韦红波[1]2001年在《区域植被水土保持功能遥感评价研究》文中指出本文针对区域水土保持生态环境效应评价亟待解决的理论问题与关键技术，依据水土保持学、生物学、地理学以及遥感信息科学的原理，采用遥感与地理信息系统相结合的方法，对区域植被水土保持功能遥感评价指标、区域植被遥感信息的提取与集成等方面进行了研究，取得了以下结果：一、分析了遥感信息、遥感植被指数、叶面积指数、植被覆盖度，以及植被的垂直结构与区域植被水土保持功能之间的关系，提出了区域植被水土保持功能评价指标选择的原则和依据，确定了区域植被水土保持功能的遥感评价指标。 首先进行了区域植被水土保持功能主导影响因子的探讨，认为植被的覆盖状况和植被的垂直结构是两大主导影响因子，植被覆盖度这个多年来用于植被水土保持功能评价的指标在反映植被垂直结构差异方面存在明显不足，而叶面积指数与植被的覆盖状况和垂直结构都有良好的相关性，并具有定量化、易从遥感间接提取、高度综合性及简单实用等优点，由此选择叶面积指数是比植被覆盖度更理想的区域植被水土保持功能评价指标。 可见光波段主要反映了植被的覆盖信息，近红外波段主要反映了植被的垂直结构信息，而植被指数主要是可见光和近红外波段的组合，所以植被指数既包含了植被的覆盖信息也包含了植被的垂直结构信息。现有的研究成果已表明植被指数与植被的覆盖度和叶面积指数都有很强的相关性。由此，认为从遥感信息→植被指数→叶面积指数→植被的覆盖状况和植被的垂直结构→区域植被水土保持功能之间存在着信息链，所以植被指数间接地反映了区域植被水土保持功能，在本项研究中称为植被水保效应指数，选择作为区域植被水土保持功能遥感评价指标。二、对AVHRR和TM图像进行了处理，构建了以GIS为平台的、进行区域植被水土保持功能分析和评价的遥感数据集，提取了多信息源、多时相、多类型的区域植被水保效应指数。 利用遥感图像，经过预处理和精校正，分别提取了RVI(比值植被指数)、DVI(差值植被指数)和NDVI(归一化差值植被指数)，作为植被水保效应指数。其中，全国尺度以NOAA图像为信息源，生成了1997-1999年叁年逐季共12幅全国无云图像，可根据需要随时提取这叁年内我国任意地区四季的RVI、DVI和NDVI，这就为进一步的研究打下了良好的基础。样区尺度，选择我国东北长白山北段、西北陕晋蒙接壤区、川贵交界区、桂西北为样区，最小样区的面积为17368.46km~2：在每个样区均以同一时相的TM和NOAA为信息源，分别提取RVI(比值植被指数）、DVI（差值植被指数）和NDVI（归一化差值植被指数），作为植被水保效应指数，生成四个样区共24幅植被水保效应指数图。所有植被水保效应指数图均经过投影、重采样、数据格式转换等，进入GIS（ARC／INFO）系统，构成了一套以 GIS为集成平台的具有相同坐标系、相同地面分辨率（1000米）、相同数据格式（ARC／INFO GRID）的遥感数据集，为进一步的区域植被水土保持功能分析和评价提供了基础数据。叁、首次利用汇流分析，进行了全国尺度的输沙模数研究，绘制了全国输沙摸数图，与相关图件构成了以川 为集成平台进行区域植被水上保持功能分析和评价的地面数据集，并与区域植被水保效应指数进行了相关分析。 利用全国222个水文站实测的1952－1990年的输沙量资料，在ARC／INF等软件的支持下，通过汇流分析并编写程序实现了各流域单元输沙量和输沙模数的自动计算，经过插值运算，最后得到了我国多年平均输沙模数的面数据，并生成了全国输沙模数等值线图。在此基础上分析了我国泥沙输移的宏观分布规律，发现我国主要输沙区呈带状分布于中西部的长江、黄河的上中游地区，而主要泥沙淤积区位于长江和黄河的下游地区，亦大致呈带状分布，与上中游的主要输沙区相对应。参照土壤侵蚀模数的分级标准进行了输沙模数分级及其相应面积的统计，结果表明我国产生泥沙淤积的区域面积达到1440589km‘，占国土面积的14．92％；中等强度以上（输沙模数＞2500 t／km’·a）的区域总面积达到 267511．8 km‘，占国土面积的 2．78％。其中输沙剧烈（输沙模数＞15000 t／km’·a）的区域面积达6060．64km’。 输沙模数数据经过投影和数据格式转换，具有与遥感数据集相同的坐标系、相同的分辨率（格网大小）和相同的数据格式（ARC／INFO GRID），加上原有的全国图件，构成了一套以GIS为集成平台的、进行区域植被水土保持功能分析和评价的地面数据集。 全国四个样区植被水保效应指数与多年平均输沙模数的相关性结果表明，植被水保效应指数与输沙模数呈负相关，这与植被遥感成像及植被水土保持的机理是相符的；基于NOAA与TM的相同植被指数的对比表明，TM信息源植被指数的相关性略高于NOAA的；叁个较简单的植被指数对比，相关系数基本上有mw）WDWI 的规律：研究还发现，不同样区对比，黄土高原的相关系数略低。分析原因可能是该区域植被稀疏，叁个植被指数受到土壤背景的严重干扰，因此在植被稀少的地区，应尽可能提取抗土壤干扰的植被指数。另外，由于时相的不一致以及数据条件的其他限制，总体相关系数
曹建军[2]2014年在《林下水蚀区侵蚀过程与植被恢复度多角度遥感监测研究》文中提出长期以来,水土流失一直是我国“头号”环境问题。植被是水土流失的关键控制因子,因而植树造林一度成为治理水土流失的首要措施。经过多年治理,我国人工林面积已接近世界叁分之一,居世界首位,南方红壤区的森林覆盖率已达50%以上。但林下普遍缺少灌木或草本植被覆盖,水土流失(“林下水蚀区”)问题仍然突出,称之为“远看青山在,近看水土流”。“林下水蚀区”的存在,给水土保持工作提出了新的课题,“林下水蚀区”土壤侵蚀的发生、监测和评估研究是水土保持规划管理和学科发展的迫切需要。在水力侵蚀地区,森林通过冠层截留降水以及枯落物和根系的防蚀作用发挥其水土保持功能,故林冠、枯落物和根系构成了森林独特的水土流失防护体系。林下枯落物及灌草层由于贴近地表,在消除雨滴击溅动能、降低坡面流速、延长径流历时和增加土壤入渗方面发挥着不可忽视的作用。我国的造林工作已取得巨大成果,但主要强调林冠覆盖,而森林覆盖率指标并不能反映林地的垂直层次结构,在表征林地水平覆盖方面亦有别于水土保持常用的植被覆盖度指标。在使用最为广泛的通用水土流失方程(USLE)中,植被覆盖和管理因子C值的计算精确与否,亦主要决定于所用的植被参数。由于不同地区、不同的研究者所用植被指标的差异,同类植被覆盖与管理因子C值的计算结果可能相差10-20倍。水土保持工作中理想的植被指标应综合表征植被的水平和垂直结构信息,在测量和应用方面具有统一的规范,以便于“林下水蚀区”土壤侵蚀的发生机理研究和区域植被的恢复重建与评估,并提升研究的科学性和通用性。影响森林植被水土保持效应评估的另一个问题是植被参数遥感反演中的不确定性。应用遥感技术是目前大范围植被及生态调查的唯一途径。国内外研究表明,在植被参数的定量遥感研究中,遥感影像预处理(如辐射校正)、遥感信息提取(如各种植被指数)以及反演模型的建立和应用(包括经验模型和各种机理模型)这叁个关键过程构成反演结果不确定性的重要来源。在植被结构指标与遥感植被指数的关系建模中,综合考虑上述不确定性因素,有利于充分挖掘遥感影像的信息,从而提高反演精度。我国有关植被的水土保持效应研究已取得诸多成果,但大多研究集中在黄土丘陵区,这就限制了研究成果在其它土壤类型区的应用。福建省长汀县河田镇是我国南方典型的严重水土流失地区。在20世纪80年代初,为彻底根治河田镇的水土流失,福建省政府组织八个单位联合攻关,结合多种措施开展水土保持生态恢复工作。经过二十多年的努力,该镇的水土流失程度己逐步减轻。但是作为先锋树种的马尾松林分布广泛,“林下侵蚀”问题在该镇各地不同程度地存在。本文通过新建土壤侵蚀试验小区,选取叶面积指数、植被覆盖度和植被绿量3种植被结构指标,研究马尾松及其与速生草本植被宽叶雀稗结合的水土保持效应,并根据水土保持“最优”值和遥感反演的区域植被结构,评价研究区的植被恢复程度,以期为“林下水蚀区”的研究和治理提供理论基础和技术支撑。本文基于福建省长汀县河田镇2010年初新建的12个土壤侵蚀试验小区,通过自然降雨条件下小区植被、产流和产沙连续一年共84次的观测,研究次降雨、季度和全年时间尺度下植被与产流、产沙的关系。使用叶面积指数(LAI)、植被覆盖度(VFC)和植被绿量(LVV)这3种植被结构指标表征植被的空间分布密度,并将稀疏马尾松纯林和林草结合小区的产流、产沙特征与对照小区比较,分析马尾松纯林和林草结合植被的水土保持效应；通过草地、灌木林、针叶林、针阔叶混交林和阔叶林5种植被演替群落结构指标的野外调查和多角度遥感反演,分析区域植被相对于水土保持“最优”值的恢复程度。主要结论如下：(1)林、草和二者结合植被具有不同的水土保持效应。较之对照小区的地表径流量,季度和全年马尾松纯林小区可增加8%-22%,纯草小区减少3%-28%,林草结合小区减少18%-61%。较之对照小区的土壤侵蚀量,各季和全年马尾松纯林小区减少62%-75%,纯草及林草结合小区均减少97%-99%。林草结合植被的水土保持效应并非林、草植被水土保持效应之和,且水土保持效应具有时间变化特性,这表明对林、草及二者结合植被的结构特征和水土保持效应有必要进行深入的定量表征,以期系统研究二者的客观关系。(2)在不同时间尺度下基于不同植被指标的林草植被水土保持效应计算模型精度不一。本研究表明,植被覆盖度(VFC)和绿量(LVV)可进行林地植被不同水土保持效应的表征。不同水土保持效应的计算模型或季度优于全年,或全年优于季度,或季度和全年相当,而在次降雨条件下,植被结构指标与植被水土保持效应的关系模型难以建立。(3)遥感技术与水土保持研究的结合是侵蚀区植被恢复度监测和研究的可靠途径。精确的区域植被结构多角度遥感反演与植被的水土保持效应研究相结合,为侵蚀区植被相对于水土保持“最优”结构的恢复程度之监测与评估提供了基础。本研究表明,福建省长汀县河田镇植被的总体恢复度较低,在季度和全年尺度都仅为27%,绿量恢复度<20%的面积占该镇总面积的71%以上,而绿量恢复度>80%的面积仅占18%。
李京忠[3]2009年在《区域水土流失结构性植被因子遥感提取研究》文中认为植被因子是水土流失预测模型的关键参数之一,也是评价水土保持成效的重要依据。基于遥感技术的区域尺度上科学合理的结构性植被因子定义及其提取是水土流失定量监测与生态环境建设亟待解决的理论问题。本文选取延河流域为研究区域,以Landsat5TM为遥感数据源,通过几何校正与DEM严格配准,经辐射定标和大气校正,提取了相关遥感地表参数。结合野外植被调查,分析遥感地表参数和实测植被盖度的关系,构建了研究区结构性植被因子模型,并对该模型进行了简单验证和分析,取得了以下主要成果:1.依据植被水土保持的主导因素和遥感机理,发展了区域水土流失植被因子遥感指标体系。首先对植被水土保持机理的研究成果进行总结,表明植物群落的垂直层次结构是植被水土保持能力的主要影响因素,而单纯的投影盖度并不能反映植物群落的结构性差异。结合遥感提取地表参数的特点,认为区域水土流失结构性植被因子遥感提取的指标体系应包含:①绿度植被盖度指数,表征绿色(光合)植被层,即乔、灌、草各层的总覆盖度信息;②黄度植被盖度指数,表征衰败植被层,即枯枝落叶层、衰败的草地、农作物残留层的盖度信息。2.基于遥感技术构建了延河流域的结构性植被因子。利用遥感图像,引入土壤线的概念,分别提取研究区多项绿度和黄度指数,并与野外样点实测的盖度数据进行相关性分析。表明:PVI指数是绿度指数的最佳代表,NDTI是黄度指数的最佳代表。通过多元回归分析,建立了实测Cs与绿度指数和黄度指数之间的关系式,Cs=0.778NDTI+0.756~*PVI,从而实现基于遥感技术的结构性植被因子提取。3.遥感结构性植被因子的验证和分析。结合土地利用类型、验证样点和基于NDVI的像元二分模型估算的植被覆盖度分析,发现基于遥感提取的结构性植被因子科学合理、能够表达实际植被的水土保持作用。延河流域结构性植被因子空间分布表明:结构性植被因子数值集中分布在0.07-0.35的区间,总体植被覆盖状况较差。不同土地利用方式上的结构性植被因子排列顺序为林地＞草地＞耕地＞居民地＞水体＞未利用地。
沈中原[4]2009年在《黄土高原流域土壤侵蚀下垫面特征及其对水土流失的作用研究》文中认为地貌形态、土地覆盖、景观格局是流域侵蚀环境的重要下垫面条件和区域水土流失的主导因素。如何科学合理的对流域下垫面特征进行量化,建立适合于描述黄土高原地区侵蚀环境的下垫面指标体系,研究各种量化参数与流域侵蚀产沙的作用关系与耦合机制,是黄土高原流域水土流失规律研究的重要内容。本研究以黄土高原典型流域大理河为研究对象,采用地貌学、景观生态学、水文学、土壤侵蚀学、分形理论、数理统计学及RS／GIS技术等多学科交叉,对流域土壤侵蚀下垫面特征及与水土流失的关系进行了研究。主要结论如下：(1)构建了大理河流域地理空间数据库,阐明了流域土壤侵蚀空间分布的下垫面特征。以RS／GIS为平台,结合遥感数据成图与空间信息迭加分析,对大理河流域土壤侵蚀的基本特征、土壤侵蚀空间分布的分形特征、地形特征以及土地利用／土地覆被的地形分异性进行了研究,初步揭示了流域土壤侵蚀空间分布的下垫面特征及其复杂性。(2)建立了流域地貌特征分形布朗运动量化模型,开发了相关的计算程序。针对以往地貌分形计算过程主观随意性较大和分形特征缺乏有效检验手段的问题,根据分形布朗运动理论,结合流域DEM特点,提出了基于移动窗口法的流域地貌分形布朗运动量化模型。阐明了地貌特征FBM分形维数对流域地貌表面形态的表征意义,并对流域地貌形态的分形布朗运动特征进行了检验,探讨了流域地貌特征分形布朗运动量化的实现方法,编写并调试了相关计算程序。(3)揭示了大理河流域地貌分形布朗运动特征的空间变异性,探讨了地貌特征的尺度转换的途径,阐明了地貌特征FBM分形维数与传统地貌量化参数的关系。以流域地貌特征分形布朗运动量化模型为基础,对大理河流域上中下游各子流域地貌分形布朗运动特征进行计算,运用回归与多元回归的方法,建立了地貌特征FBM分形维数的沿程变化方程及其与流域面积的相关关系方程,揭示了流域地貌形态的空间变异特征及其变化规律。对地貌特征FBM分形维数与传统地貌量化参数的关系进行了探讨,阐明了地貌特征FBM分形维数对流域地貌特征的整体性、综合性表征。(4)建立了流域植被覆盖及植被格局特征量化模型,并用以评价区域植被的水土保持效应。以多期多源的TM/ETM影像为基础信息源,在完成几何校正、辐射校正、切割裁剪和图像增强等处理过程的基础上,提取了大理河流域各期NDVI植被指数的空间分布特征。通过数据挖掘建模提出了基于均值化NDVI植被指数的流域植被覆盖特征量化指标和基于植被格局FBM分形维数的植被空间分布特征量化模型,并在GIS/RS平台下进行相应的计算程序开发,初步建立了反映植被水土保持作用、易于遥感提取、适合区域研究的植被水土保持功能评价指标。(5)研究了大理河流域植被覆盖的时空变化特征。利用多年的TM/ETM影像资料,提取了流域多期植被覆盖信息,通过对大理河流域上中下游各子流域均值化NDVI植被指数、植被格局FBM分形维数以及不同高程上不同等级NDVI植被指数的计算,定量的分析了大理河流域地表植被覆盖随时间和空间的变化规律及其垂直分布特征,揭示20年来大理河流域植被状况的变化特征和动态变化规律。(6)揭示了流域下垫面特征与流域侵蚀产沙的耦合关系。收集并分析处理大理河流域38场降雨的径流泥沙资料,以流域次降雨径流侵蚀功率为流域水蚀过程侵蚀输沙动力,构建了地貌形态、植被覆盖、植被格局等流域下垫面特征与降雨侵蚀产沙之间的动态耦合关系。通过对不同下垫面输入参数的比选,阐明了流域地貌特征FBM分形维数、均值化NDVI植被指数和植被格局FBM分形维数作为流域降雨侵蚀产沙预报模型下垫面特征量化参数的合理性与可行性。
周月敏[5]2005年在《面向小流域管理的水土保持遥感监测方法研究》文中研究指明土壤侵蚀是土地退化的主要原因,也是导致生态环境恶化的最严重的问题,联合国粮农组织将其列为全球土地退化的首要问题。土壤侵蚀对土地资源和更广泛环境的影响是深远而严重的,最直接的后果是土地生产力的损失和产量的下降,次要的影响包括河流和水库的淤积、以及由土壤颗粒上吸附的化肥和杀虫剂所引起的水污染。另外,对植被层的损害、以及反射率的相应增加和局部气候的变化而加速沙漠化。为遏制土壤侵蚀的发展我国已面向小流域单元开展了大量水土保持治理工作,但由于缺乏有效的监测管理手段,造成治理后的成效无法进行有效跟踪评价;全球变化,特别是气候变暖、土地利用变化,雨量与植被的响应,水与碳的循环特征发生变化对水土流失将产生深远影响,从而也对水土保持监测带来更大的挑战;航空航天技术与地理信息系统技术的发展,为跨越不同时空尺度监测水土保持治理状况提供重要手段。在此背景下,面向以小流域微地貌形态特征为对象,开展以遥感、地理信息系统技术为依托的水土保持监测,获取研究区域环境因子、侵蚀因子、水土流失现状、水土流失动态变化规律及发展趋势、水土保持措施功能及其治理成效等诸方面的定量信息成为水土保持监测的客观需求。而建立小流域信息管理系统是水土保持监测的基础。 本论文通过深化和明确以小流域为单元的水土保持信息管理的内涵,面向区域尺度与水土保持监测业务需求,构建了水土保持监测指标体系,并以官厅水库上游宫家庄小流域为目标区域,采用遥感技术手段提取了各监测指标结果。从而从指标构建、提取方法到流域应用上实现了水土保持监测的一体化。 本论文的主要结论与创新点如下: (1) 研究结果表明,以植被覆盖度与叶面积指数为代表的植被因子,不但是影响土壤侵蚀的关键环境因子,而且还是水土保持成效监测的最有效的度量因子。植被覆盖度表征了流域植被的水平密度结构,叶面积指数代表了植被垂直结构,两者综合作用构成了流域土壤侵蚀的抑制因子;而且水土保持治理措施与治理成效、尤其是生态成效又主要体现在了植被覆盖度与叶面积指数的改变上,成为水土保持监测的有效指标;同时这两个因子也隐含着破坏性极大的开发建设项目所造成的后果信息。从而两者作为水土保持监测的主要环境因子指标。
徐珊珊[6]2017年在《耦合格局与过程的河岸植被缓冲带水土保持功能调控研究》文中研究表明水土流失是我国乃至世界所面临的严峻的生态环境问题,所造成的土地生产力下降、河流污染、生态失衡等问题严重影响着社会经济的可持续发展。植被是控制水土流失的有效措施,尤其是河岸缓冲带植被,在拦截径流、减少泥沙的河网输入量、防止水土流失、净化水体等方面发挥着重要作用。近年来,随着工业化与城市化的发展,河岸植被缓冲带遭受到不同程度的破坏,严重影响其水土保持功能的发挥。因此,本研究以北江干流10 km河岸植被缓冲带为研究区域,运用反映景观格局与水土流失之间耦合关系的渗透性指数表征河岸植被缓冲带景观的水土保持功能,开展北江干流河岸植被缓冲带水土保持功能调控研究。首先,在阐述渗透性指数的原理和功能的基础上,通过尺度推绎分析渗透性指数的敏感性;其次,运用USLE模型验证渗透性指数在北江河岸植被缓冲带的适用性;再次,基于验证结果,通过情景模拟,分析不同植被分布格局下渗透性指数的变化情况;最后,根据最优植被格局和渗透性评价结果,基于植被和地形,对河岸植被缓冲带水土流失严重的区域进行有效调控。主要结论如下:(1)DEM对分辨率的敏感性和对渗透性指数的影响低于植被盖度,渗透性指数具有应用于北江河岸植被缓冲带的潜力。对于DEM,随分辨率的下降,海拔没有明显变化,平均坡度略有下降趋势,随DEM变化渗透性指数变化不明显;对于植被盖度,其平均值随分辨率的下降发生了明显的波动性变化,标准差持续上升,随植被盖度降低,渗透性指数从0.217增加至0.680。研究区1995、2000、2005、2010、2015年5期渗透性指数的变化表明,渗透性指数变化明显,具有应用于北江河岸植被缓冲带的潜力。(2)渗透性指数在北江河岸植被缓冲有一定的敏感性,可用于评价研究区的水土保持状况。为了进一步验证渗透性指数在北江河岸植被缓冲带的适用性,本研究运用USLE模型定量分析研究区的侵蚀模数,并与渗透性指数的评价结果进行相关性分析。结果显示,5个时期的平均侵蚀模数分别为8109.79 t·hm~(-2)·a~(-1)、8339.9 t·hm~(-2)·a~(-1)、8756.19t·hm~(-2)·a~(-1)、9397.42 t·hm~(-2)·a~(-1)、9818.31 t·hm~(-2)·a~(-1),与渗透性指数呈现相似的变化趋势,回归分析显示两者呈现明显的线线性关系(P=0.039),表明渗透性指数在北江河岸植被缓冲有一定的适用性,可以用于评价研究区的水土保持状况。(3)植被斑块的分布方向和聚集程度对渗透性指数的影响显着。通过情景模拟,对比分析同一坡面植被斑块不同位置、方向、聚集程度以及镶嵌方式等4类不同植被格局下的渗透性指数变化情况。结果表明,对于植被分布位置,坡面顶部、中间和底部情景下,植被位于坡面底部时,渗透性指数值最小,水土保持功能最强;对于植被斑块不同分布方向,植被斑块水平分布、垂直分布和网格状分布情景下,渗透性指数值分别为0.115、0.154和0.124,水平分布与网格分布效果差异不大,垂直分布时水土保持功能较弱;对于植被斑块不同聚集程度,聚集格局时渗透性指数值为0.183,分散格局时值为0.161,分散格局状况下植被水土保持能力比聚集格局时强;对于植被斑块的不同镶嵌方式,疏散镶嵌时渗透性指数值为0.418,紧密镶嵌时渗透性指数值为0.440。对比不同模拟情景中渗透性指数的变化可知,植被斑块的分布方向和聚集程度对指数的影响较为明显。(4)调控目标区域基于植被格局调控后,水土保持能力达到较高水平。北江干流河岸植被缓冲带2015年的渗透性指数值为0.228,研究区整体水土保持功能处于中等水平,但其空间分异表明韶关、清远、叁水、四会、花都五个县市的水土保持功能处于较低水平(渗透性指数值分别为0.455、0.459、0.527、0.507、0.418),是调控的目标区域;针对目标区域植被分布情况,基于情景模拟中的优势分布格局,以构建利于河岸植被缓冲带水土保持功能发挥的景观结构、最优化河岸植被缓冲带的社会效益、生态效益为目标,进行植被分布方案设计,调控后渗透性指数值分别为0.19、0.20、0.14、0.17和0.12,与原来相比有所下降,水土保持能力达到较高水平。总之,渗透性指数在北江河岸植被缓冲带具有一定的适用性,植被不同的分布格局或裸土与植被斑块的合理配置通过影响径流路径的连通性,能够减少入河泥沙量,促进河岸植被带水土保持功能的发挥。因此,未来在对河岸植被带的水土流失状况进行调控时,可以从改变植被格局入手,通过合理调整植被斑块的空间布局,使河岸植被缓冲带的水土保持等景观功能最优化,为实现河岸带的有效管理以及流域的可持续发展奠定基础。
石云[7]2016年在《基于景观格局变化的黄土丘陵沟壑区生态恢复评价与分析》文中研究说明黄土丘陵沟壑区地表破碎、植被覆盖率低,水土流失严重,不合理的土地利用方式使土地生态系统面临巨大压力,自然资源的掠夺性消耗,生态环境不断退化。及时了解黄土丘陵沟壑区生态系统当前状况、生态恢复的程度、生态恢复的发展方向等,可以为调整和改进区域生态恢复方案提供依据。本研究以景观生态学理论、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)分析方法为指导,尝试结合黄土高原特有的沟壑纵横的景观特点,从县域尺度和小流域尺度进行生态恢复动态监测技术和方法的研究和探讨,结合相应尺度的数据,科学的进行景观格局类型划分,通过野外实地调查,利用GIS空间分析、遥感图像处理分析和GPS的定点观测技术,对地处黄土丘陵沟壑区的彭阳县生态恢复进行评价。研究结果表明：(1)景观格局基础数据分析。根据遥感影像数据源尺度效应,黄土丘陵区彭阳县域内高建堡、虎沟小流域作为研究区,县域尺度上选择30米的TM遥感影像为数据源,土地利用确定以县和一级分类划分6大类景观格类型：耕地、林地、草地、水域、城镇建设用地和未利用土地。小流域按高建堡和虎沟典型综合治理小流域生态恢复措施划分景观类型,选择2.5米高分辨率遥感影像。两个尺度的景观格局在研究时间段内均发生了巨大变化,县域尺度耕地面积由1995年83235.21hm2减少到2015年的70002.49 hm2,草地面积由1995年的89782.18 hm2减少到2015年的70002.49 hm2,彭阳县土地利用结构从以耕地及草地、未利用地为主的景观转变为以草地和耕地景观为主的高度异质化的景观生态系统。小流域尺度上,高建堡小流域从治理前坡耕地、未利用荒草地占90.8%,到混交林和水平梯田占60.99%,生态恢复景观由以坡耕地为主转换为水平梯田、灌草地和混交林为主。虎沟小流域由治理前坡耕地和未利用荒草地占88.17%到灌草地和水平梯田占66.79%,生态恢复景观由以坡耕地为主转换为水平梯田。小流域景观以水平梯田、灌草地、混交林和经果林为主。高建堡小流域生态恢复措施是荒山整地造林和坡改梯工程为主,虎沟小流域则是退耕还林(草)和坡改梯工程为主的生态恢复模式。(2)小流域景观格局受地形影响,生态恢复景观在小流域内呈现出不同的分布的特点。海拔方面：两个小流域的生态恢复景观都呈现沟底、沟坡、梁峁坡、梁峁顶立体治理,景观镶嵌的结构。高建堡小流域以沟坡为主占流域总面积的44.46%,梁峁坡和沟底面积次之,与小流域处在黄土丘陵沟壑区地貌吻合。虎沟小流域则以梁峁坡为主占流域总面积的42.54%,沟坡和梁峁顶面积相当,与小流域处在黄土残塬地貌吻合。坡度方面：高建堡小流域以15-25。的陡坡为主占流域总面积的42.43%,8-15。的斜坡占流域总面积的33.31%。虎沟小流域则以15-25。陡坡为主占流域总面积的45.55%,8-15。的斜坡和25-35。的急坡为主,占流域总面积的45.62%,坡度较陡。因此在斜坡和陡坡区,生态恢复景观类型分布最广,景观类型最多,混交林和水平梯田在陡坡出现明显拐点。坡向方面：半阴坡、半阳坡是景观类型分布最广,即此坡度区间景观类型最多,由于气温、降水、光照等条件在空间上具有坡度分异特征,景观类型在不同坡向的分布情况表现出较大的差异。沟底、陡坡急坡、半阴坡是今后生态恢复治理的重点区域,应采取自然恢复与人工经营相结合的措施,因地制宜、合理布局,提高生物多样性。(3)小流域水土保持效益分析。结果显示：在空间分布上,高建堡小流域微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀零星镶嵌分布于峁顶、梁峁坡面、沟底位置。而由于地貌不同,虎沟小流域微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀零星分布于黄土残塬、峁顶、梁峁坡面等位置。两个小流域其他侵蚀类型分布相似,强烈侵蚀、极强烈侵蚀镶嵌于沟坡位置,而大面积的是梁峁坡面主要是梯田的位置侵蚀强度达到极强烈,侵蚀模数多在8000 t/(km2·a)以上。从坡度分析,微度侵蚀在各坡度等级上的面积占比随坡度上升而递减,更高强度等级的比例相应增加；平均侵蚀模数与坡度呈现正相关。总体上,侵蚀强度分布受坡度影响明显,随着坡度的上升,侵蚀强度增大。从生态恢复景观角度出发,水平梯田和退耕还林(草)平均侵蚀模数一直保持最低,未利用荒草地及坡耕地平均侵蚀模数较高。随着生态恢复治理时间变化,平均侵蚀模数整体减小,水土流失的状况得到控制,强烈侵蚀以上面积减小,占陡坡以上区域面积在治理后急剧减少。小流域水土流失状况得到极大改善,综合治理等生态恢复工程措施的实施使小流域植被、生态很快恢复,进一步减少土壤侵蚀量,做到保水保土,减少水土流失。(4)根据NDVI结果显示彭阳县1995-2015年NDVI年度变化趋势较为明显,植被覆盖度状况总体改善良好,中高覆盖度植被从1995年的346.59km2到2015年的1123.92km2,共计增加777.33km2。高覆盖度植被面积,由1995年的127.8654km2增加到2015年的330.6654km2,涨幅8%,中高覆盖度和高覆盖度植被到2015年占县域面积的43.7%,生态环境持续改善。改善区域包括轻度改善区、中度改善区以及高度改善区占彭阳县总面积的80%以上,主要集中在东北部的丘陵沟壑水土流失治理区,其中高度改善区的面积显着占全县总面积的35%左右。彭阳县以小流域的小治理带动区域的大治理,通过生态恢复措施的实施,伴随着小流域植被恢复,从时间序列上反映出植被盖度不断提高,植被的保持水土功能增强,促进了植被的进一步恢复,水土流失得到有效控制,生态恢复效果显着。(5)县域生态服务价值分析。结果显示：在黄土丘陵沟壑区典型草地中,地上生物量与植被指数(NDVI)呈显着正相关,复相关系数均大于0.6,应用植被指数检测典型草原生物量是一种简单可行的方法。应用NDVI建立的生物量回归模型,模拟草地地表生物量的效果好。经过修正计算彭阳县20年生态价值,生态服务价值空间格局变化显着,处于稳步增长阶段,由1995年的82189.24万元,增加到2015年的1394353.30万元。彭阳县通过退耕还林(草)工程、水土保持及生态恢复工程使得该区域的水保生态恢复效果显着,各类生态系统的生态服务价值中,草地所占比例最大,土地利用/覆盖变及景观格局的变化相对稳定,区域土地的资源可持续利用和生态环境重建正有条不紊的进行。
王春叶[8]2016年在《基于遥感的生态系统健康评价与生态红线划分》文中研究说明海岸带地处海陆之交,凭借其自身丰富的自然资源和优越的地理位置成为世界各国开发的重要区域。经济的快速发展导致大片海滨湿地丧失、近海水域富营养化、渔业资源衰退、海平面上升等,加之一系列海上污染事件,海岸带结构改变,功能和可持续性降低,区域生态和人居安全受到威胁。开展海岸带生态系统健康评价和生态红线划分的研究,有助于维护国家和区域生态安全及经济社会可持续发展,提升生态功能、改善环境质量,其意义现实而深远。然而,作为一种新生事物,生态红线理论内涵和划分方法都有待丰富与完善,生态红线划分也有待在海岸带领域得到进一步拓展。因此,本研究通过利用遥感技术对浙江省海岸生态系统健康进行评价,通过生态问题综合诊断,确定杭州湾急需划分生态红线,进而建立基于生态保护重要性理论的杭州湾生态红线划分方法,并进行划分实践,以期为杭州市有关部门对生态红线的监管提供支撑。本研究的主要结论和创新成果有:(1)浙江省海岸带生态系统健康评价。分别从陆域、海岸线和水域叁个子系统分析浙江省海岸带生态系统健康状况及其变化。用2001~2010年的活力、组织力和反弹力的乘积来度量浙江省海岸带陆域生态系统健康状况,总体来说十年间健康状况呈现下降趋势,平均健康值为0.1842,范围为0.1260~0.2251,存在空间异质性。健康状态相对最好的是奉化、临海、乐清、平阳和苍南,最差的是杭州和慈溪。利用1985、1995、2005和2013年多源遥感影像,提取浙江省海岸线变化长度和增加陆地面积,对海岸线子系统健康进行评价,平均健康值为0.33,范围为0~0.92,其中,慈溪市健康状态最差。利用2005、2007和2010年遥感反演物理、化学和生物参数以及可空间化的外界压力参数,建立水域生态系统健康评价模型,结果显示,2005、2007和2010年平均健康值分别为44.68、49.23和46.26,均呈现不健康水平,但有细微改善。杭州湾及中南部沿岸水体状况较差,离岸越远状况越好。(2)杭州湾生态红线划分体系建立。以海岸带生态系统健康状况为依据,综合诊断生态问题,结合杭州湾现状,以《指南》为准则建立杭州湾生态红线划分方法。杭州湾地区的健康状况最差,从植被破坏,海岸线变迁,土壤侵蚀,海水污染和海洋灾害等方面分析其面临的威胁以及可能导致的生态后果,认为杭州湾地区急需划定生态红线。结合杭州湾在水土保持,环境保护等领域已经开展的工作及不足,以《指南》为准则,以生态保护重要性理论为基础,从生态功能重要性、生态环境敏感性、环境灾害危险性和禁止开发区四个方面建立了杭州湾地区生态红线划分体系,包括根据生态环境问题选择12项评价指标,以及ahp权重确定方法和杭州湾生态保护重要性综合指数模型。(3)杭州湾生态保护重要性评价。对杭州湾地区生态功能重要性、生态环境敏感性和环境灾害危险性进行评价,结果表明,生态功能较重要的地区主要分布在在海盐县、萧山市和慈溪市的近岸区域,以及平湖市、上虞市和余姚市内陆区域,这些地区主要是滨海湿地、植被以及水源分布较多的区域,如杭州湾国家湿地公园。生态环境较敏感的地区主要分布在平湖市、海盐县、上虞市、余姚市和慈溪市的海岸线区域,这些岸段砂质岸线比例相对较高,分布着自然景观和历史遗迹,受到破坏后恢复困难。钱塘江口邻近海域,受到排污等外界干扰较强,生物生境遭到破坏,多样性降低,对外界干扰敏感。环境灾害较为严重的区域主要分布在慈溪市、宁波市、上虞市、海盐县、嘉兴市的沿岸区域及北部水域。慈溪等岸段分布有粉砂淤泥质岸线,受到风暴增水和海平面上升等自然灾害影响较为严重。宁波市、舟山市和嘉兴市等沿岸分布较多沿海主要港口,舟山群岛附近排污口较多,并为赤潮高发区,污染物排放、航运、溢油等人为造成的海水污染灾害不容忽视。(4)杭州湾生态红线范围确定。对生态保护重要性的单因子图层进行综合迭加,将生态保护重要性综合指数分为3个等级,等级最高为红线区,并将禁止开发区直接划入红线区。杭州湾生态红线区面积为548.18km2,占整个区域面积的4.23%,黄线区和绿线区面积分别占63.05%和33.08%。红线区主要分布在海盐县、上虞市、余姚市和慈溪市等沿岸区域,其中湿地占生态红线面积的26.09%。敏感岸线主要分布在慈溪市、余姚市等岸段,占杭州湾总岸线长度的12.65%。自然景观与历史遗迹主要为乍浦和镇海的海防炮台遗址。渔业资源保护区位于平湖市海域,以王盘山为中心。(5)杭州湾生态红线区管控措施。对禁止开发区、重要生态功能区、生态环境敏感区和环境灾害危险区进行分类管理。根据生态保护重要性空间分布和实际管理能力及需要,生态红线区分为一级和二级管控区。同时,通过加强海岸带生态监测手段并建立生态红线管理平台和进行生态补偿,确保杭州湾生态红线的真正“落地”和长久发展。
杨博[9]2016年在《土地利用总体规划中生态保护红线划定方法探索》文中研究说明2011年中国首次提出了“划定生态红线”的重要战略任务,党的十八大以来,生态文明建设被放在突出地位,融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程,努力建设美丽中国,实现中华民族永续发展,并明确将划定“生态保护红线”作为国家发展重要战略任务。在此背景下,国内众多学者结合国际各国研究经验对生态红线的划定做了许多的研究探索,本文参考前人的经验,结合生态系统脆弱性评价及生态系统服务功能重要性评价探索研究区生态保护红线划定方法。研究以河南省兰考县为研究对象,兰考县地处平原但其依傍着黄河,曾是黄河故道的地域特点也导致其区域内背河洼地分布较多,综上分析研究对象整体生态系统较为脆弱,适合进行生态红线划定研究。本研究结合多规合一的思想,将生态脆弱性评价、生态服务功能重要性评价与GIS技术相结合,探索多规划相协调下兰考县生态保护红线的划定方法。经研究得到以下结果:(1)土地利用总体规划中生态红线划定方法。在生态脆弱性评价中结合国内外研究进展,采用极限条件法划定兰考县生态脆弱区,再通过多因素综合评价法划分兰考县生态脆弱等级。生态服务功能重要性评价中结合《生态保护红线划定技术指南》中水源涵养功能重要性评价、水土保持功能重要性评价、防风固沙功能重要性评价方法进行兰考县生态服务功能重要性评价。将上述评价所得成果与兰考县城市总体规划、生态保护规划等政府规划迭加分析,根据研究制定的生态保护红线划定原则与方法对研究成果进行综合分析,编制兰考县生态保护红线图。(2)兰考县生态脆弱性评价结果。兰考县整体生态脆弱程度较高,其中重度脆弱区域面积14064.26公顷,占脆弱区总面积的27.02%;中度脆弱区域面积23553.66公顷,占脆弱区总面积的45.26%;轻度脆弱区域面积14424.74公顷,占脆弱区总面积的27.72%。(3)兰考县生态功能重要性评价结果。兰考县生态系统服务功能重要性综合评价极重要区域面积17232.70公顷,仅占研究区总面积的15.62%;中等重要区域面积39143.17公顷,占研究区总面积的35.48%,主要分布在研究区中部;一般重要区域面积53948.73公顷,占项目区总面积的48.90%,主要分布在研究区西南部和东部地区。(4)兰考县生态保护红线划定结果。本次研究所得兰考县生态保护红线区内土地利用状况如下:城镇及居民点用地面积为4679.21公顷,占红线区总面积的10.94%;耕地面积为24290.71公顷,占红线区总面积的56.79%;交通用地面积为97.97公顷,占红线区总面积的0.23%;林地面积为7362.74公顷,占红线区总面积的17.22%;其他建设用地面积为586.91公顷,占红线区总面积的1.37%;其他用地面积为102.53公顷,占红线区总面积的0.24%;水域及水利设施用地面积为4775.61公顷,占红线区总面积的11.17%;园地面积为873.46公顷,占红线区总面积的2.04%。本次研究兰考县生态保护红线划定过程中反映出《生态保护红线划定技术指南》在县域尺度下的落地实施具有技术易操作的优点,但也反映出其操作缺乏灵活性、研究区内评价指标缺乏差异性、指标数据获取难度较大等缺点,本研究提出适宜土地利用总体规划的“生态脆弱性+生态功能重要性+多规协调”生态红线划定方法。
韦红波, 李锐, 杨勤科[10]2002年在《我国植被水土保持功能研究进展》文中认为我国植被水土保持功能的研究可以概括为以下 3个主要方面 :1)植被水土保持功能的对比研究 :通过实地对比观测植被覆盖地与对照地 (裸地、农耕地等 )的径流量、土壤侵蚀量等 ,研究植被的减水减沙效益。研究表明 ,天然植被具有强大的水土保持功能 ,并呈现出林 >灌 >草的规律 ;人工植被水土保持功能的发挥则受到多种因素的影响 ,呈现出较复杂的情况。 2 )植被保持水土的机理研究 :雨滴击溅和径流冲刷是水土流失的动力 ,通过分析植被削减降雨和径流动能的过程 ,来揭示植被水土保持功能的内在机理。研究表明 ,植被外在的水土保持功能是其内部各个垂直层次截留降雨、拦蓄径流从而削减降雨侵蚀动能和径流冲刷作用的综合体现。植被的各个垂直层次对其水土保持功能的发挥都各有重要的作用。 3)植被水土保持功能的评价研究 :建立植被水土保持功能的评价指标 ,分析评价指标与径流量、土壤侵蚀量的定量关系 ,达到评价植被水土保持功能的目的。长期以来 ,我国植被水土保持功能评价研究主要以单一指标———植被覆盖度 (森林为森林覆盖率 )为主。随着植被水土保持机理研究的深入 ,近来许多学者提出了多个指标体系进行综合评价。单一的植被覆盖度指标不能完全反映植被水土保持功能的差异 ,而综合性的评价指标 ,殛待发展
参考文献：
[1]. 区域植被水土保持功能遥感评价研究[D]. 韦红波. 西北农林科技大学. 2001
[2]. 林下水蚀区侵蚀过程与植被恢复度多角度遥感监测研究[D]. 曹建军. 华东师范大学. 2014
[3]. 区域水土流失结构性植被因子遥感提取研究[D]. 李京忠. 西北大学. 2009
[4]. 黄土高原流域土壤侵蚀下垫面特征及其对水土流失的作用研究[D]. 沈中原. 西安理工大学. 2009
[5]. 面向小流域管理的水土保持遥感监测方法研究[D]. 周月敏. 中国科学院研究生院（遥感应用研究所）. 2005
[6]. 耦合格局与过程的河岸植被缓冲带水土保持功能调控研究[D]. 徐珊珊. 河南大学. 2017
[7]. 基于景观格局变化的黄土丘陵沟壑区生态恢复评价与分析[D]. 石云. 宁夏大学. 2016
[8]. 基于遥感的生态系统健康评价与生态红线划分[D]. 王春叶. 上海海洋大学. 2016
[9]. 土地利用总体规划中生态保护红线划定方法探索[D]. 杨博. 河南农业大学. 2016
[10]. 我国植被水土保持功能研究进展[J]. 韦红波, 李锐, 杨勤科. 植物生态学报. 2002
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