黄土高原植被恢复引发区域气温下降

黄土高原退耕还林(草)等生态恢复工程促进了地表植被覆盖增加,进而通过影响地表-大气之间热量交换影响区域气候过程。基于黄土高原1998—2000年和2008—2010年SPOT卫星反演的植被覆盖资料、54个地面气象站气温资料及EIN-Interim地表热通量数据,采用空间分析交叉验证及地表热量平衡分析的方法,从站点尺度探讨了退耕还林(草)工程初期和10年后黄土高原植被变化与气温和地表热通量变化之间的关系。研究表明,退耕还林(草)工程开展10年后,黄土高原气温最小值、最大值与平均值均有下降,植被覆盖增加与气温变量降低在空间上呈正相关。同时,植被覆盖增加与潜热通量增加、感热通量与大气下行长波辐射下降在空间上也呈正相关关系。这些结果表明,植被恢复可通过增加地表蒸散发作用对区域气候产生降温效应,会减缓气温升高对黄土高原生态系统的影响。     

生态系统服务功能与景观格局耦合协调度研究——以武陵山区退耕还林工程为例

生态系统服务功能与景观格局演变关系极为密切,研究生态系统服务功能与景观格局的耦合协调度对于区域发展具有重要意义。以武陵山区退耕还林工程为例,参照国家标准和行业标准,采用分布式测算方法、景观格局指数分析和耦合协调度模型等方法,旨在揭示武陵山区退耕还林工程生态系统服务功能与景观格局二者耦合协调关系。结果表明:(1)2005—2017年间武陵山区退耕还林工程各项生态服务功能物质量均以15倍左右速度增长,生态系统服务空间分布格局最佳区域由西部地区逐渐向东南扩大;(2)武陵山区景观演变存在时空差异,1995—2005年景观格局变化更为明显,变化区域集中在中西部地区,2005—2015年与之相比,景观格局变化空间上更为分散;(3)武陵山区退耕还林工程生态系统服务与景观格局演变存在较高水平的耦合以及高水平的协调性。研究结果可为武陵山区土地利用规划及退耕还林工程进一步实施提供科学依据。     

黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

黄土高原植被恢复成效及影响因素

黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节。基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响。研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程：截止2015年,黄土高原88.20%的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区。农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素。气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异：多年平均降水对黄土高原东部29.30%的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子（占总面积20.93%）;黄土高原中西部47.02%的地区则受社会经济因素的影响更加明显。当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑。     

2001–2020年黄土高原光合植被时空变化及其驱动机制

为揭示实施退耕还林(草)政策20年后黄土高原植被盖度的最新演变趋势及区域差异,定量分析气候和人类活动对该区植被盖度变化的贡献率及空间分布。该研究以光合植被(PV)盖度为植被生长状况指标,基于2001–2020年PV数据及同期气象数据,采用Mann-Kendall检验、Sen分析和残差分析等方法,分析了黄土高原2001–2020年植被覆盖的时空演变特征及其驱动要素。主要结果:20年中黄土高原植被盖度呈显著增加趋势,增速为每年0.8%。全区植被盖度呈增加趋势的区域面积比例为90%,呈显著增加的区域面积占比为71%;对全区植被盖度增加的贡献,主要是黄土丘陵区(约2/5),其次为风沙丘陵区(约1/4)和石质山区(约1/5);不同地貌分区内,黄土丘陵区中陕西榆林和延安两市区境内植被盖度增加迅速,风沙丘陵区中内蒙古鄂尔多斯市植被盖度变化最快;研究时段内人类活动和气候变化对黄土高原植被增加的贡献率分别为76%和24%;人类活动对植被盖度贡献较大区域主要分布在陕西延安以北、山西太原以南、宁夏同心以南和甘肃平凉和庆阳等丘陵、台塬和风沙丘陵等政府生态工程实施较好的地区。     

基于GIS的黄土高原水分生态环境区域空间格局研究

利用地理信息系统技术和地学综合分析方法,对黄土高原(陕西部分)的水分生态环境区域空间格局进行了研究,并获取了1：50万的陕西黄土高原水分生态环境区域空间格局图．结果表明,黄土高原区域水分生态空间格局受气候(降水)、土壤(质地)、地质(黄土堆积厚度)、地形(区域地貌)、植被等多因素的综合作用,并可由上述系列因子进行分别度量;用不同植被的适生性作为区域水分生态状况的综合度量指标;陕西黄土高原的区域水分生态环境涉及乔木适生区、灌丛适生区和草被适生区3种类型,且在空间上具有镶嵌性．其主体则为乔木适生区,反映了该区具有生态良性恢复的巨大潜力．     

2000-2019年四川省植被恢复成效与影响因素

国家实施天然林资源保护工程与退耕还林等生态建设工程,为构筑长江上游生态屏障、促进长江流域经济可持续发展做出了突出贡献;评估退耕还林等生态工程实施后植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复优化与生态环境改善的关键一步。基于MODIS MOD13Q1数据,应用Theil Sen斜率与Mann-Kendall趋势检验、“基线”评价方法、时空地理加权回归模型等量化不同时间尺度的植被时空变化、恢复成效和恢复机制。结果表明(1)植被覆盖状况良好,截止2019年底,四川省91%的区域植被出现增长,四川盆地东北部、四川省南部地区以及东南部乌蒙山、川西北高原地区植被覆盖较高;成都市内以及周围市区植被覆盖率较低。(2)植被恢复成效时空差异显著,占全省面积98.68%的区域植被恢复成效明显,高值区面积占比71.47%,集中于除成都平原外的四川省绝大部分区域。(3)气候变化对植被变化的影响以不显著为主,气温、降水对四川省植被恢复影响微弱,海拔和>35°坡度面积比等地理环境因子则以弱抑制作用为主。(4)在相对平稳的气候背景下,人均财政支出、耕地面积与人均GDP所代表的社会经济因素是植被恢复成效改善的重要影...     

1982-2015年黄土高原植被变化特征及归因

黄土高原植被对于黄河中下游泥沙量减少以及区域生态安全维持发挥着重要作用。气候变化和人类活动是驱动黄土高原植被覆盖度变化的两大因素,然而先前研究多基于统计方法建立植被覆盖度与气候变化的线性关系,忽略了植被覆盖度与气候变化之间复杂的非线性关系,限制了对黄土高原植被变化驱动机制的理解。基于1982-2015年黄土高原植被覆盖度(GIMMS NDVI)数据,以1999年退耕还林工程开始实施为界限,采用随机森林和残差阈值法等手段量化并分析了1982-2015年植被变化特征及气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明:(1)1982-2015年黄土高原植被覆盖度整体上呈现增长趋势,1999年之后植被覆盖度增加的面积大于1999年之前, 1999年以前显著增长的区域只占总面积的54.68%,1999年以后显著增长的区域面积占比增长至85.11%;(2)在考虑时滞效应的基础上,1982-1998年黄土高原超过80%的区域的逐月温度、降水、日照时数与植被覆盖度存在显著的正相关关系,表明1999年以前植被覆盖度变化主要与气候变化有关。随机森林算法能较好地模拟植被覆盖度与气候因子之间的关系,99.71%的区域拟合的决定系数R²达到0.5以上;(3)2000-2015年,气候因素和人类活动对植被覆盖度的影响具有空间异质性。人类活动对植被覆盖度产生积极影响的面积增加了55.94%,气候消极影响的面积减少了42.58%,气候积极影响的面积减少了12.86%。研究提出的量化气候变化与人类活动对植被覆盖度影响的方法能够更好的区分黄土高原植被覆盖度变化的驱动因素,为黄土高原生态建设以及黄河流域的生态安全和高质量发展提供数据支撑。     

退耕还林背景下黄土高原蒸散量时空演变特征及归因

受气候变化和人类活动影响,近几十年黄土高原地表环境和水碳通量发生显著变化,对区域水资源和生态系统格局产生深刻影响。基于植被界面过程(VIP)遥感蒸散发模型,对退耕还林(草)工程实施以来黄土高原蒸散量(ET)时空变化格局进行模拟研究,揭示了近20年黄土高原水碳通量时空演变特征及其原因。结果表明:(1) 2000-2019年黄土高原ET总体呈显著上升趋势(P < 0.05),倾向率为3.77 mm/a,其中黄河中游黄土丘陵沟壑区ET增长最为显著,而陕西关中平原东部、宁夏银川平原南部等农业区则呈显著下降趋势,倾向率为-5.68 mm/a;(2) 气候变量和归一化植被指数(NDVI)对ET显著上升区的区域平均贡献分别为14.7%和78.6%(其中人类活动贡献为70.5%),而对ET显著下降区的区域平均贡献分别为-58.4%和-31.5%(其中人类活动贡献为-31.6%),表明人类活动和气候变化分别主导了ET显著上升区和ET显著下降区的蒸散变化;(3) 在气候变化主导区域,气温和降水量分别为能量受限区和水分受限区ET增加的主导气象因子,而气溶胶浓度升高导致的日照时数和地表风速下降对作物碳同化和蒸腾具有显著的抑制作用,成为农业区ET下降的主导气象因子。     

2001-2019年黄土高原植被覆盖度时空演化特征及地理因子解析

探究黄土高原植被覆盖度变化及其与地理因子之间的关系有助于区域植被恢复政策的优化以及人地关系的协调发展。因此,以MOD13 A1数据作为数据基础,采用趋势分析、标准差和重心迁移模型,研究2001—2019年黄土高原植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover)时空演化特征,并结合地理探测器和相关分析对影响FVC的地理因子进行解析。结果表明：(1)2001—2019年黄土高原植被覆盖度恢复状况较好,FVC平均增速为0.0095/a,呈东南高西北低分布,极显著、显著增加的区域面积占比为84.37%,研究区各年FVC重心位于陕北一带,19年向北推进55.1km;(2)各地理因子对FVC的解释力存在显著差异,降水、土壤类型、气温、土地利用类型和坡度是FVC空间分布的主要驱动因子,且各因子之间交互作用的解释力高于单因子;(3)FVC与气温、降水相关系数均以正相关为主;FVC均值与变化趋势存在地形、土壤、人口密度、土地利用分异特征;土地利用转移可体现人类活动特征,其退耕还林还草、未利用地绿化等积极效应促使区域植被得到显著改善,城市扩张等消极效应则抑制植被增长。     

植被建设对黄土高原土壤水分的影响

为明确自退耕还林以来,黄土高原地区不同植被建设对土壤水分的影响。以Web of Science核心合集中黄土高原土壤水分研究的相关文献为对象,通过CiteSpace生成文献中的关键词并绘制关键词聚类图谱,分析植被建设对黄土高原水分的研究热点及前沿;同时以植被建设对黄土高原土壤水分影响的文献为基础,通过Meta分析量化了不同条件下(海拔,降雨、坡度等)植被建设对黄土高原土壤水分的影响程度。分析Web of Science核心合集中黄土高原土壤水分相关文献共232篇,结果显示近20 a黄土高原土壤水分研究主要包括4个方面的内容:(1)植被建设引起的土壤水分下降问题,(2)土壤水分时空变异特征,(3)土壤水分时空变异的影响因素,(4)遥感和水文模型模拟土壤水分四个方面。同时使用Meta分析了已发表的黄土高原植被建设对土壤水分影响文章103篇,结果表明:黄土高原植被建设大量消耗该区域土壤水分,乔木、灌木及草本植物对土壤水分的结合效应值(ES)依次为-1.893、-1.661、-1.239。植被建设对土壤水分的影响程度随年均降雨量的增大而减小,不同降雨区间的ES值为-0.864(≥500 mm)、-1.423(400-500 mm)、-1.534(<400 mm);在不同海拔区间,植被建设对土壤水分的消耗程度随海拔高度的增加而增加;在3个坡度范围,植被建设对土壤水分消耗程度以<15°最大,>25°次之,15-25°最小。总体而言,植被建设对土壤水分的消耗随着生长年限的增长而加剧,而灌木植被中柠条出现差异,其不同生长年限的效应值为-1.983(>30 a),-1.642(<20 a),-1.107(20-30 a)。由于黄土高原处于干旱与半干旱地区,大面积植被恢复加剧土壤水分消耗,影响到植被生长及其功能的可持续性。因此,应选择适宜植被并给予适当管理(修枝、稀植等措施)以提高土壤水分利用效率,使该地区土壤水分状况得到改善。     

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.     

典型喀斯特小流域土壤有机碳和全氮空间格局变化及其对退耕还林还草的响应

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响。研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义。     

基于3S的京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化分析

为分析评估京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化,收集工程实施前、后各时期工程区域土地利用类型数据、MODIS产品植被覆盖(NDVI)数据和气象站点月值数据,利用最小二乘法拟合分析工程区NDVI和蒸散时空变化规律;利用MK非参数检验分析区域气候要素时空变化格局.结果表明(1)近25年来工程区土地利用类型变化不大,植...     

退耕还林还草工程生态效应的地域分异特征

退耕还林还草工程作为我国投资最大、涉及面最广的一项重大生态工程,其生态经济社会效应是行业部门及学术界关注的焦点。选择退耕还林还草面积、植被覆盖度、土壤侵蚀量作为指标,依据遥感反演和模型模拟得到的结果,分析了2000—2015年县域退耕还林还草时空差异,退耕还林还草区域植被覆盖度与土壤侵蚀变化及其对县域生态状况变化的贡献,并基于规划目标评估了退耕还林还草工程的宏观生态效应及其地域分异特征。结果表明:(1)近15年,工程区耕地转林地面积12.75万km²,耕地转林地区域植被覆盖度年增加0.32%、土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.43 t/hm²和0.21 t/hm²。(2)耕地转草地面积9.43万km²,耕地转草地区域植被覆盖度年增加0.43%,土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.55 t/hm²和0.94 t/hm²。(3)工程区全县域植被覆盖度年增加0.17%,平均土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.13 t/hm²和0.68 t/hm     

气候变化下黄土高原植被生长期NDVI动态变化特征

理解植被对气候变化的响应对于预测未来生态系统过程和制定应对策略至关重要。本研究采用地理探测器和地理加权回归等方法，探讨了2002—2019年黄土高原不同植被类型主要生长期(4—10月)归一化植被指数(NDVI)变化的空间格局及其与气象因子的关系。结果表明：受退耕还林还草生态工程影响，黄土高原植被得到显著改善，其中草原和荒漠植被由于生境容易受到外界环境影响，NDVI呈不稳定状态，且在夏季最不稳定；日照时数的增加间接导致降水减少，产生较强的光抑制效应，造成日照时数变异系数对黄土高原生长期植被NDVI空间变化的解释力最大(0.124),黄土高原西北干旱区的荒漠受海拔影响，气压低，水汽蒸发量大，抑制植物叶片进行光合作用，与生长期植被变化呈正相关；荒漠区夏季降水量突增，植被对气温变化的响应减缓，出现NDVI变化对气温变化响应的滞后性；在8—10月，阔叶林高的植被覆盖度对水分胁迫的敏感性降低，产生对降水因子的滞后响应。     

封面说明

正封面图片由西北农林科技大学农学院邓健博士2013年6月拍摄于陕西省延安市庙咀沟流域(36°38'N,109°22'E),展现了陕北黄土高原退耕还林工程带来的植被恢复效果.1998年国家在陕北开始试点实施退耕还林工程以来,该地区植被面积逐年增大,带来了物种多样性增加、水土流失下降、风沙减少等显著的生态效益,黄土高原已经被郁郁葱葱的绿色植被覆盖.生态治理也引发了     

黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

为研究黄土高原地区退耕还林(草)后,植被覆盖变化及其对水热条件的响应,利用1999—2013年SPOT VGT NDVI 1km/10d分辨率数据,采用最大合成法、一元线性回归法和偏相关分析法,系统分析了黄土高原地区NDVI(归一化植被指数)的时空分布及变化趋势,及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原1999—2013年年最大NDVI的平均值为0.31,NDVI较高的区域位于黄土高原南部,而西北部植被覆盖度较低;自1999年开始,黄土高原地区NDVI呈极显著(P0.01)增加趋势,年最大NDVI的变化斜率为0.0099;不同季节(春、夏、秋、冬)和生长季的植被状况均呈现良性发展趋势;1998—2013年间,黄土高原地区气候呈现不显著的"冷湿化"特征;NDVI年际(及生长季和季节)变化与降雨和温度的相关性不显著,而在月时间尺度上,呈显著的相关性,并且月NDVI与当月降雨量的相关性要强于与当月温度的相关性;植被生长对温度的响应存在一个月的滞后期,而对降雨的响应无滞后效应。     

西南山地流域NDVI变化特征及降水敏感性——以贵州沅江流域为例

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生长的重要指标,探究其时空变化特征,对生态保护、退耕还林和灾害防治具有重要意义。选取2000—2015年贵州沅江流域典型年份NDVI,采用重心分析、标准差椭圆、地理加权回归等方法,从干旱视角探究流域NDVI变化和降水敏感性。得出以下结论:(1)2000—2015年贵州沅江流域NDVI总体处于上升趋势,植被正在改善,期间西部植被改善最为明显,退耕还林还草取得较好成果。(2)2000—2015年贵州沅江流域干旱年与正常年NDVI空间变化趋势不一致,干旱程度对植被影响具有区域差异。(3)贵州沅江流域NDVI与降水呈负相关,空间敏感性自西向东递增,降水对流域西部喀斯特山区NDVI影响更明显。(4)2000—2015年贵州沅江流域NDVI时段变化与降水主要为负相关,降水越多NDVI时段变化敏感性越弱,退耕还林还草工程应重点放在负敏感区。研究结果可为退耕还林还草和干旱灾害防治提供科学参考。     

气候和地形对植被覆盖动态演化的影响研究

基于MODIS NDVI 遥感数据, 结合气象和DEM 等资料, 采用线性回归分析、稳定性分析、R/S 分析和相关性统计等数理方法, 反演了2001-2010 年贵州省植被覆盖时空演变趋势, 研究不同因素对植被时空格局变化的驱动作用。研究表明:(1)2001-2010 年贵州省植被覆盖呈增加趋势, 增长率为6.25%, 植被改善区域占比例为77.7%; (2)贵州省植被覆盖变异指数介于0.01-0.16 之间, 总体较稳定; 从持续性来看, 植被持续恢复是主旋律, 反持续性主要集中在西部和东北地区。(3)贵州地区降雨量和温度空间分布格局较为明显, 温度是影响该地区植被覆盖的主导因素, 不同区域对气候因素的响应存在差异性。(4)各等级海拔植被覆盖均有上升, 其中高海拔地区上升最为显著; 中海拔地区是植被的主要分布区域, 所占比例为72.2%且该海拔范围内NDVI 均值差异不大。