环杭州湾地区近36年自然植被净初级生产力的变化特征

利用LPJ模式,以1971—2006年常规气象站观测资料作为模式输入数据,模拟了环杭州湾地区植被NPP,并分析了近36年来研究区植被NPP的时空变化特征。结论表明:①环杭州湾地区NPP 36年平均为552.10 gC/(m2.a),逐年变化呈上升趋势,速率为1.52 gC/(m2.a2);②研究区植被NPP 36年平均在494.23～617.23 gC/(m2.a)之间;东部沿海及距海较远地区值较大,且基本上呈经向分布;而中部地区值较小,且基本呈纬向分布;NPP年代空间分布与NPP近36年平均空间分布情况基本一致;③随着气候条件的变化,NPP相对大值区在空间上增大,但是增幅有一定的地域性差异;随着降水或CO2浓度的增大(减小),NPP有增大(减小)的趋势;随着温度或云量的增大(减小),NPP有减小(增大)的趋势;在1971—2006年间,对环杭州湾地区植被NPP起主要影响的因子为CO2浓度,其次为云量。     

不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸和土壤生化性质的影响

为探讨不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸速率和土壤生化性质的影响及其关系,本研究于2017年4月至2018年3月采用田间试验和室内分析相结合的方法,设置了无氮(N0,0)、低氮(N1,60 kg·hm~(-2))、中氮(N2,120 kg·hm~(-2))和高氮(N3,180 kg·hm~(-2))这4个施氮水平,监测了不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率及土壤水热的季节变化,并于紫花苜蓿生长季内不同茬次刈割后测定了土壤生化性质.结果表明:(1)不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率均表现出明显的季节性变化特征,在7月下旬达到峰值,12月中旬降至最低;随施氮量的增加紫花苜蓿生长季内土壤呼吸速率逐渐增强,N1、N2和N3施氮水平下的土壤呼吸速率均值分别为0.97、1.04和1.07 g·(m~2·h)~(-1),与N0[0.88 g·(m~2·h)~(-1)]相比,土壤呼吸速率分别增加了10.2%、18.2%和21.6%;施氮对紫花苜蓿非生长季内土壤呼吸速率无显著影响(P0.05).(2)不同施氮水平下紫花苜蓿生长季、非生长季和全年的土壤呼吸速率与土壤温度拟合指数模型均达极显著水平(P0.01),且指数模型的决定系数R~2值表现为生长季(0.46～0.62)非生长季(0.66～0.76)全年(0.80～0.86).(3)施氮在一定程度上降低了紫花苜蓿草地土壤的pH值和速效磷(AP),而提高了速效钾(AK)、土壤有机质(SOM)、土壤脲酶(URE)和土壤蔗糖酶活性(INV).土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)含量在不同施氮水平下表现出不同的变化趋势,当施氮量在0～120 kg·hm~(-2)时,TN和AN随施氮量的增加而增加,继续增施氮肥超过N2(120 kg·hm~(-2))水平时则略有下降.(4)通过紫花苜蓿生长季内土壤呼吸与其土壤生化性质之间的相关矩阵分析可知,土壤呼吸速率(R_S)与土壤pH值呈极显著负相关(P0.01),与TN和URE呈极显著正相关(P0.01),与SOM呈显著的正相关(P0.05),与INV呈显著负相关(P0.05).综合考虑土壤生化特性对不同施氮条件下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率的影响,可为草地生态系统土壤呼吸强度研究提供理论依据.     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

散射辐射对青藏高原高寒草地总初级生产力模拟的影响

太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE（light use efficiency,光能利用率）,因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP（gross primary production,总初级生产力）,并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/（m2·a）增至341.7 g/（m2·a）,增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.      

近20年气候变化对西南地区植被净初级生产力的影响

论文利用大气-植被相互作用模型(AVIm²)模拟了西南地区植被净初级生产力的空间分布格局和多年变化,分析了1981-2000年西南地区气候变化对森林、灌丛和草地净初级生产力的影响。研究表明,西南地区植被净初级生产力的空间分布与降水量呈显著正相关,与海拔高度呈负相关。从年际变化来看,西南地区总植被净初级生产力近20年略有上升。近一步分析表明,由于近20年西南地区自然植被分布区域降水量变化具有明显差异,从而使得不同类型植被对气候变化有不同响应特征。在森林分布广泛的地区,气温升高速率为0.037℃/年,降水量变化趋势不明显,模拟的森林植被净初级生产力没有明显变化趋势。灌丛和草地集中区域气温升高速率分别为0.040℃/年和0.034℃/年,年降水量有明显增加趋势,植被净初级生产力有上升趋势。     

短期放牧对半干旱草地生态系统CO2和N2O排放的影响

通过在北方农牧带半干旱草地生态系统(山西右玉)设置不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个不同强度的放牧实验,运用静态-暗箱法测定放牧第一年生长季的温室气体通量,研究不同放牧强度对该地区温室气体通量的影响.结果表明:(1) CO_2和N_2O在生长季表现出随着温度和水分变化的明显季节动态变化,但是与不放牧相比,第一年不同放牧强度对CO_2和N_2O排放速率没有显著影响;(2)放牧显著降低了土壤含水量(P 0. 05),中度放牧降低了土壤微生物生物量碳(MBC,P 0. 05),中度和重度放牧降低了土壤微生物生物量氮(MBN,P 0. 05);(3) CO_2排放速率和土壤温度、土壤水分之间呈显著正相关关系,土壤温度、可溶性氮、微生物生物量氮以及CO_2排放速率之间呈显著正相关关系.放牧增加了温度与CO_2排放的相关性,但对N_2O排放相反.(4)虽然放牧降低了土壤含水量,但是没有发现不同放牧强度间CO_2和N_2O排放的差异,说明短期内不同的放牧强度尚未对土壤微生物结构与功能造成显著影响,需要继续进行长期深入地研究,揭示放牧强度对温室气体通量的影响机制.     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

内蒙古草地生长季植被变化对气候因子的响应

基于MODIS NDVI数据,研究分析了2000-2010年内蒙古典型草原、草甸草原和荒漠草原生长季NDVI时空变化趋势,探讨不同类型草地生长季NDVI对温度、降水的响应。结果表明,内蒙古草地生长季NDVI整体年增长速率为0.735%,典型草原最为明显,年增长率达到1.063%;但是仍有31.807%的草地NDVI呈现下降趋势,其中典型草原、草甸草原和荒漠草原分别有8.664×10⁴、6.814×10⁴、2.841×10⁴ km²。除东北部草甸草原外,大部分草地生长季NDVI与降水量的相关性高于温度;草地生长季NDVI与温度和降水的相关系数均呈现出草甸草原>典型草原>荒漠草原的变化规律。内蒙古草地植被变化对温度和降水的响应具有滞后作用,且具有明显的经度地带性和纬度地带性特征,其滞后时间随着经度和纬度的增加逐渐减少。     

1982～2008年东北冻土区植被生长季NDVI对气候变化和CO_2体积分数增加的响应

利用GIMMS和MODIS两种遥感数据,分析了1982～2008年东北冻土区植被生长季平均NDVI的时空特征,并探讨不同类型冻土区和不同植被类型归一化差值植被指数(NDVI)对气候变化和CO2体积分数增加的响应.研究表明,不同冻土类型区植被生长季NDVI均值从大到小依次为:连续多年冻土区大片多年冻土区季节性冻土区岛状多年冻土区.东北冻土区不同植被类型生长季平均NDVI值由大到小依次为:森林灌丛沼泽农田草地,其中森林植被生长季平均NDVI值为0.61,草地为0.46.过去27年间,东北冻土区植被生长季平均NDVI年际变化曲线可分为3个变化阶段:①1982～1990年,小幅上升阶段;②1990～2000年,缓慢下降阶段;③2000～2008年,明显上升阶段.1982～2008年期间,连续多年冻土区及大片多年冻土区植被生长季平均NDVI值呈显著上升趋势(p0.05).对于不同植被类型而言,除森林植被NDVI呈显著上升趋势外(p0.05),其它植被类型NDVI值无显著变化趋势.过去27年间,东北冻土区年均气温显著升高,年降水量显著下降,CO2浓度显著升高.研究区全区平均NDVI与年平均气温呈显著正相关(p0.05),气温是影响东北冻土区生长季植被NDVI的主要气候因子.森林和沼泽湿地植被生长季平均NDVI与年平均气温呈显著正相关,与降水量呈显著负相关(p0.05);5种植被类型中仅森林植被受CO2浓度影响显著.年平均气温对不同植被类型的影响由高到低的顺序为:森林沼泽湿地灌丛农田草地;降水的影响为:森林沼泽湿地草地灌丛农田;CO2浓度的影响为:森林沼泽湿地草地农田灌丛.     

长江中游地区生态系统格局动态演变特征

利用3期(2000、2005、2010年)遥感分类数据为基础数据源,对长江中游地区2000~2010年生态系统格局动态变化特征进行了分析。结果表明:长江中游地区主要存在6种生态系统类型,其中以森林生态系统和农田生态系统为主,二者面积约占全区域总面积的58%和31%。各生态系统面积大小依次为:森林生态系统农田生态系统湿地生态系统城镇生态系统草地生态系统其他生态系统。森林生态系统、草地生态系统等绿色生态空间主要呈环状结构分布。农田生态系统主要分布在中部江汉平原地区。湿地生态系统则主要分布在洞庭湖地区和鄱阳湖地区。10年间,区域内生态系统均发生明显变化,以城镇生态系统变化幅度最大,增长约25.45%。湿地生态系统变化幅度最小,约为0.03%。空间转移最显著特征为农田生态系统转为城镇生态系统,呈现极端非平衡态势。     

基于IOCS的内蒙古潜在植被NPP空间分布特征研究

以综合顺序分类系统(IOCS)为基础,利用1985-2009年内蒙古及周边常规气象站的观测资料,采用NPP分类指数模型模拟内蒙古各潜在植被类型NPP,分析其空间分布特征及NPP与气候因子之间的关系。研究表明:①内蒙古地区植被NPP在空间分布上表现出一定的经向分布特征,多年均值介于0~366.5 gC·m^-2·a^-1之间,高值区中心分布在大兴安岭东北部;②各潜在植被类型中,碳汇潜力贡献率最大的潜在植被类型为微温微干温带典型草原类(ⅢC),其值为23.6%;最小的为寒温微干山地草原类(ⅡC),接近于0;③内蒙古潜在植被类型NPP表现出明显的干湿地带性和纬度地带性,且随寒温→微温→暖温、微干→微润→湿润→潮湿的变化其NPP值逐渐增大;但暖温极干暖温带荒漠类(ⅣA)和暖温干旱暖温带半荒漠类(ⅣB)并不符合这一规律,主要原因是较高的温度和较少的降水,达不到植被物质生长的需求。     

1981—2010年内蒙古草地土壤有机碳时空变化及其气候敏感性

草地土壤有机碳储量巨大,其较小幅度的波动即可能显著反馈于气候变化. 基于1981—2010年内蒙古自治区境内及其周边共计92个气象台站气候要素插值数据,采用空间化的生物地球化学模型——CENTURY 4.5,模拟分析近30年来内蒙古草地表层(0~20 cm)土壤有机碳的空间格局与动态变化特征,并通过构建气候变化情景探讨其对主要气候要素的敏感性. 结果表明:近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度平均值约为1.99 kg/m2(以C计),在空间上呈由东北向西南逐渐减少的分布特征. 近30年来内蒙古草地表层土壤有机碳密度略有增加,年均增幅约0.22%,其中草甸草原的增速〔14.25 g/(m2·a)〕最大,荒漠草原的增速〔1.36 g/(m2·a)〕最小. 草地表层土壤有机碳密度年际变化差异明显,1980s至1990s的增加较为缓慢,1990s至2000s的增幅约为前者的2倍,其中草甸草原和典型草原土壤有机碳增幅较大. 气候敏感性分析结果显示,区域降水量变化可能是近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度变化的主要影响因素,但不同草地类型表层土壤有机碳密度对气候变化的敏感性存在较大差异;典型草原与草甸草原表层土壤有机碳变化主要受控于降水量变化,荒漠草原则主要受控于温度变化.      

2000年以来内蒙古生长季旱情变化遥感监测及其影响因素分析

为探讨内蒙古旱情状况及其影响因素,利用MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13A2和8 d合成的地表温度产品数据MOD11A2构建Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数（TVDI）,基于内蒙古2000—2017年生长季每16 d的TVDI分析了近18年来内蒙古生长季旱情时空分布特征,结合气温和降水资料初步探讨了旱情变化的影响因素。结果表明：（1）2000—2017年内蒙古生长季TVDI平均值为0.6,重旱和中旱所占面积最大,其中2007年、2010年为旱情最为严重的年份。内蒙古干旱空间分异明显,西南部以轻旱为主,中部地区以中旱为主,大兴安岭以西的呼伦贝尔草原等地旱情严重。（2）近18年内蒙古生长季干旱程度呈现轻微加重趋势,年际变化值θ_slope介于-0.07~0.7之间,阿鲁科尔沁旗东北部至霍林河一带旱情加重趋势最为严重,阿荣旗和扎兰屯等农业生产地区旱情有轻微加重趋势。（3）2017年内蒙古生长季以区域性和局域性干旱为主,6月和9月干旱最为严重,呼伦贝尔草原和鄂尔多斯高原西部干旱发生频率高且程度重。（4）内蒙古干旱影响因子分析结果表明,TVDI值与气温呈正相关、与降水和坡度呈负相关、与小于1300 m的高程呈正相关、与大于1300 m的高程呈负相关关系。内蒙古生长季TVDI与气温和降水偏相关分析结果表明,锡林郭勒盟苏尼特左旗北部、呼伦贝尔鄂伦春自治旗和呼伦贝尔草原等地旱情与气温正相关关系较为显著（P<0.01）,锡林郭勒盟东北部干旱情况与降水负相关关系较为显著（P<0.01）,其中,气温对旱情的影响强于降水。     

锡林河流域典型草原碳素生物小循环研究

应用生物地球化学分室方法研究了内蒙古锡林河流域2个典型草原群落——羊草草原和大针茅草原的碳素生物小循环,研究表明:①生长季禁牧的羊草草原植物分室碳素净固定量为165.50 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为174.36 gC.m-2,系统碳素净固定量为-8.86 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出也近于平衡状态;②生长季禁牧的大针茅草原植物分室碳素固定量为130.04 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为128.28 gC.m-2,系统碳素净固定量为1.76 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出在降水量大的年份以输入为主,在降水量小的年份近于平衡状态;③水热等生境条件较适宜的羊草草原碳素周转量比大针茅草原要大得多,水分是典型草原碳素循环量的主要影响因素。     

内蒙古天然草地资源精细化气候区划研究

根据内蒙古107个气象站资料,利用梯度距离平方反比法,推算出内蒙古自治区气候数据的千米网格数据图形。根据内蒙古实际草原类型和畜种结构的分布规律,确定了内蒙古5类草原类型、6个产草量等级和5类主要放牧家畜地理分布的气候区划指标。利用气候区划指标,对栅格点气候数据进行分级,绘制了内蒙古自治区天然草原草地类型、产草量和主要放牧家畜地理分布的区划图,并分区进行评述。研究结果可为内蒙古畜牧业生产区域合理布局提供科学依据。     

温带典型草地土壤净氮矿化作用研究

应用树脂芯方法,研究了内蒙古锡林河流域不同降水强度3种草地类型土壤净氮矿化作用.结果表明,7～10月份,羊草草原的平均净氮矿化率为0.333 kg·(hm²·d)^-1,贝加尔针茅草原为0.316 kg·(hm²·d)^-1,克氏针茅草原为0.211 kg·(hm²·d)^-1;在相同的培养周期内,分阶段培养和连续培养对土壤的净氮矿化量和净氮矿化速率有显著影响;降雨是影响该区域氮素矿化的主要因素之一,3种草地类型土壤水分变化量与土壤净氮矿化速率呈正相关关系,相关系数分别为0.80、0.61、0.56.     

1990~2015年东北地区草地变化遥感监测研究

基于1990年和2015年东北地区草地数据集,采用草地动态度模型、草地变化程度综合指数、草地相对变化率、质心模型和景观指数等作为参考指标对草地时空演变特征及其驱动因素进行分析.结果表明：25a间,东北地区草地面积减少了9755.94km²,其中,内蒙古自治区东部减少量最大;黑龙江省草地动态度、变化程度综合指数和相对变化率最高,分别为-30.67%、21.68%和5.55,草地变化最剧烈、稳定性最差;内蒙古自治区东部相应三个指标最低,分别为-3.76%、2.66%和0.68,年均变化强度最高,为0.0193%,相对其他省草地更稳定,但其减少规模最大;草地质心向西偏南方向移动11.28km,是由东部黑龙江省和西部内蒙古自治区东部草地动态强度巨大差异所致;东北地区草地破碎化程度降低、景观类型稳定性上升、斑块形状趋于规则化,主要是小斑块、破碎斑块转化为其他土地类型的结果.气候变暖、变干是草地退化的自然驱动因素,人口增加和经济增长间接影响了草地变化,牲畜大幅度增长是重要因素.     

库布齐沙漠油蒿灌丛土壤呼吸速率时空变异特征研究

利用Li-840红外气体分析仪和Li-6400-09土壤呼吸气室组装而成的动态密闭土壤呼吸测定系统,于2006年生长季对内蒙古库布齐沙漠油蒿(Artemisia ordosica)生态系统2种不同类型土壤的土壤呼吸速率进行了野外测定,分析了日动态、季节动态及其对环境因子的响应,并阐述了油蒿灌丛空间异质性的特征.结果表明,油蒿灌丛的土壤呼吸速率日动态呈单峰曲线,在12:00左右有最大值.在适宜的水分和温度条件下,生长季里土壤呼吸速率在7～8月份出现最大值.土壤呼吸速率的季节动态与土壤含水量有显著的相关关系,表明水分是限制生长季干旱区灌丛土壤呼吸的最重要因子,分别可以解释油蒿冠幅下土壤和裸地的土壤呼吸速率2006年主要生长季节(5～9月)变化的75%和77%.油蒿灌丛土壤呼吸速率在空间尺度上存在着显著的异质性.油蒿冠幅覆盖下的土壤呼吸速率季节平均值为(155.58±15.20) mg·(m²·h)^-1,要显著地大于灌丛间裸地的数值(110.50±6.77) mg·(m²·h)^-1.2种不同类型土壤的土壤呼吸速率是由于根生物量的差异引起的,根生物量可以解释2006年生长季库布齐油蒿灌丛土壤呼吸速率空间异质性的43%.结果表明,在植被覆盖度异质性较大的灌丛生态系统中,要准确定量生态系统碳的释放时,必须充分考虑小尺度上土壤呼吸的空间异质性.     

赤峰市黄花甸子流域土壤有机碳含量的空间变异特征研究

选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究流域内土壤有机碳含量的空间变异特征以及土地利用方式对其的影响.结果表明,研究区0~10 cm土层范围有机碳含量具有中等空间相关关系,10~100 cm土层范围有机碳含量具有强烈空间相关关系,由随机性因素所引起的空间变异随土壤深度增加而降低.土地利用方式对土壤有机碳含量的影响随土壤深度的变化而发生改变,主要受植物根系分布特征的影响,各土层土壤有机碳平均含量由高到低表现为林地天然草地农地.