降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响

降水格局的变化是气候变化影响干旱和半干旱区草原植物群落结构和功能的关键过程。作为植物群落结构和功能的基本组成单位——植物功能群——对气候变化的响应差异明显。有关不同植物功能群如何响应降水格局的研究, 有助于揭示气候变化对干旱与半干旱区生态系统关键功能与过程稳定性的变异机制。该文利用1982-2015年的典型草原群落地上生物量长期动态监测数据及其所对应的气候数据, 系统揭示降水变化对干旱与半干旱区生态系统生产力的影响。主要研究结果如下: 1) 1982-2015年内蒙古典型草原区降水变化特征明显, 主要表现在降水集中度呈显著的降低趋势; 小降水事件(≤5 mm)明显增多。2)降水变化导致群落生物量呈下降趋势。其中, 多年生丛生禾草的生物量呈上升趋势; 一二年生植物、多年生杂类草、多年生根茎禾类草的生物量均呈下降趋势。3)群落生物量与生长季降水量、降水集中度呈显著的正相关关系。各功能群中, 多年生杂类草、半灌木和生长季降水量呈显著正相关关系, 灌木与降水集中度呈显著负相关关系。4)群落生物量与各等级降水的频率相关性均不显著, 但与I-II类(0.1-10 mm)降水贡献率显著负相关。各功能群中, 多年生杂类草与I类降水(0.1-5.0 mm)的发生频率和降水贡献率均呈显著的负相关关系, 与VI类降水(20-25 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。多年生根茎禾类草和VIII类降水(>35 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。说明小降水事件的增加将显著降低群落的地上生物量, 小降水事件对干旱、半干旱区植被生长具有重要的生态学意义。     

基于机器学习算法的草地地上生物量估测——以祁连山草地为例

草地地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）是指导畜牧业生产管理的重要指标,是草畜平衡综合分析的基础。目前,有关祁连山草地AGB反演的研究较少,且多源数据间的尺度差异问题并未得到很好的解决。为了解祁连山草地AGB的空间分布状况,利用Sentinel-2多光谱数据、无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）数据以及2021年植被生长期实测草地AGB数据实现了空天地一体化监测,通过决策树回归（Decision Tree Regression,DTR）、随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）、梯度提升决策回归树（Gradient Boosting Regression Tree,GBRT）以及极致梯度提升（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）共4种算法反演草地AGB的适用性分析,利用最优模型反演了祁连山草地的AGB空间分布状况。结果表明：研究区内多种植被指数所表现出的特性有所差异。祁连山地区AGB在空间分布上呈现出由西北向东南递增的趋势,平均AGB为925.43kg/hm²。6种植被指数与实测AGB之间均表现为显著正相关,适合作为祁连山草地AGB遥感反演的指标;XGBoost模型较其它模型具有最高的R²值（0.78）和精度（74.75%）、最低的均方根误差（RMSE,99.74 kg/hm²）和平均绝对误差（MAE,71.60 kg/hm²）,模型反演效果最好;UAV数据能够提供更加详细的空间细节特征,减小Sentinel-2数据和实地采样数据间的尺度差异;因此,基于6种植被指数与祁连山草地AGB间的相关性,构建XGBoost模型反演研究区草地AGB空间分布状况是具有实践意义的。研究结果将为指导祁连山草地畜牧业的发展和维护草地生态系统的平衡提供一定的参考价值与数据支撑。     

基于植被指数的海南岛霸王岭热带森林地上生物量空间分布模拟

热带森林在全球碳循环方面扮演着重要的角色, 预测其生物量分布可以加深对碳循环过程的理解。然而目前基于植被指数模拟技术进行热带森林生物量分布的研究报道较少。该文以海南岛霸王岭林区热带森林为研究对象, 在基于遥感影像和135个公里网格样地调查的基础上, 分别选取归一化差异植被指数(NDVI)、短红外湿度植被指数(MVI5)、中红外湿度植被指数(MVI7)和比值植被指数(RVI)与总物种生物量、顶极种生物量和先锋种生物量做相关分析, 并利用逐步线性回归分析分别构建了基于植被指数的生物量回归模型; 利用残差图对模型的有效性进行检验。结果表明, MVI7和MVI5与总物种和顶极种生物量关系显著, 而NDVI和RVI对先锋种生物量具有较好的指示作用; 总物种、顶极种和先锋种生物量预测精度较高的区域分别占总面积的69.24%、73.98%和88.08%, 表明3个生物量模型均具有较好的拟合精度; 模拟结果表明总物种和顶极种生物量主要集中于研究区中部、北部和西南部区域, 而先锋种生物量无明显的分布规律, 是不均衡地散布于整个研究区域, 反映了群落组成结构、干扰历史、地形及气候因素等的影响。     

绿洲生态系统生物量与植被指数分析

利用阜康绿洲野外实测的53个样方的植物生物量数据与同期陆地卫星MODIS影像的第1,2通道250 m遥感数据,分析植被指数与绿洲植物生物量的相关关系,建立植被指数与绿洲植物生物量的一元线性和非线性回归模型。结果表明,植被指数NDVI和MSAVI与绿洲生态系统植物生物量之间存在较好的相关性;所建植被指数与植物生物量的回归模型中,三次方程为所得到的回归模型中最适合用于绿洲生态系统植物生物量和生长监测。     

基于植被指数的北京军都山荆条灌丛生物量反演研究

基于环境卫星数据提取10种植被指数,辅以资源三号卫星数据提取的高精度数字高程模型(DEM)等数据,结合实地野外采样数据,以北京军都山为试验区采用最小二乘回归模型拟合植被指数与荆条灌丛冠层生物量的定量关系,并利用拟合结果对研究区灌从冠层生物量进行了反演估算,生成研究区荆条及其伴生灌丛生物量空间分布图。结果表明,文中所建立的多元线性回归模型在研究区具有较好的反演精度和预测能力。其模型显著性为显著(α0.01),相关系数为0.856,标准误差为58.5g/m~2;预测标准误差为98.1 g/m~2,决定系数为0.865。通过对研究区荆条灌丛的冠层生物量进行遥感估算,提出了一种利用遥感技术监测灌木群落生物量的新思路。     

人工神经网络与相容性生物量模型预测单木地上生物量的比较

森林生物量是林业生产经营和森林资源监测的重要指标,为探索高效低偏的单木生物量估测方法,引入人工神经网络.本研究采用黑龙江省东折棱河林场的101株长白落叶松地上生物量数据,基于不同变量(胸径、树高、冠幅)组合建立了4个聚合模型体系(AMS),采用加权回归消除模型的异方差.然后,基于最优的变量组合建立人工神经网络(ANN)...     

基于马尔柯夫模型的内蒙古锡林浩特典型草原退化格局预测

以锡林浩特典型草原的TM影像为基础,结合野外路线考察,建立退化草地的分类体系,将草地分为轻度退化(含无明显退化)、中度退化和重度退化3个等级。利用马尔柯夫模型,步长为1年,预测2002—2011年的锡林浩特地区的3类退化草地面积变化。结果表明,整个预测期的退化草地面积变化明显,轻度退化、中度退化草地面积减少,而严重退化草地面积增加明显。到2011年,锡林浩特严重退化的草地比例增加到68·61%,而其轻度退化草地、中度退化草地、重度退化草原的面积比例为2∶2·6∶10,说明该地区草地退化趋势严重,有必要采取措施减轻草地退化。     

黄土高原典型草原地上生物量估测模型

为了寻求有效的草地地上生物量估测方法和精确估测黄土高原典型草原草原地上生物量。于2014年8月中旬,在黄土高原典型草原草原地上生物量达到最大值,分别从单株水平和种群水平进行野外调查。以株高(H)和盖度(C)的复合因子(C×H)为自变量,通过回归分析,建立地上生物量估测模型,采用留一法对其精确性进行评估;并通过校正系数以及群落总生物量估测值和实测值比较单株水平和种群水平所建模型的精确性。结果表明:黄土高原典型草原草地,无论在单株水平还是种群水平,线性和幂函数对该区域生物量的拟合效果更好。估测模型检验结果表明,在单株水平各个物种的生物量估测值与实测值相关性较好,均达到了显著水平(P0.05),其r值均大于0.6,总相对误差RS均小于10%,平均相对误差绝对值RMA(average absolute value of relative error)均小于30%,总生物量的实测值与估测值比较接近,校正系数均接近1;而在种群水平上,虽然各物种的生物量估测值与实测值相关性均达到了显著水平(P0.05),但多数物种平均相对误差绝对值RMA大于30%,总相对误差RS(total relative error)均大于10%,总生物量的估测值均大于实测值,校正系数均偏离了1,说明在黄土高原典型草原通过单株水平建立的物种生物量估测模型的精度优于种群水平建立的物种生物量估测模型的精度。     

草地植物群落地上生物量非破坏性估测方法的探讨

 羊草群落的高度和盖度与地上生物量存在良好的复相关关系(R=0.9316),所获多元回归方程可用于该群落地上生物量的估测。通过对羊草群落、羊草+杂类草群落和贝加尔针茅群落植冠红光(0.63—0.69μm)和近红外辐射(0.76—0.90μm)反射率实测数据的分析,表明这些群落的光谱反射率比IR、IR/R和VI与地上生物量呈高度的指数相关关系,其中由VI和IR/R所获各群落不同生长时期地上生物量回归模型的估测效果较好。     

基于物候相机归一化植被指数估算高寒草地植物地上生物量的季节动态

准确评估地上生物量对优化草地资源管理和理解草地碳、水和能量平衡具有重要意义。该文通过近地遥感归一化植被指数(NDVI)构建最优经验模型, 对青藏高原高寒草地地上生物量进行估算。该文利用2018-2019年5-9月野外实测的地上生物量和植物冠层光谱仪(RapidSCAN)测定的NDVI_RS数据, 构建了生长季不同时期地上生物量的估算模型; 并结合2018年NetCam物候相机测定的NDVI_Cam时间序列数据, 实现地上生物量季节动态的模拟。主要结果: (1) NDVI_Cam、NDVI_RS与地上生物量具有相似的单峰型季节变化格局, 但NDVI峰值出现的时间(7月)较地上生物量(8月)更早; (2)基于NDVI的生物量估算最优经验模型在5、7和9月是幂函数, 在6和8月是二次多项式, 估算精度为0.29-0.77; (3)基于NDVI_Cam时间序列数据, 生长季不同时期建模(R² = 0.91)较单一时期(9月)建模(R² = 0.49)对地上生物量季节动态的估算更为准确。这些结果表明, 近地遥感是估算高寒草地植物地上生物量的有效手段, 开展季节性植物生长调查将有助于准确评估草地资源。     

全球变化的中国气候-植被分类研究

区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。根据区域潜在蒸散对气候－植被分类的热量与水分指标进行了初步探讨,并对中国气候－植被分类进行了初步的定量研究。根据该模式对中国陆地生态系统对全球变化的反应进行了探讨,结果表明我国自然植被在气温增加２℃或４ ℃、降水增加２０％ 时, 森林和草原的面积都有所减少,且随着温度的升高而减少,沙漠化趋势增强。特别是青藏高原地区对全球气候变化非常敏感,因而可以作为全球变化的先兆区或预警区,具有重要的监测和研究意义     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

基于土壤水分平衡的沙地草地最优植被覆盖率的研究

本文从土壤水分平衡出发,用动态仿真模型方法研究我国北方干旱半干旱沙地草地土壤不分平衡与立地条件,如坡度、坡向、土壤物理性状及植被覆盖率之间的关系。有如下初步结论和论点产生：（１）地表因植被的存在而形成的结皮对降水入渗到土壤中的阻滞作用几乎可以忽略。只有在坡度很大,瞬间降水强度很大时,结皮表面才可形成较大的迳流;（２）土壤水分的平衡随植被的覆盖率变化的情况取决于立地条件的差异,笼统地讲“植被覆盖率越     

内蒙古典型草原群落实生苗动态对刈割和放牧干扰的响应

 该文通过刈割和放牧样地的实生苗动态观测,试图揭示刈割和放牧干扰对冰草(Agropyron cristatum)、克氏针茅(Stipa krylovii)和糙隐子 草(Cleistogenes squarrosa )等 3种禾草实生苗出生、存活和死亡季节动态的影响,以及这种效应是如何受气温和降水影响的。利用有重复测 量的方差分析,比较了不同刈割留茬高度(0、5和15 cm)与放牧处理之间在实生苗密度、死亡率和出现率的时间动态方面的差异。结果表明：3 种禾草的实生苗密度自5月下旬至8月中旬一直呈增加态势。刈割在一定程度上抑制了克氏针茅的实生苗出现率,原因可能是相对高大的克氏针 茅在前一年刈割时会被去掉相当多的生殖部分,其种子数量必然受到影响,导致实生苗出现率的降低。同时,刈割对相对低矮的糙隐子草实生 苗有正向效应 ,即促进其实生苗的出现,可能的原因是刈割使植被高度降低、植被稀疏,植被冠层以下至地面的光照较好、地温较高,同时位 于下层的糙隐子草受到的高大植株的竞争压力减小。生长季早期和晚期实生苗死亡率较高,这与这两个时期的干旱和低温有关,而自6月中旬至 7月初之间的死亡率小高峰也是先前的干旱少雨导致的。3种禾草实生苗的大规模出现几乎都在5～7月,这与该时期相对适宜的气温、地温和水 分条件有关。对实生苗更新相关过程 (如种子萌发、休眠、种子库存量等)进行更加深入细致的研究,将进一步揭示种子生产和有性繁殖在群落 过程中的作用。     

全球气候变化的中国自然植被的净第一性生产力研究

本文根据已建立的植物生理生态学特点与水热平衡关系的植物净第一性生产力模型对中国自然植被的净第一性生产力现状及全球变化后的自然植被的净第一性生产力进行了分析,给出了中国陆地生态系统自然植被的净第一性生产力在全球气候变化条件下的变化图景,为合理开发、利用自然资源,以及监测和预测中国陆地生态系统自然植被净第一性生产力的变化及应采取的策略提供了科学依据。     

内蒙古草原蝗虫个体大小及生活型划分的探讨

根据内蒙古锡林河流域草原蝗虫的形态测量指标,对２３种蝗虫进行了个体大小及生活型量化划分的探讨,结果表明,２３种蝗虫可以划分为大、中、小３个类群,生活型表现为从典型的地栖型到典型的植栖型的渐为特征。个体在小与生活型紧密相关,个体大的种类常为地本型,而个体小的种类多为植栖型。     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候变化的反应

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ 生态系统模型,作者模拟内蒙古锡林河流域羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）草原和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）草原在１９８０～１９８９ 年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２ 浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ 模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显著地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５～１４４．３７ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１２７．０４～１５６．２３ ｇ／ｍ ２;在羊草草原,野外实测值为２１０．３８～２２７．４４ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１８９．２５～１９３．９８ ｇ／ｍ ２。根据加拿大气候中心和美国地球物理流体动力学实验室的大气环流模型预测的气候变化数据,气候变化将导致羊草草原和大针茅草原初级生产力和土壤有机质含量显著下降     

中国东北主要植被类型的分布与气候的关系

本文根据吉良的热量指标和作者提出的湿度指数,研究了我国东北主要植被类型的分布与气候之间的关系：1．确定了东北地区10个水平地带性植被类型的热量分布范围和水热指标的平均值。2．研究了东北山地垂直地带性植被类型的水热指标分布特点,并用定量指标讨论了东北东部山地岳桦林带的分布、大兴安岭存在山地冻原和东北植被区域的分界线问题。     

六盘山叠叠沟小流域典型坡面土壤水分的植被承载力

确定土壤水分的植被承载力是我国北方半干旱地区合理调控土壤水分和植被生长关系、科学恢复林草植被的核心问题。我国北方半干旱地区的土壤水分主要来自大气降水, 作为土壤水分限制型生态系统的坡面植被, 植物种类和植被密度等结构特征与降水量紧密相关。根据六盘山石质山区的特点, 基于水量平衡原理, 建立了阴坡华北落叶松(Larix principis-rupprechti)和阳坡草地的土壤水分植被承载力数学模型, 即由4~10月的生长季降雨量(P)计算得到可承载的叶面积指数(Leaf area index, LAI)公式: LAI_tree= exp((0.773 1×P-186.12)/146.46)和LAI_grass= exp((0.511 2×P-345.93)/227.89), 并提出了考虑坡面水分再分配影响的不同坡位的土壤水分植被承载力计算方法。阴坡华北落叶松的植被承载力(用LAI表示)从坡顶的1.45升高到坡中的4.83, 然后稳定在3.0~3.3。对于阳坡草地, 土壤水分可承载的LAI从坡顶的0.37上升到坡中的0.46, 然后在0.41~0.47之间变动, LAI的计算值与实测值较为接近, 计算结果比较合理。