近51年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应

本研究以分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据为驱动,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了祁连山地区1958~2008年植被净初级生产力(NPP),并对近51年来祁连山地区植被NPP对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近51年来祁连山植被(常绿针叶林、落叶针叶林、草地、灌木、农田)在气温升高和降水量增加的影响下,NPP总量呈增加趋势,且增加速率依次为:农田>常绿针叶林>落叶针叶林>草地>灌木。植被NPP的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系,且温度变化对植被NPP的影响大于降水,即温度变化是影响祁连山地区植被NPP变化的主导因素。从区域平均来看,气温年平均上升速率为0.043℃·a-1,降水量的平均增加速率为1.355mm·a-1,在气温和降水量的共同作用下,1958~2008年祁连山地区植被NPP总量呈增加趋势,平均增加速率为0.718g·m-2·a-1。     

运用遥感估算中国陆地植被净第一性生产力

净第一性生产力 (NPP)研究方法很多 ,运用NOAA_AVHRR的可见光波段、近红外波段和热红外波段来提取和反演地面参数 ,进而准确估算陆地植被净第一性生产力 ,是一种全新的研究手段。利用遥感数据进行生物量和净第一性生产力的估算 ,主要是采用光能利用率模型 ,即通过NPP与植物吸收的光合有效辐射 (APAR)和植物将所吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率 (ε)的关系来实现的。用数学公式可表达为 :NPP =(FPAR×PAR)×[ε ×σT×σE×σS× (1-Ym)× (1-Yg) ]。在遥感和地理信息系统技术的支持下 ,以 1990年每旬的 8km分辨率的NOAA_AVHRR 1～ 5通道的影像为数据源 ,对中国每旬的陆地植被净第一性生产力进行估算 ,然后累加得出全年的NPP值。估算结果 :1990年中国陆地植被NPP总量为 6 .13× 10 9tC·a-1,NPP最高值为 1812 .9gC/m2 。根据计算的结果 ,对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。遥感模型能够以面代点 ,比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况 ,与中国植被分布的地理规律性相符 ,这是其他统计模型所无法比拟的。     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.     

黄河三角洲新生湿地净初级生产力时空变化

以黄河三角洲新生湿地为研究区,结合野外调查和遥感影像数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA)模型对近20年新生湿地植被净初级生产力(net primary production,NPP)时空变化特征及其主要影响因素进行研究。结果表明:研究区植被NPP实测值与估算值显著相关(P0.001),相对误差介于-21.96～8.16;研究区植被NPP呈现由海向陆递增,由河流沿岸向外围递减趋势; 1998—2016年研究区植被NPP均值、总量整体呈下降趋势,植被NPP均值变化较小,但植被NPP总量变化明显,1998年植被NPP总量最大,2010年植被NPP总量最小;研究区四季植被NPP变化明显,春季植被NPP均值为74.25 g C·m~(-2),夏季为101.58 g C·m~(-2),秋季为41.83 g C·m~(-2),冬季为13.10 g C·m~(-2);研究区不同植被NPP估算值差异显著,各类植被NPP均值估算结果大小为刺槐群落芦苇柳树群落农作物芦苇荻白茅群落芦苇柽柳群落柽柳群落碱蓬群落大米草互花米草群落柽柳碱蓬白茅群落;研究区植被NPP与土壤可溶性盐相关系数为-0.389(P0.01),合理的"调水控盐"模式可以降低土壤盐度,促进植被有机物积累。     

毛乌素沙地海流兔河流域植被净初级生产力估算

采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,结合TERRA MODIS卫星数据和气象数据,对毛乌素沙地海流兔河流域2015年各月的植被净初级生产力(NPP)进行估算,并对植被NPP月平均值的时空分布规律及其与气象因子和地下水位埋深的关系进行了分析.结果表明:毛乌素沙地海流兔河流域2015年植被NPP总量为2.88×1011 g,生长季(4月份至10月份)的植被NPP总量达2.81×1011 g,占全年植被NPP总量的97.57%.随着时间推移,植被NPP月平均值和归一化差分植被指数(NDVI)月平均值呈"缓慢增加—急剧增加—急剧下降"的变化趋势.植被NPP月平均值季节变化明显,春季、夏季、秋季和冬季植被NPP月平均值之和分别为20.55、69.39、20.46和0.48 g·m-2.从空间分布上看,中部河谷和滩地的植被NPP月平均值总体上高于东南部、西部和西北部等沙丘荒漠区.月平均气温对植被NPP月平均值变化的影响最大,其次为平均实际日蒸散发量和地表月太阳辐射.植被NPP月平均值随着地下水位埋深的增加而减小,最大值出现在地下水位埋深1~2 m之间.上述研究结果显示:采用CASA模型可以较好地估算毛乌素沙地海流兔河流域植被NPP值,月平均气温和地下水位埋深对该流域植被NPP值的影响较大.     

1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力动态及其对全球变化的响应

东北多年冻土区作为高纬度寒区之一,对全球变化较敏感.本文基于AVHRR和MODIS两种遥感数据源的归一化植被指数,应用CASA模型对1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力（NPP）进行模拟.结果表明： 1982-2009年,东北多年冻土区年均气温、年太阳辐射总量和年日照时数显著上升,年降水量显著下降,CO₂浓度及其年增长率显著增大;植被年NPP呈显著的先增加后降低趋势,变化分异节点在1998年.研究期间,东北多年冻土区植被年均NPP总量为623 g C·m^-2,植被年NPP空间分布差异明显.降水是该区生长季植被生长的主要影响因子,植被NPP对气候变化响应的空间异质性明显.土地利用变化通过改变土地覆被状况使植被NPP发生变化,影响了植被NPP的时空分布特征.植被NPP与CO₂浓度呈显著正相关.多年冻土退化对植被NPP的影响随着各区域环境的不同而有所差异.多年冻土区植被NPP与年均地温呈显著正相关,与年最大冻土深度呈负相关.     

1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力动态及其对全球变化的响应

东北多年冻土区作为高纬度寒区之一,对全球变化较敏感.本文基于AVHRR和MODIS两种遥感数据源的归一化植被指数,应用CASA模型对1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力(NPP)进行模拟.结果表明:1982-2009年,东北多年冻土区年均气温、年太阳辐射总量和年日照时数显著上升,年降水量显著下降,CO2浓度及其年增长率显著增大;植被年NPP呈显著的先增加后降低趋势,变化分异节点在1998年.研究期间,东北多年冻土区植被年均NPP总量为623 g C·m-2,植被年NPP空间分布差异明显.降水是该区生长季植被生长的主要影响因子,植被NPP对气候变化响应的空间异质性明显.土地利用变化通过改变土地覆被状况使植被NPP发生变化,影响了植被NPP的时空分布特征,植被NPP与CO2浓度呈显著正相关.多年冻土退化对植被NPP的影响随着各区域环境的不同而有所差异.多年冻土区植被NPP与年均地温呈显著正相关,与年最大冻土深度呈负相关.     

近20年来西南地区植被净初级生产力时空变化与影响因素及其对生态工程响应

植被净初级生产力（NPP）是研究陆地生态系统中物质和能量转换的重要指标，NPP的空间分布与区域气候、植被生长以及人类活动等因素息息相关，其变化能反映植被群落的生产能力，是生态系统功能和结构变化的重要表征。近20年来，中国西南地区植被NPP呈现增长趋势。然而，目前对NPP时空变化格局及潜在原因尚不清楚。因此，利用2001-2018年间MODIS-NPP、岩性、气候、土地利用、造林面积和石漠化治理情况等数据，对西南地区植被NPP的时空变化趋势及其成因进行了分析。结果发现：（1）2001-2018年间，中国西南地区植被NPP总体呈增长趋势，突变分析结果显示，2012-2018年间NPP的增长速度（5.13 gC m^-2a^-1）比2001-2011年更快（1.78 gC m^-2a^-1），在两个时段，岩溶区NPP增长速度都高于非岩溶区；（2）对西南地区植被NPP变化与气候因子的相关分析结果显示，2001-2011年与2012-2018年两个时间段内NPP与温度的平均相关性（R=0.19，0.26）要高于NPP与降水的平均相关性（R=0.07，0.05），表明西南地区植被NPP更容易受到温度的影响；（3）对两个时期土地利用变化下NPP总量的变化情况的研究结果显示，2001-2011年期间城市用地面积增加使得NPP总量下降，而2012-2018年未利用地面积增长造成了NPP总量下降；（4）2001-2018年西南地区累计造林面积与NPP存在显著正相关性（R=0.7，P<0.05），说明"退耕还林"工程实施促进了西南地区NPP增长。对石漠化面积统计结果表明，2011年后石漠化面积显著减少，这与NPP的突变点一致，表明石漠化治理对西南地区NPP增长有重要促进作用。     

利用CASA模型模拟西南喀斯特植被净第一性生产力

基于SPOT NDVI遥感数据并结合数字高程模型、气象数据和植被参数,利用实测植被生产力计算和修正最大光能利用率,通过改进CASA过程模型,本文估算了中国西南喀斯特地区1999—2003年的植被净第一性生产力（NPP）。结果表明：1）改进后的CASA模型模拟的植被NPP与实测值相关性显著,可较好用于西南喀斯特植被的NPP估算;2）西南8省市区1999—2000年喀斯特和非喀斯特植被的NPP有轻度增加,但空间变化不显著,2001年低值区范围增加,2002年NPP高值区的范围明显扩大,随后在2003年又降低,但仍高于2001年;3）5年间西南喀斯特地区年NPP的变化范围是381.7—439.9 gC m-2 yr-1,平均值为402.34 gC m-2 yr-1,逐年NPP波动中呈现总体增长趋势,平均增加值为9.93 gC m-2 yr-1,5年总增加量为11TgC,但非喀斯特地区的年NPP平均值和增加值都大于喀斯特地区;4）5年间喀斯特地区的热带森林、亚热带森林、灌丛和草地的逐年NPP均小于非喀斯特地区,温带森林和农业植被则相反;这6种典型植被年NPP均呈增加趋势,热带森林的增加值最大,草地最小,非喀斯特地区植被NPP的增长趋势相似,但每种植被的年NPP增加值均大于喀斯特地区。西南喀斯特地区植被NPP的时空变化与气温、降水和太阳辐射的变化有关,而喀斯特植被NPP低于非喀斯特地区,则主要由喀斯特地区水分匮缺、土壤贫瘠等恶劣条件而抑制植物生长造成的。     

西辽河流域植被NPP时空分布特征及其影响因素研究

为研究西辽河流域植被生长特征及受气候变化的影响,该文以2000年—2015年MOD17A3的年均植被净初级生产力(NPP)数据、植被类型数据、土壤类型数据以及气温、降水资料为基础,利用GIS和RS技术,分析了西辽河流域植被净初级生产力时空格局、演变特征及驱动因子。结果表明:(1)西辽河流域近16年来植被NPP总量呈波动增加的趋势,变化范围为156.89～260.90 g C·m^-2·a^-1,平均值为219.76 g C·m^-2·a^-1,空间分布呈“边缘高、中间低”的特征; 植被NPP变化斜率为-16.53～16.65,95.74%的区域NPP呈增加趋势。(2)不同植被类型的NPP总量大小排序为草原>栽培植被>阔叶林>灌丛>草甸>针叶林; 西辽河流域固碳的植被类型主要是草原、栽培植被以及阔叶林,固碳能力较强的为针叶林。(3)生长在棕壤、褐土和潮土的植被年均NPP较高,生长在栗钙土和风沙土的植被年均NPP较低。(4)16年间植被NPP增长主要受降雨影响。气候暖-湿化及生态建设工程的实施,促进了西辽河流域植被的生长。以上研究结果为后期流域生态环境治理提供了科学依据及数据支持。     

深圳市大鹏半岛土地利用变化对植被覆盖动态的影响

城市化背景下的植被覆盖动态研究对于区域生态保护工作具有重要的指导意义.利用深圳市1995-2007年的遥感数据以及1996和2007年土地变更调查资料,基于归一化植被指数轨迹追踪分析和叠图代数计算方法,对大鹏半岛植被覆盖动态类型及其空间分异、土地利用变化结构和格局特征以及土地利用变化与植被覆盖动态之间的响应关系进行研究.结果表明：1995-2007年,研究区65%的地区植被覆盖发生显著改变,植被覆盖状况总体趋于好转;城市化和商品农业发展是该区土地利用动态变化的主要成因,研究时段内31%的地表发生了用地功能转变;土地利用变化是区内植被覆盖发生改变的重要成因之一,约35%的植被覆盖出现退降过程区域与土地功能转变有关;55%的用地功能转变区域因机械干扰导致植被覆盖退化,但至研究期末,大多数退化区域已经进入植被覆盖显著改善阶段.     

Effects of vegetation state on biodiversity and nitrogen retention in created wetlands: a test of the biodiversity–ecosystem functioning hypothesis

1. Nitrogen retention in wetlands provides an example of an ecosystem function that is desired by human society, and is a rationale for the creation of wetlands to decrease nitrogen fluxes from nitrate‐loaded river catchments to coastal waters. 2. Here, we tested the impact of different vegetation states on species diversity and nitrogen retention during 4 years in surface‐flow wetlands receiving nitrate‐rich water. Tall emergent vegetation or submerged vegetation was introduced to six experimental wetlands each and six wetlands were left as unplanted controls for free development of vegetation. This resulted in three vegetation states dominated by emergent vegetation, by a mixture of submerged vegetation and filamentous green algae or by filamentous green algae. 3. Species diversity (species richness and Shannon diversity) of plants was initially lowest in free development wetlands, but during the study became lower in the emergent vegetation wetlands than in the other wetlands. Diversity of macroinvertebrates was initially lower in the submerged vegetation wetlands than in the other wetlands, but this difference disappeared during the study. Nitrogen retention was consistently higher in emergent vegetation wetlands than in the other wetlands throughout the study. 4. We conclude that plant diversity in wetlands dominated by tall emergent vegetation gradually became lower than in other wetlands, due to dominant species competitively excluding other plants. However, these wetlands were more efficient at removing nitrogen than those dominated by filamentous algae or submerged macrophytes. 5. Management of wetlands often aims to decrease the dominance of tall emergent vegetation for the benefit of plant species diversity and habitat heterogeneity. Our results demonstrate a biodiversity benefit, but also show that this strategy may decrease the ability of wetlands to remove nitrogen. In this case, there is no support for the hypothesis that biodiversity enhances ecosystem function.     

广州城市绿地系统景观异质性分析

选用景观多样性等7个指数对广州城市绿地景观异性质进行了分析.结果表明,广州绿地斑块密度和绿廓道密度分别为118和187km·km-2,在老城区绿地具有斑块小,破碎度大,多样性高,以随机分布为主的高异质性空间结构;在新城区,绿地斑块大,以均匀分布为主,因此,在同等大小的区域内,这类绿地空间结构更能提高景观的异质性,更有效地发挥绿地的生态功能     

Ecosystem health assessment on the hill and gully area of Loess Plateau in Inner Mongolia,China

Maintenance of ecosystem health is the primary focus of a sound ecological restoration.Yet methods involved in quantifying and assessing the health level remain a challenge to the ecological community.In this study,we selected the hill and gully area of Loess Plateau,Inner Mongolia,China,as our study area.The soil and water erosions in this area continue to be responsible for many environmental problems in northern China because of its fragility and long disturbance history.In this study,we developed an assessment method of indicator system(AMIS)based on analytical hierarchy process(AHP),fuzzy mathematics.and the theory of net-hierarchy.At ecosystem or catchment scale,three sample areas,that is(1)intact vegetation(i.e., Aguimiao Natural Reserve,110°45'E,39°28'N),(2)reconstructed vegetation(Wufendigou Soil and Water Conservation Experimental Area,111°07'E 39°45'N),and (3)severely degraded vegetation(Yangquangou Catchment,111°06'E,39°45'N)in the hill and gully area of Loess Plateau in Inner Mongolia.China.were selected to examine ecosystem vigor,organizational structure,service function,and soil healm.We applied the AMIS for all three landscapes by categorizing each ecosystem into five health levels.Wle found that the health index for reconstructed vegetation were at levels of Ⅳ,Ⅱ,Ⅳ,and Ⅲ,while those of degraded vegetation were ranked at Ⅴ,Ⅳ,Ⅴ,and Ⅳ.Overall.the comprehensive ecosystem health index of reconstmcted vegetation was lower than that of intact vegetation but higher than that of degraded vegetation.The health index for reconstructed vegetation was at level Ⅲ.and that of degraded vegetation was still at level Ⅳ.The contributing values were:organization structure＞soil health＞vigor＞service function.Based on our results and assessments,we proposed several management recommendations and methods for restoring the regional ecosystems.     

广州城市绿地系统景观异质性分析

选用景观多样性等7个指数对广州城市绿地景观异性质进行了分析.结果表明,广州绿地斑块密度和绿廓道密度分别为11.8和1.87km·km^-2,在老城区绿地具有斑块小,破碎度大,多样性高,以随机分布为主的高异质性空间结构;在新城区,绿地斑块大,以均匀分布为主,因此,在同等大小的区域内,这类绿地空间结构更能提高景观的异质性,更有效地发挥绿地的生态功能.     

半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

在黄土高原大规模退耕还林（草）背景下，植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能，对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此，基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）6种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林）38个样地调查数据，选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示，（1）除营养物转化与循环功能外，其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被；人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。（2）除植物生长策略外，其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地，并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林，并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。（3）生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被，但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被，不利于生态系统的可持续发展。研究认为，在植被恢复具体实践中，应针对不同的恢复目标，根据各植被类型的功能特征，制定因地制宜的植被恢复战略。     

基于可见光植被指数的面向对象湿地水生植被提取方法

利用ESP分割工具确定最佳分割尺度,通过多尺度分割算法创建最优分割影像,基于微型无人机影像数据生成可见光植被指数,从一系列可见光植被指数中选取一组最优植被指数,建立决策树规则,利用隶属度函数对研究区自动分类,生成水生植被分布图.结果表明: 监督分类法的总体精度为53.7%,面向对象分类法总体精度为91.7%,与基于像元的监督分类法相比,面向对象分类法显著改善了影像分类结果,并大大提高了水生植被提取精度,监督分类法的Kappa系数为0.4,而面向对象分类法的Kappa系数为0.9.这表明利用微型无人机数据生成的可见光植被指数结合面向对象分类方法提取水生植被在该研究区是可行的,并能够应用到其他类似区域.     

中国植被地理学:从传统植被地理学到功能植被地理学

本文回顾总结了我国植被地理学发展的历史，展望了其从传统植被地理学到功能地理学的未来研究趋势。作为研究植被地理分布规律的一门科学，植被地理学在我国经历了与社会经济发展密切相关的四个阶段：早期起步阶段，主要是新中国成立前(1920年代—1949)的植物地理学和植被地理学的零星工作；初期成长阶段，主要是新中国成立后至改革开放前(1949—1980)的传统植被地理学研究；中期迅速发展阶段，主要包括改革开放后至经济迅速发展时期(1980—2000),在全球气候变化国际研究背景下的植被地理学研究；近期转型与拓展阶段，主要是国民经济平稳发展及信息时代(2000—至今),面向全球环境变化的植被地理学研究的纵深发展。经过近百年的发展，在植被综合区划与生态功能区划、中国植被分类系统订正、中国植被图与植被志编纂、古植被地理学、植被地理模拟预测与情景分析、植物功能性状和生态化学计量学的功能植被地理学等6个方面取得了可喜成果。今后，需要在以下4个方面开展更广泛的精细与纵深研究：加强更多精细化的植被地理学研究，编纂新一代中国植被图与中国植被志；深入开展人类干扰的植被地理学研究；以植物性状研究为契机，拓展宏观功能植...     

基于RBFN的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析

在2010年植被碳密度空间分布结果的基础上,通过13个环境因子的1377个样点数据,建立径向基函数网络(Radial Basis Function Network,RBFN)模型,对桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布的影响因素进行了初步探讨。研究结果显示:对该区植被碳密度空间分布影响最为重要的前4位为地类、森林类型、林种和植被类型4个因子,其标准化重要性分别在50%以上;其次为石漠化程度、腐殖层厚度、面积等级、植被总覆盖度和土层厚度5个因子,其标准化的重要性分别在15%—30%;影响最小的是坡位、坡度、坡向和海拔4个地形因子,其标准化重要性仅2%—11%。研究表明地形因子对植被碳密度空间分布影响有限,更为重要的是土地类型、森林类型、林种和植被类型等可通过人为活动改变的因素,因此生态环境移民、退耕还林等石漠化治理措施对植被碳密度空间分布具有重要影响。     

Patterned vegetation and rainfall intermittency

We study a mathematical model for the dynamics of patterned dryland vegetation in the presence of rainfall intermittency, adopting a spatially explicit approach. We find that most results found for constant precipitation carry over to the case of intermittent rainfall, with a few important novelties. For intermittent precipitation, the functional forms of the water uptake and consequently of the vegetation growth rate play an important role. Nonlinear, concave-up forms of water uptake as a function of soil moisture lead to a beneficial effect of rainfall intermittency, with a stronger effect when vegetation feedbacks are absent. The results obtained with the explicit-space model employed here are in keeping with those provided by simpler, implicit-space approaches, and provide a more complete view of vegetation dynamics in arid ecosystems.