植被覆盖度对夏季降温效应的影响——以内蒙古为例

随着全球变暖的加剧,区域热环境问题日益凸显,植被的降温作用逐渐得到广泛关注。目前已有的研究多从样地尺度分析不同类型植被的降温效应。而区域尺度的研究多从定性的角度揭示地表温度与植被覆盖的关系,对评估植被的实际降温效应具有一定的局限性。以内蒙古为研究区,以MODIS地表温度数据为基础,采用近邻分析法,将森林、灌丛和草地的MODIS地表温度与相邻5km范围内的低覆盖地表作为对照,分析植被的降温效应以及植被覆盖度对降温效应的影响。从2015年7月地表温度平均值的结果来看,降温度数在蒙东、蒙中和蒙甘区均呈现森林>灌丛>草地。森林的降温范围在0.67-1.03℃,灌丛为0.60-0.95℃,草地为0.47-0.86℃。植被降温度数与植被覆盖度的回归拟合为对数分布,均呈显著正相关（P<0.01）。且在不同的植被覆盖度范围内植被降温效应具有显著差异,植被覆盖度水平较低时（<40%）,植被覆盖度的增加能更显著地降低地表温度。从整体来看,植被覆盖度每增加10%,森林降温0.12-0.39℃;灌丛降温0.1-0.2℃;草地降温0.049-0.075℃。综上,内蒙古作为全球气候变化最为敏感的区域之一,研究植被的夏季降温效应能够为内蒙古的气候调节服务评估提供重要的理论支撑及案例参考。     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

1982-2018年中国植被覆盖变化非线性趋势及其格局分析

探究植被覆盖变化是评估陆地生态系统环境变化的重要手段,但现有研究多采用线性趋势来表达植被覆盖的变化情况而忽略了趋势的非线性。本文使用GLASS FVC数据,利用BFAST方法和格局分析,探讨了1982-2018年我国植被覆盖变化的非线性趋势及其分布格局。结果表明：（1）与线性趋势方法的对比发现,BFAST的检测结果揭示了四川盆地、黄土高原等地的植被覆盖显著增加趋势其实存在中断,青海和东北等地植被覆盖经历了由退化到改善的过程而并非简单的线性增加,而青藏高原中东部等地则由原先的改善趋势变为了退化趋势。（2）将非线性趋势结果进行分类,其中单调型增加类型占比最多,达到33.58%,主要分布在内蒙古、陕西及河南等地;单调型减少占比1.82%,主要分布在东南沿海地区;中断型增加占比22.91%,主要分布在四川盆地东部和华北地区;中断型减少占比2.68%,主要分布在青藏高原东南部;由增到减占比4.20%,主要分布在青海等地;由减到增占比14.62%,主要分布在吉林等地。大范围的植被覆盖增加趋势充分反映了我国过去几十年植被的改善,但同时存在的减少趋势表明潜在的植被退化风险仍不可忽视。（3）不同趋势类型发生改变的时间有所差异,总体上1988-1999年间发生的改变较少,而2000-2011年间发生的改变较多,我国21世纪以来实施的大规模生态保护和恢复工程对植被的改善过程有重要影响。（4）分布格局上,植被覆盖改善趋势类型（单调型增加,中断型增加,由减到增）呈现大聚集,小分散的特点,具有复杂的形状;退化趋势类型（单调型减少,中断型减少,由增到减）的面积均较小,分布也相对离散。全国尺度上趋势空间格局呈现一定规律但分布的异质性较大,区域尺度上植被覆盖经受的干扰显著,变化过程实际也是较为复杂的。本研究表明,使用非线性趋势方法和格局分析,可以更准确地评估植被覆盖的时空变化,从而为生态环境相关工作的开展提供科学的参考。     

2000年以来中国潜在植被净初级生产力的时空分布模拟

潜在植被的净初级生产力（Potential net primary production, PNPP）是在无人类干扰情况下,立地所能发育形成最稳定成熟植被的净初级生产力,PNPP能够直接反映自然生态系统的质量状况,是分离人类活动对生态环境影响的重要指标。本文改进了CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型,引入潜在光合有效辐射吸收比例（Fraction of photosynthetically active radiation, PFPAR）模拟了2000－2020年中国植被PNPP的时空分布格局。结果表明：中国PNPP空间分布差异较大,东南沿海和东北大、小兴安岭地区PNPP较高,新疆、西藏等西部干旱、高寒地区PNPP较低,呈现以400mm等降水量线为界的空间分异格局。2000－2020年,中国PNPP总体上呈现递增趋势,年际波动小,PNPP减少的区域与增加的区域面积基本相等。PNPP波动较大的地区主要位于青藏高原、四川盆地和贵州高原。研究结果量化了气候变化背景下真实的生态状况和潜在生态状况的差异,可分离出人类活动对自然生态系统的直接影响,为制定针对性的生态修复对策提供了科学依据。     

库布齐沙漠南缘风沙-植被相互作用及其景观效应

干旱区尤其沙漠边缘地区的风沙与植被相互作用对塑造地表景观具有重要意义。选择库布齐沙漠南缘的油蒿灌丛地为研究区,开展了植被调查、风沙流观测和表层沉积物粒度采样测试,分析了顺风向植被盖度、风沙流结构与沉积物特征的沿程变化,探讨了风沙-植被相互作用及其对地表景观格局的影响。结果表明,风沙流与植被相互作用方式的改变使植物生长状况与地表蚀积模式发生变化,进而导致顺风向景观表现出明显的空间异质性。自上风向裸地过渡到均匀分布的新生油蒿和油蒿灌丛再至斑块状分布的灌丛沙堆,植被盖度与覆沙厚度先增大后减小,空气动力学粗糙度沿程不断增加且在过渡时其增幅最大,输沙率与沉积物粒度呈先减小后增大趋势,并在植被盖度与覆沙厚度最大处出现最小值。在沙漠边缘剥蚀高原上,起初适量风沙堆积促进油蒿定植与生长,均匀分布的油蒿灌丛进一步促进沙物质堆积,但当堆积厚度超过油蒿耐沙埋深度时发生退化,灌丛出现斑块状分布且风沙流在丘间地处侵蚀。据此,可理解为剥蚀高原风沙区景观异质性是风沙与植被相互协同与抑制作用的结果。     

基于VAR模型的森林植被碳储量影响因素分析——以陕西省为例

森林作为陆地生态系统最大的碳库,对现在及未来的气候变化、碳平衡都具有重要影响。而对影响森林植被碳库的自然和非自然因素进行研究更是对增强森林的碳汇作用,继而改善生态环境状况意义重大。现有的森林动态模型虽然可以很好的模拟碳储量各影响因子之间的联系,但研究往往集中于小尺度从单一影响因素着手,且由于确定模型输入变量和参数的复杂性,使得这些模型在区域甚至更大尺度上的应用存在着一些困难。因此,运用VAR模型,以陕西省为例,构建森林植被碳储量与病虫害发生面积、木材产量、森林火灾面积、森林抚育面积、人工更新造林面积、降水和温度之间的动态关系,来验证该模型在省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析中的可行性。结果表明:各变量在5%的显著性水平下呈一阶单整序列并具有长期稳定的均衡关系,VAR模型也通过了平稳性检验满足运行的前提条件。通过脉冲响应和方差分解分析可知,森林病虫害、木材产量对陕西省森林植被碳储量呈现出很明显的负作用,并且贡献度很高,分别为5.61%和4.52%;森林抚育、人工更新造林对碳储量的影响存在一定的滞后期;火灾、温度和降水的冲击给碳储量带来的影响均不明显。模型较好的模拟了各影响因素对陕西省碳储量的影响,且具有一定的现实意义,因此,该模型可应用于省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析。     

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)。     

盐池县2000-2012年植被变化及其驱动力

荒漠草原区的植被对防治荒漠化、维护生态屏障具有决定性作用,宁夏盐池县作为其典型代表,近13年的植被变化深受气候变化和人类活动的综合影响。基于MODIS NDVI等数据,运用趋势分析、经验模态分解和空间叠置分析等方法,对盐池县2000—2012年的植被动态变化进行研究,结果表明:(1)2000—2012年盐池县NDVI在0.2—0.4之间呈波动上升趋势,上升幅度为0.078/10 a,上升趋势显著;总体来说,植被稳定性低,年际间波动或转换频繁、幅度大;(2)NDVI的波动分量与残余分量方差贡献率各占50%,且NDVI波动呈减弱趋势。促使NDVI波动的主控因子是年降水量,但其影响在减弱;(3)推动NDVI趋势性上升的主要因素是土地利用方式改善和类型变化,但土地利用方式改善对NDVI的贡献远远大于土地利用类型变化对NDVI的贡献。因此,荒漠草原区的生态改善应以保护为主,辅之以必要的生态重建,走以适度开发带动整体保护的道路。     

矿区不同复垦措施对土壤碳矿化和酶活性的影响

矿区废弃地生态退化形势严峻,生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施,目前关于矿区复垦后土壤碳矿化和酶活性变化的研究较少。以山西省孝义市露天矿区复垦区为研究对象,植被恢复类型包括了百脉根、苜蓿、油松和柳树-圆柏混交林,并对其分别进行不施肥(对照)、无机肥、复合肥和有机肥处理,从而研究植被类型与施肥方式对矿区土壤碳矿化和酶活性的影响。结果表明,乔本比草本恢复类型的土壤有机碳矿化潜势大,不同施肥条件的土壤有机碳矿化潜势和累积量趋势基本为:对照无机肥复合肥有机肥;4种土壤酶活性因植被恢复类型和施肥处理的不同而差异显著,不同土壤酶与降解特性不同的有机碳间相关性有所不同。土壤碳矿化累积量和酶活性均受植被恢复类型、施肥处理及两者交互作用的显著影响,因此对复垦措施敏感的土壤有机碳矿化和酶活性可作为评价复垦措施的指标。     

基于中高分辨率遥感的植被覆盖度时相变换方法

植被覆盖度是衡量地表植被状况、指示生态环境变化的一个重要指标,也是许多学科的重要参数。传统的测量方法难以获取时间连续的面状数据,且耗时、耗力,很难大范围推广。遥感估算方法虽然可以弥补传统方法的不足,但由于云覆盖等天气条件的影响,获得同一时相覆盖整个研究区的遥感影像非常困难,时相的差异必然导致研究结果产生误差。针对植被覆盖度这一重要生态参数,结合低分辨率遥感数据的时间优势和中高分辨率遥感数据的空间优势,提出一种时相变换方法,将源于中高分辨率影像的植被覆盖度变换到研究需要的时相上。首先,利用像元二分模型计算MODIS尺度的时间序列植被覆盖度,并利用已经获得的SPOT影像计算其获取时相上的植被覆盖度;其次,利用土地利用图划分植被覆盖类型,并利用MODIS数据和土地利用数据之间的空间对应关系制作MODIS像元内各类植被覆盖的面积百分比数据;再次,利用面积百分比数据提取各类植被覆盖的纯像元,结合MODIS植被覆盖度时间序列,从而提取各类植被覆盖纯像元的植被覆盖度时间序列曲线;最后利用像元分解的方法提取MODIS像元内各类植被覆盖组分的植被覆盖度的变化规律,将其应用到该组分对应位置上SPOT像元的植被覆盖度上,从而将其变换到所需要的时相上。在密云水库上游进行试验,将覆盖研究区的10景SPOT5多光谱影像计算的植被覆盖度统一变换到7月上旬,结果显示:视觉效果上明显好转,且空间上连续一致;变换前后植被覆盖度的统计量对比结果也符合植被生长规律;利用外业样点数据与对应位置的植被覆盖度变换结果进行回归分析,结果发现各植被覆盖类型的R2均在0.8左右,表明变换结果与实测值非常接近,时相变换的效果较好,从而可以很好地促进相关研究精度的提高。