近15年黄土高原植被物候时空变化特征分析

【目的】黄土高原处于从湿润向干旱过渡、从森林向草原过渡、从农业向牧业过渡的地区,是中国气候变化与农业发展的敏感地带,针对此区域的地表植被覆盖物候特征研究,对于该地区农业生产、环境保护和生态建设具有重要的指示意义。通过分析不同时间序列、不同海拔高度与水热条件下植被物候趋势的差异,以期为黄土高原当前的农业生态环境建设与可持续发展提供有用的理论支撑与决策依据。【方法】基于1998—2012年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,并结合谐波分析法、线性趋势等方法对黄土高原各年植被物候特征值进行了确定,并分析了物候的变化趋势。【结果】(1)1998—2012年,生长季始期平均每年提前0.9d。生长季末期平均每年推迟约0.8d。在生长季始期提前和末期推迟的作用下,生长季长度平均每年延长1.7d。(2)黄土高原水热组合直接影响植被物候的空间差异性,植被生长的限制性气温为9℃,限制性降水分别为475mm与540mm,限制性海拔为1750m。(3)植被生长季长度趋势与海拔和气温的空间偏相关系数分别为0.0591和0.0139,与降水的空间偏相关系数为-0.0174,三要素与生长季始期趋势的相关程度较与生长季末期趋势强。【结论】黄土高原植被物候特征趋势明显且稳定的区域主要分布在陕北高原与晋中北山地区。西北部干旱区荒漠草原区,物候变化主要受气温控制。半干旱地区农业与草原区,物候变化主要受到降水量控制。汾渭盆地农业区,物候变化受水热共同作用。水热的差异对秦巴山地阔叶林区植被物候的影响不明显。海拔对黄土高原植被物候变化趋势上的影响不明显。生长季长度趋势在生长季始期和生长季末期的共同作用下随海拔和气温的增加的延长趋势增强,随降水增加的缩短趋势增强。同种植被物候趋势随海拔、降水、气温的变化特征具有一致性,生长季始期的变化特征对于植被生长季长度变化影响较生长季末期强。     

西北地区植被覆盖变化及其与气候因子的关系

【目的】分析中国西北地区植被覆盖变化情况及其与气候因子的关系,为改善区域生态环境提供参考。【方法】利用GIMMS/NDVI数据,采用NDVI均值法、差值分析法以及相关分析法,对西北地区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系进行分析。【结果】植被覆盖增加的区域主要有：新疆的天山、塔里木河流域、青海的东南部、甘肃的中东部、宁夏部分地区以及陕西省等地区,植被覆盖减少的区域主要分布在：新疆塔里木盆地、昆仑山、甘肃西北部以及宁夏和甘肃交界处等地。植被NDVI与年际温度呈显著的正相关性,并且与年内气温、降水量和积温存在极显著的相关性,相关系数分别为0.890、0.900和0.442。【结论】1982—2006年西北地区植被NDVI呈增加趋势,增速为0.4%/10 a,植被覆盖变化与年内气温和降水量的相关性显著,并且植被变化对气温和降水的响应存在时滞。     

西南地区植被覆盖度时空演变及其与气候和地形的相关性

【目的】探究西南地区植被覆盖度的时空演变特征及其与气候和地形的相关性，为区域生态环境质量监测和生态林业工程效益评估提供参考依据。【方法】基于MODIS NDVI数据、气象数据、数字高程模型(DEM)数据和植被类型数据，通过像元二分模型、Theil-Sen Median趋势分析、 Mann-Kendall显著性检验和偏相关分析等方法，分析2000—2020年西南地区植被覆盖度的时空演变特征及植被覆盖度与降水和气温的偏相关关系和滞后效应，探究植被覆盖度与地形因子的相关性。【结果】2000—2020年西南地区各类型植被的覆盖度和整体植被覆盖度均呈波动上升趋势，上升斜率在空间上呈东南高西北低分布特征。阔叶林植被覆盖度上升速率明显高于其他植被类型，而栽培植被的覆盖度明显高于其他植被类型。植被覆盖度与降水和气温均呈正相关，且与气温的偏相关系数略大于降水，说明气温是影响西南地区植被生长的主导气象因子。植被生长主要响应于前0～2个月的降水和气温，针叶林、阔叶林、灌丛和草丛生长主要受气温主导，而栽培植被和草甸主要受降水影响。从坡度上看，植被覆盖度的改善状况随着坡度增大呈先上升后下降变化趋势，改善效果和退...     

基于偏相关分析的区域植被覆盖变化

利用西北地区植被数据(GIMMS-NDVI),以绿度变化率和偏相关分析法为基础,分析了西北地区不同生态分区NDVI的年际变化,并研究了植被覆盖变化对气候要素在空间上的响应。结果表明,西北地区的东部和西北部植被覆盖较好,研究区的西部盆地区和西南部的高寒区,植被覆盖较差;不同生态分区NDVI的变化与气温的相关性明显高于与降水的相关性,但降水是限制性因子,决定着ND-VI与降水相关的密切程度;水热条件较好的区域主要分布在西北地区中东部,NDVI与水热要素的相关性由草原、草甸、阔叶林向荒漠逐步减弱,极端干旱荒漠区相关性最小。     

黄土高原植被覆盖对水和热的响应

为探明黄土高原植被覆盖变化与气候干旱条件之间的关系,将黄土高原划分为9个生态区,选择降水和气候因素,研究9个生态区14年(2001-2014年)的植被覆盖度变化情况和多年平均植被覆盖的空间分布,并对植被覆盖变化进行SEN趋势分析及NDVI与温度和降水的相关性分析。结果表明:NDVI的SEN趋势最大的是黄土高原农业与草原生态区,最小的是祁连山森林与高寒草原生态区;NDVI对降水响应最强的地区是内蒙古高原中部—陇中荒漠草原生态区,最弱的是祁连山森林与高寒草原生态区;NDVI对气温的响应最强烈的是祁连山森林与高寒草原生态区,最弱的是内蒙古高原中部草原化荒漠生态区。9个生态区中,祁连山森林与高寒草原生态区植被覆盖对降水的响应最小,但对气温的响应最大。     

河南省植被覆盖指数变化及其对气候的响应

利用遥感数据分析河南省2000—2015年归一化植被指数(NDVI)时空变化及变化趋势,并分析NDVI与气候因子的空间相关性,探讨不同植被类型变化对气候因子的滞后性。结果表明:由于河南省东西部地形差异较大,NDVI分布呈现出西部和东部高,中部较低的空间分布特征;通过退耕还林还草政策的实施,促进了河南省植被生长条件的改善,2000—2015年河南省植被改善明显,植被改善区域占全省面积的88.08%,减少区域占6.61%,稳定不变区域占5.51%;不同植被类型的NDVI均值会存在差异性,河南省2000—2015年8种植被类型NDVI均值大小依次为阔叶林>针叶林>栽培植被>草丛>灌丛>沼泽>草甸>其他;河南省植被NDVI的变化与气温和降水具有显著相关性(P<0.05),并且16 a间河南省的植被大面积处于改善的趋势;不同的植被类型对气温和降水的相关系数是不同的,8种植被类型与降水和气温的最大响应期都在当月;从空间相关性看出降水的相关系数要高于气温,表明河南省年平均NDVI受降水的影响比气温的影响要显著。     

气候变化对中国草原生态系统影响研究综述

分析了近50年来中国主要草原区以温度和降水变化为主的气候变化特征,阐述了气温和降水的改变对中国主要草原生态系统影响的相关研究结果,总结了气候变化对中国主要草原区植被时空格局的影响。近50年来,中国草原区气温普遍升高,降水变化时空差异较大。多数研究结果表明,温度升高对植物物候的影响存在较大的不确定性,对草原植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的影响也具有区域性差异,增温加速土壤碳分解,降低植物物种多样性。降水增多使植物物候期提前,生长季延长,草原NPP提高,物种丰富度增加,但植被生长对降水的变化具有一定的滞后性;不同的水热组合对植被生长的影响不同。温度升高和降水增多均会使草原植被覆盖度增加。总的来说,气候变化对中国草原区植被生长起促进作用,但在局部区域,抑制其生长。建议在未来的气候变化条件下,结合宏观和微观方面,系统分析中国草地生态系统的敏感性和脆弱性,加强对中国草地生态系统的综合研究,从而降低研究结果的不确定性。     

近20 a新疆北疆天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系

【目的】研究新疆北疆1998～2018年天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系，为退化草地的生态修复提供技术支持。【方法】基于多年连续的MODIS–NDVI产品数据和气象数据，利用像元二分模型对近20 a新疆北疆天然草地覆盖度进行反演，分析该区域草地植被覆盖度的时空变化及与温度、降水相关性，研究北疆天然草地植被覆盖度与气象因子的关系。【结果】(1)近20 a来，北疆天然草地植被覆盖度总体上呈现为中部和东部较低，北部、西部和南部较高的空间分布趋势。(2)天然草地变化率呈增加趋势的占比为57.51%,天然草地变化率呈降低趋势的占比为42.49%。(3)近20 a来，北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量呈正相关的比例为81.27%,呈负相关的比例为18.73%;北疆天然草地植被覆盖度与年均气温呈负相关性所占比例为39.48%,呈正相关的比例为60.52%。【结论】新疆北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量的相关性高于年均气温。     

关中地区植被覆盖变化及其对气候因子的响应研究

基于1999-2010年SPOT NDVI数据,采用NDVI均值法、趋势分析法以及相关分析法对关中地区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系进行分析。结果表明:关中地区大部分区域植被覆盖良好,其中秦岭北坡NDVI值最高,城市中心区NDVI值最低,1999-2010年间年均NDVI值在整体上呈上升趋势,增速为5%/10a;植被覆盖轻度改善的区域面积占关中地区总面积的70.39%,基本不变区域占24.77%,表明关中地区植被覆盖呈稳中有升的趋势;关中地区植被覆盖变化对气温、降水量的响应良好,大部分区域呈现正相关性。     

基于ITPCAS驱动数据集的黄河源区植被变化及其与气候因子相关分析

【目的】厘清近年来黄河源区植被覆盖变化及其对驱动因子的响应,为黄河源区生态环境可持续发展与科学预估气候变化对植被格局的影响提供理论依据。【方法】基于1999-2015年SPOT VGT-NDVI数据集和中国区域高时空分辨率地面气象要素(ITPCAS)驱动数据集,运用趋势分析、Mann-Kendall非参数统计检验、R/S分析和相关分析等方法,分析了1999-2015年NDVI和气象因子的时空变化特征,并探讨温度、降水量、地表净辐射(R_n)等气象因子以及人类活动对植被覆盖变化的影响。【结果】(1)黄河源区多年平均NDVI空间分布呈东南高、西北低的格局,整体上NDVI呈增加趋势,每10年增速为1.6%,其中上升趋势的区域占研究区78.2%;NDVI在2003年附近存在突变;同时期温度和降水为振荡上升趋势,而R_n为振荡下降趋势,并且未来NDVI和各气象因子将持续这种变化趋势。(2)年平均NDVI与年平均温度呈显著正相关关系,与年平均降水量呈不显著正相关关系,而与年平均R_n呈不显著负相关关系;在偏相关分析中,NDVI与年平均温度的相关性最好。(3)NDVI对温度、降水量变化的响应滞后1个月左右,对R_n变化的响应滞后2个月左右。【结论】ITPCAS驱动数据集在黄河源区有较好的适用性;在年尺度和月尺度上,温度都是黄河源区植被生长影响最大的气象要素;黄河源区植被覆盖的增加主要归因于温度上升以及生态保护"综合性"工程的实施。     

黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖时空演变分析

【目的】分析近25年来黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖的时空演变特征,为黄土高原生态极其脆弱区的环境发展方向及宏观决策提供依据。【方法】利用1982-2006年GIMMS（Global Inventory Modeling and Mapping Studies）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）8 km/15 d分辨率数据,统计检验年、季节及月等不同时间尺度上NDVI的演变特征,在ArcGIS软件中表达10年尺度间NDVI均值的空间分布差异,并用面积累积频率曲线表达研究区NDVI值的整体分布及演变状况;同时用时间相关及空间对应法分析研究区NDVI与降水量的时空联系。【结果】近25年来,黄土高原地区水蚀风蚀交错带植被NDVI总体呈显著（P<0.05）上升趋势,秋季及9-10月NDVI分别呈极显著（P<0.01）和显著（P<0.05）上升趋势。在10年尺度上,研究区植被NDVI空间分布差异较大,持续性增加面积仅为22.3%,集中分布在陕北吴旗、志丹所在北洛河上游,安塞、延安所在延河地区以及西宁西南部。年降水量与年NDVI均值有较好的正相关关系,月尺度上则存在着明显的滞后效应;在10年尺度上,西宁西南部、吴旗-延安等NDVI持续性增加地区与降水量增加的空间分布比较吻合,而内蒙古东胜附近NDVI改善但降水量呈减少趋势,本区属于鄂尔多斯草原禁牧、退耕还林还草生态恢复区,说明生态环境建设产生了较好的生态环境效益。【结论】黄土高原水蚀风蚀交错带25年来NDVI整体呈显著改善趋势,但空间差异较大;其改善程度的空间差异性既有降水的作用,也有人为活动的影响。     

黄土沟壑区王东沟流域苹果品质限制性生态因子探析

 【目的】找出限制苹果品质进一步提高的生态因子,以最大化地实现系统内自然资源的可持续利用。【方法】以黄土沟壑区的典型代表王东沟流域为研究区,借助主成分分析法和多因素模糊综合评价对该流域苹果生长的生态适宜度进行综合量化评价。【结果】王东沟流域苹果生态适宜度综合效益指数达到0.74,属于中上等水平,从理论上量化了黄土沟壑区为中国优质苹果的适生区;并指出影响该流域苹果品质的生态因子中,土壤全氮和有机质含量的隶属度值最低,分别为0.34和0.35,其次是年降水量,其隶属度值也仅为0.62,而年均温、≥10℃年积温、1月中旬均温、夏季(6—9月)温度日较差、土壤有效磷、有效钾等生态因子的隶属度值均较高,条件较优。【结论】黄土沟壑区王东沟流域苹果品质的限制性生态因子为土壤全氮和有机质含量及年降水量,从调控该流域苹果园的肥、水资源入手,将有助于促进黄土沟壑区苹果品质的稳步提高。     

不同降水年型和施磷水平对小麦产量的效应

【目的】水肥是黄土旱塬小麦产量提高的两大限制因子。探讨长期定位施肥下不同降水年型和施磷水平对黄土高原旱作小麦产量效应,可为不同降水年型下合理施用磷肥和提高旱塬小麦产量提供理论依据。【方法】以黄土高原30年长期磷肥定位试验为基础,并将冬小麦生育年降水划分为干旱年型、平水年型和丰水年型,深入分析不同降水年型和施磷水平对小麦产量、产量构成因素及磷肥贡献率的影响。【结果】干旱年型下各处理的小麦产量、千粒重、穗粒数、公顷有效穗数与平水年型相比呈降低趋势,丰水年型下则呈增加趋势;与平水年型相比,干旱年型的肥料贡献率呈增加趋势,丰水年型的肥料贡献率呈降低趋势;干旱年型、平水年型、丰水年型以及30年均值中,随施磷水平的提高,小麦产量、千粒重、穗粒数呈现出先增后降的趋势;公顷有效穗数在干旱年型呈现先增后降的趋势,平水年型、丰水年型和30年均值中呈直线上升变化;磷肥贡献率在干旱年型呈现先增后降的趋势,平水年型呈现直线上升变化,丰水年型呈现直线下降变化。进一步对各处理的产量与产量构成因素相关分析可知,不同降水年型和施磷水平处理主要通过调控公顷有效穗数进而影响小麦产量,公顷有效穗数与干旱年型、平水年型、丰水年型和连续种植30年产量的偏回归系数分别为0.713、0.294、0.692和0.643。【结论】不同降水年型和施磷水平对小麦产量具有显著调控效应,不同降水年型下施磷水平在125—137 kg·hm~(-2)时小麦增产效果较好,且以连续种植30年施磷131 kg·hm~(-2)处理的增产效果最佳;降水年型和施磷水平主要通过调控小麦产量构成三因素中的公顷有效穗数而影响小麦产量。     

免耕及深松耕对黄土高原地区春玉米和冬小麦产量及水分利用效率影响的整合分析

【目的】明确免耕、深松耕在黄土高原不同区域春玉米、冬小麦种植中的适用性和增产效果。【方法】通过文献检索共获得45篇大田试验文献和209组试验数据,采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析免耕、深松耕在黄土高原不同区域、不同年降雨量和不同年均温度下对春玉米、冬小麦产量和水分利用效率的影响特征。【结果】与常规耕作相比,在黄土高原北部和中部采用免耕能有效提高春玉米产量和水分利用效率10%以上;在年降雨量≤500 mm地区免耕春玉米的产量和水分利用效率增加最显著,分别增加13.4%和13.6%(P0.05);在年均温度≤10℃地区免耕春玉米的产量和水分利用效率显著增加,分别增加7.6%和9.3%(P0.05)。在黄土高原东南部和西北部采用深松耕都能显著提高冬小麦产量和水分利用效率;在年降雨量500—600 mm地区,采用深松耕的冬小麦产量和水分利用效率增加最显著,分别增加14.5%和12.2%(P0.05);在不同年均温度地区,深松耕冬小麦的产量和水分利用效率均显著增加。在不同区域、不同年降雨量和不同年均温度下,采用深松耕的冬小麦产量和水分利用效率增加率均高于免耕。【结论】免耕、深松耕在黄土高原不同区域的适应性不同,在黄土高原中部和北部采用免耕更有利于提高春玉米产量和水分利用效率;在年降雨量≤500 mm地区和年均温度≤10℃地区采用免耕更有利于春玉米产量和水分利用效率的增加;在黄土高原东南部和西北部采用深松耕均有利于提高冬小麦产量和水分利用效率,且效果优于免耕。     

黄土丘陵区不同植被类型根际土壤微团聚体及颗粒分形特征

 【目的】研究黄土丘陵区坡耕地退耕后不同植被根际土壤微团聚体及颗粒的分形特征,为该地区植被恢复中土壤质量评价和生态恢复的持续健康发展提供科学依据。【方法】通过室内分析,运用分形理论,研究黄土丘陵区墩山小流域天然草地、人工草地和人工灌木等6种植被根际土壤微团聚体以及颗粒组成的分形特征。【结果】黄土丘陵区坡耕地退耕后,不同植被对土壤微团聚体以及颗粒组成影响不同。无论是根际还是非根际,天然草地0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm微团聚体含量以及土壤团聚状况、团聚度均高于人工灌木和人工草地,而0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm土壤颗粒含量以及分散系数、分散率低于人工灌木和人工草地,根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数高于人工灌木和人工草地。除柳枝稷外,根际土壤团聚状况和团聚度高于非根际,分散系数和分散率低于非根际;不同植被根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数均低于非根际土。相关性分析表明,与非根际相比,根际土壤微团聚体及颗粒分形维数与土壤基本理化性质相关性更显著。【结论】黄土丘陵区坡耕地退耕后,天然草地对于土壤微团聚体的改善作用优于人工灌木和人工草地。与非根际相比,根际土壤具有更好团聚结构,而且根际土壤分形特征能更好反映土壤性质的变化规律,因此可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标。     

准噶尔盆地荒漠-绿洲过渡区土壤呼吸特征

【目的】研究干旱区典型山盆结构下不同土地利用方式的土壤呼吸特征,为干旱区碳过程阐明提供数据支持。【方法】通过LI-8100碳通量测定系统对西北干旱区典型荒漠-绿洲过渡带的自然植被和人工作物覆盖下的土壤呼吸进行两个植物生长时期的监测。【结果】不同植被覆盖条件的土壤呼吸日变化均呈单峰曲线,且日呼吸速率最高值出现在14:00～16:00,最低值出现在02:00～04:00;植物花期的土壤呼吸速率平均值明显高于凋败期;土壤0～5、5～10、10～20 cm温度日变化与土壤呼吸速率变化趋势极为接近。【结论】不同土地利用/覆盖下土壤呼吸特征差异性明显,土壤温度是影响土壤呼吸的关键因子。     

扩散限制和环境筛选对子午岭森林群落构建的相对贡献

【目的】改善区域生态环境是促进农业生产、实现可持续发展的重要前提,而加强植被的恢复重建是改善生态环境的重要途径。本研究拟通过对黄土高原子午岭森林群落构建过程的研究,为该区的植被恢复重建提供理论依据。【方法】采用典范变异分解和Mantel检验两种互补的方法,通过分离环境因子/距离（度量环境筛选）和空间因子/距离（间接度量扩散限制）对群落物种组成/距离的相对贡献,确定环境筛选和扩散限制在该区植物群落构建中的相对重要性。【结果】不同群落类型间的物种组成差异显著,空间和环境因子共同解释了草本、灌木、乔木三层29%—65%的物种组成变异（P＜0.01）。而二者的贡献特点在不同层次有所差异,乔木层和灌木层主要以空间因子为主导;而在草本层中,空间和环境因子具有相似的贡献率。草本、灌木、乔木三层的物种非相似性距离与环境距离和地理距离都显著相关（P＜0.05）,草本层具有较大的环境距离相关系数,而灌木层和乔木层具有较大的地理距离相关系数。【结论】扩散限制和环境筛选相互作用,共同影响着黄土高原森林群落的构建过程。本研究的结果并没有否定环境筛选在黄土高原群落构建中的重要性,而是更加强调了扩散限制在该区的主导性。因此,在黄土高原森林群落的恢复重建中,应该同时考虑环境异质性和地理空间的差异性。