格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。     

环青海湖地区天然草地时序光谱特征参量分析

获取了环青海湖地区4类主要天然草地2003年5~10月共16个时相的地面高分辨率光谱数据,并利用植被指数技术、导数光谱技术、植被光谱维特征提取模型及包络线归一化技术提取了多个光谱特征参量,通过对各参量在生育期内分布规律的分析,给出了能较好地表征草地生长发育规律时序特征参量的具体分布;最后计算了4类天然草地各时序特征参量的平均散度,结果表明黄边位置λY、红边位置λV、红边斜率SV、绿峰半高宽wλG、红谷半高宽wλR、去包络红谷净面积AR'和归一化植被指数NDV I对于天然草地分类更有效。     

近20年青藏高原东北部禾本科牧草生育期变化特征

利用1988—2010年青藏高原东北部地区5个站点牧草生育期地面观测数据,分析了近20年代表性牧草返青、开花、黄枯期及生长季的变化趋势,并通过偏相关分析探讨了气温和降水对牧草生育期的关系。结果表明,近20年青藏高原东北部牧草生育期北部推迟南部提前的特征明显。南部的三江源区域返青、开花与黄枯期总体呈显著提前趋势,其中曲麻莱羊茅返青期提前的倾向率达到-4 d/10 a,开花期为-13 d/10 a,黄枯期达到-9 d/10 a,且均通过0.01的显著性检验水平。北部环青海湖区域的海北西北针茅生育期则表现出一定的推迟趋势。生长季长度北部地区延长,而南部除甘德(垂穗披碱草)外均呈明显缩短趋势。近20 a黄枯期的变化幅度明显大于返青期,使得生长季长度的变化更多地受黄枯期变化的影响。1月和3月气温是影响研究区牧草返青最主要的气候因子,气温增高返青提前。开花期南北差异明显,北部与同期气温呈明显负相关关系,南部则主要与开花前2—3个月的降水量密切相关,降水增多大部地区开花期提前。此外,降水也是各地牧草黄枯的主要影响因子。     

青海高原植被净初级生产力变化规律及其未来变化趋势

利用青海省43个气象台站1961—2009年的气象资料、22个样点生物量资料以及未来SRESA1B情景下的气象数据,验证了周广胜模型在青海地区的适用性,并根据此模型,计算了青海省1961—2009年及2020年、2050年和2080年NPP变化趋势。结果表明:周广胜模型所计算出的NPP值与实测值具有很好的相关性,此模型在青海高原具有一定的适用性;1961—2009年青海省平均NPP呈增加的趋势,趋势系数为0.067t.hm-2.10a-1,各地NPP变化趋势不尽相同,趋势系数为0.006～0.147t.hm-2.10a-1,其中柴达木盆地东部NPP增加趋势最明显,趋势系数为0.077～0.147t.hm-2.10a-1,果洛大部分地区NPP增加较小,趋势系数为0.006～0.030t.hm-2.10a-1;在气候变暖背景下,降水量和温度均与NPP存在较高的相关性,但降水量对NPP的影响效应大于温度;未来100年NPP变化趋势系数大致呈由东向西逐渐减小的趋势,青海东部地区NPP增加最为明显,为1.35～1.49t.hm-2.100a-1,青海西北部尤其是柴达木盆地和三江源区的部分地区NPP变化系数较小,为0.5...     

青藏高寒区退化草地生态恢复:退化现状、恢复措施、效应与展望

青藏高寒区属于独特而典型的高原生态系统,草地生态系统作为其重要组成部分,在对高寒区生态安全以及农牧民生计的维系中,占有举足轻重的地位。目前,青藏高寒区的草地生态系统退化严重,因此该区退化草地的生态恢复工作是国家生态工作的重中之重。近年来,已有大量研究提出了各种有效的恢复手段,但缺乏因地制宜的系统性总结和论述。基于此,在已有研究的基础上,阐述了青藏高寒区退化草地现状,总结了高寒区各生态类型分区的主要生态问题,明确了不同集成技术与模式的适用区域和范围,同时对这些技术、措施和模式的恢复效果和恢复机制进行分析和讨论。并对未来高寒草地生态系统的研究进行了展望,以期为青藏高寒区退化草地的恢复治理、高寒草地生态系统结构和功能稳定性维系提供系统的理论基础与技术支撑。     

三江源区近60年不同气候态极端气温事件时空分布特征

利用1961—2020年三江源区23个国家气象站点的逐日最高温度和最低温度资料,通过划分1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年和1991—2020年4个气候态(分别记做第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ气候态),分析不同气候态中极端高温和极端低温事件的阈值、频次和强度的时空分布特征并探索其变化原因。空间分布上,极端温度阈值基本表现为海拔越高阈值越低且东西向逐渐降低,不同气候态存在一定的非对称性增温的特征。极端高温频次和强度的空间分布区域性和规律性均优于极端低温,表现为第Ⅰ、Ⅱ气候态自西向东递减,第Ⅲ、Ⅳ气候态自西向东递增的径向空间分布特征;时间变化上,极端高温频次和强度均呈现弱增加-迅速增加-增速放缓的整体增加趋势,而极端低温不同气候态中频次和强度时间变化趋势特征并非全部一致,表现为频次显著增加极端性降低-频次增加极端性增加-频次显著减少极端性显著降低,极端性的下降与三江源区生态保护政策的实施保持一致。进一步归因分析后发现,极端气温与多个环流系统遥相关且存在较好的因果关系,国省碳排放也对极端气温时间序列变化有较好的滞后响应。     

青海省门源县1980-2015年青稞物候期变化趋势及其驱动因素

利用1980-2015年青海省门源县农业气象站的青稞物候期及平行气温和降水资料,分析了气候变化背景下青海省门源县青稞物候期变化趋势及其驱动因素,结果表明：播种、出苗和拔节期呈推迟趋势,其余物候期均呈提前趋势。其中播种期以2.65d/10a的趋势显著推迟,分蘖期、抽穗期分别以4.78d/10a和2.30d/10a的趋势显著提前。显著影响青稞物候期的气候因子为气温、降水和积温。播种前0℃活动积温升高1℃·d,期间降水量增加1mm,播种期推迟0.252d;稳定通过0℃积温增加1℃·d,分蘖期提前0.026d;4月最低气温升高1℃,抽穗期提前1.890d。自20世纪90年代出现播种推迟、分蘖期和抽穗期提前、驱动因子升高突变现象。物候期与驱动因素开始突变基本同步,表明青海高原气候变暖是青稞物候期变化的主导因素。     

基于SPEI指数的近52年青海省农(牧)作物生长季干旱动态格局分析

标准化降水蒸散指数(the standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)是国际上最新发展的适用于气候变暖背景下多时间尺度干旱监测与评估的理想指标。本文利用1961—2012年青海省47个气象站点逐月的平均气温和降水数据,基于SPEI分析了近52年气候变化背景下青海省农作物生长季多时间尺度干旱风险的时空变化特征。结果表明:生长季干旱风险突出,时空差异显著;在气候变化背景下,生长季生育前期干旱化趋势小于需水关键期和全生育期趋势,生长季内干旱有以生育前期干旱为主向需水关键期干旱为主转变的特点。与此同时,干旱发生范围也有明显扩大趋势;在区域平均增暖1.36℃情况下,青海省农作物生长季中度以上干旱风险平均增加了2倍;进一步印证了气候变暖在带来可能收益的同时由于气候变率的增大及水热匹配的不均匀而增加农牧业生产的不稳定性。     

青海湖北岸高寒草甸草原生态系统CO2通量特征及其驱动因子

 草甸草原是青藏高原的重要植被类型, 与其他植被类型相比, 其碳交换过程和驱动机理的研究仍较薄弱。利用青海湖东北岸草甸草原的涡度相关系统观测的连续数据(2010年7月1日–2011年6月30日), 分析了草甸草原CO₂通量特征及其驱动因子。结果表明: 草甸草原净生态系统CO₂交换量(NEE)在植物生长季的5–9月, 其日变化主要受控于光合光量子通量密度(PPFD); 而非生长季(10月21日–4月19日)和生长季初(4月下旬)、末期(10月中上旬) NEE的日变化主要受气温(T_a)的影响。CO₂
日最大吸收值和释放值分别出现在7月1日(11.37 g CO₂·m^–2·d^–1)和10月21日(4.04 g CO₂·m^–2·d^–1)。逐日NEE主要受控于T_a, 两者关系可用指数线性(explinear)方程表示(R² = 0.54, p < 0.01)。叶面积指数(LAI)和增强型植被指数(EVI)对逐日NEE的影响表现为渐近饱和型, LAI和T_a交互作用明显(p < 0.05), EVI的主效应强烈(p < 0.001)。生态系统的呼吸熵(Q₁₀)为2.42, 总呼吸(R_eco)约占总初级生产力(GPP)的74%。生长季适度的昼夜温差(<14.8 ℃)有利于系统的碳蓄积。研究时段该草甸草原作为碳汇从大气吸收271.31 g CO₂· m^–2。     

气候变化背景下青藏高原东部猪毛蒿物候的变化规律和影响因素

近几十年来青藏高原正经历着广泛而深远的气候变化,这种变化对当地物种的物候及分布格局产生了显著影响。猪毛蒿作为干旱半干旱地区的优势物种和影响群落稳定性的关键物种,青藏高原东缘是其重要的分布区域之一,然而其物候将如何应对气候变化目前我们尚不清楚。为此,基于青海省东部连续20年的气象数据和原位物候观测实验,探讨猪毛蒿物候的变化规律及量化不同气候因子的相对贡献率。结果表明：1)过去20年间年均温和年均每日日照时长分别呈现出显著的上升和下降趋势,而年降水和年均每日最大风速没有显著的变化;2)20年间猪毛蒿返青-开花的时间间隔和开花-结果的时间间隔并未表现出显著的变化趋势,结果-枯黄的时间间隔显著缩短;3)所有气候因子均对猪毛蒿不同物候的时间间隔有显著影响,其中最大风速是影响猪毛蒿物候时间间隔最重要的气候因子。这一研究发现可以为气候变化情景下青藏高原高寒植物的保护和利用提供理论依据。