基于MODIS的青藏高原牧草生长季草地生物量动态

摘要：草地生物量是评价青藏高原生态脆弱性和敏感性的重要指标,也是度量草地退化的重要指标。本研究利用MODIS植被指数NDVI和EVI资料及青藏高原三江源地区326个样方实测数据,构建并优化了研究区不同类型草地生物量的预测模型,估算了2002-2009年期间草地生物量年际和月际变化特征。结果表明,高寒草甸地上生物量适宜植被指数为NDVI,反演模型为,y=6.202 5x2-574.89x+14 586,高寒草原地上生物量适宜植被指数为EVI,反演模型为,y=0.165 5x1.773 2。高寒草甸和高寒草原生物量在2002-2009年表现为波动状态,但高寒草甸比高寒草原波动幅度大。高寒草甸和高寒草原生物量在6-8月间均持续增加,9月开始下降,但7月高寒草原生物量波动大于高寒草甸,8月高寒草原生物量波动小于高寒草甸,6月和9月两种草地类型生物量波动不明显。     

紫苜蓿品种（种）对褐斑病抗性研究

1988-1991年选用12个苜蓿品种在自然条件下做了对褐斑病的抗性鉴定。结果表明：呼盟苜蓿，润布勒苜蓿较抗病。佳木斯苜蓿发病较重易感病。抗病品种表现茎叶比小，病情指数低，品种的茎叶比与病还必须指数间呈显著的正相关（r=0.557**n=12;y↑^=7.4674 10.5662x)。     

基于广义线性模型估算内蒙古荒漠草原及典型草原地上生物量变化

本研究基于广义线性模型（generalized linear model,GLM）,利用中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS）植被指数产品和野外实测的地上生物量数据（aboveground biomass,AGB）,分析了2009-2015年主要生长季5-10月内蒙古荒漠草原及典型草原AGB动态变化及气候因子的关系。结果表明：NDVI幂函数模型最佳模拟内蒙荒漠草原AGB,RVI对数函数模型最优模拟内蒙典型草原AGB;七年间荒漠草原平均地上总生物量为6.51 Tg,典型草原平均地上总生物量为36.94 Tg;2009-2015年主要生长季内蒙荒漠草原及典型草原AGB变化趋势呈现单峰曲线,生物量高峰出现在每年7,8月份,低值出现在每年10月份;AGB空间分布5-10月,以8月为节点随着季相变化南北交替推进;最后采用面板分析方法解释2类草原的限制因子,结果表明荒漠草原降水贡献较大,典型草原气温贡献较大,因此水热动态假说对该格局解释最佳。     

亚高山草甸人工草地地上生物量动态研究

对亚高山草甸垂穗披碱草人工草地的地上生物量进行了六年定点观测.根据观测试验结果,拟合了人工草地中以垂穗披硷草(Elymus nutans)为主的牧草的生物量和杂类草的地上生物量的数学表达式.其中,垂穗披硷草在各生活年度的生物量变化形式为:y=5036.9701 e~(-1.203(?)t);杂类草生物量变化形式为:y=633.8080—273.7373t+35.1693t~2.为高寒牧区预测垂穗披硷草在人工草地中各生活年度的生物量提供了科学依据.     

基于STARFM的草地地上生物量遥感估测研究——以甘肃省夏河县桑科草原为例

遥感数据具有实时、动态、大范围等特点,在草地资源监测与管理研究中获得了广泛应用。然而,单一的遥感植被指数无法同时满足草地地上生物量观测中时空分辨率的需求。因此,本研究基于时间序列Landsat NDVI和MODIS NDVI数据,结合时空融合算法（spatial and temporal adaptive reflectance fusion model, STARFM）,生成了2000-2016年高时空分辨率的植被指数数据集（NDVI_STARFM,时间分辨率为16 d,空间分辨率为30 m）,并基于2013-2016年地面实测草地地上生物量数据,构建了夏河县桑科草原高寒草地地上生物量遥感反演模型,分析了2000-2016年研究区草地地上生物量生长状况和变化趋势。结果表明：1）基于NDVI_STARFM的最优估测模型为乘幂模型,其R²为0.58,均方根误差（root mean square error, RMSE）为795.62 kg·hm^-2,模型的表现能力次于Landsat NDVI最优估测模型（R²=0.76,RMSE=634.83 kg·hm^-2）,而优于MODIS NDVI最优估测模型（R²=0.24,RMSE=937.79 kg·hm^-2）;2）基于NDVI_STARFM最优估测模型对各样区草地地上生物量总产的估测精度优于MODIS NDVI而次于Landsat NDVI,总体精度达84.05%;3）2000-2016年来,夏河县研究区草地地上生物量总体呈现增加趋势,其中90%左右的区域年增量大于30 kg·hm^-2,草地地上生物量呈现减少趋势的区域仅占2.30%。     

基于机器学习算法的甘肃省草原地上生物量

为评估甘肃省草原地上生物量的变化情况,本研究采用甘肃省2005-2018年草原地上生物量实测数据以及植被指数和气象等参数,构建多种基于机器学习算法的甘肃省草原生物量反演模型,并对其预测精度进行对比和评价。结果表明：1)随机森林模型更适宜于甘肃省草原地上生物量遥感反演。基于筛选后的17个变量的Rborist随机森林模型的反演精度最高,R²为0.758。2)甘肃省草原地上生物量均值介于828.21～1 118.71 kg·hm^-2,近20年来呈逐年增加趋势,年均增加幅度为8.13 kg·hm^-2 (P <0.05)。3)甘肃省47.41%的草原呈恢复趋势,26%的草原保持稳定,而26.59%的草原呈不同程度的恶化趋势。     

基于多源遥感数据的高寒草地生物量反演模型精度——以夏河县桑科草原试验区为例

基于MODIS、Landsat-8 OLI和HJ-1A/1B CCD卫星遥感资料,结合2013-2014年甘南州夏河县桑科草原试验区野外实测数据,建立了高寒草地地上生物量遥感反演模型,筛选出基于不同遥感资料植被指数的生物量最优反演模型,比较分析了生物量最优模型的空间效应。同时,分析了2000-2013年基于MODIS植被指数估算的试验区产草量的年际变化特征。结果表明,草地生物量最优反演模型为基于Landsat-8 OLI NDVI数据的对数模型(y=727.54lnx1+495.23,R2=0.772,RMSE=31.333 kg DM·hm-2);在30和250 m空间分辨率下,基于MODIS NDVI及EVI、Landsat-8 OLI NDVI和HJ-1A/1B CCD NDVI最优模型估算的生物量均高于实测生物量,其中Landsat-8 OLI NDVI数据估算的草地生物量与实测生物量值最接近;2000-2013年试验区草地总生物量整体上具有显著增加的趋势(R2=0.590 7,P0.001),平均增加速率达50.57 kg DM·hm-2·a-1。     

温带草原围封对植物群落的影响

物种多样性和地上生物量的变化是退化草地围封后需要关注和研究的重要问题。本研究以锡林浩特典型草原为研究对象，探究不同围封年限(10年、17年、26年、39年)对植物群落结构、物种多样性和地上生物量以及两者之间关系的影响。结果表明：随围封年限增加，植物群落地上生物量呈先增加后降低的趋势；围封后，草原植被群落由以杂类草黄囊苔草(Carex korshinskyi)和一二年生草本植物为主向以多年生禾草(羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipagrandis))为优势种群落转变，但随着围封年限的增加，植物群落的演替方向又逐渐向杂类草方向倾斜；草原围封显著提升了植物群落盖度、高度和地上生物量，植物多样性呈先下降后上升趋势，且各α多样性指数与地上生物量呈显著负相关。本研究证明进行草原围封管理应结合当地气候、降水等因素，科学决策围封年限才能达到最好的生态恢复效果。     

气象因子对典型草原地上生物量的潜在影响

利用锡林浩特国家基准气候站和牧业气象试验站2004—2018年牧草生长季气象资料和生态观测资料,分析了各气象因子对锡林浩特典型草原地上生物量在全生育期的潜在影响。结果表明:锡林浩特典型草原牧草地上生物量有明显增加趋势,增加速率为每年51.7kg/ha,相关系数0.459(P<0.05)。降水量与同期地上生物量干重呈极显著正相关,相关系数是0.525(P<0.01)。每增加1mm降水量使地上生物量增加3.5kg/ha。降水量在牧草全生育期是影响典型草原地上生物量最主要的气象因子。其它气象因子在全生育期对地上生物量的影响不显著。     

羊草草地初级生产力动态的研究

1982—1986年,通过5年的定位监测,较系统地研究了羊草草地初级生产力的动态变化规律,探求水热因子对草地初级生产力影响。结果表明:羊草草地上生物量动态符合logistic曲线,即y=115/1+32.515e~(0.0888t) ,产量高峰出现在8月中旬。在生长季干鲜比变动在35—70%之间,拟合方程y=-15.885+8.806x。牧草的返青、生长发育对水热条件具有很大的依赖性,6月中旬至7月中旬是草群地上生物量累积的盛期;草群粗蛋白百分含量拟合方程y=-17.04+193.10/x,粗纤维百分含量拟合方程y=14.23+1.87x(X为月份)。     

宁夏荒漠草原不同群落生物多样性与生物量关系及影响因子分析

通过测定生物多样性各指标、地上－地下生物量、枯落物量、土壤理化因子以及土壤微生物量碳氮,研究了自然状态下荒漠草原6种群落生物多样性与生物量的关系及其影响因子。结果表明：荒漠草原不同群落丰富度、均匀度与多样性指数变化趋势一致;地上生物量与地下生物量呈指数关系,表明荒漠草原群落呈异速生长模式;生物多样性与地上生物量呈单峰曲线,与地下生物量呈线性关系,初步表明荒漠草原不同群落地上部分种间作用、资源利用程度基本一致,生物多样性抑制了地上生物量,但并没有抑制其地下生物量;地表枯落物与地下生物量呈极显著的线性相关关系（P ＜0．01）,初步表明了地下生物量更加依赖于地表枯落物。相关分析表明,荒漠草原生物多样性指数和生物量影响因子存在明显差异,自然条件下土壤含水量、有机碳、全氮以及有效养分对地下生物量贡献较大,土壤含水量和有机碳对地上生物量贡献较大,土壤微生物量碳和氮对群落多样性指数贡献较大。     

祁连山北坡天然草地地上生物量及其与土壤水分关系的比较研究

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这5种天然草地地上生物量观测结果显示,地上生物量在5类草地植物群落间差异显著(P＜0.05),其季节动态规律均表现为单峰型,在8月下旬达生物量峰值。5种草地类型地上生物量以山地草甸(100.24 g/m²)最高,其他依次为山地草甸草原(71.24 g/m²)、山地草原(70.20 g/m²)、高寒草原(52.40 g/m²)和山地荒漠草原(20.44 g/m²);用Logistic方程模拟的地上生物量增长曲线表明5类草地群落地上生物量均未达到其环境最大容纳量。不同草地类型地上生物量与降水量、土壤平均含水量的累加值均呈正相关关系。在各种类型草地中,不同土层含水量对地上生物量的影响均不同,根系主要分布层内的含水量与地上生物量显著相关(P＜0.05)。     

基于构件特征的内蒙古典型草原植物羊草个体地上生物量估算

生物量是评价草原生态系统生产力的重要指标,草原主要植物个体地上生物量估算模型的建立,可为采用非刈割方法获取较准确的草原地面数据资料提供新方法。通过分析内蒙古典型草原植物羊草的主要构件特征(叶片数、叶长宽积、茎粗、茎高和株高)与其个体地上生物量之间的关系,比较并筛选出能较好预测羊草个体生物量变化的构件指标,采用Minitab软件的回归分析方法,分别利用6月、7月和8月采集的90株和总体270株羊草植物样本,建立羊草不同生长阶段(生长初期、生长旺盛期和生长末期)以及总体样本的个体地上生物量估算方程,并对实测值与模拟值进行t检验分析。结果表明,叶长宽积和株高相对于其他构件信息能够更好地描述羊草个体地上生物量,方程Y=-0.193+0.009X₂+0.011X₅(X₂为叶长宽积,X₅为株高,P<0.01,R²=0.854)为最优羊草个体生物量估算模型。     

CENTURY模型在内蒙古草地生态系统的适用性评价

基于草地生态系统模型评估气候变化对草地的影响及其适应对于草地的可持续利用和草地荒漠化的防治具有重要意义。本研究选择内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原及草原化荒漠4种主要草地类型的代表性站点-额尔古纳右旗、镶黄旗、乌审旗和苏尼特左旗,基于牧业气象试验站的长期围封草地生物量观测资料,对草地生态系统模型(CENTURY)进行了校正和验证。结果表明:CENTURY模型模拟的草甸草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠生长季地上部分生物量的模拟值与实测值变化趋势比较一致,决定系数(R²)分别为0.60, 0.60, 0.65和0.59,均方根误差(RMSE)分别为29.65, 31.45, 25.51和7.90 g C·m^-2,CENTURY模型能够模拟草地地上部分生物量对气候因子的响应,适用于气候变化对内蒙古草地生态系统的影响研究。模型参数敏感性分析表明:草地地上部分生物量敏感的生理参数是草地生长最适温度、最高温度及潜在生产力系数。对过去50年草地地上部分生物量的变化模拟显示:额尔古纳右旗与乌审旗的草地年累积地上部分生物量在近50年间呈现波动增加,镶黄旗与苏尼特左旗呈现波动减少,但统计上均不显著。     

内蒙古典型草原不同功能群生产力对凋落物去除的响应

通过对内蒙古典型草原围封23年的样地进行凋落物去除处理后,连续5年的植被调查研究,探讨凋落物对内蒙古典型草原地上生物量的影响及对群落各功能群生物量的影响。研究结果表明,凋落物的不同去除处理对同年植被地上生物量没有显著影响(P>0.05);相同处理不同年际间地上生物量差异显著(P<0.05)。但在处理后的第2年起,草原地上生物量随着凋落物去除程度的增加而增加。凋落物去除对各个功能群生物量的影响表现在处理后的第5年,中度去除条件下的多年生杂类草生物量明显多于重度去除处理和对照区(P<0.05);多年生丛生型禾草在重度处理区的生物量明显高于中度处理区(P<0.05),但二者与对照区均无显著差别(P>0.05);其余各年影响均不显著(P>0.05)。通过对各功能群生物量与总的地上生物量的相关分析得出:在重度去除处理下,地上生物量与禾草的地上生物量相关性较高,多年生杂类草其次。多年生根茎型禾草在中度处理区与地上生物量的相关性最高且显著(P<0.05),其次是一、二年生草本。对照区的多年生丛生型禾草与总地上生物量有显著相关性(P<0.05)。     

降水变化对荒漠草原植物群落生物量及其权衡关系的影响

本研究依据中国常用的降水年型划分标准，结合研究样地当年降雨量数据，把降水年型划分为丰水年和枯水年。为探讨不同降水年型(丰水年和枯水年)下荒漠草原植物群落地上-地下生物量及其权衡关系对降水变化的响应策略及其驱动机制，本研究依托2017年在宁夏荒漠草原建立的全球变化试验样地，选择自然降水(CK)、增加50%降水(CK+50%)和减少50%降水(CK-50%)处理，在丰水年和枯水年测定不同处理植物群落及功能群生物量。结果表明：在枯水年，CK+50%显著增加植物群落地下和总生物量；在丰水年和枯水年，CK-50%均显著降低豆科和禾本科地上生物量，而显著增加群落根冠比；在丰水年和枯水年，CK+50%生物量权衡比更倾向于地上，而CK-50%生物量权衡比趋向地下；荒漠草原降水变化主要通过直接影响豆科和禾本科地上生物量进而间接影响植物群落地上生物量，进而影响群落总生物量。本研究结果表明，无论是丰水年还是枯水年，不同功能群植物生物量及其比例对降水变化的响应有所不同。     

阿巴嘎旗典型草原植物物种多样性与地上生物量的关系

植物物种多样性与地上生物量的关系是近年来生态学的研究热点和前沿问题。通过在内蒙古阿巴嘎旗典型草原[针茅(Stipa capillata)+光穗冰草(Agropyron cristatum)群丛、针茅+赖草(Leymus secalinus)群丛、针茅+多根葱(Allium polyrhizum)群丛和赖草-木地肤(Prostrate summer-cypress)群丛]开展植被特征调查,旨在进一步探讨研究区域草原群落植物物种多样性与地上生物量的关系。结果表明:在该研究区域中,地上总生物量高低表现为针茅+多根葱群丛针茅+赖草群丛赖草-木地肤群丛针茅+光穗冰草群丛;凋落物量高低表现为针茅+赖草群丛针茅+多根葱群丛针茅+光穗冰草群丛赖草-木地肤群丛;草原群落生活型以多年生草本为主,其地上生物量在4个群丛间差异显著(P0.05),且在同一群丛中显著(P0.05)高于其他生活型;草原群落功能群以禾本科为主,其地上生物量在4个群丛间差异显著(P0.05),且在同一群丛中显著(P0.05)高于其他功能群;物种丰富度及群落多样性指数与草原群落地上生物量、凋落物量、生活型中绝对优势生物量和功能群中各生物量均呈显著(P0.05)的负二次函数关系。     

边坡工程喷播护坡植物群落研究

针对边坡工程,从土壤地质、气候环境、植物群落的生长动态、种间竞争、群落整体等自然条件进行分析,经各处理植物类群生物量季节动态模型分析(Logistic模型:Wi=ki/[1+Ale(Btt)],得出处理之间的多样性系数与均匀度呈极显著直线相关(线性方程为:y=-1.0667+3.69x(R2=0.873,P<0.05));地上生物量与地下生物量呈金字塔型分布;地上/地下生物量与温度呈正相关;各处理的种--相对多度呈正态分布;入侵杂草的种类在不同时期影响不同,总体无影响.     

青海湖北岸草甸草原牧草生物量季节动态研究

2007年5-9月在青海湖北岸的高寒草甸草原,定位研究天然草地地下、地上和总生物量的变化动态。结果表明：青海湖北岸高寒草甸草原天然牧草地上生物量有明显的季节变化,在生长季呈单峰曲线,生育初期地上生物量最小,8月中旬达到最大值,为223.0 g/m2;地下生物量空间分布为倒金字塔型,0～10 cm层地下生物量占地下生物总量的65%,0～10、10～20和20～40 cm层牧草地下生物量在5-9月均表现为“N” 型变化规律;地下生物量周转值为0.45;在生长期内地下生物量的积累远远大于地上生物量的积累,地下生物量峰值也比地上生物量峰值提前;群落根冠比先降后升,平均值为16.1。     

封育和放牧对黄土高原典型草原生物量的影响

摘要：采用收割法和土柱法研究封育和放牧两种方式对黄土高原典型草原地上、地下生物量的影响。结果表明,1）与放牧区相比,封育显著提高了草原植被的盖度和高度,增加了生物量（地上和地下）。2）封育区与放牧区草地地下生物量的垂直分布均呈典型的倒金字塔型或T字形的锯齿状分布。地下生物量都随土层深度增加而降低、符合指数函数减小规律。3）地下各层生物量变化幅度很大,其中0～10 cm土层与20～30、30～40、40～50 cm土层差异达到极显著（P＜0.01）,与放牧区相比,封育区在0～50 cm各层的地下生物量都高于放牧区。4）地下生物量/地上生物量的值偏大,与当地干旱的气候有关。由于水分条件的不同,封育区地下生物量/地上生物量的值大于放牧区。