中国温带草原植被NDVI时空变化及其对气候变化的响应

为探究中国温带草原植被变化及其对气候变化的响应规律,本文利用1982—2015年逐月气象数据和逐旬GIMMS NDVI数据,分析了中国温带草原区不同类型草原植被NDVI变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：中国温带草原植被生长季NDVI在1982—2015年总体呈增加趋势,增加速率为0.008 (10 a^-1);在生长季内的不同季节,温带草原植被NDVI均呈增加趋势,但存在一定的空间差异;生长季内,降水是中国温带草原植被生长最重要的影响因子,春季和夏季降水的增多明显促进温带草原3种类型植被的生长;在气温影响方面,春季夜晚最低温的升高对于所有类型温带草原植被生长均有促进作用,而春季和秋季白天最高温的升高能够明显促进温带草甸草原和典型草原植被的生长。本研究发现,夏季夜晚最低温和白天最高温对中国温带草原植被有不对称的影响,夜晚最低温的增加会促进植被的生长,而白天最高温的增加对植被生长起到抑制作用。     

青海省高寒草地土壤无机碳储量空间分异特征

以青海省主要高寒草地类型即温性草原、高寒草原、草甸草原以及高寒草甸为研究对象,进行其土壤无机碳(SIC)储量分异特征研究。结果表明,在取样剖面内四类草地SIC储量依次为温性草原高寒草原草甸草原高寒草甸,其值分别为16.51、16.48、3.37 kg C/m2和0.12 kg C/m2,温性草原与高寒草原土壤是高寒草地无机碳的主要储蓄库。温性草原与高寒草原50—100cm SIC储量分别占0—100cm总储量的60.2%和51.8%,而草甸草原与高寒草甸30—50cm SIC储量分别占0—50cm总储量的50.1%和55.8%,说明土体下部是高寒草地无机碳储蓄的主要场所。四类草地SIC含量随土层深度的变化过程各异,其碳酸钙富集层与野外剖面调查所得碳酸钙盐酸泡沫检验结果相吻合。SIC储量与土壤容重和土壤p H均呈显著正相关关系,与地下生物量呈显著负相关关系。     

高寒草甸土地退化及其恢复重建对植被碳、氮含量的影响

 以青海省达日县高寒草甸原生高寒嵩草（Kobresia）草甸封育系统为对照,研究了土地退化对植被生产力的影响,检验了不同人工重建措施（ 两个人工种植处理：混播（HB）、翻耕单播（DBF）和1个退化草地封育自然恢复处理（NR）及1个退化草地自然状态（SDL））对植被生产力的 相对影响程度。结果表明,原生植被封育处理（YF）地上总生物量为265.1 g•m^-2,混播(HB)和翻耕单播(DBF)处理中地上总生物量分别为原生 植被封育处理的116%和68%。退化草地封育自然恢复处理（NR）和重度退化自然状态下地上总生物量分别为原生植被封育的76%和53%。YF处理根 系生物量远大于其它处理。原生植被封育系统中植被地上部分碳储量为 110.14 g•m^－2,地下根系（0～30 cm）碳储量为2 957 g•m^－2,植被 总碳储量为 3 067.14 g•m^－2;重度退化草地系统中植被地上部分碳储量为 57.07 g•m^－2,地下根系（0～30 cm）碳储量为 357 g•m^－2,植 被总碳储量为 414.07 g•m^－2。由此可见, 高寒草甸严重退化后,通过植物组织流失的碳达到2 653.35 g•m^－2,即86.5%的碳损失;原生植被 封育系统植被总氮储量为 56.85 g•m^－2,而重度退化草地植被总氮储量为 18.02 g•m^－2,高寒草甸严重退化使植物组织68.30%氮损失。与重 度退化地相比,由于恢复重建措施增加了植物的生物量输入和群落组成,除翻耕单播处理外,其它恢复重建措施均能恢复系统植被的碳氮储量 。这些恢复重建措施将会逐步改善土壤的物理和化学特性,最终使这些生态系统逐步由碳源向碳汇方向的转变成为可能。     

青藏高原典型草地NDVI时空演变的季节差异及其气候驱动

基于全球库存建模和制图研究(GIMMS)第三代归一化植被指数(NDVI3g)产品和气象数据,利用一元线性回归模型、偏相关分析和显著性T检验,分析了1982—2015年青藏高原高寒草甸和高寒草原春、夏、秋季NDVI时空演变的差异特征及其与气候因子的关系。研究表明：(1)高寒草甸春、夏、秋季NDVI整体均无明显变化趋势,高寒草原春季和夏季NDVI均显著增加,变化速率均为0.0002/a(P<0.05),而秋季NDVI变化趋势不明显。(2)空间上,高寒草甸春季NDVI显著增加面积占比31.95%,集中分布在祁连山区和三江源区,夏季NDVI显著增加的面积占比32.12%,主要分布在祁连山区、三江源地区和一江两河流域;秋季NDVI显著增加的比例为24.59%,集中分布于祁连山区和一江两河流域。高寒草原春、夏、秋季NDVI显著增加的区域均集中分布于西藏自治区北部和柴达木盆地南缘地区,分别占比44.20%、43.09%和37.99%。(3)高寒草甸春季和秋季NDVI均与气温显著正相关,偏相关系数达0.41(P<0.05)和0.23(P<0.05),夏季NDVI与气温、降水量和太阳辐...     

青藏高原两种高寒草地植被变化及其水温驱动因素分析

高寒草甸和高寒草原作为青藏高原两种重要植被类型,研究其植被变化与气候变化相关性,有助于为青藏高原两种高寒草地生态系统应对全球气候变化管理提供参考。以位于同纬度的三江源高寒草甸和阿里高寒草原为研究对象,基于植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化表征植被变化,利用NPP数据和气象数据,分别分析两地2000—2017年植被NPP、降水和气温时空变化差异;利用Sen+Mann-Kendall趋势检验,研究两种高寒草地气候与植被净初级生产力变化趋势;以县域统计年鉴牛羊肉产量表征放牧强度,研究放牧活动对高寒草地植被变化的影响;通过Pearson相关和偏相关分析方法,分别研究降水和气温对两种高寒草地植被NPP变化影响差异。研究结果表明:(1)2000—2017年三江源高寒草甸和阿里高寒草原区年平均气温以0.085℃/a和0.084℃/a的趋势上升,降水以平均每年3.87 mm和2.23 mm的趋势增加,高寒草甸区变暖变湿速率较高寒草原区快。(2)三江源高寒草甸和阿里高寒草原植被NPP均呈现由东南向西北逐渐降低空间格局;2000—2017年高寒草甸区57.7...     

青藏高原高寒草地植物物种丰富度及其与环境因子和生物量的关系

在青藏高原进行了大范围的群落调查 ,研究高原的两种主要草地群落类型———高寒草甸和高寒草原的植物物种丰富度及其变化。结果表明 :(1)在 5 0个样地 2 5 0个 1m× 1m的样方中 ,共出现 2 6 7种植物 ,其中高寒草甸179种 ,高寒草原 135种。在高寒草甸 ,1m2 样方内物种数最多为 32种 ,最少的仅为 3种 ;在高寒草原 ,物种数最多为 18种 /m2 ,最少的仅为 2种 /m2 。 (2 )物种丰富度随经度和纬度的增加呈增加趋势 ;随海拔的上升呈减少趋势。对物种丰富度与环境因子之间进行逐步回归 ,发现物种丰富度与生长季降水和温暖指数呈显著正相关。 (3)物种丰富度与地上生物量呈显著正相关。     

中国东部南北样带主要植被类型物候期的变化

 植被物候期的变化是全球变化研究的热点问题, 因为物候过程是反映植被对气候变化响应的最直接和最敏感的生态学过程之一, 大尺度植被物候学过程主要以植被的季节动态体现其对气候变化的长期适应过程。基于NOAA/AVHRR从1982年至2006年的双周归一化植被指数NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)数据, 依托中国东部南北样带, 对主要植被类型的物候过程进行模拟, 并计算了主要物候现象(包括返青起始期、休眠起始期和生长季长度)的发生时间和演变趋势。结果表明: 返青起始期显著提前的植被有温带针叶林(TCF, 0.56 d·a^–1)、温带草丛(TG, 0.66 d·a^–1)、亚热带热带针叶林(STCF,0.46 d·a^–1)、亚热带落叶阔叶林(SDBF, 0.58 d·a^–1)和亚热带热带草丛(STG, 0.89 d·a^–1); 休眠起始期显著推迟的植被有寒温带温带针叶林(TCTCF, 0.32 d·a^–1)、SDBF (0.80 d·a^–1)和温带落叶阔叶林(TDBF, 0.18 d·a^–1); 此外, 大部分植被类型的生长季长度都有所延长, 但延长的方式不同: TCF (0.77 d·a^–1)是由于返青起始期显著提前造成的; TCTCF (0.38 d·a^–1)和TDBF (0.36 d·a^–1)是由于休眠起始期显著推迟造成的; TG (0.76 d·a ^-1)、STCF (0.83 d·a^–1)、SDBF (1.40 d·a^–1)和STG (1.30 d·a^–1)等是由于返青起始期提前和休眠起始期推迟共同造成的。对温度和降水的变化进行分析发现, 温度对南北样带上植被物候的影响较大, 而降水对物候的影响相对较小, 不同植被类型对温度的响应各异。在南北样带上存在的热量梯度, 使得整条样带上植被的物候现象也表现出时间梯度, 从返青起始期发生的时间上比较, 从北向南逐渐推迟, 即寒温带植被>温带植被>亚热带植被; 休眠起始期和生长季长度则正好相反, 亚热带植被>温带植被>寒温带植被。     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。     

秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

青藏高原多年冻土区不同草地生态系统恢复能力评价

草地生态系统恢复能力是评价人类工程活动对青藏高原多年冻土生态系统影响的重要组分.分析了不同草地生态系统干扰带和非干扰带群落特征、植物多样性、草地初级生产力和经济类群，综合评价了青藏高原多年冻土区地上植被在受工程活动干扰后的综合恢复能力.结果表明:经过近20多年的自然恢复，青藏苔草草原、紫花针茅草原、扇穗茅草原、高山嵩草草甸、矮蒿草草甸和藏蒿草沼泽化草甸6种草地的盖度和物种组成均有一定程度的恢复，且草原群落的恢复程度好于草甸群落,但干扰群落仍低于未干扰群落；紫花针茅草原分布区物种多样性恢复好于其他草地类型分布区；干扰带由最初的地上植物生物量全部为0恢复到148.8～489.6 g·m^-2，其中藏嵩草沼泽化草甸干扰带恢复最好，生物量达489.6 g·m^-2；除藏嵩草恢复群落的饲用植物类群组成相对稳定外，干扰后的其他5种草地类型饲用价值降低.高寒草原生态系统的植被综合恢复能力显著高于草甸生态系统.     

中国北方草原植被对气象因子的时滞响应

 利用1982～1997年的气温、降水和1983～1997年生长季的NOAA/AVHRR的归一化植被指数(Normalized differential vegetation index, NDVI)遥感数据,分析了中国北方温带草原植被生长对气象因子的时滞响应。根据4个时间尺度（1～4个月）和4个时滞期（前0～3个月）将降水数据进行16种组合方式,计算了植被的NDVI与同期及前期（前1～6个月）降水之间的相关系数。同时,计算了植被的NDVI与同期和前一个月气温之间的相关系数。结果表明：1）中国北方温带草原植被的NDVI与同期降水和气温的显著相关。2）植被的NDVI对前一个月降水的时滞响应最强烈,植被的NDVI与当月降水和前两个月降水的累积量相关性最强。3）在生长季的起始阶段,去冬、今春的降水总量对草甸草原植被的生长有重要的作用。在生长季的中期和后期,当月和前一、二个月的降水对典型草原和荒漠草原的植被有显著影响。4）在草甸草原、典型草原区,生长季早期的气温均对植被生长的影响较为显著。在荒漠草原区,气温不仅在生长季初期与植被的NDVI呈现正相关,而且在生长季的中后期,气温与植被的NDVI呈现负相关性。     

藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应

植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。基于非对称高斯拟合方法重建了2001—2010年MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖2001—2010年每年关键物候参数。选取研究区内东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸及西部高寒草原和高寒荒漠4种典型植被类型,并结合附近的4个气象台站气候资料,分析典型植被物候在近10a对关键气候因子的响应特征。研究结果表明:(1)4种不同典型植被的物候特征(EVImax降低、返青期延后和生长季长度缩短)均表现出高寒灌丛草甸→高寒草甸→高寒草原→高寒荒漠草原的过渡;(2)藏北高原近10a的年平均气温及春、夏、冬三个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅度在0.8—3.9℃/10a,降水减少趋势不显著,在这种水热条件下典型植被均表现出返青提前(7.2—15.5d/10a)、生长季延长(8.4—19.2d/10a)的趋势,而枯黄出现时间为年际间自然波动;(3)高寒灌丛草甸EVImax主要受春季降水量和气温影响,且降水的影响程度大于气温;对高寒草甸植被而言,春、夏季的气温和降水均有较大的影响;而高寒草原和高寒荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响;(4)高寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,相关系数达-0.579;而高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原主要受春季平均气温影响,高寒荒漠草原的特征最为明显(r=-0.559)。     

Temporal intraspecific trait variability drives responses of functional diversity to interannual aridity variation in grasslands

Interannual climate variation alters functional diversity through intraspecific trait variability and species turnover. We examined these diversity elements in three types of grasslands in northern China, including two temperate steppes and an alpine meadow. We evaluated the differences in community‐weighted means (CWM) of plant traits and functional dispersion (FDis) between 2 years with contrasting aridity in the growing season. Four traits were measured: specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), leaf nitrogen concentration (LNC), and the maximum plant height (H). CWM for SLA of the alpine meadow increased in the dry year while that of the temperate steppe in Qinghai showed opposing trends. CWM of LDMC in two temperate steppes became higher and CWM of LNC in all grasslands became lower in the dry year. Compared with the wet year, FDis of LDMC in the alpine meadow and FDis of LNC in the temperate steppe in Qinghai decreased in the dry year. FDis of H was higher in the dry year for two temperate steppes. Only in the temperate steppe in Qinghai did the multi‐FDis of all traits experience a significant increase in the dry year. Most of the changes in CWM and FDis between 2 years were explained by intraspecific trait variation rather than shifts in species composition. This study highlights that temporal intraspecific trait variation contributes to functional responses to environmental changes. Our results also suggest it would be necessary to consider habitat types when modeling ecosystem responses to climate changes, as different grasslands showed different response patterns.     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

新疆天山中段巴音布鲁克高山草地碳含量及其垂直分布

 对新疆天山中段巴音布鲁克高山草地(高山草原和高山草甸)的生物量和土壤有机碳进行了测定。结果表明积分和分层两种估算方法得到的土壤有机碳含量没有显著差异,但积分算法的优势在于能推算不同深度的土壤有机碳含量,便于与以往的研究进行比较;高山草甸的生物量和土壤有机碳含量均大于高山草原;其地上生物量分别为71.4和94.9 g C•m^－2,地下生物量分别为1 033.5和1 285.2 g C•m^－2;1 m深度的土壤有机碳含量分别为25.7和38.8 kg•m^－2;地上生物量呈现较为明显的垂直分布格局,即随着海拔的增加,地上生物量先呈增加趋势,但当海拔超过一定界限后生物量突然下降;土壤含水率是导致南坡( 阳坡)土壤有机碳含量空间分异的重要因素,但北坡(阴坡)土壤有机碳含量还可能与地形、土壤质地等其它因素有关; 两种高山草地(高山草原和高山草甸)的根系集中分布在40 cm以内,0～20 cm根系分别占其总量的76%和80%;土壤有机碳集中分布在60 cm以内,0～20 cm土壤有机碳分别占其总量的55%和 49%;高山草原根系分布比高山草甸深,但较低的地下/地上比使得其有机碳分布比高山草甸浅。     

中国北方草地植物群落季节生长格局模拟

中国北方草地横跨干旱、半干旱及亚湿润干旱气候区，水分是限制中国北方草地植物群落生产力的主要气候因子.采用基于水分平衡过程的、简单的植物群落模型，利用460个气象站40年气象数据的月平均值，模拟中国北方7种草地类型的季节及年生长、叶片投影盖度(FPC)、蒸发系数(k)及净第一性生产力(NPP).野外观测数据对模型的验证显示模拟结果与观测值相符较好.温性草地自东向西，青藏高原自东南向西北，植物群落的k、NPP与FPC呈递减趋势，显示了中国温性草地自东向西，青藏高原自东南向西北逐渐干旱的水分梯度；其中高寒草甸的3个模拟参数值均最高，高寒草原FPC次于高寒草甸，而NPP却与温性典型草原相近，温性典型荒漠的3个参数最低.高寒草甸、高寒草原、温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠和温性典型荒漠等7种类型草地的畜群承载力约为每公顷5.2、2.3、3.6、2.1、1.0、0.6和0.2只羊单位，区域最适恢复植被盖度分别以93%、79% 、56%、50%、44%、38%和37%为宜.     

2000—2019年武夷山亚高山草甸对气候因子的响应及其时滞效应

亚高山草甸对气候变化十分敏感,但目前缺少气候因子对亚热带地区亚高山草甸影响的相关研究,且光学遥感数据对该地区草地信息的提取仍存在一定的挑战。本研究基于MOD13Q1植被指数产品中的归一化植被指数(NDVI)数据集,并结合气象数据,分析2000—2019年间武夷山国家公园黄岗山顶的亚高山草甸的生长变化及其对气候因子的响应和时滞效应。结果表明: 2000—2019年,夏季NDVI呈不显著增加趋势,整个生长季、春季和秋季NDVI均呈极显著增加趋势。NDVI的增加主要受温度增加(0.026 ℃·a^-1)的影响,其中春、秋季温度的增加对草地生长的影响显著高于夏季和整个生长季。生长季NDVI对降水的变化十分敏感,说明即使在降水充沛的亚热带地区,亚高山草甸的生长仍然受到降水的较大影响。不同生长时段温度和降水对草甸NDVI的滞后影响程度不同,温度对亚高山草甸生长的滞后影响为0～1个月,降水对草甸生长的滞后性影响为2～3个月。     

1982—2015年中国温带不同草地植被枯黄期对极端气候事件的响应

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化。然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言。因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征。结果表明：(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8%的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭。(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关。(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性。就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响...     

Changes in satellite‐derived vegetation growth trend in temperate and boreal Eurasia from 1982 to 2006

Monitoring changes in vegetation growth has been the subject of considerable research during the past several decades, because of the important role of vegetation in regulating the terrestrial carbon cycle and the climate system. In this study, we combined datasets of satellite‐derived Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and climatic factors to analyze spatio‐temporal patterns of changes in vegetation growth and their linkage with changes in temperature and precipitation in temperate and boreal regions of Eurasia (> 23.5°N) from 1982 to 2006. At the continental scale, although a statistically significant positive trend of average growing season NDVI is observed (0.5 × 10^?3 year^?1, P = 0.03) during the entire study period, there are two distinct periods with opposite trends in growing season NDVI. Growing season NDVI has first significantly increased from 1982 to 1997 (1.8 × 10^?3 year^?1, P < 0.001), and then decreased from 1997 to 2006 (?1.3 × 10^?3 year^?1, P = 0.055). This reversal in the growing season NDVI trends over Eurasia are largely contributed by spring and summer NDVI changes. Both spring and summer NDVI significantly increased from 1982 to 1997 (2.1 × 10^?3 year^?1, P = 0.01; 1.6 × 10^?3 year^?1P < 0.001, respectively), but then decreased from 1997 to 2006, particularly summer NDVI which may be related to the remarkable decrease in summer precipitation (?2.7 mm yr^?1, P = 0.009). Further spatial analyses supports the idea that the vegetation greening trend in spring and summer that occurred during the earlier study period 1982–1997 was either stalled or reversed during the following study period 1997–2006. But the turning point of vegetation NDVI is found to vary across different regions.