广西海岸带互花米草入侵时空动态遥感监测研究

为全面了解和分析外来入侵物种互花米草(Spartina alterniflora)在广西海岸带的时空分布特征与扩散趋势,应用遥感与GIS技术手段,基于多源多时序高分辨率遥感影像对广西海岸带互花米草进行时空动态监测,并结合历史调查资料进行分析。结果表明：2001、2008、2010、2013、2016、2019年广西海岸带互花米草面积分别为46.90、204.05、331.23、608.75、776.99、1 320.79 hm²;2001-2019年,互花米草面积增加了1 273.89 hm²,年均增长率为20.38%。2019年,北海市海岸带互花米草总面积为1 317.06 hm²,占广西互花米草总面积的99.72%;钦州市互花米草面积为3.68 hm²;互花米草已入侵防城港市,面积约为0.05 hm²。丹兜海、铁山港湾、廉州湾及北海银滩至营盘镇近岸滩涂是互花米草集中扩张区,且仍处于快速增长阶段;防城港市企沙半岛东侧近岸滩涂及北海市涠洲岛均已出现互花米草零星斑块;广西山口红树林生态国家级自然保护区内互花米草扩散有所减缓,而广西合浦儒艮国家级自然保护区内仍处于增长阶段。广西海岸带互花米草入侵仍处于快速扩张状态,且呈由东往西扩散的趋势。本研究可为广西海岸带互花米草治理提供基础数据和理论指导,对湿地保护、管理和可持续发展具有重要意义。     

厦门滨海湿地红树林资源与互花米草入侵分布

通过无人机巡视、卫星遥感图像分析及沿海岸地面调查等方式,研究了2017年厦门滨海湿地红树林资源及互花米草的入侵情况。结果表明:1)厦门湾共有真红树林植物5科7属7种,分别为秋茄(Kandelia obovata)、白骨壤(Avicennia marina)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、红海榄(Rhizophora stylosa)、无瓣海桑(Sonneratia apetala)和拉关木(Laguncularia racemosa),其中秋茄和白骨壤为优势种; 2)厦门红树植物分布在思明、湖里、集美、海沧和翔安5个行政区,面积共76. 1 hm2,其中翔安区下潭尾站位的红树林面积最大(50. 4 hm2),占厦门红树林总面积的66. 33%,目前厦门红树植物的人工恢复与重建以秋茄纯林,以及秋茄和无瓣海桑混交种植为主; 3)厦门互花米草入侵面积约69. 7 hm2,81. 42%分布在翔安区大嶝大桥两侧和九溪河口海域。根据调查结果,提出了关于厦门红树林恢复重建与互花米草控制的两点建议:1)在加强白骨壤苗种繁育技术及红树幼苗藤壶防治技术研究的基础上,大力种植本地种秋茄和白骨壤,以生态方法控制互花米草的蔓延; 2)加强对外来物种无瓣海桑和拉关木的种植地点、种植时间和种植数量等信息的登记制度,建立一定的防控机制。     

广西海岸潮间带互花米草遥感监测

【目的】对广西海岸潮间带入侵物种互花米草(Spartina alterniflora)进行遥感监测,查清互花米草分布区域。【方法】以2016年GF-1号高分辨率卫星影像为数据源,利用遥感技术与野外勘查相结合的方法,对广西互花米草扩散现状进行监测和分析。【结果】截至2016年7月,广西海岸潮间带互花米草分布面积为686.48hm~2,斑块数5 191个,平均斑块面积为0.13hm~2,最大斑块面积为47.24hm~2(位于丹兜海海域滩涂)。此次调查结果显示互花米草面积比引种时期增加了685.54hm~2,面积增长了729倍。北海市海滩互花米草分布面积为685.91hm~2,占入侵总面积的99.92%,钦州市海滩分布面积为0.57hm~2,占入侵总面积的0.08%。丹兜海互花米草入侵面积达317.89hm~2,但廉州湾斑块数量分布最多,为2 777个。【结论】高分辨率卫星影像能有效地提取互花米草分布信息;广西互花米草正处于迅速扩张期,空间上自东往西扩散,最远已到达钦州市大风江口西部海域滩涂;廉州湾互花米草扩散正处于急速爆发期;自然保护区内红树林、海草床和土著盐沼植被等海洋生态系统已经受到互花米草的严重威胁,生态环境不容乐观。建议加强对互花米草扩散和防治机制的研究。     

广西北部湾海岸带红树林变化的遥感监测

广西北部湾沿海是中国重要的红树林分布区,掌握广西北部湾红树林的动态变化趋势对红树林生态系统的保护与利用具有重要意义。为了定量分析广西北部湾红树林的变化情况,选取了美国Landsat卫星数据,以广西山口红树林自然保护区作为研究区域,收集了1978年至2014年间的遥感影像,结合实地调查以及各项资源调查数据的整理和分析,解译并统计了广西山口红树林保护区的红树林面积变化。结果表明:从1978年至1989年,广西山口红树林面积急剧减少;1989年至2014年,广西山口红树林面积逐渐恢复。     

广西合浦榕根山小型海草床的群落演替及其保护和修复研究

2001～2011年现场调查和监测广西合浦沙田镇附近的榕根山海草床,研究小型海草床的群落演替及其保护和修复.结果发现,从2001年到2005年,榕根山海草床的面积从13.3 hm2增加到17.1 hm2,但是2006年以后海草床的面积开始减少,至2011年面积已减少到不足1 hm2.海草的群落也由矮大叶藻(Zostera japonica)单一优势种群落演替为贝壳喜盐草(Halophila beccarii)优势种群落,引起海草的盖度、生物量和茎节密度明显变化.榕根山海草床衰退主要是由于海水水质变化、互花米草(Spartina alterniflora)入侵,以及鸭子放养引起,保护和修复榕根山海草床要控制海草床周边互花米草扩散和整治岸边的畜禽养殖及污水排放,同时还要加强对海草床的监测和保护及修复研究,探索海草与互花米草的竞争机制及互花米草控制方法,为小型海草床的保护和修复提供理论和技术支持.     

基于元胞自动机的黄河三角洲互花米草种群扩散动态模拟

以黄河三角洲为研究区,重点考虑互花米草无性扩散过程,基于元胞自动机构建互花米草种群扩散模型．模型模拟了2014—2018年互花米草在黄河三角洲的动态入侵扩散过程,并与遥感解译结果进行对比,对模型进行了率定和验证．进一步对2020年互花米草分布范围进行预测,结果显示互花米草将进一步扩张定植于黄河现行入海口南北两岸的低潮滩区域,分布面积将达到4 118.15 hm2．模型设置了本地植物与互花米草的不同共存情景,模拟结果表明本地植物对互花米草种群扩散影响较小．本模型能较好地重现互花米草在黄河三角洲的入侵扩散过程,可以用来初步预测互花米草在黄河三角洲的扩张趋势,为黄河三角洲外来物种互花米草的生态防控提供科学建议．      

铁山港红树林高岭土沉积区虫害及互花米草调查与分析

为调查红树林大面积死亡的原因,以及虫害、互花米草对高岭土的响应,本研究在铁山港榄根村红树林区设立23个样方,调查样方内红树植物主要植食性害虫的种类和密度,以及植物叶片受损率;调查蛀干害虫在白骨壤树干上的分布规律,并统计互花米草的面积,从而分析高岭土对有害生物以及有害生物对红树植物的影响。结果显示,调查区域主要植食性害虫为柚木肖弄蝶夜蛾（Hybaea puera）、海榄雌瘤斑螟（Ptyomaxia sp.）和蛎盾蚧（Lepidosaphes sp.）。其中夜蛾主要分布在低潮位,盾蚧主要分布在中高潮位,斑螟虫口数量少,无明显分布趋势。在高岭土影响较小的低潮区,红树植物叶片的受损较为严重。本研究首次发现多毛梢小蠹（Cryphalus pilosus）危害白骨壤的树干,说明高岭土粘附在叶片表面一定程度上减缓食叶害虫的危害,但引发了蛀干害虫的发生。调查区域互花米草斑块约180个,面积约2.82 hm²,死亡红树林斑块内已有互花米草入侵,高岭土的淤积未对互花米草造成不利影响,相反在高岭土淤积严重导致红树林死亡的区域,互花米草最先入侵定殖。本研究为调查地白骨壤死亡的原因提供数据支持,并为后期人工修复提出科学建议。     

红树林种植对大型底栖动物群落结构及功能群的影响

2009年11月-2010年8月,以浙江省乐清湾茅埏岛不同种植年限的人工秋茄（Kandeliacandel）红树林、光滩和互花米草（Spartinaalterniflora）草滩为样地,开展大型底栖动物群落结构和功能群组成的研究,以探讨红树林在恢复大型底栖动物物种多样性方面的作用．调查共发现大型底栖动物17种,隶属5门9纲14科,其中软体动物10种,节肢动物甲壳类4种,环节动物门的沙蚕类、星虫动物门和脊索动物门各1种,分别为总物种数的58．82％,23．53％,5．88％,5．88％和5．88％,根据其食性类型可划分为5个功能群．通过对红树林滩涂、光滩和互花米草草滩及不同种植年限红树林的密度、物种数和各生境不同季节的物种多样性指数Margalef,Shannon—Weiner,Pielou和Simpson进行生境一季节间无重复双因素方差分析,以及对大型底栖动物进行群落聚类、排序和功能群划分,结果表明：光滩生境中大型底栖动物的物种多样性和功能群的复杂性都高于互花米草草滩,红树林生境中大型底栖动物的物种多样性和功能群的复杂性都高于互花米草草滩,光滩和红树林样地间的差异不显著;随着红树林种植年限的增加,底栖动物群落的多样性下降,生物量提高．说明红树林植被演替对滩涂底栖动物群落具有显著影响．     

基于高分五号卫星数据的红树林群落光谱特征分析

为解决高分五号(GF-5)高光谱数据空间分辨率较低的问题，本研究采用葛拉姆-施密特(Gram-Schmidt, GS)正交变换融合算法对GF-5高光谱数据与高分二号(GF-2)数据进行空谱融合，利用1 m分辨率的GF-5高光谱数据结合实地样本数据提取不同红树林群落与互花米草群落的平均反射率，通过包络线去除与一阶微分计算的方法分析不同红树林群落与互花米草群落的复合光谱特征，从光谱特征探讨红树林群落的可分性。结果表明，在原始光谱曲线680-900、980-1 320、1 530-1 750 nm区间4种群落的光谱差异最大；经过包络线去除与一阶微分计算后的4种群落的光谱反射率分别在1 170-1 400 nm与1 330-1 470 nm波长范围处表现出明显差异。综上可知，不同红树林群落与互花米草的光谱反射率在近红外波段范围内的差异性最大，近红外波段可作为识别不同红树林群落与互花米草的优势波段。     

1993-2003 年间温州沿海互花米草变迁

互花米草由于其适应性和生长速度对当地环境产生很大影响,从而成为人们关注的外来入侵植物.为了弄清温州沿海自20世纪80年代末引种以来互花米草的变化以及影响,在比较1993年、2000年和2003年的TM遥感影像的基础上,对温州滩涂互花米草进行实地调查和访问.结果显示,温州滩涂互花米草1993年总面积为3.921km2,2000年总面积为4.552km2,2003年总面积为6.361km2.龙湾等地方互花米草面积减少,是因为互花米草淤高后被开发成为海水养殖池塘.互花米草入侵、超越原生滩涂植被,并且在海堤外形成单优种群,表明互花米草很强的竞争力和扩张能力.互花米草在温州没有形成成熟的种子,依靠根茎无性繁殖.     

黄河三角洲互花米草、碱蓬种群变化及扩散模拟

将卫星遥感、GIS空间分析技术和生物种群扩散模型相结合,利用1996、2006、2016年黄河三角洲滨海湿地3期遥感影像,采用面向对象分类方法、景观转移矩阵、景观重心转移模型分析互花米草和碱蓬动态变化,并利用CA-Markov模型对2026年的演变趋势开展预测模拟．结果表明:1）在时间上,20 a来互花米草总面积由1996年的3.45 km2增长到2016年的25.14 km2,碱蓬总面积呈大幅度下降;在空间上,互花米草发生了连通阻断,其重心由胜利油田边缘向河口方向移动,碱蓬重心向陆源方向有一个小幅度后退．2）模拟预测2026年互花米草面积为26.67 km2,碱蓬面积为26.15 km2．3）2种植被在2006—2016年转移变化剧烈,20 a来滨海湿地人类活动呈增加的趋势．从预测结果分析看,20 a间黄河三角洲河口受重大人工改道、初期的断流、风暴潮等人为和自然灾害的强烈影响,互花米草、碱蓬等滨海湿地植被数量造成短时序变化,导致模拟精度不高．如果不对互花米草加以人为控制,到2026年互花米草面积的激增将对整个黄河三角洲地区生态环境造成显著影响．      

盐城自然保护区盐沼植被分布动态监测及驱动力分析

为探究江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区盐沼植被时空演变规律,采用物候特征合成方法反演了1984—2021年保护区核心区4种盐沼植被(互花米草、芦苇、碱蓬和茅草)面积,分析其时空演变规律和驱动机制。结果表明:核心区盐沼植被总面积从11 113.2.hm²增长至16 528.14.hm²,年均复合增长率为1.11％,主要得益于互花米草的保滩促淤能力;互花米草和芦苇通过占领大量碱蓬滩、茅草滩和光滩,面积分别增加了4 968.62.hm²和8 806.95.hm²,年均复合增长率分别为26.67%和6.88%;受生态位竞争等自然因素和水产养殖基地等人工干扰的叠加影响,碱蓬和茅草面积分别减少了3 494.25.hm²和4 867.38.hm²,年均复合增长率分别为-3.14％和 -8.11%,适宜生境破碎化严重。     

遥感技术在受损红树林资源调查与监测中的应用

红树林目前还受到不可持续利用方式的严重威胁。为快速掌握广西北海市合浦县铁山港白沙镇榄根村近岸海域监测范围内红树林受损及其周边景观演变情况,采用无人机（UAV）技术和多时期高分辨率卫星影像,结合野外地面群落调查,利用目视解译方法,对榄根村近岸海域红树林及周边景观进行遥感监测与分析。结果显示,该区域红树林2017年12月、2018年10月、2019年6月、2020年4月受损面积分别为0.55,4.77,9.42,17.18 hm²,4年间红树林受损面积增长约30.23倍。将2020年4月红树林受损区按照受损程度不同分为死亡区和严重受损区,面积分别为7.81,9.37 hm²,斑块数分别为35,106个。研究期内榄根村红树林受损面积呈迅速增加趋势,主要位于潮沟两侧;死亡及严重退化区红树林群落形态上呈灰白色不规则斑块状;红树林受损斑块呈“多点开花”特点,有从斑块林缘向内部蔓延的趋势。遥感技术可有效提高红树林生态监测的工作效率和准确性,应用前景广阔。     

典型滨海湿地沉积物反硝化与硝态氮氨化 相对重要性研究

为揭示典型滨海湿地沉积物中硝态氮还原特征与规律,以长江入海口崇明东滩湿地为对象,采集不同季节和植被条件下(芦苇、互花米草、互花米草-芦苇混合区与光滩)沉积物,借助¹⁵N同位素稀释技术,测定反硝化(Den)与硝态氮氨化(DNRA)速率的变化,探讨两者的相对重要性特征。结果表明:①冬季,互花米草群落沉积物Den速率达31.29 μg/(kg·h),显著高于其他植物群落及光滩(P<0.05),但其在春、夏、秋季最低,仅为2.35～3.36 μg/(kg·h)。表明,冬季可能是互花米草群落沉积物氮素Den逸失高峰期。②春、冬季节光滩带沉积物DNRA速率(>120 μg/(kg·h))明显高于有植被沉积物(<80 μg/(kg·h))。然而,从不同植物群落看来,互花米草群落DNRA速率显著高于其他植物群落及光滩(P<0.05)。相比较而言,夏、秋季节光滩带沉积物DNRA速率显著低于其他植物群落,但其他3个植物群落之间并没有显著差异。表明,春、冬季节互花米草群落更有利于沉积物NO^-₃的氨化。③春、夏、秋3个季节,互花米草群落沉积物DNRA与Den速率的比值(17～29)显著高于其他植物群落(1～14),然而,其在冬季显著低于其他植物群落(P<0.05)。显然,DNRA过程主导着滨海湿地沉积物中NO^-₃的还原。就植物调控策略而言,减控互花米草有助于湿地富营养化和N₂O排放的控制。     

基于低空遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取

无人机遥感作为卫星和航空遥感平台的有力补充,在低空遥感观测领域发挥越来越重要的作用.对于农作物长势监测而言,选择合适的光谱波段有利于更加准确地反映作物长势情况.该研究借助水稻—油菜氮素养分试验,针对其油菜季开展基于无人机遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取问题研究.试验采用经红外改造后的消费级相机,逐次搭配lp680、lp720、lp850 3种近红外长通滤波片和RGB红外截止滤波片来获取不同光谱位置的近红外波段影像和可见光波段影像.在此基础上计算多波段影像的多种植被指数,同时结合油菜地面冠层高光谱数据和滤波片光谱响应特性模拟计算相同的植被指数.结果表明,使用可见光波段影像计算的归一化差指数(NDI)与地面实测归一化差植被指数(NDVI)之间的相关性最高,其R2达到0.945,该结果与基于油菜地面冠层高光谱数据所得结果呈现出较好的一致性.同时该NDI值与油菜氮素养分试验中不同氮素施用水平之间的相关性也较好,其R2达0.963.该研究结果表明选取常规消费级相机可见光波段也能准确地获取作物长势信息,为其用于作物长势监测提供了科学依据.     

西南喀斯特地区植被定量遥感研究进展

喀斯特地区植被相比非喀斯特地区具有更高的时空差异性,在维持脆弱生态系统稳定与可持续发展中具有极其重要的作用。西南喀斯特地区作为全球生物多样性热点地区,植被类型多样且存在显著的同物异谱/同谱异物现象。为更精准、高效地进行喀斯特地区植被定量遥感研究,本文从个体尺度到生态系统尺度,从遥感数据源选择和方法应用上回顾了西南喀斯特地区植被定量遥感的研究进展,并探讨下一步需要重点关注的研究方向。西南喀斯特地区植被定量遥感研究主要集中在群落和生态系统尺度的植被覆盖度、植被分类、生态系统服务功能与价值研究;遥感影像数据应用相对单一,主要为被动成像中低分辨率的光学影像(如Landsat和MODIS)。在个体和种群尺度上,虽采用了地物高光谱遥感技术和无人机遥感技术,但该技术主要应用于小尺度近地面植物个体和种群研究,难以扩展到区域范围。亟待开展融合多源影像,尤其是激光雷达影像(Light Detection and Ranging, LiDAR)与非影像数据的应用及其先进分析方法研究,以及个体和种群尺度的喀斯特地区植被生化参数定量估算与自然植被物种精准识别,群落和生态系统尺度的生物多样性与碳循环定量遥感研究工...     

引入地形特征的田块尺度玉米遥感估产与空间格局分析

田块尺度作物估产引入地形特征提升精度与产量空间格局分析对规模经营具有重要意义。以黑龙江省规模化种植的春玉米为研究对象,测定无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)高精度地形与变量测产数据,基于多时期SPOT-6影像提取7种植被指数;采用最小二乘法,构建不同时期植被指数与春玉米实测产量的经验统计模型,确定遥感估产最佳时期和最优植被指数;提取6种地形因子,使用多元逐步回归评价引入地形因子的遥感估产模型,应用空间统计分析探索产量空间分布格局。结果表明:春玉米灌浆期是遥感估产的最佳时期,决定系数R~2达到0.6以上的植被指数共6种,比值植被指数(ratio vegetation index, RVI)为最优植被指数,其余依次为修正比值植被指数(modified simple ratio, MSR)、无蓝色波段增强型植被指数(enhanced vegetation index without a blue band, EVI2)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、次生修正土壤调节植被指数(modified secondary soil adjusted vegetation index, MSAVI2)、绿度归一化植被指数(green normalized difference vegetation index, GNDVI);最佳估产模型引入地形辅助信息后R~2提升5.6%,达到0.79,均方根误差(root mean squared error, RMSE)为347.03 kg/hm~2;高海拔与高坡度区域产量均值最低为7 502.64 kg/hm~2,中海拔与低坡度区域产量均值最高为9 157.63 kg/hm~2。优化后的遥感估产模型可以快速评估作物产量,确定春玉米最佳生长区域,为规模化农业精细管理、土地整治与作物种植结构调整提供科学依据。     

珠海淇澳岛人工次生无瓣海桑纯林的植被碳储量变化

为了研究无瓣海桑在快速固碳方面的效果,基于多期遥感影像和实测样方数据,对1999—2019年期间,淇澳岛无瓣海桑的生长范围、年际生物量和植被碳储量进行了定量计算,分析引起这些变化的原因,并得到研究区生物量反演模型为B=75.906-6.144×SR-10.728×Variance,P＜0.01,R2=0.700。研究结果表明:(1)无瓣海桑在1999、2003、2009、2013、2019年的面积分别为0、29.520、114.245、140.280、332.399 hm2;1999、2003、2009、2013、2019年的碳储量分别为0、4 872.74、15 051.14、25 892.55、55 969.24 t,1999—2003、2003—2009、2009—2013、2013—2019年的固碳速率分别是:3.66、7.55、19.48、28.06 t/(hm2·a);20年间,无瓣海桑纯林的单位面积碳密度增长了168.38 t/hm2。(2)与其他红树林树种和同纬度的亚热带阔叶林相比,无瓣海桑的固碳速率更快,碳储量更大,是一种非常理想的能够用于修复裸地海岸的红树林植物。