的离子含量变化受季节影响较大,枯水期离子含量变化较丰水期显著;岩溶水和裂隙水各离子含量变幅较小,基本趋于稳定.岩溶含水层和裂隙含水层中富含石膏,为SO₄2-的主要来源;Na+和Cl-主要来源于易溶解盐NaCl,Ca2+和Mg2+主要来源于方解石的风化溶解.③东宫河流域地下水、地表水及大气降水之间存在密切的水力联系,针对氢氧同位素的组成分析表明,大气降水为地下水和河水的主要来源;不同泉水补给来源存在差异性,泉水主要接受岩溶水补给,同时也受蒸发作用影响;第四系孔隙水接受大气降水和河水的双重补给;裂隙水主要接受山区降水径流补给.研究显示,东宫河流域不同水体中离子含量受降雨量、温度和地质背景等影响,不同水体间联系密切,相互补给排泄.      

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.