基于变化轨迹探测的植被景观格局动态分析——以塔里木河下游生态输水区域为例

 在遥感与GIS技术支持下,以2006、2007、2009、2010年Landsat-5/TM影像与2008年的CBERS/CCD影像为主要数据源,获得5 a的植被/非植被类型图。在此基础上,提取并归纳5 a间的植被变化轨迹:恒定植被、恒定非植被、转变为植被、转变为非植被、非稳定变化。利用景观格局分析软件FRAGSTATS 3.3计算了变化轨迹景观格局的3种景观指标。结果表明,2006—2010年植被面积减小,主要因为生态输水量减小、输水间隔较大,导致草本植被、乔灌木幼苗死亡;恒定非植被的比重最大,表明非植被类型是研究区的基质,其次是转变为非植被的比重,说明5 a间植被的衰退程度要强于恢复程度;转变为植被与非稳定变化两种类型属于过渡性植被变化类型,受生态输水量、分布的制约严重;各种变化轨迹类型的形状规则较为稳定,其中以恒定非植被类型最稳定而非稳定变化类型最不稳定。     

塔里木河下游末端实施生态输水后植被变化与展望

由于近30a的断流, 使本来就处于干旱环境中的塔里木河下游末端朝着更加干旱的方向急剧发展, 致使原有的荒漠植被大量消失, 植物成片死亡, 或濒于死亡, 并形成大片裸地; 遗留种类极度贫乏, 群落结构简单, 一年生草本植物趋于灭绝。调查表明, 2000年5月开始实施的生态输水工程, 使该地区生态环境有了较大改善, 地下水位普遍提高; 部分地区盐化草甸植被得到了一定程度的恢复; 盐柴类灌木荒漠植被得到部分恢复; 次生胡杨林在一些地区可望扩大规模。但物种灭绝的不可逆性, 决定了这一区域内仅靠单纯的放水措施不可能使自然环境完全恢复到历史上的较好状态。为此, 作者提出了分步、有序地 面上用水"、建立人工植被等建议与措施。     

河水漫溢对塔里木河下游土壤及植被的影响

通过比较和分析塔里木河下游在输水过程中形成的漫溢干扰对土壤理化性质和天然植被的影响和分析漫溢作用下土壤理化性质的变化特点,对河水漫溢干扰对下游天然植被恢复的作用进行了探讨,为塔里木河下游的生态恢复工程提供理论依据。从漫溢区与非漫溢区土壤理化性质的对比结果看:(1)同一观测断面内漫溢区的粘粒含量大于非漫溢区,多次漫溢区粘粒含量大于漫溢次数少的区域,随着漫溢次数的增加,土壤中细沙和极细沙含量显著下降,中粉沙和粗粉砂含量增加,这主要是地表过水对土壤中的颗粒进行冲刷和沉积造成的结果。(2)漫溢增加了土壤的含水量和容重,对土壤有紧实作用。(3)漫溢后土壤的养分的淋洗与沉降作用明显,表明漫溢作用影响了土壤养分在表层的分布。这些土壤理化性质的变化从一定程度上解释了为何漫溢后地表植被的长势和种类有了明显的变化。     

基于环境减灾卫星CCD数据与决策树技术的植被分类研究

以内蒙古呼伦贝尔地区为例,基于遥感数据获取区域7种典型植被的NDVI时间序列曲线。在此基础之上,分析曲线趋势及其特征值,研究基于曲线差异的植被分类信息提取方法。同时,以国产环境减灾卫星CCD数据作为主要遥感数据源,提取研究区5月上旬与8月上旬两期NDVI数据及其比值,采用决策树分类方法研究得到区域30 m空间分辨率植被分类结果。经实地验证,一级类型总体分类精度为83.64%,二级类型为70.91%,其中乔木林的分类精度最高,然后是农田与草地,灌丛的分类精度相对最低。结果表明该方法能够快速、准确据提取植被分类信息,为国产环境减灾卫星CCD数据的广泛深入应用提供理论与数据支持。     

基于多时相环境一号卫星CCD数据的植被覆盖信息快速提取研究——以长白山地区为例

选取长白山地区为研究区,利用2009年14期环境一号卫星CCD数据,运用非监督分类方法提取了长白山地区2009年植被覆盖信息,对提取结果进行了精度验证并与单期TM数据提取结果进行了对比分析.研究表明,多时相环境一号卫星CCD数据能够快速准确地提取植被覆盖信息,总体精度为84.67％,Kappa系数为0.82,总体精度和单个植被类型精度均高于单时相TM数据;多时相环境一号卫星CCD数据能区分出常绿针叶林和落叶针叶林,且分类结果景观破碎度较低;长白山地区以针阔混交林为主,占区域总面积的40.84％,植被呈明显的垂直地带性分布.     

塔里木河下游植被和沙漠化对输水前后地下水变化的响应分析

由于近50 a来人类对水土及生物资源的不合理开发利用,导致塔里木河下游河道断流近30 a,使本来就处于干旱环境中的塔里木河下游朝着更加干旱的方向急剧发展,地下水埋深由20世纪50年代的3～5 m逐年下降至2000年的8～12 m, 由此而引起下游天然植被面积逐年减少,仅严重退化的草地面积占下游草地面积的57.5% ,沙漠化面积逐年增加,沙漠化程度也在不断增强。从2000年5月至2007年10月10日,曾9次向塔里木河下游进行生态应急输水,输水后,河道附近地下水位不同程度地得到提高,整个下游天然植被面积不断增加,在下游植被响应最明显的地区,植被覆盖度已超过90%,活植株种类从输水前的 3～4种增加到输水后的10种以上。随着生态输水的实施,原先引起沙漠化的一些环境因子出现了大的变化,由此而引起沙漠化面积的减少和程度的减轻。     

塔里木河下游地下水位对植被的影响

对塔里木河下游断流河道2000~2002年9个地下水监测断面和18个植被样地的实地监测资料分析表明,地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系。地下水位的不断下降和土壤含水率大大丧失是引起塔里木河下游植被退化的主导因子。塔里木河下游的四次输水对其下游地下水位抬升起到了积极作用,河道附近地下水位呈逐级抬升过程,横向影响范围达1000 m左右,纵向上,表现为上段地下水抬升幅度较大 (达84%),下段抬升幅度较小 (6%)。随着地下水位的抬升,天然植被的响应范围由第一次输水后的200~250 m,扩展到第四次输水的800 m。     

塔里木河下游退化荒漠河岸林地上植被与土壤种子库关系初探

以塔里木河下游为研究区,选择退化程度不同的4个典型断面19个样地,利用种子萌发法进行了两年的种子库土壤萌发实验,试图就生态严重退化区的土壤种子库与地上植被的关系以及退化程度的差异对种子库特征的影响开展针对性的研究。结果显示: ①塔里木河下游土壤种子库的基本特征是:种子库密度小、物种种类组成较单一、物种的多样性低和地上植被与种子库的相似性较低;②随退化程度的加剧,土壤种子库密度明显下降、表层种子库比例升高、一年生草本占优势逐渐向多年生草本和灌木转变、地上植被与土壤种子库物种组成上差异显著;③退化过程中种子库多样性的变化比地上植被变化要迟缓,但是在植被退化演替的末期,土壤种子库的物种多样性指数衰减的幅度又明显快于地上植被的衰减幅度;④受干旱环境和严重退化的双重影响塔里木河下游土壤种子库与地上植被的关系表现出退化演替末期共有物种数的减少和相似性明显递减的特点。     

塔里木河下游人工胡杨林生态恢复过程的初步研究

在以植物群落调查样地为基础,对塔里木河下游不同林龄人工胡杨林的物种丰富度、物种多样性指数、群落均匀度、生态优势度等进行了分析,同时对土壤理化性质在21a间的变化情况也作了详细分析。通过分析,表明人工胡杨群落随着发育年限的增加,群落物种丰富度,物种多样性指数和均匀度指数不断增长,而群落生态优势度逐渐降低,同时土壤理化性质不断改善。在此基础上,对塔里木河植被的演变趋势作一初步的探讨和估计,从而对塔里木河下游植被的生态恢复也具有重要意义。     

塔里木河下游输水20 a的生态响应

为了补给塔里木河下游断流的河道和挽救濒死的荒漠群落,自2001年塔里木河实施了生态输水工程,流域生态环境得到初步改善,实现了流域经济社会发展与生态环境保护的双赢.在生态输水20 a之际,为了评估输水的生态效应,基于多源遥感数据MOD13Q1和MCD12Q1数据,通过数学统计方法调查了塔里木河下游归一化植被指数(NDVI...     

基于水热平衡原理的塔里木河下游绿洲适宜规模分析

结合近40 a水文气象资料,基于水热平衡原理,构建模型,分析和讨论了20世纪70、80、90年代以及2000年以来塔里木河下游绿洲适宜规模与耕地面积,并结合相应不同时期的遥感影像,对各时期实际绿洲规模进行了比较。结果表明：近40 a来,塔里木河下游绿洲适宜规模和耕地规模趋于收缩,但2000年以后有所扩大;20世纪80年代的绿洲耕地面积与计算得出的适宜耕地规模基本平衡,之后严重超出绿洲承载能力,2009年超出幅度达1.22×10⁴ hm²;耕地面积过大已导致塔里木河下游绿洲进入了不稳定状态,当前应采取措施适度缩小绿洲规模,并及时有效地控制耕地面积。     

塔里木河下游生态响应遥感监测研究

以生态应急输水为背景,分析总结了应急输水重大工程实施以来,塔里木河下游生态响应监测诊断研究成果,并利用遥感、GIS等空间信息技术,以2000年7月、2002年7月、2004年7月为研究时段,分别选取三个时相的CEBERS-1CCD遥感影像作为研究数据,对塔里木河下游生态响应进行遥感监测分析。首先,对三个时相的CBERS-1CCD数据进行几何校正、配准、拼接和切割等处理;然后以研究区NDVI数据值域分布为基础,并结合研究区8个样区的实地调查结果,研究建立NDVI分级标准体系;其次,按照建立的NDVI等级标准体系,分别提取研究区三个时相不同等级的NDVI值,并提取相应的土地面积;最后,计算求得研究区三个时相不同等级NDVI所对应土地面积的转化矩阵,并结合研究区生态应急输水背景,通过分析NDVI等级转化情况,揭示研究区生态变化趋势和规律。研究结果显示:2000-2004年期间,研究区植被状况好、较好、一般的土地面积分别增加906.39 km2、593.67 km2、384.13 km2,植被状况较差、差的土地面积分别增加了192.54 km2、348.03 km2。结果表明:遥感技术可以为塔里木河应急输水对塔里木河...     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids （TDS） is significantly correlated with other related ions, such as Na＋, Mg2＋, Ca2-, C1- and K＋. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and con- form to the spherical model in each year from 2001-2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization （3 g/L 〈 TDS _〈 35 g/L） contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids (TDS) is significantly correlated with other related ions, such as Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^? and K⁺. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and conform to the spherical model in each year from 2001–2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization (3 g/L < TDS ≤ 35 g/L) contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

塔里木河下游断流河道应急输水与地表植被响应

通过对塔里木河下游5个断面、30个植物样地的调查和对天然植物当年生小枝的长度、当年生小枝上胡杨的叶数、50片以上叶长、宽及叶重、芦苇的高度和叶长、宽、重量等的测试分析，揭示了塔里木河下游断流河道输水后地表植被的响应范围。研究表明，随着输水后地下水位的抬升，地表植被产生了明显变化。在横向上，芦苇的反应敏感区范围在100～150m区间；对胡杨的横向影响范围在200～250m之间；在纵向上，平均叶数从下游上段至下游下段，分别较末端断面增加57％、22．2％、9．2％；河道两岸地下水位较下游下段抬升幅度大，横向上对植被的影响范围也较下游下段宽。输水历时的长短和输水量对塔里木河下游植被恢复密切相关。     

塔里木河下游地下水抬升的地表植被恢复价值初探

基于塔里木河下游生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,借鉴国内外生态经济价值量化的计算方法,从地表植被响应的生态经济价值和地下水抬升的潜在恢复价值来计算生态输水后植被恢复的地表生态经济价值。目的是为量化生态输水工程的恢复效益提供理论依据。结果显示:在塔里木河下游典型的考干断面,垂直河道方向为长的2 000 m、平行河道方向为宽的100 m的样带内,地下水位出现了明显的抬升,水位抬升幅度以河道为中心由近到远逐渐降低,这点突出地反映在以柽柳灌丛为主的地表生物量的明显变化上。根据5年的河道区间耗水量资料,计算出该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值为0.65×104元,而输水后从地表植被生物量变化引起的地表生态响应价值为1.119×104元,投入产出比为1?1.72;地下水抬升的潜在经济价值是3.741×104元,总的投入产出比为:1?7.477,表明输水有显著的生态效益。     

塔里木河下游不同生活型植被对地表的防护效果

在干旱区植被生态建设过程中,需要进行决策并经常引起争论的问题是,究竟应该选择哪种生活型植被才能获得最大的防护效果.为比较不同生活型植被对地表防护效果的差异,本文选取塔里木河下游6种常见乔灌草植被,以降低风速百分比的平均值作为植被对地表防护效果的评价指标,对不同生活型植被对地表防护效果进行定量比较.结果表明:上述6种植被防风性能大小次序依次为:花花柴>罗布麻>骆驼刺>柽柳>盐穗木>胡杨.花花柴对地表防护效果最好,降低地表风速百分比的平均值达44.00%,胡杨对地表防护效果最差,降低地表风速百分比平均值13.21%.就乔、灌、草不同生活型植被而言,防护效果大小次序为:多年生草本>灌木>乔木.因此,从生态防护效应角度来说,在干旱区植被生态建设中,应坚持灌、草先行的原则,乔木植被只能在水分条件较优越的地区适度发展.只有这样才能充分利用有限的水资源, 取得最佳的生态防护效应.     

塔里木河下游丛枝菌根植物的侵染

通过对塔里木河下游自然和人工植物群落中的15种主要建群种植物根系菌根的定殖状况的调查及对菌根侵染部位、菌根中的泡囊、丛枝和菌丝的观察,其结果显示:其中11种植物可被AM真菌侵染,占所调查植物种总数的73.33%,野生乡土植物表现出较高的菌根侵染率和侵染强度,其中有84.62%的植物为菌根植物,且乔木、多年生草本和灌木类植物全部为菌根植物,一年生草本植物未见AM真菌侵染;人工引入种蓼科的泡果沙拐枣(Calligonum junceum)和藜科的梭梭柴(Haloxylon ammodendron)均未见有AM真菌侵染。丛枝菌根真菌侵染率、侵染强度与植物所属的科属关系较密切,也与真菌群落所处时空环境及土壤深度有关。