中国草原牧区和半牧区草畜平衡状况监测与评价

草原超载过牧是造成我国草原大面积退化、沙化的主要原因之一,草畜平衡监测、评价和管理是实现我国草原植被恢复和重建的关键,也是研究的热点和难点。本文采用遥感和地面调查相结合的方法从宏观上监测和评价了农业部认定的264个牧区和半牧区县的草畜平衡状况,主要结论如下:(1)2008年监测区平均草畜平衡指数为33.58%,总体处于超载状态;(2)120个牧区县草畜平衡指数为27.37%,144个半牧业县为42.07%,半牧区县是我国实行草畜平衡管理的重点和难点;(3)六大牧区中牧区县2008年超载程度排序为:甘肃>四川>新疆>青海>西藏>内蒙古,半牧区县超载程度排序为青海>西藏>内蒙古>新疆>四川>甘肃。本文所得结论可为我国草原资源管理和保护提供参考价值和借鉴意义。     

呼伦贝尔草原物候变化及其与气象因子的关系

草原物候是草原生态系统气候变化的敏感指示器,探索物候变化与气候变化的关系,对草原生态系统保护及全球气候变化研究具有重要意义。以呼伦贝尔草原为研究对象,基于2000—2015年MOD09Q1数据和气象数据,利用D-L拟合法对NDVI时间序列进行重构,采用动态阈值法提取草原物候期,利用相关分析法,分析了物候与气象因子之间的关系。研究表明:(1)返青期发生时间介于4月下旬～6月上旬(平均为第138 d),枯黄期发生时间介于9月～10月下旬(平均为第277 d),生长季长度主要在3. 5～6个月之间(平均为136 d)。空间上,西部和北部返青期较早,枯黄期较晚,生长季长度最长;中东部返青期较晚,枯黄期较早,生长季长度较短。(2)年际变化趋势上,返青期和枯黄期均以提前趋势为主,提前趋势的像元比例分别为61. 2%和63. 83%,生长季长度以延长趋势为主,延长趋势的像元占比为54. 95%。(3)冬季降水增加是返青期提前的主要原因,而春季降水增多和秋季温度升高是枯黄期提前的主要原因。研究结果有助于加深物候对气候变化响应的认识,以期更好地为草原物候研究和放牧优化管理提供参考。     

新疆石河子农区土壤含盐量定量反演及其空间格局分析

盐渍化严重威胁着土地持续耕作和粮食生产安全,土壤含盐量的快速反演和及时监测,对新疆石河子农区农业可持续发展有着重大意义。以Landsat-8 OLI遥感影像与野外采样测定的72个样点土壤含盐量为数据基础,引入土壤亮度指数、土壤湿度指数、土壤盐盖度指数和土壤辐射水平指数等构建的特征遥感指数定量反演新疆石河子农垦区土壤含盐量,并对其空间布局进行了分析。研究表明：① 利用遥感影像像元特征遥感指数值反演地面对应土壤含盐量的精度较好,反演方法可行,反演精度为66%;② 反演得到土壤含盐量空间分布图在空间上等级明显,层次分明,呈现出“一带一区”的格局,“一带”是玛纳斯流域形成的盐渍化程度较高的条带,“一区”是内在土质形成的严重盐渍化区域;③ 在新疆石河子农区中,35.40%的棉田适合耕作,64.60%的棉田耕地需要进行改良,农区土壤盐渍化治理仍十分紧迫。     

基于面向对象与深度学习的榆树疏林识别方法研究

榆树疏林是浑善达克沙地中一种特殊的植被类型,它对于维持区域生态系统稳定具有重要意义,在防风固沙、涵养水源、调节气候等方面发挥着重要的作用。本文利用无人机影像与GF-2影像,对高分辨率数据源中榆树疏林的两种自动识别方法进行了研究。在面向对象方法中,首先通过计算影像对象的局部方差变化率得到了最佳分割尺度;其次采用随机森林算法对初选特征的重要性进行排序,并删除无关特征;最后分别对支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、深度神经网络（DNN）3种分类器进行参数寻优与榆树疏林提取。此外,在ENVI5.5中基于TensorFlow框架,利用U-Net构建深度学习模型对榆树疏林进行了提取,并与面向对象方法进行对比。结果显示：① 通过面向对象方法过程的优化,最终的识别精度较以往研究有所提升,GF-2影像中SVM总体精度为90.14%,RF总体精度为 90.57%,DNN总体精度为91.14%;无人机影像中SVM总体精度为97.70%, RF与DNN总体精度为97.42%。② 深度学习方法中,GF-2影像的总体精度为91.00%,无人机影像的总体精度达到了98.43%。研究结果说明在榆树疏林提取中,无人机影像具有更高的空间分辨率,更丰富的纹理、形状等信息,能达到比GF-2影像更高的精度。面向对象方法对于2种影像都有较高的适用性;深度学习的方法在本文中更适用于无人机影像,它可以有效地减少无人机影像中的错分现象。     

基于随机森林算法的草原地上生物量遥感估算方法研究

草原是我国面积最大的陆地生态系统,生物量是反映生态系统质量和功能的关键指标,准确地掌握草原生物量对草原资源合理利用、生态修复、畜牧业高质量发展都具有重要的意义和作用。本研究以内蒙古锡林郭勒盟为研究区,利用高分一号遥感卫星影像,结合216个野外样本数据,采用随机森林算法（Random Forest,RF）对草原地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）遥感估算进行了适用性分析与应用。在运用随机森林算法的过程中,进行了K-折交叉验证、多元共线性诊断、偏效应等一系列分析,完成了随机森林模型的构建,同时,将建模结果与其它模型进行了对比,最终实现了锡林郭勒盟草原AGB的反演估算。结果表明：① 随机森林算法能够较好地规避生物量建模中自变量多元共线性的问题;② 随机森林模型在草原AGB估算中较其它模型具有更好的适用性,模型精度达85%,RMSE为202.13 kg/hm²;③ 应用构建的随机森林算法估算了研究区2017年草原AGB,从结果来看,其空间分布上呈现为自东向西逐渐递减的趋势;从草地类型上看,山地草甸类AGB单产最高,温性草原类总产量最高。研究结果将对草原生态系统监测评估和草原宏观管理具有一定的参考价值。     

内蒙古西部草原地上生物量的遥感估算

利用2005-2011年内蒙古西部草原756个地面调查样方与2001-2011年MODIS NDVI数据集,建立统计模型,估算了内蒙古西部草原地上生物量,并探索了地上生物量与气候因子的关系.结论如下:①内蒙古西部草原地上生物量2001-2011年均值为5.27 Tg(1 Tg=1012g).2001-2011年间,内蒙古西部草原地上生物量呈波动状态且略有下降趋势.②内蒙古西部草原地上生物量的空间差异显著,总体自东南向西北逐步降低.③内蒙古西部草原地上生物量年际波动的主要驱动因子是1-7月的降水量,而与同期气温无显著关系;降水量同样是决定地上生物量空间分布的重要因素,而气温的影响较弱.本研究的估值仍存在一定的不确定性,主要来源于样方的采集标准差异、样方生物量的折算偏差、灌木生物量的低估与遥感数据集误差.     

10年来锡林郭勒盟草原植被长势变化及其影响因子分析

对草原植被长势变化的监测,及其与气候因子关系的分析,对生态环境治理及保护具有重要意义。本文利用250m的MODIS-NDVI数据,构建草原植被长势指数(MGI),分析了16天间隔的植被长势变化及其与降水、气温的相关性和对降水响应的滞后性。得到锡盟3种草原类型区2001-2010年草原长势变化情况,及降水、气温在草原生长不同阶段对草原长势的影响。研究结果表明:(1)在空间上长势东部变化好于中部与西部,北部好于南部;时间上2003年长势最好、2001年长势最差。(2)锡盟内3种草原类型区MGI均与降水关系明显,与气温相关性不显著,降水对温性草原区长势变化的影响最大。(3)在草原生长的不同阶段,影响因子不同,前期与后期主要受气温影响,中期主要受降水影响,草原生长对降水存在明显的滞后,一般在32-48天,同时指出草原植被在不同时间段对降水响应的滞后时间。     

北疆农区土壤盐渍化遥感监测及其时空特征分析

基于MODIS数据,利用归一化植被指数和盐分指数的二维特征空间关系建立土壤盐渍化遥感监测模型,对北疆农区2000年以来的土壤盐渍化状况及其空间动态变化进行了监测分析,并探讨了典型区土壤盐渍化的主要驱动因素。结果表明：① 土壤盐渍化遥感监测指数可以从宏观上定量刻画北疆农区的土壤含盐量;② 北疆农区土壤盐渍化空间特征呈现出总体上逆转、局部严重发展的态势;③ 土壤盐渍化等级在不同时间段的发展或逆转的方向主要由中度向重度及重度向盐土间的相互转化,其中重度盐渍化农用地的转化幅度最大;④ 不同土壤盐渍化等级中盐土的形成与农区降水量和干燥程度具有较好的相关性,未盐渍化（正常）和中度盐渍化与农区有效灌溉面积和农作物播种面积分别呈相关系数较高的正相关和负相关。     

青藏高原草地生态系统生物量碳库研究进展

准确认识青藏高原草地生物量碳库及其变化规律对研究区域碳循环与合理利用草地资源具有重要意义。通过综述相关文献,将青藏高原草地生物量碳库的研究方法与结果概括如下:①当前草地生物量碳库的估算方法主要有4种:文献记录法、实地调查法、遥感—植被指数法和过程模型法等,而估算方法、采样标准与地下生物量估算是导致结果差异的主要因素;②文献结果显示,青藏高原草地生物量的平均碳密度为223 g/m2,碳库为277TgC(1Tg=1012g);③采用遥感的估算结果表明,近20年来青藏高原草地地上生物量碳库呈增加的趋势,总体处于碳汇状态;④影响青藏高原草地地上生物量的主要因子是降水量,温度对生物量的影响还存在不确定性,人为干扰也是影响草地生物量的重要因素。目前青藏高原草地生物量碳库的研究仍存在着一些问题,应从基础观测数据、遥感模型算法与碳—氮—水耦合过程模拟等方面开展更为深入的研究。     

草原植被长势遥感监测研究进展

草原植被长势监测是草原监测的重要领域, 它能从宏观上揭示草原的生长状况及其动态变化, 从而为草原科学管理提供快速、准确的参考依据。目前长势监测主要利用遥感的方法, 即选择归一化植被指数NDVI作为反映植被生长状况的指标, 方法有同期对比法、植被生长过程曲线法、直接监测法。本文在总结草原长势监测进展与方法的同时, 指出了其中存在的问题--监测中过分依赖NDVI、不区分草原类型而使用同一种方法进行监测;对未来发展方向做了展望--监测中选用适宜植被指数、监测方法, 分区域、分类型的监测长势, 提高监测精度, 将长势监测与草原产草量、生产力结合, 为牧民生产提供指导。