新疆不同植被NDVI的变化及其与气候因子的关系

使用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)和气象数据研究了全球气候变化背景下,1982-2003年新疆10种植被类型NDVI时间动态变化及其与气候因子的关系。研究区植被生长季NDVI以0.58%的年平均增长率显著增加,并且春、夏、秋三季的总体及各种植被类型NDVI都显著增加(P<0.01);通过对生长季NDVI和气候因子的相关分析,发现有5种植被类型与降水量呈显著正相关,主要是阔叶林、荒漠、草原、草丛和草甸;与温度显著相关的植被类型为针叶林、灌木、高寒沼泽和高山植被;农田生长季NDVI与降水和温度均不显著相关。通过研究各个季节不同植被类型NDVI与气候因子关系表明,春季植被NDVI与温度关系密切,夏季植被NDVI与降水呈显著正相关关系,秋季NDVI的增加是温度和降水量共同作用的结果。     

新疆不同草地类型植物物种特征与水热因子的关系研究

本文以新疆7种草地为研究对象,调查364个样地的物种名录,分析不同草地植物科属种的变化特征,探讨了植物物种丰富度(SR)对年平均温度(MAT)、降水(MAP)、海拔的响应。研究结果表明,新疆草地以禾本科、菊科为优势科,优势属为针茅属、绢蒿属;物种丰富度变化为:温性草甸草原(7.73)>温性草原(5.04)>高寒草原(4.36)>温性荒漠草原(3.99)>温性草原化荒漠(3.02)>温性荒漠(2.08)>低平地草甸(1.43);全部样地和温性草原的SR与MAP呈正相关,与MAT、海拔呈峰型关系;低平地草甸和高寒草原的SR与MAP呈正相关而与MAT呈负相关,与海拔呈先降低再增加的趋势;温性荒漠草原的SR与MAP呈正相关,与MAT、海拔无相关性;温性荒漠的SR与MAP呈正相关,与MAT呈负相关,与海拔呈峰型关系;温性草甸草原和温性草原化荒漠的SR与MAT、MAP均无相关性。不同草地类型对温度、降水响应的差异,是由于植被类型和温度、降水的空间分异性,对于海拔的分异,来源于海拔梯度范围和所研究地区大尺度的气候特征。     

不同荒漠草原植被根际与非根际土壤养分及碳库管理指数特征

通过对宁夏荒漠草原恢复工程主要植被柠条、沙蒿、短花针茅和蒙古冰草根际与非根际表层(0~5 cm)、亚表层(5~10 cm)和深层(10~15 cm)土壤养分、土壤总碳(soil total organic carbon,C_r)、活性有机碳(active organic carbon,C_A)、碳库指数(carbon pool index,CPI)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)特征进行分析研究,探讨不同植被恢复对土壤养分、CPMI变化特征的影响。结果表明: 1)4种植被土壤养分均随土壤深度增加呈降低趋势,根际大于非根际,柠条群落根际和非根际表层速效钾(AK)含量高达130.81和111.96 mg/kg,相对于亚表层和深层分别高6.87、31.65 mg/kg和23.57、61.44 mg/kg,随土层深度增加,根际表层,亚表层和深层比非根际土壤分别高18.84、35.55和48.63 mg/kg,表现出了荒漠草原特殊的“肥岛”聚集效应,不同群落间差异显著(P<0.05); 2)4种植被类型土壤总有机碳C_r含量在2.09~17.11 g/kg范围内,土壤碳库管理指数CPMI均表现为根际大于非根际,C_r和C_A含量在土壤垂直剖面中的分布相似,具有一定的“聚表效应”,柠条和蒙古冰草群落表层比亚表层碳库活度分别增加了38.41%和29.54%,不同植被类型之间碳库活度表现为蒙古冰草>沙蒿>柠条>短花针茅,植被恢复显著改善了土壤有机质分布状况和土壤碳库质量,明显增强荒漠草原土壤碳汇功能; 3)荒漠草原土壤CPMI 与土壤养分含量显著相关(P<0.05),pH与C_r、C_A、CPI和CPMI呈显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.661、-0.437、-0.661和-0.410,与其他土壤养分指标呈显著或极显著正相关(P<0.05; P<0.01),土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)促进了土壤碳库循环周转速率,显著提高土壤质量和生产力。CPMI能够用来作为评价土壤质量和土壤管理措施的有效指标。     

不同管理措施对高寒草甸土壤微生物量的影响研究

采用氯仿熏蒸浸提法对玛曲高寒草甸4种管理措施(不围栏、围栏、围栏+施肥、围栏+补播)土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)和磷(SMBP)连续4年(2011-2014年)变化动态进行研究,结果表明,1)同一年份,不同管理措施,相同空间层次,土壤微生物量表现为:围栏+补播>围栏+施肥>围栏>不围栏(0~20 cm)和围栏+施肥>围栏+补播>围栏>不围栏(20~40 cm);同一年份,相同管理措施,不同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),土壤微生物量表现为0~20 cm>20~40 cm, 一般前者为后者的1.22~3.39倍。2)不同年份,相同管理措施,相同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),除不围栏(0~20 cm)SMBC外,土壤微生物量年际变化表现为2011至2012年上升至最大值,之后下降;不同年份,相同管理措施,不同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),0~20 cm土壤微生物量年际变化幅度大于20~40 cm。土壤微生物量与气温呈负相关关系,土壤微生物量与降水量呈显著正相关关系。运用综合指数法计算出不同管理措施下土壤质量综合指数,其值排序为:围栏+补播>围栏+施肥>围栏>不围栏。围栏+补播对土壤的改善效果明显优于其他3种措施,是玛曲高寒草甸生态恢复的重要途径。     

基于长时间序列NDVI资料的我国西北干旱区植被覆盖动态监测

植被是表征陆地生态系统的重要指标,气候变化对植被具有显著影响。虽然MODIS NDVI具有较高的精度,但时间序列长度有限,在年代际尺度的变化趋势研究中,仍然需要对AVHRR NDVI数据集进行时间序列的扩展和完善。本研究通过建立MODIS NDVI与AVHRR NDVI逐月线性回归模型,生成了长时间序列(1981-2013年)NDVI数据集;并以NDVI作为植被活动的指标,分析研究了近33年来西北干旱区的植被动态变化。结果表明:1)MODIS NDVI与LTDR NDVI数据具有较好的线性相关性,两者之间线性回归模型的决定系数均在0.7以上;2)近33年以来,西北干旱区的植被活动均呈现出增强的态势,其中稀疏植被区的植被活动在持续增强,植被整体状况在好转,而草地区的植被活动较为稳定,并未出现较大的变化;3)西北干旱区的气候呈现出暖湿化的特点,植被活动对气候变化较为敏感,NDVI与年平均温度和年降水量之间呈显著相关关系(P0.05)。     

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。     

柴达木盆地气候变化对植被的影响分析

柴达木盆地地处青藏高原,全区年降水量仅为110 mm左右,生态环境比较脆弱。近年来受全球气候变暖的影响,柴达木盆地气温大幅升高,降水量明显增加,气候逐渐向暖湿化方向发展。基于柴达木盆地10个气象观测站1961-2016年逐月气温、降水等观测资料、GIMMS和MODIS 1982-2016年卫星遥感资料,利用线性趋势、综合顺序分类法等方法,分析了该地区不同区域和主要类型植被NDVI值多年变化趋势及其植被演替特征,结果表明,1982-2016年柴达木盆地四周高寒区和盆地内干旱荒漠区植被NDVI值均呈显著上升趋势,趋势系数分别为0.0090/10年、0.0011/10年;温性荒漠类、低地草甸类植被NDVI呈微弱增加趋势,趋势系数分别为0.0011/10年、0.0036/10年,而高寒草原类植被NDVI指数呈显著增加趋势,趋势系数为0.0058/10年。柴达木盆地气候极其干旱,水分是限制植被生长发育的主要因子,植被NDVI值与年降水量呈显著的正相关关系,与蒸发量呈显著的负相关关系。以气温发生突变的1987年为界,植被主要朝着温暖化和湿润化的方向发展。随着年代变化,寒温带植被类型逐渐减少,微温带植被类型逐渐增多,同时湿润度级别有所升高,尤其是进入21世纪以来,出现了微温微干和微温微润的植被类型。     

新疆2000-2012年NDVI、降水和RUE的时空特征

本研究分析了新疆2000-2012年每年的6-9月归一化植被指数(NDVI)、降水量和植被降水利用率(RUE)空间分布特征和年际变化趋势。结果显示,1)月平均降水量和月平均NDVI空间分布均呈西北向东南递减的特征,13年间年降水量和年NDVI均呈现北疆递减、南疆递增的特征,但年降水量年际变化范围更明显;2)月平均降水量和月平均RUE空间分布对比不明显,年RUE与年降水量的年际变化呈相反趋势;3)不同土地类型中降水量和NDVI呈显著正相关(r0.3,P0.05),降水条件对植被空间分布影响明显,不同土地类型中降水和RUE呈显著负相关(r-0.22,P0.05),夏季过量降水对植被光合作用的抑制作用是其主要影响因素。     

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。     

不同草地利用方式对暖性(灌)草丛类草地固碳能力的影响

利用方式差异对草地生态系统碳循环影响不同,评价不同利用方式下各类型草地生态系统固碳能力有助于制定相应生态管理策略,对减缓草地温室气体排放具有现实意义。采用野外调查和室内试验相结合的方法,对河南不同利用方式下(围封未利用、零散放牧+割草、季节性放牧和全年放牧)两种典型草地(暖性草丛和暖性灌草丛)固碳能力进行研究。结果表明,暖性草丛植被生物量在不同利用方式上表现为围封未利用>零散放牧+割草>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05);而暖性灌草丛植被生物量在零散放牧+割草条件下显著大于围封未利用和全年放牧方式(P<0.05)。在围封未利用条件下,暖性草丛植被生物量显著大于暖性灌草丛(P<0.05)。两种草地地上碳密度和根系碳密度在不同利用方式下差异均不显著(P>0.05)。从植被碳密度来看,暖性草丛在不同利用方式下表现为围封未利用>零散放牧+割草>全年放牧>季节性放牧,暖性灌草丛为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧。季节性放牧条件下暖性草丛土壤碳密度(13369.07 g C·m^-2)显著大于围封未利用方式(2544.25 g C·m^-2)(P<0.05);暖性灌草丛土壤碳密度在不同利用方式下表现为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05)。不论在何种利用方式下,两种类型草地的植被碳密度均主要由根系所贡献,分别达到87.42%与81.52%;而生态系统碳密度均主要由土壤所贡献,分别达到91.72%与84.98%。双因素方差分析表明,土壤碳密度是决定河南两种类型草地固碳能力的根本因素,而与利用方式无关。本研究可为河南草地资源合理利用提供科学依据,为精确评估河南草地固碳能力提供数据支撑。     

新疆阜康荒漠植被指数特征和时空过程分析

研究天山北坡典型荒漠区草地植被覆盖变化,对于荒漠区草畜平衡及畜牧业可持续发展具有重要现实意义。采用1990,1999和2008年同时相TM/ETM+遥感影像,经辐射校正和几何校正后,基于荒漠植被指数特征和垂直地带性特征,进行了专家知识决策树分类,研究了阜康市典型荒漠草地、农田等地物近20年间的归一化植被指数(NDVI)和面积变化特征。结果表明,1) 经辐射校正后的NDVI与实际地物情况更接近,大致呈高山草甸>农田>温性草甸>平原荒漠>山前荒漠的规律;2)近20年间农区面积大量占用平原荒漠草地和山前荒漠,新增农田面积296.3 km²,是1990年耕地总面积的1.54倍;3)高山冰盖消融随即转变成为高山草甸类型的趋势明显,20年间减少冰雪区74.7 km²,是1990年冰雪区总面积的0.345倍,这也印证了近20年来全球变暖的说法。     

基于像元二分模型的艾比湖湿地NDVI指数对微气候的响应

本研究提取了艾比湖湿地不同年份(1998、2007、2011、2014年)的NDVI指数,并进行了实地考察,然后利用像元二分模型对研究区植被覆盖状况进行估算,并分析其在时空分布上的特征及形成原因,建立影响植被覆盖与微气候变化的线性回归模型。结果表明,1)在空间分布上,西南部冲积平原植被覆盖等级最高,东北部覆盖等级略低于西南部,无覆盖和低覆盖等级分布面积最为广泛;在时间分布上,无覆盖面积处于下降趋势,低覆盖和中覆盖面积有所增加,较高覆盖与高覆盖等级面积处于下降趋势;2)不同植被覆盖度对气候变化的响应存在一定的差异;植被覆盖对降水量变化的反应最为强烈,在时间上具有一定的滞后性,对湿度变化的响应不明显,气温与植被覆盖水平之间存在线性函数关系。     

近50年内蒙古潜在植被地理格局时空特征分析

原生植被演替过程与环境间表现出复杂的耦合关系,通过模拟潜在植被空间分布格局变化来反映植被对环境因子长期适应和选择的重要生态过程,是研究植被地理格局的基础。本研究运用GIS及综合顺序分类法,对内蒙古自治区及周边94个气象台站近50 a气候数据分前后25 a两期的模拟,分析得到内蒙古自治区潜在植被地理格局的时空动态特征及其变化。结果表明,内蒙古自治区境内潜在植被共分为16类,归为6个类组,以荒漠和草原为主;在高平原和山前平原地区的潜在植被呈干湿地带性分布,而在大兴安岭和阴山山地地区呈垂直地带性分布。近50 a间,不但各潜在植被类型自身的面积发生变化,而且不同类型之间也有明显的演替。荒漠、半荒漠类和山地草原、典型草原类受立地气候变干影响,面积呈增加趋势并向东扩张;草甸草原类和森林草原、森林类受立地气候变干和气温升高的综合影响,面积呈减少趋势并向高纬度、高海拔地区退缩。这种演替格局反映了植被对生境和气候变化的多元适应性结构。     

艾比湖流域草地生态系统环境健康遥感诊断

为了能更好地了解艾比湖流域草地生态系统的健康状况,本研究以MODIS与Landsat数据为本底,引入信息熵分析艾比湖流域2001-2017年草地生态系统健康变化趋势,选用压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型评价2017年草地的健康现状,结合流域草地生态系统生态环境健康变化趋势和现状,完成草地生态系统环境健康诊断。结果表明:1)2001-2017年艾比湖流域草地生态系统环境健康变化趋势为变好、基本不变、变差的区域分别占总草地面积的29.5%,59.4%和11.1%,呈现“稳中向好”的特点。2)2017年草地生态系统生态环境健康指数的范围为0.1097~0.3892,整体健康水平不高,需要加强对草地资源的保护管理。3)根据艾比湖流域草地生态系统综合治理建议图,治理区占总草地面积的39.1%,主要分布在山前草地和荒漠草地;保护区占总草地面积的34.2%,分布在部分山前草地;预防区占总草地面积的26.7%,主要在城镇较为集中的区域。     

2001—2016年内蒙古植被物候变化及其对生产力的影响

基于2001-2016年的中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据,本研究采用累计NDVI的Logistic曲线曲率极值法识别内蒙古植被返青期、枯黄期、生长季长度及其变化趋势,并分析植被物候变化对生产力的影响。结果表明：森林生态区和荒漠生态区的返青期比中部草原生态区要早,其平均值分别为第120,119和128天;森林和荒漠生态区的枯黄期比草原生态区要晚,平均值分别为第275,276和269天;受返青期和枯黄期的影响,森林和荒漠生态区植被生长季长度比草原生态区要长,分别为155,157和141天。在16年间研究区植被生产力以增加为主,其中森林和荒漠生态区的植被生产力呈显著增加的趋势;返青期和枯黄期提前趋势的面积略大于推迟趋势的面积,但大多地区的趋势并不显著;草原生态区生长季长度以缩短为主,而森林和荒漠生态区的生长季长度以延长为主。物候参数与NDVI之间的相关分析表明,返青期的提前和枯黄期的推迟（即生长季的延长）并不一定增加所有生态系统的植被年生产力。季节尺度分析表明：返青期的提前/推迟将增加/降低春季植被生产力,而枯黄期提前/推迟将降低/增加秋季植被生产力。     

宁夏盐池县沙化草地土壤团聚体分异特征

以宁夏盐池县哈巴湖自然保护区不同沙化程度的荒漠草原为对象,研究潜在、轻度、中度和重度沙化草地0~40 cm土壤机械稳定性和水稳定性团聚体的粒径分布,并通过团聚体破坏率、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和分形维数等指标分析不同沙化类型草地土壤团聚体稳定性特征。结果表明:各沙化类型草地0~20 cm土层机械稳定性团聚体和0~40 cm土层水稳性团聚体均以<0.25 mm微团聚体为主,分布范围分别为45.78%~88.36%和48.05%~97.79%。随草地沙化程度的加重,0~40 cm各土层<0.25 mm机械稳定性和水稳性微团聚体含量、团聚体破坏率、分形维数及侵蚀因子总体呈增加的趋势,MWD和GMD则逐渐降低,土壤结构趋于不稳定。从剖面变化看,随土层的加深,土壤稳定性增加,尤其是潜在和轻度沙化草地,表明该区域土地沙化主要发生在0~20 cm浅层土壤。土壤团聚体稳定性与有机碳、全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),与黏粉粒呈显著正相关(P<0.05),与土壤容重呈极显著负相关(P<0.01)。伴随着盐池县草地沙化过程中土壤细颗粒的吹蚀和碳氮等养分的搬运,土壤结构分散,物理稳定性降低。     

干旱对内蒙古植被生长的累积与滞后影响评估研究

本文为探究干旱对植被的累积和时滞效应,以内蒙古为研究区,基于SPEI base v.2.5和GIMMS NDVI数据集,利用Sen式斜率、Mann-Kendall突变检验和偏相关分析方法,分析干旱对植被的累积和时滞效应。结果表明：内蒙古地区归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）年最大值随时间变化整体呈上升趋势,标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）年平均值呈降低趋势,空间趋势变化上两者呈现一定的相似性;干旱的累积效应与内蒙古北部林区及西部荒漠戈壁区NDVI呈负相关,累积月数均在10—12个月;中部草原NDVI与干旱的累积滞后关系呈正相关,且干旱的累积影响大于滞后影响;农田植被NDVI与干旱的累积滞后效应均呈正相关,但相关性较弱;通过不同水分利用条件下干旱累积与时滞效应的相关性对比发现,干旱累积效应对植被的影响远大于时滞效应。     

2000-2015年青海省不同功能区NDVI时空变化分析

基于2000-2015年MOD13Q1的NDVI陆地专题的产品,揭示了青海省不同功能区植被时空分布特征及变化规律,应用趋势分析法阐述过去16年不同功能区NDVI的变化规律,及利用变异系数揭示NDV1稳定性分布规律.结果表明:青海省植被NDVI表现为东南偏高,西北偏低,由东南向西北、由东向西逐渐递减的分布特征.三江源地区NDVI频度分布呈“M”型的双峰模型,柴达木盆地为频度分布最低的单峰模型,东部农业区与环湖地区相似且频度略高的单峰模型.从CV分析,高稳定性地区分布在东部农业区和环湖地区,低稳定性地区分布在柴达木盆地边缘和青海湖南部.由趋势分析可知,过去16年青海省NDVI呈波动性缓慢上升趋势,变化率为0.012·10a-1.东部农业区和柴达木盆地增加趋势显著.本文揭示了气候变化和人为因素双重作用下青海省不同功能区植被NDVI变化规律,为各区生态保护提供基础数据和科学参考.