水利工程堤坝护坡植被修复技术与方法研究——评《水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范》

水利工程是当今社会十分常见的工程项目,可提高社会充分利用水资源的能力与效率,为生态环境建设提供帮助。但这种工程建设也对土地环境造成了影响,因施工造成的人工创面范围较大,施工区域的植被破坏、水土流失问题日益严重,尤其是在堤坝护坡区域,利用植被对边坡生态环境进行修复、提高边坡结构的稳定性成为了一种有效措施。本文参考《水电工程陡边坡植被混凝土生态修复技术规范》一书对水利工程边坡的植被生态修复技术进行研究,为水利工程边坡植被修复提供参考。

考虑刚柔组合的海岸复合型植被消波特性研究

海岸植被在消减波浪能量方面发挥着重要作用,植被消波是海岸生态防护的重要形式。以广州市南沙区龙穴岛北部近岸水动力特征为基础,通过波浪水槽物理模型试验探究不同淹没度、入射波高及柔性植被宽度比条件下单一型植被(柔性、刚性)和复合型植被(刚柔组合)消浪效果。研究结果表明:当淹没度α=0.67(低于树冠形心处淹没度0.03即水深略低于树冠形心)或α>1.00(水深高于树冠顶部)时,单一型刚性植被消浪效果最优;当淹没度α增大至0.78和0.83(分别高出树冠形心处淹没度0.08和0.13)时,柔性和刚性复合型植被消浪效果更好。随着波高的增大,单一型植被与复合型植被的消浪效果均增强。柔性植被宽度比值B/B_(0)对植被消浪系数K的影响与淹没度和波高有关:当α<1.00时,消浪系数K随B/B_(0)的增大先增大后减小;当α=1.00时,消浪系数K随B/B_(0)的增大先减小后增大再减小,且均在B/B_(0)时消浪系数达最大;当α>1.00时,消浪系数K随B/B_(0)的增大呈现减小的变化趋势。研究可为当地植被生态护岸工程建设提供理论支撑。

簇状分布的刚性双层植被明渠紊流特性分析

采用RNG k-ε紊流模型,对簇状分布的刚性双层植被明渠水流进行了模拟和分析;根据时间及空间的双平均方法对植被明渠水流的流速及紊动参数进行了统计。结果表明:簇状分布的植被明渠水流可以分为植物区、间隙区及主流区,不同区域时均流速的大小和分布各异;双层植被明渠水流中,时均流速垂线分布在近床面、低植物顶部附近及高植物顶部附近均出现拐点,脉动强度和紊动能的最大值出现在高植物顶部附近。

秦巴山区生态系统服务对植被覆盖变化的响应阈值

秦巴山区地处我国南北气候、生物区系的交汇地带,具有十分重要的地理与生态价值,蕴藏着巨大的发展潜力。确定生态系统服务对植被覆盖变化的响应阈值是实现秦巴山区环境资源有效配置、管理政策科学制定以及生态效益最大化的重要前提。在分析秦巴山区产水、固碳、土壤保持和生境质量4项生态系统服务时空特征的基础上,综合运用聚类分析、方差分析和弹性分析对比不同植被类型和地形梯度下生态系统服务的异同进而分区计算植被覆盖变化的影响阈值。结果表明:(1)2000—2020年,产水、固碳、土壤保持和生境质量服务整体提升且均表现为东南高西北低的空间分布。(2)不同类型植被下,生态系统服务整体供应能力从大到小依次为林地、草地和农田。不同地形变化下,除生境质量呈持续增长态势外,其他3项服务均出现了先提高后衰减的非线性趋势。(3)植被覆盖度对生态系统服务有促进作用,但超过一定阈值后这种作用会逐渐减弱。植被覆盖影响阈值在林地、草地和农田区分别为0.85、0.80和0.78;且该阈值随地形因子增加先增大后减小。本研究结果可以转变秦巴山区单纯依靠扩大森林面积提升生态系统服务供给的简单化生态保护模式,为构建分区管理、全面系统和动态平衡的生态可持续发展体系提供依据。

近20年太行山-燕山植被生态指数时空动态及其驱动因素

为掌握太行山-燕山综合区植被生态状况,创新性地构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被生态指数(Vegetation Ecology Index,VEI)。选取2003—2021年的GEE云平台(Google Earth Engine)数据,采用Slope趋势分析、变异系数和相关性分析等方法,研究了植被VEI时空变化特征,分析了气温、降水等气候因素对植被VEI变化的影响。结果表明:(1)2003—2021年太行山-燕山植被VEI多年平均值为0.526,整体呈现自北部向其他方向蔓延减少的趋势,其分布规律与海拔分布具有一定的相关性;(2)2003—2021年,研究区VEI整体呈下降趋势,速率为0.0017/a,增加区域仅为36.71%;(3)研究年限内植被VEI呈现稳定性变化的区域约为76.96%,整体处于较稳定状况;(4)年均气温较年均降水来说对研究区VEI的影响更显著。研究结果将对太行山-燕山生态环境状况评估、资源合理配置、区域环境与社会经济发展战略的制定等具有重要的理论价值和现实意义。

黄土丘陵区典型植被生态系统功能的权衡关系

为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation,RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样性4种生态系统功能差异及其权衡关系。结果表明:各植被类型间生态系统功能差异显著;各植被类型最高权衡均出现在生物量与其他生态系统功能间,RMSD在0.27~0.53间变化;乔木群落生态系统功能严重失衡,需要降低生物量促进各功能协调发展;灌木群落和自然草地群落生态系统功能中度失衡,是较为适合该区域的植被恢复的类型,两种群落分别需要改善土壤养分含量和土壤含水量;撂荒草地失衡程度最轻但生态系统功能低下,需要提升物种多样性及生物量。研究结果为黄土高原植被恢复调控与可持续发展提供依据。

淮北矿区多种类型植被地上生物量反演研究

生物量是植被碳的重要组成部分,对于评估矿山生态环境修复效果至关重要。在淮北矿业闸河矿区,生态破坏与修复并存,地表植被类型丰富多样,有林木、草本和农作物等。在这种多植被类型交叉覆盖的地区,传统的单一物种生物量模型难以应用。为准确反演该区域综合植被的生物量,以sentinel卫星数据为基础,利用植被指数和波段运算方法构建的光谱指数作为特征数据集,通过不同特征和模型的组合构建该区域生物量反演模型。在特征选择阶段,利用随机森林和相关性分析两种方法对特征进行综合评价,最终筛选出关键的5个光谱指数(增强植被指数、归一化差分水体指数、改进的归一化差分水体指数、Sentinel-2红边位置、陆地叶绿素指数)以及5个基于波段运算的自建光谱特征(1/B1、1/B2、1/B7、B1/B2、B5/B6)。基于这些筛选出的特征,设计了5种不同的特征组合方案,并结合传统方程回归和机器学习模型,在林地和综合植被数据上分别构建了生物量反演模型。研究结果表明,相较于传统回归模型,机器学习模型在生物量反演领域具有更高的精度。基于波段运算的自建光谱特征可以提高机器学习模型生物量反演的精度,其中支持向量回归(SVR)模型结合自建光谱特征与原始波段得到的反演结果精度最高,模型验证集的决定系数R^(2)为0.74,均方根误差为8.14kg·m^(-2)。将SVR模型应用于研究区进行生物量反演,得到的结果与当地植被分布特征高度一致。本研究成果不仅为矿区生态修复评价提供了数据支撑,而且为类似生态系统的后续研究提供了借鉴和经验。

2001—2019年台风干扰下我国东南沿海地区植被抵抗力和恢复力评估

台风是影响我国陆地生态系统结构和功能的主要自然灾害之一,尤其对东南沿海地区植被具有明显的干扰效应。为深入了解台风对我国沿海地区植被的影响及其响应,基于MODIS增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI),分析了2001—2019年间不同等级的台风对植被EVI和LAI的影响,评估台风登陆时植被的抵抗力及台风过后植被的恢复力。结果表明:(1)2001—2019年间,共有70个台风登陆我国东南沿海地区,其中,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)的数量分别为35、26和9个。我国台湾省的台风登陆次数最多,为26个,其次为广东省(20个);(2)在整个研究区范围内,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)登陆后的EVI净变化率分别为4.88%、-7.48%、-1.85%,LAI净变化率分别为22.28%、-65.70%、-17.60%;(3)在经历台风干扰后,沿海地区大部分植被可在3个月之内得到恢复,其中浙江省与广东省植被的恢复时间较长,海南省与台湾省植被的恢复时间较短。研究结果对我国沿海地区森林经营管理和生态环境保护具有重要意义。

苍山植被类型分布及其覆被变化和群落演替

通过结合植被生态遥感和野外调查对苍山植被覆被类型及其变化开展调查研究。植被遥感解析发现,苍山植被垂直带谱分布格局明显,亚高山带植被群落类型及其转移变化较复杂,核心保护对象苍山冷杉林主要分布于东坡高山带。随着保护区的建立,苍山植被覆盖度得到了显著提升,各功能分区已基本完全恢复为高覆盖度植被。野外群落调查发现,苍山冷杉林和多变石栎林群落结构稳定,一些海拔区段华山松林、云南松林和旱冬瓜林群落存在衰退风险。相较于以往单一方式的科学调查,本次遥感影像有效地促进了苍山植被覆被类型及其分流变化的解析,能够与野外调查结果相互支持,而对多种植被群落亚型、群系和群丛的野外调查验证依然非常必要。

基于植被光学厚度的全球植被动态监测进展

植被光学厚度(vegetation optical depth,VOD)为一种基于微波的植被含水量和生物量估算方法。与光学遥感相比,卫星VOD对大气扰动的敏感性较低,可测量植被不同方面的特征和信息,为全球植被监测提供了一个独立和互补的数据源,已经被广泛用于研究全球气候和环境变化对植被的影响。了解目前VOD在全球植被动态监测的应用研究进展,对其进一步发展和深入应用非常重要。鉴于此,文章首先重点介绍了被动微波和主动微波反演VOD的主要方法,对比分析不同传感器VOD产品的主要特点;然后,从植被特征监测(如植被含水量、生物量)、碳平衡分析、干旱监测、物候分析等方面总结当前VOD在植被动态监测应用方面的研究进展;最后,探讨了VOD产品的优缺点和改进方法,进一步展望了VOD技术在植被动态监测中的应用前景。

基于卫星遥感资料的宁夏固原市2000—2021年植被生态时空变化分析

文章利用FY气象卫星遥感探测资料,利用归一化植被指数(NDVI)、植被净初级生产力(NPP)、植被生态质量(EQV)3个指标对固原市2000—2021年植被生态状况进行了定量评价分析。结果表明:固原市植被生态状况整体逐渐转好,3项指标2017—2021年平均值均好于2012—2021年平均值,2012—2021年平均值均好于2000—2021年平均值。从空间上来看,总体上呈从北到南逐渐增大趋势,泾源县植被生态状况最好,隆德县次之,原州区、西吉县最差。植被生态变化主要受人为因素和气候因素双重影响,相较于气候因素,人类活动在促进植被生态环境良性发展方面起到了主导作用,自然植被生态质量持续改善主要得益于生态修复工程的大力实施,但时间、空间分布状况与降水量密切相关,阶段性极端气候事件、气象灾害是影响植被生态状况的重要因素。

漂浮植被作用下水流纵向流速的垂向分布及离散特性研究

为探究漂浮植被影响下明渠水流流速及纵向离散系数的沿程变化特性,采用Fluent软件中的k-ε模型进行三维数值模拟并与水槽试验结果进行对比分析,在模型验证合理的基础上,对漂浮植被不同根系下探深度及覆盖率下水流纵向时均流速的垂向分布特性进行研究,并基于改进的分区模型分析了含漂浮植被明渠的纵向离散系数。结果表明:漂浮植被水流垂向上可分为含植被水流层、无植被水流层与近河床层。纵向流速最大值出现在无植被水流层,其大小与植被下探深度及覆盖率呈正相关。含植被水流层的纵向流速随植被根系下探深度和覆盖率的增加而减小,无植被水流层及近河床层的纵向流速随着下探深度和覆盖率的增大而增大,且植被覆盖率及下探深度越大含植被水流层与无植被水流层的流速差异越大。纵向离散系数沿程表现出先增大后减小的趋势,在植被区中下游离散最为剧烈,且与植被下探深度和覆盖率呈正相关。

青藏高原各主要植被类型特征及环境差异

青藏高原高海拔引起的地形、气候和土壤空间差异造就了其独特的植被类型及其空间变化,当前研究缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析。针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,选用植被、地形、土壤、气候4个维度共计58个空间化指标,采用频数分布统计方法对这些指标开展了定量分析,系统揭示了青藏高原全域范围内各主要植被类型的特征及环境差异。通过定量分析发现,大部分的环境及植被特征指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高,其中,遥感归一化植被指数、植被净初级生产力、裸地覆盖度、海拔、土壤温度、年最低温度、年总蒸散发7个指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高。揭示的青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,可提高灌丛和草地之间、各草地类型之间、高山苔原-垫状-稀疏植被与其他植被类型之间的可区分性,有助于解决青藏高原植被精细分类中广泛存在的灌丛和草地区分、草地类型细分、高山苔原-垫状-稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别四个难点问题。研究结果一方面可服务于青藏高原的植被精细分类,另一方面也可服务于青藏高原的自然地带划分、生物多样性和生态系统功能评估、地表物质循环研究等。

广东省植被生态质量演变与气象条件贡献分析

植被生态质量体现了植被的生产功能、多样性和服务功能,其变化受气象条件和人类活动的共同影响,科学地评估植被变化的气象条件贡献率对区域生态修复和应对气候变化具有重要的意义。以广东省为例,基于中国气象局发布的NDVI、FVC、NPP和气象条件贡献率等数据,运用统计分析与空间分析方法,探讨了广东省植被生态质量的时空分布特征,并定量评估了气象条件对广东植被变化的贡献。结果表明:1)2001-2022年,广东省的NDVI、FVC和NPP均呈波动上升变化,三者的年平均变化范围分别为0.494-0.627、0.594-0.706和C 831-1.15×103 g∙m^(-2),多年平均值分别为0.565、0.653和C 976 g∙m^(-2),峰值分别出现于2016年(NPP)、2021年(NDVI)、2022年(FVC),谷值出现于2005年(NDVI、FVC)和2003年(NPP);2)空间上,广东省植被生态质量存在明显的区域差异,表现为粤北>粤东北>粤西>粤东>珠三角,其中阳江、肇庆、云浮、清远、韶关等城市植被生态质量较好,东莞、佛山较差;3)近20多年来气象条件对广东省植被生态质量变化的影响以正贡献为主,气象条件贡献率整体以-1.60×10^(-2)/a的变化率呈波动下降趋势,气象条件对广东植被变化的影响总体变小;4)气象条件对粤北植被的影响以正向驱动为主,对粤东、粤西以负向驱动为主且对粤东的影响程度大于粤西,其中2007、2017-2018、2020-2022年气象条件对广东植被生态质量变化影响以负贡献为主,2022年呈高度负贡献。气象因素对广东植被生态质量变化的影响较大且存在明显的区域差异,在气象条件相对稳定的情况下,植被长势明显变好。

五峰山国家森林公园植被类型调查研究

为调研五峰山国家森林公园植被类型,本研究对该公园植被资源与分布特征进行调查。将研究区域的植被分为天然植被和人工植被,具体包括常绿阔叶林、常绿硬叶林、针叶林、人工竹林和其他人工林,分析不同植被类型的海拔范围、群落盖度、群落高度、最大胸径和优势种类等主要特点,研究各植被类型在此森林公园的分布情况。研究发现,研究区域有典型的亚热带常绿阔叶林植被,其生境复杂多样,自然植被类型丰富,保存较完整,有5个植被类型、5个植被亚型以及10个群系,植被类型垂直带谱分布明显,水平规律变化界限和植被类型垂直分布不明显。本文对研究区域植被类型保护提出建议,为该公园植被研究及植被保护提供参考。

不同配置乡村植被缓冲带阻控径流污染特征研究

植被缓冲带是河湖的重要生态空间屏障,对于减缓人类活动对河湖的直接干扰、阻隔农业面源污染等具有重要意义。为系统研究不同类型缓冲带对农田氮磷等污染物的拦截功效,本研究在定远张山设计8个缓冲带小区,结合自然降雨方式,持续两年观测不同缓冲带对地表径流及其主要污染物(TN、TP、COD)的削减效果。结果表明:林地和3°、8°横垄耕地缓冲带对径流的拦截效率较高,减流率分别达到了62.4%、52.0%和60.6%,径流量随雨强增大先升高后下降。与8°坡耕地缓冲带相比,降坡(3°)处理竖垄、横垄缓冲带泥沙流失量分别降低53.3%、50.9%。降雨产流的养分流失以氮素和有机质为主,林地缓冲带对径流NH4+-N的拦截率平均高达95.2%,此外降坡和横垄耕作措施也能有效减少径流冲刷的氮素流失。不同处理缓冲带对径流TP均有较好的拦蓄效果。3°、8°横垄耕地缓冲带CODMn流失量较低,拦截率达到53.0%、58.6%。林地缓冲带中高覆盖度的植被和发达的根系能够有效减缓降雨对地表的冲刷,减少径流和养分流失。在南方丘陵山地的乡村地区实施横坡垄作是拦蓄径流、降低面源污染风险的有效措施。

鹰潭地区20年植被生态质量遥感监测分析

为了做好鹰潭地区2001—2020年植被生态质量评价与分析工作,文章基于江西植被生态气象监测评估系统,采用ArcGIS软件统计分析鹰潭地区2001—2020年植被覆盖度情况。结果表明:2001年以来,鹰潭市植被覆盖度总体增加,植被指数和生产力明显提升,植被生态质量持续向好,2011—2020年表现尤为明显;2020年植被指数为20年最高,植被净初级生产力居20年次高位(仅次于2018年),较2001年提高了10.8%,鹰潭市超过95%地区的植被生态质量持续提高。

2000-2020年陕西省植被NDVI时空变化及气候因子探测

[目的]揭示陕西省不同生态系统植被时空变化,厘清不同气候因子及相互作用对植被变化的影响机制,为区域生态环境保护提供理论依据。[方法]基于MODIS NDVI及年均高温、年均低温、年均温、年总降水数据,采用Theil-Sen Median趋势、偏相关、地理探测器等方法,分析了2000—2020年各地貌分区植被NDVI时空变化特征,结合变量分离探究了植被NDVI变化与降水、气温的内部关联和响应机制。[结果]2000—2020年陕西植被NDVI波动增加,速率为5.9%/10 a,速率大小为陕北>关中>陕南;全省多年植被NDVI值为0.71,南高北低;植被NDVI显著改善区域占比67%,分区占比为陕北>陕南>关中。2000—2020年陕西气候因子随时间波动变化,速率大小为陕南>关中>陕北,空间上呈现年均高温降低、年均低温上升、年均温降低、降水增加。2000—2020年陕西及各分区植被NDVI与年均高温整体呈负相关,与年均低温、年均温、年总降水量呈正相关;全省及陕北年总降水贡献最大,关中和陕南年均高温贡献最大;年均高温与年总降水交互主导全省、陕北及陕南植被NDVI变化,年均温与年总降水的交互主导关中植被NDVI变化。[结论]研究期陕西及各分区植被整体变好,各分区植被对气候的响应关系、各因子的贡献及其相互作用不同,降水和年均高温、年均温的交互显著影响植被NDVI变化。

腾格里沙漠东南缘人工固沙植被演替地面节肢动物群落多样性分布特征

在腾格里沙漠东南缘选取2、5、8、34 a和57 a的不同年限人工固沙植被区为研究样地,以流动沙地为对照,利用陷阱诱捕法调查了不同样地地面节肢动物的群落组成及多样性特征,阐明了固沙植被区地面节肢动物多样性对植被演替的响应规律。结果表明:(1)此次调查共获得地面节肢动物15685头,隶属于15目40科44个类群。随固沙年限的增加,地面节肢动物优势类群数基本无变化,常见类群数和稀有类群数分别增加了0.5—2.5倍和0.25—2.75倍;捕食性、植食性和杂食性地面节肢动物类群数均呈上升趋势,分别增加了0.5—3倍、0.2—4.2倍和0.3—1.67倍。(2)地面节肢动物总个体数表现为8 a和57 a固沙植被区显著高于流动沙地(P<0.05),分别是流沙地的3.85倍和3.03倍;类群数和多样性指数均表现为57 a和34 a固沙植被区显著高于其他年限固沙植被区(P<0.05),且57 a固沙植被区地面节肢动物类群数显著高于34 a固沙植被区(P<0.05)。(3)草本植物密度、土壤有机碳和灌木高度是影响固沙植被区地面节肢动物群落组成及多样性分布的主要因子,解释率分别为48.1%、25.2%和9.1%。草本密度、土壤有机碳与地面节肢动物个体数、类群数和多样性指数均呈显著正相关(P<0.05);灌木高度与地面节肢动物个体数呈显著正相关,与类群数和多样性指数呈显著负相关(P<0.05)。综上所述:地面节肢动物对固沙植被不同演替阶段环境条件的选择和适应性不同。流动沙地经人工固沙后,可以提高地面节肢动物的多样性,且34 a固沙时间是地面节肢动物多样性保持相对稳定的关键时间节点。

鄂尔多斯高原砒砂岩区植被恢复潜力

评估黄河流域砒砂岩区的植被承载力,可以为流域植被建设和土地退化问题治理提供科学依据。本研究以鄂尔多斯高原砒砂岩典型分布区为研究区,基于植被在不同地形因素下的差异性分布划分为不同的砒砂岩生境类型,分析2000—2022年不同生境类型下植被变化趋势,并通过植被覆盖度反演得到的地上生物量定量化探究其承载潜力。结果表明:鄂尔多斯高原总体植被覆盖度每年以3.7%的速率缓慢增加,其中裸露砒砂岩区增长速率最高,覆沙砒砂岩区增加速率最低。2022年全区地上生物量相对于2000年增长了115.5%,达到219.49 g·m-2,其中覆土砒砂岩区地上生物量年均值最高(185.29 g·m-2)。植被覆盖度变化以及地上生物量在空间分布上类似,呈东南方向高,西北方向低。对照实际地上生物量发现裸露、覆沙、覆土砒砂岩区的植被地上生物量的现有量分别占其可承载潜力的75.2%、80.9%、84.2%。总的来说,各区域植被呈现增加趋势,仍有一定的发展潜力,其中裸露砒砂岩区增加潜力最大。