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。     

退耕还林还草工程对陕北地区生态系统服务价值时空演变的影响

基于陕北地区1990、2000、2015年土地利用数据,运用单位面积生态系统价值当量因子法、格网法、探索性空间数据法（ESDA）,分析了退耕还林还草工程实施前后生态系统服务价值（ESV）的空间分布和演化规律,探讨了退耕还林还草工程对ESV的影响。结果表明：（1）陕北地区退耕还林还草工程实施效果显著,工程实施后共有297066.15 hm2耕地转化为林地和草地,林草覆盖率由57.33%增长至60.50%。（2）退耕还林还草工程使得陕北地区ESV得到了显著提升。25年间陕北地区ESV共增加了32.82亿元,ESV在工程实施后比工程实施前多增加了5.93亿元,增长主要源于退耕引起林地和草地面积的增加。（3）ESV空间分布上呈显著的“南高北低”分布格局,并表现出正向的集聚性和依存性,ESV热点区和冷点区集聚效果明显,热点区集聚与林地、草地的空间分布相吻合,冷点区集聚与未利用地、耕地和建设用地的空间分布相吻合。（4）受退耕还林还草工程影响,陕北地区中部中等等级和次高ESV分布区域逐渐增大、次热点区空间集聚性逐渐增强,北部次低等级和低等级ESV分布区域逐渐减少、冷点区空间集聚性逐渐减弱。整体而言,陕北地区土地利用类型转移和ESV的增减变化与推行退耕还林还草工程在时间上相呼应、在空间上相匹配,退耕还林还草工程实施使得陕北地区生态环境得到了有效改善,ESV得到了显著提升。     

辽宁省地表温度时空变化及影响因素

地温是评价气候变化的重要指标,对土壤的成分、结构以及形成和演化都具有很大影响。分析地温自身的时空变化规律以及与气候间的相互关系,对深入了解地气间相互作用的机理、明确气候变化的响应规律、预测未来地温的发展趋势等方面具有重要的科学意义。辽宁省位于内蒙古高原向渤海湾的过渡地带,地形地势复杂,此外辽宁省又处在季节性冻土区,地温的变化机制更具复杂性。利用辽宁省24个气象站点1960—2016年0cm地温(地表温度)数据和各气象要素(气温、日照时数、风速、降水量)数据资料,采用气候倾向率法、Mann-Kendall突变分析、小波周期分析等方法,系统的分析辽宁省地表温度的时空变化特征以及与气候要素间的关系。结果表明:辽宁省地表温度年际变化随时间向暖趋势发展,气候倾向率达0.36℃/10a,不同年代际存在不同的变化趋势,其中20世纪60—80年代低于多年平均地表温度,90年代至21世纪10年代高于多年平均地表温度,此外冬季地表温度增温幅度最大;突变分析显示在1995年发生突变,经检验其升高趋势显著;经周期分析显示辽宁省年地表温度具有30—46a和19—25a的两种时间尺度的周期变化;年地表温度呈西南向东北逐渐降低分布特征。相关分析表明,地表温度与气温的相关性最大,并且其大小在整个区域内呈西高东低的分布特点;在与降水的关系中,降水量高的年份地表温度均比较低,夏季受降水和日照时数的影响最显著,地表温度与风速均呈负相关,但夏季相关性较小,考虑夏季地表温度主要是受气温、日照和降水共同的作用,弱化了风速对地表温度的影响。     

2000-2016年秦岭山地植被覆盖变化地形分异效应

利用2000-2016年MODIS NDVI数据,采用趋势分析及地形差异修正法,探讨秦岭山地植被覆盖变化在南北坡、不同海拔以及不同坡度坡向下的空间分异性。结果表明：近17年来,秦岭山地植被覆盖度良好,整体呈上升趋势,南北坡、不同海拔、不同坡度、不同坡向下植被覆盖度有所差异,植被变化趋势也不同。（1）就南北坡而言,近17年来秦岭南坡植被覆盖度上升趋势大于北坡,南坡植被覆盖以上升趋势为主,而北坡以稳定为主。（2）不同的海拔高度上秦岭山地植被覆盖变化在存在分异性：低海拔区域呈减少趋势,中海拔区呈明显的上升趋势,2000 m以上的高海拔区域北坡的植被覆盖度较为稳定,而南坡的2500到3100 m区域内有较明显的减小趋势。（3）从坡度来看,随着坡度的增加秦岭山地植被覆盖度由减少转为增加再转为稳定,南北坡植被变化分异性不明显。（4）不同坡向上,秦岭南北坡植被覆盖度变化差异明显,由阴坡转为阳坡时,北坡植被覆盖有明显的增长趋势,而南坡则不明显,植被覆盖度减小区在南北坡的分布呈相反趋势,分别分布在南坡的阳坡以及北坡的阴坡。     

模拟增温对杉木幼树生长和光合特性的影响

为阐明杉木生长特征及光合能力对未来全球变暖的响应方式,通过在福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点内开展的土壤增温(电缆加热,+4℃)实验,研究了增温条件下杉木幼树生长(树高、地径)特征及光合作用参数的变化,并对土壤有效氮(N)、叶片N含量、叶绿素含量(Chl)及非结构性碳水化合物(NSC)指标进行了测定。结果表明:1)在增温条件下,杉木幼树净光合速率(P_n)和水分利用效率(WUE)显著增加,分别增加了71.4%、51.3%,增温后杉木叶片能维持较高的气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间二氧化碳浓度(C_i)。2)增温促进土壤有机氮矿化作用,使土壤中可供植物吸收利用的有效N含量显著增加,从而引起杉木叶片N含量显著提高。而N作为叶绿素的重要组成物质,增温后,叶片N含量显著提高,最终导致杉木幼树叶片Chl a、Chl b及Chl总量显著增加,增加比例分别为76.3%、55.8%、68.7%,Chl a/b值亦呈增加趋势。3)增温对杉木幼树生长及叶片NSC含量并无显著影响。综上所述,增温通过改变杉木叶片气孔导度敏感性以及促进杉木叶片Chl含量合成,增加叶片对CO_2的吸收以及光能捕获能力,进而提高光合效率。同时,增温引起的根系高温可能大幅度提高杉木呼吸强度,加剧对杉木叶片碳水化合物的消耗过程,使其NSC含量无显著变化,从而导致杉木幼树生长无显著差异。     

CO2加富对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合特性及活性氧代谢的影响

以‘津优35号’黄瓜(Cucumis sativus L.)水培苗为试材,采用裂区设计,主区因素为CO_2浓度处理,设大气CO_2浓度(Symbol{B@400μmol/mol)和CO_2加富[(800±40)μmol/mol]2个CO_2浓度水平,裂区因素为盐胁迫处理,用NaCl模拟盐胁迫,设对照(0 mmol/L NaCl)、盐胁迫(80 mmol/L NaCl)2个盐分水平,研究了CO_2加富对盐胁迫下黄瓜幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响。结果表明:盐胁迫显著抑制黄瓜幼苗的生长,并降低了叶绿素含量、ETR、Φ_(PSII)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性及净光合速率;盐胁迫增加了丙二醛及活性氧的累积,与此同时也提高了脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性,但降低了过氧化物酶(POD)活性。CO_2加富显著提高了盐胁迫下黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积及地上部鲜重,降低了叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素(a+b)含量,但显著提高了净光合速率和RuBPCase活性,同时降低了气孔导度及蒸腾速率,并且使其具有较高的表观电子传递速率及PSII实际光化学效率;CO_2加富显著提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片脯氨酸含量及SOD、POD、CAT活性,丙二醛、过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率显著降低。综上所述,CO_2加富可通过提高幼苗叶片净光合速率、脯氨酸含量及抗氧化酶活性,降低蒸腾速率、减少丙二醛含量及活性氧的积累,从而缓解盐胁迫对黄瓜植株造成的伤害。     

1991-2017年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变

冰川景观变化是全球环境和气候变化的共同"指示器"。随着全球气候变化加剧,干旱和半干旱地区的冰川景观将进一步变化。科学评估冰川景观格局时空演变特征,为应对冰川景观变化及其影响提供科学参考。基于1991-2017年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,采用监督分类方法获取叶尔羌河流域冰川景观时空格局及变化数据,利用景观格局指数、质心迁移模型、分形维数等方法分析近26年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变特征。结果表明：（1）1991-2017年叶尔羌河流域冰川斑块面积呈消减趋势,但有所减缓,共减少799.50 km²（-13.09%）。冰川斑块面积消减主要集中在海拔5400-5800 m之间,相较之下,海拔4400 m以下的区域冰川斑块面积消减率最高,达63.68%;不同坡度冰川景观消减率存在差异,陡坡冰川斑块面积消减率最高（15.98%）,急陡坡消减率最低（2.87%）;阴阳两坡冰川景观均呈消减趋势,阳坡冰川斑块面积消减速率显著高于阴坡。（2）近26年来,叶尔羌河流域冰川斑块数量、最大斑块指数均减小,而平均形状指数、平均周长面积比、分裂指数均增加,表明冰川景观不断消减,破碎化程度增加。（3）研究期间,叶尔羌河流域冰川景观质心发生迁移,整体呈现东北偏移趋势。（4）通过分形理论对叶尔羌河流域冰川景观空间结构特征进行分析表明,该流域冰川景观消减率略微降低,但仍然处于持续消融状态。     

1982-2018年中国植被覆盖变化非线性趋势及其格局分析

探究植被覆盖变化是评估陆地生态系统环境变化的重要手段,但现有研究多采用线性趋势来表达植被覆盖的变化情况而忽略了趋势的非线性。本文使用GLASS FVC数据,利用BFAST方法和格局分析,探讨了1982-2018年我国植被覆盖变化的非线性趋势及其分布格局。结果表明：（1）与线性趋势方法的对比发现,BFAST的检测结果揭示了四川盆地、黄土高原等地的植被覆盖显著增加趋势其实存在中断,青海和东北等地植被覆盖经历了由退化到改善的过程而并非简单的线性增加,而青藏高原中东部等地则由原先的改善趋势变为了退化趋势。（2）将非线性趋势结果进行分类,其中单调型增加类型占比最多,达到33.58%,主要分布在内蒙古、陕西及河南等地;单调型减少占比1.82%,主要分布在东南沿海地区;中断型增加占比22.91%,主要分布在四川盆地东部和华北地区;中断型减少占比2.68%,主要分布在青藏高原东南部;由增到减占比4.20%,主要分布在青海等地;由减到增占比14.62%,主要分布在吉林等地。大范围的植被覆盖增加趋势充分反映了我国过去几十年植被的改善,但同时存在的减少趋势表明潜在的植被退化风险仍不可忽视。（3）不同趋势类型发生改变的时间有所差异,总体上1988-1999年间发生的改变较少,而2000-2011年间发生的改变较多,我国21世纪以来实施的大规模生态保护和恢复工程对植被的改善过程有重要影响。（4）分布格局上,植被覆盖改善趋势类型（单调型增加,中断型增加,由减到增）呈现大聚集,小分散的特点,具有复杂的形状;退化趋势类型（单调型减少,中断型减少,由增到减）的面积均较小,分布也相对离散。全国尺度上趋势空间格局呈现一定规律但分布的异质性较大,区域尺度上植被覆盖经受的干扰显著,变化过程实际也是较为复杂的。本研究表明,使用非线性趋势方法和格局分析,可以更准确地评估植被覆盖的时空变化,从而为生态环境相关工作的开展提供科学的参考。     

基于土地利用及植被覆盖变化的黄河源区生境质量时空变化特征

位于青藏高原腹地的黄河源地区生态环境脆弱,面临生物多样性锐减、生态系统退化等问题,黄河源区生态系统保护及其高质量发展已成为国家的重点战略之一。土地利用与植被覆盖是影响生境质量的重要因素,定量化土地利用方式、强度及格局和植被覆盖格局对生态质量影响的研究越来越受到关注,但其对黄河源区生态质量的耦合效应尚不明确。基于2000年和2015年黄河源区土地利用类型及生长季归一化植被指数（NDVI）,采用InVEST模型探究了不同时期黄河源区生境质量时空变化,并采用地理加权回归（GWR）模型揭示了生境质量对土地利用和植被覆盖变化的空间响应特征。结果表明,2000年与2015年土地利用类型变化主要为未利用土地向草地的转移。植被覆盖变化方面,源区生长季NDVI整体上升。从生境质量的空间分布来看,黄河源区生境质量总体呈现南高北低的空间格局,高值分布在南部及中部地区,低值分布在北部布青山、东北部高海拔区及黄河乡的黄河沿岸。相较于2000年,2015年黄河源区生境质量平均提高11.47%。草地面积和NDVI与生境质量均呈显著正相关关系,其中NDVI是提高黄河源区生境质量的重要驱动因子。研究结果突出了NDVI对提高黄河源区生境质量的主导作用,可为未来源区生态保护提供借鉴。     

基于InVEST模型的岷江流域土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用及生境质量变化过程对维护自然系统平衡,区域社会经济可持续发展具有重大意义。借助InVEST模型生境质量模块,以岷江流域作为研究区,在分析岷江流域土地利用变化的基础上对其2000、2008、2013、2017年的生境质量变化特征进行分析。结果表明:(1)在2000—2017年,岷江流域的建设用地呈现不断增长的趋势,而耕地、林地和草地呈现缩减的趋势;耕地、林地和建设用地之间的转换较为明显,建设用地转入最大的来源主要是耕地。(2)从时间尺度上看,岷江流域生境质量属于较差和良好等级的占比总体上分别上升71.34%和2.41%;中等和优等等级的占比总体上下降了4.28%和2.61%。(3)从空间尺度上看,岷江流域上游地区的生境质量总体上高于中下游地区;建设用地大面积扩张,侵占了大量的耕地和林地,从而导致了中下游平原区域的整体生境质量下降,其中处于较差和中等等级的区域显著扩大。