浙江省植被NDVI动态及其对气候的响应

利用GIMMS和MODIS两种归一化植被指数(NDVI)资料反演了1982—2010年浙江植被覆盖状况,结合同期研究区63个气象站点的气温、降水和湿润指数等气候指标,分析了该地区植被年际变化、月际变化及其对气候要素的响应特征。结果表明:(1)研究期间,浙江气候总体呈暖干化趋势,植被覆盖缓慢下降,主要是由于森林植被遭破坏,农业生产活动受抑制影响所致,其中NDVI显著减少的地区约占全省陆域面积的29.1%,主要发生在6—11月;(2)降水量及干湿程度对浙江植被NDVI年变化起着决定性作用。植被与气候要素年变化相关分析发现,NDVI与湿润指数关系较降水、气温更为密切,两者相关及偏相关系数均通过0.05水平的置信度检验,这表明在年际尺度上,湿度的增加增大了植被的生长势,有利于植被生长;(3)植被与气候要素月变化分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长的重要因子,而植被变化对夏季降水和干湿程度的最大响应为滞后两个月;(4)农业生产水平的提高使得农作物种植区NDVI有所增加,人类活动对浙江植被覆盖的影响不可忽视。     

喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

气候和地形对植被覆盖动态演化的影响研究

基于MODIS NDVI 遥感数据, 结合气象和DEM 等资料, 采用线性回归分析、稳定性分析、R/S 分析和相关性统计等数理方法, 反演了2001-2010 年贵州省植被覆盖时空演变趋势, 研究不同因素对植被时空格局变化的驱动作用。研究表明:(1)2001-2010 年贵州省植被覆盖呈增加趋势, 增长率为6.25%, 植被改善区域占比例为77.7%; (2)贵州省植被覆盖变异指数介于0.01-0.16 之间, 总体较稳定; 从持续性来看, 植被持续恢复是主旋律, 反持续性主要集中在西部和东北地区。(3)贵州地区降雨量和温度空间分布格局较为明显, 温度是影响该地区植被覆盖的主导因素, 不同区域对气候因素的响应存在差异性。(4)各等级海拔植被覆盖均有上升, 其中高海拔地区上升最为显著; 中海拔地区是植被的主要分布区域, 所占比例为72.2%且该海拔范围内NDVI 均值差异不大。     

乌伊岭国家级自然保护区植被覆盖演变及其对气候突变的响应

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。     

喀斯特山顶区域濒危裸子植物群落特征及其地形关联

喀斯特濒危裸子植物往往局限分布于生境恶劣的山顶区域,受保护的急迫性和必要性较强,但目前针对该区植物群落的研究较少,保护技术措施缺乏理论支持。对木论喀斯特山顶区域典型的濒危裸子植物群落进行了调查,分析了该群落特征的空间变异及其地形关联。结果表明：该群落共有植物73种,隶属于39科58属;裸子植物、双子叶植物、单子叶植物分别有3、67、3种;壳斗科、蔷薇科和樟科物种相对较多;64.1%的科和81.0%的属只含有1个物种。双子叶植物净关系指数（NRI）和最近关系指数（NTI）表现出随机格局。个体数、总基面积、NTI分别在5.66、4.75、6.51 m尺度内具有强烈的空间相关性,空间连续性相对较差;Shannon多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数分别在71.01、71.01、42.44 m尺度内具有强烈的空间相关性,空间连续性相对较好。总基面积与凹凸度呈显著正相关关系;濒危裸子植物相对基面积与坡度呈显著正相关关系;NTI与相对海拔呈极显著正相关关系,与坡度和坡向均呈显著负相关关系。上述结果对于喀斯特濒危裸子植物的保护和恢复工作具有一定的指导意义。     

桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应

在桂西北喀斯特地区选取玉米 红薯轮作地（KMS）、放牧+冬季火烧草地（KGB）、自然恢复地（KNR）和原生林地（KPF）4种典型生态系统,研究了土壤有机碳、全氮、全磷,微生物生物量碳、氮、磷和土壤结构对生态系统退化的响应.结果表明：KPF土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、氮、磷均极显著高于其他3种土壤;其他3种土壤中,有机碳和全氮为：KNR > KGB > KMS,但差异不显著;KMS土壤全磷含量（0.87g·kg^-1）分别是KNR和KGB的2.07和9.67倍 (P<0.01);KGB和KNR土壤微生物生物量碳、氮、磷含量均显著大于KMS;KGB中微生物生物量碳显著大于KNR,但二者间微生物生物量氮和磷含量差异不显著.说明减少人为干扰后喀斯特退化生态系统可以缓慢增加土壤有机碳含量,适当放牧和自然恢复都可以作为退化生态系统恢复的方式;土壤微生物生物量对生态系统的变化响应较灵敏,可以作为喀斯特地区土壤养分变化或生态系统退化的一个敏感指标.土壤结构以>0.25 mm水稳性大团聚体为主（>70%）(KMS除外,以2～0.25 mm团聚体为主),并以>2 mm团聚体为主;土壤结构破坏率KMS（51.62%）大于KGB（23.48%）,KNR和KPF较小（分别为9.09%和9.46%）.说明人为干扰或农业耕作破坏了土壤水稳性大团聚体,使其向小粒级转变,土壤结构破坏率增大.对喀斯特地区退化严重的生态系统应减少人为干扰,以自然恢复等保护性措施为主.     

喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应

植被覆盖和气候变化对径流的影响可能具有尺度依赖性,而在生态环境脆弱和地质结构复杂的西南喀斯特区开展研究较少。为此,以喀斯特地貌广泛发育的西江流域为研究区,选取郁江、红水河、浔江和梧州4个流域,利用Mann-Kendall趋势检验对4个流域年径流深、NDVI、降水量、潜在蒸散发和气温(1982—2015)的变化趋势进行了分析,运用多元经验模态分解(MEMD)量化了流域径流深与植被和气候因子在不同尺度上的相关性,并预测了年径流深,旨在研究喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应。结果表明,径流深仅有红水河流域呈显著下降趋势(P<0.05)。其中郁江流域径流深主要表征尺度为3年和5年,红水河流域径流深主要表征尺度为10年和22年,浔江和梧州流域径流深主要表征尺度为3年和22年。径流深与植被和气候因子的关系具有尺度依赖性,在不同尺度下,4个流域径流深与降水量和潜在蒸散发始终呈显著相关性(P<0.05),而径流深与NDVI和气温的多尺度关系在某些表征尺度上并不显著。利用MEMD法对径流深的预测效果(R²=0.81—0.86)要优于基于原始数据的多元逐步回归方法...     

祁连山南坡植被物候对气候变化响应的地形效应

祁连山南坡属于典型山地生态系统,研究其复杂地形与气候变化交互作用下的植被物候响应机制对揭示生态适应性规律具有重要科学价值。本研究基于2002—2020年MODIS NDVI数据,结合地形因子和气象数据,利用相关分析和结构方程模型定量解析地形因子在植被物候响应气候变化中的作用。结果表明：2002—2020年间,研究区植被返青期、枯黄期和生长季长度分别以0.33、0.19和0.51 d·a^-1的速率显著提前、推迟和延长,且空间上呈西北-东南梯度分异;该区植被物候对气温和降水的响应具有空间异质性,与地形因子存在关联,受不同环境条件及水热组合模式的共同调控;海拔对植被物候影响最显著,坡向次之。海拔和坡向通过气象因子对植被物候的影响具有累积作用,而坡度通过气象因子对植被物候的影响相互间具有抵消作用。     

广西木论喀斯特森林土壤养分水平与植被及地形的关系

研究了广西木论喀斯特森林原生植被和次生植被的土壤养分特征,测定了陡坡、缓坡、洼地3种主要地形内林地0～5 cm表层土壤中的有机质(SOM)、氮、磷、钾含量,以及它们在石土面、土面两类主要小生境间的差异.结果表明:林分成熟度高、优势种不明显的原生林积累了高水平的SOM,缓坡石土面最高,达345 g kg-1,洼地的含量较低,但仍在80 g kg-1以上;土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)含量也较高.以红背山麻杆(Alchornea trewioides)、广西野桐(Mallotus conspuyrcatus)、伞花木(Eurycorymbus cavderiei)等为优势种的次生林,物种多样性较原生林低,SOM、TN、AN含量也低,缓坡石土面和土面小生境的SOM分别为110 g kg-1和77 g kg-1,是原生林的32%和35%,下降幅度最大,其次为陡坡,而洼地的差异不明显.全磷(TP)、有效磷(AP)、全钾(TK)、有效钾(AK)含量在两林型间差异无明显规律.原生林和次生林土壤养分含量(除TK外)以缓坡>陡坡>洼地;但次生林中三者间无显著差异.同类型样地内小生境土壤养分含量(除TK外)均为石土面含量高于土面.     

桂西北喀斯特和非喀斯特森林土壤微生物残体碳累积差异及其驱动机制

森林土壤有机碳(SOC)储量巨大,其较小的波动可能显著影响大气二氧化碳浓度及全球气候。越来越多的证据表明,微生物残体碳对SOC累积起着重要作用,但其在喀斯特和非喀斯特森林土壤中的驱动机制仍不明确。以桂西北喀斯特森林与邻近非喀斯特森林为研究对象,利用生物标志物,即氨基糖,分析了0—10 cm、10—20 cm与20—40 cm土层的微生物残体碳含量及其对SOC累积的贡献。结果表明,土壤细菌残体碳、真菌残体碳和总微生物残体碳含量总体上均表现为喀斯特森林高于非喀斯特森林,且随土层深度增加显著下降。在0—10 cm土层和10—20 cm土层中,细菌残体碳、真菌残体碳、以及总微生物残体碳对SOC的贡献在二类森林之间无显著差异;在0—10 cm土层中喀斯特森林细菌残体碳对SOC的贡献为4.45%,真菌残体碳为24.13%,总微生物残体碳为30.73%;非喀斯特森林中分别为2.95%、15.26%和19.72%;在10—20 cm土层中喀斯特森林细菌残体碳对SOC的贡献为4.28%,真菌残体碳为23.43%,总微生物残体碳为29.16%;非喀斯特森林中分别为5.72%、20.46%和27.96%;但在20—40 cm土层,喀斯特森林真菌残体碳对SOC的贡献显著高于非喀斯特森林。土壤总微生物残体碳、细菌残体碳、真菌残体碳含量与SOC、颗粒态有机碳、矿物结合态有机碳、微生物生物量碳、总氮、总微生物磷脂脂肪酸丰度、交换性钙和镁均呈显著正相关。微生物生物量碳(MBC)是喀斯特森林中细菌残体碳累积的主控因子,解释了59%的变异,而非喀斯特森林中MBC解释了56%的变异(P<0.05)。交换性钙离子是喀斯特森林中真菌残体碳累积的主控因子,解释了58%的变异,而非喀斯特森林中交换性钙离子解释了52%的变异(P<0.05)。在喀斯特森林中,交换性钙离子通过阳离子桥联效应促进微生物残体与黏土矿物的结合,形成了更稳定的有机-矿质复合体,从而显著增强了真菌残体碳的累积(P<0.05)。土壤微生物生物量碳和交换性钙是导致细菌和真菌残体碳在喀斯特与非喀斯特森林之间显著差异的关键因素。综上,研究揭示了钙与微生物的协同作用促进喀斯特森林土壤微生物残体碳累积,为理解喀斯特森林土壤碳累积机制提供了依据。     

基于SPOT-VGT NDVI的陕北植被覆盖时空变化

利用1998-2010年SPOT-VGT NDVI影像对陕北地区植被的时空变化进行分析.结果表明:研究期间,陕北地区归一化植被指数(NDVI)的季相变化明显,月均最高值出现在8月、最小值出现在1月,月均值的变化幅度在0.14 ～0.46,NDVI月均值为0.28,其年均值总体呈上升趋势;在空间上,植被改善地区集中于陕北中南部,生态环境退化区域集中在长城以北风沙区;气温和降水是影响植被变化的重要气候因子,其与NDVI变化的相关系数分别为0.72和0.58;植被改善明显的区域主要位于坡度15° ～25°的地区,反映出国家退耕还林还草工程对陕北地区生态环境的恢复和改善起到了巨大作用.     

气候变化背景下定量解析生态工程对植被动态的影响研究方法概述

植被动态变化受气候和人类活动双重作用力的驱动。在气候变化的背景下,如何定量剖析人类活动在植被动态变化中的作用力,对增加植被生态系统碳储量和缓解气候变化具有重要意义。随着生态文明建设和环境保护意识的加强,就植被生态系统而言,生态工程作为一项巨大的人类活动,对植被影响的广度和深度日益加强。系统分析气候变化背景下生态工程对植被的生态效应影响,对后期生态恢复措施的制定和实施具有十分重要的理论指导意义。虽已有一些生态工程对植被影响的定量化研究方法,但不同方法之间的结果难以进行比较研究。比较探讨各定量研究方法的优缺点有利于推动植被驱动机制的研究,有助于恢复生态学和人类生态学的应用和发展。系统梳理了定量研究生态工程对植被动态的影响主要研究方法:回归分析、残差趋势分析、基于生物物理过程模型方法和阈值分割方法。对比发现,基于生物物理过程模型方法具有较高的应用潜力,趋势分析方法和阈值分割方法仍需进一步完善。目前,定量剖析生态工程对植被变化的影响研究主要侧重于模型模拟,野外实证研究和模型验证较为缺乏,是恢复生态学未来研究的重点和难点之一。     

陕北气候变化与生态植被变迁

分析了128万年以来陕北气候变化及其生态植被变迁。结果表明,陕北黄土高原气候经历了多次冷、暖、干、湿的周期变化。陕北植被变迁在地质时期以及历史时期早期,主要由气候条件所控制,植被类型随气候的冷暖干湿变化而变迁。随着人类活动的加剧,气候条件不再是影响植被变迁的唯一因素,人类活动对植被的影响愈来愈明显。明清时期,气候冷干,旱灾频繁．陕北生态环境脆弱,大规模垦殖和滥烧使自然植被迅速减少,陕北自然植被遭到毁灭性破坏。20世纪50年代,陕北逐步开始生态环境治理,在对生态环境治理的同时,又对部分地区自然植被进行破坏。20世纪80年代以后,生态环境总体上趋于好转。     

1982—2012年新疆植被NDVI的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应

植被在调节陆地碳平衡、气候系统中发挥了重要作用,并在生态系统服务功能提供方面占据主导地位,因此,监测植被生长变化意义重大.基于AVHRR GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,在区域、像元两个空间尺度,研究了中国典型干旱区新疆1982—2012年间植被生长的动态变化,探讨了气候变化和人类活动对植被生长的影响.结果表明: 区域尺度,1982—2012年生长季植被NDVI呈极显著增加趋势(4.09×10^-4·a^-1);NDVI变化趋势存在明显阶段性,1998年前后分别呈极显著增加(10×10^-4·a^-1)和显著减少(-3×10^-4·a^-1);生长季NDVI变化趋势的逆转主要发生在夏季,其次是秋季,而春季不存在逆转.像元尺度上,农业区NDVI增加趋势显著;NDVI变化呈两极分化现象,剧烈变化区域多随时段长度延长而增加,尤其是显著减少区域范围快速扩张,导致区域尺度NDVI增加的停滞或放缓.研究区域植被生长受水热条件、人类活动共同控制.春、秋季的气温发挥主导作用,而夏季主要受到降水量的影响.大量施肥、灌溉面积增加等生产活动提高了农田植被覆盖,种植结构、灌溉方式等的改变降低了春季农田NDVI值,载畜量的增加则降低了部分草地的NDVI.     

“再野化”:山水林田湖草生态保护修复的新思路

作为一种新兴的生态保护修复方法,“再野化”（rewilding）是指特定区域中荒野程度的提升过程,尤其强调提升生态系统韧性和维持生物多样性。再野化实践的核心要素包括保护核心荒野地、增加荒野地的连通性、保护和重引入关键种（包括大型食肉动物）、适度允许自然干扰的发生、降低人类干扰和管理程度、拆除部分人工基础设施等。评述了北美洲和欧洲的再野化实践。通过比较研究,提出基于再野化的我国山水林田湖草生态保护修复的新思路,包括战略层面的5项转变和行动层面的5项建议。5项战略转变,包括从还原论思维转向整体思维、从工程性修复转向保护优先和自然恢复为主、从项目尺度转向景观尺度、从短期试点转向长期实践、从政府主导转向多方参与;5项行动建议,包括开展荒野和再野化基础调查、保护仅存的高价值荒野地、探索“城-乡-野”系统性再野化途径、以荒野保护区和再野化区域为核心建立大尺度景观保护网络、开展基于再野化的生态体验和自然教育。