内蒙古地区草地类型分布格局变化及气候原因分析

利用内蒙古自治区48个气象观测站点50a（1962-2011）的月平均气温和降水量观测数据,基于Holdridge模型计算内蒙古气候区划指标划分不同类型草原区,模拟内蒙古草地类型50a的变化趋势。结合实际草地类型分布图,分析不同草原区1962-2011年的气候变化特征,并探讨气候变化对草地类型分布的影响。结果表明:内蒙古典型草原区的东部区域、荒漠草原区和草原荒漠区均属高温地带,而森林草原区和典型草原区的大部分区域属低温地带。50a间内蒙古草原区气温具有显著上升趋势（P<0.05）,各类型草地区的年平均气温均在1990年左右发生突变,同年呈显著升高趋势,而生长季气温在1995年左右发生突变,并于2a后呈显著升高趋势。内蒙古草原区降水分布格局具有明显的地带性,由西至东降水量递增且梯度差异明显。年降水量变化趋势表现为,森林草原区自1997年开始显著增加,至2002年回落;典型草原区自1992年开始年降水量显著增加,至2006年回落（P<0.05）;荒漠草原和草原荒漠区年降水量变化趋势不显著。生长季降水量的变化则表现为,森林草原和典型草原区在研究期内呈小幅减少-小幅增加-小幅减少趋势,其它类型草地降水变化与年降水量趋势一致。总体上,内蒙古草原区的降水变化,森林草原和典型草原区具有较大波动性,荒漠草原区于近年产生少许变动,而草原荒漠区相对较稳定。1962-2011年气温和降水量变化导致森林草原区面积在前30a呈增加趋势,后20a呈减少趋势;荒漠草原和草原荒漠区的边界逐渐向东扩展,典型草原区也将扩展至部分森林草原区域。总之,研究期内内蒙古草原区降水量在后期减少、气温持续升高,由于蒸散量加大可能导致土壤干旱,从而影响内蒙古草地生态系统分布格局的变化。     

近50年气候变化对内蒙古典型草原净第一性生产力的影响

基于典型草原区的锡林浩特气象站1953-2003年的逐月平均温度和降水资料,应用自然植被的净第一性生产力（NPP）模型,计算得到1953-2003年以锡林浩特为代表点的典型草原区净第一性生产力。结果表明：1）利用温度和降水建立的NPP模型在典型草原区模拟结果与实测地上生物量的变化趋势相一致。2）近50 a来,典型草原区植物主要生长季气候的变化特点为：春季明显增温,夏秋季降水减少。但降水和温度的变化对NPP的影响趋势并不明显,而是更多的影响到具体年份的NPP变化,表现在从50年代至今NPP变幅增大。3）对于地处半干旱区的典型草原来讲,影响净第一性生产力的主要气候限制因子为降水量,合理的水热配置最有利于牧草的生长。     

气候变化对内蒙古中部草原气候生产潜力的影响

根据内蒙古中部草原各样点47a的气候数据,基于Miami和Thornthwaite Memorial气候模型,分析研究区域不同草原类型草地生产潜力和影响气候生产潜力的气候驱动力.结果显示,内蒙古中部草原的气候生产潜力由东向西表现出与地理分布和降水量分布趋势一致的差异性,农牧交错带草地＞典型草原＞荒漠草原＞草原化荒漠,其气候生产潜力在3000～7000kg·hm-2·a-1.研究区域的气候资源利用率在23.8%～62.3%,不同草原存在一定的差异性.分别采用草原样方取样实际产量数据、气候数据和气候生产力模型数据计算分析表明:与温度相比,降水量是影响研究区域牧草产量和气候生产潜力的主要气候驱动力,温度与降水对草原气候生产潜力都具有正效应,不同草原类型温度与降水变化对气候生产潜力的影响有差异性.温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力升高或降低6.75～29.07kg·hm-2·a-1,降水量每升高或降低1mm,草地气候生产潜力升高或降低0.83～1.86kg·hm-2·a-1.未来气候"干暖化"的趋势下,研究区域温度升高增加的气候生产潜力作用小于由蒸散量增加引起的减产作用,因而导致草地气候生产潜力下降,受水分限制作用越明显的草原,其气候生产潜力下降的趋势越显著.     

青藏高原草地植被秋季物候动态及其对极端降水的敏感性分析

[目的]草地植物物候是陆地生态系统对气候变化响应的最显著和最敏感的指标,研究其变化对于理解和预测陆地生态系统的显著变化非常重要。[方法]基于1986—2015年的GIMMS NDVI提取了草地生长季末期(end of growing season,EOS),探究了30年间青藏高原草地EOS时空动态及其对不同极端降水指标的敏感性情况。[结果]近30年青藏高原西北边缘草地EOS集中在9月底,西南边缘和东南边缘集中在11月上旬。喜马拉雅山脉和横断山脉是整个区域EOS最晚地区,昆仑山脉以北和柴达木盆地及周围地区是EOS最早区域。EOS以推迟趋势为主,推迟速率集中在0～1.5 d/a。EOS变化相对稳定,但在唐都拉山脉以东、横断山脉和喜马拉雅山脉东部地区波动性相对较大。未来一段时间内草地EOS变化趋势与过去30年变化趋势相反。降雨强度(SDII)对高山亚高山草甸植被EOS负影响最大,低强度降雨天数(R10MM)对其正影响最大。高山亚高山草原EOS主要受到SDII、中度强度降雨天数(R20MM)的负影响和最长连续湿润天数(CWD)的正影响。荒漠草原植被主要受到CWD的正影响和R20 MM,SDII的负影响。平地草原EOS对SDII的负敏感性较高。山地草甸EOS对最大1 d降雨量(RX1DAY)正敏感性最高。[结论] 青藏高原不同草地植被秋季物候对不同极端降水事件变化的响应呈显著的空间异质性,如较高海拔的高山亚高山草甸和高山亚高山草原的EOS受SDII和R20MM的负影响较大,而干旱区域的荒漠草原与SDII和R20MM呈正相关。研究提供了植物秋季物候如何在未来气候变暖的情况下,极端降水事件增加的情况下青藏高原草地植被秋季物候可能会呈何种变化,可为青藏高原植被草地生长监测、应对气候异常保护策略制定和构建稳定生态屏障提供指导意义。     

近50年局地气候变化及其对共和盆地贵南县草地退化的影响

利用共和盆地贵南站1961—2007年温度、降水等气象资料,分析了共和盆地贵南县的气候变化趋势,探讨了气候变化对贵南县草地退化的影响。结果表明：共和盆地贵南地区气温年际变化呈上升趋势,倾向率为0．23℃／10a,增温速度大于全国增温速度;年降水量总体上呈不显著的增加趋势,倾向率为3．0mm／10a;草地潜在蒸散量呈显著上升趋势,蒸散量倾向率为22．23mm／10a;年大风、沙尘暴日数呈下降趋势。分析认为：气候变化是草原生态退化的自然诱发因素,温度显著升高,草地蒸散量增加,春季干旱事件增多,秋季降水量减少造成草地牧草生长期的变化和草地生产力的下降,导致贵南草地生态退化。     

黄土高原植被水分利用效率对气候和植被指数的敏感性研究

生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)连接了碳循环和水循环,是碳水耦合的重要参数。全面深入理解WUE的时空分布及其影响因素对预测陆地表面-大气相互作用和陆地生态系统的动态变化至关重要。该文基于大尺度遥感归一化植被指数(normalization difference vegetation index,NDVI)以及温度和降水栅格数据,采用中分辨率成像光谱仪的总初级生产力和蒸散产品计算2000—2014年黄土高原生态系统WUE,运用岭回归探究黄土高原WUE对温度、降水和NDVI的敏感性。结果表明:1)沿西北-东南随降水量的增加,黄土高原多年均WUE逐渐降低,且黄土高原西南部高海拔地区WUE最低;同时,WUE的年际变化明显,以2011年为转折点,2012—2014年WUE明显高于其他年份。2)WUE对温度的敏感性在整个黄土高原呈现正值,WUE对降水和NDVI的敏感性存在阈值效应,即小于500mm降水量,WUE随降水和NDVI的增加而升高,超过550mm降水量,WUE则随降水和NDVI增加而降低。3)草地和灌丛WUE与NDVI正相关,森林WUE与NDVI负相关;灌丛WUE对温度和降水的敏感度明显高于森林和草地。     

降水变化和氮素添加对青藏高原高寒草原群落结构和物种多样性的影响

全球变化对草地物种组成和物种多样性有显著影响,而高寒草原研究较少。以青藏高原紫花针茅高寒草原为对象,通过三年的野外小区完全随机试验,模拟分析了降水变化和氮素添加对物种群落结构和物种多样性的影响,降雨水平设置减少50%降雨、对照和增加50%降雨3个水分处理,氮添加设置对照和加氮2个水平。结果显示:(1)氮添加后随降雨梯度递增分别导致物种数由24,25,21减少到21,21,20。(2)年际变化、水分和氮素处理对群落盖度影响显著,年际变化和水分处理交互效应显著。群落盖度2015年2014年2013年;随着降雨梯度递增,群落盖度呈增加趋势;添加氮素处理的群落盖度显著高于对照。(3)种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数在年际间有显著差异,另外,氮素处理显著影响丰富度指数,Pielou指数在不同降水处理间差异显著。氮素添加显著影响青藏高原高寒草原物种组成、群落盖度以及丰富度指数,而降水作用只影响群落盖度;降水变化除了对Pielou指数有影响外,降水变化和氮素添加均不影响多样性指数。     

1993-2015年中国草地净初级生产力格局及其与水热因子的关系

[目的]估算1993-2015年中国草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其时空变化格局及与水热因子的关系,了解这一时期中国草地生态系统的生产力水平及其对水热因子变化的响应。[方法]基于长时间序列遥感数据,气象数据和植被类型数据,运用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算草地净初级生产力,利用一元线性回归、二阶偏相关分析以及GIS空间分析方法,探讨草地NPP的变化趋势以及与对水热因子的关系。[结果]①1993-2015年,中国草地NPP年均总量为7.595×10¹⁴ g （以C计）,单位面积NPP均值为296.76 g/m²/a。总体上,草地NPP呈现从东部到西部、从南部到北部逐渐减少的空间分布特征。②1993-2015年草地NPP总量以-1.415×10¹² g/a的线性速率（p>0.05）波动式下降。其中,1993-2010年草地NPP总量以-2.312×10¹² g/a的线性速率（p<0.05）显著降低,2011-2015年草地NPP总量以7.00×10¹¹ g/a的线性速率（p>0.05）波动式上升。1993-2015年,NPP呈减少态势的面积大于NPP呈增加态势的面积且40.40%的草地NPP呈现显著性变化。③年际变化上,除去2011年以来草地NPP的波动性变化,草地NPP与太阳总辐射和降水量的二阶偏相关性显著,与年平均气温没有表现出显著的相关关系。空间分布上,草地NPP与太阳辐射显著偏相关的面积 > 与降水显著偏相关的面积 > 与气温显著偏相关的面积。[结论]1993-2015年,中国草地NPP总体上呈现普遍降低、局部改善的变化特征。这种变化主要受到太阳总辐射和降水量的影响,受温度变化的影响较弱。     

黄土高原植被覆被时空动态及其影响因素

为探究黄土高原植被覆被时空分布与动态变化及其与气候和人类活动的响应机制,基于趋势分析、偏相关性分析和残差分析等方法,利用2000—2015年黄土高原MODND1T/NDVI植被遥感数据、同期气象数据及ESA CCI-LC植被覆被分类数据,根据气候和人为因素对植被覆盖变化的驱动贡献,(1)分析了黄土高原NDVI分布格局、变化趋势及其驱动因素。结果表明：(1)黄土高原NDVI由西北向东南呈递增趋势,具有明显空间异质性分布特征。16年间NDVI呈显著增加趋势,平均递增速率0.010 2/a,波动范围介于0.54～0.71。(2)黄土高原NDVI变化趋势与降水有较强相关性,两者偏相关系数为0.53。(3)黄土高原不同季节NDVI均呈整体增长趋势,春季NDVI与降水呈显著正相关关系,降水是决定春季所有植被类型覆盖变化的最直接因素。(4)残差分析表明,人类活动对黄土高原NDVI的波动影响较大,是黄土高原植被覆盖变化的重要驱动因素。综上,黄土高原16年间植被覆被明显增加,降雨是黄土高原植被生长发育的主要限制因素,人类活动通过退耕还林等生态修复措施对黄土高原植被覆被带来明显改善。     

黄土高原农地草地林地土壤团聚体稳定性沿降水梯度的变化特征

团聚体稳定性是表征土壤结构稳定性的重要指标,与坡面水文过程及侵蚀过程密切相关,为探明黄土高原团聚体稳定性(aggregatestability,MWD)沿降水梯度的变化特征及其影响因素。该论文在黄土高原沿降水梯度布设了7个采样点,测定每个采样点农地、草地和林地的MWD。结果表明,农地MWD沿降水梯度自南向北呈逐渐减小趋势;草地和林地MWD变化趋势比较相似且无显著差异(P=0.233),最南端宜君的MWD小于稍北富县的MWD,之后向北大体呈减小趋势。农地、草地和林地MWD空间变化特征除受土壤有机质、年均降水量和年均气温的影响以外,农地的MWD与土壤机械组成存在显著相关关系(P0.05),而草地和林地的MWD与根系质量密度存在显著相关关系(P=0.037)。非线性回归表明,农地MWD可以用土壤中值粒径和年均降水量模拟,而草地和林地MWD可用土壤有机质、根系质量密度和年均温模拟。研究成果对于理解黄土高原土壤团聚体稳定性空间变异及其影响因素、分析水文及侵蚀过程的区域变化规律具有理论意义。     

1959-2007年安徽省降水时空变化特征分析

利用安徽省1959-2007年的逐日降水资料,采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析方法,分析了近49a降水变化趋势及变化特征。结果表明,安徽地区夏季和冬季降水有显著的增加趋势(P<0.05),春、秋季和年降水量的变化趋势不显著。全区年降雨日总数有极显著的减小趋势(P<0.01),但暴雨日数却有所增加。雨日总数自南向北递减,但暴雨日数的气候倾向率却有自南向北增加的趋势。全省年降水量和四季降水量大致存在两个主周期的变化,2～4a周期震荡趋势逐渐明显。安徽地区雨日减少,强降水增加,降水有集中化趋势。20世纪90年代中期以后,降水宽幅震荡趋势凸显,不确定性增加,导致旱涝灾害发生可能性增加,会对当地农业生产带来不利影响。     

温度对克氏针茅草原生态系统生长季碳通量的影响

草地生态系统碳通量的驱动机制研究是碳循环研究的重要方面。利用涡度相关技术观测了克氏针茅草原生态系统的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统初级生产力（GEP）、生态系统呼吸（Reco）的变化,探讨了2010年生长季内温度对该系统NEE、GEP和Reco的影响。结果表明,2010年生长季内,克氏针茅草原日尺度上NEE和GEP只出现了1个明显的吸收峰,Reco则呈现倒＂U＂型变化规律。克氏针茅草原空气温度与NEE、GEP和Reco呈极显著相关关系,气温日较差对该系统碳通量的影响程度较小;土壤温度与NEE、GEP和Reco之间也呈极显著相关关系,土壤温度的增加会同时提高克氏针茅草原生态系统的固碳能力、初级生产力及呼吸作用。空气温度和土壤温度都是影响克氏针茅草原生态系统碳收支的重要驱动因子。     

三江源地区植被覆盖度变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对三江源地区草地生态系统的影响及适应机制,研究以SPOT-VGT为基础数据,利用像元二分模型估算了三江源地区1998—2012年的植被覆盖度,分析了年最大覆盖度的变异特征,并对植被覆盖度与气候因子之间的响应关系进行了深入探讨。结果表明:在区域尺度上,15 a来研究区生长季植被覆盖度呈极显著增加的趋势（P < 0.01）,平均每年增加0.004。在草地生态系统类型上,高寒草甸植被覆盖度与生长季温度的相关关系更加密切（r=0.802,P < 0.01）;高寒草原植被覆盖度与生长季温度呈显著相关关系（r=0.515,P < 0.05）。与生长季降水量相比较,5—7月降水量对高寒草原植被覆盖度变化的影响更加关键,但在高寒草甸上却不存在这种差异。     

黄河流域主要植被类型NDVI变化规律及其与气象因子的关系

以黄河流域为研究区，通过分析流域内农作物、草地、林地、灌木4种植被类型的NDVI（归一化植被指数）在20世纪80年代初-90年代末的变化规律以及NDVI与降水、温度、API（可利用水指数）的相互关系，研究了流域内植被覆盖度的变化趋势及NDVI对气候因子的敏感性。结果表明，流域内植被覆盖度有增加趋势，生态环境向好的方向发展；6月农作物的NDVI与同期降水呈正相关，说明NDVI对该月的降水变化敏感，较多的降水有利于作物生长；7月降水与8月灌木、草地的NDVI呈显著正相关关系，说明它们之间具有滞后相关，两种植被类型8月NDVI对前一个月的降水量变化敏感；春季植被NDVI与同期温度的正相关关系说明春季NDVI对温度变化敏感，春季较高的温度有利用植被生长；春季NDVI与同期API的负相关关系说明春季温度对作物生长的影响较大。研究结果对进一步了解黄河流域不同植被类型NDVI变化规律及其对气候因子的敏感性具有一定意义。     

模拟氮沉降对白羊草地群落特征及其坡面流水动力特性的影响

大气氮沉降的增加可能会通过草地群落进而影响坡面流水动力特性。选取黄土高原典型地带性草本白羊草为研究对象,通过设置不同施氮处理(0,2.5,5,10 g/(m2·a),以N计,下同)模拟氮沉降,采用人工模拟降雨,探究土壤有效氮升高对白羊草群落季节变化及坡面流水动力特征的影响。结果表明,一定程度的施氮可有效增加白羊草盖度,促进藻结皮的生长,但会抑制苔藓结皮的发育。施氮使Darcy-Weisbach阻力系数和曼宁糙率系数分别降低了68.6%～71.5%和44.7%～47.4%;平均流速加快了32.0%～44.0%,径流深减小了25.1%～28.7%,同时,使径流剪切力和水流功率显著增加,过水断面单位能减少。随着季节变化,9月白羊草群落坡面Darcy-Weisbach阻力系数和曼宁糙率系数分别较6—8月显著增加了220.2%～496.9%和79.5%～139.4%,平均流速减缓了23.5%～29.7%,径流深增加了36.4%～66.9%,径流剪切力和水流功率均显著降低,过水断面单位能增加。降雨强度对坡面流特征也存在显著影响。随着降雨强度的增大,坡面流阻力减小,进而导致流速、径流深及水流功率增加。草地具有良好的调控坡面流的作用,然而大气氮沉降的增加可能会加剧草地群落坡面土壤侵蚀。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

蒙古高原植被变化趋势及其影响因素

基于1982-2006年的AVHRR数据和气象数据,分析了蒙古高原植被时空变化特征及其影响因素。研究发现:(1)近25 a来,蒙古高原植被整体呈改善趋势,年增长率为0.0006/a。蒙古国植被NDVI年增长率最大(0.0008/a),其次是中国的内蒙古(0.0004/a)、甘肃(0.0003/a)和宁夏(0.0001/a);(2)植被的变化趋势具有明显的空间差异性和季节性。25 a来,蒙古国西北部、内蒙古中部的锡林郭勒盟等区域植被明显改善,而内蒙古东北部呼伦贝尔市植被呈退化趋势。研究区春、秋季植被明显改善,夏季植被呈退化趋势;(3)植被的变化趋势一定程度上受温度和降雨的影响,春、秋季升高的温度使生长期延长,植被改善,而夏季温度升高和降水减少共同导致夏季植被退化;(4)草地、农作物面积和产量的增加直接或间接地导致了内蒙古植被NDVI的增加,其他人为因素,如人口增长、土地利用类型的转换、退耕还林、过度放牧、矿产资源开采等也可直接或间接地影响植被的变化。     

基于遥感的黄土高原植被物候监测及其对气候变化的响应

为了分析黄土高原地区植被物候特征,该文基于AVHRR传感器获取的陆地长期数据记录(land long term data record,LTDR)V4 NDVI数据,对黄土高原1982-2011年间植被物候的时空变化进行分析,并借助偏相关分析方法对物候与气温和降雨的关系进行量化分析。结果表明:黄土高原近30 a间春季物候提前显著(0.54 d/a,P0.001),主要集中在北部草地和灌木植被;秋季物候推迟显著(0.74 d/a,P0.001),主要分布在甘肃、陕北、内蒙古和山西北部等地。不同植被的春秋物候稍有差异,稀疏灌木林春季物候提前趋势最多(1.31 d/a),常绿针叶林最小(0.19 d/a);秋季物候推迟最多的为乔木园地(1.18 d/a),最少的是水田(0.17 d/a)。黄土高原植被物候主要受气温影响,降雨的变化也会对物候产生一定影响。冬季和前年秋季气温上升是春季物候提前的主要驱动因子;夏季和秋季降雨则对秋季物候休眠期延迟起着重要作用。该研究可为黄土高原生态环境评价及气候变化预测模型提供一定依据。     

典型草原区蒸发皿蒸发量变化特征及气象因子影响分析

利用内蒙古典型草原地区锡林浩特国家气候观象台1954-2013年蒸发皿蒸发资料和同期气温、日照时数、云量、风速、相对湿度等资料,运用线性趋势法、相关分析法、完全相关系数法,对蒸发量变化趋势及其与各气象因子的关系进行分析,并试图解释引起蒸发变化的气候成因.结果表明：研究区近60a蒸发皿蒸发量表现为极显著上升趋势（51.49mm/10a,P＜0.01）;完全相关系数法分析表明,最低气温、平均气温、相对湿度与蒸发皿蒸发量呈极显著相关性（P＜0.01）,是影响蒸发量的主要因子.气温上升、相对湿度降低是造成内蒙古典型草原区锡林浩特地区蒸发量上升的主要原因.研究结果对典型草原区气候变化评价有一定参考价值.     

黄土高原水蚀风蚀交错带水分和密度对人工草地土壤呼吸的影响

为研究黄土高原水蚀风蚀交错带不同水分与密度处理的人工苜蓿和沙打旺草地土壤呼吸特征,分析了人工草地土壤呼吸对水分和密度的响应及其与环境因子的关系。结果表明：水分增加能够显著促进黄土高原水蚀风蚀交错带人工草地土壤呼吸速率（P〈0.01）,土壤呼吸对不同密度处理的响应特征因草地植被类型不同而异,土壤呼吸速率的季节变化对水分增加和密度响应不敏感。土壤水分是土壤呼吸的限制因子,土壤温度与土壤呼吸速率在6-7月份（旱季后期）相关性不明显,8月份后（雨季）相关性增强。土壤呼吸与表层土壤水分和温度有着显著的耦合关系,加水减弱了苜蓿草地土壤呼吸对水分和温度的依赖,而未改变沙打旺草地土壤呼吸对表层土壤水分和温度的依赖。