甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。     

基于机器学习算法的天祝藏族自治县草地地上生物量反演

使用机器学习算法快速、准确、大范围监测草地地上生物量（AGB）是目前研究热点，但不同机器学习算法因训练样本、超参数设置不同而存在较大差异。基于实测草地AGB和同期遥感数据、气象数据、地形数据，选择与草地AGB相关性较强的13个因子作为深度神经网络 （DNN）、随机森林算法（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、支持向量机（SVR）、人工神经网络（ANN）和高斯过程回归（GPR）算法的输入变量，建立草地AGB预测模型并从模型预测精度、稳定性、样本敏感性等方面综合评价6种模型应用潜力，分析2020年天祝藏族自治县生长季（4-9月）内草地AGB时空变化特征及其对气候的响应。结果表明：1）DNN估算草地AGB的综合性能最佳，但稳定性较差，对样本敏感性较高；GPR综合性能次于DNN，稳定性和精度均较好；GBRT、RF模拟精度较高，稳定性差；SVR和ANN精度相对其他模型较差，SVR稳定性较高，ANN稳定性较差。2）天祝藏族自治县草地AGB集中在50~250 g·m^-2，不同月份草地AGB空间异质性较大，整体表现为从西北向东南呈下降趋势。3）山地草甸、高寒草甸和温性草原中的AGB变化与气温表现出较为明显的正相关关系。降水量对高寒草甸、温性草原和山地草甸的影响不明显，但对温性荒漠草原类的影响较大，AGB随降水量减少呈现减少态势。以上研究结果可为监测草地生物量的方法选择和参数设置提供一定技术支持和参考依据。     

甘南和川西北地区草地植被NDVI变化及其驱动因素研究

草地是甘南和川西北地区最主要的植被覆盖类型,约占研究区面积的43.91%。为探明该地区草地的生长状况变化及其驱动因素,基于MOD13A3数据,采用趋势分析、变异系数、偏相关分析和残差分析,对研究区草地归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时空动态变化和稳定性进行分析,并研究了气象因素和人类活动对草地NDVI变化的影响。结果表明：2000-2018年甘南和川西北地区草地生长期NDVI呈上升趋势的面积占比为74.17%,其中17.15%通过显著性验证;研究区草地NDVI整体较高（均值为0.7096）,在19年间全区和各类型草地NDVI均呈波动上升趋势,生长状况稳定,仅有6.08%的草地波动幅度较大;温度和降水对研究区草地NDVI的变化主要呈正向驱动,且NDVI与温度呈正相关的面积（70.19%）大于降水（62.63%）,人类活动在2000-2005年对草地NDVI呈负向影响,2006-2017年呈正向影响。     

基于RUE和NDVI的三江源区草地生态评价

为评价三江源区草地生态退化和恢复状况,基于降水利用效率(RUE)和归一化植被指数(NDVI)的综合评价指标体系,利用三江源区15年(2001~2015)的生长季最大NDVI数据(NDVImax)及同期65个气象站的年降水量数据为基础数据,计算每个像元的RUENDVI及其变化趋势,综合评价三江源区草地生态退化、改善趋势和空间分布。结果表明:(1)近15年三江源区草地生态呈明显好转态势,草地退化面积仅占三江源区总面积的5.85%;(2)从空间分布上地退化主要分布在三江源区中东部,呈明显的西北—东南条带状分布。在三江源区东部,草地退化呈点状分布格局;(3)三江源区RUENDVI与年降水量呈显著负相关关系,与NDVImax呈极显著正相关关系。研究基于RUE和NDVI的综合评价指标体系简单易获取,具有较强的可行性和可靠性,避免了仅利用RUE变化趋势指标引起的误判,研究结果为三江源区草地生态管理和进一步的生态建设提供了科学依据。     

近20年新疆荒漠草地动态变化及其对气候变化的响应

荒漠草地是干旱半干旱区陆地生态系统的关键类型,具有重要的生态作用,对气候变化和人类活动敏感。通过确定新疆荒漠草地NDVI阈值,提取荒漠草地范围,结合归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）、植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）、气象因子等数据,利用一元线性回归模型、相关性分析等方法,从不同的时间和空间尺度对1999-2018年新疆荒漠草地的动态变化及其对不同驱动因子的响应进行研究。结果表明：1）新疆南北疆荒漠草地分布存在差异,研究期间总体面积减少明显,平均NDVI稳定,NPP呈上升趋势。2）全年及7-8月气象因子变化趋势不同,南北疆存在显著差异,全疆大部分区域呈现气温升高、降水增多趋势。3）从时间变化看,降水量、大型蒸发量和平均风速是新疆荒漠草地年际NDVI的重要影响因子,水分条件对生长季NDVI的影响更为明显;年蒸发量与荒漠草地NPP呈显著负相关关系,平均风速、降水量与荒漠草地NPP存在一定相关性。4）从空间相关性来看,气温、降水在空间上与荒漠草地NDVI、NPP呈正相关的面积较大,且降水影响面积更大。研究表明,新疆荒漠草地植被动态变化是多种气象因子综合作用的结果,气温、降水是主要的影响因子,其中降水影响更为明显,水分条件是荒漠草地动态变化的决定因素。     

1982-2015年蒙古国植被覆盖变化及其与气候变化和人类活动的关系

基于1982-2015年间GIMMS NDVI3g数据、气象数据和植被类型数据,采用趋势分析、偏相关性分析和残差分析等方法,从不同时空尺度上分析蒙古国植被NDVI空间格局、变化趋势及其主要原因。结果表明,过去34年间蒙古国生长季平均NDVI在空间上由南向北逐渐增加,具有显著的纬度地带性分布特征,并随着海拔的升高而降低。生长季NDVI阶段性变化特征明显,1982-1994年和2007-2015年间呈显著增加趋势,而1994-2007年间呈显著下降。从34年的观测尺度看,NDVI以每年0.0005的速率呈显著增加趋势,其变化趋势与降水量的关系较密切,两者之间的偏相关系数为0.74。在空间分布上,植被显著增加的区域主要分布在西部大湖盆地、杭爱山脉、戈壁阿尔泰山脉和北部森林区,其对气候的响应因季节和地区而异。从季节上看,总体上3个季节NDVI均呈增加趋势,其中夏季NDVI波动与生长季的波动一致,主要受降水量的控制,其主要原因为夏季生产力占全年生产力的比重较高有关。春季和秋季NDVI对温度的响应明显。残差分析表明,人类活动是蒙古国植被NDVI变化的另一重要影响因素,特别是在人口密度较大的地区（蒙古国西部高山地区和中部草原地区）,植被NDVI的变化受人类活动影响明显。     

2000-2010年锡林郭勒草原植被覆盖时空变化格局及其气候响应

利用2000-2010年间生长季(4-10月)MODIS NDVI数据和同期气象观测数据,分析锡林郭勒草原植被覆盖度年际和季节变化趋势及其对气温和降水的响应特征.研究表明:生长季平均NDVI总体上呈增加趋势,其变化趋势主要受降水量的控制,年总降水量与NDVI的相关系数达到0.89.从不同季节植被NDVI的变化趋势看,春季NDVI呈上升趋势,夏季和秋季呈下降趋势.与气候因子的相关分析表明,春季和夏季植被覆盖变化趋势主要受降水的控制,而秋季温度的变化对植被生长的促进作用也较明显.在空间分布趋势上,阿巴嘎旗、锡林浩特市、太仆寺旗和多伦县植被覆盖总体上增加趋势较明显,而东乌珠穆沁旗东部、西乌珠穆沁旗的下降趋势最为明显,其气候影响因地区和季节而异.不同草原类型的植被具有不同的变化趋势和受温度和降水量的影响各不相同.     

呼伦贝尔地区人工草地生长季土壤微生物数量变化研究

通过分析呼伦贝尔地区人工草地及天然草地生长季土壤微生物（细菌、真菌、放线菌、固氮菌）的数量变化,比较人工草地与天然草地的差异性,揭示人工草地土壤微生物的变化规律。结果表明：土壤细菌数量在2012年生长季可能由于降水量的迅速减少而呈下降趋势;真菌、放线菌和固氮菌数量在生长季均呈上升趋势。人工草地土壤细菌数量在生长季基本高于天然草地,真菌数量基本为苜蓿（Medicagao sativa）人工草地>天然草地>无芒雀麦（Bromus inermis）人工草地,放线菌数量多为苜蓿人工草地>天然草地>无芒雀麦人工草地,固氮菌数量在生长季初期无芒雀麦人工草地稍高,生长季后期苜蓿人工草地和天然草地稍高。从整体上看,呼伦贝尔地区人工草地在生长季0～10 cm土壤微生物数量基本高于10～20 cm,部分月份表现出差异性。     

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。     

黑河中上游草地NDVI时空变化规律及其对气候因子的响应分析

植被动态监测以及与气候变化的耦合关系是陆地生态系统研究的热点,而草地NDVI时空动态以及影响其变化的关键气候因子分析,对于草地覆盖变化的动态机理研究具有重要意义。基于遥感和GIS技术,利用黑河流域1999-2007年SPOT-NDVI数据和气象站点数据,分析了黑河中上游草地植被NDVI的时空变化特征以及与气候因子的相关性。结果表明,黑河中上游草地植被NDVI在1999-2007年间呈明显增加趋势;草地植被NDVI增加和减少的面积分别占草地总面积的71.53%和19.43%;增加的区域主要分布在托来山、走廊南山、冷龙岭和河西走廊中段的典型草原和高寒草甸草地,减少的区域主要分布在托勒南山、走廊南山和冷龙岭的荒漠草地向非草地过渡区域;黑河中上游不同草地植被NDVI的年内变化均呈单峰型,7月份达最大值;草地NDVI与气温呈极显著正相关(r=0.942,P<0.01),与降水量呈显著正相关(r=0.922,P<0.05),NDVI与相对湿度呈不显著正相关,与日照时数呈负相关性,并且不同草地类型牧草生长的限制因子不同。近年来伴随西北地区气候向暖湿转型,黑河中上游草地植被覆盖明显增加,气温是影响研究区牧草生长的关键气候因子。     

基于MODIS数据的青海省草地地上生物量估算及影响因素研究

利用EOS/MODIS植被指数产品（NDVI）、实测草地地上生物量和气象监测资料,结合实测资料和NDVI之间的关系建立了青海省草地地上生物量卫星遥感估算模型,并通过研究青海省气温和降水量变化特征分析了影响草地地上生物量的主要因素。结果表明：在草地生长季,生态监测站草地地上生物量与NDVI之间具有较好的正相关关系（P<0.01）。利用模型估算的青海省草地地上生物量在2003-2017年表现出弱的增加态势,2003年平均草地地上生物量最低,仅为2622 kg·hm^-2,2010年最大,达3252 kg·hm^-2; 2003-2017年,青海省草地地上生物量变化表现出明显的空间分布特征,从东南向西北逐渐递减;其中,青海省果洛州东南部、玉树州南部、黄南州东南部和海北州东南部草地地上生物量最高;西北部的柴达木盆地最低;2003-2017年青海省绝大多数地区草地地上生物量均呈现保持不变或者趋好的变化特征,其中曲麻莱、都兰以及甘德等地区部分草地地上生物量明显减少。气温升高热量条件充足的背景下,青海省草地受降水量增多带来的水分条件趋好的有利影响,对高寒地区草地植被的生长发育起到了促进作用,最终导致草地NDVI升高,地上生物量增加。     

我国北方草地净初级生产力时空动态特征及其与水热因子的关系

为探讨我国北方草地净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的变化及其影响因子,本研究利用光能利用率模型（Carnegie-ames-stanford approach,CASA）和遥感数据,模拟了2000—2015年我国北方地区的草地NPP时空动态格局,并对其动态变化的稳定性、持续性及其与气象因子的相关关系进行分析。结果表明：2000—2015年间我国北方草地NPP呈显著增长趋势,空间上表现为由东北向西北逐渐降低;草地NPP高值区主要集中在青藏高原东部、新疆北部,低值集中在青海省西南部及内蒙古中部等地;青海东部、甘肃南部和陕北地区的草地NPP呈显著增加,而新疆北部草地NPP显著减少;不同类型草地NPP在研究期限内均呈波动增加的趋势,其中坡面草地增长率最高;我国北方大部分地区草地NPP处于中等波动状态,青藏高原东北部的草地NPP较为稳定;未来青海省南部及东部,黄土高原中部和新疆北部地区的草地NPP将持续显著增加。总体而言,我国北方草地NPP与气温呈负相关关系,与降水呈显著正相关性关系。     

养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响

本研究旨在探讨荒漠草原植物群落物种多样性及生物量对养分添加和降水变化的适应策略,以期为退化荒漠草原的恢复和管理提供理论基础。本试验在宁夏荒漠草原开展了养分添加和降水变化野外控制试验,通过测定植物群落物种数及生物量,研究养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明：养分添加显著降低禾草丰富度（P<0.05）;减少50%降水显著降低Shannon-Wiener指数和物种总丰富度,增加50%降水显著增加物种总丰富度（20.5%～28.2%）（P<0.05）;养分添加和增加50%降水显著提高植物群落盖度和生物量（P<0.05）;减少50%降水条件下,养分添加处理与不添加处理相比植物群落地上生物量显著提高（54.3%～75.6%）（P<0.05）;植物群落地上生物量与Shannon-Wiener指数和物种总丰富度呈显著正相关（P<0.05）。研究表明：减少50%降水条件下,养分添加能够缓解水分对荒漠草原植物生长的限制,其中氮磷钾添加缓解效果优于氮添加。     

2000-2018年间青藏高原植被覆盖变化及其与气候因素的关系分析

探讨全球气候变化背景下青藏高原地区植被覆盖变化及其驱动因素,对加深全球气候变化的认识和生态环境保护具有重要的生态价值和现实意义。本研究利用2000-2018年中尺度分辨率成像光谱归一化植被指数（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Normalized Difference Vegetation Index,MODIS NDVI）1 km·月^-1分辨率数据以及气象观测数据,采用最大合成法、趋势性分析以及相关分析方法,探讨了青藏高原地区NDVI的时空变化趋势及其与气温、降水的关系。结果表明,近19a来,青藏高原地区NDVI呈增加趋势。从地理单元来看,低植被覆盖区主要分布于西藏大部、新疆南部和甘南局部以及青海西北部;中植被覆盖区主要位于青海与甘肃、西藏、四川和云南的交汇区域;高植被覆盖区主要分布在四川和云南西北部、青海和甘南以及藏东南局地。除局部地区植被有所退化,大部地区植被生长良好,且植被改善的面积大于植被退化。因此,青藏高原植被整体呈稳定恢复状态。青藏高原地区NDVI与同期气温和降水均显著相关,但与气温的关系更密切。气温每升高1℃,NDVI增加0.128;降水每增加100 mm,NDVI增加0.172。     

不同放牧方式下防除黄帚橐吾对高寒草地植物群落的影响

合理的放牧方式是青藏高原高寒草地可持续利用的前提。本研究通过监测牧、自由放牧+药物防除(牧+防,G+C)、牧草生长季禁牧(禁,E)和牧草生长季禁牧+药物防除(禁+防,E+C)4种草地管理措施对黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)型退化草地的群落特征和产草量的影响发现：牧+防和禁+防显著降低黄帚橐吾地上生物量和密度(P<0.05);植物群落地上生物量和高度在禁和禁+防处理下显著高于其他处理(P<0.05),且在牧+防和禁+防处理下,植物群落的优势种由黄帚橐吾+垂穗披碱草变为高原早熟禾,而牧和禁处理下,植物优势种在3年内均为黄帚橐吾;只有放牧处理下物种多样性在年份间变化显著(P <0.05);牧+防和禁+防处理下,禾本科地上生物量占比显著增加(P <0.05),而黄帚橐吾地上生物量占比显著减少(P <0.05)。综上所述,牧+防和禁+防均可显著抑制黄帚橐吾生长,而禁+防显著提高禾本科牧草的产量。因此,禁+防是橐吾型退化草地恢复改善的适宜管理措施。     

土壤有效养分和微生物特征对短期不同放牧强度的响应

为了探究放牧持续时间和强度对草地的可利用养分和微生物特征的影响。本研究于2016年8月在山西省右玉县境内的农牧交错带草地设置了不放牧(0羊单位·hm^-2·生长季^-1)、轻度(2.35羊单位·hm^-2·生长季^-1)、中度(4.80羊单位·hm^-2·生长季^-1)和重度(7.85羊单位·hm^-2·生长季^-1)4个放牧强度的试验。在连续4个生长季放牧处理后，于2020年的5—9月测定表层0~10 cm的土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、可溶性氮(Dissolved nitrogen,DN)、微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)及细菌和真菌的丰度。结果表明：4年不同强度的放牧处理对土壤可利用养分和微生物特征都没有产生显著影响，但是土壤有效养分与土壤微生物特征受生长季降水和温度的影响显著(P<0.05)，具有明显的季节动态，说明短期不同的放牧强度尚未对农牧交错带天然草地养分循环产生显著影响，需要继续进行长期试验监测来观察放牧对草地生态系统结构与功能的影响。     

基于GEE平台的舟曲县1998—2019年植被覆盖变化分析

为了探究甘肃省舟曲县植被覆盖的时空变化,精确把握区域植被增减情况并及时做出应对措施,本文基于Google Earth Engine云平台,以Landsat 30 m遥感数据作为数据源,辅以DEM与气象数据,运用像元二分模型、趋势分析等方法对舟曲县1998—2019年间的植被覆盖进行逐像元时空变化特征分析。结果表明：22年间舟曲县FVC在0.76~0.85之间波动,整体植被覆盖呈显著增加的趋势（P<0.05）,增长速率为3.9×10^-3a^-1,春季和初夏的降水与FVC呈显著正相关（P<0.05）;植被覆盖度随海拔的升高呈单峰型变化,在中海拔段（2 200~3 400 m）表现最优良;县域植被覆盖以轻微改善为主,面积占总面积一半以上;退化趋势也以轻度退化为主,明显退化与显著退化面积占比极低;变异系数呈稳定态势,稳定区域面积占比71.33%。研究植被覆盖的长时序变化特征可为舟曲县生态修复效果评价提供参考依据。