内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

近20年北方草原生态价值核算及其时空差异特征

草原是我国重要的陆地生态系统和自然资源,具有多元生态服务,探索草原生态价值核算方法对于草原保护修复与可持续管理具有重要意义,但当前草原生态价值尚未形成公认的评估框架和准确的核算方法。定位于北方草原,以内蒙古天然草原为典型案例区,提出了“支持-供给-调节-文化”服务价值四类共计19项的草原生态价值评估体系,基于地面采样、野外观测、遥感解译、模型模拟和统计等多源数据,在像元尺度上核算了2000—2020年草原生态价值并分析其空间分异特征和动态演变规律。结果表明：近20年来内蒙古草原生态价值多年均值为17640.60亿元/a,约为自治区同期国内生产总值(GDP)(8607.23亿元/a)的2.05倍,每公顷草原提供的生态价值为2.34万元/hm²,总体呈现“东北高—西南低”的空间分布格局特征。其中,草原调节服务价值最高,多年均值6676.44亿元/a,占比53.68%;其次为草原支持服务价值,多年均值为6293.96亿元/a,占比35.13%;草原供给和文化服务价值多年均值分别为3796.27亿元/a(6.24%)和873.93亿元/a(4.95%)。从具体指标来看,防...     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

内蒙古锡林郭勒草原植被的光谱反射特征与牧草产量相关性的分析

本文论述了内蒙古锡林郭勒草原植被的光谱反射特征,分析了各波段反射率与不同植被牧草产量的相关关系,利用6种比值植被指标和正交指标拟建立产草量的估算模式,并进行了精度检验,确认：比值指标G与ND以及二维正交指标(PVI)可以成功地用以估测牧场产草量,这种估测方法最大误差为10%左右。     

Wind speed reconstruction from a tree-ring difference index in northeastern Inner Mongolia

The lack of instrumental wind speed data beyond the industrial era limits our ability to evaluate the contributions of natural versus anthropogenic processes on long-term changes in wind speed. It is thus desirable to find proxies for historical changes in wind speed. Persistent and strong winds can cause compression wood composed of wider and denser rings in conifer trees at leeward sides. This work hypothesizes that the asymmetric wind impact on tree radial growth provides information about wind speed changes. To test the hypothesis, we developed a Tree-Ring Difference Index (TRDI) representing the differences between tree ring widths at the windward and leeward sides. Thirty-four trees subjected to strong and persistent winds in a Picea mongolica forest in northeastern Inner Mongolia were analyzed. The TRDI based on 124 cores correlates significantly with the maximum wind speeds recorded from May to August, indicating that this proxy can be used for wind speed reconstruction. Our reconstruction reveals long-term changes in wind speed including an upward trend from 1940 to 1954, followed by continually decreasing wind speeds from 1955 to 1990 and increasing values from 1991 to 2010. The reconstructed wind speeds include strong multi-decadal variability and significant correlations with the Pacific Decadal Oscillation (PDO).     

Modeling grassland aboveground biomass using a pure vegetation index

Remote sensing can be the most effective means of scaling up grassland aboveground biomass (AGB) from the sample scale to the regional scale. Among the remote-sensing approaches, statistical models based on the vegetation index (VI) are frequently used to retrieve grassland AGB because of their simplicity and reliability. However, these types of models have never been comprehensively optimized to overcome VI insensitivity and soil effects. Because grassland AGB is related to grassland type, in our research the integrated orderly classification system for grassland (IOCSG) was used to differentiate grassland types. The study area, located in Inner Mongolia, China, included desert steppe, typical steppe and meadow steppe. A pure VI (PVI) was extracted from the normal VI using spectral mixture analysis (SMA). Using a proportional relationship, PVI models were then constructed based on grassland type. The results demonstrated that the PVI models can have clear advantages over the more commonly used VI models. They simplify the parameterization of VI models and thus enhance models constructed for different regions with different remote sensing data sources. Notably, detailed differentiation of grassland types can improve the accuracy of AGB estimates. The methodology proposed in this study is particularly beneficial for AGB estimates at a national scale, especially for countries such as China with many grassland types.     

内蒙古生态系统质量空间特征及其驱动力

植被作为生态系统的重要组成部分,联结着大气、水分和土壤等自然过程,其变化将直接影响该区域气候水文和土壤等状况,是区域生态系统质量变化的重要指示器。植被状况的好坏,主要通过生物量和植被覆盖度因子来表示。内蒙古自治区是我国北方生态环境问题十分严重的省份,弄清当前区域生态系统质量状况与变化及其近10年来变化的驱动因素,对分析与制定区域生态环境保护决策具有十分重要的意义。基于2000—2010年生物量和植被覆盖度,并结合地区植被区划数据,对内蒙古植被生态系统质量状况进行分析,并评估其与气候(降水、温度),人类活动(交通密度、农业发展、生态恢复工程)的相关关系,在此基础上探讨了气候和人类活动对近年来内蒙古生态系统质量变化的影响。结果表明:(1)内蒙古生态系统质量状况整体偏低,其中森林生态系统平均质量最高,灌丛、草原生态系统次之。空间分布呈明显的经度地带性,由东向西,质量逐渐降低。2000—2010年内蒙古生态系统质量总体上呈现缓慢增长趋势,但局部地区生态系统质量仍存在恶化,其中在107°E以东的草原和森林区域,生态系统质量变化十分剧烈。(2)近10年来内蒙古生态系统质量的变化与气候和人类活动的关系非常密切,其与降水、GDP1、化肥施用量、天保工程和退耕还草工程呈现明显的正相关。而与温度、道路密度和京津风沙治理工程呈现明显的负相关。其中,生态保护工程实施区域内和区域外的相关性存在显著的差异性。随着内蒙古社会经济的快速发展,人类活动对生态系统质量的影响逐渐加强,但降水仍是该地区生态系统质量的主要影响因子。(3)在内蒙古生态系统质量变化典型区域内,质量的增长主要是由于降水的增加、温度的降低、农业的发展、退耕还草工程的作用和交通发展的放缓。质量的降低则是因为降水的减少、温度的增加、农业发展缓慢和交通发展的加快所致。     

短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构

为详细了解内蒙古短花针茅荒漠草原生态系统中土壤微生物群落组成与结构。对其土壤中微生物的总DNA提取后,采用高通量测序技术对土壤中细菌的16Sr DNA和真菌的ITS基因进行了序列测定,分析了短花针茅荒漠草原土壤中微生物群落结构特征。结果表明,共获得细菌OTUs13711个,真菌OTUs 5929个。物种分类显示,细菌种类隶属于29门57纲111目191科485属,其中优势类群为Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它们的相对丰度分别为32.68%和26.83%。真菌隶属于4门16纲45目78科105属,优势类群为Ascomycota和Basidiomycota,它们的相对丰度分别为35.76%和25.90%。土壤中细菌群落的多样性和丰富度均高于真菌。     

The urgent need to develop a new grassland map in China: based on the consistency and accuracy of ten land cover products

Grasslands are the most dominant terrestrial ecosystem in China, but few national grassland maps have been generated. The grassland resource map produced in the 1980s is widely used as background data, but it has not been updated for almost 40 years. Therefore, a reliable map depicting the current spatial distribution of grasslands across the country is urgently needed. In this study, we evaluated the grassland consistency and accuracy of ten land cover datasets (GLC2000, GlobCover, CCI-LC, MCD12Q1, CLUD, GlobeLand30, GLC-FCS30, CGLS-LC100, CLCD, and FROM-GLC) for 2000, 2010, and 2020 based on extensive fieldwork. We concluded that the area of these ten grassland products ranges from 107.80×10⁴ to 332.46×10⁴ km², with CLCD and MCD12Q1 having the highest area consistency. The spatial and sample consistency is highest in the regions of east-central Inner Mongolia, the Qinghai-Tibet Plateau and northern Xinjiang, while the distribution of southern grasslands is scattered and differs considerably among the ten products. MCD12Q1 is significantly more accurate than the other nine products, with an overall accuracy (OA) reaching 77.51% and a kappa coefficient of 0.51; CLCD is slightly less accurate than MCD12Q1 (OA=73.02%, kappa coefficient=0.45) and is more conducive to the fine monitoring and management of grassland because of its 30-meter resolution. The highest accuracy of grassland was found in the Inner Mongolia-Ningxia region and Qinghai-Tibet Plateau, while the accuracy was worst in the southeastern region. In the future grassland mapping, cartographers should improve the accuracy of the grassland distribution in South China and regions where grassland is confused with forest, cropland and bare land. We specify the availability of valuable data in existing land cover datasets for China’s grasslands and call for researchers and the government to actively produce a new generation of grassland maps.

     

不同土地利用方式下土壤风蚀主要影响因子研究——以内蒙古武川县为例

以内蒙古武川县为例,选取天然草场、旱作农田(马铃薯)和退耕人工灌木林3类农用地为研究对象,对影响土壤风蚀的气候、植被覆盖度、土壤特性等若干因子进行了野外实测、室内分析及风洞模拟试验.结果表明,降雨少、风大、风多、土壤质地粗糙以及冬春冻融交替作用造成土壤表层疏松干燥等原因,决定了春季是该地区土壤风蚀的易发期.植被覆盖度是影响土壤风蚀的重要因子.在冬春风蚀季节覆盖度高低依次为灌木地＞天然草地＞旱作农田,此时缺少地表覆盖物保护的旱作农田最易受到风蚀危害.土壤含水量是影响风蚀的另一个重要因子.通过风洞试验对土壤风蚀率与含水量的定量关系研究表明,土壤含水量越高,土壤启动风速越大,风蚀率越小.6%土壤含水量是旱作农田风蚀强度由强变弱的一个转折点.田间试验结果表明,不同土地利用方式下表层土壤含水量总体上表现为天然草地＞旱作农田＞灌木林.通过风洞试验对土壤水分和风速的定量化研究表明,土壤风蚀速率随风速的增大而增大,二者呈幂函数关系.在净风吹蚀的条件下,18 m·s^-1风速是风蚀强度急剧增加的一个转折点.     

气候假说对内蒙古草原群落物种多样性格局的解释

物种丰富度的地理格局是宏观生态学和生物地理学的中心议题之一。本文基于内蒙古草原192个野外样地的调查数据, 结合各样地年平均气温、年降水量等9个气候因子, 探讨内蒙古草原物种丰富度格局及其主导因素, 以确定气候假说在该区的适用性。结果表明: (1)内蒙古草原物种丰富度经度格局显著, 呈现沿经度升高而增加的趋势, 同时由于经纬度的共线性, 也呈现出沿纬度升高而增加的趋势。(2)方差分解显示, 能量单独解释率为2.7%, 水分单独解释率为11.4%, 水分和能量共同解释率为46.3%, 未解释部分为39.6%, 可见能量与水分的共同作用在物种丰富度格局形成中占主导地位, 支持水热动态假说。这说明水热动态假说适用于解释内蒙古草原物种丰富度 格局。     

基于“风感”的紧凑型城市开放空间风环境实测和CFD模拟比对研究

城市开放空间的风场不仅影响微环境的"风感"舒适度还影响宏观尺度的城市气候。从景感生态学的角度出发,首先阐述"风感"的定义,总结了街道峡谷空间风场的基本规律和特点。运用Kestrel NK4500手持气象站对城市开放空间的风环境进行实测,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Fluent 14.0对不含绿地的同一空间进行风环境模拟,通过两者的数据比对来研究紧凑型城市开放空间内绿地对行人高度风场的实际干扰程度。结果发现,紧凑型城市开放空间的"风感"受建筑和绿地空间布局的共同影响。当建筑高于绿地时,风场受建筑的控制;当林带高于建筑时,林带对风环境的影响程度受其疏密度影响。疏密度较高的常绿林带对风向和风速影响很大,而疏密度较低的林带会影响风速,对风向影响不大。影响风速的主要因素是空间围合所形成的空气域,相比实体、多孔介质,空气域对风的阻力要小的多。如铺装、草坪上方的通风廊道是影响行人高度层通风、导风的关键因素。紧凑型空间内的绿地在行人高度应保持通畅以保证通风,并通过建立平面和竖向上的通风、导风廊道体系,促进空气循环。     

内蒙古天然与放牧草原温室气体排放研究

采用静态箱-气相色谱法测定内蒙古典型草原温室气体排放。结果表明,四类天然草原吸收CH4、排放N2O和CO2各自有其相对固定的季节变化形式,四类草原和大气交换温室气体通量的变化形式基本一致,受年度气候变化所控制,而土壤、植被类型、降雨量等天然因素和放牧强度等人为因素仅影响排放强度。与天然羊草草原相比,自由放牧降低了羊草草原对CH4的吸收和N2O排放,增加了CO2的排放。     

基于生态资产的内蒙古生态保护效益评估

生态资产是能够为人类提供生态产品和服务的自然资源资产,生态资产的变化特征可以反应生态保护政策与工程的实施效果。内蒙古地理位置重要,生态系统脆弱,发挥着生态安全屏障作用,是国家生态保护政策与工程实施的重点区域,通过生态资产变化评估内蒙古生态保护效益,对掌握生态状况与保护生态资产具有一定的意义。通过核算森林、灌丛、草地生态资产面积和质量,并建立生态资产综合指数,评估了内蒙古生态资产特征及变化情况。内蒙古生态资产主要以草地生态资产为主,占自然生态资产总面积的73.72%。草地生态资产质量较差,以中级、差级和劣级为主,占草地生态资产的81.03%;森林生态资产质量较好,灌丛生态资产质量也较差。2000-2015年,生态资产综合指数提高了24.91,生态资产面积变化不明显,生态资产质量明显提升,质量提升面积为16.59×10⁴km²。内蒙古整体生态质量水平在缓慢提升,实施的生态保护工程与政策发挥了积极作用。     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000-2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明：不同植被类型间的过火率存在极显著差异（P<0.001）,为草甸草原>典型草原>荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P<0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r²=-0.54,P<0.05)和典型草原（r²=-0.61,P<0.05）的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.     

内蒙古中部地区繁殖鸟类多样性调查

2011年5～6月,采用样线法和固定半径样点法对内蒙古中部地区荒漠草原、典型草原及湿地3种生境中的鸟类进行了调查,共记录到繁殖鸟63种,隶属于11目25科,其中留鸟12种,夏候鸟51种。在动物地理区系成分上,古北界鸟类54种(占85.71%);东洋界鸟类9种(占14.29%)。调查结果表明,3种生境的鸟类群落结构在多样性指数上以湿地为最高,其次为荒漠草原,典型草原最低;均匀度指数最高的为荒漠草原,其次为湿地,典型草原最低。     

21世纪上半叶内蒙古草地植被净初级生产力变化趋势

基于中国气象局国家气候中心新发布的中短期适应气候变化的新情景(RCP4.5)和极端情景(RCP8.5)下的气候预估数据,采用空间化后的CENTURY模型模拟探讨2011－2050年内蒙古草地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征.结果表明: 区域尺度上,未来气候变化情景下内蒙古草地NPP年下降速率分别为0.57 g C·m^-2·a^-1(RCP4.5)、0.89 g C·m^-2·a^-1(RCP8.5);相对于基准时段,RCP4.5情景下内蒙古草地NPP在2020s、2030s、2040s分别下降11.6%、12.0%、18.0%,而RCP8.5情景下降幅分别为23.8%、21.2%、30.1%.不同气候情景下内蒙古草地NPP时空变化特征差异较大,但即使在RCP4.5下未来40年绝大部分草地NPP也将呈现下降趋势,15.6%的草地减产超过20%.这表明未来气候变化情景下内蒙古草地降水略增的态势不足以补偿因温度升高对草地植被初级生产力所产生的负面作用,草地资源的可持续发展将面临更大挑战.     

Growth Rings of Roots in Perennial Forbs in Duolun Grassland, Inner Mongolia, China

Annual growth rings of roots in perennial forbs have been used in studies of climate change and the ecology of grasslands. However, little has been done in this aspect of research in China. In this study, we report the characteristics of growth rings in the main roots of 13 herb species sampled in Duolun of the Inner Mongolia grassland in northern China. The results show that around two thirds of the species possess clearly demarcated annual rings in the root xylem. Some species of the same genera show different patterns in anatomical structure of the root xylem. Standardized annual ring widths of three species, Potentilla anserine L., Cymbaria dahurica L. and Lespedeza daurica （Laxm.） Schindh, show a common linear trend, indicating a continued favorable growth condition in the sampling sites. Our results provide evidence that growth rings in roots of some perennial forbs in the Inner Mongolia grassland can serve as a new and useful indicator of past changes in the grassland environment.