青藏高原植被物候监测及其对气候变化的响应

研究青藏高原植被物候变化对揭示高寒生态系统对全球气候变化的响应机制具有重要的科学意义。本文选取1982-2005年的GIMMS NDVI遥感数据,采用动态阈值法提取了青藏高原高寒草地的物候信息,包括植被返青期、枯黄期及生长季长度,分析了青藏高原高寒草地植被物候的时空变化及其对气候变化的响应规律。研究结果表明,1)青藏高原植被物候多年均值的空间分布与水热条件密切相关。青藏高原从东南向西北,植被返青期逐渐推迟、枯黄期逐渐提前,生长季长度因受到植被返青和枯黄的影响,呈现逐渐缩短的趋势;2)植被返青期和枯黄期的年际变化整体上呈提前的趋势,生长季长度呈增长趋势;3)高原地区的植被物候易受到海拔的影响,但存在3400 m的分界线,在3400 m以下,物候随海拔变化的波动较大,而在3400 m以上,物候与海拔的关系密切;4)气象因子是不同草地类型植被物候变化的主要影响因素,与降水相比,植被物候期与温度相关程度更高。     

新疆地区草地植被物候时空变化

植被物候是反映环境条件和气候变化最客观、最敏感的指示器,研究新疆草地物候变化对于深入理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义。利用土地覆盖动态产品(MCD12Q2)物候数据对新疆地区2001-2014年间草地物候的时空变化进行了研究,主要结论如下:1)草地植被物候多年均值由低海拔到高海拔呈明显的区域性差异。海拔每升高1000 m,返青期推迟13 d,枯黄期提前7 d,生长季长度缩短20 d;2)新疆不同草地类型的返青期在第100~136天,枯黄期在第256~291天,生长季长度为122~190 d;3)新疆草地返青期整体呈提前趋势,提前速率为0.11 d·yr^-1,草地枯黄期呈推迟趋势,推迟速率为0.14 d·yr^-1,生长季长度呈延长趋势,延长速率为0.25 d·yr^-1。     

新疆地区草地植被物候时空变化

植被物候是反映环境条件和气候变化最客观、最敏感的指示器,研究新疆草地物候变化对于深入理解和预测陆地生态系统的动态变化具有重要的意义。利用土地覆盖动态产品(MCD12Q2)物候数据对新疆地区2001-2014年间草地物候的时空变化进行了研究,主要结论如下:1)草地植被物候多年均值由低海拔到高海拔呈明显的区域性差异。海拔每升高1000m,返青期推迟13d,枯黄期提前7d,生长季长度缩短20d;2)新疆不同草地类型的返青期在第100~136天,枯黄期在第256~291天,生长季长度为122~190d;3)新疆草地返青期整体呈提前趋势,提前速率为0.11d·yr~(-1),草地枯黄期呈推迟趋势,推迟速率为0.14d·yr~(-1),生长季长度呈延长趋势,延长速率为0.25d·yr~(-1)。     

2001—2016年内蒙古植被物候变化及其对生产力的影响

基于2001-2016年的中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据,本研究采用累计NDVI的Logistic曲线曲率极值法识别内蒙古植被返青期、枯黄期、生长季长度及其变化趋势,并分析植被物候变化对生产力的影响。结果表明：森林生态区和荒漠生态区的返青期比中部草原生态区要早,其平均值分别为第120,119和128天;森林和荒漠生态区的枯黄期比草原生态区要晚,平均值分别为第275,276和269天;受返青期和枯黄期的影响,森林和荒漠生态区植被生长季长度比草原生态区要长,分别为155,157和141天。在16年间研究区植被生产力以增加为主,其中森林和荒漠生态区的植被生产力呈显著增加的趋势;返青期和枯黄期提前趋势的面积略大于推迟趋势的面积,但大多地区的趋势并不显著;草原生态区生长季长度以缩短为主,而森林和荒漠生态区的生长季长度以延长为主。物候参数与NDVI之间的相关分析表明,返青期的提前和枯黄期的推迟（即生长季的延长）并不一定增加所有生态系统的植被年生产力。季节尺度分析表明：返青期的提前/推迟将增加/降低春季植被生产力,而枯黄期提前/推迟将降低/增加秋季植被生产力。     

基于MODIS数据的新疆草地物候提取方法及变化趋势分析

基于遥感手段监测植被物候涉及两个重要步骤，一是植被指数的重构方法，二是植被物候参数提取方法的选择。不同区域植被物候重构与提取方法的优劣尚无定论，有必要开展不同方法之间的对比分析，从而找到适合某区域最优的遥感提取方法。本研究基于非对称性高斯函数拟合法（asymmetric gaussian，A-G）、双逻辑斯蒂函数拟合法（double logistic，D-L）、Savitzky-Golay滤波法（S-G）和土地覆盖动态产品（MCD12Q2）4种方法反演了2001-2019年新疆地区草地的返青期（start of growing season，SOS），通过4种方法提取结果对比，找到了适合提取新疆地区返青期的最优模型，并以此对新疆草地返青期时空变化进行研究。结果表明：1）A-G方法反演的新疆草地返青期的结果最佳。A-G和实测点的返青期相关性（R=0.879）较高，均方根误差较小（RMSE=16.395 d）。空间上，A-G方法提取的返青期标准差（<30 d）的面积比例最多，达到82.19%。2）近19年，新疆草地返青期主要集中在第60~140天，且具有自北向南逐渐推迟的明显地域差异。北部准噶尔盆地和伊犁河谷区域的草地返青时间最早，早于第80天，而阿尔泰山、天山中部及昆仑山等区域的草地返青时间最晚，晚于第140天。不同草地类型返青期存在明显的差异，高寒草甸与高寒草原的返青时间最晚，而温性荒漠返青时间最早。3）2001-2019年新疆草地返青期总体呈现微弱的推迟趋势，推迟的面积比例约为53.07%。其中，低地草甸、温性荒漠和高寒荒漠的返青期呈现推迟的变化趋势，而温性草原、高寒草原及高寒草甸的返青期表现为提前趋势。     

伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候变化的响应

本文基于2001—2021年MODIS NDVI数据和气象数据,利用TIMESAT软件提取伊犁河谷植被物候参数,结合Sen趋势分析、M—K检验和偏相关分析等方法,研究伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候(气温、降水)变化的响应。结果表明：伊犁河谷植被生长季始期(Start of the growing season, SOS)、生长季末期(End of the growing season, EOS)、生长季长度(Length of growing season, LOS)主要集中在45～113 d, 290～335 d, 186～279 d,海拔每上升100 m, SOS约推迟1.9 d, EOS提前1 d, LOS缩短2.9 d。SOS呈提前的像元占79.91%;EOS呈推迟的像元占81.64%;LOS呈延长和缩短的像元占31.89%,26.39%。1 000 m以下草原SOS最早且提前天数最多(61.5 d);1 000 m以上草原EOS提前天数最多(34.8 d),阔叶林仅提前7.6 d。SOS受2,3月气温及1,2月降水影响,3月气温升高使SOS提前;EOS与8月气温正相关,与...     

青海湖流域植被物候格局时空动态变化及其与植被退化的关系

本研究利用2000-2014年期间MODIS 16 d合成EVI 数据,选用阈值法模型提取了青海湖流域逐年的植被关键物候期,分析了物候时空动态变化特征及其与植被退化的关系。结果表明,青海湖流域内植被陆续在4月中旬-6月中旬进入返青阶段,8月中旬-10月中旬进入枯黄期,生长季长度在100~150 d之间。植被陆续进入返青期的时间在流域整体空间上呈现由东南向西北延迟的水平地带性变化趋势,多高山分布区域的植被进入返青期时间表现出垂直非地带性特征。植被进入枯黄期的时间与进入返青期早晚的时间在空间格局上相反,生长季长短空间格局与植被进入返青时间早晚的空间格局一致。气候变化趋势下,流域植被物候时空动态变化存在空间异质性,返青期均值年际变化趋势不明显,枯黄期均值提前6.4 d,生长季均值缩短8.9 d。流域内植被物候除受气候因子影响外,与植被退化也有密切关系。植被生长趋于茂盛,返青期呈现延迟趋势;植被生长退化趋势,返青期呈现提前倾向。枯黄期与植被退化的关系较复杂,整体上未表现出明显一致的相关性。植被生长季与植被退化呈现强负相关,即植被生长呈现茂盛趋势的区域,生长季缩短。     

高寒草甸茎直黄芪物候对模拟季节性不对称增温的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的节律性变化,是气候变化的最敏感指示器之一。为了探讨高寒植物对其生长环境水热变化的响应特征和机制,本研究利用开顶式模拟增温装置进行增温,以茎直黄芪(Astragalus strictus Grah. Ex Bunge)为研究对象,探讨其返青、枯黄物候和生长期长度对2016—2019年季节性不对称性增温(全年、生长季增温)的响应特征和机理。研究发现:茎直黄芪的平均返青物候在年际间差异极显著;2019年与其它年份比较显著提前了茎直黄芪的返青物候;增温未影响茎直黄芪返青物候;与对照比较,全年和生长季增温分别延迟了茎直黄芪枯黄期7.7和1.9 d,缩短了其平均生长期长度1.7和14.5 d;在水分充足条件下增温提前植物的返青物候,延长其枯黄物候,导致生长期延长,自然水分条件相对较低时则相反。综上分析,水分条件是该区域植物生长的主要限制因素之一。     

气候变化对青藏高原高寒草甸优势植物物候期的影响

为了探讨青藏高原草地对气候变化的响应,试验对1993—2005年青藏高原高寒草甸优势植物的物候期进行了分析。结果表明:高寒草甸4个优势种的返青期发生显著变化,主要受3月份气温和4月份日照时数的影响;枯黄期主要受8月份日照和气温、9月份日照和气温的影响。影响生育期的因子较多,主要受3,5,8月份平均气温和9月份平均降水量的影响。4种优势植物的返青期较接近,但是枯黄期和生育期相差较大。     

内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期的气候敏感性研究

春季返青期和秋季枯黄期是植被生长过程中两个重要的物候指标,其变化对气候,尤其对温度敏感性的大小及其差异十分不清楚。利用2001-2019年MODIS NDVI和气象数据,在气象台站和像元尺度上分别计算内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期,并以生长度日（GDD）和冷却度日（CDD）为影响返青期和枯黄期的温度指标,研究两个物候指标对气候敏感性的空间格局及其大小。结果表明,2001-2019年内蒙古植被返青期主要集中在第110～135 d,整体呈提前趋势（2.6 d·10 a-1）;枯黄期主要集中在第260～280 d,整体呈微弱的推迟趋势（0.7 d·10a-1）。返青期对GDD和枯黄期对CDD的敏感性主要以负敏感性为主,分别占研究区总面积的68.1%和56%。从两个物候指标对降水的敏感性看,植被物候对降水敏感性主要以正敏感为主。气象台站尺度的研究结果总体与像元尺度的研究结果基本一致。在气象台站尺度上对比显示有65%的站点枯黄期对温度的敏感性大于返青期,94%的站点返青期对降水的敏感性大于枯黄期,在气候不断变化的条件下,敏感性的研究可促进生态系统可持续管理的能力,对物候模拟以及生态系统气候的评...     

气候变化对不同海拔高山嵩草物候期的影响

利用三江源两个不同海拔高度区牧业气象观测站1989-2010年高山嵩草(Kobresia pygmaea)物候观测资料及同期日、月、年气象资料,通过回归、相关和非参数检验方法,就青海省海拔相差较大的曲麻莱和河南的气候变化及其对高山嵩草物候的影响差异进行对比研究。结果显示,22年来两站年平均气温增速相当,高海拔区的平均最低气温增幅大于低海拔区,而高海拔区的平均最高气温增幅小于低海拔区,生长季（4―9月）与全年的气温变化有相同趋势。两站全年及生长季气温变化均显著相关,其差异主要受海拔影响。两站高山嵩草的返青期、黄枯期和生长季均存在明显的年际波动,高海拔区的波动大于低海拔区。海拔每升高100 m,高山嵩草的返青期推迟3.3 d,生长期缩短2.5 d。1989―1999年与2000―2010年两个时间段平均物候期高海拔区提前6~25 d,生长期延长3 d。低海拔区返青期提前1 d,其余物候期推迟1~9 d,生长期延长6 d。高海拔区高山嵩草的生长更容易受气候变化的影响,其生境更为脆弱。     

模拟干旱对藏北高寒草甸植物物候期和生产力的影响

为探究生长季不同时期干旱事件对高寒草甸植物物候期和生产力的影响,采用截雨棚于藏北高寒草甸生长季前期和后期进行为期2年（2016-2017年）的截雨试验。结果表明：1）植物物候期对不同时期干旱处理响应不同,高寒草甸关键物种植物物候期对生长季前期干旱（SE）响应较为敏感,SE会导致植物返青期大幅推迟,生长季长度和繁殖期明显缩短（P<0.05）,而生长季后期干旱（SL）对植物物候期无显著影响;2）群落和各功能类群的生物量在不同时期干旱处理下均显著降低,总生物量较对照样地下降幅度最大,达62.9%（P<0.05）,群落高度和盖度受到干旱不同程度的抑制,而不同功能类群的响应存在差异;3）群落高度、生物量与生长季长度和繁殖期均呈显著正相关（P<0.05）。表明高寒草甸植被生产力对干旱的响应受物候期的调控,物候期主要通过影响植株高度调控群落生产力,而不同功能类群植物对干旱事件的差异化响应,指示着干旱事件增多和加剧将导致高寒草甸植被群落结构的改变。     

基于MODIS数据的新疆草地枯黄期时空动态变化

植被物候是表征生态系统对气候变化响应的重要指标。草地枯黄期是研究陆地生态系统对气候变化响应的重要指标，然而，植被枯黄期研究较少，寻找适合提取当地的植被枯黄期的最佳模型显得尤为重要。本研究采用双逻辑斯蒂函数拟合法(D-L)、非对称性高斯函数拟合法(A-G)、Savitzky-Golay滤波法(S-G) 3种方法分别模拟了2001-2019年新疆地区草地枯黄期，对比草地枯黄期不同物候提取方法，确定新疆地区草地枯黄期的最佳遥感提取方法，并对草地枯黄期空间格局及变化趋势进行分析。结果表明：1)双逻辑斯蒂函数拟合法是提取新疆地区枯黄期的最佳方法。2) 3种方法估算的新疆地区草地枯黄期均呈现自北向南逐渐提前的明显地域差异。3) 3种遥感方法估算的草地枯黄期均呈现提前的趋势，显著提前(P <0.1)的区域分布于阿尔泰山以南、准噶尔盆地中部及西部边缘区。4)不同草地类型下，利用A-G和D-L两种方法提取的草地枯黄期年际变化趋势基本保持一致。     

蒙古国西部地区植被物候变化特征及其对气候因子的响应

对陆上生态体系而言,植物生理季节性变化是衡量其对气候转变反响的关键度量尺度,尤其对全球气温上升现象极为敏感的高纬度与高海拔地带的植物生理季节性。本研究借助MOD13A1卫星遥感资料,叠加温度与降水数据,剖析2000～2021年间蒙古国西部地区植被生长季始期（Start of growing season,SOS）、生长季长度（Length of growing season,LOS）以及生长季末期（End of growing season,EOS）的时空变化特征和海拔依赖性变化机制。结果如下：（1）蒙古国西部地区的SOS主要集中在第90～125 d,近22 a来SOS呈微弱的提前趋势,提前幅度为0.23 d/a。（2）植被物候与气象要素的关系表明,2月的气温和降水与SOS显著负相关（P<0.05）,1月的气温和降水与SOS显著正相关（P<0.05）,而EOS主要受8月气温和降水的影响。（3）草甸草原和典型草原SOS主要受降水影响,高山草原、荒漠草原以及针叶林的SOS主要受气温影响,所有植被类型的EOS对温度的响应更大。总的来说,研究区植被物候与气候因子表现出季节性的差异,...     

近30年中国天然草地物候时空变化特征分析

基于遥感的大面积长时序草地物候监测是物候生态学的重要领域,也是全球变化研究的重要方向。基于30年(1986-2015年)时间序列GIMMS 3g归一化植被指数(NDVI),利用Savitzky-Golay滤波法进行时间序列重建,并用动态阈值法提取中国天然草地物候参数[生长季始期(SOS)、生长季末期(EOS)、生长季长度(LOS)],然后以1998年为时间分界点,利用提取的3种物候参数对前后两个时间段内的草地物候特征的时间演化趋势及空间分异进行分析。结果表明:1)全国草地年平均SOS、EOS和LOS分别主要集中在第100~140天、260~290天和130~170天;2)物候趋势在30年时间尺度上没有显著变化,幅度为-0.3~0.3 d·yr^-1;3)在1998年之前,全国草地SOS平均提前速率为0.37 d·yr^-1,EOS平均推迟速率0.43 d·yr^-1,且空间差异较大,在1998年之后草地物候变化趋势出现转变,草地SOS变化幅度最大,平均推迟速率为0.28 d·yr^-1;4)高山亚高山草甸、山地草原、平地草原和高山亚高山平地草原在1998年后物候特征变化趋势出现与之前完全相反的转折。提取物候结果与观测资料和相关研究结果较为一致。     

近30年中国天然草地物候时空变化特征分析

基于遥感的大面积长时序草地物候监测是物候生态学的重要领域,也是全球变化研究的重要方向。基于30年(1986-2015年)时间序列GIMMS 3g归一化植被指数(NDVI),利用Savitzky-Golay滤波法进行时间序列重建,并用动态阈值法提取中国天然草地物候参数[生长季始期(SOS)、生长季末期(EOS)、生长季长度(LOS)],然后以1998年为时间分界点,利用提取的3种物候参数对前后两个时间段内的草地物候特征的时间演化趋势及空间分异进行分析。结果表明:1)全国草地年平均SOS、EOS和LOS分别主要集中在第100～140天、260～290天和130～170天;2)物候趋势在30年时间尺度上没有显著变化,幅度为-0.3～0.3 d·yr~(-1);3)在1998年之前,全国草地SOS平均提前速率为0.37 d·yr~(-1),EOS平均推迟速率0.43 d·yr~(-1),且空间差异较大,在1998年之后草地物候变化趋势出现转变,草地SOS变化幅度最大,平均推迟速率为0.28 d·yr~(-1);4)高山亚高山草甸、山地草原、平地草原和高山亚高山平地草原在1998年后物候特征变化趋势出现与之前完全相反的转折。提取物候结果与观测资料和相关研究结果较为一致。     

返青期休牧对退化高寒草甸植被生长及其优势植物垂穗披碱草光合作用的影响

返青期休牧为退化草地恢复中最经济可行的措施且已得到了较广泛的推广和应用,为探索返青期休牧对高寒草地植物生长及光合特性的影响,本研究于2015年开始在青海省祁连山区进行返青期休牧试验,于2018年和2019年调查并测定试验样地植物群落特征和光合生理指标。结果表明：返青期休牧4年后,草地总盖度、优势种牧草垂穗披碱草（Elymus nutans）高度、地上生物量和地下生物量较未休牧分别提高了35%,777%,1140%和217%,垂穗披碱草叶绿素含量和净光合速率分别增加了172%和146%;草地总盖度、地上生物量和垂穗披碱草叶绿素含量及净光合速率在休牧第4年和休牧第5年之间差异不显著。因此,在高寒草地实施返青期休牧可提高优势牧草光合作用、促进退化草地植被的恢复,且退化草地植被在休牧一定年限后趋于稳定。本研究为青藏高原推广实施返青期休牧这一措施来恢复退化草地植被提供了理论基础。     

气候变化对通辽草甸草原草本植物物候期的影响

植物物候期的变化直接反映气候变化,并成为全球变化研究的重点。基于通辽市巴雅尔吐胡硕牧业气象试验站1981-2016年主要植物羊草(Leymus chinensis)、冰草(Agropyron cristatum)、委陵菜(Potentilla chinensis)、车前(Plantago asiatica)物候观测数据和同期气象观测数据,研究了气候变化对草本植物返青期、黄枯期和生长季的影响,结果表明:1)研究区近36年来年均气温上升0.35℃·10 a-1(P0.01),年均降水量减少22.73 mm·10 a-1,气候暖干化特征明显。2)草本植物返青期呈一致性延迟趋势,平均每10年延迟1.16~7.60 d。羊草、车前返青推迟主要受2-3月累计降水量减少的影响,冰草、委陵菜返青推迟主要受2-4月、3-4月累计降水量减少的影响。3)草本植物黄枯期变化趋势不同,羊草、冰草黄枯期延迟主要受夏季、初秋累计降水量影响,委陵菜黄枯期提前主要受夏季、初秋的累计降水量和日照时数共同影响,车前草黄枯期延迟主要受夏季、初秋平均气温影响。4)草本植物生长季长度主要受气温和降水量影响。气候变暖后,研究区夏季、生长季平均气温显著上升,降水量逐渐减少,导致羊草、冰草、委陵菜生长季缩短;而车前对气温反应比较敏感,气温升高有利于车前生长季延长。     

青藏高原高寒草甸组分种花期物候对施肥响应

青藏高原东部高寒草甸封育和施肥生境中18个植物物种物候对施肥的响应结果表明,施肥导致双子叶植物(不含豆科)的始花期、开花峰值期和终花期轻度提前或者轻度推迟,花期持续时间轻度延长或者缩短;豆科植物的始花期轻度推迟,开花峰值期和终花期与对照无差异,花期持续时间轻度缩短;施肥未能够显著改变双子叶组分种的花期物候。施肥导致禾本科物种的始花期、开花峰值期、终花期显著推迟,花期持续时间轻度延长或者缩短。对照(封育)群落组分种种间开花峰值期为集中分布,科内开花峰值期为随机分布;施肥处理下群落组分种间开花峰值期为集中分布,双子叶组分种科内开花峰值期为随机分布,禾本科组分种科内开花峰值期为集中分布;施肥改变了施肥生境中禾本科组分种的花期分布模式。高寒草甸群落组分种花期物候对施肥响应存在差异。     

水肥耦合对延长冷地型草坪绿期的效应研究

在兰州通过田间试验对不同水肥处理下,冷地型草地早熟禾(Poa pratensis)、多年生黑麦草(Lolium prenne)和紫羊茅(Festuca rubra)混播草坪枯黄期和返青期盖度进行观测,测定各处理下草坪绿期,并对草坪外观品质进行综合评价比较。结果显示灌水和施肥之间的耦合,以水分每周灌水20 mm处理与施N肥25 g/(m2.a)和12.5 g/(m2.a)+P2O57.5 g/(m2.a)的配合,耦合效应著显,对推迟草坪枯黄和提前返青的效果都很突出,可显著延长冷地型混播禾草草坪的绿期。每周灌水20 mm和施N肥25 g/(m2.a)耦合最佳,可推迟草坪枯黄22 d,提前返青15 d,使草坪绿期延长37 d。