中国东部南北样带主要植被类型归一化植被指数对气候变化的响应及不同时间尺度的差异性

植被的动态变化及其与环境的关系已成为全球变化研究的热点问题。陆地样带是进行全球变化驱动因素梯度分析的有效途径。该研究依托中国东部南北样带(NSTEC), 对南北样带不同时间尺度的气候因子和植被活动变化特征进行了分析, 并重点阐述了具有代表性的12种植被类型对气候因子的响应方式。研究结果表明: 南北样带植被的归一化植被指数(NDVI)的变化同时受控于气温和降水, 但是在不同的空间和时间尺度上植被NDVI的响应方式各异。在年时间尺度上, 只有温带落叶灌丛(TDS)的NDVI受气温控制; 而温带禾草草原(TGS)和亚热带和热带针叶林(STCF)的NDVI同时受气温和降水调控。其他植被类型的年NDVI与年平均气温和年总降水量没有直接显著的联系, 而受年内气温变化和降水分配状况的影响更大。在月时间尺度上, NDVI与气温的关系在不同类型植被之间存在很大差异。一般而言, 植被NDVI与前4个月内的气温关系最为密切, 并且从1月份到4月份气温的滞后时长在缩短。其中, 温带针叶林(TCF)、温带落叶阔叶林(TDBF)、TDS、STCF和亚热带热带草丛(STG)等植被类型, 5-8月的NDVI与气温普遍呈负相关关系。草原和灌丛植被类型当月NDVI与当月降水量主要以正相关为主, 而森林类型当月NDVI与当月降水量主要以负相关为主。     

科尔沁沙质草地生物量积累过程对降水变化的响应模拟

科尔沁沙地是中国北方严重的沙漠化区域之一,理解其沙质草地生物量积累对降水变化的响应有利于该区域的生态恢复和后续经营管理。在植被-土壤水分耦合模型的基础上结合植被阈值-迟滞响应模式(T-D),在点尺度上模拟科尔沁沙质草地生长季植被生物量积累过程对降水变化的响应。结果表明(1)植被生物量积累对降水量变化表现出明显的非线性响应。降水量增加,促进植被生物量积累,反之则抑制生物量积累,但在同等程度的降水量变化下生物量积累对降水增加的响应远大于对降水量减少的响应。(2)生物量积累对降水频率变化的响应与单次有效降水量变化在干旱年和湿润年都显著正相关,但与累计有效降水量相关性微弱,而与有效降水间隔变化只在干旱年显著相关,表明在不同年份间降水频率变化实际上通过改变单次有效降水量和有效降水间隔来影响生物量的积累。(3)生物量积累过程对降水频率变化存在明显的响应阈值,但该阈值在不同的降水量和降水特征下并不相同。科尔沁沙质草地植被生物量积累过程对降水变化有明显的响应,植被-土壤水分耦合模拟与T-D模型的结合能有效地在日尺度上识别这种响应,这为探究植被和降水关系提供了新工具。     

青藏高原植被样带地上部分生物量的分布格局（英文）

 实测了青藏高原植被样带22个地区不同植被类型的地上部分生物量并进行了格局分析。对于未受人为干扰的以常绿阔叶林为基带的亚高山天然植被,随着海拔升高,地上生物量呈递增趋势,在一定海拔高度达最大,海拔继续升高地上生物量则迅速下降。这一垂直分异规律在一定程度上反映了全球地带性森林植被最大生物量分布的纬向分异性。基于Weber定律的回归分析表明,地上生物量与水热因子的相关关系可用Logistic函数拟合,1月平均气温、7月平均气温、年平均气温、年降水量及其组合因子可解释高原植被样带地上生物量变化的28%～53%,其中年降水量及其同年平均气温的组合与地上生物量的相关性最高（R2为0.46～0.53,p<0.001）。但是,年降水量和平均气温的变化不足以解释西藏色齐拉山暗针叶林具有最高的地上生物量。我们认为,自然植被地上部分生物量的分布格局受到更为复杂的气候因子的制约,例如太阳辐射、湿度、风、水分和能量平衡等。     

中国东北样带的梯度分析及其预测

陆地样带研究已成为国际地圈-生物圈计划(IGBP)全球变化研究的重要手段与热点。中国东北样带(NECT)已被列为IGBP国际全球变化陆地样带之一。该样带在东经112°与130°30＇之间沿北纬43°30＇设置,长约1600km,是一条中纬度温带以降水为驱动因素的梯度,具有由温带针阔叶混交林向温带草原的3个亚地带——草甸草原、典型草原与荒漠草原过渡的空间系列。该样带上有4个生态实验站。在大量的固定样地、实验调查研究资料与数据的基础上给出了样带的初步梯度分析及在全球变化图景下的预测,包括其地理位置、设置意义、地形地貌、气候梯度、土壤类型、植被类型和土地利用格局,一个遥感数据驱动的模型和NPP模型在整个样带上运行过。今后NECT将在生物地球化学循环(水、C、N、P等与痕量气体CO_2、CH_4等)、生态系统结构、功能与动态、生物多样性、土地利用与土地覆盖、动态全球植被模型(DGVM)以及高分辨率遥感数据应用等方面得到加强,将成为我国全球变化与陆地生态系统(GCTE)与其它IGBP核心项目研究的前沿阵地。     

CO2倍增条件下中国亚热带常绿阔叶林优势种及常见分布区的可能变迁

利用Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ生命地带分类系统预测了ＣＯ２浓度倍增条件下中国亚热带常绿阔叶林植被地带及优势种和常见种分布的可能变化,计算了优势种及常见种在气候变暖后分布区的变迁幅度。在ＣＯ２倍增,气温分别升高２℃和４℃,降水增加２０％的条件下,常绿阔叶林优势种及常见种的分布范围发生变化。气温升高２℃,纬向上扩大了３个纬度,经向上也扩大了３个经度左右;气温升高４℃,纬向上扩大了近６个纬度,经向上有的种扩大,     

浑善达克沙地无芒雀麦(Bromus inermis)空间分布格局

通过西北-东南和东北-西南方向两条宽5m×长3km的样带和一块4m×4m的样方调查,研究了浑善达克沙地无芒雀麦、植被、土壤水分及土壤盐分的空间变异特点及其相互关系。结果表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度、土壤水分和土壤盐分的空间变化格局相似,然而,在不同的空间方向上,它们具有不同的空间变化;样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数和土壤盐分具有相似的空间变化格局,但却不同于植被地上部总生物量和土壤水分的空间变化格局。相关分析表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度与土壤水分和土壤盐分之间均具有显著的正相关关系。土壤水分和土壤盐分也具有显著的正相关。样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数及植被地上部总生物量与土壤水分均具有显著的正相关关系,但与土壤盐分没有显著的相关关系。无芒雀麦地上部生物量、分株数和植被地上部总生物量三者之间,以及土壤水分和土壤盐分之间也均具有显著的正相关关系。研究结果表明了植被与土壤之间的相互关系依赖于空间尺度。     

乌兰巴托-锡林浩特样带草地植被特征与水热因子的关系

2012年夏季,研究人员对蒙古高原长约1100km的乌兰巴托—锡林浩特草地样带开展考察,获取了46个样地的物种数量、地上生物量等数据;基于全球GHCN(全球历史气象网络)数据集,提取了样带夏季(6—8月)月均温度和降水总量;继而根据自然地理和行政区边界,将草地样带大致分成北部(蒙古国乌兰巴托—蒙古国艾日格)、中部(蒙古国艾日格—中国苏尼特左旗)和南部(中国苏尼特左旗—中国锡林浩特),开展了分析。研究表明:(1)样带夏季平均温度的空间分布形态呈现明显的倒"U"型分布,南北两端温度较低,中部温度较高;夏季降水量在空间上的分布形态则与之相反,呈现南北两端降水量较高,中部降水量较低的正"U"型分布;(2)样带上植物物种数量、地上生物量的空间分布形态均呈现正"U"型分布,即在生态景观类型为典型温性草原的样带南部和北部地区,其生物多样性、地上生物量明显好于呈现为温性荒漠草原、温性荒漠景观的样带中部地区。(3)相关分析体现了大尺度(高原样带尺度)上植被特征与水热环境因子间的关系:植物物种数量、地上生物量与夏季月均温度均呈现负相关,而与夏季降水总量则呈现正相关关系。(4)偏相关分析反映了局地小尺度上植被特征与水热环境因子间的关系:温度和降水要素对于植物物种数量、地上生物量均呈现正相关。     

土地利用约束下中国东部南北样带生产力和植被分布对全球变化的响应

对现有的区域植被动态模拟模型进行了改进,使之包含了土地利用分布格局对植被和生态系统相关过程的影响。改进后的模型被用地研究中国东部南北样带(NSTEC)植被和净第一性生产力对未来气候变化的响应。模拟结果显示土地利用格局对未来气候条件下植被分布的变迁和生产力形成过程有非常显著的影响。与没有土地利用约束的情形相比较,土地利用作为限制条件缓减了植被类型之间的竞争,从而减少了模拟的样带区域内常绿阔叶林,但增加了模拟灌木和草地的分布。土地利用约束使得模拟得到的当前条件下的净第一性生产力更为接近实际情况,且未来气候条件下的生产力改变量更为可信。对未来CO2倍增条件下7个大气环流模型预测的气候情景的模拟结果表明：落叶阔叶林将显著增加,但针叶林、灌木和草原的分布将下降。未来气候条件下NSTEC样带的净第一性生产力总量将增加。预测样带北部的净第一性生产力的变化范围大于样带南部。温度变化比降水变化对样带的生产力具有更强的控制。     

土地利用约束下中国东部南北样带生产力和植被分布对全球变化的响应

对现有的区域植被动态模拟模型进行了改进,使之包含了土地利用分布格局对植被和生态系统相关过程的影响.改进后的模型被用于研究中国东部南北样带(NSTEC)植被和净第一性生产力对未来气候变化的响应.模拟结果显示土地利用格局对未来气候条件下植被分布的变迁和生产力形成过程有非常显著的影响.与没有土地利用约束的情形相比较,土地利用作为限制条件缓减了植被类型之间的竞争,从而减少了模拟的样带区域内常绿阔叶林,但增加了模拟灌木和草地的分布.土地利用约束使得模拟得到的当前条件下的净第一性生产力更为接近实际情况,且未来气候条件下的生产力改变量更为可信.对未来CO2倍增条件下7个大气环流模型预测的气候情景的模拟结果表明:落叶阔叶林将显著增加,但针叶林、灌木和草原的分布将下降.未来气候条件下NSTEC样带的净第一性生产力总量将增加.预测样带北部的净第一性生产力的变化范围大于样带南部.温度变化比降水变化对样带的生产力具有更强的控制.     

浑善达克沙地无芒雀麦（Bromus inermis）空间分布格局

通过西北-东南和东北-西南方向两条宽5m×长3 km的样带和一块4m×4m的样方调查,研究了浑善达克沙地无芒雀麦、植被、土壤水分及土壤盐分的空间变异特点及其相互关系。结果表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度、土壤水分和土壤盐分的空间变化格局相似,然而,在不同的空间方向上,它们具有不同的空间变化;样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数和土壤盐分具有相似的空间变化格局,但却不同于植被地上部总生物量和土壤水分的空间变化格局。相关分析表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度与土壤水分和土壤盐分之间均具有显著的正相关关系。土壤水分和土壤盐分也具有显著的正相关。样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数及植被地上部总生物量与土壤水分均具有显著的正相关关系,但与土壤盐分没有显著的相关关系。无芒雀麦地上部生物量、分株数和植被地上部总生物量三者之间,以及土壤水分和土壤盐分之间也均具有显著的正相关关系。研究结果表明了植被与土壤之间的相互关系依赖于空间尺度。     

CO_2倍增条件下中国亚热带常绿阔叶林优势种及常见种分布区的可能变迁

利用Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ生命地带分类系统预测了ＣＯ２浓度倍增条件下中国亚热带常绿阔叶林植被地带及优势种和常见种分布的可能变化,计算了优势种及常见种在气候变暖后分布区的变迁幅度。在ＣＯ２倍增,气温分别升高２℃和４℃,降水增加２０％的条件下,常绿阔叶林优势种及常见种的分布范围发生变化。气温升高２℃,纬向上扩大了３个纬度,经向上也扩大了３个经度左右;气温升高４℃,纬向上扩大了近６个纬度,经向上有的种扩大,有的种缩小。分布范围窄的优势种和常见种,在气候变暖后其分布区变得更窄,而那些分布范围较宽的种,则分布区越来越大。     

青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系

青藏高原草地生物量大部分分布于地下,地下生物量在其碳循环研究中起着重要的作用.基于大规模野外样地调查数据,分析比较了青藏高原南北和东西样带上草地地下生物量与环境因子的相关关系,探讨了环境因子对地下生物量控制作用的区域差异.研究结果表明:对于所有采样点而言,青藏高原草地地下生物量的环境控制因素主要有土壤含水量、表层土壤有机碳和全氮含量.通过比较南北和东西样带研究结果发现,草地地下生物量与土壤含水量、土壤表层有机碳和全氮含量相关的显著性水平,在东西样带上明显高于南北样带.同时,东西样带上草地地下生物量与降水量有显著正相关关系,这种关系在南北样带上不显著,表明水分对东西样带草地地下生物量的控制作用较强.气温与南北样带草地地下生物量呈显著负相关,但与东西样带草地地下生物量相关不显著,由此说明环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异.     

内蒙古草地样带植物群落生物量的梯度研究

采用样带法对内蒙古草地植物群落生物量沿水热梯度的变化特征进行了研究,并对几种回归方法进行了比较。一元回归结果表明:在本样带的限定范围内,生物量与年均温、≥0 ℃年积温、≥10 ℃年积温、年实际日照总时数等热量因子呈负相关(年均温的相关性最高),而与年降水量、年均相对湿度等水分因子呈正相关(年均相对湿度的相关性最高),其中年均温和年均相对湿度对生物量的影响最为显著,二者对生物量的空间变异起着互为消长的作用,而海拔高度的影响则不显著。多元回归结果表明,作为半干旱区植物生长的主要限制因子,年降水量在大尺度上对生物量产生影响的途径更为复杂,但其作用不可低估。生物量和地下地上生物量比值会因不同的气候区、不同的植被类型和物种组成,对环境因子的响应程度不同,在经向、纬向和草地类型梯度上的变化特征也不同。水热的配比关系要比单一的水分和温度与植物的生长具有更紧密的关系,地下地上生物量比随着水热配比关系的变化也会呈现出不同的变化规律,其驱动因子并不一定始终都是降水。也许可以认为:半干旱/干旱的划分界限是本研究所涉及的草地样带上生物量和地下地上生物量比值沿草地类型梯度变化的一个转折界限,在此界限前后,气候对生物量的主导因素和生物量对此关键因子的响应程度都有所变化。     

北京东灵山地区植物群落多样性研究 Ⅹ.不同尺度下群落样带的β多样性及分形分析

选取不同尺度,采用β多样性指数和分形分析方法对东灵山暖温带森林样带上群落多样性随海拔梯度的空间变异规律进行了研究。结果表明,１）Ｃｏｄｙ指数揭示出乔木层在取样尺度２０ｍ和灌木层在取样尺度８０ｍ时,随海拔梯度变化呈明确的物种替代规律性;乔木层和灌木层在同一地点的物种替代速率具有互补性;群落多样性的空间变异在样带的起始（山底）和终止（山顶）地段较高。２）笔者提出的群落结构变异（ＣｏｍｍｕｎｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅＶａｒｉａｔｉｏｎ,ＣＳＶ）指数介于０～１之间,作为Ｃｏｄｙ指数的改进,它对群落多样性沿环境梯度变化的揭示更接近于实际情况;ＣＳＶ指数分析显示乔木层在＞４０ｍ取样尺度,灌木层＞２０ｍ取样尺度群落结构出现明确变异规律;物种丰富度（Ｃｏｄｙ指数）和群落结构（ＣＳＶ指数）变化规律性的表现尺度（取样尺度）不同。３）分形分析的结果,乔木主林层在２００ｍ内不同尺度间不存在相关规律,乔木更新层只在＜４０ｍ尺度显示出尺度依赖性,灌木层的尺度依赖特征则表现为小尺度变异显著而较大尺度上变异程度降低;乔木更新层与灌木层的异质性规律发生显著变化（拐点）的尺度不同,分别为４０ｍ和９０～１００ｍ。同时,还对群落学研究中的取样尺度问题进行了探讨。     

安徽省2000-2009年不同类型植被的变化及其与气温、降水的关系

为了了解安徽省不同类型植被与气候环境因子的关系,利用2000-2009年的逐月MODIS/NDVI数据、安徽省80个气象站逐日气温、降水资料和安徽省土地覆盖数据,研究了安徽省近10年来植被指数的时空变化特征及其与气温、降水的相关性.结果表明:近10年来,安徽省各覆盖类型的植被指数变化趋势不一致,作物种植区和城镇的植被指数增加显著,其他覆盖类型的植被指数变化不显著;林地的平均植被指数最高,作物种植区次之,城镇最低;植被指数的月变化在作物种植区呈现双峰型,而其他覆盖类型呈现单峰型.安徽省月平均NDVI分别与月平均气温、月降水量呈显著线性正相关和非线性正相关,降水量对植被NDVI的作用存在一个阈值,但年际关系均呈弱正相关.植被指数与气温的偏相关系数林地最高,作物种植区最低,自然植被区的偏相关系数较人工植被区的大,植被指数与降水的偏相关系数恰好相反.安徽省淮北平原中部和江淮之间北部大部分地区(非水浇地)的植被是由气温和降水的共同作用驱动;淮北中部少数格点和少数水体格点的植被是单独由降水作用驱动;除一些水面的格点是非气象因子驱动外,其他大部分地区的植被是单独由气温作用驱动.     

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义.目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样.本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较.结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟.     

兴安落叶松(Larix gmelinii)林林窗分布规律的小波分析研究

采用小波分析的方法对黑龙江省大兴安岭兴安落叶松林的林窗分布进行分析,研究结果表明：兴安落叶松林样带内计算林窗分布百分率小波变换的最佳尺度为１０ｍ 。林窗分布的疏密变化尺度为２０ｍ 左右,在样地中２０×２０ｍ ２的小区域内具有较为稳定的分布特点。在样带中林窗分布呈斑块状,且斑块分布随样带的海拔的升高呈间断性分布。小波分析被证明是植被空间格局研究的简捷可靠的新方法。     

全球气候变化对松嫩草原水热生态因子的影响

根据４个大氯环流模式ＣＯ２倍增试验结果并结合土壤水量平衡模型,气候－草原生产力统计模型及逐日气温、降水随机模拟技术评估了未来１００ａ温室效应引起的气候变化对松嫩草原土壤蒸散、土壤水分、干旱频率、活动积温,草原生产力及极端气象事件的影响。主要结论如下：土壤蒸散７～８月份有较大幅度的增加而旱季（１０～４月份有所减少,年蒸散将增加;土壤水分各月均将减少,干旱频率明显增加;≥０℃、≥１０℃活动积温明显增加     

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。     

北半球高纬度地区气候变化对植被的影响途径和机制

根据标准化植被指数（ＮＤＶＩ）探讨了植被功能的地带特征及其与温度梯度的关系。结果表明在北半球高纬度地区ＮＤＶＩ的年最大值以及该值出现的时间与温度之间存在密切的相在,但共定量关系因纬度而异,在较高纬度地带,两个参数对温度的反应更为敏感,由于这种温度作用的不均衡,气温的增加将可能导致较高纬度地带的植被在物候和生产力上更加接近较低纬度带上的植被,其结果是使大气ＣＯ２季节振幅增大,同时季节谷值出现的时间提