草原矿区长时序植被覆盖度变化趋势对比分析

呼伦贝尔草原区生态脆弱,在人类活动和气候等因素影响下草原生态变化备受关注。本文以宝日希勒矿区及周边为研究区,应用1985-2015年Landsat年度最大合成NDVI数据,采用像元二分模型反演植被覆盖度;分别利用一元线性回归法和Sen+Mann-Kendall法对研究区植被覆盖度趋势和空间差异进行了对比分析。结果表明:两种方法得到的植被变化趋势基本一致,Sen+Mann-Kendall方法相较于一元线性回归法对植被覆盖度改善和退化反应更为敏感。研究结果有助于科学评价长时序煤炭开发活动对地表生态的影响并为长时序植被变化监测提供方法参考。

草原型露天煤矿区土壤重金属污染评价及空间分布特征

草原型露天煤矿区土壤重金属含量的空间分布特征和污染状况,关系到矿山开采与生态环境修复政策的制定,同时也是研究煤炭开发影响范围的参考指标之一。通过分析矿区采场周边土壤重金属含量从重金属污染视角研究煤炭开采影响的“类型”与“边界”,以及确定生态修复措施的参考依据之一。以宝日希勒一号露天矿采场为中心,从采场边缘向外4 km范围内沿西、西北、北、东北、东、南6个方向设置辐射状的调查样线,共布设了58个土壤采样点。应用内梅罗指数法、地质累积指数法和潜在生态危害指数法,对土壤重金属污染水平及潜在生态危害进行评价。采用单因素方差分析法,判断采煤活动是否对采场外土壤重金属含量造成影响及影响边界。通过对土壤重金属含量进行相关分析,探索不同土壤重金属元素是否具有相同的来源。研究结果表明:①与土壤环境质量(GB 15618—1995)Ⅰ级标准相比,土壤重金属中Pb,Zn和Cr均未超标,Cu超标率为28%,但未超过国家Ⅱ级标准,对农牧业生产、人体健康和环境基本没有影响。②以内蒙古土壤背景值为标准,Pb,Cu部分无污染,部分中度污染,Zn和Cr没有污染。综合污染程度指数处于“警戒线”水平。潜在生态危害指数<150,处于轻微生态风险等级。③在附近有道路分布的西、西北方向及S201省道附近的采样点上,Pb含量相对较高。④Zn与Cu在东方向,Pb与Cu在北方向具有较强的相关性,各元素之间在其他方向均未表现出较强的相关性。Pb,Cr,Zn和Cu含量与采场距离关系不密切,没有呈现距离衰减特征。⑤参照2018年颁布实施的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018),各项土壤重金属含量远低于规定的风险筛选值,土壤污染风险低。宝日希勒矿区采场外4 km范围内土壤重金属含量总体上处于无污染状态。各方向Pb,Cr,Zn和Cu含量均未表现出距离衰减特征,个别土壤采样点重金属含量相对高,附近分布有道路、居民点、电厂等,与煤矿直接开采关系不明显。

基于时序多光谱影像的干旱草原区开采扰动信息提取方法

露天开采会彻底改变原有土地利用景观格局,直接破坏当地生态环境,甚至会影响附近居民的生产和生活,因此越来越多的学者开始关注开采扰动。先前有关利用时序多光谱影像提取开采扰动的研究区集中于扰动形式单一的森林区。而我国露天煤矿大多集中于草原区,且我国东北部的草原矿区因其脆弱的生态环境以及其他多种扰动形式的存在,使得开采扰动识别更加困难。为明确我国东北部生态脆弱区草原露采场的开采扰动,以胜利矿区为例,利用1986年—2017年27期Landsat多光谱遥感影像,基于归一化植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)的长时间序列轨迹变化特征(为了去除物候、云和阴影等对时序多光谱影像的影响,利用BISE-WT滤波器对原始NDVI时间序列进行滤波处理,有效地去除时序NDVI数据中的噪声并同时保留有效信息),经过样本点训练,获得CV阈值(变异系数coefficient of variation)和Max阈值(植被阈值),构建CV-Max扰动识别模型,提取研究区的扰动分布。并利用植被阈值,分析NDVI时序轨迹,获得扰动年际信息,重构扰动历史地图;进而通过分析研究区典型地物的光谱特征,构建裸煤提取规则,以此来提取研究区的裸煤分布;最后通过构建裸煤及扰动区两者间的拓扑关系,进行空间拓扑叠置分析,从而获得开采扰动信息。经过精度验证,开采扰动的提取精度达到93.17%(Kappa系数=0.85),扰动年际信息提取精度达到83.35%(Kappa系数=0.81)。结果表明:在研究期间,空间上,开采扰动面积占研究区总面积的8.90%;时间上,开采扰动的发生集中于2000年—2009年,期间开采扰动像元占开采扰动总像元的76.70%;1988年—1998年矿区属于土地损毁初始期,2000年—2005年矿区属于土地损毁加速期,2006年—2009年矿区属于土地损毁高峰期,2010年—2017年开采扰动像元占比趋势比较平缓且持续处于较低水平,矿区土地损毁范围基本稳定。所提出的针对我国东北部生态脆弱性草原矿区,基于时序多光谱影像,利用植被指数NDVI和裸煤光谱特征提取开采扰动信息的方法是可行的,该研究结果可为干旱、半干旱草原露天矿区的可持续发展提供数据和理论方法支撑。

基于HJ-1A星HSI数据的植被吸收光合有效辐射APAR估算

为了更准确地测量植被对太阳辐射的有效吸收量,本文对基于HJ-1A卫星的HSI数据进行植被吸收光合有效辐射APAR的研究,为阴阳叶的吸收有效光合辐射量的分离计算提供基础,并为森林生态系统净初级生产力计算提供准确的参数数据。研究的主要步骤有以下三步:首先对一景包含漠河气象站的HSI数据进行预处理,其中包括HSI数据的格式转换,去条带处理以及大气校正等;在此基础上应用逐日太阳辐射模型计算日总太阳辐射,并通过NDVI计算得到光合有效辐射吸收比率FPAR;最后用FPAR与太阳辐射共同计算出APAR。最终得到处理后的图像,并且验证了逐日太阳辐射模型和研究区域气象站数据的相关性,通过NDVI和SR的结合计算出FPAR,精度得到了提高;植被吸收光合有效辐射APAR计算完成后,将灰度图像显示为专题图像。从专题图中可以得出不同地区森林的APAR值,并最终推算出全年的APAR。

张家口市生态保护重要性评价及主导生态功能分区研究

张家口市是京津冀生态屏障的关键区域,为揭示其生态保护重要性的空间差异,本文构建了包括生态系统服务功能重要性和生态敏感性的生态保护重要性评价指标体系,采用变异系数法和极限条件法开展生态保护重要性综合评价并分析其空间差异;以乡镇为基本单元,采用K-Means聚类分析方法划定主导生态功能区。结果表明:张家口市生态保护"极重要"和"高度重要"面积比例分别为28.39%和21.91%,主要分布在西北部坝上高原区及东南部的燕山和太行山的山地地区;6个主导生态功能区中,3个属于单项生态功能"极重要"或具有复合生态功能,应列为生态保护和生态修复的重点区域。研究成果有助于生态保护政策制定,可以为空间开发格局优化"、三生空间"划定、国土空间规划等提供参考。

重点区域林地时空变化特征及驱动力分析

针对林地的保护与建设问题,选取我国3大林区中林地面积占辖区比最高的黑龙江省、广西壮族自治区和云南省,结合土地利用遥感监测数据和社会经济数据,采用土地利用变化动态度、聚类分析、核密度估计、主成分分析等方法,进行像元尺度的长时序林地时空变化及驱动力研究。结果表明:1)1980—2015年,黑龙江、广西和云南的林地面积均为净减少,黑龙江省的净减少面积最大;2)该3省(自治区)的林地转化集中在林地和耕地、草地之间,在林地二级类型转化中,有林地的变化最为明显;3)该3省(自治区)林地空间分布的集聚程度35年来均未发生较大波动,林地退化区域集中且范围较小;4)城镇化率和交通发展水平、经济发展水平是影响林地面积变化的主要驱动力。本研究为林地资源的监测、管理和可持续发展提供参考。

陈巴尔虎旗土地生态状况评价及影响因素分析

为科学评价自然-人类活动综合作用下陈巴尔虎旗土地生态状况并更好地反映其空间异质性,以像元为评估单元,构建涵盖土地利用类型、植被覆盖度、土壤湿度、裸土指数、土壤亮度五项遥感参量的土地生态状况评价模型(LEI模型),揭示呼伦贝尔草原核心区——陈巴尔虎旗土地生态状况的空间差异,分析其主要限制因子,进而提出相对应的土地生态调控途径。结果表明:1)空间上陈巴尔虎旗土地生态状况从东北向西南逐渐变差。2)时间上陈巴尔虎旗2000—2010年土地生态状况整体有变差趋势,土地生态状况处于"一般"的区域面积由65.75%增加到69.75%,"变差"和"变好"的区域面积比重分别为12.59%和5.19%,且东部比西部的土地生态恶化进程更快。3)土地利用类型和植被覆盖度是影响研究区土地生态状况的主要限制因子。