荒漠植被覆盖度遥感提取研究进展

植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)是植被生长状况监测、荒漠化监测与评价等方面的重要指标,但荒漠植被的生理和光谱特征均有别于普通健康绿色植被,为其FVC遥感提取带来了诸多难点。本文从数据、方法及应用等方面总结分析了提取荒漠地区FVC各类方法的应用进展。结果表明:①在荒漠区应用的遥感数据源包括多光谱影像、高光谱影像、雷达影像以及无人机高分影像等,融合多源遥感数据、结合各方法可明显提高荒漠FVC的估算精度。②模型上,经验回归模型与像元分解模型应用较广泛,但经验回归模型过度简化了FVC与遥感数据之间的复杂关系,像元分解模型则忽略了荒漠植被显著的空间异质性,故二者都无法充分考虑遥感数据的时空特征和地物背景的影响。近年来,机器学习与数据挖掘算法广泛用于荒漠FVC遥感提取研究中,此类算法能够处理大规模数据,使处理效率大幅提高,并在一定程度上减少人为干扰等因素。然而,此类算法对地表环境变化的复杂性和非线性关系建模能力有限,可能面临样本不平衡、特征选择困难以及模型泛化能力不足等挑战。未来荒漠FVC遥感提取研究将是一个基于多尺度、多源数据、融合多种方法实现大尺度、高精度且时序兼具的估算模式,这种新形式可有效弥补单一卫星遥感影像数据在时间、空间及光谱分辨率信息方面的不足,但荒漠植被特殊的生理和光谱特征、新型的遥感指标和理论策略以及算法的改进程度有待进一步探索。

中国土地荒漠化对土壤碳的影响研究综述

分析了中国土地荒漠化对土壤碳影响的相关研究文献发现,由于历史和现实的原因,国内荒漠化区土壤碳研究存在理论和实证不足,没有适用的计算方法等问题;对维持我国可持续发展起关键作用的青藏高原及西南喀斯特石漠化区的土壤碳研究尤其欠缺。由此导致无法解释中国荒漠化生态系统碳源、碳汇的大小、分布及其变化这样一个重要的科学问题。急需开展以下方面的基础研究工作,加强荒漠生态系统土壤碳循环方面基础数据的收集整理工作;进一步加强荒漠生态系统碳库收支计算方法的研究;加强我国荒漠化地区土壤碳源、碳汇的实证研究;加强对青藏高原、南方喀斯特石漠化区等对维系我国可持续发展起关键作用的特定区域的土壤碳库收支的基础研究。以便全面、系统地估算和评估中国荒漠化地区碳源、碳汇的大小、分布及其变化,为更好的应对全球气候变化提供决策依据。

近40a毛乌素沙地荒漠化过程研究

毛乌素沙地位于我国北方农牧交错带上,生态环境具有较强的敏感性和脆弱性。采用1977-2010年Landsat数据,运用决策树和非监督分类相结合的方法对近40 a来毛乌素沙地荒漠化过程进行了研究。结果表明:(1)决策树分类和ISODATA非监督分类相结合可快速实现荒漠化地区地物遥感解译,图像总分类精度大于87.28%;(2)近40 a毛乌素沙地流动沙地面积在20世纪90年代末最大,2010年最小;半固定沙地面积在2010年最大,90年代末最小;固定沙地面积在2010年最大,70年代末最小;(3)70年代末荒漠化程度最为严重,流动和半固定沙地面积之和占了毛乌素沙地总面积83.64%;80年代末、90年代末和2010年的流动和半固定沙地面积之和分别占总面积74.51%、77.10%和67.90%;(4)流动沙地、半固定沙地、固定沙地、耕地和水体间的相互转换过程活跃,荒漠化演替过程显著区在70年代末到80年代末主要分布在北部、西北部和南部,80年代末到90年代末主要分布在西部和南部,90年代末到2010年主要分布在西北部、西部、南部和东北部;(5)近40 a毛乌素沙地气温以0.039℃/a的平均速度递增,降水则以0.095 mm/a的平均速度递减,气候总体上体现出暖干的趋势。降水是影响荒漠化过程的重要因素,但不是唯一原因,人文因素中的人口、土地利用结构和政策实施等也是影响荒漠化过程重要因素。

甘肃民勤县荒漠化区未利用地的遥感分类研究

以荒漠化土地典型分布区甘肃省民勤县为研究对象,以30 m的Landsat TM5与TM7遥感影像为主要数据源,在分析不同典型地物光谱特征的基础上,建立基于专家知识的决策树分类模型,利用该模型对荒漠化区的戈壁、沙地、沙漠、风蚀劣地等未利用土地进行细分,总体分类精度达到87.06%。决策树分类法总体效果较好,为荒漠化区土地管理以及再利用提供了技术支撑。

2001年-2012年毛乌素沙地荒漠化过程及驱动力研究

毛乌素沙地地处我国农牧交错带,生态环境具有较强的敏感性和脆弱性.采用MODIS图像、气象和社会经济等数据对2001年-2012年毛乌素沙地的荒漠化过程及驱动力进行了研究,主要得出以下结论:12001年-2012年毛乌素沙地极严重荒漠化和重度荒漠化面积总体呈下降趋势,中度荒漠化和轻度荒漠化面积呈上升趋势.2毛乌素沙地年平均气温以0.044 9°C/a的速率呈显著增加趋势,温度和降水的增加对自然荒漠化逆转极为有利.3人口、耕地面积、牲畜数量和经济的快速发展对毛乌素沙地施加了较大的压力,但人口素质的提高、生产结构的调整以及积极政策的实施对毛乌素沙地的逆向演替起到了积极的作用.

荒漠化评价研究综述

回顾国内国外荒漠化评价研究的现状,系统总结具有代表性的观点,探讨荒漠化评价领域有争议的热点问题,并提出荒漠化评价研究的发展趋势。

青藏高原冻融荒漠化退化区分布及影响因素

[目的]青藏高原由于其高海拔、气温低、冻融侵蚀强烈的特点,是冻融荒漠化的主要发生区。探究青藏高原冻融退化区分布及其原因,对该区水土保持工作和生态环境保护具有重要参考意义。[方法]选择植被覆盖度、冻融循环次数、土壤温度日较差、土壤含水量、年降水量和坡度作为冻融侵蚀因子,对2000-2019年青藏高原冻融侵蚀敏感性进行了评价,结合研究期内青藏高原荒漠化趋势,构建了一种判定冻融荒漠化退化区域的方法。[结果]2000-2019年青藏高原冻融侵蚀区总面积为1.531×10^(6)km^(2),中度及以上敏感性区域面积为9.131×10^(5)km^(2),占青藏高原总面积的35.92%。青藏高原冻融荒漠化退化区域面积约为1.113×10^(5)km^(2),主要分布于高原西南部,退化程度以中度退化为主,面积占比为44.35%。[结论]气温上升、湿润指数下降和净太阳辐射增强是青藏高原冻融荒漠化发生的主要自然驱动因素,高原南部部分地区由于气候条件的差异,三者发挥了相反的作用。

中国北方草地生态系统服务评估

北方草地是我国天然草地主体部分,其生态功能对提升生态系统稳定性、保障国家生态安全具有重要的作用。在北方草地生态功能分区基础上,开展2011—2015年不同功能区内防风固沙、土壤保持、水源涵养等生态功能评估,探明其现状和空间格局,为北方草地生态功能分区研究提供评估数据,也为推进草地生态系统保护与修复工作提供科技支撑。结果表明:(1)北方草地防风固沙能力为32.44 t hm^(-2) a^(-1),防风固沙量为89.22亿t/a。半干旱草原区防风固沙能力和固沙量最大,分别为68.76 t hm^(-2) a^(-1)和29.16亿t/a,其固沙量占北方草地固沙总量的32.68%。(2)北方草地土壤保持能力为124.5 t hm^(-2) a^(-1),土壤保持量为243.59亿t/a。土壤保持功能的空间异质性较大,暖性灌草丛区土壤保持能力最大,为431.52 t hm^(-2) a^(-1);高寒草甸区土壤保持量最多,为105.36亿t/a,占北方草地土壤保持总量的43.19%。(3)北方草地水源涵养能力为93.03 m^(3) hm^(-2) a^(-1),水源涵养量为288.98亿m^(3)/a。高寒草甸区和高寒草原区水源涵养能力较大,分别为211.09 m^(3) hm^(-2) a^(-1)和118.04 m^(3) hm^(-2) a^(-1)。两个区域的水源涵养量也较多,分别为125.36亿m^(3)/a和72.13亿m^(3)/a,合占北方草地水源涵养总量的68.34%。整体上,北方半干旱草原区、暖性灌草丛区、高寒草甸区和高寒草原区对发挥我国草地防风固沙、土壤保持、水源涵养等生态多功能效益、提升生态系统服务和稳定性具有极其重要的作用。

气候变化情景下中国荒漠锦鸡儿潜在适生区的时空变化分析

荒漠锦鸡儿是一种强旱生矮灌木,主要分布在荒漠草原和草原化荒漠中。该研究以植物志和数字标本库中获取的130条记录生成的荒漠锦鸡儿分布记录样点图为基础,运用组合模型(ESDM)模拟荒漠锦鸡儿在末次冰盛期、全新世中期、当前和未来(2030s)气候情景下的潜在地理分布,通过ArcGIS计算适生区面积及质心迁移轨迹,探讨末次冰盛期以来气候变迁对荒漠锦鸡儿分布的影响,为气候变化背景下荒漠锦鸡儿的保护提供理论基础。结果表明:(1)降水因子对荒漠锦鸡儿分布的影响高于温度因子和地形因子。(2)当前荒漠锦鸡儿的中、高适生区面积为10.172×10^(5) km^(2),质心位于阿拉善左旗。(3)末次冰盛期质心向东南迁移至全新世中期质心,继而向东北迁移至当前质心,荒漠锦鸡儿能较好地适应末次冰盛期寒冷干燥的环境。(4)在未来RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0情景下,荒漠锦鸡儿中、高适生区面积均成增加趋势,但RCP8.5情景下的适生区面积却比当前减少了1.981×105 km^(2)。研究推测,轻度的气候变暖有利于荒漠锦鸡儿的生存与分布。

中国黑戈壁地区植物区系及其物种多样性研究

黑戈壁是戈壁中最为干旱的区域,为了系统的研究其植被及物种多样性,该研究采用无人机航拍和实地调查的方法,对中国西北内陆的黑戈壁进行了分析研究。结果表明:(1)中国西北内陆的黑戈壁地区共记录植物154种,分属28科,85属;植物生活型组成简单,主要以灌木、半灌木及多年生草本植物为主,占植物物种比例的70%以上。(2)在植物物种组成方面,与整个荒漠区比较,黑戈壁地区物种数量少,但灌木所占比例远高于荒漠区。(3)黑戈壁地区植物科、属内物种组成贫乏,科内属、种数量比较多的为藜科、菊科、豆科等。(4)黑戈壁地区优势群落的建群种为红砂、盐生草、膜果麻黄等,中国特有植物为新疆沙拐枣、哈密黄蓍、胀果甘草等,主要国家保护植物有胡杨、裸果木、胀果干草等。(5)黑戈壁地区植物区系表征科主要为蒺藜科、蓼科、麻黄科等,而属的分布型以地中海区、西亚至中亚分布及北温带分布为主,占黑戈壁地区总属的47%以上,是群落组成的优势种和建群种。(6)与其他荒漠地区植物区系相比,黑戈壁地区植物旱生种比例增加,适应类型更为贫乏,缺乏特有成分,具有明显残遗性;由于特殊极端干旱环境,形成黑戈壁地区特殊植物类群和区系特征;黑戈壁地区是荒漠地区的区域特色植物物种资源和基因资源的重要区域和保存地,而黑戈壁生态系统非常脆弱,一旦破坏,将很难恢复。

旱区荒漠灌丛沙堆研究进展及展望

[目的]对干旱荒漠区灌丛沙堆的发育过程、形态特征、生态效益及环境演变等方面的研究进展进行总结和展望,以期为荒漠区灌丛沙堆生态机理、灌丛群落生态稳定性等方面研究提供支持。[方法]从干旱荒漠区灌丛沙堆的形成发育过程和机制出发,采用文献综述的方法进行分析和总结。[结果]总结了灌丛沙堆地貌形态特征、空间格局分布、沙物质沉积特征,阐述了灌丛沙堆所具有的多种生态效应和区域环境演变之间的响应关系,并对今后灌丛沙堆的研究方向和动态进行了展望。[结论]对灌丛沙堆演变过程的研究有助于更深入地了解区域生态环境变化过程与全球气候变化间的内在联系。

敦煌西湖荒漠⁃湿地生态系统优势物种生态位研究

水文情势改变会引起土壤盐分变化,直接影响到荒漠⁃湿地生态系统植被的分布与演替。基于对57个样地、171个样方植物物种分布影响较大的土壤pH值和土壤电导率两个环境因子,将其划分为6个梯度等级,测度分析了敦煌西湖植被群落中15个主要优势种的生态位特征,了解不同物种利用资源和占据生态空间的能力,对维持和科学保育植物群落的多样性具有重要意义。结果表明:(1)在土壤pH值和电导率梯度两个资源维上,多枝柽柳和芦苇的重要值和生态位宽度均较大,说明这两个物种适应能力强能够较好地利用环境资源,分布范围大且均匀。它们作为敦煌西湖植被群落中的广域种,具有重要的生态地位和作用。其次生态位较宽的疏叶骆驼刺、胡杨和苏枸杞对环境因子也具有较强的适应能力。(2)两个土壤因子梯度下植物种群生态位宽度相似,但也存在差异。如泡泡刺、蒙古沙枣在土壤pH值梯度资源维上的生态位宽度值远大于在土壤电导率梯度资源维上,但尖叶盐爪爪和甘蒙柽柳在土壤电导率梯度资源维上生态位宽度较大,表现出较强的耐盐能力,从而说明这些物种对不同土壤因子的利用能力和适应性不完全相同。(3)在两个资源维上优势物种间的生态位重叠值小于0.5的种对均为61对,占总种对的58.10%,因此生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤电导率两个环境梯度上生态位分化明显。(4)敦煌西湖优势物种间总体表现为不显著的负关联,表明物种之间处于竞争关系,但竞争强度不大且群落结构稳定性较弱。

中国区域持续性高温事件时空变化特征研究

采用综合考虑高温事件温度强度、持续时间和发生面积等因子的区域持续性极端高温事件(regional con-tinual high temperature event,RCHTE)判别方法和指标体系,分析中国近50 a RCHTE的时空变化特征。研究表明,中国RCHTE发生强度和频次较多的地区主要位于中国西北(西北西部和内蒙古西部)和东南地区(黄淮南部、江淮、江汉、江南和华南南部等地),而中国东北和西南地区为RCHTE少发区;中国RCHTE发生频次、强度和影响面积在20世纪90年代前略呈减少趋势,90年代后呈现显著增加趋势,各指标在90年代末至21世纪初发生-突变,RCHTE增加趋势更为显著。

黄河流域荒漠化协同防治与上、中、下游绿色发展

黄河流域在国家发展中具有重要的战略地位,但其生态系统脆弱,荒漠化问题突出,面临经济发展与生态环境建设双重挑战。本文从国家战略全局和全流域视角入手,分析黄河流域荒漠化现状及荒漠化治理存在的问题,提出了黄河流域荒漠化协同防治与全流域绿色发展的五大策略,即上中下游协同攻坚,打好黄河流域荒漠化防治与生态保护总体战;创新突破,建立黄河上游重要水源补给生态特区;积极布局推广荒漠化治理重大先进技术工程模式,多途径破解荒漠化治理难题;建立黄河流域绿色生态经济体系,实现人地关系协调、绿色循环高质量发展;多渠道融资,构建荒漠化治理资金保障长效机制。本文旨在为黄河流域上中下游统筹协调防治荒漠化,实现全流域绿色发展提供新思路。

几种典型荒漠植物冠层光谱特征比较研究

选取古尔班通古特沙漠南缘柽柳、梭梭和乌兰布和沙漠东北缘霸王、四合木、白刺、油蒿、红砂等7种荒漠植物为对象,通过获取各植物的冠层光谱反射率,采用光谱学分析法,提取光谱吸收特征参数,确定荒漠植物识别的最佳波段。结果表明,各荒漠植物的波谷波长位置接近,吸收波段特征有一定的相似性。具体看,梭梭和柽柳的波谱吸收特征更相近,其他5种植物更相近。应用二阶导数方法,在350~1350 nm建立了5个具有植物生化意义的谱带,并得到典型荒漠植被识别的12个最佳波段。研究成果不仅可以为荒漠植被遥感识别和分类提供参考,也为荒漠植被生态监测提供一定科学依据。

基于TWINSPAN分类的毛乌素沙地油蒿群落荒漠化评价

采用群落数量分类学TWINSPAN方法将油蒿群落划分为油蒿+沙米群落,油蒿+虫实、沙米群落,油蒿+以沙生植物为主的杂类草群落,油蒿+杂类草、禾草群落,油蒿+以中生植物为主的杂类草群落共5种类型。通过对野外调查数据的分析,将群落主要影响因子压缩为土壤性状因子、物种多样性信息因子和群落生物量盖度信息因子,尝试从评价群落特征变化的角度探讨荒漠化状态评价的方法,以期为以群落水平为基础的较小尺度荒漠化状态评价提供参考,同时为退化草场的利用和管理提供理论指导。通过统计分析和适当调整,最终得出,油蒿群落的TWINSPAN分类结果能够反应目前毛乌素沙地的退化状态,可作为荒漠化程度划分的方法。

土地退化和荒漠化防治领域国际标准化现状与思考

土地退化和荒漠化是影响人类生存和发展的全球重大生态问题,研究制订相关国际标准并加以推广应用,有助于全球、国家和区域层面土地退化和荒漠化防治工作的有序高效开展。首先概述目前全球土地退化和荒漠化现状及发展趋势,然后综述土地退化和荒漠化防治领域国际标准化现状和国际标准化组织在该领域的工作进程,从实现全球“土地退化零增长”目标、履行国际公约等方面分析开展该领域国际标准工作的必要性,最后基于国际需求和中国的优势,提出我国完善标准体系、培养标准人才、服务“一带一路”倡议、提出国际标准提案以及提升国际影响力等推进国际标准化工作的举措,以及申请依托中国设立秘书处,成立国际标准化组织土地退化和荒漠化防治技术委员会(LDC-TC)的设想和工作方案,包括技术委员会的业务范围、工作机制和内容以及总体目标等。

中国黑戈壁地区水文和水化学调查研究

基于2011—2012年水文调查、水样分析等数据,结合遥感等技术手段,初步研究了黑戈壁地区水文和水化学特性。黑戈壁区水系属于3个流域,即河西走廊—阿拉善内流区、塔里木内流区和准噶尔内流区。区域内常年性河流分布在哈密地区东天山及其支脉的南北坡。河西走廊—阿拉善是无流区。受戈壁干旱气候和区域地质地貌的影响,除天山东部高山区外,区域内水体矿化度普遍较高,以微咸水和咸水为主,水化学类型为氯化物-硫酸盐/钠质-钙质水。

中国荒漠化潜在发生区域150年变迁:过去、现在和未来

土地荒漠化是影响人类生存和发展的全球性重大生态问题,我国也是世界上荒漠化最严重的国家之一.当前中国荒漠化潜在发生区域是否发生变化及近百年来变化规律尚不清楚,很多研究对未来干旱的预测忽略了CO_(2)对潜在蒸散的影响,高估了未来荒漠化扩张的趋势.本研究基于《联合国防治荒漠化公约》对荒漠化发生区域的定义,考虑未来CO_(2)浓度增加对潜在蒸散的影响,利用高分辨率格点气象数据(CRU TS4.06)以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的10个全球气候模式数据,分析了当前中国荒漠化潜在发生区域空间分布、过去120年的演变规律和未来30年变化趋势.研究表明:(1)以1991~2020年为基准期,中国荒漠化潜在发生区域约为480万km^(2),约占全国陆域面积的50%.(2)过去120年(1901~2020年)中国荒漠化潜在发生区域总面积呈先减小后增加的趋势,变化转折点发生在1978年;气候整体转向更湿润,潜在发生面积减少3.5万km^(2).(3)未来从低到高3种排放强度下,到2050年中国荒漠化潜在发生区域面积相比现状分别下降5.51%、4.70%和3.73%,随排放强度增加荒漠化潜在发生区域面积变大;未来整体气候转向更湿润,不考虑CO_(2)浓度增加的影响,会高估荒漠化潜在发生区域的面积.综上所述,预计未来中国荒漠化潜在发生区域的面积将减少,但我国仍有接近一半的国土面临潜在的荒漠化风险,维持较低的排放强度有助于降低荒漠化潜在发生区域的面积.

中国西南喀斯特土壤水分研究进展

中国西南喀斯特地区是典型的生态环境脆弱区,环境压力和巨大的人口数量导致该区生态环境受到严重破坏,石漠化加剧,由此导致区域土壤土层浅薄、侵蚀退化严重、蓄水能力低,进而导致作物产量降低,土壤水分已成为影响该区域植被生长、恢复及土壤侵蚀过程的主控因子。本研究在较为系统的总结水分监测技术发展趋势及现有中国喀斯特地区土壤水分研究成果的基础上,针对该区域环境保护、生态恢复重建及增强区域生态安全保障的需要提出喀斯特土壤水分今后研究的重点和方向,以便更好地为喀斯特地区植被恢复和生态重建提供科学依据。