【doc】松嫩平原羊草草地植

范文一：【doc】松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化的关系

松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化

的关系

一

植物生态1994,18(1)50—55

ActaPhfoecolo窖fcdSinica

松嫩平原羊草草地植被退化与

土壤盐渍化的关系

.壅边遮

(东北师范大学草地研究所,130024长春)

摘要

宰3.

本文羊草在群落中的重要值(ImportanceValue.Iv).相对盖度(C)和相对地上生物量(W)为植被退化程度指标.以土壤电导率(ElectricalConductivity.EC)和碱化度 (Exchgn昏eab1eSodiumpercentage,ESP)为土壤盐渍度指标,探讨了它们之间的相互关

系.结果表明.重要值(IV)与电导率(EC)及碱化度(ESP)的函数关系式分别为:IV一 6O.1×0.690和IV=64.03×O.97?日P.相对盖度(C)与电导率(EC)及碱化度(ESP)的函

数关系式分别为:C=96.2×0.5610和C=9548×0.95IBP.随着土壤电导率(EC)和碱化度

(ESP)的增大,羊草重要值(IV)和相对盖度(c)呈指数曲线形式下降并讨论了羊草生物

量对土壤有机质(OM)和水解氮(N)含量的影响.羊草相对地上生物量(W)与土壤有机质及

水解氮含量均呈直线正相关.相关系数分别为:tom=0.6486**和rN一0.8809**.均这极

显着相关水准随着土壤有机质含量的增加.羊草生物量(W)呈直线上升.而土壤电导率

(EC)和碱化度(ESP)则呈指数曲线形式迅速下降.它们之间的函数关系可用:EC=8.84×

0.85oM和ESP=38.93×0.96来表示.研究结果证明.提高土壤肥力,恢复植被,改善植

之'

间的某些内在联系.在松嫩平原,植被退化就往往与土壤盐溃化相伴发生.植被退化

程度越严重的地区,土壤的盐渍化程度也就越严重.反之亦然.它们之间可以互为因果,.

相互影响和制约.

羊草作为松嫩平原羊草草地的优势种,在植物群落中数量的减少,直接体现了植被的

退化程度.本文以羊草在群落中的重要值(IV)和相对地上生物量(w,)为植被退化程度

指标,以土壤电导率(Ec)和碱化度(ESP)为土壤盐渍化程度指标,探讨了它们之间的相互

关系以及二者与土壤肥力之间的相互影响.为松嫩平原羊草草地的台理利用和改良治理

提供科学依据.

一

研究地点和方法

地点位于松嫩平原吉林省长岭羊草自然保护区的天然羊草草地.选择不同退化程度

的植物群落类型.随机取样,5次重复.样方面积为0.25m..调查样方内所有植物种的

盖

1期张为政:松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化的关系

度(c),密度(D)和额度(F).然后沿地面剪下,带回实验室烘干测定生物量.并分别计算

出羊草在群落中的相对盖度(c),相对密度(D),相对额度(F),相对地上生物量(W) 和重要值(IV)',.

采用加拿大产EM-38型电磁感应电导率仪,在野外原位测定各群落土壤电导率 (Ec).同时,采集土壤样品(0—30cm),用醋酸铵一氢氧化铵法测定交换性纳,氯化钠一醋酸

钠法测定交换性阳离子总量,据此计算出土壤碱化度(ESP).并分别采用重铬酸钾法和

扩散吸收法测定土壤有机质含量和碱解氮含量.

二,结果与分析

(一)植被退化与?壤盐化的关系?

土壤盐化是指过多的水溶性盐类在土体上层或表层的积累过程….内陆干旱地区成

土母质中的水溶性盐分随水迁移到排水不畅的低洼草地.在蒸发作用下随水上升,夏季

降水较多时又随下渗水流向下淋洗.土体中水溶性盐分的积累强度和分布状况主要受上

下水流相对运动的影响.而植被则是影响土壤水分运动的重要环境因子.植物的种类,

盖度以及生长状况等均对土壤水分运动产生很大影响.植物的种类不同,根系的形态,吸

水能力以及分布状况等生理生物学特性各异所以,对土壤水分的吸收和利用强度也就

不同.从图1可以看出,随着羊草在群落中数量的减少,重要值(IV)下降,土壤电导率 (Ec)增大.土壤电导率是盐化程度的重要指标.电导率愈大,说明土壤中水溶性电解质

浓度愈高,盐化程度也就愈重羊草重要值(IV)与土壤电导率(Ec)的函数关系式为l IV=60.1×0.6g.

随着EC值的增大,lv值呈指数曲线形式下降.经变换后的直线方程进行的回归关系显

着性检验,InlV与EC的相关系数r=一0.8499".表明IV与EC的回归关系极显着. 羊草在群落中数量的减少,也导致了群落总盖度和羊草的相对盖度的降低,从而影响

对土壤水分的吸收和利用数量以及植物叶面水分蒸腾和土壤表面水分蒸发的相对强度,

使盐分在土体中的积累强度和分布发生变化.从图2可以看出,随着土壤电导率(Ec)的

增加,羊草的相对盖度(c)呈指数曲线下降.二者的函数关系可用下式表示t C=96.2x0.560

lnC与EC的相关系数r=一0.8705.回归关系达极显着水平.这说明随着植被退化程

度的加重,作为群落优势种的羊草的数量迅速减少.由于群落盖度的降低,植物根系分布

密度的减少.降低了对土壤水分的吸收和利用数量,叶面蒸腾失水减少,而通过土壤表面

蒸发失水增多,从而使原来被抑制在根层以下的盐分得以上升至地表.土体上部盐分浓

度增加,电导率加大,盐化过程加剧.

(=)檀披退化与土璃碱化的关系

土壤碱化是指超过一定数量的钠离子(Na)借盐基交换作用进入土壤吸收性复合体

的过程.松嫩平原苏打盐溃化的主要特点是土壤盐化同时进行碱化.随着植被退化

程度的加重,不但使土壤盐化过程加剧(见图1,图2),同时由于土壤溶液中Na浓度的

增加,使其代换能力大大提高.Na离子进入土壤复台胶体表面的机率增多,土壤碱化过

程加重(见图3).从图3可以看出,随着羊草在群落中数量(1V)的减少,土壤碱化度(ESP)

植物生态

圈1

羊草重要值(IV)与土壤电导事(EC)的关系罔2羊草相对益度《C,)与土壤电导率(EC)的关系

Fig.1Theela~ionshipbetweenIVandECFig.2Therelati.n月hip

兰

ESPI%

磨8羊草重要值(IV】与土壤碱化度(E8P)的关系

Fig??Therelationshiphe,weenIVandESP ESPI%J

罔4羊草柑时萤度(c)与土壤碱化度(BSP)曲关系

Fig?dTherelationshipbetweenCandESP ?

1期张为政:松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐债化的关系

增大.羊草重要值(IV)和ESP的指数函数关系式为:

O.g7ESP IV=64.03×

亦表明随着土壤ESP的增大,IV呈指数曲线下降.回归关系(r=O.7510")极显着.

同时,随着植被退化程度加重,羊草在群落中的相对盖度下降.到达土壤表面的太阳

辐射能数量增多,不但使土壤水分蒸发加大,而且由于土壤温度的提高,有机质分解作用

加强.分解后产生的NaCO.和N~HCO,在温度较高的条件下,溶解度很高,可达500g/

L[1],大大提高了土壤溶液中的Na离子代换土壤胶体上吸附的Ca"离子的能力,使其

进入胶体复合体,进一步使土壤碱化程度加重.从图4可以看出,随着羊草相对盖度 (Cr)的下降,土壤碱化度(ESP)迅速增大.C与ESP的指数方程为: C=95.48xO.958

表明随着土壤ESP的增大,羊草相对盖度(c)呈指数曲线形式下降cr=o.Z246"回归关系极显着.

比较羊草重要值(IV),相对盖度(c,)与土壤盐化指标(Ec)以及碱化度(ESP)的函数曲线,可以看出它们之间的函数关系非常相似,下降幅度大致相同.这进一步说明,既使

在人为干扰下发生的土壤次生盐渍化过程中,松嫩平原土壤的盐化过程与碱化过程也几

乎是同时进行的.二者相互影响,互相促进.加剧了该地区土壤盐渍化过程o (---)援被退化,土壤盐渍化与土壤肥力之间的关系

草地植被退化造成的羊草群落生物量下降,使土壤有机质的积累减少(见图5)从图 5可以看出,随着羊草相对地上生物量的增加,土壤有机质含量直线上升.二者相关系数

(r=O.6486)显着.

wf%

匿5羊草招对地上生物量(W,)

与土壤有机质音量(0M)的关系

Fig.5TherelationshipbetweenWBnd0M

OM幢?kg)

圉6土壤电导率(EC)与土囊有机质古量tOM)的美熹

Fig.6TherelationshipbetweenECandOM

植物生态18卷

土壤有机质是土壤肥力的重要指标.与土壤结构性,渗透性,通气性,吸附性以及缓冲性能等理化性状都有着十分密切的关系.增加土壤有机质含量,可以改善土壤的孔隙

状况和渗水性能",从而降低盐分在土体上部和表层的积累,使电导率(Ec)下降(见图

6).与此同时,土壤碱化度(ESP)亦随着有机质含量的增加而下降(见图7). 由此可见,改善植物生长状况,提高羊草群落生物最,增加土壤有机质含量是改良盐

碱土的有效途径之一.

土壤盐渍化程度的加重,土壤肥力和有机质含量的下降,往往造成土壤中植物养分的

缺乏.土壤水解N含量是土壤供应植物氮素营养能力的重要指标.从图8可以看出, 随着土壤水解氮含量的增加,羊草地上生物量(w,)呈直线上升.反之,如果缺氮,则使植

物生长发育受阻,生物量积累减少.所以,草地施肥可以改善植物营养状况,提高草地生

产力,防止草地植被退化和土壤盐渍化.

一,+

=0.SIN一10.08

:0.宕809"

80'90100

#N(mg-kg'1】

由7土壤碱化度(E8P)与土壤有机质古量的关系圉8土壤木瘩FN与羊草相对地上生物盘(w,)的关系

Fig.7TherelationshipbetweenESPFjg.8TherelationshipdebweenWand? andOMhydrolyzablenitrogen(N)insoils 三,小结

1.植被退化与土壤盐化过程密切相关.羊草重要值(IV)和相对盖度(c,)与土壤电导率(Ec)的关系可以分别用方程:IV:60.1×0.69和C=96.2×0.56Ec来描述.随着土壤电导率的增加,羊草在群落中的重要值(IV)和相对盖度(c,)均呈指数曲线下降. 2.随着植被退化程度的加重,羊草在群落中的重要值(IV)和相对盖度(c,)的下降,土壤碱化度(ESP)增加.函数关系式分别为{IV=64.03×0.97EsP和C,=95.48×0.95口P

3.植被退化造成的群落生物量下降,土壤有机质含量降低,是松嫩平原土壤盐溃化的

1期张为政:松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化的关系

重要原因.土壤有机质和电导率(Ec)以及碱化度(ESP)之问的函数关系式分别为:EC

=8.84X0.85oM和ESP=38.93×O.96ou.随着土壤有机质含量的增加,土壤电导率(Ec)

和碱化度(ESP)均呈指数曲线下降.所以,提高土壤肥力,改善植物生长状况,增加草地

生物量积累和土壤有机质含量,是改良盐溃土的有效途径.

4.土壤肥力下降,植物营养匮乏是草地植被遇化的原目之一.土壤有机质(OM)和羊草相对地上生物量(w,)函数关系式为:W,=3.6×OM一2.02.土壤水解氨与羊草相对地

上生物量的函数关系式为:w,=O.51?N一1O.08.随着土壤有机质和水解氮含量的

增加,

羊草生物量呈直线上升.这说明提高土壤肥力,通过施肥改善土壤养分状况是提高

草地

生产力的有力措施.

参考文献

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calCondueLivity,Soil.Sci.See.Am.J.,Voi.53I428--433. THERELATIONSHIPBETWEENVEGETAT10NDEGENERATl0NAND

SOILSALl川ZAT10NINAN?EUO尸D儿,C丁?E?S

GRASSLANDOFSONG—NENPLAIN

l-ZbangWei-zheng

(,4"计r时枷ci#.e,Jvor^eaJVormalUniversi~,^41300~4)

Abstraet

Thcrelationshipbetweenvegetationdegenerationandsoilsalinizationin anAneurolepidiumchinensegrasslandofSong—NcnPlainisdiscussedinthis

paper.ImportanceValue(IV).RelativeCoverage(C)andRelativeAbove- groundBiomass(Wt)areusedasindicatorsofvegetationdegeneration. E1e—

ctrlcalConductivity(EC,andExchangeableSodiumPercentage(ESP)are usedasindicesofsoilsalinizationTherelationshipsamongIV.C.ECand ESPcanbcbestdescribedbyIV=60.

1×0.69Ec,IV=64.03X0.

97~sv,C=95.

×O.95,andC=96.

2X0.56EO,respectively.

ThissuggeststhatIVandC

arenegativelycorrelatedwithECandESPofthesoil.

ItisshownthatWt

ispositivelycorrelatedwithbothsol1organicmatter(OM)andhydrolyzable nitrogen(N)contents(roM=0.

6486?,andrN=0.8809).BothECandESP

canbedescribedasafunctionofOMTheregressionequationsareEC=884 x0.850andESP:38.

93xO.96oM.respectively.

Theresultsindicatethatthe

salinesoftsofSong—NenPlaincanbceffectivelyamelioratedbyincreasingsol1 organicmatterandnitrogeninputs.

KeywordsVegetationdegenerationSoi1salinizationIImportancevaluel ElectricalconductivitysExchangeablesodiumperccntage

范文二：松嫩平原西部植被覆盖动态变化研究

松嫩平原西部植被覆盖动态变化研究

第40卷第4期

2008年12月

东北师大学报(自然科学版)

JournalofNortheastNormalUniversity(NaturalScienceEdition)

Vl01.40No.4

December2008

[文章编号]1000—1832(2008}04—0115—06

松嫩平原西部植被覆盖动态变化研究

黄方,王平,刘权2

(1.东北师范大学城市与环境科学学院,吉林长春130024;

2.清华大学水文水资源研究所,北京100084)

[摘要]基于sPOT—VEGETATIoNNDVI资料,利用MVC和一元线性回归趋势模型等定

量分析了我国松嫩平原西部半干旱区植被变化的时空特征.结果表明:1998--2006年研究区

年归一化植被指数(NDVI)最大值从0.41下降到0.39,年平均NDVI减少了0.015;春季植被

活动变弱,植被退化面积占区域总面积的57.33%,虽然在部分地区有所改善,但植被覆盖仍

存在退化的趋势.

[关键词]植被变化;SPr-VEGEIoN;NDVI;松嫩平原

[中图分类号]Q948.156[学科代码]180?5160[文献标识码]A

植被是陆地生态系统的主体,是陆地表面和大气间水分与能量交换的媒介,进而对气候产生影响.

植被变化主要是地球内部作用(土壤母质和土壤类型等)以及外部作用(气温和降水等)综合作用的结

果.植被对水分平衡,太阳辐射吸收和分发(再辐射),潜热和显热通量以及碳循环等具有影响,植被组分

及分布变化是地方,区域乃至全球尺度环境变化的主要原因之一.监测和评价地球上自然,人工植被动

态对于模拟和预测陆地表面和大气的相互作用具有重要意义,其研究已日益受到关注.

遥感技术在监测陆地表面条件及其变化上具有一定的优势.植被指数法是用于植被数量与质量估

算普遍采用的方法之一.其中,归一化植被指数(normalizeddifferencevegetationindex,NDVI)与区域尺

度上的植被参数如叶面积指数(1eafareaindex,LAI),生物量,生产力以及覆盖度等相关性很高.几十年

来,NDVI被广泛应用于大陆或全球尺度陆地植被活力的监测和评价.例

如,E.F.Lambin和

A.H.Strahlers发现NDVI比较适合监测植被在季节上的变化;M.K.B.Ludeke等则将NDVI用于全球

植被物候的验证;A.K.Birky等建立了针叶林叶生物量和总初级生产力与NDVI的线性关系模型;

J.W.Seaquist等在草地生物量估算时建立了基于NDVI的初级生产力模型.114j

此外,利用NDVI季节

影像在土地覆被分类上的研究也取得了诸多进展l5J.

研究表明,在过去的20年里,中国的植被活动在增强【9-11J,而一些干旱区却发生了植被退化现

象【10-13J.东北松嫩平原是全球植被变化的敏感区,近50年来,在气候变化和人类活动的影响下,松嫩平

原土地荒漠化日趋加快,有向东发展的趋势,对东北黑土地形成了威胁.[14-20J虽然近几年来加大了生态

治理的力度,如在吉林省西部地区大规模进行退耕还林,使沙质荒漠化基本得到控制,大部分成为固定

和半固定沙丘_2,但土地盐碱化仍以每年1.4%,2.6%的速度发展.本文基于

VEGETATION SPOT—

NDVI资料,结合GIS的空间分析功能,定量分析了1998年来半干旱松嫩平原区植被变化格局及其发

展趋势,为进一步研究区域植被的全球变化响应提供了重要的基础资料,对松嫩平原荒漠化综合治理具

有一定的参考价值.

[收稿日期]2008—04—23

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(30370267).

[作者简介]黄方(1971一),女,博士,副教授,主要从事资源遥感信息模型和地理信息系统应用研究

116东北师大学报(自然科学版)第40卷

1研究区概况

研究区位于松嫩平原西部,地理位置为北纬44.3,48.32,东经121.731,126.650,总面积

10.47×10km2.

该区属于典型的温带大陆性半干旱,半湿润季风气候,季节变化明显,年平均气温2,

5.61;,年平均降水量360~450rain,而年蒸发量为1200,1900inln.主要地貌类型包括低山丘陵,冲

洪积平原,台地,沙丘和洼地.自然植被上横跨森林草原或草甸草原,典型草原至荒漠化草原地带,土壤

主要有黑土,黑钙土,栗钙土,草甸土,盐碱土,风沙土以及沼泽土等.嫩江,乌裕尔河,第二松花江,霍林

河和洮儿河流经本区,一些河段沼泽化严重.由于自然条件的过渡性和复杂性,加之自然灾害(干旱,风

蚀,水土流失,洪水等)和人类活动(不合理的过度开垦,草场过牧,低效的水利建设以及石油开发等)的

综合影响,使松嫩平原西部成为东北地区生态环境最为脆弱的地区之一.

2研究方法

2.1数据源

本文主要以SPOT—VEGETATION逐句NDVI影像为基础数据.VEGETATION传感器于1998年

3月由SPOT-4卫星搭载升空,它具有4个波段,即B0(蓝,430~470nm),B2(红,610—680nm),B3(近

红外,780~890nm)和SWIR(短波红外,15801750nm),从4月开始提供全球植被覆盖数据.SPOT

VGT数据由瑞典Kiruna地面站接收,法国图卢兹(Toulouse)图像质量监控中心负责影像质量并提供

定标系数等相关参数,比利时佛莱芒技术研究所(FlemishInstituteforTechnologicalResearch,Vito)

VEGETATION影像处理中心(VEGETATIONprocessingcentre,CTIV)进行预处理,生成1km全球数

据.SPOTVGT数据包括原始产品(VGT-P)和合成产品(VGT—S)两类,其中VGT-S数据包括每日合成

(S1)和10日合成(S10)两种.VGT-S1数据经过大气校正,辐射校正和几何校正以及状态标识等处理;

VGT-S10数据则以VGT,S1为基础,利用最大值合成法在每个月的上,中,下旬

—10天,第11— (即第1

20天,第21天一该月最后1天)生成.本研究选择1998年4月一2006年12月共315景覆盖松嫩平原

西部区的VGT-S10数据,所有影像均在ENVI4.2环境中进行投影变换.辅助数据还包括LandsatTM/

ETM-t-影像,地形图,草原植被类型图,以及气象站的月平均气温和月降水量资料.

2.2分析方法

2.2.1最大值合成处理

最大值合成法(MVC)最初用于处理AVHRR数据,假设一个月每14天中NDVI值最大的那一天

天气晴朗,不受云层的影响,则取这个最大值作为该时段的NDVI值.j作为目前国际上通用的最大化

合成法,MVC处理法能够消除云,大气,太阳高度角的部分干扰.E23-24j年最大NDVI值是一年内植被最

丰盛时期的NDVI值,其变化可以反映因气候和人为因素导致的植被年际变化.[23,25]年最大NDVI值

可表示为:MMax{PP…,P}.其中M为第i年的最大NDVI值,1代表第i年第1旬的

NDVI值,,为第2旬的NDVI值,以此类推.本研究中,根据1998--2006年问每一年36景旬NDVI

影像合成产生研究区共9景年最大NDVI图像,其中1998年数据从4月开始,最大化的是4—12月的

NDVI值,而一年中植被覆被最佳月份在6—9月,故缺少的数据将不影响年最大NDVI值结果.首先需

将各图像DN值转换成NDVI实际值,再进行基于像元的各旬NDVI影像比较,求出每年的最大值,具

体算法由IDL编程实现.类似地,计算得到月最大NDVI值.

2.2.2时序NDV1分析

NDVI时间序列数据可以很有效地表现自然季节变化,在植被动态变化监测,宏观植被覆盖分类和

植物生物物理参数反演方面得到了广泛的应用.年均NDVI值的相对变化可以通过(1)和(2)式计算得

到:

A=1

A巧,(1)

第4期黄方,等:松嫩平原西部植被覆盖动态变化研多年最大NDVI值的变化趋势可由(3)式计算:

×?×一(?iii)(?)××一()()

S=———————一.(3)

(?i2 ×(?i)一

i=1i=l

式中:/-/为研究时段,本研究中为9;i是1--9的序号,即1998年为1,1999年为2,以此类推;M/表

示第i年的最大NDVI值,各像元最大NDVI值与年份通过一元线性回归模拟;S为趋势线的斜率.若

S>0,则说明年最大NDVI值在研究时段的变化趋势是增加的;若S<0,则呈减少趋势.[]

3结果分析

3.1年际最大NDVI空间分布

一

般NDVI值是在一1.0,1.0之间,负值表示没有植被覆盖.NDVI大于0.1则说明有植被覆盖,

也用于确定植被的生长季.[26,28]根据植物生长规律和NDVI的变化特性,年最大NDVI值反映了植被

一

年的最佳状况,多年最大NDVI平均值的空间分布则能表现研究区植被生物量的平均状况.1998—

2006年期间,松嫩平原西部区年最大NDVI平均值呈现四周高,中间低的空间分布特点.在研究区东部

农业植被分布区,西北部的森林分布区,中部散布的高覆盖草地区,年最大NDVI值较高,多年最大

NDVI平均值在0.65,0.90之间.中覆盖度草地和质量较差的耕地分布区,植物的生物量水平中等,年

最大NDVI值一般在0.4,0.6之间.中,南部盐碱地和沙化土地集中分布区,植被覆盖状况较差,多年

最大NDVI的平均值最低.

3.2NDVI和最大NDVI的年际变化

松嫩平原西部1998--2006年问最大NDVI,

平均值变化情况见图1.近9年,区域植被覆盖波

动式变化,呈现降低态势.从变化曲线看,1999年

和2002年出现2个年最大NDVI值波峰,而

2000年,2001年和2004年最大NDVI值较低,形

成2个波谷,2004年区域平均最大NDVI值最

2006年,松嫩平原西部年最大NDVI 小.1998--

平均值从0.41降到0.39,区域植被活动减弱.

图2表示了研究区各年际最大NDVI值的

差值.其中1998--1999年,2001--2002年

2004--2005年和2005--2006年的最大NDVI值

041

O4O

一

039

言0.38

襄0.37

螭036

廿0.35

034

O33

032

图1近9年松嫩平原西部年最大NDVI值变化

差值为正值,1999--2000年,2002--2003年和2003--2004年最大NDVI值差值均

为负.2001--2002

年,2004--2005年,1999--2000年,2003—2004年的变化程度比其他年度的变化程

度大.

区域年平均NDVI表征一年中植被生长的平均水平.9年中,松嫩平原西部年均

NDVI变化率为

12.6%.其中,1999--2000年的年均NDVI变化率为一26.1%,植被退化明显,之后

出现持续增加的时

期,2000--2001年,2001--2002年和2002--2003年的变化率分别为6.96%,16.8%和

1.75%,表明植

被覆盖得到部分改善.2003--2004年均NDVI变化率为一13.2%,植被覆盖又呈退

化状态.从2004年

起,年均NDVI持续增加,2004--2005年和2005--2006年变化率分别达6.6%和

13.3%(见图3).

118东北师大学报(自然科学版)第4O卷

0.15

言01

薄0_05

图21998--2006年松嫩平原西部年际最大NDVI的差值

一

l998l9992000200JZUU22uuj200420052006

年份

[----q年均NDVI+年均NDVI变化率

图31998--2006年松嫩平原西部年平均NDVI及其变化率

3.3植被覆盖的变化趋势

表1给出了松嫩平原西部近9年最大NDVI值变化趋势及其面积统计情况.最大NDVI值趋势分

析的结果表明,1998年以来研究区植被退化面积占区域总面积的57.33%,其中轻度和极轻度退化面积

分别占13.26%和43.2%.在中,南部地区,9年间年最大NDVI值降低幅度最大,下降的趋势比较明

显,即在这些地区植被退化严重.而北部和西部地区年最大NDVI值的增加明显.在过去的9年,松嫩平

原景观演变呈现两个相反的过程即植被的恢复(退耕还林,还草,禁牧等)和荒漠化(尤其是土地盐碱

化),在部分地区植被覆盖情况有所好转,但在更大的范围上植被仍表现退化状况

表11998--2006年最大NDVI值的趋势变化

3.4植被覆盖的季节变化

在研究区,每年各植被类型在夏季的7,8月保持较高的NDVI值,这与东北区植被生长的规律一

致.图4为松嫩平原西部1998和2006年12个月的NDVI值,比较可以发现,1998年春,夏季(4—7月)

NDVI均大于2006年,而秋冬季(9—12月)则相反.对1998--2006年每年12个月的NDvI值与年份之

问进行线性回归,所得回归直线的斜率即为月NDVI的变化率,表示植被覆盖的季节变化趋势(见图

5).若某月的斜率值为正,则说明NDVI在该月增加,植被活动增强.近9年,松嫩平原西部春季(3—5

月)和夏季(6—8月)NDVI持续减少,并以6月份的斜率值为最低,说明植被退化的状况在春季显着.

秋季NDVI则呈增加趋势,植被覆盖有所恢复.

OOO

I人口z蝎廿

第4期黄方,等:松嫩平原西部植被覆盖动态变化研究119

口

月份

0006

0004

称OOO2

一

O002

言一0.004Z

一

0006

0008

OO1

123456789101112

月份

图41998年和2006年松嫩平原西部的月NDVI图5松嫩平原西部近9年NDVI季节变化趋势

4结论

作为陆地生态系统的主体,植被在全球物质与能量循环,调节全球碳平衡,减缓大气中温室气体浓

度上升以及维护全球气候稳定等方面具有不可替代的作用.监测与分析植被的平均活动状况,年际变化

和季节差异对全球变化研究十分重要.本文利用时间序列NDVI数据对1998年以来半干旱松嫩平原

西部植被覆盖动态进行了定量分析与评价.近9年,研究区年最大NDVI值下降了0.02,植被活动波动

式变化,显示了减弱趋势.春季NDVI明显下降,而秋季NDVI呈增加趋势.松嫩平原景观演变呈现两

个相反的过程即植被的恢复(退耕还林,还草和禁牧等)和荒漠化(尤其是土地盐碱化),在部分地区植被

情况有所好转,但在更大的范围上植被状况表现退化.在过去几十年,松嫩平原西部的年平均气温总体

呈现增加趋势,降水量则减少._29_对研究区24个气象站年平均气温,年降水量及年最大NDVI值的相

关分析表明在该半干旱区,气温升高而区域年最大NDVI值降低,植被活动受抑制;降水量增加则具有

正效应,年最大NDVI值变大,植被活动增强.由于2000年,2001年和2003年松嫩平原春旱严重且持

续时间长_2,对NDVI值产生影响,导致区域植被状况退化严重.

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AnalysisofvegetationchangeinwestSongnenplainsince1998

HUANGFang,WANGPing,LIUQuana

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China;

2.InstituteofHydrology&WaterResources,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:Vegetationmediatestheexchangeofwaterandenergybetweenthe1andsurfaceandtheatmo—

sphere.therebyaffectsclimate.ThetemporalevolutionofdecadalNDVIcompositionisregardedasaneffec—

tivetimewindowabletoshowthenaturalseasonalvariations.AtimeseriesofSP0T—VEG

ETATIONNor—

malizedDifferenceVegetationIndex(NDVI)dataareusedtodetectthevegetationcoverchangeinwest

Songnenplain,NortheastChinaduringtheperiodof1998to2006.Resultsshowsthattheyearlymaximum

I,Jl=

『,,Imeanoverthestudyareadecreasedfrom0.41in1998to0.39in2006,andtheannuaIaverageND—

VIvalueinwholeareadroppedby0.015.whichindicatedthedecreasingtrendofvegetationactivity.The

degradedregionsoccupied57.33%ofthestudy&rea.Therearesomeregionswherevegetationcoverisin—

creasing,whiletheincreasingamplitudeissmallerthanthedecreasingamplitudeinthemain.

Keywords:vegetationchange;SP(]rr—VEGETATION;NDVI;Songnenplain

(责任编辑:方林)

范文三：松嫩平原荒漠化的EOS-MODIS数据研究

松嫩平原荒漠化的EOS-MODIS数据研究第26卷第2期

2006年3月

第四纪研究

QUATERNARYSCIENCES

Vo1.26.No.2

March,2006

文章编号1001—7410(2006)02—265—09

松嫩平原荒漠化的EOS—MODIS数据研究水

林年丰汤洁斯蔼李昭阳汪雪格

(吉林大学环境与资源学院,长春130026)

摘要文章应用EOS—MODIS数据对松嫩平原的荒漠化问题进行了研究.首先计算出标准化植被指数(NDVI)

和植被覆盖指数(VCI),反演求得荒漠化指数(D1),得到荒漠化面积;采用多种方法和复杂步骤,首次获得了松嫩

平原碱质荒漠化,沙质荒漠化的面积,分别为160.30×10hm和50.56×10hm,分别占该区面积的24.35%和

7.84%;应用数字高程模型(DEM)对荒漠化的分布规律和成因进行了分析和讨论,指出松嫩平原以碱质荒漠化为

主,当前荒漠化的发展程度已处于临界状态,对区域可持续发展构成了严重威胁,亟需采取行之有效的防治措施.

主题词松嫩平原碱质荒漠化沙质荒漠化EOS—MODIS数据DEM模型中图分类号F301,P66,X144文献标识码A

1研究区概况

松嫩平原西临大兴安岭东麓的丘陵台地,北部

和东部以小兴安岭和张广才岭外围的山麓,丘陵台

地为界,南部是以松辽分水岭为主的隆起带.松嫩

平原属于温带半湿润,半干旱的森林草原和草甸草原带,位于松嫩盆地之中.该盆地以周边的分水岭为界,包括盆地边缘的山区,低山丘陵区,山前倾斜平原,台地,平原和低平原,面积为23.13×10km. 松嫩平原以低丘陵,台地前缘和山前倾斜平原为界, 含220m等高线以下的土地面积,为9.27×10km. 但研究表明,荒漠化主要发生在海拔低于150m的平原腹地,其面积为6.76×10km.笔者之所以提出并强调平原腹地的概念,是因为这一地理区能较真实地反映荒漠化的分布规律和发生强度. 已往对松嫩平原的生态环境开展了许多研究, 但多侧重于土地沙化,盐碱化和第四纪环境演变等方面的内容,很少涉及荒漠化问题,更没有提出盐碱荒漠化的概念?".研究表明,松嫩平原西部(吉林西部)土地盐碱化十分严重,不同程度地向盐碱荒

对生态环境造成巨大的破坏,若不漠化的方向发展,

采取积极措施,50年后将有50%的土地变为盐碱荒漠;并强调指出,盐碱荒漠化是松嫩平原最严重的生态环境问题,必须加强研究和防治.遗憾的是,在当时这一观点并未引起多数人的重视,甚至有人认为松嫩平原没有荒漠化.为了进一步揭示,论证松嫩平原的荒漠化,本研究先后得到4项国家自然科学基金和2项国际合作基金,以及多项地方基金的支持,持续了近l0年的深入细致调查研究,并取得了一

些成果,首先提出了松嫩平原的盐碱荒漠化问题,从不同的角度论述了土地盐碱化,盐碱荒漠化的形成原因,发展趋势和防治措施.本文将应用 EOS—MODIS数据,对松嫩平原的荒漠化问题进行

宏观研究.

2MoDIS数据简介

美国国家航天局(NASA)分别于1999年12月l8 日和2002年5月4日发射了地球观测系统(Earth ObservingSystem,简称EOS)计划中的TERRA (EOS—AM.)卫星和AQVA(EOS—PM)卫星,它们所携带的中等分辨率成像光谱仪(Moderate—

ResolutionImagingSpectroradiometer,简称MODIS) 可获得多种数据,这些数据具有较高的时间分辨率, 光谱分辨率和辽阔的覆盖范围.MODIS可提供

0.4一l4.5m的36个离散波段图像,其通道,波

段及主要用途见表1.

MODIS数据与以往的遥感数据相比较,其空间

分辨率高于AVHRR数据,最高达250m.比SPOT, 第一作者简介:林年丰男72岁教授生态环境地质与空间数学技术专业

E-mail:tangiie@jlu.edu.ca }中国工程院(东北水资源》重大咨询项目,国家自然科学基金项目(批准

号:40572170和40273047),吉林省科学技术发展计划项目(批准号:20000316)资助

2005—11一l0收稿,2005一l2—20收修改稿

第四纪研究2006经

表1MODIS的通道,波段宽度及主要用途

Table1Thechanne1.bandwideandmainufleofMODIS

TM和AVHRR数据有更高的光谱分辨率,达到36 个波段.MODIS数据不仅对全球地表覆盖变化,气候变化,全球生产力,自然灾害与生态环境监测等具有重要的实用意义,还可应用于陆地,海洋,云层,水和大气温度等许多方面的研究.

MODIS还可提供陆地观测的有关光谱数据. 波段1和2为红光和近红外波段,可用来计算植被指数(VI),识别植被类型和分布;波段3和4为蓝光和绿光波段,分别可用来观测大气中气溶胶含量和反映植被分布范围和生长密度;波段5和6为近红外波段,可反映植被覆盖程度和植被生物量;第7 波段相当于Landsat中的TM7波段,可以用来识别植物的生长状况,判读土壤质地类型.因此,可以应用MODIS的1,7波段进行植被丰度,土地覆盖,地表湿度,旱涝灾害及荒漠化等方面的监测. MODIS数据具有光谱分辨率高,扫描范围广,运行周期短,数据获取快,成本低廉等特点,因此,它在地球环境的宏观监测,研究方面具有应用前景". 本项研究使用的是美国EOS—MODIS数据,其空间分辨率为250m,时间分别为2002/06/25,2002/

08/26/,2002/09/24和2002/10/20.MODIS数据的存贮采用的是分层次的串块型数据格式(HDF),因为该格式适宜快速转输,存贮和提取.在进行影像处理前,需将HDF数据格式转换成ERDAS可识别的IMG格式的文件,形成初始的影像文件.采用3 次多项式法将各时段的MODIS数据与1:250000 基础地理数据进行严格的空间配准,其校正精度 (RMS)小于1个像元.采用双标准纬线等积圆锥投影(ALBERS),椭球体参数为KRASOVSKY,坐标为Beijing1954.最后应用边界文件AOI剪切出松嫩盆地和松嫩平原腹地MODIS影像图. 盖率,进而开展荒漠化研究.植被指数(VI)是对地表植被活动的一种概括性的度量.将两个或多个光谱通道进行组合,可以得到不同种类的植被指数,它

们在一定程度上反映了植被演化的信息.各种绿色植被的叶面具有截然不同的吸收光谱和发射光谱的特征,它们之间的这种差异,明显地反映在 MODIS相关通道的数据中.采用MODIS1通道的可见光数据CH,和MODIS2通道的近红外数据 CH,,可以得到分辨率为250m的植被指数.各种植被指数(VI)可用下列公式计算:

DVI=CH2一CHl(1)

RVI=CH2/CHl(2)

NDVI=(CH一CH,)/(CH+CH,)(3) 以上各公式中的DVI,RVI和NDV1分别为差值植被指数,比值植被指数和标准化植被指数.在多种植被指数中标准化植被指数(NDVI)是最常用的.应用不同季节的,多时相的MODIS—NDVI,可以识别地表植被分布的状况和密度.每周,每月和每年MODIS—NDVI数据的积累,反映了叶绿素的积累.因此,可用于估算植被的生长量.此外,还可以用来计算植物初级生产力和研究土地荒漠化. 3.2植被指数与图件生成

查明研究区植被指数的分布状况,需要进行植被指数分级.理论上植被指数应在0,1之间变化, 但实际中并非如此.当植被指数小于0.15时,因受土地背景干扰很大,其数值已无意义;当植被指数大于0.85时,各种反射和吸收光谱均接近饱和,其分辨率失去灵敏度;只有在0.25,0.85之间的植被指数,其值与植被覆盖率呈线性关系18,19]. 在ERDAS的INTERPRET模块下运行

INDICES命令,选择计算指数函数为NDVI运算生成NDVI的灰度图像,其阈值为0.30—0.87.根据

NDVI所对应的植被生长状况,将NDVI划分为5个级别(表2).按照NDVI的分级基准(NDVI.= 0.857169,NDVI;=0.381118),用MODELMAKER 命令将NDVI图像分级.在ARCMAP软件下,对分级后的图件进行色彩定义,面积提取等操作,生成松嫩盆地和松嫩平原腹地NDV1分级图(略)和有关数据(见表2),从而为进行荒漠化研究奠定了基础. 3植被指数的计算与应用4荒漠化研究

3.1标准化植被指数

通过MODIS数据可以计算植被指数和植被覆 4.1植被覆盖指数的计算

植被覆盖指数(vci)是指植被冠层的垂直投影

2期林年丰等:松嫩平原荒漠化的EOS—MODIS数据研究267

面积与土地总面积之比,是表征植被的一个重要生物物理参量.通过植被指数计算出与其相应的植被覆盖指数,可借以表征植被的覆盖程度,即植被覆盖率.但植被覆盖指数不是MODIS的数据产品,因此,不能从MODIS数据中计算出来,可以通过NDVI 计算而得143.VCI公式如下:

VCI=(NDVI—NDVImin)/(NDVI…一NDVImin)(4)

公式(4)中的NDVI…和NDVI分别为研究区内植被指数的最大值和最小值.NDVI为任意像元值,植被覆盖指数的阈值为0,1.在SPATIAL MODEL模块下,用MODELMAKER命令进行模型的构建,生成松嫩盆地和松嫩平原腹地植被覆盖指数的灰度图像(略).

4.2荒漠化指数的计算及图件的生成

一

个地区荒漠化的轻重程度与植被覆盖率有直接关系,荒漠化程度愈高,植被覆盖率愈低.因此, 荒漠化指数(DI)与植被覆盖指数(VCI)为负相关关系.其数学表达式为:DI=1一VCI.用MODEL MAKER命令可以生成松嫩盆地和松嫩平原腹地荒漠化指数的灰度图像.

在生成荒漠化图之前,需要进行荒漠化分级. 笔者根据松嫩盆地的实际情况参考了中国北方沙质荒漠化的分级指数方案L2及其他有关文献?, 将松嫩平原荒漠化划分为重度荒漠化,中度荒漠化, 轻度荒漠化和非荒漠化4个级别(表3).根据荒漠化指数的分级基准,用MODELMAKER命令建模, 生成松嫩盆地和松嫩平原腹地荒漠化指数的分级图 (略).在ARC/MAP软件下,对分级后的荒漠化指数图进行色彩定义,相关数据提取等操作,最后生成松嫩盆地和松嫩平原腹地MODIS影像荒漠化分布图(图1和图2),并提取相关的面积数据(见表3). 表3松嫩盆地荒漠化分级基准及松嫩盆地和平原腹地荒漠化数据统计

Table3ClassificationbasementofdesertificationinSongnenBasin.anddesertificationdatai

nSongnenBasin

andthehinterlandofSongnenPlain

第四纪究2q)(16

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270第四纪研究2006焦

研究结果表明,松嫩盆地荒漠化面积为

351.15×10hm,占盆地总面积的15.18%,松嫩平原腹地荒漠化面积为210.86×10hm,占平原腹地面积的31.21%.然而,通过MODIS—NVDI仅能揭示整个荒漠化的状况,而不能区分碱质荒漠化和沙质荒漠化,这是一个很大的缺陷.

4.3碱质,沙质荒漠化的辨识

植被指数是对地表植被活动概括性的度量,应用MODIS—NDVI数据仅能鉴别荒漠化与非荒漠

然而,鉴化,而无法辨识碱质荒漠化与沙质荒漠化.别它们的面积大小及分布规律,对于研究松嫩平原的生态环境非常重要.笔者针对上述问题采取较为复杂的步骤,对MODIS影像进行松嫩盆地荒漠化边界的裁切,对该影像进行非监督分类,监督分类相结合的人机交互解译等操作,生成沙质荒漠化分布图和碱质荒漠化分布图.然后,将该图件矢量化,并与荒漠化指数矢量图在GIS软件下进行叠加分析,首次生成了松嫩盆地和松嫩平原腹地MODIS影像碱质,沙质荒漠化解译图(图3和图4),并提取各级荒漠化面积的相关数据(表4).

表4碱质,沙质荒漠化面积数据表

Table4Areaofthealkerlineandsandydesertification

从表4中可以看出,松嫩平原腹地的荒漠化面

积为210.86×10hm,占腹地面积的31.21%,非荒漠化面积为464.76×10hm,占68.79%.其中碱质荒漠化面积为160.30×10hm,占24.35%,沙质荒漠化面积为50.56×10hm,占7.48%.在重, 中,轻度各级碱质荒漠化中,其所占的比例分别为 15.61%,31.99%和52.40%.研究表明,松嫩平原腹地荒漠化的分布较广,但以碱质荒漠化为主.在碱质荒漠化中,又以轻度碱质荒漠化为主,重度碱质荒漠化仅占15.61%.由此可以认为松嫩平原的荒漠化正处于发展的初,中级阶段.但是,作为一个自然生态一经济社会系统,荒漠化的发展程度已处于临界状态.

4.4荒漠化的数字高程分析

研究表明,松嫩盆地荒漠化的分布与发展明显受到海拔高程的控制.应用计算机对本研究区域进行荒漠化的数字高程分析,可以快速地将DEM数据转换为透视图,等高线图,坡度图等图件.采用 1:250000的等高线数据,其等高距为50m.在 DATAPREPARATION模块下,用3DSURFACING 命令,将等高线COVERAGE生成lOOm×100m的 DEM栅格图像.根据高程分析的需要,在200m以下,用内插法形成10m的等高距,在200m以上,采用100m的等高距.用MODELMAKER命令将 DEM图像数据按上述要求进行高程分带,用 RASTERTOVECTOR命令将分带后的DEM图像数据矢量化,生成松嫩盆地地形高程等值线图.在 ARCTOOLBOX软件下,用UNION命令将荒漠化矢量图与地形高程等值线图叠加,生成松嫩平原荒漠化高程分布图,从而使荒漠化分布与地形高程的关

系一目了然.图1—4体现了应用数字高程模型进行荒漠化分析的优越性.

5结果与讨论

应用EOS—MODIS数据揭示了松嫩盆地和松嫩平原腹地碱质,沙质荒漠化的分布规律,并获得了相关的数据.研究表明,荒漠化的分布与形成受到地形地貌,地质构造和新构造运动等因素的控制,而自然因素与人为因素促使了荒漠化的形成和演变. 就千年,万年尺度而言,自然因素起着渐变的作用; 就10年,百年尺度而言,人为因素产生了突变效应''.

(1)从海拔高程来看,荒漠化出现于盆地内地形等高线190m以下的地区,集中分布于海拔为 130—150m的平原腹地.其中包括平原低地,高河漫滩,古河道,湖沼周边,以及河流的闭流区和半闭流区.如洮儿河,霍林河,乌裕儿河的闭流区和半闭流区,盐碱荒漠化呈片分布?引.

(2)松嫩盆地是一个典型的不对称盆地,东高西低,北高南低.由于盆地西部沉降,东部翘升,使盆地的沉降中心不断西移,形成了水,盐易于汇集的环境.在强烈的蒸发作用下,更有利于土地盐碱化, 盐碱荒漠化的形成与发展.在TM卫星影像图中, 可清楚辨识重度碱质荒漠化主要分布于大安,乾安一

带,海拔为130—140m.就整个盆地而言,该区荒

2期林年丰等:松嫩平原荒漠化的EOS—MOD|S数据研究271

漠化的面积最大,程度最严重?.

(3)在松嫩平原的西南部有一条近于NWW向

的通榆一长岭弧形垄岗状大沙带,长约240km,宽约 30,40km,沙岗与谷地相间,谷地多以盐碱化,盐碱荒漠化土地镶嵌于其中,构成多条沙质,碱质荒漠化平行排列的独特景观.就全区而言,沙质荒漠化分布的范围远远小于碱质荒漠化,但有其明显的特点, 沙质荒漠化的分布形状可分为3种类型:第1种为线状分布,与某些河流的分布相一致,多属于河漫滩沙地;第2种为面状分布,位于河流的中,下游冲积平原,形成大片裸沙地,属冲积一风积成因;第3种为带状分布,集中分布于该区的西南部,这主要是指通榆一长岭垄岗状弧形沙带.

(4)松嫩平原沙质荒漠化和碱质荒漠化的形成,就自然驱动因素而言,水力,风力起了重要作用. 因此,常常出现沙水相伴,高沙低碱,沙碱相嵌的格局.由于沙土和碱土都具有很强的反射光谱,所以, 在卫星影像图中沙地,碱地难以区分,往往将沙地误判读为碱地.

(5)全新世早期气候干旱,风沙频繁,沙,碱荒漠化发育.全新世中期气候温湿,植被,古土壤发育,对荒漠化起了抑制作用.全新世晚期转变为风沙,干旱气候,导致沙丘活化,盐碱聚集,荒漠化再度发生.自辽,金(907,1234A.D.)以来气候又向温湿转变,植被发育,并形成最新的古土壤,覆盖于沙碱荒漠化土壤之上,构成了水丰草肥的松嫩大草原 (碱性草原).在草原东部的森林草原区气候相对湿润,形成了东北地区特有的黑土带?. (6)松嫩平原在新石器时代已有人类从事狩猎活动,但一直很稀少.到清朝初期,清政府为了防御北方民族的侵袭,东北平原被封禁.直到1860年颁

布了"移民务边"的政策,松嫩平原才被开禁,从此人类的农牧活动才逐渐增加.松嫩平原被开发仅有百年的历史,20世纪30,40年代,50,60年代和 70,80年代是开发速度较快的3个时期,随着人口的剧增,林地,草地被大量垦伐,沙地,碱地被翻新, 黑土退化,导致荒漠化迅速发展….松嫩平原也受到全球干暖化的影响,近50年来气温年均上升了 0.6~C,降水量减少了17.91%.近年来在局部地区,降水量减少了30%,60%,干旱导致谷物减产,甚至绝收.持续的干暖化导致河水断流,湖泊萎缩,湿地退化,生态环境恶化.在人为因素和自然因素的综合作用下加速了平原内荒漠化的发展. 6结语

就我国东北地区而言,对松嫩平原荒漠化问题的研究起步较晚,应用多源数据进行荒漠化监测,研究的文献不多,涉及碱质荒漠化的研究则更少.笔者在应用TM/ETM卫星影像数据进行土地盐碱化, 盐碱荒漠化监测和研究的基础上,首次应用 MODIS—NDVI数据对松嫩平原的荒漠化进行宏观研究.同时,采用监督分类和非监督分类的方法,对 MODIS数据影像进行碱质荒漠化,沙质荒漠化的辨识,解译和验证,研究结果具有一定的可信度. 松嫩平原的荒漠化以碱质荒漠化为主,其分布受地形,地质和新构造运动的影响与控制,呈现明显的规律.碱质荒漠化和沙质荒漠化的分布虽然各有相对集中的地区,但是,也常以相互交叉和镶嵌的形式伴生.目前,荒漠化的发展势态十分严峻,面积在不断扩大,程度在不断加重,对松嫩平原的生态安全已构成严重威胁.应加强系统监测,研究和防治.

应用TM/ETM数据进行荒漠化研究,可获得精度较高的解译结果.但是费用高,周期长,投人人力过大.对于一个较大的地理单元的卫星影像进行解译,容易出现偏差和错误,甚至影响对其成果的应用.因此,遥感影像的解译质量有待提高.MODIS 数据具有许多特点和优良的性能,其光谱分辨率高, 扫描地域广,运行周期短,操作起来经济快捷.目前,对MODIS数据的开发应用还处于起步阶段,如能扩大对MODIS多波段有关数据的应用,将有利于对陆地地表活动与特征,诸如,干旱化,土地退化,荒漠化,地表覆盖,土地初级生产力,以及农业生产,农业灾害等进行监测,评价及预警的集成研究.因此, 在进行陆地生态环境系统研究中,MODIS数据将有广泛的应用前景.

致谢近10年来,笔者一直从事松嫩平原环境

有幸得到刘东生院士演变与区域适应方面的研究,

的关心与帮助.2003年,刘先生邀请笔者参加中国工程院"东北水资源"重大咨询项目中的一个小专题的研究.本文拟为该项目组提供一个宏观的环境背景资料,并为研究松嫩平原的荒漠化提供基础依据.在研究工作和文章撰写过程中,承蒙刘东生院士的亲切关怀和悉心指导,特致深切谢忱! 参考文献(References)

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STUDYoNDESERTIFICATIoNoFSoNGNENPLAINBYEoS—MoDISDATA

LinNianfengTangJieSiAiLiZhaoyangWangXuege

(CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun130026) Abstract

Inthepasttenyears,basedontheRSdatafromTM/ETMsatelliteandthe3Stechnique,theformationand

distributionofthesalinizationandalkalinedesertification(AD)oftheSongnenPlaincausedbysuchfactorsas

climate,humancultureandglobalchangesandsoonhadbeenstudied.Basedontheseanalyses.

EOS—MODIS

datawereappliedtothemacroscopicalstudyondesertificationoftheSongnenPlaininthispaper.Theredband

andnearinfraredbandofMODISweresuitabletomonitorandanalyzethesurfacevegetationactivity.Vegetation

CoverageIndex(V?

范文四：长江三角洲与松嫩平原的异同

1. 长江三角洲与松嫩平原的异同？（从地气水土生资农业工业商业方面分析）

2. 3S在应用方面的区别？遥感的工作原理？特点？全球定位系统的作用？特点？地理信息

系统的应用？

3. 描述新加坡的地理环境特征。（从地气水土生资工农业方面来分析）

4. 人为原因有哪些？西北荒漠化的治理措施有哪些？

P23图2.12是重点，此图常考知识点：①图中铁路线是？②图中城市银川所在的灌溉农业区名称？此灌溉农业区存在的生态环境问题主要是？③图中的山脉是？④图中草方格沙障修建的目的？此沙障的好处？

5. 西北干旱的原因？西北发展经济（工农业）的限制性因素是。

新疆发展农业的自然区位优势？①西北降水少，晴天多光照强；昼夜温差大；夏季高温，热量充足。②地形相对平坦③有灌溉水源④砂质土壤，增加昼夜温差。

6. 沼泽的成因？沼泽的功能有哪些？

7. 森林的作用有哪些？会区分森林分布在不同的地区作用不同。

8. 如：三北防护林的作用：防风固沙。西北的植树的作用：防风固沙。

南方森林的作用：涵养水源，保持水土。河流上游森林的作用：涵养水源，保持水土。（所以在长江、黄河等河流上游应该植树造林，封山育林。）东南沿海森林作用:减轻海风，海浪、台风袭击。城市森林作用：

9. 热带雨林土壤贫瘠的原因？热带雨林生态系统脆弱性的表现？ P28图2.16是重点。

10. 热带雨林被毁的根本原因和直接原因？P35西双版纳的雨林生态农业。

11. 东北的主要生态环境问题有哪些？西北主要的生态环境问题？

12. 13. 建设坑口电站的好处？山西煤炭的三条外运路线？

14. 山西能源开发的三条产业链？山西省存在的主要生态环境问题？如何治理？

15. 分析田纳西河流域开发的区位优势.长江流域如何开发和治理。（为长江流域的综合开发的

治理提出合理化建议）。可参考《名师》。

16. 田纳西河流域的山地、河流、河谷在开发利用中应分别注意什么问题？（参考教材P49

页图3.13.）

17. 田纳西河流域开发的综合效益有哪些？为什么以梯级开发作为其开发的核心？

18. 以阿斯旺大坝为例，说出大坝修建的利和弊。

19. 东北的三大农业生产区是什么及各自的分布？东北的主要农作物有哪些及各自的分布

区？东北发展农业的限制性因素？

20. 珠三角工业化发展的有利条件有哪些？了解珠三角工业化的两个阶段P73

21. 珠三角城市化的模式是？浙江温州城市化的模式是？苏南城市化的模式是？

22. 长三角和珠三角两者比较，长三角的优点? 珠三角的优点？

23. 珠三角城市化中出现的问题有哪些？治理的措施有哪些？

24. 西气东输的两条线路，各自起点终点分别是？各自穿过的主要地形区有？西气东输的原

因？西气东输的影响？（对东部的影响？对西部的影响）我国天然气的主要分布区？

25. 我国陆上石油主要分布在？海上石油主要分布在。

26. 西电东送的三个通道。三个通道分别从哪到哪？输送的是水电还是火电？

27. 南水北调的三条路线分别是？三条路线各自的优缺点？（从水量、水质、工程量的大小？

是否能自流等方面）

28. 影响产业转移的因素有哪些？（P87图5.7和思考题重点看看）

29. 产业转移的规律是？产业转移对转入地和转出地的影响分别是什么？P97图5.13和5.14

是重点。

中国河流：

外流区和内流区的分界线？主要的内流河有哪些？描述内流河（如塔里木河、弱水、黑河）的水文特征。主要的外流河有哪些？分别注入哪个洋？描述珠江、黄河、松花江的水文特征。

湖泊的主要分布区？内流湖有哪些？内流湖面积减小的原因？外流湖面积减少的原因？长江沿岸湖泊的主要功能。如何根据湖泊示意图判断是内流湖还是外流湖？三江源指的是哪三江？长江、黄河、澜沧江。

1.长江（掌握以下四个问题）地图册P142

①、发源地、流经的主要地形区有哪些、注入海洋；

②上、中、下游的分界点、上中下游各段特点、各段如何整治？上游如何开发？中下游如何开发？ ③ 长江支流有哪些（会填图）。长江支流南北对称分布对长江中下游水位有什么影响？

④.长江中下游易发生洪涝灾害的原因是什么？综合治理长江的首要任务是，洪水对哪个地段危害最严重？国家采取的主要措施有哪些？长江上的水电站有哪些？会题图。

2.黄河（掌握以下四个问题）

①、发源地、流经省区、地形区、注入海洋；

②上、中、下游的分界、上中下游各段特点、开发利用、存在问题、整治措施

③ 黄河主要支流（会填图）。

④黄河下游出现地上河的成因是什么？有什么样的危害？如何治理？

3.珠江（掌握以下三个问题）

①、发源地、流经省区、地形区、注入海洋；

②上、中、下游各段特点、开发利用、整治措施

③分析珠江航运价值高的原因。（提示P140右下有航运价值从哪些方面来分析）

4.京杭大运河（掌握以下三个问题）

①京行运河的起止城市？

②京杭运河沟通了哪几条水系？

③京杭运河经过了哪几个省市？

中国的农业

1. 会分析某一地区农业发展的区位条件。（如西北的灌溉农业、南方的季风水田农业、青藏

高原上的河谷农业、东北的商品粮农业、华北的农业）（参照笔记）

2. 会分析某一地区发展农业的主要限制性因素（如西北是水资源不足，华北是水资源不足，

青藏高原上是热量不足，东北是热量不足，南方是多旱涝台风灾害）

举例：新疆发展农业的优越的自然条件有哪些？限制性因素有哪些？（参看前面第5题）中国的工业

1.五种导向性的工业

2.四大工业基地发展的主要限制性因素分别是什么？

中国的交通

1. 熟记中国铁路交通干线图（可结合着中国省区图来记）

2. 会分析某一铁路建设的区位因素。（如南昆铁路建设的区位因素、青藏铁路建设的区位因

素、京九铁路建设的区位因素）

3. 会分析港口建设的区位因素。（分析上海港、天津港建设的区位因素）

4. 会分析航空港建设的区位因素。(分析北京首都国际机场建设的区位因素)

中国的气候中国的资源自己看笔记和地图册。

中国的地形：主要地形区的定位，山脉的定位。四大高原、盆地、平原各自的特点。

范文五：北部引嫩对松嫩平原水质的影响

北部引嫩对松嫩平原水质的影响

龙显助

( 黑龙江省水利勘测设计院 )

毛景林

(大庆防

丁作卿

洪工管处)

李基明

(黑龙江省环境监测中心 )

, 本文论述的范围北起松嫩平原的呐河县拉哈镇嫩江干流北部引嫩工程渠首

南至呼兰

河与松花江干流相交处

全长约 3 6 公里红旗泡水库和东湖水库以北为引水干渠 0

。

东湖水库

泄水闸以下

, 包括青肯泡滞洪区

, 肇兰新河为排水系统工程形成引

、

蓄

、

排

、

河 (呼兰河 )

体系

。

, , , 由于嫩江水的引入使松嫩平原水环境质量发生显著变化

。

打破了原有的在自然条

。

件下的封闭状态

现从收集区内的地面水监测成果和有关资料

就北部引嫩对松嫩平原 (含

肇兰新河 ) 水资源质量影响进行初步的评价

为北引扩建和北水南调工程建设提供参考

一

( 一 ) 自然状况

、

北部引嫩区的自然及社会状况

北部引嫩总干及东湖水库以下排水工程县

跨越了齐齐哈尔市的呐河

、

富裕

、

依安

、

林甸

绥化地区的安达

。

、

肇东市

、

哈尔滨市的呼兰县等

个市县的部分地区

面积约

万平方

、

公里

地形北高南低

。

5 海拔高程一般在 1 7

一13 0

米

。

呈波状起伏

多为河漫滩与一级阶地

地势平坦泽化发育

通过乌裕尔河与双阳河漫滩大片湿地

、

总的看是西北向东南轻微倾斜有盐碱沼

区内属温带

寒温带大陆性气候

冬季严寒干燥

夏季温暖多雨

气温低

温差大

米

季

节性冻层延续

一

个月

最大冻层深度

、

5 一2

5米 ,

多年平均降水量

。

一55 0

一

月占年降水量的 7 % 左右 , 0

, 蒸发量 1 3 0 0 一 1 7 0 。毫米

易造成岗地水土流失

低地内涝积水

春季风大小雨

、

多年平均

、

0 1 年

春早

造成一些地区土壤返盐

、

植物主要有杂类草甸植物

星星草等盐生植被

。

草甸草原植物

小叶樟杂类草甸植被以及羊草

碱草

。

碱篙

, 草地被开垦后

。

以早作的玉米

小麦

、

大豆

、

谷子

、

高粱等作物为主

、

亦有甜菜等经济作物

兰河

。

, 在农田和村屯旁

亦栽植杨

。

、

榆等阔叶林和营造农田防护林

乌裕尔河

本区由堆积高平原和堆积低平原组成

水化学类型复杂

、

区内较大的水系有嫩江

5克/

双阳河

、

呼

区

地下水矿化度多在 0

。

、

一

升左右

以重碳酸 N

a Z

型为主

内大部分平原地区为闭流区

土壤类型有黑土类面积最多

黑钙土

草甸土

、

砂土

、

草甸盐土

、

草甸碱土等

。

以黑钙土和草甸土

砂土面积最小

仅分布在乌北段嫩江干流左侧残丘处是国家石油

。

(二 ) 杜会状况

松嫩平原是黑龙江省重要的农牧渔业区,

、

, 化工主要的基地总产值在 2 0 ,

亿元以上

。

全区每年排放各类废水

、

亿万吨

。

废气 2 0 0 0 亿标立方米

农田化肥

、

废渣 5 0 万吨以上其中

。、

哈尔滨

增加

、

大庆

5 齐齐哈尔三市年排三废占全区的 8 %

农药

农田塑料薄膜逐年

成为土壤和水质主要的污染源之一

北部引嫩工程

, 5 年引水量 4 6 亿立方米

自建成

102

通水后

上,

, 0 累计引水量 7 亿立方米左右其中工业用水 1 2

。立方亿

米

创值 2 4

亿元

。

使过去

十年九旱农牧业生产获得很大的效益

现水稻面积已达 2 多万亩 0

。

旱灌面积每年在 1 万亩以 0 年创产值达 1 0 亿元同时

。。

每亩效益以 1 0 元计年效益共 3 0 0 0 万元

肇兰新河承泄石化总厂排污水后

、

保证了石油化工正常生产

也排除了安达

明水

、

, 青岗和肇东市部分农田和草原洪涝积水

使之不受危害

二

、

引嫩对松嫩平原水质的影响

我们根据黑龙江省环境监测中心站提供的 1 9 8 8 一 1 9 9 2 年嫩江干流拉哈上 (北引渠首 ) ; 大庆和红旗泡水库 , 呼兰河

口内 (肇兰新河出口

、

下 )水质监测资料

、

黑龙江省水利勘测设计院提

、

供的东湖水库

、

青肯泡滞洪区 (水库 )

。

肇兰新河庆丰桥

二道河

北引渠首

、

红旗泡水库

、

乌裕尔河水质监测资料

以及松嫩平原有关科研成果 ,

学术论文等

、

并结合现场考察

、

进行

、

水资源质量的评价

硝酸盐

、

水资源质量评价项目有

硝酸盐

、

悬浮物

、

溶解氧

总砷

、

高锰酸盐指数

、

生化需氧量

、

非离子氨

、

亚

挥发酚

、

总氰化物

、

总汞

六价铬

、

总铅

、

总镐

、。

、

总磷等 1 项 6

盐

。

分评价项目有碳酸物

、

重碳酸

、

硫酸

钙

镁

、

钾

、

钠

矿化度

、

总碱度

灌溉系数等

有关值

项

氢

离子浓度印H 值 )和总硬度总硬度

表1

、

在污染评价和盐分评价中均是必测的项目

、

悬浮

溶解氧

化学耗氧量

从表

生化需氧量

、

矿化度

灌溉系数等主要污染物和主要盐

分监测资料列于表

。

可见

北部引嫩区不同地段的水质状况

北部引嫩水区段年份及水期排东湖水库

州

水

区

段

呼兰二渠

一

巧乏

别

1988

首

乌裕

尔河

红旗泡

青肯泡

(清 )

青肯泡

(污 )

肇兰新河 (庆丰 )

道河混

备

注

一1991

(拉哈 )

水

库

合水

枯平水期均值

、

3 1

4 4

黑龙江省水利勘测设计院测定

矿化度

(g / L )

枯平水期均值

、

08 2

256

396

571

8 16

095

329

168

黑龙江省水利勘

侧设计院测定

1 9 8 8 一1 9 9 2

2 5 6 7

悬浮物

(m g / L )

7 7

一

年枯

、

丰水期

一

11 50 18

0 6 9

137

153

省环境监测站与省水利勘测设计

院监测

溶解氧

(m g / L )

枯平水期均值

、

‘

省环境监测站与省水利勘测设计

院监测

闷锰酸盐指数枯平水期均值 4 7 1

、

6 4

9 9

省环境监测站与省水利勘测设计

(m g / L )

院监测

生化需氧值

(m g / L )

枯平水期均值

、

7 3

省环境监硝站与省水利勘测设计院监测

值由7

。

(北引渠首 ) 一 7 6 (乌裕尔河 )一 8 1 5 红旗泡水库 ) 一 8 3 1 东湖水库 ) 5 ( (

。

由北

向南逐渐增高水)

。

8 8 (青肯泡

滞洪区 ) 一 8

、

36 (

肇兰新河庆丰桥 ) 一 7

理肇兰《

新河与呼兰河混合

、

月浮物

拉哈

、

红旗泡水库

东湖水库即引水地区分别为 2

弓 67

、

训

屯克/ 升

103

亦由北至南渐高

样的趋势

。

青肯泡水库为 9 6

3 肇兰新河为 1 5

二道河为

。

15 3

0 毫克 /

升

亦有同

总硬度

以北引渠首嫩江水最低 ,

但引水较排水含量差异较小

。

溶解氧

毫克 / 升

。

以北引渠首嫩江水和肇兰新河和呼兰河口内较低 ,

. .

分别为

8 85

、

5 7

。

、

1 7

其他各处在 1 0 2 一 1 3 5 毫克 / 升之间 5

高锰酸盐指数

新河最高为 5 5

14 66 3

以北引渠首嫩江水和二道河最低 ,

分别为 9 8

、

‘

1 7 与4 9

毫克 / 升

以肇兰

6 4 毫克 /

升升

。

其他各处在 8

46一18

7 6 毫

克/ 升之间

、

。

生化需氧量

、

引水低于排水各点

。。

分别为 1 3 7

3 0 毫克 / 升

。

而排水分别为 3

08 2

、

6 1 毫克 /

矿化度

由北向南明显的增高

北引渠首至东湖水库

分别为

。

25 6

、

3 96

、

57 1

克/ 升

。

青肯泡水库以下分别为 0 由北向南逐渐减少

8 16 1

、

09 5 1

、

32 9

克/ 升

灌溉系数

8 引水部分以北引渠首嫩江水最高为 2 0

35 51

3 1,

东湖水库为

5 8

红旗泡水库介于二者之间为

。

排水系统

除二道河受呼兰河水影响较高外

其

。

他均在 3

5 4

一7

2 7 之间

。

由以上主要污染物和盐分监测资料看出

引水优于排水

尤以北引渠首嫩江水质最佳

各监测点

主要污染物年际变化差异较小 ,

、

盐分含量北引初期变化虽大

但缺乏资料

有待今后进一步收集

分析

、

补充

。

三

(一 ) 结论

、

结论与建议

引

、

蓄

、

用

、

排工程体系的完善为松嫩平原水资源质量改善打下好的基础

。

北部引嫩工程是改善松嫩平原环境条件的主导工程

应尽快扩建

。

完善排水体系

加大环境用水量 , 是使松嫩平原生态环境向良性转化的关键措施

。

(二 ) 建议

1 2

抓紧以北引和肇兰新河为重点的松嫩平原建设的综合

、

开发

”

、

治理的总体规划

。

完善松嫩平原引

、

蓄

。

、

排

、

用水质环境监测

。

开展科学试验研究

目前虽已将松嫩平原列为国家八五

“

期间科技攻关重点地区之

引

、

一地

但局限于东部黑土区的绥化

因此

海伦

并未涉及复杂而对工农业生产影响大的松嫩平原腹

防治措施 ;

。

应将区内的盐碱化土壤水盐动态规律 ,

污水资源化 ;

。

蓄

、

排

、

用

水量平衡

节水型灌溉

、

牧草改良与灌溉等关键问题列入研究计划

排水工程对环境影响综合评价

进行松嫩平原引

10 4

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