基于无人机和卫星遥感影像的升金湖草滩植被地上生物量反演

湿地植被地上生物量是衡量湿地生态系统健康状况的重要指标,对于珍稀水禽越冬繁殖、全球碳循环、生态净化具有重要意义,是生态学与遥感解译的研究热点之一.针对于地上生物量的测算,卫星遥感数据覆盖范围广但其空间分辨率较低,无人机遥感数据空间分辨率高但采集范围小,同时受湿地面积、观测系统及外界环境等条件的影响,使得遥感影像地上生物量反演更加复杂和困难.本研究基于无人机和高分一号数据对升金湖草滩植被地上生物量反演进行研究,结合升金湖保护区4个样区无人机可见光影像与相应样区实测样本数据,建立地上生物量与可见光波段、多种可见光植被指数的线性、幂函数、多项式、对数回归模型,并通过可决系数（R²）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）对模型进行精度评价,选择最优模型对无人机影像进行地上生物量反演;通过可见光波段反演得到的生物量,与高分一号WFV归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）影像相结合进行回归建模,获取整个升金湖草滩植被地上生物量分布.结果表明,利用无人机红光波段建立的多项式方程对地上生物量反演有着最高模拟精度,R²=0.86、预测精度MAE=111.33 g/m²、RMSE=145.42 g/m²,且红光波段生物量反演方法得到的结果与实际生物量分布一致性较高,高分一号WFV NDVI与无人机反演生物量构建的多项式模型为最优模型,R²为0.91.本研究利用无人机和高分一号数据进行生物量反演研究,整合多源遥感数据优点,以获取更加丰富和准确的信息,进而提高地上生物量反演精度,为湿地监测和湿地恢复管理提供数据和技术支撑,具有重要研究意义和应用价值.     

鄱阳湖自然保护区植被生物量时空变化及水位影响

基于时间序列Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)植被指数,结合野外实测生物量及水文气象等数据,分析了2001 2010年退水期鄱阳湖国家自然保护区湿地植被生物量的空间格局及其时间变化规律,并在此基础上探讨了水位变化的影响.研究结果表明:(1)湿地植被生物量密度多年均值处于0~1402 g/m²之间,除蚌湖四周生物量沿湖心向四周逐渐升高外,其他区域呈现南高北低的分布格局,且其分布与研究区高程密切相关;(2)湿地植被生物量密度多年均值在退水初期为901 g/m²,随时间变化先上升后降低;植被分布面积则随着滩地出露而逐渐增大,随后基本稳定;总生物量呈现单峰变化,在11月初达到最高值.2001 2010年研究区年均生物量变化呈现波动状态,多年均值为18.3×10⁷kg;最高出现在2006年,达到28.2×10⁷kg,2010年最低,仅有8.37×10⁷kg;(3)年均生物量与洲滩出露天数以及植被分布面积呈显著正相关,相关系数分别为0.719和0.865.水位变化为湿地生物量变化的重要影响因素.     

新疆艾比湖主要入湖河流同位素及水化学特征的季节变化

通过野外调查取样和室内测试分析,利用水文化学以及氢氧稳定同位素技术,分析艾比湖主要入湖河流氢氧同位素及水化学的组成特征,并探讨其季节性变化.结果表明：地表水水质指标高值多出现于博乐市、温泉市和精河县及艾比湖湿地附近,主要污染为水体富营养化、工矿业污染以及有机质污染,其污染程度夏、秋季高于春、冬季.河水的δ¹⁸O与δ²H存在明显的线性关系,其相关指数为夏季（R²=0.99） > 春季（R²=0.98） > 秋季（R²=0.96） > 冬季（R²=0.90）,均沿当地大气降水线分布,受西北干旱区强烈的蒸发作用影响,各季节河流斜率均小于8,氘过量参数值多为正值.博尔塔拉河与精河地表水体δ¹⁸O值整体上表现为沿流程逐渐偏正的趋势,博尔塔拉河水体氢氧同位素与高程相关指数表现为春季（R²=0.70） > 冬季（R²=0.57） > 夏季（R²=0.45） > 秋季（R²=0.30）,精河因其海拔差异不大,流程简短,与高程相关性低.博尔塔拉河和精河氢氧同位素与氯化物、硫酸盐、五日生物需氧量等指标间存在相关性,且在夏、秋季最大,相关系数R>0.75,与总磷、Cu²⁺、色度、浊度等指标基本都不显著相关,相关系数R<0.25.     

近60年来白洋淀流域河川径流演变及湿地生态响应

白洋淀是雄安新区的核心生态功能区,近几十年来面临水源不足、湿地萎缩等生态环境问题.选取白洋淀流域上游王快、西大洋及拒马河3个子流域开展河川径流演变研究,结合1969年以来18期白洋淀湿地遥感影像,揭示白洋淀流域河川径流驱动湿地演变的过程机制.结果表明：近60年来白洋淀流域山区径流量呈持续衰减趋势,从P1阶段（1961—1979年）至P3阶段（1997—2019年）,典型子流域年径流系数均值由0.29降至0.12,山区年径流总量由30.84×10⁸ m³/a降至11.37×10⁸ m³/a,降幅达63.1%,梯田修建、地下水开采等人类活动是导致径流衰减的主要原因;不同子流域产流和基流减少对径流衰减的贡献率存在差异,以变质岩为主的王快子流域径流衰减的主要原因是地表产流减少,碳酸盐岩分布较广的拒马河子流域径流衰减的主要原因是基流减少;白洋淀湿地面积变化受控于地表水位波动,近60年来白洋淀湿地退化的直接原因是入淀流量减少,根本原因是人类活动影响导致的山区径流衰减.     

亚高山湿地摇蚊亚化石记录的近两百年来环境演化——以重庆葱坪湿地为例

偏远的亚高山湿地受人为活动直接干扰较小,是追踪气候变化和大气沉降双重影响下湿地生态系统演化的理想研究地.本研究以位于巫山的葱坪湿地为研究对象,基于一根50 cm沉积岩芯的²¹⁰Pb和¹³⁷Cs测年、摇蚊亚化石和元素序列,探讨该湿地近200年来环境演化历史.结果表明,摇蚊种群由1910年之前的Chironomus anthracinus-type、Limnophyes sp.、Cladotanytarsus mancus-type 1变为1910-1925年的C.mancus-type 1、C.anthracinus-type、Procladius sp.和Endochironomus impar-type的优势组合,这些优势种均指示浅水环境.此后,耐营养种E.impar-type、Polypedilum nubeculosum-type和C.anthracinus-type逐渐成为优势种.冗余分析表明,总磷、总碳和钙是解释摇蚊组合变化的显著环境因子.20世纪30年代以前摇蚊种群可能与进入湿地的径流量小、水位较低相关,而20世纪中叶以来摇蚊组合变化指示大气沉降增长背景下湿地营养富集过程.在大气沉降和气候变化的双重影响下,耐营养属种增加和生物多样性降低表明葱坪湿地生态环境正发生退化.     

入湖河口湿地四种植物群落类型的土壤氮素空间分布特征

对江苏省溧阳市大溪水库的洙漕河河口湿地中香蒲、水蓼、灯心草和芦苇四种植物生物量、氮含量及植物群落的土壤氮素分布特征进行研究,结果表明:四种植物地上生物量、地上组织氮含量、地下生物量、地下组织氮含量存在显著差异;土壤烧失量(LOI)、总氮(TN)、硝态氮(NO₃^--N)在垂直分布上表现为由表层向下减少的总体分布趋势,铵态氮(NH₄⁺-N)浓度的剖面变化呈现先减少后增加的趋势;四种植物群落土壤氮浓度各不同,但均大于对照,以有机氮为主,说明湿地具有一定的储氮能力;不同的植物群落影响湿地氮素的分布.相关性分析显示,土壤LOI与TN、NO₃^--N和NH₄⁺-N均存在极显著相关性,无机氮构成比例较小,仅为1.41%,表明土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在;土壤氮浓度与植物生物量及组织氮含量相关性不大,说明土壤氮形态浓度不仅受到植物生长的影响,同时也可能受到植物根区环境、微生物数量与活性等的影响.     

基于CART模型的鄱阳湖草滩苔草分布与水位波动要素关系

水位波动对鄱阳湖草滩湿地的形成与分布至关重要,但不同要素对湿地植物种的具体影响不尽相同.本研究以湿地优势植被苔草群落为研究对象,通过环湖区样带设置和植被调查得到较大尺度上的苔草分布数据,以不同水文站水文数据结合湖区DEM插值得出各样点水位波动要素数据：年内最大水位差R,年内淹没出露频次F,年平均水位M,最长淹没的出露日期D,年内总出露时间T,用CART模型进行分析.结果表明：1）影响鄱阳湖区草滩湿地苔草群落分布的最直接的水位波动要素为T和R;2）年内总出露时间大于84天（T ≥ 4.619）,年极差水位大于11.3 m（R ≥ 10.41）时,苔草群落的综合分布情况最佳.进一步探讨认为：其他水位波动要素未能被CART模型选为分类依据,可能是因为彼此之间存在相关性;高程决定植被分布,实际上是多种水位波动要素综合影响的结果,精度要求不高时,可以用高程替代水位波动各要素进行简略分析.本研究相关结论可以为鄱阳湖控湖工程今后的运行,提供一定的参考,以维持草滩湿地生态系统的稳定,更好地实现其生态价值.     

北美休伦湖沙金湾中沉积物反硝化率的测定及其特征

It have been measured the denitrification rates (DR) of sediment in Saginaw Bay, Lake Huron, by N₂ production method. Triplicate samples of sediment core were collected at two GLERL long-term monitoring sites of the Bay in July and August of 1995. The DR are 48.81 -24.99 and 32.81-40.51 micromol N₂ ^-2h^-1 in the Inner and Outer regions of Saginaw Bay, respectively.The characters of DR in Saginaw Bay were studied also in this paper. The DR were influenced by the interactions between the Saginaw River as a main pollution source and the Lake Huron as a reservoir of high quality water. The impacts of zebra mussels (Dreissena Polymorpha) on denitrification in Saginaw Bay, Lake Huron, were discussed, Significant differences in NH₄⁺ exchange fluxes were detected in the inner and outer bays. The molar ratios of N₂:TIN were similar at both sampling sites. Measured DR were positively correlated to O₂ consumption rates in the headspace. Additionally, a negative correlation between NH₄⁺ and NO₃^- concentrations in the overlying water was found.     

近三百年来洪泽湖演变过程及其原因分析

洪泽湖是淮河水系中最重要的湖泊之一,是我国的第四大淡水湖,它在防洪、灌溉、航运、跨流域调水以及水资源与水环境保护等方面发挥着重要作用.过去300年来,由于黄淮关系的演变和人类活动的影响,洪泽湖水域面积发生剧烈变化.研究湖泊水域空间变化有助于认识流域环境变化与人类活动影响.本文利用18世纪初以来的古地图、历史文献资料及1981-2016年期间的7期遥感影像数据,采用遥感和地理信息系统技术相结合的方法,分析了近300年来洪泽湖水域时空演变过程及其原因.研究结果表明：过去300年来,洪泽湖面积总体呈减少趋势,年际缩减速率为0.17%,且湖域范围总体表现为由四周向中心缩小的趋势,其中西南湖域的形态变化最为显著.具体而言,清中期以前,黄河多次夺泗入淮,洪泽湖面积变化受黄淮关系、高家堰等水利枢纽的修建以及降水等因素影响.至清末,洪泽湖面积由3078.78 km²下降至2335.73 km²,共减少743.05 km²,其空间形态也发生了剧烈变化,该时期黄河改道、降水以及人口增长导致的湖滨围垦是影响洪泽湖演变的主要原因.建国以来（1949-2016年）,洪泽湖面积进一步缩小,由1757.60 km²下降至1488.43 km²,共减少了269.17 km²,其中1995-2000年间湖泊面积下降最为显著,共减少了281.43 km²,湖泊动态变化度达到2.78%,该时期自然因素对湖泊水域面积的影响减弱,而人口增长、围垦及水利工程的修建等人类活动逐渐成为影响洪泽湖演化的主导因素.     

2022年第4期封面

麦地卡湿地,位于西藏自治区拉萨河源头地区,面积435km² ,平均海拔4900m,属高原湖泊沼泽草甸湿地, 是黑颈鹤等多种珍稀鸟类的迁徙走廊和栖息地．2005 年被列入《国际重要湿地名录》.     

1991年太湖地区洪涝灾害评估与人类活动的影响

1991年6、7月间,太湖地区遭受特大洪涝灾害,受灾面积达3309km~2,直接经济损失达106亿元。梅雨暴雨是造成这次洪灾的直接原因,短时间内,降雨量达899mm,为100—200年一遇,超过该地区的承受能力。人类活动对加重灾情亦有着重要影响,包括:围垦与泥沙淤积,使河湖调蓄功能下降;太湖出口河道74.6％被封淤堵死,致使太湖水位达4.79m,超过历史最高记录;圩外面积减少及城市化发展等。治理对策包括充分发挥河湖调蓄功能;合理安排圩外调蓄流量,打通骨干排水河道及城市防洪系统建设等。     

太湖流域省市边界圩区建设问题初探

太湖流域的苏、浙、沪边界地区地处太湖流域下游,地势低洼,水网纵横,是太湖流域洪涝威胁最严重和水环境恶化地区,同时因为地处省市行政区边界,水利矛盾极为突出.解决好边界圩区问题,有利于减轻流域洪涝灾害,促进水资源保护,水环境恢复.本文分析了太湖流域二省一市边界圩区的发展历史和现状,归纳了边界圩区的格局和特点.考虑到防洪、水资源、水环境的影响,从圩区面积、圩内水面率和圩堤线长度几个方面对边界圩区做了研究,给出了边界圩区合适的圩区规模和圩内排涝动力,在此基础上,就边界圩区的建设提出了建议.研究表明,边界圩区的理想规模是400-533hm2,排涝模数为0.83m3/(s·km2).圩区建设应该局部服从整体利益,采用有效的协商机制解决边界圩区的矛盾.     

洪湖湿地生态系统演变及稳态转换关键驱动因子阈值研究

利用1990—2020年洪湖水环境监测数据和2011—2020年洪湖沉水植物调查数据,探讨洪湖湿地生态环境演化规律,识别稳态转换关键驱动因子并确定其阈值。研究结果表明:1990—2020年以来洪湖水质变化主要总结为5个阶段和3个时期,整体上呈现出不断恶化的趋势;2011—2020年以来洪湖沉水植物Margalef物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson和Pielou均匀度指数分别降低32%、59%、60%和46%,特别是2016年洪涝灾害后沉水植物出现严重衰退;洪湖生态系统发生稳态转换的关键时期是2002和2011年,总磷是洪湖湿地生态系统稳态转换的关键驱动因子;清水态向浊水态转换的总磷阈值为0.092 mg/L,浊水态向清水态转化的阈值为0.051 mg/L。本研究可为洪湖入湖污染负荷削减量估算提供参考,为洪湖湿地生态修复的营养盐优先控制策略提供指导。     

1974-2017年洪湖湿地自然保护区景观格局演变及驱动力分析

利用Landsat系列遥感影像数据（1974、1979、1984、1990、1996、2001、2006、2009、2014和2017年）解译得到的土地利用/土地覆盖变化（LUCC）结合研究区44年的气温、降水量、水位等气象水文数据,构建LUCC经验统计模型和计算景观格局指数,探讨1974-2017年洪湖国家级自然保护区景观格局变化的主要驱动因素.研究结果表明：土地利用强度指数由1974年的207增加到2017年的249.36,人类开发利用湖滨带的程度增强,到2017年约有30%的自然湿地转化为坑塘、农田和滩地及建设用地.不同地表覆盖类型的景观格局指数均发生了较大变化,2000年以后湖滨带逐渐形成了以养殖为主的低矮围景观.总体上景观趋于破碎化、连通性降低、稳定性变弱.洪湖湿地自然保护区土地利用强度指数与景观格局综合指数呈较显著的正相关,两者的相关系数为0.84,土地利用强度增加则景观更加破碎、斑块之间的连接程度减弱、区域的景观聚集度下降和景观异质性增加.总体而言,洪湖湿地自然保护区受人为干扰影响明显,开展封湖育草自然恢复与建立植被恢复示范区相结合,构建自湖滨至湖心的梯度变化完整的湿生植被-挺水植被-漂浮植被-浮叶植被-沉水植被的水生植物群落,退耕还草、退垸还湖、修复湖滨带植被,大幅度提高洪湖的自净能力,增加其水生植物多样性,实现湿地的有效修复,改善其结构和功能,维系洪湖湿地生态系统的平衡.     

1990s以来气候变化和人类活动对洪湖流域径流影响的定量辨识

为针对性地提出洪湖流域水资源适应与应对气候变化和人类活动影响的措施,保护洪湖流域生态资源,促进其可持续发展,采取分布式水文模型SWAT定量辨识了1990s流域城镇快速发展以来气候变化和人类活动对洪湖流域地表径流的影响程度.结果表明:近20年来,人类活动是洪湖流域地表径流减少的主要原因,其影响量占径流减少量的63.72%,气候变化的影响占36.28%.但不同阶段人类活动与气候变化对流域径流影响的程度不同,1990s气候变化对流域径流的影响量高于人类活动,2000s气候变化对流域径流的影响量低于人类活动,近20年来的水土保持措施已经发挥了较好的径流调节和保水效益.     

Multiple-indicator study of the response of groundwater recharge sources to highly turbid river water after a landslide in the Tedori River alluvial fan,Japan

The large volume of groundwater stored in the Tedori River alluvial fan, Ishikawa Prefecture, Japan, is an important source of local drinking and industrial water. The Tedori River was observed to be highly turbid from the beginning of May 2015 to at least November 2017 due to a landslide in the upper reach of the river. After the landslide, the groundwater level was drawn down by several to 10 m near the middle river section during paddy irrigation periods in 2015 and 2016. This study addresses the impacts of the highly turbid water on groundwater recharge from the river and paddy fields. In 2016, we sampled groundwater, river water, paddy irrigation water, paddy ponding water, and precipitation five times at 2-month intervals. We analysed the H, O, and Sr stable isotopic compositions and major dissolved ion (and Sr) concentrations and compared our data to previous data obtained in June 2011. Ca, Sr, Cl, SO₄, and TN concentrations and δ¹⁸O values were higher in June 2016 than in June 2011; these increases were more extreme along the left bank of the Tedori River than along the right bank. We explored the mixing of Tedori River water with groundwater using a two-endmember mixing model based on their Sr concentrations and isotopic compositions. Compared to June 2011, mixing ratios were decreased near the Tedori River in 2016, and larger decreases were observed along the left bank and in the middle stream area. These results confirm that the contribution to groundwater recharge from the river decreased during the turbidity event, particularly along the left bank.     

Prediction and prevention of the impacts of sea level rise on the Yangtze River Delta and its adjacent areas

The Yangtze River Delta region is characterized by high density of population and rapidly developing economy. There are low lying coastal plain and deltaic plain in this region. Thus, the study area could be highly vulnerable to accelerated sea level rise caused by global warming. This paper deals with the scenarios of the relative sea level rise in the early half period of the 21st century in the study area. The authors suggested that relative sea level would rise 25 50 cm by the year 2050 in the study area, of which the magnitude of relative sea level rise in the Yangtze River Delta would double the perspective worldwide average. The impacts of sea level rise include: (i) exacerbation of coastline recession in several sections and vertical erosion of tidal flat, and increase in length of eroding coastline; (ii) decrease in area of tidal flat and coastal wetland due to erosion and inundation; (iii) increase in frequency and intensity of storm surge, which would threaten the coastal protection works; (iv) reduction of drainage capacity due to backwater effect in the Lixiahe lowland and the eastern lowland of Taihu Lake region, and exacerbation of flood and waterlogging disasters; and (v) increase in salt water intrusion into the Yangtze Estuary. Comprehensive evaluation of sea level rise impacts shows that the Yangtze River Delta and eastern lowland of Taihu Lake region, especially Shanghai Municipality, belong in the district in the extreme risk category and the next is the northern bank of Hangzhou Bay, the third is the abandoned Yellow River delta, and the district at low risk includes the central part of north Jiangsu coastal plain and Lixiahe lowland.     

Simulating the water budget of a Prairie Potholes complex from LiDAR and hydrological models in North Dakota,USA

Abstract

Hydrological processes of the wetland complex in the Prairie Pothole Region (PPR) are difficult to model, partly due to a lack of wetland morphology data. We used Light Detection And Ranging (LiDAR) data sets to derive wetland features; we then modelled rainfall, snowfall, snowmelt, runoff, evaporation, the “fill-and-spill” mechanism, shallow groundwater loss, and the effect of wet and dry conditions. For large wetlands with a volume greater than thousands of cubic metres (e.g. about 3000 m³), the modelled water volume agreed fairly well with observations; however, it did not succeed for small wetlands (e.g. volume less than 450 m³). Despite the failure for small wetlands, the modelled water area of the wetland complex coincided well with interpretation of aerial photographs, showing a linear regression with R² of around 0.80 and a mean average error of around 0.55 km². The next step is to improve the water budget modelling for small wetlands.

Editor Z.W. Kundzewicz; Associate editor X. Chen

Citation Huang, S.L., Young, C., Abdul-Aziz, O.I., Dahal, D., Feng, M., and Liu, S.G., 2013. Simulating the water budget of a Prairie Potholes complex from LiDAR and hydrological models in North Dakota, USA. Hydrological Sciences Journal, 58 (7), 1434–1444.     

1990—2019年咸海水量平衡及其影响因素分析

咸海地处中亚,气候和人类的双重影响下湖面急剧萎缩引发区域生态危机,定量解析其水量平衡互动关系及影响因素对咸海地区水资源管理和生态保护有重要意义.基于1990—2019年密集时序Landsat影像、T/P卫星、Jason1/2测高卫星及咸海数字测深模型（DBM）,提取近30年咸海面积、水位变化信息,重建咸海水位-面积-库容曲线,探明咸海水量变化特征;建立水量平衡模型,定量分析研究区水量平衡要素变化及时空差异,探讨其互动关系与影响机制.结果表明：（1）1990—2019年间,咸海水量减少了2271.6×10⁸ m³（约75.15%）,年平均变化率达-78.3×10⁸ m³/a;南咸海水量变化趋势与咸海整体基本一致,北咸海除1999年出现了极小值外,其余年份水量变化趋势均呈波动上升状态,至2019年水位已恢复至1984年水平.（2）1990s以来,南、北咸海水量平衡结构变化时空差异显著,阿姆河入湖径流量呈波动减少趋势,随着咸海持续退缩水体蒸发不断减小,区域水量支出收入比由1990年的2.46降低到2015年的0.87;近年来丰水年份南咸海地下水可由亏损转化为盈余状态,水域变化进入相对平缓的状态.北咸海入湖径流量波动增加,蒸散发随水域面积增加而增加,1990s初以来水量收入超过水量支出,区域地下水盈余,湖泊水位不断抬升.（3）湖区尺度上,入湖径流量和水域蒸发量是咸海水量变化的主导因素.流域尺度上,气候变化与人类活动共同影响咸海入湖水量,南咸海入湖水量与阿姆河上游来水、流域耕地面积显著相关,而北咸海入湖水量主要与锡尔河上游来水相关.     

Geographical characteristics of China’s wetlands derived from remotely sensed data

In this paper, we report the first wetland mapping of the entire China using Landsat enhanced thematic mapper plus (ETM+) data. These data were obtained from the Global Land Cover Facility at the University of Maryland spanning from 1999 to 2002. A total of 597 scenes of Landsat images were georeferenced and mosaiced. Manual image interpretation of satellite images was aided with elevation data, soil data, land cover/land use data and Google Earth. The minimum mapping unit is 10 pixel × 10 pixel, equivalent...