鄂尔多斯高原生态过渡带气候特殊性和气候植物生长指数与畜牧业生产动态分析

鄂尔多斯高原位于我国典型的生态过渡带,气候变化明显,系统反应敏感,因此,现有的主要用于植被和气候空间分类的有关植物与气候关系的模型和指数,均不适合用于鄂尔多斯高原生态过渡带气候。植物动态分析。为此,本文利用位于鄂尔多斯高原中部的伊金霍洛旗３９ａ（１９５３－１９９１）气象资料,分析该地区的气候特点,构建一个可用于描述生态过渡带气候特征的气候植物生长指数,并用与植被动态密切相关的天然放牧条件下（１９５８－１９７９）,该旗牲畜的存栏数和出栏数的历史资料代替植被动态资料,进行鄂尔多斯气候植物生长指数与天然放牧条件下牲畜的存栏数和出栏数的动态分析,构建其ＡＲＭＡＸ模型。研究结果表明,鄂尔多斯高原气候敏感易变,降水年际变化大;高原光、温、水配合并不完全一致,光、温超前,降水滞后,天然植被生产力不高;气候植物生长指数与畜牧生产的动态分析结果表明,该地区在天然放牧情况下,主要依赖于牧场植被长势的畜牧生产与气候－植物生长指数密切相关,说明构建的气候植物生长指数确实在一定程度上反映了该地区的气候与植物生长的关系￣（６－８）。     

中国主要天然草地产草量气象预测方法

中国天然草地主要分布于北方干旱半干旱及青藏高原高寒气候区,牧草生长受着气象条件的极大制约。本文在构建的牧草生长气象条件指数的基础上,利用1994—2005年牧业气象站的牧草观测资料,通过相关分析,确定了影响牧草产量的关键气象条件指数和影响时段,建立了产草量预报模式。结果表明：2个主要草地年最高产草量与牧草生长季3—9月气象条件指数密切相关,其中北方干旱半干旱草地产草量与气象条件指数的相关时段为3—8月且整个时段相关程度均较高;青藏高原草地相关时段为3—5月、8—9月且后者与气象条件的相关程度高于前者;2个主要草地鲜草产量与气象条件的相关程度高于干草产量。所建产草量预报模式经过历史拟合和外推预报检验,准确率较高,可以满足应用需要。     

三江源区草地植被返青及其与气候因子的关系

为厘清三江源地区草地植被返青及其与气候因子的关系。以三江源地区为研究对象,选取该区2003—2012年日照时数、平均气温和降水以及草地植被返青资料,采用线性倾向率和Pearson相关分析法,较为系统地分析探讨了近10年三江源地区气候变化趋势及其与草地植被返青的相关关系。结果表明:(1)近10年来,三江源地区草地植被返青呈"提前—推迟—再提前—再推迟"的变化趋势。(2)海拔4000 m以上的地区草地植被返青期极差较大,相差约40 d;且高寒草原和高寒荒漠草地植被返青时间突变最为显著。(3)三江源地区草地植被返青日期与返青期前30 d光、温、水的相关性较好。除局部地区草地植被返青与光、温、水呈显著负相关外,其余地区均显著正相关。以上研究结果表明,三江源地区草地植被返青期不是由单一因素决定,而是光照、气温和降水等因素综合作用的结果。     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

三江源区“黑土滩”型退化草地人工恢复植物群落的演替动态

选取青藏高原三江源区"黑土滩"型退化草地上建植的人工草地为研究对象,对不同建植年限人工草地植物群落及其各功能群的物种组成、平均高度、盖度和地上生物量及植物多样性等进行实地调查和对比分析,探讨"黑土滩型"退化草地在人工恢复过程中植物群落组成和多样性变化,以期回答人工恢复的草地植物群落何时才能接近天然草地、人工恢复的时间阈值应为多长等问题,从而为三江源区"黑土滩"型退化草地的恢复重建提供科学的理论指导。研究结果表明:草地恢复前5年内,禾本科植物的数量大量增加,植物群落的高度增加了847.6%,植物群落盖度增加了134.5%;不同恢复年限的草地植物群落的多样性指数都有相似的变化趋势,恢复8年后植物群落组成达到阶段性的稳定状态,在恢复时间达16—18年后,逐渐向更稳定的状态转化;恢复18年的草地与天然草地植物群落的Jaccard及Sorensen相似度指数分别为0.596、0.747,Cody差异度指数为9.5。由此可见,建植人工草地的方式恢复退化草地,可在建植8年后达较好的恢复效果;恢复时间达16年以上的人工草地采取适度的调控措施,有利于其向天然草地恢复演替;建植18年的人工草地物种组成情况与天然草地最接近,但仍有差异。因此,"黑土滩"型退化草地的人工促进恢复,到未退化的状态至少需要18年以上。     

陇东黄土高原丘陵沟壑区天然草地植物多样性研究

以陇东黄土高原丘陵沟壑区天然草地30个植被样点的样方资料为依据,以相对生物量为指标,对该地区群落植物多样性进行了研究。结果表明,该地区天然草地可划分为长芒草草原、次生杂类草草原和杂类草草甸草原3个植被类型,16个群落按放牧程度分为禁牧草地、轻牧草地和过牧草地3个层次。多样性指数显示草甸草原>长芒草草原>次生杂类草草原,轻牧草地>禁牧草地>过牧草地的趋势。放牧程度可能是影响该区域天然草地植物多样性的关键因素,出现海拔增高和降水增加多样性指数降低的趋势可能是放牧干扰的结果。相关性分析显示物种的Shannon-wiener和Simpson多样性指数与Shannon和Simpson均匀度指数间均呈显著正相关,而与生物量之间呈显著负相关。     

河北省森林—草原交错带天然植被景观格局时空尺度效应

为探讨天然植被景观格局时空尺度效应, 利用随机森林分类方法对塞罕坝地区3期(1989、2000和2016年)遥感影像进行图像解译, 并在分层随机抽样调查的基础上通过不断增加缓冲区的方法, 计算基于斑块类型和景观水平的景观指数; 采取尺度图谱分析在时空尺度下不同植被类型景观尺度效应, 并基于信息熵模型明确景观格局分析的最佳空间幅度。结果表明: 1989—2016年期间, 人工林的快速增长致使草地和天然次生林景观面积呈现先降低后增加趋势且破碎化现象严重; 草地和天然次生林在空间尺度上具有相同的变化特征, 而在时间尺度上则呈现不同的变化; 斑块密度、形状指数以及聚集度指数在时空尺度上均具有较强预测性, 且300 m为最佳尺度阈值。不同天然植被类型在时空尺度下其尺度效应也是不同的, 这不仅与植被类型自身对生态环境响应的差异性有关, 也和研究区特殊的人文地理环境密不可分。     

高寒内陆河流域植被覆盖增加对地下水补给的影响

地下水是干旱区内陆河流域的主要基础性资源,对流域生态安全、可持续发展等具有重要意义。干旱/半干旱区的地下水补给比湿润地区更易受到地表覆盖条件的影响。为揭示干旱区内陆河流域植被覆盖增加对地下水补给的影响,以巴音河中下游为例,针对土壤和水评价工具(SWAT)模型未有效考虑降水、地形等因素对植被覆盖影响的缺陷,改进SWAT模型,采用全球地表卫星叶面积指数(GLASS LAI)数据代替其LAI计算模块,再结合SWAT土地利用更新模块,准确刻画区域植被覆盖变化。将改进后的SWAT模型与模块化有限拆分地下水流耦合(MODFLOW)模型耦合,准确模拟并分析植被覆盖增加对流域地下水补给的影响。结果表明：基于植被动态变化的土壤和水评价工具与模块化有限拆分地下水流耦合模型(DVSWAT-MODFLOW)模型的月蒸散发及月地下水位模拟效果较好;巴音河中下游2019年林地及草地面积以及LAI较2001年明显增加;2019年植被覆盖情况对应的年际及月际尺度地下水补给量较2001年分别减少了6.1—26.52 mm以及0—15.03 mm;植被覆盖增加对年际尺度地下水补给量的影响强弱在一定程度上取决于年降水量,对...     

基于CSCS和RegCM3模型的21世纪末中国潜在植被

潜在植被作为陆地生态系统的重要组成部分,能够真实反映立地气候环境,对其分布特征的研究可为生态工程评价提供依据。本文以综合顺序分类系统理论为基础,选取RegCM3模型及A2情景下的预测数据,模拟了2071—2100年中国潜在植被的空间分布。结果表明,21世纪中国潜在植被均发生了不同程度、不同方向的变化,具体表现为:温带森林和冻原高山草地向冷干方向变化,其中温带森林为中国主体潜在植被;亚热带森林向较冷地区演替;温带荒漠、热带森林及热带稀树草原向冷湿方向迁移;半荒漠向暖湿地区集中分布;干草原、温带湿润草地及热带荒漠向暖干方向变化,其中温带湿润草地和热带荒漠的空间分布重心迁移显著。本文揭示了21世纪中国潜在植被的变化规律,可为我国21世纪生态建设战略提供参考。     

基于数字相机图像的西藏当雄高寒草地群落物候模拟

物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、敏感的综合指示器, 其发生时间不仅反映了陆地生态系统短期的动态特征, 其微小的变化还会对陆地生态系统产生重要的反馈作用。高寒草地是青藏高原分布广泛、极具代表性的植被类型, 准确地获取高寒草地群落的物候特征, 对于理解和预测气候变化对青藏高原生态系统的影响具有重要意义。该文以西藏当雄高寒草地为研究对象, 探讨了近地面数字相机图像在高寒草地群落季相监测中的作用, 结果如下: 1)通过比较不同绿度指数的差别, 确定了准确表征高寒草地植被群落季相变化的绿度指数——绝对绿度指数(2G_RB); 2)结合土壤含水量数据, 通过线性回归分析得知高寒草地植被群落生长过程与表层(≤10 cm)土壤含水量的变化较为一致(R ² > 0.70); 3)通过对比分析, 发现降水在高寒草地群落季相“变绿”过程中具有“触发”作用。研究表明, 数字相机技术可作为物候监测手段, 实现高寒草地植被群落季相的实时、连续获取, 为更好地揭示气候变化影响下景观尺度季相演变特征, 诊断地方、区域和全球尺度上生态系统对气候变化的快速响应提供了有效的手段。     

半干旱区湿地-干草原群落交错带边缘效应研究

以宁夏盐池四儿滩湿地为例,于2005年和2006年7~8月份沿湿地—干草原生境梯度按东、东北、西、西北4条样线进行实地植被调查,并采用TWINSPAN数量分类和植物群落结构指数计量研究湿地—干草原交错带边缘效应。结果表明:(1)四儿滩湿地生态系统植物群落分为沼泽植被、草甸植被、干草原植被3个类型。(2)四儿滩湿地植物群落结构指数除群落均匀度指数外,生态优势度、丰富度和物种多样性均是交错带最大,其次是旱生带,湿生带最小。(3)四儿滩湿地—干草原交错带不同方向群落结构差异较大,各项植物群落结构指数均是东北样线最大,西北样线最小。造成不同样线间边缘效应差异的主要因素是人为干扰程度和地形抬升程度不同。     

高寒草甸植物群落生长发育特征与气候因子的关系

为合理利用高寒草甸资源,探讨近年来气候变化对高寒草甸的影响,以青海省甘德县高寒草甸为例,基于牧业气象站1976-2006年的气象资料和1994-2006年的牧草观测资料,分析了草地植被地上生物量、高度、盖度和物候期等群落特征以及当地气温、降雨等气象因素的年际变化趋势,采用典型相关分析法和逐步回归分析法对草地植物群落特征变化与气象因子的关系进行了研究,综合分析了影响植被生长状况的关键因子,结果表明：（1）青藏高原高寒草甸总体呈年均气温和平均地温上升、年降水量下降的"暖干化"趋势,牧草盖度高度增大,产量减少,整体观测水平下的牧草物候期推迟。（2）牧草的高度、盖度及产量对不同气候因子的响应程度不同。牧草高度与盖度对温度因子的变化更敏感,牧草产量对水分因子的变化更敏感。平均地温和相对湿度越高,牧草高度越高,产量越多。（3）不同牧草的物候期受不同气象因子的影响,变化趋势也不相同。从整体水平上看,牧草物候期对温度因子更敏感,温度越高,物候期越提前。     

Root responses to nutrient patches in grassland and forest

Differences between growth forms in root responses to experimentally created heterogeneity have been documented in many greenhouse and plot studies, but not in natural vegetation. Here we examined the response of roots to experimental nutrient patches in undisturbed grassland and forest at the northern edge of the North American Great Plains. Forest vegetation increases the spatial heterogeneity of soil resources, and we tested for differences between forest and grassland roots in response to patches. Ten minirhizotrons (clear tubes, 5 cm diameter, 180 cm long) were installed in both grassland and forest 3 years before the experiment. Minirhizotrons ran horizontally 10 cm beneath the soil surface. Patches of available nitrogen (N) were created over the tubes, using three concentrations (0, 3, 15 g N m⁻² yr⁻¹) and two patch sizes (1␣and 10 cm²). Root images were collected beneath patches over the course of a growing season. Root length was significantly greater in grassland than forest at the start and end of the growing season, but did not respond to N patches. Root production was also significantly greater in grassland than forest, and was significantly greater (about 20%) in high-N patches than in unfertilized patches. This increase, however, did not differ between vegetation types. Turnover did not vary with any treatment, and patch size had no effect on any response variable. Overall, differences caused by experimental patches were much smaller than differences between habitats, and did not vary between habitats. Realistic levels of experimentally imposed hetereogeneity in established vegetation may not be much greater than background levels, and field vegetation has extant root systems which respond to patches via uptake instead of growth. Both mechanisms should contribute to less root proliferation in field experiments than in greenhouse experiments.     

黄土高原退耕草地植被根系动态分布特征

采用土钻法研究了黄土高原不同退耕年限和天然草地植被根系的垂直分布特征.结果表明,样地上不同采样点间的根系分布不存在显著差异,根系指标的合并计算结果可以代表立地上植被根系的分布特征.植被根系生物量、根系长度等指标的垂直分布特征均表现出随着深度增加而减少的趋势;随着退耕年限的增加,植被根系的生物量、根系长度等指标逐渐增加,一般在退耕年限超过20年后,植被根系的分布特征接近天然草地的根系分布特征.随着退耕年限的增加,根系消失系数从0.98逐渐降低到0.96,说明植被在深层土壤中的相对含量逐渐减少,根系逐渐集中在0～40cm的表层土壤中.退耕植被根系分布特征的改善提高了土壤理化性质,有利于新物种入侵和植被演替进行.     

植被-地温指数(NDVI-LST)在新疆干旱监测中的适用性

采用MODIS归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和地表温度(Land Surface Temperature,LST)产品数据分析新疆2000—2015年生长季3阶段NDVI与LST的时空变化特征及相关关系;利用多元线性回归方法分析不同时期影响NDVI-LST相关关系的气象因子;并按不同土地覆盖与土地利用(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)类型分析NDVILST相关关系时空变化特征。结果表明:(1)生长季3时期LST与NDVI均存在显著相关关系,可利用两者的特殊关系进行干旱评估。(2)不同时期气象因子对NDVI-LST相关关系影响程度不一;并且不同LUCC类型的NDVI-LST相关关系也存在明显差异。(3)在生长季中期利用植被健康指数(Vegetation Health Index,VHI)对新疆大部分地区的植被健康和干旱进行监测是可行有效的,而初期与末期的干旱评估需要利用其他干旱指数进行补充研究。     

2000—2015年青藏高原草地归一化植被指数对降水变化的响应

降水变化是造成青藏高原草地植被生长年际变异的重要因素,降水量、分配方式及发生时间是降水变化的重要特征.利用2000—2015年青藏高原及附近区域145个气象站点的降水资料,以年降水量表征降水整体状况,以改进的降水集度(PCI)表征年内降水的分配状况,以定义的降水重心(PC)表征降水的集中时期,分析青藏高原降水变化的时空特征;并进一步以归一化植被指数最大值(NDVI_max)表征植被生长状况,探讨了青藏高原草地对降水年际变化的响应.结果表明: 青藏高原年降水量和PCI存在明显的梯度特征,PC在西藏南部形成中心.青藏高原灌丛草地NDVI_max年际变化对PCI变化响应敏感,降水越均匀越有利于NDVI_max的增加,但受到降水量的限制;高寒草甸对降水特征没有表现出显著的相关关系;草原植被NDVI_max的年际变化同时受PCI和PC的控制;高寒荒漠植被NDVI_max的年际变化主要受降水量的控制.在研究降水变化对青藏高原不同类型植被的影响时,除降水量之外,还需进一步考虑降水的分配格局等特征.     

陇东董志塬植被生态现状及评价

调查了甘肃省庆阳市董志塬的自然植被,结果表明:董志塬主要自然群落类型包括3个植被型,4个植被亚型,14个群。共记录植物33科65属165种,以菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、蔷薇科(Rosaceae)居多。塬内各植物群落生物量处于"Va～Ⅱ"水平,其中森林群落"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛、草原群落"Va～Ⅳ";生长量处于"Vb～Ⅱ",其中森林"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅲ"、草原"Vb～Ⅲ";物种量处于"Va～Ⅲ"水平,其中森林和灌丛群落"Va～Ⅳ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落郁闭度处于"Ⅳ～Ⅱ"水平,其中森林和灌丛为"Ⅳ～Ⅱ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落结构度处于"Ⅳ～Ⅰ"水平,其中森林植被"Ⅱ～Ⅰ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅱ"、草丛群落"Ⅳ～Ⅲ"。综合各群落盖度、物种量、生物量、生长量、群落结构等5项指标进行评价,董志塬内各天然植被群落类型综合评价等级为"Ⅳ～Ⅱ"的水平,其中森林群落综合水平均为"Ⅲ～Ⅱ",灌丛群落和草原群落处于"Ⅳ～Ⅲ"水平。     

高寒草地生物量变化对归一化物候指数的响应

准确评价草地地上生物量(Above-ground biomass, AGB)对草地资源的可持续利用和保护具有重要意义。以甘南为典型研究区,利用2019—2021年Sentinel-2地表反射率和野外实测地上生物量数据,借助GEE(Google Earth Engine)平台和数理统计方法评价了9种植被指数对高寒草地AGB的估算精度,构建了高寒草地地上生物量反演模型,在此基础上分析了2019—2021年甘南州草地产量的时空动态变化。结果表明：在所有植被指数中,归一化物候指数(Normalized difference phenology index, NDPI)与草地AGB的R²值最高(0.72),其次为归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)(R²=0.68),拟合效果最差的为增强型植被指数(enhanced vegetation index, EVI)(R²=0.37)和差值植被指数(different vegetation index, DVI)(R<...     

三江平原土地利用/覆被变化对区域植被碳储量的影响

通过历史时期地图数字化和遥感图像解译得到三江平原1954～2005年的6期土地利用/覆被数据。根据IPCC《2006指南》提供的方法,评估土地利用/覆被变化对三江平原植被碳储量的影响。结果表明:三江平原1954～2005年土地利用/覆被变化显著,农田大面积增加,沼泽湿地、林地、草地面积锐减;土地利用/覆被变化主要发生在农田、沼泽湿地、林地和草地之间;农田是沼泽湿地、林地、草地的主要转出对象,林地的主要转入来源为农田和草地,沼泽湿地的主要转入来源为农田和林地。1954～2005年共有1.07×10³km²林地、5.73×10³km²草地和2.59×10⁴km²沼泽湿地转出为农田。土地利用/覆被变化导致三江平原植被碳储量不断减少,1954～2005年三江平原植被碳储量共减少57.48Tg。林地、沼泽湿地、草地向农田的转化及林地向草地、沼泽湿地的转化导致植被碳储量减少97.06Tg,农田向林地、沼泽湿地、草地的转化及草地、沼泽湿地向林地转化导致植被碳储量增加39.58Tg。