净初级生产力(NPP)是反映陆地生态系统生产能力的指标,也是衡量生态质量的关键指标.NPP难以进行大面积实测,目前大多数评估生态系统质量使用的是分辨率较低的NPP产品,低分辨率NPP不能够捕捉到生态系统的细节特征,不利于小尺度区域生态系统质量评估.建立快速、高效的小尺度区域生态系统质量评估方法将有力推进我国生态系统保护和修复.本研究针对生态系统质量评估和NPP的计算方法,优化了 NPP的计算流程,使得NPP作为评估指标时不需要地面观测数据即可通过遥感反演得到,并建立回归模型遥感反演叶面积指数,采用像元二分法估算植被覆盖度,形成一套遥感快速评估生态系统质量的方法,并以南瓮河国家级自然保护区为例,评估其2001-2022年生态系统质量变化.结果表明:2001-2022年间,保护区生态系统质量整体良好,2022年质量等级良、优面积占比达85％以上;高植被覆盖度是保护区生态系统质量持续良好的中坚力量;2001-2022年,保护区生态系统质量呈先降低后升高的趋势,2013年为生态系统质量最低点.本研究构建方法在评估南瓮河国家级自然保护区生态系统质量上取得了良好效果.本研究提出的指标优化方法可助力小尺度区域生态系统质量快速、精准评估,可为生态系统质量的精准提升提供技术参考.

为了研究榆神府矿区植被覆盖度的时空演化规律,基于2005-2016年12期MOD13Q1数据,采用像元二分法、线性回归趋势线法和地形面积差异修正系数等方法,研究榆神府矿区植被覆盖度的时空分布特征和变化趋势,并结合地形地貌、土地利用和采矿活动等数据分析其与植被覆盖度变化的关系.结果表明:(1)在研究时段内,榆神府矿区植被覆盖度变化幅度比较剧烈.植被覆盖度低的区域分布在矿区乌兰木伦河以南、无定河以北的范围内;植被覆盖度高的区域分布在神府新民矿区和榆横矿区南部.(2)植被覆盖度年际变化趋势呈东北向西南先下降后上升的改善趋势,植被改善区域占榆神府矿区总面积的90％以上.(3)在海拔899～1000 m、坡度8°～12°和平原地区植被覆盖度的平均值最高;在海拔1000～1437 m、坡度4°～28°和丘陵地区植被改善类型的面积比最大.2010-2015年土地利用转换类型对于植被的影响要好于2005-2010年,且植被均以改善型为主.(4)由煤矿点、厂房、排土场、塌陷地以及缓冲区内植被覆盖分析可知,采矿活动对矿区植被影响比较明显.

探究中国北方高纬度森林覆盖区植被演变受到气候因子变化乃至突变的影响,选用MODIS-NDVI数据与TM/ETM+数据,结合62年的气象观测数据,运用像元二分法模型、累计距平分析、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验与相关性分析,探讨了乌伊岭国家级自然保护区1975-2016年气候变化及其突变对植被覆盖的演化规律,并对不同气候因子与植被覆盖类型的空间变化进行相关性分析.结果 表明:(1)乌伊岭保护区气候变化呈现暖干化发展的趋势.年均气温上升(0.557℃/10a),年均最低气温与冬季增温幅度最快,秋季最慢.降水量年际变化较小(-14.052 mm/10a),季节性变化明显.经突变性检验,1980-1995年是气候增温减湿的突变时期.(2)研究区植被生长季的NDVI为0.673,有植被覆盖的区域占87.69％,其中高等植被覆盖区所占比最大.(3)气候突变时期,生长季NDVI显著下降,植被退化严重.低植被覆盖区无显著变化,而高植被覆盖区开始逐渐退化为中等与中低等植被覆盖区.在空间上植被覆盖的退化状况主要由中心山地沿四周低山丘陵区累年逐渐降低.不同植被覆盖区域下降的幅度:混交林＞草地＞针叶林＞耕地＞湿地.(4)乌伊岭保护区年均最大NDVI与年均气温和年均降水量的相关系数分别为0.261、0.068,其中呈正相关区域占总面积56.67％和42.79％,在分布趋势上两者都表现出明显的空间差异性.而气温因子影响植被覆盖的空间范围与能力更强,空间相关性更高,也是影响植被退化的主导因素.

西北干旱区目前已实施众多生态恢复举措试图修复和重建受损的生态系统,截至目前恢复效果如何我们不得而知,但生态恢复效益评估却能够检测其结果,并为未来的生态工程提供参考.在前人研究的基础上,以地面观测的气象资料、土壤调查数据、多源遥感数据和陆面模型模拟数据作为输入,对基于像元二分法的植被覆盖度估算方法、修正的风力土壤侵蚀模型、修正的通用土壤流失方程和基于光能利用率的净初级生产力模型中的参数进行本地化,更为准确的估算了西北干旱区生态恢复效益评价体系中的关键指标,并集成生态恢复效益指标,评估了1990-2015年西北干旱区14个山地-绿洲-荒漠子系统的生态恢复效益.研究发现:(1)山地-绿洲-荒漠子系统的生态系统结构、生态系统质量和生态系统功能时空分异明显:全区山地系统的生态系统结构有所改善,北疆和伊犁地区的山地-绿洲-荒漠子系统生态系统质量上升,荒漠生态系统的生态系统功能下降;(2)1990-2015年西北干旱区的荒漠子系统生态恢复效益在下降,而绿洲和山地的生态恢复效益在上升.基于多指标的生态恢复效益定量评估有助于客观认识西北干旱区的生态恢复现状和动态,评估结果可为未来生态工程提供具体的空间位置,也为我国其他生态脆弱区的生态恢复效益评价提供参考.

1999年起,陕西省实施了大规模的退耕还林、封山禁牧等生态建设和保护工程,使植被覆盖得到迅速恢复和增加.为了进一步跟踪评估植被覆盖变化,为生态建设和规划提供依据,本文基于2000-2017年MOD13Q1数据、气象数据,利用像元二分法估算陕西省18年间的植被覆盖度,通过空间插值方法、空间相关分析、统计学方法分区对其时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析.结果 表明:2000-2017年陕西省植被覆盖度呈现波动增加趋势,但增速逐年减少,2012年达到最大值后在高位波动;全省植被覆盖度增加区域面积占国土面积的82.4％,降低的区域仅占17.6％;陕北地区植被覆盖度显著增加,部分地区植被覆盖度达到最大值后出现下降趋势;植被覆盖度变异系数大的区域主要分布陕北长城沿线风沙区和丘陵沟壑区以及城市周边;陕西省植被覆盖度与降水量、气温在年尺度上相关系数均呈不显著的正相关;占全省98.4％的区域植覆盖度与降水、气温的复相关空间也未通过0.05显著水平检验;说明退耕还林等生态建设工程的实施,对植被恢复和生长具有重要的促进作用,一定程度上降低了植被生长对气候因子的敏感性;未来陕西省随着退耕还林等生态建设工程的环境资源的限制、土地利用程度的提高和城市用地的扩展,陕西省植被覆盖度将出现下降趋势.如何减缓这种下降趋势,是未来陕西省生态建设和保护的重大问题.

利用天山北坡2001-2015年植被生长比较旺盛月份(6--9月)的MODIS NDVI产品数据,结合像元二分法进行植被覆盖度提取,并对其空间分布特征、随时间及地形的动态变化和面积加权重心进行分析.研究表明:(1)天山北坡6-9月多年平均植被覆盖度介于0.4—0.5,以低、中低植被覆盖度为主,各等级植被覆盖度大致呈西北-东南向相间分布;(2)2001-2015年间,植被覆盖度有逐渐上升的趋势;植被覆盖改善区域(54.42％)大于退化区域(45.58％),西部较东部改善更为明显;植被覆盖度变异类型以弱变异和中等变异为主,植被覆盖度变化类型以稳定型为主;(3)天山北坡区域植被覆盖度变化受海拔高度影响明显:随着海拔高度的上升,较低植被覆盖度比例呈现先上升后下降再次上升趋势,较高植被覆盖度则与之相反;海拔3880 m以上低植被覆盖度占绝对优势,较高的植被覆盖度占比逐渐下降直至几乎绝迹;(4)各等级植被覆盖度面积加权重心集中在沙湾县、石河子市、玛纳斯县及呼图壁县;并呈现由集中到相对分散的趋势.

以典型的高原河谷城市——西宁市为例,定量分析了2000-2015年研究区景观格局及植被覆盖度的时空演变,揭示了高原河谷地区的城镇建设对植被覆盖度的干扰过程及生态环境质量的影响.结果 表明:(1)2000-2015年间,西宁市城镇面积增幅为25.99％,总体城镇化率为4.76％,各区县城镇化水平差异较大;(2)西宁市平均植被覆盖度呈增加趋势但不显著(P＜0.57).植被覆盖度以中高和高植被覆盖度为主,空间上呈现“东西低—南北高”的分布特征,退耕(牧)还林(草)区的植被覆盖度显著增加(P＜0.01),说明生态恢复工程效果显著;(3)区县尺度上,城镇化速率与中高覆盖植被面积变化呈显著负相关(P＜0.01),区县内生态质量有所下降,城镇发展程度和区位条件的差异是影响中高覆盖度植被变化的主要因素;(4)格网尺度上,建成区及其周边区域的低覆盖植被面积呈显著增加趋势(P＜0.01),表明城镇内部区域生态质量有所改善.研究结果对保护和提高西宁市生态环境质量及合理推进城镇建设等方面具有重要意义.

采用Landsat系列多时相影像数据,以像元二分法估算植被覆盖度,运用线性回归分析、重心迁移等方法来探究深圳市2000-2018年植被覆盖的时空变化特征,并结合CA-Markov模型对深圳市未来土地覆盖情况进行预测.结果 表明:2000-2018年,深圳市植被覆盖呈明显的地域分异特征,在区域上表现为东部大于西部、南部大于北部,此分异特征与区域地形效应具有良好的一致性.植被覆盖度重心的空间迁移特征为西北-东南-西北,迁移速率为551.2m·a-1,此进程与深圳市城市化进程密切相关.2000-2018年间,深圳市植被覆盖度总体呈改善趋势,改善速率为0.005·a-1,其中,植被覆盖度显著改善和退化的面积比例分别为30.8％和12.8％.采用CA-Markov方法分理论、自然两种情景对深圳市2024年土地覆盖/利用类型进行预测,两种预测方法所得土地覆盖/利用类型的面积所占比例之间没有显著差异,其差异阈值在0～1.2％.与2018年之前相比,2024年深圳市乔木林、耕地等转化为建设用地的比例将明显减少,但供需矛盾仍然紧张.

水位变化是影响水生植被生长的主控环境因子,研究其对不同水文管控模式子湖的水生植被覆盖度的影响具有重要的现实意义.本研究基于谷歌地球引擎(GEE)遥感云计算平台,以鄱阳湖自由连通子湖蚌湖、局部控制子湖大湖池为研究对象,采用像元二分法估算2000-2019年间水生植被生长期的植被覆盖度并分析其时空分异特征,运用Sen+M-K相结合的方法对其变化趋势进行模拟分析,构建水位波动参数集,分析研究期间水位变化特征,探讨不同水文连通性子湖各水文参数与水生植被覆盖面积的关系.结果 表明:蚌湖的水生植被覆盖度更易受水位变化的影响,大湖池更稳定.在植被覆盖度较低的年份,水生植被呈斑状零星分布,较高的年份则呈环带状分布,且植被覆盖度由湖心至湖岸逐渐升高.蚌湖的水生植被覆盖度更易受水位波动率的影响,而大湖池的水生植被覆盖度更易受17 m特征水位水淹时长的影响.19 m特征水位水淹时长与蚌湖和大湖池的水生植被覆盖度均有很强的负相关性.蚌湖的水生植被变化趋势以稳定不变或轻微改善为主,而大湖池的水生植被变化趋势以稳定不变或显著退化为主.本研究有助于进一步了解不同水文连通性湖泊的水文生态系统动力学的变化及其对生态系统结构和功能的影响,可为湖泊的管理和保护提供参考.