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)。     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

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。     

内蒙古主要草原类型植物物候对气候波动的响应

物候是气候变化的指示者,由于不同地区植被类型不同,导致其对气候波动的响应方式不同。利用2004—2013年内蒙古草原区生态监测站群落优势种物候观测资料和同时段的气象资料,分析了不同草原类型区优势种物候期变化及其与气候因子间的相互关系,结果表明:(1)2004—2013年内蒙古草原区各时段气候波动趋势均不显著,返青前以气温降低、降水增加趋势为主;黄枯前草甸草原、典型草原以气温降低、降水增加趋势为主,荒漠草原变化趋势相反。(2)2004—2013年典型草原植物返青期平均提前4.01 d,黄枯推后10.35 d,生长季延长14.36 d;草甸草原返青期提前2.04 d,黄枯期推后12.68 d,生长季延长14.72 d;荒漠草原物候变化趋势最小,返青期平均提前了1.32 d,黄枯期平均推后了9.58 d,生长季延长了10.90 d。(3)内蒙古草原区植物返青期主要受气温波动的影响,草甸草原返青期与前3个月平均气温的负相关最为显著,气温每升高1℃,返青期约提前1.123 d;典型草原、荒漠草原返青期与前2个月平均气温的负相关最为显著气,气温每升高1℃,返青期约提前1.137 d和1.743 d。(4)典型草原区植物黄枯期受前1—2月平均气温和累积降水的共同影响,与夏季平均气温和当月降水量的相关最为显著,夏季气温每升高1℃,黄枯期约提前2.250 d,当月降水每增加1 mm,黄枯期约推后0.119 d。草甸草原、荒漠草原植物黄枯期与各时段降水、气温的相关均不显著,影响黄枯机制比较复杂。     

气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响

自然物候期是气候变化最直观的植物信号记录,自然物候变化是气候与自然环境变化的综合指标。基于1983—2009年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原区典型植物马兰草、霸王、贝加尔针茅和羊草生长期物候观测资料和同时段的气象观测资料,利用数理统计等方法,分析了不同草原区典型植物物候期与气候要素间的相互关系,结果表明:(1)1983—2009年内蒙古草原区植物物候期总体呈提前趋势,但地域差异明显,典型草原区植物萌芽返青、开花及黄枯期等物候提早趋势最为明显,说明不同草原区植物物候对气候变暖的区域响应不同。(2)内蒙古草原区植物物候期与气候变化密切相关。春季3—5月累积气温与植物萌芽返青期和开花期呈显著负相关,与日照时数为正相关,降水量对其影响不同草原区差异较大。荒漠草原和典型草原区植物黄枯期早晚与黄枯前1—2个月平均气温呈显著负相关,草甸草原区植物黄枯期与前1—2个月的降水量和日照时数有关,与气温关系不显著。(3)随着气候变暖,马兰草生长期缩短,霸王、贝加尔针茅和羊草生长期延长,其中典型草原区主要植物针茅生长季延长趋势最为明显,荒漠草原次之,草甸草原延长最少。     

1956-2009年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局

弄清全球变化背景下不同地区降水格局的变化对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。苏尼特左旗荒漠草原是温带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,对气候变化,特别是降水变化非常敏感。利用1956-2009年的日降水资料探讨了苏尼特左旗荒漠草原降水格局的变化规律,以为揭示气候变化的影响机制提供依据。结果表明,该地区年均降水量为191.9 mm,年际变化剧烈,变异系数达26.63%;年均降水日数为63.8 d,变异系数16.9%。生长季降水占全年的85%,但各月变异系数均>50%;降水日数占全年的63%。年和生长季的各月降水以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上降水事件较少。近50 a来,年和生长季的降水量、降水日数与各等级降水事件均呈下降趋势,年降水减少的原因在于中等降水事件的减少、生长季降水减少的原因在于弱降水事件的减少。年降水减少将影响草地的土壤水分与植物返青;而生长季降水减少将直接影响草地固碳。气候变化背景下年与生长季降水的减少将进一步加剧该地区干旱程度并影响植物的生长发育,从而直接威胁到草地畜牧业的发展。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

东北地区植被物候对气候变化的响应

使用1982—2003年GIMMS-NDVI数据和气候数据,借助GIS空间分析和统计分析方法,分析了东北地区不同植被物候期与气候变化的关系。结果表明:22年东北地区年均温度以升高趋势为主,年降水量以减少趋势为主;针叶林、针阔叶混交林、阔叶林、草甸和沼泽植被生长季开始日期提前受春季温度升高影响显著(P<0.05)。春季降水对植被生长季开始日期变化影响较小,仅对针叶林生长季开始日期的推迟有显著的影响(P<0.05)。植被生长季结束日期受温度变化影响较小,仅草原植被生长季结束日期提前受秋季温度降低影响显著(P<0.05)。降水对东北地区植被生长季结束日期的变化影响高于温度。随着秋季降水量的减少,针阔叶混交林、草原和农田植被生长季结束日提前(P<0.05)。草丛生长季结束日期提前受夏季降水减少的影响显著(P<0.05);农田生长季结束日期提前亦受夏季和9月降水量减少的显著影响(P<0.05)。阔叶林和沼泽植被生长季延长受春季温度升高影响显著(P<0.05);灌丛植被生长季缩短受春季降水量减少影响显著(P<0.05);草丛和农田植被生长季延长受夏季降水量增加影响显著(P<0.05)。     

温度植被干旱指数在蒙古高原干旱监测中的应用

以蒙古高原为研究区,选择2000—2019年植物生长季的MODIS归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST)构建NDVI-LST特征空间,由该特征空间计算蒙古高原温度植被干旱指数(TVDI);利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验及Hurst指数方法分析蒙古高原TVDI的时空变化特征和未来的变化趋势,利用偏相关分析法探究气象因子与蒙古高原TVDI之间的关系。结果表明: 2000—2019年,蒙古高原TVDI以0.0001·a^-1呈增大趋势,期间,蒙古高原的干旱情况小幅加重,其中,草甸草原和典型草原干旱情况逐渐减轻,而荒漠草原和高山草地干旱情况加重。蒙古高原TVDI的Hurst指数均值为0.45,小于0.5的地区面积占比为71.5%,说明大部分地区2000—2019年的TVDI变化趋势与过去相反。中部的荒漠草原地区和东部的草甸草原地区未来干旱情况可能加重;典型草原的大部分地区以及内蒙古境内的荒漠草原未来干旱可能减轻;高山草地地区的干旱变化无法确定。蒙古高原有33.6%的地区TVDI与气温呈显著正相关,34.8%的地区TVDI与降水量呈显著负相关,其中,典型草原受气象因子的影响最显著。     

1961-2010年内蒙古草原植被分布和生产力变化——基于MaxEnt模型和综合模型的模拟分析

定量评估气候变化对内蒙古草原植被分布及其净第一性生产力的影响有助于理解干旱区域生态系统结构和功能对气候变化的响应。基于最大熵模型（MaxEnt）评价了气候因子的重要性,进而模拟了1961-2010年内蒙古草原植被的地理分布,同时应用综合模型模拟了净第一性生产力变化。研究表明,湿润指数（MI）、年降水量（P）、最暖月平均温度（T_w）和最冷月平均温度（T_c）是决定草原植被分布的主导气候因子。1961-2010年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原分布面积分别减少了5%、1%和62%,草原面积整体减少了11%,预示着草原向着荒漠化的方向发展。降水是决定内蒙古草原净第一性生产力变化的最重要因素。     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000-2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明：不同植被类型间的过火率存在极显著差异（P<0.001）,为草甸草原>典型草原>荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P<0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r²=-0.54,P<0.05)和典型草原（r²=-0.61,P<0.05）的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.     

Ground vegetation in the Mongolian taiga forest‐steppe ecotone does not offer evidence for the human origin of grasslands

Question: Is the vegetation of meadow and mountain steppes distinct from the ground vegetation of light taiga forests in the transitional zone between these biomes? Location: Western Khentey Mountains, northern Mongolia. Methods: Vegetation was recorded from 100‐m² plots from all dominant types of light taiga forest and dry grassland. Distinctness of ground vegetation was studied with Detrended Correspondence Analysis (DCA). Results: Ground vegetation in the light taiga was significantly different from the herbal vegetation of meadow and mountain steppes. Clear separation was only absent for the Car ex amgunensis meadow steppes that occur in a narrow strip along the forest edge and are partly shaded by trees. Forest and steppe communities followed a moisture gradient according to the DCA ordination with light taiga forests at the moistest sites and steppe communities at the driest sites. Ulmus pumila open woodlands diverged from this pattern, because of their close spatial and phytosociological relationship to mountain steppes. Conclusions: The present results do not support the assumption that grasslands in Mongolia's transitional zone between forest and steppe would generally resemble the ground vegetation of light taiga forests. This contradicts a published hypothesis stating that the vegetation of meadow and mountain steppes would not clearly differ from ground vegetation of light taiga forests in the forest‐steppe transitional zone of Mongolia.     

基于Hyperion的锡林郭勒草原光合植被、非光合植被覆盖度估算

掌握草原生态系统光合植被覆盖度(fPV)与非光合植被覆盖度(fNPV)时空动态对了解干旱半干旱草原生态系统特征(覆盖状况、火灾负载、载畜量、干扰及恢复等)及进行科学、有效地草地资源管理具有重要的意义。选取锡林郭勒典型草原为试验区,以Hypeiron高光谱数据为数据源,利用NDVI-CAI三元线性混合模型对试验区fPV和fNPV的时空动态分布进行了估算,并对不同端元选择方法(最小包含端元特征法、纯净象元指数法和实测法)对估算结果的影响进行了比较分析。研究结果表明,NDVI-CAI三元线性混合模型是同时估测锡林郭勒草原fPV和fNPV的有效方法,且估算的fPV和fNPV的季节变化与牧草的物候发育特征相吻合。不同端元选择方法对估算精度具有一定的影响,其中基于最小包含端元特征法提取端元进行估算的精度最高,fPV估算的均方根误差RMSE=4.57,估算精度EA=91.2%;fNPV估算的RMSE=5.90,EA=67.91%(样本数N=52)。     

Vegetation of the woodland‐steppe transition at the southeastern edge of the Inner Mongolian Plateau

Abstract. The vegetation of the woodland‐steppe transition in southeastern Inner Mongolia, where the East Asian monsoon climate reaches its northwestern edge, is described and analysed in this paper. The communities are classified in a phytocoenological way. 12 major types of woodland, shrubland, meadow, fen, open woodland and steppe are differentiated and described on the basis of 133 phytosociological relevés. Detrended Correspondence Analysis shows that precipitation plays a crucial role in the distribution of grassland communities while woodland and shrubland communities are controlled by both warmth and humidity conditions. Four vegetation zones can be distinguished. From the woodland to the woodland‐grassland zone, the temperature decreases and the precipitation increases with increasing altitude, which leads to the conditions suitable for the meadow and fen communities. In the direction of the woodland‐steppe zone the temperature increases while the precipitation decreases with the gradual lowering of the altitude; the steppe communities form a matrix while the woodlands have a patchy distribution. From the woodland‐steppe to the steppe zone, the precipitation rather than temperature decreases; as a result the woodland communities disappear gradually. On a local scale, geomorphologic conditions determine the vegetation pattern of the study area. Due to the existence of a sandy substrate different woodland types occur together in the woodland‐steppe transition. The local distribution of woodland and steppe communities is dependent on slope conditions. In addition, human disturbance has also influenced the composition of plant communities.     

Observation and modeling of plant biomass of meadow steppe in Tumugi, Xingan League, Inner Mongolia, China

We examined the long-term dynamics of plant biomass of Filifolium sibiricum steppe, Stipa baicalensis steppe and Leymus chinense (syn. Aneurolepidium chinense) steppe relative to interannual variation of precipitation and temperature during 1981–1990 in the Tumugi, Xingan League, eastern Inner Mongolia of China. On the average, annual precipitation was 41.1 cm. Peak live aboveground biomass (PLAB) was 152 g m^-2 for F. sibiricum steppe and S. baicalensis steppe and 162 g m^-2 for L. chinense steppe. Peak live belowground biomass (PLBB) varied between 968 g m^-2 for F. sibiricum steppe and 1022 g m^-2 for L. chinense steppe. The coefficient of variation (CV) in annual precipitation (25%) was lower than the CV in PLAB (35% to 37%) but larger than the CV in PLBB (10%) of the three meadow steppe sites. Rain use efficiency was 3.6 gDM m^-2 cm^-1 yr^-1 for F. sibiricum steppe and S. baicalensis steppe, and 3.9 gDM m^-2 cm^-1 yr^-1 for L. chinense steppe, respectively.Using the CENTURY ecosystem model, simulation results agreed reasonably well with the observed soil organic matter, seasonal dynamics and interannual variation of plant biomass of these three steppe sites during 1981–1990. The CENTURY model is slightly more successful than the empirical regression models that use annual precipitation to estimate PLAB of these meadow steppe over time. Both seasonal distribution and interannal variation in precipitation and temperature are the important controls of temporal dynamics of plant biomass, rain use efficiency, carbon flux and storage of these meadow steppe ecosystems over time.     

内蒙古荒漠草原37种植物氮与灰分含量的特征

本文报告了内蒙古荒漠草原地区37种植物氮、硅与灰分含量的组成特征,结果表明,荒漠草原区植物的平均含硅量(1.019%),灰分含量(12.85%)都高于草甸草原与典型草原,而其含氮量(2.16%)都低于草甸草原与典型草原。在内蒙古草原区,植物化学元素组成呈现了地带性分异的特征。