青藏铁路格尔木至安多段沿线高寒植被、土壤特性与人工植被恢复研究

 对青藏铁路格尔木至安多段沿线不同海拔梯度下高寒植被与土壤特征进行研究。沿线高寒植被的主要分布种有91个,主要建群种为:紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moorcroftii Falc)、藏异燕麦(Helictotrichon tibeticum)、黄芪(Astragalus)、棘豆(Oxytropis)、粗壮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)、矮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)等。高寒植被物种数、平均盖度、地下生物量和总生物量与海拔呈正相关性,而平均高度和地上生物量与海拔呈负相关性。沿线高寒植物群落主要可划分为海拔小于4 000 m的高寒荒漠植被、海拔4 000~4 500 m的高寒河谷灌丛植被、海拔4 500~4 700 m的高寒草原植被、海拔4 700~4 800 m的高寒垫状植被、海拔4 800~4 900 m的高寒草甸植被和海拔5 000 m左右的高寒沼泽和高寒流石坡植被。土壤全氮和有机质含量都与海拔高度呈正相关性,但全磷、全钾及pH值则在高海拔地区达到最低。沿线土壤颗粒组成主要以中、细沙(d＜0.4 mm)为主,占到了总含量的85%以上,因此,中、细沙是构成沿线土壤的最主要颗粒。沿线植被恢复比较有效的方法是选择紫花针茅、垂穗披碱草、燕麦、棘豆、黄芪、蒿草、梭罗草等当地草种,采取原生植物种子异地繁殖,再经沿线播种或栽培抚育,从而达到植被恢复的目的。该研究对青藏铁路沿线的植被恢复与植物防沙工程具有一定的指导意义。     

2000—2015年中蒙俄经济走廊东段冻土时空变化及植被响应

中蒙俄经济走廊东段位于欧亚大陆多年冻土区东南缘及森林线南界接近区,冻土及生态环境脆弱。本文基于MERRA-Land陆面模式离线运行产品分析了中蒙俄经济走廊东段2000—2015年间冻土冻融的时空变化模式,以及冻土变化对返青期和全年不同阶段植被生长状态的影响。研究表明：2000—2015年间研究区多年冻土及季节冻土均持续退化,时间上主要表现为冻土提前解冻、延迟冻结;空间上主要表现为多年冻土南界的多年冻土退化和季节冻土下限抬升,及连续多年冻土南界的活动层加厚。解冻始日是森林地区植被返青的主控要素,林下冻土解冻对土壤含水量的增加及沼泽湿地的隔热蓄水功能影响了森林地区植被的生长。但随着多年冻土南界森林及林下泥炭地演替为草甸和农田,多年冻土退化,进一步促进林下沼泽湿地的消失。探讨冻土退化与生态环境之间的协同关系,有助于识别气候变暖和人类活动叠加影响下的冻土退化脆弱区以及生态环境敏感区。     

干旱区稀疏芦苇盖度遥感信息提取

选择对角线法、之字型法、随机采用法及全采样法提取干旱区稀疏芦苇覆盖度,对比分析不同采样方法获取参数的精度,同时结合遥感影像,采用线性混合像元分解模型、亚像元变密度分解模型、三波段最大梯度差模型提取样地覆盖度信息,与地面实测覆盖度参量信息进行对比分析,探讨适宜的干旱区植被盖度野外监测方法及遥感模型。研究表明:对角线法及之字型法所获取参数可以满足样地总体植被覆盖度参数精度要求;地面验证结果表明:2006年线性混合像元分解模型所提取的覆盖度精度最高,为19.72%,与地面实测值20%最为接近,证明该模型可有效提取干旱区低覆盖度植被信息,但端元的正确选取较难,从而影响其运用;亚像元分解模型预测值为22.30%,高于实际覆盖度值,绝对误差为11.5%;而三波段最大梯度差法模型与实测值相差最大,绝对误差达到了-75%,说明该模型对于极端干旱区稀疏植被敏感度低。     

照相法测量冬小麦覆盖度的图像处理方法研究

植被覆盖度是重要的农学和生态学参数,对水文、生态、全球变化等研究具有重大意义。数码照相法作为一种方便快捷、精度较高的地面测量方式,在科学研究中得到了广泛的应用。目前照相法测量植被覆盖度的图像处理方法可以分为彩色空间判别法和图像分类法两类。通过对冬小麦覆盖度的连续监测,对不同植被分类判据进行了对比分析,结果表明基于RGB和HLS彩色空间算法的判据具有一致性。基于景合成模型的最大似然分类方法突破了传统分类方法将图像仅分为植被与非植被两类的限制,将图像分为叶片耀斑、光照叶片、阴影叶片、光照土壤和阴影土壤5个组分,具有较高的估算精度,可以作为照相法进行覆盖度估算的首选方法。     

青藏铁路(格拉段)修建对沿线植被生态系统及其弹性的影响

青藏铁路穿越区生态脆弱,铁路修建会对沿线区域植被造成破坏。为客观评价铁路修建对沿线植被生态系统的影响,基于1995-2014年覆盖青藏铁路沿线10 km范围的212景Landsat TM/ETM+影像,利用Fmask算法结合STARFM模型去除云、阴影及条带,得到30 m NDVI数据,最后通过一元线性回归和序贯t检验,对10 km区域的NDVI时空演变、稳态转变以及各植被生态系统弹性特征进行分析。结果表明:(1)20年间,青藏铁路沿线10 km范围内NDVI"稳中有升",与青藏高原NDVI变化相符,空间上呈"南高北低"的分布特征;北部区域NDVI变化相对稳定,NDVI下降区域集中在那曲—当雄。(2)将沿线10 km范围划分为7个缓冲区,发现铁路修建及附属设施占地对植被的破坏作用最明显,集中在青藏铁路两侧100 m内,并对青藏铁路沿线1 km范围内的植被生长有抑制作用,作用程度与铁路距离成反比。(3)城市及周边、河谷和牧区等人类活动较多的区域NDVI稳态转变最剧烈;各生态系统弹性大小依次为:裸地荒漠高山植被草原草甸灌丛湿地农田。湿地是最易受外界干扰而改变的类型,是保护的重点类型,而荒漠和裸地生态系统弹性最高,最不易改变,也是生态恢复的难点。     

石家庄市域近期植被变化及其驱动因素分析

利用2004年和2010年TM卫星影像数据,对石家庄市域范围的植被变化情况进行了研究,结果表明:石家庄的植被近期变化以改善为主。从时间变化看,在2004-2010年间,全市NDVI的平均值从0.470 7提高到了0.541 6;极低覆盖度、低覆盖度、中覆盖度和高覆盖度植被所占比例分别降低了0.12%、0.7%、4.77%和24.32%,而极高覆盖度的植被面积比例则增加了29.9%;从植被指数差值结果看,全市植被改善面积比例高达83.84%,植被退化面积比例仅为16.16%。从植被变化的区域差异来看,极低覆盖度减幅最大的区域是中部丘陵区和东部平原区;中、高覆盖度的植被盖度等级则以东部平原区减幅最大;西部山区与中部丘陵区这两个区域极高植被盖度等级面积的增加幅度都达5 500 hm2以上。从植被指数差值结果看,改善面积最大的是东部经济林发展区,其改善面积比例达到了91%,改善面积比例最小的为城郊城市林业区,该区域植被改善的面积比例为74.9%。从植被变化的驱动力来看,研究时段的暖干型气候变化特点对于植被的生长于发育十分不利,因此研究时段内植被改善的主导驱动力是人为因素,其中山区的天然林保护工程、退耕还林工程是山区植被变化的主因;平原与丘陵区的植被改善主要得益于该区域的林果产业的发展;城郊城市林业区的植被变化与城区绿化工程的实施与绿地面积的扩大关系最为密切。     

粤北石漠化过程土壤与植被变化及其相关性研究

粤北英德市岩背镇典型石漠化区在石漠化从轻度向极重度发展的过程中,土层厚度、土壤覆盖度和土壤有机碳含量均呈显著下降的趋势,土壤有机碳含量在石漠化初期下降幅度更大,而土层厚度、土壤覆盖度在石漠化发展的后期阶段下降程度更为明显;石灰岩植被随石漠化程度加重,向旱生和岩生方向演替,群落结构渐趋简单,植被盖度和现存生物量显著降低;除岩石裸露率与土层厚度、土被覆盖度、土壤有机碳、植被盖度和生物量都呈极显著的负相关关系外,其它各因子之间都呈显著性的正相关关系。     

伊金霍洛旗近15年来植被覆盖度的动态变化

植被状况是评价荒漠化地区荒漠化程度的重要指标,其中植被盖度是最为重要的植被表征.本文选择地处我国北方农牧交错区的内蒙古伊金霍洛旗,利用Landsat卫星遥感数据,基于植被指数,反演了这一地区1989年9月11日、1998年8月19日、1999年8月13日、2002年8月6日、2004年7月2日的植被盖度变化情况.通过分级比较发现,1989-1998年研究区植被覆盖度明显增加,1998-1999年植被覆盖度显著减少,1999-2002年植被覆盖度又明显增加,而2002-2004年植被覆盖度又有所减少.这种起伏变化表明:导致研究地区荒漠化发生和扩展的各种自然和人为因素并未根本消除,在局部地区荒漠化仍有恶化趋势.影响植被覆盖度变化的因素主要有三个方面:气候因素、土地利用政策和农业经济结构的优化调整.     

基于MODIS数据的济南市年最大植被覆盖度动态监测

植被覆盖度是反映地表植被覆盖状况的重要指标,也是衡量区域环境质量与水土保持情况的重要因子。以济南市MODIS数据为数据源,应用像元二分模型计算,获得济南市不同年份最大植被覆盖度。应用一元线性回归方法,通过数据统计,分析2001—2013年间济南市最大植被覆盖变化状况,并分析了主要变化驱动因子。结果表明:2001—2013年济南市最大植被覆盖度空间分布具有显著的区域性,大部分地区以稳定为主,局部地区变化较大;济南市植被覆盖度变化与降水的相关性较小,与气温的相关性较高,受人为影响大;植被覆盖度空间分布受地形影响:地势平缓地带,植被覆盖度与坡度负相关,在地势较高地区,植被覆盖度与坡度正相关。根据植被生长需求的特殊性,可以因地制宜、因时制宜地调整植被布局,改善济南市生态环境。     

内蒙古高原等地湖泊表层沉积物孢粉与植被覆盖度定量关系研究

过去植被覆盖度重建在长尺度气候模拟和陆地生态环境演变机制研究等方面具有重要意义。基于现代过程的孢粉—植被覆盖度转换函数研究，可为利用孢粉地层数据重建过去植被覆盖度变化提供一条新的途径。以内蒙古高原等地39个湖泊和7个水库中心的表层沉积物孢粉组合与归一化植被指数（NDVI）为研究对象，利用加权平均偏最小二乘法（WA-PLS）、局部加权加权平均法（LWWA）和最佳类比法（MAT）分别建立了孢粉—NDVI转换函数；通过留一交叉检验法、自助法和空间自相关性等检验，筛选出最优模型并应用于古地层孢粉数据，实现定量重建过去植被覆盖度变化。结果表明：MAT和WA-PLS模型均受到空间自相关性的显著影响，而LWWA模型则是建立孢粉—NDVI转换函数的最优模型。与已有类似转换函数表现能力的对比表明，本研究建立的转换函数具有较强的可靠性和应用潜力。基于本研究转换函数重建的内蒙古辉腾锡勒（HTL）区域全新世植被覆盖变化与孢粉重建的植被变化具有很好的一致性，进一步印证了本研究转换函数的较强潜力，均表现出对降水变化的响应更为显著。     

基于线性光谱分离技术的西藏乃东县土地覆被变化监测

青藏高原是全球气候变化研究关注的热点地区,也是中国生态保护的重点区域,其土地覆被变化研究对优化土地利用结构、改善土地覆被状况和生态环境具有重要意义。线性光谱分离技术是利用遥感手段监测土地覆被变化的有效方法。本文选取西藏乃东县为研究区,利用1988、2000和2010年三期Landsat TM、ETM遥感影像,采用线性光谱分离技术,定量提取了研究区三期影像中单个像元的植被、裸土、裸岩覆被率比例,同时将植被分量与NDVI结果进行对比分析。结果表明：①研究区山峦重叠,沟谷纵横,地表破碎,混合像元比例高,线性光谱分离技术可以很好地处理复杂地物的土地覆被变化;②1988-2010年间,研究区裸土面积下降幅度较大,植被覆盖率及裸岩覆盖率有所上升,说明本区植被得到一定的恢复,但同时石漠化也在进一步加剧;③通过对线性光谱分离的植被分量与NDVI结果比较,发现线性光谱分离技术对青藏高原土地覆被识别具有较好的适用性。     

Characteristics and changes of permafrost along the engineering corridor of National Highway 214 in the eastern Qinghai-Tibet Plateau

Due to a series of linear projects built along National Highway 214, the second "Permafrost Engineering Corridor" on the Qinghai-Tibet Plateau has formed. In this paper, by overcoming the problems of data decentralization and standard inconsistency, permafrost characteristics and changes along the engineering corridor are systematically summarized based on the survey and monitoring data. The results show that: 1) Being controlled by elevation, the permafrost is distributed in flake discontinuity with mountains as the center along the line. The total length of the road section in permafrost regions is 365 km, of which the total length of the permafrost section of National Highway 214 is 216.7 km, and the total length of the permafrost section of Gong-Yu Expressway is 197.3 km. The mean annual ground temperature (MAGT) is higher than -1.5 °C, and permafrost with MAGT lower than -1.5 °C is only distributed in the sections at Bayan Har Mountain and E'la Mountain. There are obvious differences in the distribution of ground ice in the different sections along the engineering corridor. The sections with high ice content are mainly located in Zuimatan, Duogerong Plain and the top of north and south slope of Bayan Har Mountain. The permafrost thickness is controlled by the ground temperature, and permafrost thickness increases with the decrease of the ground temperature, with the change rate of about 37 m/°C. 2) Local factors (topography, landform, vegetation and lithology) affect the degradation process of permafrost, and then affect the distribution, ground temperature, thickness and ice content of permafrost. Asphalt pavement has greatly changed the heat exchange balance of the original ground, resulting in serious degradation of the permafrost. Due to the influence of roadbed direction trend, the phenomenon of shady-sunny slope is very significant in most sections along the line. The warming range of permafrost under the roadbed is gradually smaller with the increase of depth, so the thawing settlement of the shallow section with high ice-content permafrost is more significant.     

基于MODIS温度的青藏高原多年冻土活动层厚度变化研究

基于MODIS温度数据,采用TTOP模型和Stefan公式模拟了青藏高原地区的冻土分布并计算了活动层厚度,并与地面观测结果进行了对比。结果表明：2003—2019年青藏高原多年冻土面积为1.01×10⁶ km²;多年冻土活动层厚度区域平均值为1.79 m, 活动层厚度区域平均的变化率为3.67 cm/10a,且草甸地区的变化率明显大于草原地区,5100~5300 m高程带的活动层厚度变化速率最大。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

考虑局地因素坡向影响的青藏高原工程走廊冻土分布与制图研究

通过Pearson相关性分析,选取对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向因子,结合走廊内2000—2010年29个钻孔点的地温监测数据,建立了年均地温与坡向、纬度和高程的关系模型。根据高原冻土工程地温分带指标,制作了工程走廊内符合实际的冻土分布图,由面积统计结果知:多年冻土区占整个区域的94.06%,其中,低温稳定带占多年冻土区面积的15.94%,主要分布在风火山和可可西里的高山基岩区;低温基本稳定带占16.97%,主要分布在风火山及可可西里丘陵地带;高温不稳定带占48%,主要分布于可可西里和北麓河盆地东缘;高温极不稳地带占19.09%,主要分布于北麓河盆地和楚玛尔河高平原。     

气候变化和工程活动对青藏铁路沿线植被指数时空变化的影响

基于1982—2015年的GIMMS NDVI3g+及同期气候数据,利用最大值合成法获得青藏铁路沿线直接影响区和生态背景区的年内NDVI最大值、年际NDVI平均值,对其进行了趋势分析、变异分析、气候相关分析和残差分析,部分结果用MODIS NDVI（2001—2018年）进行了验证。研究表明：① 青藏铁路年际NDVI高度响应气候变化和工程活动,即施工前主要响应气候变化,年际NDVI呈缓慢上升趋势;施工中主要响应工程活动,年际NDVI呈显著下降趋势;运营中响应气候变化和工程活动的综合影响,年际NDVI呈缓慢上升趋势。② 青藏铁路的工程活动对沿线植被有显著影响。即施工前直接影响区和生态背景区年际NDVI增长率相近;施工中直接影响区年际NDVI增长率低于生态背景区;运营中直接影响区年际NDVI增长率高于生态背景区。③ 研究利用时空不变量,剔除了植被覆盖的空间异质性分量、周期性绿度分量,甄别出了气候变化与工程活动的贡献量。     

Analysis about the influence on the thermal regime in permafrost regions with different underlying surfaces

In the last several decades, the underlying surface conditions on the Qinghai-Tibet Plateau have changed dramatically, causing permafrost degradation due to climate change and human activities. This change severely influenced the cold regions environment and engineering infrastructure built above permafrost. Permafrost is a product of the interaction between the atmosphere and the ground. The formation and change of permafrost are determined by the energy exchange between earth and atmosphere system. Fieldwork was performed in order to learn how land surface change influenced the thermal regime in permafrost regions. In this article, the field data observed in the Fenghuo Mountain regions was used to analyze the thermal conditions under different underlying surfaces on the Qinghai-Tibet Plateau. Results show that underlying surface change may alter the primary energy balance and the thermal conditions of permafrost. The thermal flux in the permafrost regions is also changed, resulting in rising upper soil temperature and thickening active layer. Vegetation could prevent solar radiation from entering the ground, cooling the ground in the warm season. Also, vegetation has heat insulation and heat preservation functions related to the ground surface and may keep the permafrost stable. Plots covered with black plastic film have higher temperatures compared with plots covered by natural vegetation. The reason is that black plastic film has a low albedo, which could increase the absorbed solar radiation, and also decrease evapotranspiration. The ＂greenhouse effect＂ of transparent plastic film might effectively reduce the emission of long-wave radiation from the surface, decreasing heat loss from the earth＇s surface, and prominently increasing ground surface temperature.     

2000—2019年中国西北地区植被覆盖变化及其影响因子

中国西北地区土地荒漠化问题严重,生态环境脆弱。厘清该地区植被覆盖时空变化特征及影响因子,对生态环境保护具有重要意义。基于MOD13A3数据,通过最大值合成法处理获得2000—2019年归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时序数据,采用趋势分析、Hurst指数法及地理探测器对研究区植被覆盖的时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明：（1）2000—2019年,研究区植被覆盖整体呈增长趋势,NDVI年增长速率为0.0027（P<0.05）,均值为0.252。空间分区年增长速率有差异,黄河流域片区（0.0062）>半干旱草原片区（0.0026）>内陆干旱片区（0.0018）。（2）研究区植被覆盖呈增长趋势的面积占55.77%,退化区域占3.76%,增长的土地利用类型以耕、林、草地为主。植被覆盖变化趋势具有持续性的区域面积占总面积的31.87%,其中持续性改善面积（17.04%）大于持续性退化面积（1.27%）,黄河流域片区增长情况及持续性增长情况最优。（3）影响植被覆盖空间分布的主要因子按影响力依次为降水、气温、日照、相对湿度,但对各分区的影响程度略有差异。黄河流域片区、内陆干旱片区空间分布受降水影响最大,半干旱草原区受日照影响最大。（4）研究区植被覆盖变化以自然因子与人类活动共同驱动为主,自然因子对植被生长的促进作用大于人类活动,且自然因子对植被覆盖变化的贡献率更高。本研究结果可为评估气候变化背景下西北地区生态环境变化提供参考。     

1999—2010年中国西北地区植被覆盖对气候变化和人类活动的响应

中国西北地区气候干旱,频繁出现沙尘天气,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,研究其变化对改善西北生态环境具有重要意义.本文利用1999—2010年归一化植被指数(NDVI)以及气象数据研究中国西北地区植被覆盖时空变化,以Sen趋势度结合Mann-Kendall检验、相关和偏相关分析以及残差法分析人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响.结果表明:西北地区植被覆盖整体呈增加趋势,但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长.植被变化强度空间差异是人类活动和气候要素共同作用的结果:气温高,降水少,大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间;蒸发量大于降水量,人类引水灌溉弥补降水不足,使得农业植被呈增长趋势.新疆北部地区植被覆盖呈下降趋势,原因是气候干旱、沙漠化严重会抑制植被生长,人类活动频繁、城市扩建同样会破坏植被生长.     

1992—2020年横断山区植被分布与植被活动变化

横断山区位于青藏高原东缘和多条重要江河的上游,是全球生物多样性最丰富的地区和生态保护的优先区域之一,区域植被对维系区域生态安全和可持续发展起着十分重要的作用。20世纪90年代以来,中国在横断山区实施了多项重大生态恢复和建设工程,但囿于资料和调查不足,对于横断山区全域性、长时段的植被变化及其与海拔关系研究相对较少。鉴此,本文结合使用1992—2020年间多种基于卫星遥感资料生产的土地覆被数据和2000—2020年间MODIS的归一化植被指数（NDVI）数据,采用转移矩阵、Theil-Sen Median趋势分析与偏相关分析等方法研究不同植被类型转换、植被覆被面积与平均海拔变化关系以及植被活动的时空变化趋势,并分析时空变化的主要影响因素。结果表明：① 横断山区分布最广泛的植被类型是常绿针叶林与灌丛—草地镶嵌类型。植被发生变化的区域集中分布在河谷和南部低海拔区域,草地多向森林特别是常绿针叶林转换,植被覆被逐渐向好。这表明封山育林、植树造林、退耕还林等生态保护政策起到重要积极作用。时间序列数据显示,植被覆被面积变化剧烈的时期往往处在政策实施的起始阶段。② 植被活动整体呈现增强趋势。在植被类型未变化的区域中,75%以上区域植被活动增强,其中超20%的区域显著增强（P < 0.05）,且森林植被活动增强趋势大于草地。③ 对植被活动影响较大的环境因子主要是气候变化和地形条件。尽管大部分区域植被活动受气候变暖影响而增强,但在干热河谷的植被活动明显受到降水减少的限制。有近1/4面积的植被活动在减弱,主要分布在山地东坡或南坡,或与降水较多、山高坡陡而造成滑坡、泥石流等自然灾害有关。这些发现可为横断山区生态保护政策效益评估、自然灾害综合风险评估和未来气候变化影响下的植被变化预测提供参考。