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太行山7种药用植物性状特征及其对土壤因子的响应

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环境工程技术学报 2024年第2期14卷 612-621页

作者：郭文芳陈艳梅高飞王佳乐河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设重点实验室

为深入了解植物在适应环境的过程中逐渐形成的性状差异及其影响因素,选择太行山地区常见的7种药用植物挂金灯(Alkekengi officinarum)、蕺菜(Houttuynia cordata)、艾(Artemisia argyi)、活血丹(Glechoma longituba)、枸杞(Lycium chinense)、忍冬(Lonicera japonica)和薄荷(Mentha canadensis)为研究对象,通过测定植物光合、结构性状及土壤理化性质,分析不同植物性状差异及其对土壤因子的响应。结果表明:太行山7种药用植物中,薄荷和枸杞表现出较优的性状组合,其光合速率与叶干物质含量较高,蒸腾速率与比叶面积较低,且枸杞的根冠比显著高于其他植物。Spearman相关性分析表明,叶片蒸腾速率、气孔导度与叶干物质含量、植物单株生物量呈显著负相关,胞间CO_(2)浓度与叶片相对含水率呈显著正相关,水分利用效率与比叶面积呈显著负相关。太行山坡地7种药用植物性状变化主要来源于种间变异,光合和结构性状种间变异系数为11.08%~164.42%,除植物单株生物量和根冠比表现为强变异外,其他性状均表现为中等变异;不同性状种内变异系数平均为28.75%,处于较低水平。植物性状与土壤因子的RDA分析结果表明,土壤pH、黏粒含量对植物性状变异的解释率之和达72.30%,是影响7种药用植物性状特征的主要土壤因子,且电导率与土壤pH、黏粒含量间呈显著正相关;通过因子分析得出,有机碳、全氮、碳氮比与挂金灯、薄荷、艾、枸杞性状变化的相关性较大,土壤含水量与活血丹性状变化相关性较大。综上,太行山地区7种药用植物性状差异明显,可以通过土壤pH、土壤颗粒组成及电导率等影响植物性状,应针对特定的植物品种,进行有差别的土壤改良。

关键词：药用植物性状差异适应策略土壤因子太行山

滹沱河流域植被NPP时空演变及其影响因子分析

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长江科学院院报 2024年

作者：袁金国杨紫妍李卓琳王文超河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设省级重点实验室

探究滹沱河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity，NPP)的时空演变规律对于认知和改善周边生态环境具有重要意义。利用MOD17A3 NPP数据，采用一元线性回归分析及变异系数等方法对滹沱河流域2003—2022年的植被NPP时空演变进... 详细信息

探究滹沱河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity，NPP)的时空演变规律对于认知和改善周边生态环境具有重要意义。利用MOD17A3 NPP数据，采用一元线性回归分析及变异系数等方法对滹沱河流域2003—2022年的植被NPP时空演变进行分析，并将植被NPP与土地覆盖类型及地形因子结合进行了分区统计。结果表明：2003—2022年滹沱河流域植被NPP均值集中在300gC/(m2·a)～400gC/(m·a)；植被NPP最大值与平均值的峰值分别出现在2020年和2022年，具体数值为828gC/(m·a)与424.33gC/(m·a)。2003—2022年滹沱河流域植被NPP呈线性增长区域占研究区的96.46%，植被NPP相对年际变化率主要在20%～40%之间，且多年植被NPP的稳定性以较低波动为主。2003—2022年滹沱河流域植被NPP均值最低的植被覆盖类型为农用地，为331.92gC/(m·a)；最高的为草地，为384.40gC/(m·a)；随着高程、坡度的增加，植被NPP增加，从坡向看，平面的植被NPP最低。

关键词：净初级生产力(NPP) 滹沱河流域时空演变变异系数分区统计

基于PROSAIL模型和Sentinel-2A影像的夏玉米叶绿素含量反演比较研究

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遥感技术与应用 2024年

作者：李卓琳袁金国杨紫妍王文超李艳翠刘博涵河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设省级重点实验室

准确估算叶片或冠层叶绿素含量对监测作物生长状况至关重要。作物叶绿素遥感监测是一种非破坏性、大面积、实时的监测方法，需要可靠的反演模型和卫星数据。以夏玉米为研究对象，采用PROSAIL模型，通过局部及全局敏感性分析结合实地调... 详细信息

准确估算叶片或冠层叶绿素含量对监测作物生长状况至关重要。作物叶绿素遥感监测是一种非破坏性、大面积、实时的监测方法，需要可靠的反演模型和卫星数据。以夏玉米为研究对象，采用PROSAIL模型，通过局部及全局敏感性分析结合实地调查和相关文献确定模型的参数设置，模拟夏玉米冠层反射率。然后根据地面实测数据和Sentinel-2A波谱响应函数，得到基于PROSAIL模型的等效遥感反射率模拟数据，结合Sentinel-2A影像数据计算并分析了典型的高光谱植被指数及改进的波段组合方式的植被指数，以确定叶片叶绿素含量（LCC）和冠层叶绿素含量（CCC）估计的最佳估算模型。最后基于PROSAIL模拟数据、Sentinel-2A影像数据和地面实测数据，开展夏玉米LCC和CCC的建模和验证分析。结果表明，基于PROSAIL模型和基于Sentinel-2A影像构建的植被指数反演的LCC的R2分别为0.61和0.65,RMSE分别为7.54μg/cm2和8.46μg/cm2，二者的反演精度较为一致，且该反演精度符合夏玉米生长状况监测的要求。利用以上两种方法反演的CCC的R2分别为0.75和0.77,RMSE分别为1.03 g/m2和0.02 g/m2，两类模型反演精度较为一致。本研究为地面实测数据较少的区域农作物叶绿素含量反演提供了一种有效的方法，有助于夏玉米的长势监测和病虫害防治。

关键词：夏玉米叶绿素含量反演 PROSAIL模型 Sentinel-2A影像

结合站式及手持三维激光扫描仪的侵蚀沟形态参数提取

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中国水土保持科学(中英文) 2024年

作者：李继峰王飞翔余磊傅学庆郑东博李帅河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设重点实验室

准确测量及精确表达侵蚀沟形态是科学评价其发育特征的关键，数字高程模型（DEM）是表达侵蚀沟形态的主要数据模型。利用站式及手持三维激光扫描仪对内蒙古自治区锡林郭勒盟地区的侵蚀沟细部及其所在小流域进行测量，将小流域点云数据... 详细信息

准确测量及精确表达侵蚀沟形态是科学评价其发育特征的关键，数字高程模型（DEM）是表达侵蚀沟形态的主要数据模型。利用站式及手持三维激光扫描仪对内蒙古自治区锡林郭勒盟地区的侵蚀沟细部及其所在小流域进行测量，将小流域点云数据和侵蚀沟细部点云数据进行拼接，对比不同空间插值方法及不同空间分辨率DEM的精度，评价不同DEM提取的小流域地形特征参数、侵蚀沟形态参数及地形临界模型参数。结果表明：1）结合站式及手持三维激光扫描仪的点云数据可弥补单一设备采集数据的不足，有效表达侵蚀沟小流域地形及侵蚀沟形态特征；2）针对低缓丘陵区，随DEM分辨率提高，样条函数插值法(spline)可获取更高精度的DEM数据；3）对于小流域尺度的侵蚀沟研究，DEM空间分辨率达到0.5 m时，提取的地形因子及侵蚀沟形态参数趋于稳定且与实测侵蚀沟形态参数较为接近；4）根据地形临界模型拟合参数，0.5和1 m分辨率DEM评价地形因子对侵蚀沟影响程度的结果接近，DEM分辨率的提高会增强地形因子对侵蚀沟影响的评价。因此，在较小尺度侵蚀沟研究中，应充分考虑DEM插值方法及分辨率对侵蚀沟形态参数的影响。

关键词：三维激光扫描点云数据数字高程模型空间分辨率侵蚀沟

结合地基PM_(2.5)观测资料构建京津冀MODIS AOD完整数据集

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环境科学学报 2024年第5期44卷 368-383页

作者：魏强宋春杰李梦诗段继福李夫星韩芳李伟妙王卫河北师范大学地理科学学院石家庄050024 河北省环境演变与生态建设实验室石家庄050024 河北省环境变化遥感技术识别创新中心石家庄050024

针对遥感气溶胶光学厚度(AOD)产品普遍存在的非随机性缺失问题,本文选取2020年京津冀地区10km×10km的MODIS_MYDMOD04_L2日值数据和地基PM_(2.5)浓度观测日值数据,经过MODIS AOD单星两种算法产品的逆方差加权及双星算术平均融合、PM_(2... 详细信息

针对遥感气溶胶光学厚度(AOD)产品普遍存在的非随机性缺失问题,本文选取2020年京津冀地区10km×10km的MODIS_MYDMOD04_L2日值数据和地基PM_(2.5)浓度观测日值数据,经过MODIS AOD单星两种算法产品的逆方差加权及双星算术平均融合、PM_(2.5)浓度数据的嵌套式时空混合效应模型转换融合和基于上述两种融合产品的时空克里金插值融合等方法集成,建立了研究区完整的AOD日值数据集.结果显示:经AERONET AOD数据验证,双星MODIS AOD融合结果R^(2)为0.87,RMSE为0.27;混合效应模型转换融合结果R^(2)为0.82,RMSE为0.31;时空克里金插值融合结果R^(2)为0.83,RMSE为***数据年平均每日空间覆盖率从MODIS原始数据的58.36%提高到时空克里金插值融合后的98.00%.MODIS AOD多算法多星数据融合的作用是增强与PM_(2.5)浓度日均值数据在时间尺度上的匹配度.地基PM_(2.5)浓度转换融合的作用一是补充区域内分布较均匀的局域AOD相对高值数据,保障了后续时空克里金插值的整体精度;二是能改善大片区域原始AOD数据缺失问题,可明显提高插值的时空覆盖率.所设计的数据融合方法体系,具有方法较简便、精度较高、数据集完整性好的特点.

关键词： MODIS AOD 地基PM_(2.5)观测数据逆方差加权嵌套式时空混合效应模型时空克里金插值京津冀

河北省典型湿地沉积物中抗生素抗性基因分布特征及其影响因素

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：刘韵超胡亚宁龚玉敏郑子英丁林李银辉刘瑾王凤花河北师范大学地理科学学院/河北省环境演变与生态建设重点实验室/河北省环境变化遥感识别技术创新中心/河北省地理科学实验教学示范中心

抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes， ARGs）在环境中的污染扩散导致的生态安全和健康风险已成为全球关注的热点问题。湿地生态系统作为人类活动与自然环境之间重要的生态屏障，具有较高的生态、社会和经济价值。本文以河... 详细信息

抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes， ARGs）在环境中的污染扩散导致的生态安全和健康风险已成为全球关注的热点问题。湿地生态系统作为人类活动与自然环境之间重要的生态屏障，具有较高的生态、社会和经济价值。本文以河北省典型滨海湖泊湿地（曹妃甸和南大港）和内陆淡水湿地（白洋淀和衡水湖）为研究区域，采集表层沉积物样品，采用定量PCR和高通量测序技术，解析了河北省典型湿地沉积物ARGs的分布特征及其影响因素。结果表明，在所有湿地沉积物中均检出2种磺胺类、8种四环素类ARGs和1种整合酶基因（intI1）。南大港湿地沉积物中ARGs总丰度[4.14×108copies·g-1（干土）]显著高于曹妃甸[1.21×108copies·g-1（干土）]、白洋淀[1.11×108copies·g-1（干土）]和衡水湖[1.97×108copies·g-1（干土）]沉积物ARGs总丰度（P＜0.05）。四环素类ARGs绝对丰度为8.91×103（tetM）～8.42×107（tetX） copies·g-1（干土），磺胺类ARGs绝对丰度为9.63×105（sul2）～2.62×107（sul1） copies·g-1（干土）。intI1基因检出丰度为3.26×105～1.11×108copies·g-1（干土），且intI1基因与tetA、tetL、sul1、sul2基因显著正相关（P＜0.05），说明intI1基因在湿地沉积物ARGs的传播中起着重要作用。此外，高通量测序结果表明曹妃甸和南大港沉积物细菌的Shannon和Simpson指数显著高于衡水湖。非度量多维度分析（NMDS）结果表明，曹妃甸、南大港、白洋淀和衡水湖沉积物细菌Beta多样性无显著差异（ANOSIM: P＞0.05）。进一步通过方差分解分析发现，沉积物理化性质（pH、TP等）和细菌群落对ARGs分布的总解释率为60.78%，其中细菌群落解释率为37.42%，说明细菌群落是影响ARGs分布的重要因素。本研究为评估河北省典型湿地沉积物中ARGs的污染现状提供了数据参考，为保护湿地生态系统安全提供了科学依据。

关键词：湿地沉积物抗生素抗性基因 intI1基因细菌群落结构

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基于聚落的人口统计数据空间分解算法

地理科学 2024年第7期44卷 1196-1205页

作者：李艳成温佩璋刘劲松河北师范大学地理科学学院河北石家庄050024 河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北石家庄050024 河北师范大学地理计算与规划研究中心河北石家庄050024 河北省环境演变与生态建设重点实验室河北石家庄050024

利用人口密度随机森林模型探讨人口密度与影响因子之间的非线性关系,是当前人口分布研究的前沿,但人口统计数据在空间分解过程中非正规约束下的最优输运问题尚未妥善解决。本文基于面积加权法,以矢量格式的村人口数据集为起点,以矢量格... 详细信息

利用人口密度随机森林模型探讨人口密度与影响因子之间的非线性关系,是当前人口分布研究的前沿,但人口统计数据在空间分解过程中非正规约束下的最优输运问题尚未妥善解决。本文基于面积加权法,以矢量格式的村人口数据集为起点,以矢量格式的聚落和公顷网格数据集为约束,设计了一套顾及聚落分布的人口统计数据空间分解算法。通过将村常住人口数据依次分解至聚落和公顷网格之中,获得了栅格人口密度数据集(SJZ_RK)。分析表明,SJZ_RK数据集的人口总数为1039.60万人,仅产生0.04%的误差,说明本文提出的人口统计数据空间分解算法具有较高准确度。经测算,SJZ_RK数据集的人口分布基尼系数(0.8909)>GHS_POP(0.8548)>SJZ_CUN_RK(0.5898)>GPWv4(0.5897),说明考虑聚落分布状况的SJZ_RK数据集很好地刻画了人口分布的空间集聚和异质性特征,为构建人口密度随机森林模型等监督类机器学习模型训练样本提供了高质量的人口密度标签数据。在刻画非聚落区、城市聚落区、值域范围方面,SJZ_RK数据集更接近实际情况,其在前两方面优于GHS_POP数据集,其在这3个方面均显著优于SJZ_CUN_RK和GPWv4两个数据集。本文算法破解了2个难题:①优化了获取高精度栅格人口密度数据集的计算程序,实现了相对准确的人口分布离散化表达;②统一了人口密度标签数据和影响因子数据的粒度,从而为人口密度随机森林模型训练样本摆脱MAUP的困扰,为克服人口密度随机森林模型的区群谬误问题,创造了必要条件。

关键词：人口密度面积加权分解算法聚落

植被覆盖度对生态脆弱性动态演变的影响——以河北省张家口为例

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水土保持研究 2024年第2期31卷 310-320页

作者：武帅田冰顾世杰杨洛祺胡引翠河北师范大学地理科学学院石家庄050024 河北省环境变化遥感识别技术创新中心石家庄050024 河北省环境演变与生态建设实验室石家庄050024

[目的]研究区域植被覆盖度变化对生态脆弱性时空格局演变的影响可为地区生态保护、资源合理开发利用、土地格局优化和可持续发展提供科学依据和有益借鉴。[方法]以张家口地区为例,首先采用序关系法、CRITIC法和博弈论组合赋权法等方法... 详细信息

[目的]研究区域植被覆盖度变化对生态脆弱性时空格局演变的影响可为地区生态保护、资源合理开发利用、土地格局优化和可持续发展提供科学依据和有益借鉴。[方法]以张家口地区为例,首先采用序关系法、CRITIC法和博弈论组合赋权法等方法探究张家口地区生态脆弱性时空演变特征,然后在此基础上探求了植被覆盖度变化对生态脆弱性动态演变的影响。[结果]2010—2019年,张家口地区生态脆弱性先升后降,脆弱性较高地区集中在北部坝上和中西部地区,脆弱性较低地区分布在东部和南部地区,且空间集聚效应明显。9年间植被覆盖度由低向高转变,植被改善区面积增加了7807.77 km^(2),恶化区面积减少了3433.14 km^(2)。植被恶化区主要分布在张家口中部城区和东部区域,其余大部分地区均为植被改善区。植被改善区、恶化区与生态脆弱性升高、降低区域的变化趋势和空间分布格局基本一致。[结论]张家口地区植被覆盖度与生态脆弱性关系密切,二者之间呈现负相关关系,区域植被覆盖度的增加能够降低其生态脆弱性。

关键词：生态脆弱性张家口地区博弈论组合赋权法植被覆盖度土地利用类型

结合光学与雷达遥感的张家口坝上地区作物残茬生物量估算

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干旱区地理 2024年

作者：于凯昕李继峰甄天乐张夏蕾李慧茹郭中领常春平赵雪晴河北师范大学地理科学学院河北省环境变化遥感识别技术创新中心河北省环境演变与生态建设重点实验室河北省高等学校人文社会科学重点研究基地“河北师范大学地理计算与规划研究中心”

作物残茬等非光合植被在干旱、半干旱地区生态系统物质循环、能量流动过程中承担着不可替代的角色，同时在阻抑土壤侵蚀、保持土壤水分、促进土壤发育等方面也具有重要作用。张家口坝上地区位于首都两区建设及京津风沙源治理的核心区域... 详细信息

作物残茬等非光合植被在干旱、半干旱地区生态系统物质循环、能量流动过程中承担着不可替代的角色，同时在阻抑土壤侵蚀、保持土壤水分、促进土壤发育等方面也具有重要作用。张家口坝上地区位于首都两区建设及京津风沙源治理的核心区域，利用遥感手段估算该地区作物残茬生物量，对区域风蚀状况评估、生态环境评价及碳、氮循环研究具有重要意义。基于实地测量的作物残茬生物量、Sentinel-2光学影像、Sentinel-1雷达影像构建作物残茬光学遥感指数和雷达遥感指数，采用最优指数归一化相乘和多元线性逐步回归分析方法，建立结合光学与雷达遥感的作物残茬生物量估算模型，计算并分析2017—2023年张家口坝上地区作物残茬生物量。结果表明：（1）光学遥感指数中，由Sentinel-2的短波红外波段（B11和B12）构建的RI（11，12）指数与作物残茬生物量的相关性最高，模型决定系数(R2)为0.744。雷达遥感指数中，交叉极化（VH）后向散射系数与作物残茬生物量的相关性最高，R2为0.409。（2）结合光学与雷达遥感估算模型中，多元线性逐步回归模型精度最高，R2为0.796，均方根误差（RMSE）为8.84 g·m-2，可较好预测作物残茬生物量。（3）构建的作物残茬生物量估算模型精度较单纯使用光学遥感高约9.72%，较单纯使用雷达遥感高约66.74%。（4）2017—2023年张家口坝上地区年均作物残茬生物量为23.74×104t，呈波动下降趋势，作物残茬生物量年际变化受气温和降水的影响，近年来，因土地流转政策造成的种植结构变化是导致该地区作物残茬生物量下降的重要因素。

关键词：作物残茬生物量光学遥感雷达遥感张家口坝上