气候变化背景下我国东北三省农业气候资源变化特征

基于1961-2007年中国东北三省72个气象台站的气象资料,分析了东北三省全年及温度生长期内的平均气温、≥10 ℃积温、降水量、日照时数和参考作物蒸散量等农业气候资源的变化特征.结果表明：研究期间,东北三省年均气温总体呈升高趋势,其气候倾向率为0.38 ℃·10 a^-1;温度生长期内≥10 ℃积温同样呈上升趋势,且积温带逐渐北移东扩,全区高于3200 ℃·d积温带面积增加了2.2×10⁴ km²,2800～3200 ℃·d积温带北移0.85°、东移0.67°,2400～2800 ℃·d积温带北移1.1°;东北三省年日照时数显著下降,且以松嫩平原东部、吉林省中西部平原、辽河平原西部的减少尤为明显,全区年日照时数高于2800 h的区域面积由13.6×10⁴ km²缩小到4.1×10⁴ km²,2600～2800 h的区域向西推进了1.5°;全区温度生长期内日照时数平均为1174 h,与1961-1980年相比,1981-2007年温度生长期内的日照时数高值区明显减少,日照时数1200～1400 h的区域向西推进了0.9°;1961-2007年间,研究区年降水量及温度生长期内降水量均呈下降趋势;黑龙江省全年参考作物蒸散量整体呈增加趋势,吉林省中西部平原区有所减小、东部山区呈增加趋势,辽宁省均呈减小趋势,与1961-1980年的年均值相比,1981-2007年年参考作物蒸散量高于900 mm区域向西推移了约1°;黑龙江省和吉林省绝大部分区域温度生长期内参考作物蒸散量逐年增加,而辽宁省绝大部分区域以小于14 mm·10 a^-1的幅度在减少.     

中国东部南北样带主要植被类型物候期的变化

植被物候期的变化是全球变化研究的热点问题, 因为物候过程是反映植被对气候变化响应的最直接和最敏感的生态学过程之一, 大尺度植被物候学过程主要以植被的季节动态体现其对气候变化的长期适应过程。基于NOAA/AVHRR从1982年至2006年的双周归一化植被指数NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)数据, 依托中国东部南北样带, 对主要植被类型的物候过程进行模拟, 并计算了主要物候现象(包括返青起始期、休眠起始期和生长季长度)的发生时间和演变趋势。结果表明: 返青起始期显著提前的植被有温带针叶林(TCF, 0.56 d·a^-1)、温带草丛(TG, 0.66 d·a^-1)、亚热带热带针叶林(STCF, 0.46 d·a^-1)、亚热带落叶阔叶林(SDBF, 0.58 d·a^-1)和亚热带热带草丛(STG, 0.89 d·a^-1); 休眠起始期显著推迟的植被有寒温带温带针叶林(TCTCF, 0.32 d·a^-1)、SDBF (0.80 d·a^-1)和温带落叶阔叶林(TDBF, 0.18 d·a^-1); 此外, 大部分植被类型的生长季长度都有所延长, 但延长的方式不同: TCF (0.77 d·a^-1)是由于返青起始期显著提前造成的; TCTCF (0.38 d·a^-1)和TDBF (0.36 d·a^-1)是由于休眠起始期显著推迟造成的; TG (0.76 d·a^-1)、STCF (0.83 d·a^-1)、SDBF (1.40 d·a^-1)和STG (1.30 d·a^-1)等是由于返青起始期提前和休眠起始期推迟共同造成的。对温度和降水的变化进行分析发现, 温度对南北样带上植被物候的影响较大, 而降水对物候的影响相对较小, 不同植被类型对温度的响应各异。在南北样带上存在的热量梯度, 使得整条样带上植被的物候现象也表现出时间梯度, 从返青起始期发生的时间上比较, 从北向南逐渐推迟, 即寒温带植被>温带植被>亚热带植被; 休眠起始期和生长季长度则正好相反, 亚热带植被>温带植被>寒温带植被。     

增温、光照时间和氮添加对蒙古栎主要物候期的影响

利用大型人工气候室模拟研究增温(对照、增温1.5 ℃、增温2.0 ℃)、光照时间(10、14、18 h)和氮添加(0、5、10、20 g N·m^-2·a^-1)对东北地区蒙古栎主要物候期的影响。结果表明: 增温1.5和2.0 ℃使芽膨大期显著提前,完全变色期显著推迟,生长期延长,且延长天数随增温幅度的增大而增加。光照时间显著影响秋季物候(叶黄始期、叶黄普期、完全变色期),与光照14 h相比,短光照(10 h)使叶黄始期显著推迟7.0 d,生长盛期相对延长。氮添加使芽膨大期、芽开放期、展叶始期、展叶盛期均显著提前,完全变色期仅在高氮水平(20 g N·m^-2·a^-1)下显著推迟9.5 d,表明高氮添加使蒙古栎生长期延长。增温和高氮添加(20 g N·m^-2·a^-1)协同作用显著推迟完全变色期,导致叶黄期延长。增温和短光照协同作用、氮添加和短光照协同作用以及增温、氮添加和短光照协同作用均使叶黄始期显著推迟,生长盛期相对延长。     

藏东南冬小麦生育期变化及其对气候变化的响应

基于1991—2020年林芝冬小麦生育期及气温、降水量、日照时数等资料,采用线性倾向估计法、Pettitt法、相关分析法和优势分析方法等,在分析全球气候变暖背景下藏东南冬小麦生育期变化的基础上,探讨了影响藏东南冬小麦关键生育期的主导气象因子。结果表明：1991—2020年藏东南冬小麦营养生长期(VGP)、生殖生长期(RGP)和全生育期(WGP)的热量资源表现为升高趋势,降水量、相对湿度和日照时数均趋于下降;藏东南冬小麦三叶、分蘖和孕穗日期推迟0.16～4.12 d·10 a^-1,其他生育期日期提前0.41～4.42 d·10 a^-1,以开花期提前的最多;在生育期长度上,分蘖-返青、孕穗-抽穗、抽穗-开花、乳熟-成熟4个生育期长度缩短0.71～6.12 d·10 a^-1,其余生育期长度延长0.34～4.02 d·10 a^-1;VGP和WGP长度均呈缩短趋势,RGP长度对气候变化的响应不明显;冬小麦67%的生育期日期和70%的生育期长度出现了显著的气候突变,突变时间主要发生在21世纪初;≥0℃积温显著增...     

2000-2019年中国南方竹林区水分利用效率时空特征及驱动机制

水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)是深入理解生态系统碳、水循环及两者耦合关系的重要指标,然而我国重要森林类型之一的竹林的WUE时空格局及其驱动机制研究不足。通过MODIS净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)数据得到竹林区WUE,采用线性趋势法计算WUE年际变化率表征变化趋势,并应用地理加权回归(GWR)模型分析了WUE与气候和地形等10个驱动因子的关系,探究了中国南方竹林区近20年间(2000—2019)WUE驱动机制。结果表明：(1)2000—2019年中国南方竹林区WUE多年均值为0.89 gC m^-2 mm^-1,呈显著下降趋势,下降速率为0.0028 gC m^-2 mm^-1 a^-1,ET上升速度大于NPP上升速度是造成WUE下降的主要原因;WUE呈南高北低的空间分布格局,83.5%区域的WUE呈下降趋势。(2)基于GWR模型的WUE驱动力分析发现,WUE变化最强的驱动因子是CO₂浓度和年降水量,而海拔、坡度等地形因子的...     

长江中下游热量资源时空演变特征及其对双季稻种植的影响

热量资源的时空特征是影响双季稻种植布局的主要气候因素.为了分析近52年长江中下游主要双季稻区热量资源的变化特征及其对双季稻种植的影响,本研究选取湖南、江西和湖北3省作为双季稻代表性研究区域,根据3省240个气象站1961—2012年的地面气象观测资料,利用气候倾向率及突变分析等方法,分析研究区双季稻温度生长期的热量资源和双季稻的安全生长期的演变规律,在此基础上分析研究时段内不同水稻品种搭配布局及种植北界的变迁.结果表明: 近52年双季稻温度生长期及安全生长期的热量资源均呈明显增多趋势,其中,双季稻生长期及安全生长期的热量资源由寡至多的突变点均出现在2000年;双季早稻安全播种期提前3～7 d、双季晚稻安全齐穗期延后2 d,双季稻安全生长期平均延长7 d;双季稻种植北界明显北移了200 km左右,至33° N附近;同时,双季稻品种搭配由“早熟早稻+中熟晚稻”和“中熟早稻+中熟晚稻”向“中熟早稻+晚熟晚稻”转变.长江中下游双季稻区热量资源的增加为双季稻种植北界北移、中晚熟品种替代早中熟品种提供了可能.     

2000-2017年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异

气候变化背景下开展山地过渡带植被物候变化规律及区域差异研究对于揭示过渡带对气候变化的响应方式具有重要意义。基于2000-2017年MODIS EVI₂数据,反演了秦岭山地植被物候参数并建立了遥感物候数据集,分析了近18年来秦岭山地植被物候变化的时空特征及其南北差异。结果表明：①秦岭山地植被物候变化表现出明显的地形和气候地域分异规律,尤以高海拔区的变化最为显著,全区GSS （物候始期）主要发生于70-130DOY （Day of Year）,83.29%的区域呈提前趋势,提前主要集中在0-5d/10a （44.46%）与5-10d/10a （28.60%）;GSE （物候末期）主要发生于270-310DOY,50.17%的区域呈推迟趋势,变化趋势不明显;GSL （生长期）集中在150-210d,65.34%的区域呈延长趋势,延长在0-5d/10a （19.28%）、5-10d/10a （20.71%）及10-15d/10a （14.12%）均有分布。②秦岭山地GSS对气候变化的响应程度显著大于GSE,南北坡植被物候变化不仅存在区域差异且存在季节差异,GSS北坡较南坡平均约早6.2d且南坡提前趋势较北坡显著,GSE南坡较北坡平均约晚5.8d且北坡推迟趋势较南坡显著,GSL北坡较南坡约长18.7-23.2d。③GSS、GSS及GSS变化表现出显著的海拔敏感性,随着海拔上升,GSS逐渐推迟,GSE逐渐提前,GSL逐渐缩短,三者在海拔≤600m及≥2700m地区随海拔变化的波动幅度较大,南北坡三者随海拔的变化亦存在明显的差异,海拔每上升100m,北坡GSS推迟1.76d,GSE提前0.25d,GSL缩短2.01d;南坡GSS推迟1.50d,GSE提前0.44d,GSL缩短1.94d。④不同植被垂直带上GSS、GSE及GSL的变化存在明显差异,尤以≤600m植被带上及高山灌丛草甸带上的差异最为明显,且三者在高山灌丛草甸带的发生时间及时长北坡与南坡发生转换,表现为GSS、GSE、GSL北坡较南坡分别平均早3.5d、晚2.9d、长6.4d。     

黄河流域生态安全屏障防风固沙时空变化及驱动因素

黄河流域是我国重要的生态屏障和经济区,防风固沙服务及其驱动机制的研究对于筑牢黄河流域生态安全屏障具有重要意义。基于修正土壤风蚀模型(RWEQ)定量评估黄河流域2000—2018年防风固沙服务时空变化,采用相关分析和地理加权回归模型(GWR)从社会、气候、土壤、植被、地形等角度探究各驱动因素对黄河流域防风固沙服务影响的空间异质性。结果表明：(1)2000—2018年黄河流域土壤风蚀模数与单位面积防风固沙量分别以0.04 t hm^-2 a^-1和0.14 t hm^-2 a^-1的速率下降,而防风固沙保有率和植被覆盖度则分别以0.05%·a^-1和0.26%·a^-1的速率上升。(2)黄河流域土壤风蚀以微度(<2 t hm^-2 a^-1)和轻度(2—25 t hm^-2 a^-1)为主,共占研究区面积的96.28%。土壤风蚀在空间分布呈现西北高东南低的特点,而防风固沙服务高值则主要分...     

南方山区典型小流域桉树人工林种植对水土流失的影响

南方山区人工林的不合理开发导致严重的水土流失。典型人工林小流域土壤侵蚀时空变化研究对于人工林种植和山区生态环境可持续发展具有重要意义。本研究利用地理信息系统结合修正通用土壤流失方程，分析了粤西山区大顶山小流域土壤侵蚀的时空变化及关键驱动机制。结果表明：大顶山小流域侵蚀模数为1948.1 t·km^-2·a^-1,属于轻度侵蚀，但空间变异十分剧烈，变异系数为5.12,最大值可达191127 t·km^-2·a^-1。微度侵蚀(<500 t·km^-2·a^-1)面积占流域总面积的80.6%,中度及以上侵蚀(>2500 t·km^-2·a^-1)主要分布在植被覆盖度小于30%的桉树人工林幼林区，贡献了流域总侵蚀量的75.7%。2014—2019年间，大顶山小流域平均侵蚀年际变化不大，但土壤侵蚀空间分布变化较大，植被覆盖度、坡度和降雨是关键影响因素。桉树人工林种植导致自然植被破坏是引发造林区土壤侵蚀的首要原因。幼林区土壤侵...     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响

从2013年11月至2014年11月,采用尼龙网袋法对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物进行原位分解试验,模拟N(NH₄NO₃)沉降水平分别为对照(0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(30 g N·m^-2·a^-1),研究了N沉降对常绿阔叶林凋落物分解及其木质素和纤维素降解的影响.结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物在夏季分解较快,明显快于其他季节.N沉降显著抑制了阔叶林凋落物的分解,抑制作用随N沉降量的增加而加强.N沉降使凋落物质量损失95%的时间与对照(4.81年)相比增加了0.53～1.88年.经过1 年的分解,中氮沉降和高氮沉降处理木质素和纤维素残留率显著高于对照,表明N沉降显著抑制了凋落物木质素和纤维素的降解.凋落物质量残留率与木质素和纤维素残留率呈显著正相关.N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机N的添加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.     

2001—2018年长白山自然保护区生长季NDVI变化特征及其对气候变化的响应

为了解全球变化背景下东北亚温带森林的动态变化及其对气候变化的响应,基于MODIS 250 m分辨率遥感数据、1 km分辨率地表温度数据以及研究区内及周边气象站点数据,分析2001—2018年生长季长白山自然保护区的归一化植被指数(NDVI)变化情况及其与温度、降水的相关性。结果表明: 2001—2018年生长季,研究区NDVI均值为0.711,植被覆盖度较高,且呈逐年增加趋势(0.0025·a^-1);气温极显著增加(0.032 ℃·a^-1),增速高于全球平均;降水显著增加(5.54 mm·a^-1),但年际间变异加大。空间上,NDVI呈现西北部略高且随着海拔升高而降低的格局;研究期间,NDVI增加的区域占46.2%,主要集中在北部以及中南部高海拔地区,53.8%的区域基本无变化或微弱减少。研究区NDVI主要受温度影响;在年尺度上,NDVI与地表温度主要表现为正相关,正相关区域占90.2%,且有43.6%的区域相关性显著;在月尺度上,气温对NDVI的影响在生长季初和末期更为显著。     

库布齐沙漠东部不同生物结皮发育阶段土壤温室气体通量

以流动沙地为对照,采用时空替代法分析库布齐沙漠东部固定沙地上不同发育阶段生物结皮藻类结皮和地衣结皮土壤温室气体通量特征及其与环境因子之间的关系,研究生物结皮发育对荒漠土壤温室气体通量的影响.结果表明: 荒漠土壤CO₂排放通量大小为地衣结皮(128.5 mg·m^-2·h^-1)>藻结皮(70.2 mg·m^-2·h^-1)>流动沙地(48.2 mg·m^-2·h^-1),CH₄吸收通量大小为地衣结皮(30.4 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(21.2 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(18.2 μg·m^-2·h^-1),N₂O排放通量大小为地衣结皮(6.6 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(5.4 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(2.5 μg·m^-2·h^-1).CO₂排放具有明显的季节变化,生长季显著大于非生长季;CH₄和N₂O季节变化差异不显著,前者生长季吸收大于非生长季,后者非生长季排放大于生长季.土壤有机碳和全氮含量、土壤微生物数量均是影响温室气体通量的重要因素,环境水热因子是影响土壤CO₂排放的关键因子,但CH₄和N₂O通量对水热因子的变化不敏感.随着植被恢复和生物结皮发育,荒漠土壤温室气体累积通量的不断增大导致其百年尺度的全球增温潜势亦显著提高,依次为地衣结皮(1135.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1)>藻结皮(626.5 g CO₂-e·m^-2·a^-1) >流动沙地(422.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1).     

中国东部地区无机氮湿沉降: 南-北不同类型监测点的比较

中国被认为是全球氮沉降热点地区之一,东部地区作为经济发达和人口密集区域,更是人为活性氮大气排放和沉降的高发区,但针对我国整个东部不同生态系统的氮沉降及其南北区域特征差异的报导较少.2011—2013年,选择在我国东部的12个监测点(南北各6个,均包括城市、农村和背景点3种类型)利用传统雨量器(型号SDM6A)进行连续3年的氮素湿沉降观测.结果表明: 监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮沉降浓度波动范围分别为0.62～2.76、0.54～2.50和1.25～4.92 mg N·L^-1,平均浓度分别为1.4、1.5和2.9 mg N·L^-1,北方监测点的雨水中各活性氮浓度均高于南方监测点.12个监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮的湿沉降量的波动范围分别为7.0～18.3、6.9～18.9和14.9～32.6 kg N·hm^-2·a^-1,平均值分别为11.5、12.2和23.7 kg N·hm^-2·a^-1.北方不同类型监测点间存在显著差异,表现为:城市监测点(26.3±6.4 kg N·hm^-2·a^-1)>农村监测点(21.8±3.5 kg N·hm^-2·a^-1)>背景点(15.5±1.3 kg N·hm^-2·a^-1);与之相反,南方各监测点氮素湿沉降无显著差异,城市、农村和背景点的湿沉降量分别为(26.8±2.7)、(25.5±2.9)和(20.5±2.4) kg N·hm^-2·a^-1.除城市监测点外,南方的农村和背景点的氮素湿沉降量均高于北方相应类型的监测点.表明我国东部的南北各区域(包括背景地区)均面临较高水平的大气氮沉降,其引发的生态环境风险问题应加以重视.     

北京松山天然落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其影响因子

森林生态系统在陆地碳循环过程中发挥着重要作用,关于温带落叶阔叶林生态系统碳平衡过程影响机制的讨论尚未统一。本研究于2019年对北京松山典型落叶阔叶林生态系统的净碳交换量(NEE)及空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量(SWC)、降雨量(P)等环境因子进行原位连续监测,分析松山落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其对环境因子的响应。结果表明: 在日尺度上,NEE生长季(5—10月)各月平均日变化均呈“U”字形变化,日间为碳汇,夜间为碳源。其他月份NEE均为正值,变化平缓,表现为碳源。在季节尺度上,NEE呈单峰曲线变化规律,全年NEE为-111 g C·m^-2·a^-1,生态系统呼吸总量(R_e)为555 g C·m^-2·a^-1,总生态系统生产力(GEP)为666 g C·m^-2·a^-1。碳吸收与释放量分别在6月与11月达到最大值。PAR是影响日间净碳交换量(NEE_d)的主导因子,二者关系符合Michaelis-Menten模型,VPD是间接影响NEE_d的主导因子,最适宜日间净碳交换的VPD范围为1～1.5 kPa。土壤温度是影响夜间净碳交换量(NEE_n)的主导因子,SWC是NEE_n的限制因子,SWC过高或过低均会对NEE_n产生抑制,最适值为0.28 m³·m^-3。     

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...     

1999—2015年若尔盖草原湿地净初级生产力时空变化

植被净初级生产力(NPP)是草原湿地生态系统碳收支平衡和气候变化的核心内容之一。本研究基于植被指数、气象数据(降水和气温)、植被类型数据,利用CASA模型对若尔盖草原湿地1999—2015年NPP进行估算,分析了若尔盖草原湿地NPP时空格局特征及其与气候因子的关系。结果表明: NPP实测值与模拟值之间显著相关,R²为0.78,均方根误差为120.3 g C·m^-2·a^-1;研究区年均和生长季(4—9月)NPP分别为329.0、229.4 g C·m^-2·a^-1,年际间波动明显,以2.3、1.6 g C·m^-2·a^-1的微弱趋势下降,不同植被类型的年均及生长季NPP的年际波动与整个研究区的波动趋势基本一致;年均和生长季NPP的变化斜率分别为-21.3～18.7、-31.5～23.1 g C·m^-2·a^-1,显著增加的面积分别占研究区总面积的0.3%和0.7%,主要分布于森林覆盖区和湿地生态补偿区;显著下降的面积分别占研究区总面积的1.4%和6.4%,主要分布于人类活动集中的地区;研究区不同植被的固碳能力存在差异,其中,森林最强,草地次之,湿地最弱;降水是影响草原湿地植被NPP的主导气候因子。     

黄土高原草地净初级生产力时空趋势及其驱动因素

草地净初级生产力是生态系统碳循环的关键环节和重要组成部分.本研究使用分段线性回归分析和Pearson相关分析,分析了黄土高原2000-2015年间土地利用类型未改变的草地净初级生产力(NPP)的变化趋势及气候核心因子(年降水量、年强降水量、年有效降水日数、年平均温度、年最高温度、年最低温度)对NPP变化的影响,并借助增...     

东北三省水稻生长季农业气候资源及障碍型冷害的时空特征

基于东北三省1981—2017年逐日地面观测资料和农业气象观测站水稻生育期资料,结合水稻障碍型冷害指标,分析东北三省水稻生长季特别是孕穗-开花期光、温、降水资源以及障碍型冷害的时空分布特征。结果表明: 1981—2017年,东北三省水稻生长季农业气候资源呈暖干变暗趋势,≥10 ℃活动积温和日照时数增幅分别为73.5 ℃·d·(10 a)^-1和17.7 h·(10 a)^-1,降水量减幅为8.9 mm·(10 a)^-1。水稻孕穗期,农业气候资源呈暖干变暗趋势,日平均温度升幅为0.27 ℃·(10 a)^-1,日照时数和降水量降幅分别为2.06 h·(10 a)^-1和1.90 mm·(10 a)^-1;水稻开花期,农业气候资源呈暖湿变暗趋势,日平均温度增幅为0.12 ℃·(10 a)^-1,日照时数减幅为0.83 h·(10 a)^-1,与孕穗期相反,水稻开花期降水量呈增加趋势,增幅为1.35 mm·(10 a)^-1。气候变暖背景下,水稻障碍型冷害发生频率和强度在大部分地区呈减少趋势,发生频率和强度存在显著的年代际变化特征。研究期间,黑龙江省孕穗开花期发生障碍型冷害次数最多,强度最高,吉林省次之,辽宁省最少。