2000-2015年川西地区植被NPP时空动态及驱动因子

对川西植被净初级生产力进行估算并分析了其时空格局变化及驱动因子与植被净初级生产力的变化关系,为深入认识川西植被生产力状况提供科学依据。在原CASA模型的基础上,通过区域实际蒸散量与区域潜在蒸散量对水分胁迫影响系数进行了改进,进而估算2000—2015年期间川西地区植被净初级生产力;运用逐像元趋势法分析了川西地区植被净初级生产力在研究期间内其空间变化情况;同时结合气象因子、土地利用变化、植被类型、地形因素、人类活动与植被净初级生产力进行了相关性分析。结果表明:川西地区植被空间差异明显,其NPP多年平均值为199 gC/（m²·a）,在2000—2015年期间,大面积区域植被NPP呈显著上升,汶川、泸定、金川、康定局部区域受自然灾害及人类活动等因素NPP呈下降趋势;降水、气温、太阳辐射等气象因子对植被空间格局分布产生一定影响,不同土地利用及植被类型的NPP差异较大;海拔与研究区NPP相关性非常显著（R²=0.896,p<0.001）;人类活动对汶川、泸定等局部地区负干扰明显。     

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。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响（Ⅱ）——近52年秦岭南北植被净初级生产力

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,采用周广胜—张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析近52 a气象要素的时空变化特征及其对植被净初级生产力的影响。结果表明：1）秦岭南北多年平均植被净初级生产力由北向南逐步上升,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭以北,各子区植被净初级生产力变化趋势不一,植被净初级生产力上升的站点占本区站点总数的比例顺序为汉水流域〉秦岭南坡〉巴巫谷地〉秦岭以北,秦岭以南地区增加更为明显,生态区23个站点中植被净初级生产力年际波动并不大,介于1.34～1.89之间;2）植被净初级生产力与湿润指数、降水量和相对湿度呈显著水平（P〈0.01）的正相关关系,相关系数排序为降水量〉湿润指数〉相对湿度,降水的增多会促进植被净初级生产力的累积,水分是主要制约因素;3）植被水分利用效率由南向北递减,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭北坡,绝大部分地区呈现不显著的上升趋势,近52 a来,水分利用效率普遍呈上升趋势,但并不显著,整体上维持相对稳定水平。     

气候变化背景下羌塘国家自然保护区植被净初级生产力时空变化

基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型，利用西藏羌塘国家自然保护区附近5个气象站1971-2018年气温、降水数据和第五次耦合模式比较计划（CMIP5）多个全球模式历史和未来预估数据，分析保护区附近及保护区气温、降水、植被净初级生产力（NPP）的时空变化特征。结果表明：（1）保护区附近年平均气温从西部到东部渐低，年降水量从西部到东部渐多。年平均气温（T）呈显著升高趋势，年降水量（R）和年蒸散量（E）均呈微弱增加趋势，伴随各站气温NPP（NPPt）呈显著升高趋势，降水NPP（NPPr）呈微弱增加趋势，大部分站点蒸散NPP（NPPe）和标准NPP（NPPb）均呈微弱增加趋势；（2）NPPt从西部到东部逐渐变小，NPPr从西部到东部逐渐变大，NPPe、NPPb从西部到东部先变大后变小。狮泉河、改则站植被NPP限制因子为降水，申扎、班戈站为蒸散，安多站为蒸散或气温；（3）21世纪不同年代NPPt、NPPr、NPPe和NPPb与20世纪所有年代相比均显著增大。保护区NPPt、NPPr、NPPe和NPPb在未来不同排放情景下相对于1960-1990年均明显增加。保护区在近48a和未来气候“暖湿化”趋势下，植被NPP均有所增加，东南部的寒冷湿润地区增加幅度较大，而西北部寒冷干旱地区增加幅度较小。未来气候有利于当地植被NPP提高，从而改善生态环境。     

松嫩平原50年来气温及降水变化分析

运用趋势系数和气候倾向率分析了松嫩平原地区50a来气温及降水的时空变化规律。结果表明，50a来本区气温有显著上升趋势，平均气温以0．3487℃／10a幅度升高。全年各月气温均呈上升趋势，但是冬春季升温剧烈，达0．5754℃／10a；夏秋季较弱，仅为0．1868℃／10a。由于最冷月平均温度升高比最热月大，导致气温年较差减少。气温升高存在显著的区域差异，平原西北部地区增温强烈，气温倾向率大于0．45℃／10a；平原东部地区气温倾向率较低，小于0．20℃／10a。全区降水总体趋势性变化不显著，但还是呈现弱的减少趋势，平均年降水量倾向率为-0．0783mm／10a，且秋季降水减少明显。     

高寒草甸植被生育期耗水量和耗水规律的分析

用１９９１～１９９３年在高寒草甸地区植被生育期测定的土壤水分资料，联系土壤水分平衡方程，讨论高寒草甸植被生育期的耗水量和耗水规律的特征，结果表明，草甸地区植被生育期５月２０日～９月１５日，３年平均耗水量约为３６１．０ｍｍ；全年牧草地上净初级生物量与耗水量具有一定的相关性；植被生育期内气温、降水的协调配合能提高牧草地上净初级生物量。５～９月，植被耗水量变化量单峰型曲线，３年平均表明，７月耗水量最高，５月最低。     

1960—2019年黄河源区径流演变及其驱动因素分析

人类活动与气候变化的共同作用对径流过程产生了深刻影响。研究黄河源区径流演变特征及其原因，对合理规划水资源及实现黄河流域高质量发展具有重要意义。基于1960—2019年黄河源区径流、降水及气温序列数据，利用Mann-Kendall趋势及突变检验、Morlet小波分析等方法分析其演变特征，并采用累积量斜率变化率法计算驱动因素贡献水平，结果表明：1960—2019年黄河源区径流呈不显著下降趋势，在1987年发生突变，降水和气温均呈显著上升趋势，分别在2017、1997年发生突变，径流、降水及气温的主周期分别为38、30、3 a;黄河源区气候因素(降水)对径流的影响占比仅为9.42%,人类活动对径流变化的影响程度更大，占比为90.58%。     

近20年黄河流域植被净初级生产力时空分布及其对极端天气变化的时空响应

为探究黄河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化及对极端天气指数的响应情况,利用MODIS NPP数据和极端气候数据,辅以斜率法和偏相关分析法分析了2000—2019年黄河流域植被NPP时空动态及其对极端降水指数和极端温度指数的响应情况。结果表明：(1)近20 a黄河流域植被NPP呈从北向南增加的趋势,大面积上表现为增加趋势。(2) NPP与极端降水指标以显著和极显著正相关为主。其中,除最长连续湿润天数呈显著正相关和极显著正相关的像元占比为16.5%,其他几种指标均在25%以上。(3)极端降水事件的水量和强度呈显著增加趋势,极端温度事件中与偏冷相关指标总体呈下降趋势,与变暖有关的事件呈明显上升趋势,其变化存在显著空间异质性,年际差异大。(4)日最高气温的最大值、日最低气温的最大值、冷夜日数、冷昼日数、冰冻天数和霜冻天与植被NPP以负相关为主,日最高气温的最小值、日最低气温的最小值、暖夜日数、暖昼日数、气温日较差和暖期与植被NPP以正相关为主。近20 a黄河流域植被NPP时空变化存在显著地域性差异,其中在干旱和半干旱地区极端降水增多在一定程...     

潞安矿区净初级生产力和土地覆被变化及成因

净初级生产力和土地覆被变化是指示区域生态环境变化的重要指标.基于EOS/MODIS卫星遥感数据,运用地理信息系统软件ArcGIS 9.3的统计与分析模块对2001-2006年潞安矿区净初级生产力、土地覆被变化及其成因进行了研究和分析.结果表明:(1) 2001-2003年的矿区绝大部分区域净初级生产力大于0.2 kg/(m2·a),而2004-2006年的净初级生产力低于0.2 kg/(m2·a)即研究时段内矿区净初级生产力呈明显减少趋势;(2)灌丛向稀树草地,稀树草地向农用地,地表水域向裸地转换是土地覆被变化的主要特征;(3)煤炭开采,农用地开垦等人类活动和降水量减少,气温升高为特征的气候变化是研究区植被覆盖度和净初级生产力降低的两个主要原因.总之,煤炭开采和土地垦殖为主的人类活动所引起的土地覆被变化直接导致了潞安矿区净初级生产力的降低.     

新疆参考作物蒸散量时空变化分析

参考作物蒸散量是表征大气蒸散能力,评价气候干旱程度、植被耗水量的重要指标。利用新疆101个气象站1961－2008年的逐月气候资料,采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式计算出各站逐月参考作物蒸散量,使用气候倾向率、Mann-Kendall检测以及基于GIS的宏观地理因子三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合的空间插值技术,对新疆近48 a参考作物蒸散量时空变化特征进行了分析。新疆参考作物蒸散量的空间分布总体为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区。受气温上升、日照时数减少、风速减小、相对湿度增大的影响,近48 a新疆参考作物蒸散量呈显著减小趋势,并于1981年发生了突变性减小,但各地具有明显的区域性差异, 参考作物蒸散越强烈的区域,其递减倾向率和减小幅度也越大。参考作物蒸散量减小对降低作物需水量和农田灌溉量、减小地表干燥度、改善新疆脆弱的生态环境具有重要意义。     

Bacterial community structure correlates with decomposition parameters along a Hawaiian precipitation gradient

We analyzed soil bacterial communities with terminal restriction fragment length polymorphisms (TRFLP) along a precipitation gradient on the Hawaiian island Maui where mean annual rainfall increases from 2200 to 5050 mm. Principal component and cluster analysis of TRFLP patterns indicated there were only small differences in bacterial communities in soils receiving 2200-2750 mm of rain annually but large changes in bacterial community structure occurred as annual precipitation exceeded 2750 mm. The change in bacterial community structure correlated with several ecosystem parameters including mean annual precipitation, aboveground net primary productivity, soil redox status, litter decomposition rates, net methane flux and soil respiration. We suggest the dominant change in bacterial community structure along the gradient reflects a shift from respiratory to fermentative metabolism.     

Seasonally dependent impacts of grazing on soil nitrogen mineralization and linkages to ecosystem functioning in Inner Mongolia grassland

Previous studies have suggested grazing may alter nitrogen (N) cycling of grasslands by accelerating or decelerating soil net N mineralization. The important mechanisms controlling these fluxes remain controversial, and more importantly, the consequences on carbon storage and site productivity remain uncertain. Here we present results on the seasonal patterns of soil inorganic N pools and net N mineralization and their linkages to ecosystem functioning from a grazing experiment in the Inner Mongolia grassland, which has been maintained for five years with 7 levels of grazing intensity (0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, and 9.0 sheep ha⁻¹). Net N mineralization and nitrification rates were determined using an in situ soil core incubation method. Our findings demonstrated that, in the non-growing season, the net N mineralization rate was reduced by 181% in the lightly and moderately grazed plots (1.5-4.5 sheep ha⁻¹) and by 147% in the heavily grazed plots (6.0-9.0 sheep ha⁻¹), and the net N immobilization was observed in all grazed treatments. In the early growing season, however, it was increased by 107% in the lightly and moderately grazed plots and by 128% in the heavily grazed plots. In the peak growing season, grazing diminished the net mineralization rate by 71% in the lightly and moderately grazed plots and 108% in the heavily grazed plots. The seasonally dependent effects of grazing on soil inorganic N pools and net N mineralization were strongly mediated by grazing-induced changes in soil temperature and moisture, with soil moisture being predominant in the peak growing season. Grazing alterations of soil inorganic N and net N mineralization were closely linked to the changes in aboveground primary productivity, biomass N allocation, N use efficiency, and soil total nitrogen. Based upon the five year study, we conclude that grazing at moderate to high intensities is unsustainable in terms of productivity and soil N cycling and storage in these systems.     

黄土高原不同降雨年型乔、灌木蒸散特征与影响因素

以黄土高原地区17个乔木和15个灌木测定点生长季观测数据为基础,结合气象资料,综合分析了降水量、土壤前期储水量、潜在蒸散量与乔、灌木实际蒸散量的关系,研究了不同降雨年型乔、灌木生长季实际蒸散的差异及其影响因素。结果表明,无论是丰水年还是干旱年,乔木生长季实际蒸散量均高于灌木。不同降雨年型影响乔灌木实际蒸散的主要因素不同,丰水年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为降水,其次为潜在蒸散量而干旱年影响乔灌木生长季实际蒸散的主要因素为前期土壤储水量,其次为降水因素。     

渭北旱塬果园自然生草对土壤水分及苹果树生长的影响

土壤水分不足是渭北旱塬苹果生产中的首要问题。为了提高果园土壤贮水量,促进果树生长,该试验以果园清耕和人工生草(三叶草)为对照,探讨渭北旱塬果园自然生草(繁缕和牛繁缕群落)对土壤水分及苹果树生长的影响。结果表明:自然生草在苹果开花坐果期可提高0~80 cm土层土壤水分,在幼果膨大期和花芽分化期可提高0~120 cm土层土壤水分,在果实采前膨大期可提高0~160 cm土层土壤水分,而人工生草则降低了土壤水分。自然生草和人工生草主要影响0~80 cm土层土壤水分,且对0~40 cm土层土壤水分影响较大,对120 cm以下土层影响较小。自然生草的土壤蒸散量较人工生草和清耕分别减少了17.30和8.07 mm,单果重分别提高了15.46%和6.21%,产量分别提高了21.29%和6.10%,土壤水分利用效率分别提高了25.09%和7.64%。自然生草不但可提高果园土壤贮水量,而且可提高果实单果重与产量,渭北旱塬应积极推广果园自然生草。     

Spatial patterns of top soil carbon sensitivity to climate variables in northern Chinese grasslands

Abstract

Estimation of the sensitivity for soil organic carbon to climate change is critical for evaluating the potential response of the terrestrial biosphere to global change. In this study, we integrated CENTURY 4.5 model with GIS to assess the soil organic carbon sensitivity to climate variable shifting and atmospheric carbon dioxide enrichment in northern Chinese grasslands. The response of top soil (0–20 cm) organic carbon to climate change depended on the relative sensitivity of net primary productivity and soil respiration. A 4°C increase in soil temperature led to a loss of 4.7% of soil organic carbon in the Alpine Meadow region, but the same temperature increase led to a maximum loss of only 2.3% of soil organic carbon in the Temperate Steppe region. The effects of precipitation changes on soil organic carbon were varied depending on the moisture level of the local grassland system. The direct effect of carbon dioxide enrichment was to reduce carbon loss throughout northern Chinese grasslands, especially in droughty regions. Alpine Meadow was the most sensitive region under climate change, and it will become the biggest potential carbon source in Chinese grasslands as climate warming continues to occur. Increased atmospheric carbon dioxide concentrations led to net carbon sequestration in all grasslands and tended to diminish the carbon loss driven by precipitation and temperature changes.     

Assessment of the reserves of organic matter in the world’s soils: Methodology and results

An interpolation method was used to calculate the reserves of soil organic matter on the basis of data in the FAO soil database, the database developed by V.S. Stolbovoi with certain additions made by the authors for the territory of Russia, the climatic variables (the mean air temperature, the partial pressure of water vapor, precipitation, the relationship between the mean air temperature and precipitation, the number of days with subzero temperatures, and the number of days with precipitation for every month), the normalized difference vegetation index (NDVI) values for every month and for the whole year, the height above sea level, the macroslope steepness, and the presence of permafrost. The method of step-by-step discriminant analysis was applied for the calculations, and the results obtained were displayed on a grid map of the world for cells of 1°. The interpolation errors were also calculated. The global pool of soil organic carbon was estimated at 1.35 × 10¹² t (from 1.31 × 10¹² to 1.38 × 10¹² t with a probability level of 0.95). It was demonstrated that the reserves of soil organic carbon on the global level could be described as a function of the heat and moisture supplies, the relationship between them, and the biological productivity. The global changes in the climatic variables and the net primary production describe about 40% of the variability of the soil organic matter reserves as assessed on the basis of the factual data included in our analysis.     

苏北典型滩涂区土壤盐分动态与水平衡要素之间的关系

为获知苏北滩涂区土壤水盐动态行为,从而为后续的节水灌溉和滩涂区农田水管理策略提供理论依据,该文选取典型滩涂区,进行土壤水、盐和地下水埋深的长期连续监测,并根据大丰市气象站提供的降水、地表蒸散数据,对土壤盐分变化和水平衡要素之间的关系进行探讨。结果表明：土壤表层盐分最高,波动最为剧烈,随深度不断增加,盐分逐渐降低,且波动趋缓。试验区夏季降水丰富,蒸散量相对较低,土壤含水率高,地下水埋深浅;冬季降水少,蒸散量较高,土壤含水率下降,地下水埋深较深。地下水埋深和水补充量是0～40 cm土层土壤盐分的主要影响因子;地下水埋深和蒸散量是60～80 cm土层土壤盐分的主要影响因子。地下水盐分是土壤盐分累积的主要来源,降水脱盐作用仅对0～40 cm表土作用显著,蒸发积盐作用则在整个土壤剖面上具有影响。该研究为消减苏北滩涂区土壤盐渍化灾害提供了科学依据,对指导农业生产具有重要意义。     

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力（NPP）模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明：1）由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2）该文模拟的年NPP平均值为413.7 g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3）研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6 g/(m2·a),研究区总面积66.1％的NPP值在200～600 g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4）月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5）各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100 m时达到最大值,继续上升,其保持在600 g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。     

沙柳和柠条灌丛分枝生长对模拟降雨改变的响应

利用模拟降雨操纵试验(对照、降雨增加45％和减少50％),研究第2年沙柳和柠条灌丛不同径级分枝生长对模拟降雨改变的响应.结果表明:1)沙柳10～15 mm径级的分枝基径、枝长和生物量对降雨改变有一定响应,15 ～ 20 mm径级分枝枝长和生物量对降雨改变有响应;干旱显著降低了10 ～ 15 mm径级枝长和生物量的增加量,而增水增加了15～20 mm径级枝长和生物量的增加量,其他径级对降雨改变无显著响应.2)柠条＜20 mm径级的基径生长对降雨改变均有显著的响应,但只有＜ 10 mm径级枝长对降雨改变有显著响应,小径级分枝对降雨改变的响应更敏感.增水增加了＜ 10 mm径级生物量,而干旱并未导致该径级生物量显著降低;增水对10～20 mm径级生长季生物量并未产生影响,但干旱导致该径级生物量显著降低.3)增水导致沙柳和柠条每丛生物量增加量分别为11.3％和35.5％,而干旱导致每丛生物量增加量分别下降14.2％和36.8％,降水改变对柠条生长的影响要大于沙柳.该研究可为未来降雨格局改变下,2种灌木的生长动态和生产力预测提供理论依据.