石羊河流域海拔、植被覆盖与景观类型空间关系研究

 以Landsat/TM为数据源,在桌面GIS支持下解译出研究区各景观类型,根据植被的生长周期,结合植被指数[WTBX]NDVI[WTBZ]作为研究因子,采用目前较为流行的主成分变换法（PCA）,结合景观类型图和数字高程模型(DEM),参考相关地理基础图件,对石羊河流域海拔和植被覆盖进行分级分类。运用叠置分析法研究了不同海拔高度和不同植被覆盖下[WTBX]NDVI[WTBZ]变化情况;同时分析了各景观类型与海拔和植被覆盖三者之间的空间关系。结果表明：研究区各景观类型大体依海拔呈垂直性分布,各自然要素组成垂直分异性特征亦较为明显。植被覆盖、景观类型与海拔之间呈垂直型分布规律,低海拔区景观类型单一,主要为荒漠系统,且与植被覆盖关系密切,相关度也最高;高海拔区景观类型较为复杂并交错分布,与植被覆盖关系不大,拟合效果不理想。此次研究目的在于对石羊河流域景观格局特征和格局优化研究提供参考思路,对流域生态规划和治理提供依据,对干旱内陆河流域植被及生态环境变化研究具有深远意义。     

延河流域景观格局与生态水文过程分析

延河流域作为典型的黄土高原丘陵沟壑区,水土流失是最主要的生态环境问题,其生态环境治理能为整个黄土高原生态恢复重建提供典型范例,因此评价延河流域景观格局变化对水文过程的影响,对流域景观格局与水文过程的研究具有重要的科学价值和现实意义。本文通过利用SWAT模型模拟的延河流域的41个子流域的水文响应单元,建立延河流域的“源—汇”水文响应单元景观格局指数,通过计算不同地形条件下水文响应单元随着坡度变化的面积累积百分比,构建了新的“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 综合景观指数”。并与SWAT水文模型所模拟获得的子流域径流量、产沙量进行相关性分析,评价“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 景观指数”对水文过程的表征能力和适用性。结果表明：在子流域尺度上Slope-HRU景观指数和产沙状况存在明显的区域分异规律,而且R值空间变异情况基本上与产沙量的空间变化规律相反,即R值呈现由南向北,由东向西递增,而产沙量由南向北,由东向西递减。R值与年产沙量在数值上呈显著相关关系,相关系数为-0.60;再将Slope-HRU景观指数与所选取的7个常用景观格局指数相结合,构成新的综合景观指数,发现它们与子流域的产沙量耦合关系明确,均显著负相关,相关系数绝对值范围为0.43~0.63。     

左江上游流域景观生态风险评价

以1990年和2008年左江上游流域的土地利用数据和数字高程模型为基础,以景观干扰度、景观脆弱度为主要评价指标,构建景观生态风险评价模型,对研究区景观生态风险的时空变化特征进行评估分析。研究表明:(1)伴随着流域开发活动的加强,1990―2008年18年间,左江上游流域景观格局变化的主要特征为耕地景观显著增加,其面积比例由1990年的20.54%增加至2008年的27.59%;草地景观显著减少,其面积比例由1990的12.66%减少至2008年的3.29%;(2)受地质?地貌格局控制,流域景观生态风险的空间格局存在较大差异,峰丛洼地区?河谷平原和台地区农业景观生态风险较高,而丘陵山区的森林景观生态风险较低;(3)流域内景观生态风险水平正在逐渐增高,中、高和极高等级风险区面积分别增加9.15%、2.08%和2.15%,生态安全格局呈现显著的破碎化趋势,区域人类活动是影响景观生态风险加重和扩散的主要原因。     

碧塔海流域生态旅游景观类型及其空间组合特点

碧塔海独特的高原自然地理环境和轻微的人类活动长期综合作用营造了高品位、多类型的自然生态旅游景观。按自然地域分异、景观内部特征的相对一致性和主导因素三个原则将碧塔海流域内的自然生态旅游景观划分为3个景观类、5个景观亚类和15个景观型。根据空间尺度的大小,探析了三个景观等级层次的空间组合特点及其相互间的生态关系,为生态旅游规划,科考旅游声线设计及景区生态管理提供了科学依据。     

三江并流区云南贡山片植被景观类型分布特征

以三江并流区云南贡山片为例,以Landsat ETM+影像为数据源,基于3S技术进行植被景观制图,分析景观类型的分布特征。结果表明:1.研究区是典型的高山峡谷地区,海拔3 000~4 000 m的区域占总面积近一半,坡度25°以上的山地面积占84.82%;景观类型分布受垂直空间分异主导;河流、河漫滩和湖泊等景观主要分布在平缓地段,自然植被景观多分布在25°~45°的陡坡上,人工植被景观分布的坡度范围相对较缓;自然植被景观在各坡向上的分布较为均匀;人工植被景观及积雪/冰川景观、岩石景观等分布则体现出一定的空间分异;2.山地森林植被构成研究区景观的基质类型;由于植被景观的垂直分异,构成基底的各类景观类型的优势度随海拔变化,河谷地段的中山湿性常绿阔叶林、中山-亚高山的铁杉-常绿阔叶混交林、亚高山-高山的云冷杉/落叶松林优势度较高,高山-亚高山以杜鹃灌丛为优势景观类型;3.从斑块粒度上看,小斑块数量最多,占总斑块数的80.87%,中斑块占11.36%,其余均在3%以下;优势自然景观类型具有较大的巨斑块数;巨斑块面积比例最大,达到68.99%,其余斑块大小等级的分布面积比例在3%~9%之间。     

造林活动对六盘山小流域水平生态水文过程影响的模拟研究

我国黄土高原的六盘山林区在过去30年中实施了大规模造林工程,景观格局发生了显著改变,并由此导致生态水文过程特征和功能的改变。本文选择泾河支流香水河的二级支流草沟小流域为研究对象,应用TOPOG模型对造林可能导致的景观变化及其造成的生态水文影响进行模拟预测,以期为六盘山地区正在进行的退耕还林植被建设提供科学指导。另外还探讨了应用该模型在研究区进行生态水文过程模拟的适用性以及存在的问题,提出了此模型未来可能作出改进的一些方面。初步情景模拟分析显示,在这一地区,华北落叶松人工林面积的增大如果以砍伐天然阔叶林和开垦灌丛的方式进行,将造成径流的减少,当落叶松林面积从11.5%增大到流域面积的58%,径流可减少28%。开垦灌丛还将引起径流波动加剧,降低水资源保证率。六盘山及其周边的山地林区作为干旱缺水的黄土高原重要水源地,景观规划中应该考虑到植被格局改变对径流量造成的影响,在水土保持和维持一定径流量这两个目标之间进行平衡,作出最优规划。     

不同植被类型的土壤水分对黄土高原的影响

Water stored in deep loess soil is one of the most important resources regulating vegetation growth in the semi-arid area of the Loess Plateau, but planted shrub and forest often disrupt the natural water cycle and in turn influence plant growth. The purpose of this study was to examine the effects of main vegetation types on soil moisture and its inter-annual change. Soil moisture in 0–10 m depth of six vegetation types, i.e., crop, grass, planted shrub of caragana, planted forests of arborvitae, pine and the mixture of pine and arborvitae were measured in 2001, 2005 and 2006. Soil moisture in about 0–3 m of cropland and about 0–2 m of other vegetation types varied inter-annually dependent on annual precipitation, but was stable inter-annually below these depths. In 0–2 m, soil moisture of cropland was significantly greater than those of all other vegetation types, and there were no significant differences among other vegetation types. In 2–10 m, there was no significant moisture difference between cropland and grassland, but the soil moistures under both of them were significantly higher than those of planted shrub and forests. The planted shrub and forests had depleted soil moisture below 2 m to or near permanent wilting point, and there were no significant moisture differences among forest types. The soil moisture of caragana shrub was significantly lower than those of forests, but the absolute difference was very small. The results of this study implicated that the planted shrub and forests had depleted deep soil moisture to the lowest limits to which they could extract and they lived mainly on present year precipitation for transpiration.     

地表臭氧时空分布及其与多尺度景观类型的关系研究

地表臭氧是中国许多城市的首要大气污染物,其浓度与城市景观规划密切相关。本文以深圳市为研究区,利用大气监测站点数据和多源地理空间数据,选择广义加性模型（Generalized additive model,GAM）,刻画地表臭氧时空分布特征。结合相关分析和多元逐步回归分析方法,研究地表臭氧浓度与多尺度景观类型的关系。结果显示：(1)地表臭氧年均浓度空间差异明显,呈现西高东低,西北靠近内陆的区域浓度较高。秋季浓度最高,年度峰值出现在10月,是地表臭氧污染防治的重点时期。(2)人工地表扩张会显著提高地表臭氧浓度,人工地表斑块优势度和聚合度越高,对地表臭氧浓度的促进越明显;林地占比的增多对地表臭氧浓度有明显的抑制作用,林地斑块优势度和聚合度越高,对地表臭氧浓度的抑制作用越明显。(3)整体景观的异质性降低、优势度和聚合度提高,对地表臭氧浓度的削减作用显著。研究结果可为协同推进地表臭氧污染防治和景观优化设计提供科学依据。     

2001-2010年石羊河流域上游TRMM降水资料的降尺度研究

在地形比较复杂的石羊河流域上游,基于2001-2010年TRMM3B43降水数据和1 km空间分辨率DEM数据,采用回归方程+残差法的插值方法,对石羊河流域上游10年平均TRMM3B43和2001、2007年两个典型干、湿年份的TRMM3B43数据分别进行降尺度操作,将空间分辨率由原来的0.25°×0.25°提高为1 km×1 km。利用研究区34个雨量站的观测数据作为"真实值",对2001-2010年的TRMM3B43和降尺度结果进行精度检验,结果表明:TRMM3B43降水数据整体上具有一定的可信度,但比地面站点观测的降水量偏小;TRMM3B43经过降尺度之后,数据在空间分辨率和精度方面都有一定程度的提高,其中10年平均TRMM3B43降尺度结果的精度要高于2001年(干旱),而2001年的降尺度结果精度又高于2007年(湿润);就单个雨量站而言,位于西部高海拔区域的站点的降尺度结果精度较高,而位于东部低海拔区域的站点的降尺度结果精度较低。     

泾河上游流域实际蒸散量及其各组分的估算

利用分布式生态水文模型SWIM,基于泾河上游(泾川测站以上) 植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明：SWIM模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(1997-2003 年) 平均实际蒸散量为443 mm,其中土壤蒸发量为259 mm,植被蒸腾量为157 mm,冠层截持量为27 mm。石质山区的森林覆盖区和非森林地的年蒸散总量在整个流域分别具有最大值和最小值,为484 mm和418 mm;黄土区实际蒸散量介于二者之间,平均为447 mm。森林覆盖地区土壤蒸发明显小于其它区域,而蒸腾和冠层截留明显大于其它区域。年内蒸散量主要集中在5-8 月份,占全年总蒸散量的60%,且冠层蒸散比例较大达63%。整个流域湿润年份较干旱年份蒸散量增加了78 mm,其中土壤蒸发增加最多,其次是冠层蒸腾,冠层截留蒸发最小。     

从生态学角度复原元代滦河上游的景观与物候

运用自然地理学和生态学的方法,根据元代古籍中的景观与物候信息复原了13~14世纪滦河上游及其邻近地区的自然景观：(1) 坝下的落叶阔叶林景观;(2) 坝缘和坝上东部的草甸草原景观;(3) 坝上西部的典型草原景观;(4) 北部的沙地疏林草原景观;(5) 河湖湿地景观。事实表明：从宏观上看,元代的景观结构与现代基本一致。另外,通过物候现象的古今对比,发现14世纪30年代夏季芍药的始花期比现代约提早10天,而14世纪中叶初雪较现代约提早10天。     

石羊河中下游流域植被的演替历史

以参考历史文献、实地调查和访问当地居民的方法,研究了石羊河中下游流域的植被演替。结果表明,该流域2000多年前为湖泊、沼泽和平原景观,后来由于气候和水文演化、人类活动加强和干旱加剧,导致湖泊与河流逐渐消失、绿洲因水系的变迁而向东南移动、早期的绿洲农田逐渐沙漠化,也使植被从水生、沼泽、草甸植物向沙旱生、强旱生、超旱生方向演替,物种大量消失,已演化成现在的沙漠、戈壁与绿洲景观。目前, 该流域红崖山水库以南的一些河道中尚有常年流水,河漫滩和湿地中还有水生、沼泽、草甸和中生植物种类,物种相对丰富;而水库以北的古河床及广大荒漠区植被稀疏,且多为沙旱生和强旱生植物种类,生物多样性低,稳定性差,沙漠化过程加强。要恢复流域植被、遏制土地沙漠化,应当采用调水、引水和节约用水的方法,加强绿洲保护,使地下水位恢复至植物可吸收利用状态。     

塔里木河上游典型绿洲景观变化及其生态效应分析

塔里木河上游地区是典型的生态脆弱带和环境危机带,对以人类活动为主导的区域水土资源的开发反响强烈,主要表现在其景观空间格局随水土资源开发程度而发生的变化。本研究以景观生态学的前沿理论和方法为指导,借助于3S技术,在现代绿洲荒漠陆地生态系统研究成果的基础上,较系统的分析了1990—2000年塔里木河上游地区阿克苏-阿瓦提绿洲景观格局变化,同时对其生态效应进行探讨。研究表明,10 a间研究区景观变化显著,农田增加了约10万hm2,居民点、盐碱地景观也均有大面积增加,草地、林地、水域、湿地景观都有不同程度的减少;整个地区景观多样性指数由1.40714减小到了1.40361,均匀度指数由0.64041减小到0.63601,均呈逐渐变小的趋势,体现了当地景观异质性程度下降。优势度指数由0.7901上升到0.7936、破碎度指数由0.0660上升到0.0778,人类对生态景观的干扰程度不断增强。同时,人类活动在改造和利用景观的同时带来了一系列不良的生态效应。     

泾河中游古耕作土壤的微形态特征研究

通过野外调查,应用偏光显微镜和图像处理软件等手段,结合理化分析,研究了泾河中游古耕作土壤的微形态特征。结果表明:古耕作土壤是中壤土;骨骼颗粒磨圆度好,以石英、长石等不易风化矿物为主,并含有石英复合晶、石英或长石的扁平状单晶等外来物质;细粒物质主要是粘粒和次生方解石。古耕作土壤的基本微垒结为海绵微垒结;根孔、虫孔发育,裂隙不发育;土壤形成物主要是铁质粘粒浓聚物和不同形式的次生方解石;前者的丰度和铁质浸染强度高于表土层和母质层。光性定向粘土极少量。     

森林植被变化对洪水的影响分析——以长江上游典型小流域和洪水事件为例

通过长江上游地区典型小流域和重大洪水事件有关森林植被变化与洪水方面资料的分析，揭示小流域森林面积的增加，可减少洪峰流量模数，而在森林－土壤系统被前期降雨充分润湿的情况下，紧接着的暴雨可引起洪峰流量的快速增加；指出开展长江上游地区森林－土壤系统截留蓄水容量本底调查及其分类与分区，对指导当前森林植被恢复重建与保护工作的健康发展及搞好防洪工作有重要的意义。     

岷江上游气候立体分布特征

通过对岷江上游的气候要素的时空间分布特征进行分析,得出:岷江上游的气候干、雨季分明;气温与海拔高度的相关关系为2 500 m以下呈现负相关,而2 500 m以上呈现正相关;降水随高度增加呈增加趋势;而农田蒸散量和干燥度均与海拔高度呈负相关关系。高海拔地区凉爽而湿润,其限制因子主要是热量;而中低海拔地区温暖而干旱,主要限制因子是水分。通过回归分析,得出了岷江上游主要气象要素与海拔高度的关系。认为在岷江上游地区,开展生态恢复,应具体分析光热水状况,在不同海拔地区,针对不同的气候条件,采用相应的植物来进行生态恢复,以取得良好的生态和经济效应。     

岷江上游山区聚落生态位空间分布特征研究

基于岷江上游山区藏-羌-回-汉聚落生态位和植被生境适宜性的空间分布,借助分形和贝叶斯模型,定量刻画聚落生态位的民族属性对山区聚落生态位的空间分布特征的影响。结果表明：① 岷江上游藏-羌-回-汉聚落生态位间隙度维数分别为0.949、0.942、0.890、0.960,汉族聚落生态位的高间隙度维数,揭示了山区汉族聚落封闭性特点。同时,流域内1 667个聚落生态位间隙度维数（0.946）与藏族（0.949）相似,表明藏族聚落生态位空间异质性特征能够反映整个流域山区聚落生态位空间分异程度。② 岷江上游藏-羌-汉-回聚落生态位内的植被生境适宜性指数均值分别为：2.816、2.622、2.529、2.644,说明山区聚落生态位的空间分布与植被生境相适宜。同时,流域内1 667个聚落生态位几何特征对植被生境的敏感程度（0.601）与羌族（0.610）相似,表明羌族聚落生态位的几何特征具有典型性。③ 藏-羌-回-汉聚落生态位的空间聚簇性地域分异明显、地理边界清晰,说明聚落生态位的民族属性对聚落区位、规模和形态具有显著影响。     

Quantitative Classification and Ordination of Plant Communities in the Upper and Middle Reaches of the Yarlung Zangbo River Basin

Based on vegetation survey data and environmental data of the Yarlung Zangbo River Basin, we conducted a quantitative ecological analysis of the vegetation community composition and the relationship between species and the environment in the study area. The results showed that 44 sampling sites and 68 plant species in the study area can be classified into seven subtypes: Artemisia minor + Stipa purpurea; Artemisia demissa + Stipa purpurea + Artemisia wellbyi; Kobresia pygmaea; Trikeraia hookeri; Sophora moorcroftiana + Cotoneaster multiflorus + Pennisetum centrasiaticum; Artemisia frigida; Potentilla fruticosa + Orinus thoroldii. Detrended correspondence analysis (DCA) indicated that both longitude and altitude play important roles in site and species distribution patterns. In addition, canonical correspondence analysis (CCA) revealed that in the upper and middle reaches of the Yarlung Zangbo River Basin, changes in temperature and precipitation caused by longitude are the main factors controlling the formation and transition of vegetation community types. Moreover, natural vegetation could be divided into three types: desert steppe community (source area), alpine steppe community (middle reaches region), and shrub community (confluence of Yarlung Zangbo River and Nyangqu River).     

岷江上游山地森林生态气候效应

为探讨岷江上游地区山地气候特征及森林生态气候效应,利用岷江上游南、北坡林内外的小气候观测资料,对该地区南、北坡向山地的太阳辐射、气温(1．5m)、地表温、水汽压、相对湿度、风速等小气候特征及森林生态气候效应进行了比较分析,探讨了其分布规律以及彼此间的内在联系。结果表明：不同坡向,不同季节,各山地气候要素分布存在区别;而山地森林具有较显著的生态气候效应,可以降低气温和地表温,增加湿度,减小风速,其生态效应在不同季节和不同坡向存在差异;通过林内、外气象要素的回归分析,得知：林内外的气象要素除4月风速之外,大多数气象要素存在显著的林内外相关关系;其中,以气温和相对湿度的相关性最好。     

淮河上游全新世风成黄土-土壤物质来源研究

通过对淮河上游地区河南新郑全新世黄土—古土壤剖面磁化率和粒度的测量分析，揭示了淮河上游地区沙质黄土和古土壤的物质来源。该区黄土—古土壤磁化率明显低于黄土高原区，而粒度明显比黄土高原区粗，属于沙质黄土。通过两地区粒度分布的对比，揭示了它们有不同的粉尘源区，分属于不同的风成系统。淮河上游地区黄土是近源风尘沉积物，粉尘主要来源于孟津以东黄河冲积、洪积扇的松散河流沉积粉沙，实质是黄土高原水土流失的产物。黄河的频繁决口、改道、泛滥沉积为其提供了丰富的物源，其粗颗粒粉尘产生和搬运堆积的动力是东北风。淮河上游地区全新世早期粉尘是近源粗颗粒堆积，堆积速率可达18．6cm／ka，是黄土高原南部地区的2．3倍。