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%.     

Vegetation monitoring using different scale of remote sensing data

This work sets out to simulate landscape model of Mu Us Desert in Inner Mongolia Autonomous Region of China at different spatial resolution using remote sensing images and distinguished landscape heterogeneity among different spatial resolutions. Landscape models were created from classification image of SPOT satellite data with 20m resolution and NOAA data with 1 km resolution. This study created landscape models of different scales by resampling the SPOT classified image using majority rule. The pixel resolution was increased from the finest scale of 20m by 20m up to 1000m by 1000m that was the coarsest spatial resolution. The Shannon diversity index was used to compare landscape models between different scales. At the finer scale the verify small patches such as deciduous forest, shrub and reedswamp with high vegetation coverage set on matrices with low vegetation cover (moving sand dune and sparse grassland) were verified. Broadening of scale resulted to the loss of small patches and at 1000m resolution, matrix classes were dominant. At 1km resolution of NOAA data, the matrix classes which greatly related to the topography of Mu Us Desert were detected. Diversity index decreased during scale broadening and the difference between SPOT 1km scale model and AVHRR data was not significant. The results showed that SPOT 20m model is good for the use of ecotone oriented revegetation planning, and NOAA 1km model is good for the seasonal and annual monitoring of each landscape unit, and revegetation planning at the regional level.     

氮添加对油蒿群落植物叶片生态化学计量特征的影响

为了深入认识荒漠植物对氮沉降的适应和反馈能力,研究了宁夏盐池毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落内5种优势植物〔油蒿、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、赖草(Leymus secalinus)、刺藜(Chenopodium aristatum)〕在N₀、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅〔氮添加水平依次为0、0.5、1.0、2.0、3.0、6.0 g/(m2·a),以N计〕6个氮添加处理下叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比——C/N〔w(TC)/w(TN)〕、N/P〔w(TN)/w(TP)〕、C/P〔w(TC)/w(TP)〕的变化. 结果表明:①氮添加对油蒿、披针叶黄华叶片w(TC)、w(TN)、w(TP)及其化学计量比无显著影响. ②高氮添加(N₅处理)显著增加了糙隐子草、赖草和刺藜叶片w(TN),相对于N₀处理时增幅分别约为26%、81%和60%. ③高氮添加显著增加了赖草、刺藜叶片N/P,但显著降低了其叶片C/N,其中,赖草和刺藜叶片N/P相对于N₀处理时的增幅分别约为86%和61%,C/N的降幅则分别约为45%和37%. 研究显示,油蒿群落中不同植物种对氮添加的响应存在差异,持续增加的氮沉降很可能会引起油蒿群落物种组成的变化,从而影响油蒿群落的演替.      

毛乌素沙地臭柏群落地下水位的变化

为了探讨毛乌素沙地臭柏群落地下水位的变化规律,在臭柏固定、半固定沙地的丘间低地设置地下水位自动记录仪,1h记录1次,连续观测1年多。结果表明:①根据地下水位的变化,把1年分成地下水缓慢上升期(A)、地下水快速变化期(B)、地下水缓慢变化期(C)3个时期;②地下水位在B期出现有规律的日变化,地下水位早晨最高,然后逐渐下降,到晚上达到最低值后,又开始上升,直到次日早晨达到最高值,完成1日的循环周期。在臭柏的非生长季节(A期、C期),地下水位的日变化规律不明显;③地下水位的日变化规律出现时的临界日平均气温为10.8℃,据此,可预测臭柏生理活动的开始与休眠,进而可指导臭柏造林实践。此外,还讨论了气温、降水及臭柏灌丛变化与地下水位的关系。     

毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤酶活性的演变研究

研究了毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的响应过程,并对其与土壤养分的相关关系进行分析。结果表明,随沙漠化程度的加剧,土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性均降低,随土层深度的增加,土壤脲酶活性呈降低趋势,土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶并未表现出规律性变化,沙漠化过程破坏了土壤酶的活性,三种酶活性能较为敏感地反映土壤环境的变化;相关性分析结果显示,土壤三种酶活性之间存在着极显著正相关性．且三种酶活性与土壤有机质和全氮含量之间同样存在极显著正相关性,表明三种酶在相互作用过程存在共生关系,且能够作为衡量土壤肥力的重要指标。土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性变化可作为衡量沙漠化环境变化的重要指示性指标,并可为进一步揭示沙漠化的生物学规律提供依据。     

Vegetation monitoring using diferent scale of remote sensing data

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬａｎｄｓｃａｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅＭｕＵｓＤｅｓｅｒｔ，ａｓｅｍｉａｒｉｄｒｅｇｉｏｎｏｆｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ，ｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｆｏｃｕｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｌａ...     

毛乌素沙地SPAC系统中各部分水分状况及其关系的研究

以SPAC理论为指导，用压力室法及烘干法测定了宁夏盐池沙地表征沙生植物油蒿(Artemisia ordosica Krasch．)和中间锦鸡儿(Caragana intermedia KuangetH．C．Fu)水分生理特征的系列指标——植物水势、组织含水量等，比较了两种植物的水分生理特征；同时用TDR水分速测仪结合烘干法测定了土壤水分参数；通风干湿表和气压计测定大气水分状况。分析了两种植物的水分生理特征与环境的相互关系。结果表明油蒿和中间锦鸡儿有着适应干旱生境的水分生理特征，但避旱的具体方式不同。雨季时期土壤含水量较大，除了10cm左右土层处于难效状态外，其它各土层都处于易效状态。表层干土层的形成利于下层土壤水分的保持。水势梯度明显，时空变异规律明显，不论是油蒿还是中间锦鸡儿的叶水势值和大气水势相关性显著。     

围栏禁牧对毛乌素沙地植物群落特征的影响

围栏禁牧是一种使退化草地获得自然恢复的低投入措施。通过对毛乌素沙地3种放牧管理类型（持续放牧、围栏禁牧5 a和围栏禁牧16 a）的物种组成、盖度、丰富度、多样性、相似性进行比较研究,目的是阐明退化毛乌素沙地植被在禁牧条件下自然恢复的可能性和其恢复演替的趋势。研究发现,围栏禁牧5 a左右群落物种组成就会有较大的恢复,但是物种多度增加程度却不大,即去除放牧干扰后群落物种丰富度的恢复要比物种多度的恢复更容易;禁牧后恢复的种类主要是一些不耐牧但适口性好的物种;围栏禁牧16 a后草本盖度大大增加而半灌木盖度却减少了,且出现了半干旱草原的重要典型种——本氏针茅Stipa bungeana Trin.,这标志着以油蒿Artemisia ordosica Krasch.为主的退化灌丛沙地开始向以禾本科草为主的半干旱沙质草原方向恢复;但要实现毛乌素沙地更大尺度上物种丰富度的恢复,围栏恢复的时间还需要更长。     

毛乌素沙地气候变化及其对植被覆盖的影响

利用1961—2007年毛乌素沙地气温、降水资料,对研究区近50 a来气温和水分资源各分量的时空变化进行了研究,并结合TM影像和中巴资源卫星影像,从气候变化和群落水分收支平衡的角度,对毛乌素沙地近20 a的植被覆盖变化及其原因进行了分析。结果表明:近50 a,沙地增温趋势显著,变化率为0.33℃/10 a。全区域年均温变化趋势的范围为0.16~0.5℃/10 a,且增温的程度存在西北部最强、东南部最弱的趋势。水分资源各分量时空分布极不均匀:东南部降水量P和可利用降水Δw多、陆面蒸散E强,西北部相反。P、E、Δw均呈现出逐年减少的趋势,并且大致经历了3个变化阶段。近20 a毛乌素沙地植被覆盖变化与气候变化密切相关。为适应不断变化的气候需要,在进行沙地治理与生态建设中,必须考虑人工植被建设的可持续性问题。