九段沙湿地植被时空遥感监测与分析

收集了研究区近20年以来的陆地卫星影像,结合以往实地调查资料,探讨了九段沙湿地优势植被群落多光谱遥感的分类方法,并对分类结果进行了现场校核,得出(1)多光谱遥感数据能够区分海三棱藨草与芦苇、互花米草植被群落;(2)季相变化的多光谱遥感数据可进一步区分芦苇与互花米草。分析了自20世纪80年代以来九段沙草滩及优势植被覆盖的时空变化,基本分为两个阶段80年代至1999年的自然演替阶段,2000年至今的人工干预阶段。结果表明(1)自然演替阶段。0m以上潮滩面积自然淤涨平均每年3.6km2;草滩平均每年增长1.2km2;芦苇仅出现于上沙的中部(除中沙1997年人工种植芦苇和互花米草外),其余均为海三棱藨草并占整体植被的80%以上,湿地自然演替速度相对较慢。(2)人工干预阶段。0m以上潮滩面积自然淤涨平均每年8.2km2,比自然淤涨速度快一倍以上;草滩平均每年增长7.86km2,增长速度远超过自然演替阶段;中沙人工引种的芦苇和互花米草群落扩散迅速,其覆盖占中下沙草滩的53.70%,其中互花米草扩散速度远快于芦苇,在中、下沙上占据了优势地位,而先锋植被海三棱藨草所占比例显著下降。     

植被演替对杭州湾南岸盐沼物质循环的影响

本研究选择杭州湾庵东浅滩作为研究区,选取盐沼区三个不同植被带进行柱状样的采集,通过测量沉积物的粒度、沉积速率、碳氮含量(有机碳、总碳、总氮、碳氮比)等参数,系统分析研究区盐沼湿地植被演替对盐沼物质循环产生的影响。研究结果发现,不同植被覆盖下沉积物粒径差异显著,沿海向陆逐渐变细;沉积速率从海三棱藨草滩、互花米草滩、植被交错区依次递减;总碳、总氮、有机碳含量特征为互花米草滩植被交错区海三棱藨草滩,碳氮比介于6～9,有机碳以海源物质为主;通过计算,发现有机碳埋藏速率为互花米草[159 g/(m2·a)]海三棱藨草[140 g/(m2·a)]植被交错区[119 g/(m2·a)]。从整体上来看,杭州湾南岸盐沼从海三棱藨草群落向互花米草群落演替时,沉积物颗粒发生细化,沉积速率有所变化,而总碳、有机碳、总氮含量增加,盐沼有机碳埋藏速率增加。     

杭州湾南岸滨海盐沼碳库的季节性变化

滨海盐沼的碳库变化可为蓝碳碳汇核算提供依据。为量化短时间尺度(季节到年际尺度)内滨海盐沼碳库的固碳速率,基于高分辨率的地表高程监测系统,于2022年在杭州湾南岸典型滨海盐沼开展了季节性的观测和采样分析。研究结果表明,在观测期间,本地种海三棱藨草和外来种互花米草的生长呈现季节性变化特征,植物生长主要集中在3—9月。就植物碳库的地下部分而言,海三棱藨草固碳量达到11 g C·m^-2,互花米草盐沼则较高,为56 g C·m^-2。地表高程监测数据表明,海三棱藨草盐沼的沉积速率为12.30 cm·a^-1,略低于互花米草盐沼的沉积速率(13.02 cm·a^-1)。结合沉积速率与沉积物容重、有机碳含量等数据,可以算得观测期间,海三棱藨草盐沼沉积物碳埋藏速率为460 g C·m^-2·a^-1,互花米草盐沼沉积物碳埋藏速率为588 g C·m^-2·a^-1,这两种滨海湿地的碳埋藏速率也具有季节性,在夏、秋季达到高值。结合植物碳库和沉积...     

几种红边位置算法在潮滩区域的适用性研究——以长江口南汇潮滩为例

植被反射率光谱的"红边位置"是判断植被健康状况的重要参数。本文以长江口南汇东滩优势种植被芦苇和海三棱藨草为研究对象,比较和分析了多项式拟合法、四点内插法、一阶导数法、拉格朗日内插法和线性外推法五种红边位置算法提取4个试验区域不同土壤湿度的芦苇和海三棱藨草植被红边位置的性能。研究结果表明多项式拟合法获取红边位置精度最高,对土壤湿度敏感性最大;四点内插法对土壤湿度敏感性较大;线性外推法得到的红边位置结果不稳定;一阶导数法和拉格朗日内插法相对于其他方法对土壤湿度敏感性最小,更适合在南汇潮滩这样高湿度土壤区域进行植被红边位置的信息提取。     

潮间带盐沼植物黏附悬浮颗粒物的差异性研究

为了研究潮间带盐沼植物黏附悬浮颗粒物的差异性,在长江口选择了三种盐沼植物群落对它们黏附的颗粒物质量进行测定,结果表明:(1)植物群落距潮沟或光滩越近,生长位置的滩面高程越低,则黏附颗粒物越多,而在盐沼前缘单位滩地面积上植物黏附颗粒物的质量以1%~3%/m(单位水平距离)的速率从水体悬浮颗粒物含量相对较高的盐沼外缘光滩或潮沟向盐沼内部减小;(2)植物黏附的颗粒物量在垂向上从上到下急剧增大,通常在靠近滩面5~10 cm的部分植物的黏附量占植物黏附总量的三分之一以上;(3)相邻群落单位滩地面积的互花米草[(220.6±172.7)g/m2]的总黏附量明显多于芦苇[(64.9±38.1)g/m2]和海三棱藨草[(45.2±31.7)g/m2],而按单位生物量来说单位滩地面积上三种盐沼植物黏附的颗粒物以海三棱藨草最多[(150.5±134.8)g/kg],芦苇最少[(28.8±22.8)g/kg],互花米草介于两者之间[(57.5±32.9)g/kg];(4)海三棱藨草的黏附量在季节上差异性明显,秋初(9月)是春末(5月)的6倍,在冬季该植物消失,其黏附颗粒物的功能也消失。造成盐沼植物黏附悬浮颗粒物差异的根本原因是生物量、悬浮颗粒物含量和淹没条件(淹没的深度、时间、频率)的不同。     

长江河口湿地互花米草入侵对沉积物中汞形态特征的影响研究

通过分析长江河口湿地典型植物根际沉积物柱样(0～40 cm)中总汞(THg)、甲基汞(MeHg)及其与粒度、总有机碳(TOC)、还原态硫等环境因子之间的关系,探讨了互花米草(Spartina alterniflora)入侵对沉积物中汞形态特征的影响及主控因子。结果表明:(1)不同植物(互花米草、芦苇(Phragmites communis)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和水葱(Scirpus tabernaemontani))根际沉积物中THg均值为49.9～100.9 μg/kg,其与粒径小于16 μm颗粒物组分体积百分比及TOC含量之间存在显著正相关关系(r2=0.85,p<0.01;r2=0.58,p<0.01),这意味着沉积物中矿物?有机物复合体细颗粒物的空间分异决定着总汞的空间分异。互花米草入侵促进了细颗粒的沉积,进而间接促进了沉积物中总汞含量的增加。(2)不同植物根际沉积物中MeHg均值为0.3～1.4 μg/kg,MeHg/THg均值为0.4%～1.4%,互花米草、芦苇及海三棱藨草根际沉积物中MeHg含量及MeHg/THg值随深度增加不断减小,但无显著差异,表明了互花米草入侵对沉积物中汞甲基化过程的影响可能有限。Pearson相关分析表明,MeHg/THg与THg、TOC、酸挥发性硫之间不存在显著的正相关关系。硫的K边同步辐射结果进一步表明了硫形态(如有机硫和S2?)变化与MeHg变化关系不大。MeHg/THg值呈表层(0～8 cm)高,底层低的分布规律,表明了表层沉积物中汞的甲基化潜势较大,这可能与表层新鲜有机质(如藻类和植物凋落物)的不断供给及其降解过程密切相关,还需深入研究。     

基于Sentinel-2A影像的杭州湾南岸湿地植被特征及其候鸟生境分析

互花米草的入侵与扩张占据了其他植物的生态位,在一定程度上,改变甚至破坏了滩涂景观,对原生生态系统造成了消极影响。利用2019-2021年Sentinel-2A影像,结合最大似然分类法与决策树分类法对杭州湾南岸互花米草等多种生境类型加以识别,并进一步讨论生境变迁对迁徙候鸟的影响。结果表明：（1）决策树分类法总体精度更高且细节信息更为丰富,但存在较为明显的漏分现象;（2） 2019-2021年互花米草分布范围不断扩大且空间分布愈发离散,严重侵占芦苇、光滩等生境的生态位,导致总体生境景观趋于破碎;（3）受互花米草入侵的影响,适宜鸻鹬类候鸟栖息的光滩与海三棱藨草生境面积锐减,整体生境状况愈发复杂多样,候鸟适宜生境面积呈明显减少趋势。     

南汇东滩湿地海三棱藨草的生态修复效果研究

南汇东滩湿地由于过度的围垦活动,导致严重退化,本研究旨在通过人工干预的方式,恢复湿地原有的海三棱藨草(Scirpus mariqueter)生态系统,并对海三棱藨草的生态修复效果进行研究。在对南汇东滩湿地海三棱藨草生态系统调研基础上,于2016年4月实施重建海三棱藨草群落工程,海三棱藨草移栽密度为每10m~2一簇(20株,面积约0.04m~2),重建区域面积10hm~2。通过比较修复区与对照区土壤有机碳、总氮、总磷及大型底栖动物的差异,探究该工程的生态修复效果。结果显示,海三棱藨草在修复区内长势良好,覆盖率由移栽初期的0.4%到10月份的83.4%,面积扩增208.5倍;截止到2016年12月份,土壤有机碳与对照区相比提高44.19%,增加显著(P0.05),土壤中总氮、总磷与对照区相比分别降低17.19%和19.80%,营养盐去除效果显著(P0.05);2016年10月调查结果显示,修复区内土壤中大型底栖动物的丰度(87ind./m~2)与对照区内大型底栖动物的丰度(53ind./m~2)相比提高61.11%,生态修复效果显著(P0.05)。本研究通过工程技术手段探究海三棱藨草群落对湿地生态修复的效果,为日后海三棱藨草的保护及退化湿地生态修复提供科学依据。     

基于GF-1WFV的黄河口湿地植被碳储量估算研究

为掌握黄河口湿地植被地上生长部分碳储量的空间分布情况,基于GF-1WFV卫星数据,对黄河口湿地植被地上生长部分碳储量开展了遥感估算模型研究,并根据研究区植被类型空间分布特点,对不同植被类型地上生长部分碳储量的特征开展了分析,结果表明:6种植被碳储量估算模型中,基于NDVI建立的指数模型为单位面积碳储量估算最佳模型,其决定系数(R2)最大,值为0.76,均方根误差(RMSE)最小,值为19.1g/m2;在不同植被类型分布区,地上植被单位面积碳储量平均值大小顺序为互花米草芦苇草甸柽柳林潮滩芦苇盐地碱蓬,其中各区域平均值最大为78.1g/m2,最小为46.7g/m2。研究结果为提高黄河口湿地植被的碳储量提供了有效措施,即合理优化植被类型的空间分布、恢复裸滩上盐地碱蓬的生长和提高植被类型盖度。     

黄河口典型植被光谱及NDVI变化对比分析

作为黄河口地区两种典型的植被群落类型,芦苇群落(Comm. Phragmites australis)与互花米草群落(Comm. Spartina alterniflora)在遥感影像的表征较为相似,利用单时相遥感影像识别时,易存在混淆区域。工作中发现,两种植被处于不同生长期时,其遥感影像具有不同的表征。为了提高黄河口地区芦苇、互花米草两类植被群落遥感识别结果的可靠性,本文通过获取多时相遥感影像中芦苇、互花米草群落纯净像元的光谱值,分析植被"红边"光谱曲线随时间的变化特征,进一步计算研究区多期遥感影像NDVI (Normalized Difference Vegetation Index),提取纯净像元的NDVI值,对比分析这两种植被NDVI指数在时间序列上的变化特征,发现芦苇群落与互花米草群落的NDVI值在时间序列上存在明显区别。结果表明,利用5月的影像能够较好地识别芦苇群落的分布范围,利用11月影像能够较好地识别互花米草群落的分布范围。本研究结果可为今后黄河口地区这两类典型植被群落的遥感识别方法研究提供可靠依据。     

联合星载光学和SAR影像的漳江口红树林与互花米草遥感监测

文章以福建省漳江口国家级红树林自然保护区为研究区, 提出了一种联合星载光学和合成孔径雷达(SAR)影像的红树林与互花米草分布的自动提取算法, 提取研究区内红树林和互花米草的空间分布。本研究选择2016年、2017年和2018年各一景低潮时的Sentinel-2 A光学影像数据, 获取植被和其他地物的光谱和纹理信息。算法首先基于归一化植被指数、增强型植被指数、地表水分指数以及数字高程模型的相关规则计算红树林和互花米草的潜在分布区; 通过随机森林分类算法区分红树林和互花米草, 2016年、2017年和2018年影像的分类总体精度和Kappa系数分别为98.53%和0.980、96.52%和0.952、98.71%和0.978, 分类效果良好; 使用当年所有Sentinel-1 A/B的SAR影像获得研究区的常年海水分布范围, 使用与海水交界的判据, 实现红树林、互花米草提取范围的优化。研究表明, 研究区2016年、2017年和2018年红树林总面积分别为56.85hm²、59.88hm²和58.61hm², 互花米草总面积分别为109.23hm²、124.00hm²和142.39hm², 与前人的研究成果在红树林和互花米草的空间分布和面积量级上有较好的一致性。     

几种海藻粗多糖的理化性质及结构特征分析

主要采用傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、气相色谱(gas chromatography, GC)和凝胶渗透色谱(gel permeation chromatography, GPC)方法对5种海藻粗多糖的单糖组成、官能团、分子量进行了初步分析。结果显示5种海藻粗多糖均含有木糖和岩藻糖, 其中南方团扇藻多糖含有较为丰富的山梨糖, 属于大分子量均一性多糖, 而孔石莼多糖分子量分布较宽, 均一性较差。红外光谱分析结果表明, 5种粗多糖均为酸性多糖, 棒叶蕨藻、琼枝麒麟菜和匍枝马尾藻多糖具有明显的硫酸基团吸收峰, 琼枝麒麟菜多糖存在呋喃糖和吡喃糖, 并且吡喃糖苷键可能存在β和α两种类型。明胶氯化钡实验结果指出南方团扇藻多糖的硫酸基团含量为38.43%(±2.38%), 明显高于其他几种海藻多糖, 而棒叶蕨藻多糖的硫酸基团含量最低, 仅为8.92%(±1.04%)。     

海岸带潮滩土壤含水量遥感测量

出露潮滩上土壤含水量的遥感测量是潮间带地形地貌测量方法的一种新尝试,也是对潮滩生态环境深层次认知的一条途径。借鉴陆地土壤含水量遥感监测的经验,通过分析实测潮滩土壤含水量与其光谱值的关系,建立出露潮滩上土壤含水量遥感监测模型,并利用该模型对研究区影像的土壤含水量进行反演尝试。研究结果为:(1)潮滩土壤含水量与光谱反射率的关系,波段的相关系数以ETM+4的相关性最大;(2)从多元线性模型、单波段模型、比值模型、仿植被指数模型的应用比较看,对于潮滩土壤含水量的遥感反演模型选用单波段模型的误差最小。结果表明,通过遥感测量和监测模型的反演,可以迅速得到海岸潮间带露滩上土壤含水量分布。     

长江口及其邻近海域CDOM光谱吸收特性分析

研究了长江口及其邻近海域有色可溶性有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM浓度(吸收系数a(440))、光谱斜率(S_g)与盐度的关系。结果表明:长江口及其邻近海域CDOM的a(440)变化范围为0.21~0.85 m^-1,平均值为0.44 m^-1;S_g值的范围为0.013 3~0.016 7 nm^-1,平均值为0.014 nm^-1;a(440)的水平分布表现为长江口海区比外海区高,S_g的水平分布表现为长江口海区比外海区低,反映了长江口海区CDOM中的腐殖酸成分比外海区大。研究区内a(440)与盐度、S_g与盐度明显线性相关,表明CDOM在河口混合行为中呈保守行为,CDOM具有良好的保守性质。     

基于HY-1C CZI影像光谱指数重构数据MNF变换的红树林提取

本文基于广西山口国家红树林生态自然保护区的HY-1C卫星的海岸带成像仪(Coastal Zone Imager，CZI)影像，分析了红树林与一般陆地植被的光谱特征及其光谱指数的相关性，采用归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)、归一化差异水分指数(Normalized Difference Water Index，NDWI)、大气阻抗植被指数(Atmospheric Impedance Vegetation Index，ARVI)及利用CZI波段构建的光谱斜率比(CZI Visible Spectrum Slope Ratio，CVSSR)4个指数替代CZI原始波段形成重构数据，基于重构数据的最小噪声分离变换(Minimum Noise Fraction Rotation，MNF)结果分量，建立决策树并实现了红树林信息的自动提取。研究结果表明:结合本文所选光谱指数重构数据及MNF变换方法，能够有效增强CZI影像上红树林与一般陆地植被的光谱差异，基于MNF变换分量建立的决策树可有效提取红树林信息，经与专家解译结果比对，本文方法面积准确率达90%以上；经随机样本点验证，总体检测精度为88%。     

Modeling of vertical heat and moisture transfer and carbon exchange in the soil-vegetation-atmosphere system

A physical and mathematical model of the vertical heat and moisture transfer and the carbon exchange in the soil-vegetation-atmosphere system is proposed that includes the interaction between these processes. The model describes the interception of precipitation by plants and its further evaporation, transpiration, evaporation from a soil surface as well as vertical moisture transfer, photosynthesis, and plant and soil respiration. The model has been verified against data from observations of heat, moisture, and carbon dioxide fluxes at a grassland site (international FIFE experiment, Kansas, United States), in a pine forest (BOREAS, Saskatoon, Canada), and in a broad-leaved mixed forest (FLUXNET measurements in the southeastern United States). Numerical experiments with the models have been conducted to estimate the influence of soil moisture and atmospheric CO₂ concentration on transpiration and carbon exchange of the vegetation cover.     

基于FY-3A的湛江湾及其邻近海域叶绿素a遥感监测研究

叶绿素a质量浓度是水体水环境一个重要指标。本文结合实测的叶绿素a质量浓度、水体的光谱数据和FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据,研究利用FY-3A遥感监测湛江湾及其邻近海域叶绿素a质量浓度的可行性。研究结果表明,湛江湾海域大部水体接近一类水体,二类水体主要集中在湛江港附近的狭小封闭海域;OC4算法可以用于湛江湾海域的叶绿素a质量浓度的遥感监测,实测叶绿素a质量浓度与反演的叶绿素a质量浓度具有较好的相关性,相关系数R达到0.7以上;FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据可以较好地反映湛江湾海域叶绿素a质量浓度的空间分布。     

Eastern Mediterranean palaeoclimates from 26 to 5 ka B.P. documented by pollen and isotopic analysis of a core in the anoxic Bannock Basin

Continuous pollen and isotopic records were established for core BAN 84 09 GC retrieved from the anoxic Bannock Basin in the Eastern Mediterranean. On the basis of two ¹⁴C dates, they document the palaeoclimate between about 25.7 ka B.P. and 5.2 ka B.P. in the northern borderlands of the Ionian Basin. The upper half of the core has been redeposited.

The isotopic record displays a correlation with pollen percentages that is strong and positive for Artemisia (sage-brush) and negative for Quercus (oak). The last glacial maximum and the deglaciation are identified by these combined taxa, together with Chenopodiaceae. The glacial maximum around 18 ka B.P. (which has elsewhere been dated from 20 to 15 ka B.P.) has pollen percentages that are high for Artemisia and low for Quercus. The climate in the pollen source area was arid, cold in winter, briefly warm in summer and sustained the vegetation of a semi-desert. The onset of deglaciation after 18 ka B.P. coincides with that of the decline in Artemisia pollen percentage. However, this decline does not indicate reduced aridity, because it is accompanied by a pollen percentage rise of the even more arid herbs Chenopodiaceae and Ephedra. Throughout the deglaciation from 18 to 11 ka B.P., the aridity progressively increases, culminating at 11 ka B.P. This trend is briefly interrupted by a more humid event, shown by a peak in Artemisia pollen percentage and a smaller peak in oak; these two peaks are coeval with the Bölling-Alleröd chronozone (13-11 ka B.P.). Maximum aridity occurs during the Younger Dryas chronozone (11-10 ka B.P.). Afterwards, the oak pollen percentage begins a steady increase, and its maximum value is coeval with the lowest isotopic value, dated at 8760 ± 170 yr B.P. This period was one of high moisture, warm summers, and, according to altitude, mild to cool winters. This climate sustained forests that were Mediterranean in the lowlands and warm temperate in the uplands. A high pollen concentration is observed during this period and reveals the presence of sapropel S1, which is otherwise unrecognizable in this entirely black core. During the following period between 8760 ± 170 and 5200 yr B.P., the δ¹⁸0 reverts to slightly higher values and the Quercus pollen percentage decreases, while the pollen percentage of the wetter Ostrya, the oriental hornbeam, increases. The high pollen concentration during the deposition of sapropel S1 cannot have been caused by increased pollen input into the sea, this pollen being wind-borne, nor by increased pollen production for all taxa, both trees and herbs. We conclude that it is entirely due to increased preservation of this allochtonous organic material by the deep anoxia of the bottom water, below a thick anoxic water column. The coincidence of sapropel deposition with warm and humid local climate as well as with the second global meltwater pulse suggests that the cessation of bottom-water ventilation was due to decreased surface water density, resulting from less saline incoming Atlantic surface water, increased local runoff, and warmer winters.     

南海典型海区浮游植物吸收光谱特征及遥感反演产品的精度评估

基于遥感手段准确估算浮游植物吸收系数a_ph(l), 可为长时间、大尺度范围识别浮游植物功能种群提供有力的数据和方法支撑。利用2003至2012年获取自南海、琼东、广东近岸和珠江口各典型海区的实测a_ph(l)数据, 对比分析表层光谱特征, 初步判断浮游植物种群结构差异; 基于MODIS-Aqua二级遥感反射率产品, 分别采用经验算法PL和半分析算法QAA对a_ph(l)遥感产品进行精度评估。结果表明, 以南海、琼东为代表的清洁海域和以广东沿岸、珠江口为代表的浑浊海域表层a_ph(l)光谱差异明显; a_ph(l)在清洁海域量值较小但在颗粒物吸收中居于主导, 而在浑浊海域并不占优; 浮游植物单位吸收系数a_ph^*(l)存在明显的空间差异, 色素打包效应以及色素组成是造成差异的可能原因。经验算法PL较之于半分析算法QAA反演得到的a_ph(l)(l=412, 443, 490)遥感产品精度更高, 平均相对误差APD小于22%; 采用区域优化算法NOCI获得的Chl-a产品作为输入参数, 算法PL所得的a_ph(l)遥感产品APD不超过14%。结果表明, 基于水色遥感产品进行a_ph(l)遥感产品精度评估和探讨不同海区浮游植物功能种群具有较强应用前景。     

艾比湖地区冰消期以来气候演化的植物学证据

本文根据植物生态学分析方法，通过对艾比湖ＺＫｏｏＢ孔中孢粉组合及植被生态的定量分析，阐述了北疆内陆干旱区冰消期以来的气候演化状况。孢粉组合特征及其植被生态的定量分析研究表明，受大气降水以及大气和土壤中相对湿度波动变化的影响，艾比湖地区的生态环境特征在最近１５０００ａ中至少经历了１０次比较明显的波动变化，并且与全球气候变化过程基本符合，表明中国西部干旱半干旱地区晚更新世以的气候环境演化过程是在全球变