近30年中国陆地生态系统NDVI时空变化特征

气候变化已明显影响到陆地植被的活动,但在不同生态系统间存在差异,研究不同陆地生态系统归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,不仅可揭示各生态系统植被活动对气候变化的响应规律,而且可为我国不同生态区制定应对气候变化的策略和生态文明建设提供科学依据。基于1982—2012年GIMMS NDVI3g和中国陆地生态系统类型数据,利用一元线性回归、集合经验模态分解和相关分析等方法,研究了近30年中国各陆地生态系统NDVI的时空变化特征,分析了其与气候事件的关系。结果表明,近30年中国植被活动显著上升,年平均归一化植被指数(ANDVI)的上升幅度为0.0029/10a(P0.05),年最大归一化植被指数(MNDVI)的上升幅度为0.0076/10a(P0.01);植被活动显著增强的区域主要是分布在东部季风区的农田和森林生态系统,显著下降的区域主要是分布于西北的荒漠生态系统和东北的森林生态系统;尽管ANDVI和MNDVI线性趋势的显著性有所差异,但农田、森林、草地和水体与湿地生态系统的NDVI总体呈非稳定的上升趋势,上升过程中伴随着较大波动,荒漠生态系统的NDVI呈下降趋势,植被退化显著;与线性趋势不同,各生态系统植被活动的残差趋势包含"上升—下降"两个阶段,并相继于20世纪90年代到21世纪初发生转折;上述5类生态系统的植被活动存在不同尺度的周期特征,年际周期波动特征(1.9—7.6a)比较显著,而年代际周期(10.7a和22.2a)的显著性相对较差;各生态系统的空间异质性在趋强过程中存在2.1—7.1a的年际周期节律;海洋与大气环流的短周期脉动与各生态系统植被活动的周期性节律有着明显关联,ENSO事件和太阳活动是推动植被活动周期性振荡的重要因素。     

2000-2015年中国陆地生态系统蒸散时空变化及其影响因素

准确量化区域蒸散时空格局及其影响因素对理解陆地生态系统碳水循环具有十分重要的意义。近年来中国经历了严重的空气污染及气候波动,亟须探讨蒸散的时空变化及其影响因素。基于PT-JPL（Priestly-Taylor Jet Propulsion Laboratory）模型,集成遥感数据和气象数据模拟了中国陆地生态系统2000-2015年蒸散,并分析其时空变化及影响因素。结果表明：1）参数优化后PT-JPL模型可解释蒸散年际变化的68%,优于原始模型及MODIS蒸散产品;2）中国地区多年平均蒸散为440.16 mm/a,呈东南沿海到西北内陆逐渐递减的空间格局;3）2000-2015年蒸散整体呈轻微下降趋势（slope=6.48 Gt/a,P=0.17）,但具有年代际差异,2000-2010年中国地区蒸散呈显著下降趋势（slope=21.05,P < 0.01）,占全国蒸散总量45.05%的内蒙古地区、甘新地区、黄土高原地区及青藏地区解释了61.88%的年际变化;2010-2015年呈轻微上升趋势（slope=10.48,P=0.71）,各地区均无显著变化趋势;4）辐射主导了蒸散的年代际差异,分别解释了2010年前后蒸散下降及上升趋势的51.45%、85.26%。蒸散呈显著变化趋势的内蒙古地区、黄土高原地区及青藏地区主要受辐射控制,甘新地区主要受降水和温度的影响。     

2001—2019年蒙古高原生态系统质量时空格局变化及归因分析

蒙古高原作为典型内陆干旱半干旱区,其生态系统质量变化是全球及区域气候变化与人类活动影响的最直接指示。在气候变暖背景下,厘清蒙古高原生态系统质量时空变化及驱动因素,对蒙古高原如何应对气候变化和改善生态环境质量具有重要意义。本研究通过构建生态系统质量综合评价模型,评价2001—2019年蒙古高原不同生态区生态系统质量的时空变化特征,并量化气候因子和人类活动的影响。结果表明：2001—2019年蒙古高原生态系统质量空间分布呈东北高西南低的特点,多年平均值为50.89,混交林的生态系统质量均值最高,针叶林次之;受气候变化和人类活动协同影响,研究时段内生态系统质量整体以0.48 a^-1速率呈好转趋势,显著好转区域面积占31.07%;蒙古高原生态系统质量时空异质性大,变异系数由中部典型草原向北部(针叶林、落叶林)和南部(沙漠)逐渐递减,其中中等波动区域最多,占研究区面积的30.69%;影响因素中降水量占主导作用,中东部典型草原和西北部森林草原受其影响显著。2001—2019年人类活动对生态系统质量的变化表现为积极影响,退耕还林、荒漠化治理等生态修复工程促进了生态系统质量水平的...     

1990-2030年中国主要陆地生态系统碳固定服务时空变化

以中国森林、草地、湿地等主要陆地生态系统为研究对象,估算了植被和土壤有机碳固定量现状与近20年生态系统碳固定变化量,预测了未来20年3种不同社会经济发展情景下主要陆地生态系统的碳固定潜力,评估了我国主要陆地生态系统碳固定服务的现状、过去变化及未来潜力。结果表明：（1）2010年,中国主要陆地生态系统碳固定总量达17.29PgC,其中植被碳固定量8.70PgC,30cm深度土壤有机碳固定量8.59PgC。其中,森林碳固定量占73.26%,草地占21.55%,湿地占5.18%。（2）1990-2000年,我国主要陆地生态系统碳固定总量减少了2.15%,其中森林、草地和湿地分别减少了1.12%、0.97%、20.19%。2000-2010年,碳固定总量增加了2.92%,其中森林增加了3.72%,草地和湿地分别减少了0.62%和5.59%。（3）前、后两个10年相比,碳固定总量从轻微下降转变为轻微上升趋势。其中,森林碳固定量从下降趋势转变为上升趋势,说明生态工程成效明显。草地碳固定量处于基本持衡态势,碳固定减少量和减少比例有所下降,湿地碳固定量的下降趋势亦有所缓解,说明草地退化、湿地破坏趋势有所遏制,但仍需要重点关注。（4）至2030年,3种社会经济发展情景下,我国主要陆地生态系统碳固定总量将呈现较明显的上升态势,增量可达430.11-498.06TgC,增加比例5.15-5.97%,以森林碳固定量增加为主,而草地碳固定服务呈现微弱减少态势。     

中国陆地生态系统土壤有机碳变化研究进展

通过文献资料, 对中国陆地生态系统土壤有机碳变化研究进行评述. 20世纪80年代初至21世纪初, 中国森林、草地、灌丛和农田土壤有机碳库合计年均增加(71±19) Tg/a, 三江平原沼泽湿地垦殖导致土壤有机碳损失(6±2) Tg/a. 该结果存在极大的不确定性, 尤其是对森林、灌丛和草地碳库变化的估计. 未来研究需重点关注土地利用变化及其碳源、碳汇效应, 放牧管理对草地土壤有机碳库的影响, 灌丛和非森林树木(经济林、防护林及四旁绿化造林)土壤有机碳变化估算, 深层土壤有机碳变化的测定和估算, 中国土壤的固碳潜力及陆地生态系统碳收支模型开发.     

气候变化和人类活动对中国陆地生态系统总初级生产力的影响厘定研究

总初级生产力(GPP)是生态系统植被光合作用生成有机物的能力表征,是生态系统服务功能的基础,关系到区域社会经济可持续发展及区域生态安全。基于生态系统过程模型CEVSA2,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星遥感的叶面积指数数据产品(MCD15A2H),以强迫法构建了遥感数据驱动的模型新版本——CEVSA-RS;基于CEVSA-RS模拟分析了气候变化和人类活动对中国陆地生态系统GPP时空变化的相对影响,从气候潜在总初级生产力(GPP_CL)和现实总初级生产力(GPP_RS)的大小和趋势两方面厘定了人类活动影响。2000至2017年全国平均潜在GPP(1016.36 gC m^-2a^-1)略高于对应现实GPP(962.85 gC m^-2a^-1),但存在明显的空间分异:长江以南大部、秦岭、太行山脉以东以及大兴安岭以东和长白山地区等森林植被覆盖区,现实GPP高于潜在GPP;而西部草地及灌丛等地区现实GPP低于潜在GPP。全国GPP呈显著增加趋势(P<0.05)...     

近30年中国滨海滩涂湿地变化及其驱动力

随着人类活动影响的不断加剧,滨海湿地正面临着退化的威胁。尤其是近三十年来,中国东部沿海地区经济发展迅速,中国滨海湿地在时空格局等方面发生了巨大改变。以Google Earth Pro(GEP)s遥感影像为数据源,基于Google Earth Engine(GEE)平台和随机森林分类方法,解译了1990—2020年中国滨海地区的遥感影像,提取不同年份滩涂湿地面积,分析了过去30年间滨海滩涂湿地空间分布变化,从自然原因和政策变化两个方面探讨了中国滨海滩涂湿地时空格局变化的驱动机制。研究表明,中国滨海滩涂湿地呈现总体减少的趋势,总面积减少了42.98%,其中光滩面积减少了46.30%,盐沼面积增加了4.95%。不同省份滩涂湿地面积变化总体趋势与全国一致,与国家政策紧密联系;但不同年份各省份因发展需求和压力不同,滩涂湿地的变化的进程有一定差异。泥沙沉积和水动力条件的变化是滩涂湿地变化的主要自然因素,方针政策的贯彻执行是滩涂湿地变化的重要人为因素,通过出台严格合理管控政策可以促进中国滨海滩涂湿地可持续发展。     

近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力

科尔沁沙地是我国沙漠化土地防治的重点工程区。近些年来,受气候变化、生态工程建设和人类活动的影响,该区的植被生长发生了一定的变化。研究区域植被的动态变化,可为后期沙地的综合治理和工程的合理建设提供科学依据。基于此,以1981—2015年NOAA-NDVI、MODIS-NDVI数据及同期气象和社会经济数据为依托,采用一元线性回归和相关分析的方法,对科尔沁沙地NDVI的时空变化及驱动因素进行了研究。结果表明:(1)1981—2015年NDVI整体呈波动的增长趋势(增速为0.00114 a^-1);空间上NDVI呈增长趋势的区域(面积占68.8%)主要位于东南缘及中部部分地区,而研究区的西北缘呈降低趋势。(2)不同程度沙漠化区的NDVI均表现为先降低(1981—2000年)后上升(2001—2015年)的变化过程,说明前期遭受破坏的植被在后期得以恢复。(3)驱动力分析表明,降水和温度是驱动科尔沁沙地部分区域NDVI变化的影响因素;人口变化和生态工程的实施均驱动了区域内植被的时空变化;而经济的发展并不是该区植被变化的主要驱动因素。     

2000-2010年中国三北地区生态系统时空变化特征

基于遥感解译反演、模型模拟估算等方法,以地面调查作为主要验证手段,分析了21世纪前10年我国三北地区生态系统宏观结构、质量及关键服务变化状况及其驱动因素。结果表明:(1)2000-2010年,三北地区林地面积净增加了0.69万km²,草地面积减少了0.13万km²,湿地面积净减少0.21万km²,耕地面积减少了0.87万km²,人工表面增加了0.57万km²,其它类型面积持续减少了496.5km²。(2)近10年,三北地区归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、地上植被生产力总体呈现轻微增加趋势,特别是黄土高原丘陵沟壑区,然而植被覆盖度总体呈现微弱减少趋势。(3)近10年,三北地区单位面积土壤风蚀模数下降了27.25%,减少速率为每年1.13t/hm²,由于风蚀力逐年减弱导致防风固沙服务量呈现减弱趋势。三北地区水蚀区近10年土壤水蚀模数总体呈现微弱增加趋势,而黄土高原区和风沙区则呈现降低趋势,生态系统单位面积土壤保持服务量呈现增加趋势,年增速0.28t/hm²,说明土壤保持能力有所提高。(4)三北地区近10年气温变化斜率为0.02℃/a,适度增温、降水量增加有利于植被恢复;东北华北平原农区和黄土高原丘陵沟壑区人类负向扰动指数呈现减少趋势,说明人类活动对这两个区域自然生态系统的扰动有所遏制。     

中国陆地生态系统对全球变化的敏感性研究

根据自然植被净第一性生产力综合模型和农业净第一性生产力模型计算了我国自然植被及农作物的净第一性生产力,结果表明:在所有可能的气候条件下,我国陆地生态系统的生产力表现出由东南向西北递减的趋势及明显的条带状分布,并在新疆地区形成明显的低值区。在年平均气温升高2℃且降水不变的情况下,湿润地区生产力增加幅度最大,约增加1～2tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水增加20％的情况下,干旱、半干旱地区生产力增加幅度最大,约增加0.5～3.0tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水减少20％的情况下,湿润地区生产力提高约0.5～1.0tDW·hm~(-2)·a~(-1),干旱、半干旱地区生产力降低约0.5～2.0tDW·hm~(-2)·a~(-1)。     

东北地区近44年的气候暖干化趋势分析及可能影响

东北地区位于我国最高纬度,是受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一,有其独特的气候变化特点。利用东北地区近44年来较密集的气象观测资料,运用Yamamoto检测、趋势系数和气候倾向率等方法分析了该区域的气候时空变化规律、突变特征和暖干化趋势等,并初步探讨了这种变化对生态环境的可能影响。结果表明,东北地区总体气候变化存在暖干化倾向,气候暖干化趋势存在着季节性差异和地域性差异,暖干化趋势在夏、秋季及环境脆弱区的三江平原和科尔沁沙地及周边地区表现更为明显,由此引起的生态环境变化问题应引起重视。     

乐山市土地利用与生态系统服务价值时空动态变化分析

乐山市地处四川山地丘陵区,是典型的绿心城市,具有重要的生态保护价值.以岷江流域乐山段为研究区域,基于乐山市2010、2017遥感影像,探析乐山市土地利用变化对生态系统服务价值(ESV)空间分布差异的影响.结果表明:(1)2010—2017年乐山市ESV显著提升,耕地、草地转林地面积较大,建设用地增值相对明显;(2)ES...     

甘肃白龙江流域生态系统粮食生产服务价值时空分异

粮食生产服务是区域生态系统主要的服务功能之一,也是人类福祉和社会发展的基础,受自然环境和社会经济发展而不断变化。然而,目前国内外尚缺乏统一的生态系统服务价值的时空动态评估方法,尤其是在脆弱的山区过渡带区域。以灾害频发的脆弱生态过渡带——甘肃白龙江流域为例,尝试引入自然环境和人文社会要素对区域生态系统生产服务经济价值进行系数调整与修正,构建生态系统服务价值的计量评估模型,测算流域内生态系统生产服务价值并分析其时空差异性。结果表明:(1)1990—2010年间白龙江流域耕地面积波动起伏较大,但流域内生态系统生产服务价值却表现出持续上升的趋势,至2010年平均生产服务价值达186.74万元。生态系统生产服务价值空间格局变化不大,其高产区约占42.4%以上,主要分布在宕昌县西北部的岷江两岸和舟曲城关镇—武都汉王镇的白龙江两岸及其以北区域。(2)方法改进后,白龙江流域生产经济价值相对减小(172.74万元),间接反映了研究区内滑坡、泥石流等自然灾害和区位人文社会要素对生产经济价值的影响,更符合流域的实际情况。     

基于遥感技术的全国生态系统分类体系

随着遥感技术的发展,以遥感数据作为生态系统监测与评价的基础已成为宏观生态学研究的重要手段。遥感数据要求每一数据集都要有相应的地物分类体系与之匹配,这也造成不同遥感数据及分类体系之间相互独立。虽然体系间多有联系和相似之处,但不同数据集的分类体系难以直接使用或替换,制约了多元数据在生态系统评价中的使用效果。为尝试解决这一问题,提高多源遥感数据的使用效率,提出了一套基于中分辨率遥感数据的生态系统分类体系。这套体系共有9个一级类、21个二级类、46个三级类,该体系主要依据类别内生态系统特征的相似性,并考虑了气候、地形等因素。最后以海南岛、内蒙古和甘肃3个省为例,探讨了以遥感数据为基础的区域生态系统构成分析方法与应用效果。研究表明,该分类体系有较好的生态学依据,可以支持更加深入的生态系统评估。但分类体系中还存在遥感数据与生态因子数据尺度不匹配、不能满足小尺度研究中对三级类进一步细分的要求以及当前数据质量和模拟技术不足以完全支持植被覆盖率反演精度要求等问题。     

陕西省生态系统服务价值评估及时空差异

基于土地利用变更调查数据,运用中国陆地生态系统服务价值当量表,分析了2001-2006年陕西省生态系统服务价值变化与不同尺度上的差异,探讨了耕地占补平衡和退耕还林工程对生态系统服务价值的影响,并分析了其生态系统服务价值动态.结果表明:研究期间,陕西省生态系统服务价值整体呈增加趋势,其中,林地生态系统服务价值量占全省总价值量的比例达76.5％,林地生态系统服务价值增加量占全省增加总量的97.5％,生态系统服务价值降低的地类有耕地、草地和未利用地,耕地生态系统服务价值降低量占全省总降低量的81.7％.研究期内不同地市生态系统服务价值均有不同程度的增加,延安市的增加量最大,其次是榆林市,杨凌区最低.陕西省生态系统服务价值增加最明显的地区为黄土高原地区,其增加量占全省生态系统服务价值总增加量的61.2％,秦巴山地次之,关中平原地区最低.陕西省耕地占补平衡力度相对较大,其2001-2006年耕地生态系统服务价值呈增加趋势.退耕还林工程使黄土高原区生态系统服务价值增加最多,关中平原区增加最少.     

基于生态系统服务的浙江省水生态环境分区分类管控

水环境综合管理被普遍认为是促进流域可持续发展的基本手段。生态系统服务是生态系统对人类福祉和生存的直接和间接贡献,是维持与影响流域水生态环境的重要因素。随着流域空间管控日益受到重视,基于生态特征的"分区分类"管控已成为流域精细化管理的重要内容。论文基于生态系统服务功能与水质关联性,采用典型对应分析(CCA)选取了土壤类型、土地利用、归一化植被指数和人口密度等4种生态特征作为水生态功能分区指标。结合流域生态特征、汇水区域和行政管理单元的空间分布,通过聚类分析及空间叠置法,将浙江省划分了10个水生态功能区和510个水环境控制单元。采用当量因子法对各控制单元的生态系统服务价值进行系统评估。结果表明2015年浙江省生态系统服务总价值为5123.7亿元,其中控制单元的生态系统服务价值范围为59.8—136.5亿元。利用K-means聚类方法得到了4类生态服务簇,并探讨了各类生态服务簇的服务类型、空间分布特征以及与各单元水质的关系。研究结果表明,Ⅰ类簇主要分布在西部及西南部的山地丘陵区,其面积占了全省面积的52.68%;Ⅱ类簇的占地面积最小但水域面积相对较高,主要覆盖千岛湖和钱塘江河口;Ⅲ类簇分布相...     

2000-2012年京津风沙源治理区植被覆盖时空演变特征

植被是陆地生态系统的主体,分析长时期植被覆盖变化,有助于揭示陆地生态环境的演变规律。研究以京津风沙源重点治理区的MODIS02B产品为数据源,通过数据处理获得2000—2012年的NDVI(Normalized difference vegetation index)时序数据集,采用线性趋势分析、标准差、Hurst指数和相关系数等方法,分析京津风沙源重点治理区植被覆盖的时空变化特征及影响因子。结果显示:(1)近13年来,治理区植被覆盖总体呈上升趋势(R2=0.70),2012年NDVI值达最大值0.324,比2000年增加了135.62%。但增加速率和幅度各异:北部干旱区(Bbghq)增加速度最快,浑善达克区(Hsdkq)次之,农牧交错区(Nmjcq)植被变化相对稳定。(2)工程区地表植被覆盖改善区域的面积明显大于退化区域,其中得到改善且通过显著性检验(P=0.10)的区域约占总面积的94.31%;Hurst指数分析表明,工程区植被变化整体呈中强持续性特征,面积合计约占64.48%;综合分析表明,工程区植被变化以良性发展为主,特别是强持续性的退化区和弱持续性的改善区值得关注,二者合计占35.27%。(3)人类活动是京津风沙地区植被覆盖上升的重要驱动因素;自然因素中,降水是控制工程区植被生长的主要因子,温度的影响相对较弱。     

1982—2012年新疆植被NDVI的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应

植被在调节陆地碳平衡、气候系统中发挥了重要作用,并在生态系统服务功能提供方面占据主导地位,因此,监测植被生长变化意义重大.基于AVHRR GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,在区域、像元两个空间尺度,研究了中国典型干旱区新疆1982—2012年间植被生长的动态变化,探讨了气候变化和人类活动对植被生长的影响.结果表明: 区域尺度,1982—2012年生长季植被NDVI呈极显著增加趋势(4.09×10^-4·a^-1);NDVI变化趋势存在明显阶段性,1998年前后分别呈极显著增加(10×10^-4·a^-1)和显著减少(-3×10^-4·a^-1);生长季NDVI变化趋势的逆转主要发生在夏季,其次是秋季,而春季不存在逆转.像元尺度上,农业区NDVI增加趋势显著;NDVI变化呈两极分化现象,剧烈变化区域多随时段长度延长而增加,尤其是显著减少区域范围快速扩张,导致区域尺度NDVI增加的停滞或放缓.研究区域植被生长受水热条件、人类活动共同控制.春、秋季的气温发挥主导作用,而夏季主要受到降水量的影响.大量施肥、灌溉面积增加等生产活动提高了农田植被覆盖,种植结构、灌溉方式等的改变降低了春季农田NDVI值,载畜量的增加则降低了部分草地的NDVI.     

近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化评估

生物多样性是生态平衡维持和生态过程与功能实现的基础,东北地区是我国乃至全球生物多样性最为丰富的地区之一。为研究和探讨东北地区陆栖脊椎动物种群数量与生境变化之间的关系,利用物种调查数据和生境遥感观测数据,以地球生命力指数、生态系统面积和破碎度等指示性指标,综合评估了近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化。结果表明:1970—2010年,东北地区陆栖脊椎动物种群数量下降了近70.1%,森林脊椎动物种群数量减少了近80.9%,草原和荒漠生态系统脊椎动物种群数量增加了近180.9%。1980—2010年,湿地物种种群数量减少了近75.7%。1980—2015年期间,农业和城镇建设用地增幅分别达到25.2%和32.3%,不断挤占和蚕食着自然生态空间,致使自然生境面积不断减少,减幅约为8.0%。自然生境景观破碎化程度总体呈现加重趋势,尤其是森林生境,破碎化指数增加约42.7%。但是,2005年之后,自然生境景观破碎化程度加重趋势趋缓,与2005年之后脊椎动物种群数量减少幅度减缓趋势一致。森林砍伐、人口增长、城镇化、交通建设等造成的自然生态系统破碎度增加和栖息地质量下降对大型兽类影响比较显著。