北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失评估

以钦江流域2015年的气象数据、遥感数据及数字高程模型、土壤类型以及土壤质地等数据为基础,基于修正的通用土壤流失方程(RUSLE)和GIS空间分析技术,定量分析了广西北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失的空间分布特征.研究结果表明:(1)北部湾钦江流域2015年土壤侵蚀总量为381.64×104t/a,平均土壤侵蚀模数为14.79t/(hm^2·a),小于2010年钦江流域的土壤侵蚀模数,但远大于水利部规定的在南方红壤丘陵区土壤允许流失量;(2)流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主,侵蚀强度从流域上游到下游依次降低,0～240m之间的高程带以及>15°的坡度带是未来土壤侵蚀防治的重点区域;(3)山地地区的土壤侵蚀模数最高,达23.49t/(hm^2·a),高于流域平均土壤侵蚀模数约1.59倍,丘陵地区次之,而冲积平原最小;(4)流域土壤的硒含量介于0.38～0.72mg/kg之间,平均值0.49mg/kg,高于中国土壤硒元素背景值的1.69倍;(5)不同土地利用类型土壤硒含量随着土壤剖面深度的增加均呈现出减低趋势,硒的含量在不同土地利用类型中的排序为林地>园地>草地>水田>旱地,而在不同土壤类型中硒含量大小顺序则为:新积土>石灰岩土>潜育水稻土>淹育水稻土>赤红壤>潴育水稻土>砖红壤>滨海沙土>紫色土>咸酸水稻土.(6)流域土壤硒元素的流失总量为8987.05kg/a,平均流失模数为0.0344kg/(hm^2·a),其中流域中游的硒元素流失量最大.该项研究成果可为钦江市政府开发富硒农产品、发展富硒农业以及提升钦江流域土地利用的价值提供科学依据.

基于无人机影像的北部湾典型岛群红树林生态系统净初级生产力估算

提出以无人机季节航拍影像为数据源,采用ENVI5.3软件中的CART方法对广西北部湾的典型岛群红树林景观类型进行解译,借助于Python语言实现CASA模型并将其引入到对岛群红树林生态系统的研究中,得出了不同海岛和红树林生态系统净初级生产力(NPP)的空间分布特征。结果表明:1)可见光波段差异性植被指数(VDVI)可以很好地区分海岛及红树林植被等典型地物,可应用在岛群红树林生态系统NPP的估算上;2)研究区NPP的总量为127.09 t-C/a, NPP的年均碳密度值介于0~1 437.12 g-C/m2,年均碳密度为399.85 g-C/m2o红树林生态系统的NPP值较高,而海岛生态系统的NPP值较低;3 )季节尺度上NPP碳密度的大小与年内太阳辐射有直接的关系,夏季的NPP碳密度最大,冬季最小;4)白骨壤的单位面积NPP最大,为1 123.09g-C/m2,而桐花树最小,为649.65 g-C/m2o红树林生态系统NPP平均碳密度低于实测样地和深圳福田红树林计算结果,这与不同红树林群落的植被光谱特征有关。

北部湾典型海岛生态系统服务价值空间异质性对比研究

基于北部湾海域典型海岛高分 1 号数据,借助于 CART 决策树方法,获取了广西北部湾两个典型海岛的景观格局数据,并采用生态系统服务价值计量模型、空间自相关模型及地统计学中的变异函数模型对其生态系统服务价值进行了空间异质性分析。结果表明:团和岛单位面积生态系统服务价值是七星岛的 1.08 倍,但其变异系数低于七星岛;七星岛由于其地质背景为泥沙岛,景观格局受到人类活动以及自然环境的强烈干扰,趋向于复杂化和破碎化;而团和岛由于所处的外部环境以及自身的地质特征,景观格局呈现出整体斑块化分布状态;团和岛的景观格局主要受到结构性因素的控制,而七星岛则以随机性因素控制为主,选用变程和 Moran’s 指数来表征其复杂化和破碎化,来决定其优先开发时序,可对前者进行适当开发,而对后者适当进行生态保护;对受到结构性因素影响的岛屿在进行开发时,时序的识别选用变程和 Moran’s 指数来表征,若变程和 Moran’s 指数越小,说明海岛整体的景观分布格局趋向于复杂化和破碎化,反之生态系统较好,可进行优先开发。同时本文构建了北部湾海岛生态系统异质性评估与自然资源管理框架,并提出了海岛管理的建议与对策。

北部湾典型入海流域植被净初级生产力时空分布特征及其影响因素

北部湾入海流域处于典型河口-近海岸相互作用地带,是中国南亚热带地区典型的独流入海河流,对该地区的植被净初级生产力(NPP)进行定量化研究,可为中国南亚热带地区典型独流入海流域碳循环研究及其生态恢复提供科学依据。以北部湾典型入海流域为研究对象,基于CASA模型并结合Theil-Sen趋势、Hurst指数、偏相关分析等数理统计方法,定量化分析了流域2000-2017年NPP的时空变化特征、未来趋势及其影响因素。结果表明,时间尺度上,流域多年月均NPP介于8.50-95.86 g·m^(−2)(以C计,下同)之间,呈倒“V”型结构;年际变化上,多年NPP总体呈现波动上升趋势,增速为8.83 g·m^(−2)·a^(−1),快于广西壮族自治区(增速为0.001 g·m^(−2)·a^(−1))。空间尺度上,典型入海流域NPP呈明显地域分异规律,NPP高值区主要位于西南部的十万大山南麓,低值区散布钦江河道附近、南流江流域的上游以及下游的西南部地区。流域NPP总体上以改善为主,NPP增加区域是减少区域的3.05倍。流域NPP的Hurst指数范围介于0.20973-1之间,总体上以持续序列为主,预示研究区NPP未来处于持续增加趋势。影响因素上,气温是影响NPP的主导因素,NPP与多年平均气温存在正相关关系,与降水存在负相关关系。NPP在不同覆被类型、海拔和坡度梯度上均呈现出显著的地域分异规律以及时空差异性特征。该研究表明北部湾入海典型流域NPP呈逐年增加趋势,气温是流域NPP的主导因素。

1961—2017年广西北部湾海岸带太阳总辐射时空动态特征

太阳辐射是地球生命发生发展的决定因素之一,是大气运动唯一的能量来源。在全球气候变暖背景下,关注海岸带太阳辐射变化尤为必要。为了揭示广西北部湾海岸带太阳辐射的时空变化特征,基于北部湾海岸带临近区域的22个气象站1961—2017年逐日日照资料和南宁、北海站的太阳辐射资料,采用Angstrom模型对各气象站点的月太阳总辐射进行了估算。在此基础上借助于Mann-kendall检验、气候倾向率、趋势面分析法等数理统计方法对北部湾海岸带年内和年际太阳总辐射时空变化特征进行了分析。研究结果表明:在时间尺度上,研究区域年际太阳辐射总量变化呈现出"W"型特征,其波动幅度介于4002.5MJ·m^-2到5981.9 MJ·m^-2之间,呈显著上升趋势具体为91.7 MJ·m^–2·10a^–1。在空间分布上,北部湾海岸带太阳辐射资源空间差异较大,位于上思与防城港交界地区的太阳辐射最高,海岸东岸的北海市和合浦县次之,海岸西岸的钦江流域和茅岭江流域最小。突变分析上:春、夏、秋季的年均太阳总辐射在研究期均发生了突变,而冬季没有发生突变。丘陵地区和海岸西岸年均太阳辐射发生了突变,而海岸东岸没有发生突变。其中海岸西岸的东兴太阳辐射突变的时间最早,防城港突变的时间最晚。本文研究成果为太阳总辐射的定量化研究提供了方法学上的经验,并对该区太阳总辐射资源合理利用与管理具有较好的指导意义。

基于二元逻辑斯蒂模型的桐梓河流域土地利用变化及模拟

为探明典型喀斯特流域土地利用时空变化过程,揭示流域土地利用变化主控因素,以桐梓河流域1980、1990、2000、2010、2015年五期的遥感影像解译数据以及研究区的自然社会经济等数据为基础,综合运用土地利用转移概率矩阵以及二元逻辑斯蒂回归模型对流域的土地利用格局进行了最佳模拟尺度选择,在此基础上构建了流域不同土地利用类型空间分布概率图。研究结果表明:桐梓河流域的景观类型异质性较强,土地利用类型在研究期间内转移过程比较复杂,各种土地类型流转中"转出与转入"现象普遍存在;桐梓河流域土地利用分析及其模拟的最佳空间模拟尺度为120 m×120 m;喀斯特流域林地与灌木林地的发生概率与降水量的大小并没有直接关系,降水量越大的地方流域林地分布概率不一定越高,其发生概率一般与气温正相关,温度越高,林地和灌木林地的出现概率越大;喀斯特流域草地的分布与岩性有极大的关系,草地发生概率一般出现在喀斯特地区以及降水量高的地区,而气温越高的地区草地出现的概率越低;从逐点对比的精度来看,建设用地的模拟准确率最高(89. 62%),水体次之(86. 15%),而草地的模拟准确率最低,仅为62. 68%。由此可见在对喀斯特流域土地利用时空数据变化及其驱动力识别时,二元逻辑斯蒂回归模型具有很好的模拟能力。

无人机激光遥感实验平台设计与实现

在分析遥感图像处理中无人机激光遥感实验课程教学存在理论公式学习枯燥、晦涩难懂,可视化内容难以实现等问题的基础上,利用Matlab GUI工具,结合遥感图像处理的教学大纲、教学内容以及考核方式,在北部湾大学已有仪器设备的基础上,设计了基于模块化思想的无人机激光遥感实验平台。该实验平台内容涵盖了地面点云和非地面点云分割、数字高程模型提取、数字表面模型提取、冠层高度模型提取、单木分割、高度变量、强度变量以及郁闭度等模块。实践教学结果表明,该平台界面美观,操作简单,非测绘专业学生无须了解激光雷达点云数据处理的复杂原理,均可快速熟悉界面相关功能,能够很好地完成无人机激光遥感所涉及的实验内容。

基于Landsat-8 TIRS的防城港核电站温排水分布规律研究

利用夏季和冬季两幅Landsat-8 TIRS数据,通过辐射传输方程法对防城港核电站附近海域温度反演,结合潮汐数据分析防城港核电站温排水造成附近海域温度变化的影响规律。结果表明:冬季与夏季对低于4℃的温升变化范围影响不大,高于4℃的温升变化范围影响显著;潮汐运动对温排水扩散方向有明显影响,潮涨时温排水向东北方向扩散,潮落时向西南方向扩散。探索核电站温排水的分布状况及分布规律,对保护海洋生态环境具有重要意义。

桂西南地区水源涵养物质量及其价值评估

基于2000—2018年桂西南地区遥感影像等数据,采用InVEST模型定量评估水源涵养物质量,利用影子工程法计算水源涵养服务价值。结果表明:时间尺度上,研究区水源涵养物质量及其价值总体上均呈增加趋势;空间尺度上,水源涵养物质量及其价值分布存在一定差异,但大致均呈从南部向北部递减的趋势,大部分地区水源涵养价值呈增加趋势,只有百色市乐业县及沿海地区呈减少趋势;水源涵养价值与坡度、海拔均呈极显著负相关关系,也与地貌类型密切相关。

基于生态系统服务价值的赤水河流域生态补偿标准核算

以赤水河流域2000、2010、2015年的气象数据、遥感数据、土壤类型、地质背景以及社会经济等数据为基础,采用固碳释氧模型、修正的通用土壤流失方程以及InVEST水源涵养模型定量评估了流域的生态系统服务价值总量,同时采用生态补偿计量模型计算了流域不同区域的生态补偿额度,确定了流域的补偿标准和生态补偿优先级别。结果表明:2000—2015年赤水河流域单位面积固碳释氧价值量、土壤保持价值量以及水源涵养价值量均呈先增加后减少倒“V”形结构。固碳释氧价值由2000年的4279.33元/(hm^2·a)上升到2010年的4520.16元/(hm^2·a),随后下降到2015年的4409.69元/(hm^2·a);土壤保持价值量由2000年的95.11元/(hm 2·a)上升到2010年的144.45元/(hm^2·a),之后下降到2015年的89.03元/(hm^2·a);水源涵养价值量由2000年的23938.13元/(hm^2·a)上升到2010年的35232.99元/(hm^2·a),之后下降到2015年的20167.41元/(hm^2·a)。喀斯特地区固碳释氧价值总量增加的速度是非喀斯特地区的4.35倍,喀斯特地区土壤保持价值量和水源涵养价值量的下降速度分别是非喀斯特地区的1.28倍和1.59倍。流域多年平均生态补偿价值为4626.29元/(hm^2·a),生态补偿价值总量为76.23亿元,流域下游补偿价值量最大,而上游地区补偿价值量较小。流域上游地区的喀斯特地区以及下游的原始森林地区属于典型的生态输出地区,应优先得到补偿,而经济发达的中游地区经济发展活跃,应率先进行生态支付,属于典型的生态消费区。本研究结果与以往的基于价值当量的生态补偿模型相比,在栅格像元尺度上量化了流域不同地区的生态补偿标准,可为长江上游赤水河流域生态补偿模式、运行机制以及补偿的标准提供科学依据。

基于蜂巢格网的北部湾典型海岛景观生态风险空间异质性研究

基于北部湾典型海岛的景观格局指数数据,本文采用生态风险评价模型、空间自相关模型以及变异函数模型对不同海岛的生态风险进行了分析。结果发现:(1)七星岛生态风险的最佳拟合模型为高斯模型,其块金系数为0.06780,而团和岛为0.01225,表明七星岛景观格局主要受随机性因素的影响,而团和岛则受结构性因素的影响;(2)对团和岛可以适度开发,而七星岛则要适当保护;(3)团和岛生态风险指数值在空间上呈现出"东南部高,西南部低"的分布格局,而七星岛的生态风险指数值则呈现出"西高东低,南高北低"的分布格局;(4)岩性在海岛景观格局的形成过程中起关键作用,基岩岛岩石坚硬,景观格局具有一定的稳定性,泥沙岛以冲积物为主,景观格局易受到自然及人为因素的干扰。本文提出以地统计学理论为基础的海岛生态风险评价方法,可为广西北部湾海岛自然资源管理提供理论和方法上的借鉴。

机载LiDAR在红树林林分平均高估算中的应用

构建基于激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)数据的林分平均高反演模型可为无瓣海桑长势的动态监测提供技术支撑。以北部湾茅尾海无瓣海桑红树林湿地为对象,基于机载LiDAR提取的高度和强度参数变量,借助决定系数R^(2)、均方根误差RMSE、赤池信息准则AIC和贝叶斯信息准则BIC指标对随机森林、支持向量机以及神经网络3种模型进行了优选,在最优模型的支持下估算了研究区的红树林平均高及其空间分布状况。结果表明,研究区无瓣海桑的林分平均高介于3.90~11.58 m之间,其中树高较高、胸径较大的无瓣海桑主要分布在潮沟附近以及研究区中部。在估算无瓣海桑的林分平均高时,贡献率最大的是样方点云高度最大值,其次是75%~99%分位数高度。随机森林回归模型在估测林分平均高模型中的精度最高(R^(2)=0.9381,RMSE=0.58 m,AIC=80.50和BIC=49.05);支持向量机模型次之,该模型在测试阶段的R^(2)为0.7665,RMSE为1.27 m;神经网络模型的拟合效果最差。总体而言,随机森林模型是研究区无瓣海桑林分平均高反演的最优模型。