半干旱典型风沙区植被覆盖度演变与气候变化的关系及其对生态建设的意义

中国北方四大沙地（毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地）是半干旱地区荒漠化发展的典型地区和荒漠化防治的重点区域。分析四大沙地植被覆盖度的时空演变规律及其对气候要素的响应机制,对保护北方生态脆弱区的生物多样性与生态安全具有重要意义。基于1998—2018年SPOT-VEGETATION的植被覆盖度指数（NDVI）数据,结合相应气候资料数据分析发现：四大沙地NDVI年际波动较大,毛乌素沙地和科尔沁沙地植被覆盖度总体趋于好转态势,分别有75.22%和42.06%的面积植被得到改善,而浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地植被覆盖度呈非显著下降趋势,其发生植被退化的面积比例分别为60.04%和51.4%。结合极端气候指数分析表明,呼伦贝尔沙地NDVI与持续湿润指数（CWD）的正相关系数最高（r=0.429）,而浑善达克沙地NDVI与持续干旱指数（CDD）的负相关系数最大（r=-0.264）,表明呼伦贝尔沙地和浑善达克沙地植被分别对持续湿润和持续干旱事件响应最为敏感。基于不同沙地的植被变化驱动分区,建议在毛乌素沙地非气候驱动区域继续实施禁牧封育和飞播造林技术,而在气候驱动区域主要采取封育措施;在浑善达克沙地实施生态移民和“以地养地”模式;对科尔沁沙地的疏林草原应采取严格的封育措施;在呼伦贝尔沙地要坚持生物措施与工程措施相结合,形成“外围封禁、边缘治理、内部发展”的生态发展格局。     

基于逻辑回归模型的环北京地区土地退化态势分析

以环北京地区为研究区域,从土地利用类型变化和农用地质量下降两个方面分析了环北京地区土地退化状况,并利用逻辑回归模型分析了土地退化与气候、地貌、植被、土壤、人口、土地利用变化、社会经济因子之间关系,探讨土地退化的发展趋势。研究结果表明,风蚀土地是环北京地区土地退化的主要类型,主要分布在监测区内蒙古高原西北部、坝上高原北部及阴山北部地区,从监测区的西北到东南方向,土地退化数量逐渐减少;由牧草地退化而增加沙地是土地利用类型变化造成退化的重要类型,主要集中在浑善达克沙地监测区。基于建立的沙地增加、风蚀土地和水蚀土地逻辑回归模型,年均降雨量和土壤有机质对环北京地区沙地增加的影响最强,沙地增加最可能的区域将主要分布在浑善达克沙地的边缘地带和科尔沁沙地的东部区域;NDVI和土壤有机质对环北京地区风蚀土地影响最强,风蚀土地最可能发生的区域集中在浑善达克沙地南部;NDVI、坡度和土壤湿度对环北京地区水蚀土地影响最强,水蚀土地最可能发生的区域集中在监测区的东南部,并且所预测的最可能发生土地退化的区域与已存在的退化土地区域具有一定的相关性。通过以上分析,最后提出了环北京地区生态环境建设的建议。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

浑善达克沙地植物群落主要类型与特征

浑善达克沙地植被在维护草原与沙地生态系统稳定、保护京津冀地区生态安全方面发挥着重要作用。因水分条件的不同,浑善达克沙地植被从东到西具有明显的地带性,物种组成和群落结构差异明显。本研究在野外样方调查的基础上,对浑善达克沙地不同降水条件下的植被类型进行了划分,分析了不同水分条件下群落的物种组成和多样性特征。结果表明：（1）浑善达克沙地植被类型丰富,可划分为5个植被型组、12个植被（亚）型、27个群系。（2）物种组成多样,共有维管植物46科149属256种,草本植物占75%以上。（3）东西部空间差异明显,由东部的疏林草原、中部的典型草原向西部的荒漠草原过渡。中东部优势科为菊科、禾本科、豆科等,西部的优势科为苋科和禾本科。     

天然固定沙地与人工固沙植被区土壤种子库的比较研究

土壤种子库是退化生态系统植被恢复重建的重要基础,研究土壤种子库特征对于阐明退化生态系统受损与恢复机理具有重要的科学意义。通过野外土样采集、野外种子萌发定位跟踪调查和室内周期性种子萌发实验,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区和天然固定沙地的土壤种子库特征进行了对比研究。结果表明：人工固沙植被区土壤种子库包含21个物种,分属于8科;天然固定沙地土壤种子库有33种植物,属于11科。人工固沙植被区以一年生植物为主,天然固定沙地以多年生植物为主。人工固沙植被区的种子总密度明显低于天然固定沙地,但不同物种种子的密度变化存在显著差异。人工固沙植被区的物种丰富度和多样性指数均较天然固定沙地低。人工固沙植被区和天然固定沙地的土壤种子库与地上植被物种的相似性系数分别为0.73和0.71。尽管人工固沙植被区土壤种子库存在少量多年生植物种子,但仍未发展到以多年生草本植物为主的群落演替阶段,说明人工固沙植被区的植物多样性恢复尚需要漫长的过程。     

淡水森林湿地植被恢复模式研究:以安庆市为例

随着我国长江中下游地区淡水森林湿地面积的急剧减少,退化森林湿地的植被恢复对保障长江流域的生态安全至关重要。在我国安徽安庆市湿地生态脆弱区,根据该地区的土壤类型以及森林湿地木本植物资源,筛选出6种湿地适生树种,分别为枫香、美洲黑杨、中山杉、垂柳、金丝垂柳、池杉;建立了3种淡水森林湿地植被恢复多物种配置模式,取得了较好的生态、经济和社会效益,为全球变化背景下我国长江中下游地区退化淡水森林湿地植被恢复和重建提供了科学依据和技术支撑。     

浑善达克沙地沉积物粒度特征及其指示意义

沙漠/沙地中沉积物的粒度是物源及各种地表过程长期作用的结果。研究沉积物粒度特征对认识沙漠/沙地形成演变和防沙治沙具有重要意义。本文对浑善达克沙地不同类型沉积物进行了详细采样,对其进行粒度和端元分析。结果表明,浑善达克沙地风成沙受风力分选作用影响,平均粒径和分选系数沿盛行风向存在显著变化趋势。偏度和峰度的空间格局较为复杂,可能与局地物源、沉积环境和植被覆盖等因素有关。端元分析结果显示,风成沙含有6个端元（EM）,其中EM1与沙地西部湖相沉积露头有关;EM2来自松散的河湖相沉积物,在风力作用下呈现显著空间变化;EM3是风成沙的主要物质来源,与河流携带的碎屑物质有关;EM4可能来源于周围山体的冲洪积物;EM5和EM6粒度最粗,与间冰期河湖相沉积物中的粗粒组分相似。浑善达克沙地沉积物粒度特征表明,风成沙主要来自沙地附近不同时期的河湖相沉积物,远源贡献较少。沙地西部是风成沙的主要源区,在风力作用下较细组分的风成沙向沙地中东部运移,而沙地南缘和东缘河流也为其邻近区域贡献了沙源。本文研究说明,通过高密度采样并结合端元分析,沉积物粒度可解决地表过程复杂的沙漠地区风沙物源识别问题。     

基于文献分析的土地退化评价指标研究

中英文献综合统计,土地退化评价应用频次较高的指标有植被盖度、坡度、经济收入水平、有机质含量和土地利用类型等;土壤侵蚀应用频次较高的有植被因子、坡度、地貌类型、有机质含量和土地利用类型等;沙化有植被覆盖度、沙地占地率、土地利用类型、有机质含量、人口数量等。土地退化、土壤侵蚀和沙化遥感监测指标也集中在植被盖度、坡度、土地利用类型等指标。     

浑善达克沙地植被变化定量归因及多情景预测

在未来全球变化的背景下,我国干旱和半干旱区域植被更加敏感,平衡经济发展和环境保护仍面临重大挑战,而对干旱和半干旱区的植被进行动态监测和影响评估是一项十分必要的工作。通过分析2000—2020年浑善达克沙地归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）时空变化特征,识别导致研究区NDVI变化的驱动机制和主要的驱动因子,采用情景分析探讨其植被未来变化的轨迹。结果表明：过去20 a间,浑善达克沙地NDVI呈现波动上升趋势;放牧是影响此地区植被变化的主要因子,但放牧对其NDVI变化的影响力有逐渐减弱的趋势;情景模拟显示,浑善达克沙地虽然向恢复方向发展,但因其脆弱的生态环境,使得其植被仍受到人类活动和气候变化的胁迫。研究结果为浑善达克沙地的生态恢复和生态建设工作提供一定的理论支持,并根据当地的实际情况提出相应的对策与建议。     

甘肃省张掖市黑河流域中游典型退化湿地植被特征及生态恢复技术

对甘肃省张掖市黑河流域中游典型退化湿地植被特征进行了研究,分析了影响湿地植被退化的主要原因,探讨了研究区退化湿地的植被恢复技术。研究结果表明,研究区分布有植物45科123属196种,其中,禾本科(Poaceae)、菊科(Asteraceae)、藜科(Chenopodiaceae)和豆科(Leguminosae)包含的植物属较多,分别占研究区植物属总数的17.07%、9.76%、7.32%和7.23%。湿地植物群落的种类组成主要以广布性的湿生、盐生和中生植物为优势种,植物群落以盐生、湿生和沼泽型的植物群落为主。提出了采用天然湿地补水、湿地封育、人工种草和栽植湿地植物恢复技术,以及实施生态农业与"退耕还湿"等工程,进行湿地植被恢复。     

毛乌素沙地沙漠化过程及其气候因子驱动分析

通过对20世纪80年代,90年代,2000年3个时期遥感图像解译,分析了毛乌素沙地沙漠化过程及其驱动机制,认为毛乌素沙地近20 a来沙漠化程度有所减轻,植被覆盖有所增加。气候因素和人为因素是导致植被覆盖增加的决定因素,近20 a中该区年际气候变化表现为增温和降水波动,通过多元回归分析确定降水和气温是影响毛乌素沙地植被变化的关键气候因子, 气温升高是促使本研究区植被覆盖增加的主要气候因素,气温升高引起的生长季节的延长和生长加速是研究区NDVI增加的主要原因,即气候变暖促进了该区植被覆盖增加。人为因素的影响表现在20 a来农田和林地的大面积增加。     

郝成元, 吴绍洪, 杨勤业

 依据野外调查和遥感动态监测结果,对毛乌素地区的土地利用与沙漠化过程的发展及其防治进行了研究。结果表明,该地区20世纪80年代中期和90年代末轻度以上沙漠化土地面积分别占土地总面积的85.98%和86.07%,沙漠化土地的总面积略有增加,总体趋于稳定;但沙漠化程度加重,重度以上的沙漠化土地面积在总土地面积中增加了3.6%;沙漠化发展的重要原因之一就是人类不合理的土地利用方式。不合理土地利用方式及土地利用方式的改变,使以风沙活动为主导外营力的沙漠化过程得以发展。最后,根据毛乌素地区沙漠化过程与土地利用之关系,提出了研究区防治土地沙漠化应调整农业结构和土地利用方式的建议。     

毛乌素沙地蒸散量的遥感研究——以内蒙古乌审旗为例

地表蒸散量的准确估算对全球气候变化研究以及水资源的科学管理意义重大。本文以毛乌 素沙地腹地---内蒙古乌审旗为例, 应用基于互补相关原理的平流- 干旱模型, 结合1km 分辨率 的NOAA/AVHRR、MODIS 反照率资料和气象资料, 对乌审旗1981~2003 年的地表蒸散量进行了 估算, 并对其时空分布进行了分析。结果表明: (1) 乌审旗多年平均年蒸散量为252mm, 变化在 200~310mm 之间, 从西北向东南递增; 多年平均年蒸散量的相对变率在10%~24%之间, 从西北 向东南递减; 逐年蒸散量分布趋势基本一致, 都是从西部地区向东部地区递增。(2) 以2002 年为 例, 按照土地利用/土地覆盖类型划分, 蒸散量最大的是水体, 耕地次之, 再次是草地和林地, 沙地 最小。(3) 蒸散量年际变化大, 最大年份在300mm 以上, 最小年份在200mm 左右; 从年内变化看, 蒸散量呈“单峰”正态分布, 一年内蒸散量主要集中在6~9 月份。(4) 通过误差分析可以看出, 乌审 旗蒸散量的模型估算值比实际测量值偏低, 大约低9%左右。     

东亚土地覆盖动态与季风气候年际变化的关系

以东亚地区1982－1989年时间序列降水资料及AVHRR 8km NDVI数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（5－9月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（SVD）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

基于土地利用/覆被分类系统估算 碳储量的差异——以海南岛森林为例

土地利用/覆被分类系统是碳蓄积研究的依据,然而各种碳蓄积研究所采用的土地利用/覆被分类系统不尽相同。根据1993年海南林业资源二类调查资料,我们按照USGS土地利用/覆被、LCCS土地覆被和中国科学院土地资源三种分类系统所定义的类别进行分类并计算了各自的碳储量和碳密度,为碳储量的进一步精确估算和土地覆被分类系统研制提供重要的科学依据。结果发现,（1）不同的土地利用/覆被分类系统所对应的总碳储量以及平均碳密度都有了明显的差别。林业调查资料的植被分类、FAO 土地覆被分类系统(LCCS)、USGS 土地利用/土地覆被分类系统以及我国学者常用的中国科学院土地资源分类系统的碳蓄积量(Tg C)分别是28.98、28.71、21.04和21.04;碳密度(t C/ha)分别是31.24、30.95、22.68和22.68。（2）土地利用分类系统和土地覆被分类系统之间的结果具有较大差异,其碳储量相差7.67～7.94 Tg C,碳密度则相差8.27～8.56 t C/ha;差距在26.47%～37.74%之间。与其他学者研究结果比较发现,土地利用/覆被分类系统造成的碳蓄积差异的变化方向是不定的,取决于具体的分类系统和材积-生物量函数。不同土地利用/覆被分类系统对于植被划分的不同,导致了材积-生物量回归方程和类别面积的差异是造成碳蓄积和碳密度估算差异的根本原因。目前常用的土地利用/覆被分类系统在估算碳蓄积中存在一定问题,不适合于高精度的碳蓄积计算。体现地表植被生物量差异、植被叶型和外貌特征、种类及树龄差异等内涵的土地利用/覆被分类系统利于陆地碳循环研究的深化。     

近30年来长江源区与黄河源区土地覆被及其变化对比分析

基于20 世纪70 年代中后期、90 年代初期、2004 年和2012年共4 期土地覆被数据,利用转移矩阵、土地覆被状况指数和土地覆被转类指数,对比分析了长江源区和黄河源区近30 a来土地覆被与生态状况的变化特征。结果表明：2012年草地是两源区最主要的土地覆被类型,但黄河源区的草地面积占比比长江源区高17%,同时,长江源区存在永久冰川雪地及荒漠,黄河源区没有;从土地覆被状况来看,过去30 a黄河源区优于长江源区,长江源区土地覆被状况指数平均为16.82%,黄河源区为38.84%;从土地覆被转类来看,过去30 a长江源区土地覆被总体变好,黄河源区则总体变差,在20世纪70年代中后期至90年代初、20世纪90年代初至2004年和2004~2012年3时段内,长江源区土地覆被经历了变差-好转-持续好转的变化过程,而黄河源区则是变差-显著变差-略有好转,且黄河源区土地覆被状况的变化程度较长江源区更为剧烈;长江源区因分布有大量的冰川、冻土,自20世纪90年代气温升高开始,冰川冻土融化,导致水体与沼泽面积扩张,后期叠加生态工程的积极影响,使得其土地覆被状况持续好转,黄河源区则因2004 年以来暖湿的气候状况及生态保护工程的实施,使得土地覆被退化趋势得到遏制并逐渐呈现转好态势。     

近30年来三江源地区土地覆被与宏观生态变化特征

利用1970年代中后期MSS图像和1980年代末、2004年以及2008年三期TM图像并结合野外调查,获得三江源地区四期土地覆被空间数据集,提出了土地覆被转类指数和土地覆被状况指数,以表征该区域生态变化的趋势。通过计算土地覆被转类途径和幅度、土地覆被转类指数和土地覆被状况指数,分析青海三江源地区1970年代中后期以来土地覆被时空变化特征及其反映的宏观生态状况变化。结果表明:三江源地区近30年平均土地覆被状况指数为38.20,土地覆被状况为4级,其中黄河流域最好,其次为澜沧江流域,长江流域最差;三江源地区土地覆被转类,在1970s~1990s和1990s~2004年两个时段,均主要以高生态级别向低生态级别转移为主,2004~2008年时段,主要以低生态级别向高生态级别转移为主;由土地覆被状况指数变化率和土地覆被转类指数,可以反映出近30年来三江源地区土地覆被和宏观生态状况,总体上经历了变差(1970s~1990s时段土地覆被状况指数变化率Zc为-0.63,土地覆被转类指数LCCI为-0.58)—显著变差(1990s~2004时段Zc为-0.94,LCCI为-1.76)—略有好转(2004~2008时段Zc为0.06,LCCI为0.33)的变化过程。这一变化过程前、中期主要受到气候变化和草地载畜压力共同驱动的影响,后期则叠加了生态建设工程的驱动作用。     

Land Cover Status in the Koshi River Basin,Central Himalayas

The Koshi River Basin is in the middle of the Himalayas, a tributary of the Ganges River and a very important cross-border watershed. Across the basin there are large changes in altitude, habitat complexity, ecosystem integrity, land cover diversity and regional difference and this area is sensitive to global climate change. Based on Landsat TM images, vegetation mapping, field investigations and 3S technology, we compiled high-precision land cover data for the Koshi River Basin and analyzed current land cover characteristics. We found that from source to downstream, land cover in the Koshi River Basin in 2010 was composed of water body (glacier), bare land, sparse vegetation, grassland, wetland, shrubland, forest, cropland, water body (river or lake) and built-up areas. Among them, grassland, forest, bare land and cropland are the main types, accounting for 25.83%, 21.19%, 19.31% and 15.09% of the basin’s area respectively. The composition and structure of the Koshi River Basin land cover types are different between southern and northern slopes. The north slope is dominated by grassland, bare land and glacier; forest, bare land and glacier are mainly found on northern slopes. Northern slopes contain nearly seven times more grassland than southern slopes; while 97.13% of forest is located on southern slopes. Grassland area on northern slope is 6.67 times than on southern slope. The vertical distribution of major land cover types has obvious zonal characteristics. Land cover types from low to high altitudes are cropland, forest, Shrubland and mixed cropland, grassland, sparse vegetation, bare land and water bodies. These results provide a scientific basis for the study of land use and cover change in a critical region and will inform ecosystem protection, sustainability and management in this and other alpine transboundary basins.     

多源遥感土地覆被产品在欧洲地区的一致性分析

土地覆被的空间分布格局及其动态变化对于全球变化、区域可持续发展等研究具有重要意义,卫星遥感是唯一能够快速获取大尺度区域土地覆被信息的方法。基于GLOBCOVER2005、GLOBCOVER2009、GLC2000、MODIS2000等4种全球卫星遥感土地覆被产品,研究其在欧洲地区的一致性。结果表明：① 4种产品对于欧洲土地覆被构成特征的刻画基本一致,即以耕地、林地为主,以草地、水体、灌丛等其他类型为辅;② 4种产品对耕地、林地识别的混淆程度最低、一致性最好,对草地、灌丛、裸地识别的混淆程度最高、一致性最差;③ 欧洲有75%的土地具有较高的一致性。斯堪的纳维亚半岛东侧及北欧地区、中欧—东欧大平原及巴黎盆地等地区的一致性最好,斯堪的纳维亚半岛西侧、科拉半岛、伯朝拉河—新地岛、伊比利亚半岛以及伏尔加河流域下游等地区的一致性最差;④ 4种产品两两比较时,参考精度大致在38.56%~77.65%之间。GLOBCOVER2009/GLOBCOVER2005组合的参考精度最高,反映出土地覆被变化所引起的误差远小于不同制作机构、不同数据源、不同判读方法所引起的制作误差。     

奈曼旗20世纪80年代以来土地覆盖/利用变化研究

奈曼旗是我国北方农牧交错带沙漠化最严重的地区之一, 也是中国沙漠化监测和治理的重要地区之一。自20世纪80年代以来开始实行一系列土地整治措施, 土地覆盖/利用发生很大变化。利用1980年和1996年的1: 10万的TM遥感影像及GIS获得的数据, 从土地覆盖/利用结构变化、数量变化、空间景观特征变化以及主要变化过程等方面对其进行了研究。结果表明, 80年代以来奈曼旗耕地与难利用土地大幅减少, 林地和草地大幅增加; 土地覆盖/利用变化的主要过程为: 耕地退耕还草、还林, 难利用土地恢复为草地, 在适宜的草地上植树造林; 景观变得破碎, 土地利用的多样性增强。