吕梁山地区植被物候变化及对气候的响应

吕梁山地区地形垂直差异明显,植被对气候变化反应敏感,研究吕梁山地区植被物候变化,探索植被物候变化与气候的响应关系,旨在为高海拔山区植被物候研究和生态治理提供借鉴。基于2000—2015年MODIS NDVI时间序列数据,通过动态阈值法提取吕梁山地区的植被物候,对气温、降水进行空间插值,并对植被2个关键物候期与气候因素进行偏相关分析。结果表明：（1）植被生长季开始日期(the start of the growing season,SOS)提前的区域约占85.7%,其中16.2%显著提前;植被生长季结束日期(the end of the growing season,EOS)推迟的区域约占90.6%,其中33.3%显著推迟。（2）区内74.8%、87.7%植被SOS分别与气温、降水呈负相关,气温升高或降水增加,植被SOS提前。植被SOS在高海拔山区受4月气温影响显著,而低海拔地区受4月降水影响显著。（3）区内72.6%、65.1%植被EOS分别与气温、降水呈正相关,气温升高或降水增加,植被EOS推迟。植被EOS在北部和西部地区受11月气温影响显著,而高海拔地区受9月降水影响显著。2000—2015年吕梁山地区植被物候发生显著变化,各地区对气温、降水的响应不同,研究结果可为区域物候、气候变化研究和陆地生态治理提供科学依据。     

Assessing the effects of vegetation and precipitation on soil erosion in the Three-River Headwaters Region of the Qinghai-Tibet Plateau,China

Soil erosion in the Three-River Headwaters Region (TRHR) of the Qinghai-Tibet Plateau in China has a significant impact on local economic development and ecological environment. Vegetation and precipitation are considered to be the main factors for the variation in soil erosion. However, it is a big challenge to analyze the impacts of precipitation and vegetation respectively as well as their combined effects on soil erosion from the pixel scale. To assess the influences of vegetation and precipitation on the variation of soil erosion from 2005 to 2015, we employed the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) model to evaluate soil erosion in the TRHR, and then developed a method using the Logarithmic Mean Divisia Index model (LMDI) which can exponentially decompose the influencing factors, to calculate the contribution values of the vegetation cover factor (C factor) and the rainfall erosivity factor (R factor) to the variation of soil erosion from the pixel scale. In general, soil erosion in the TRHR was alleviated from 2005 to 2015, of which about 54.95% of the area where soil erosion decreased was caused by the combined effects of the C factor and the R factor, and 41.31% was caused by the change in the R factor. There were relatively few areas with increased soil erosion modulus, of which 64.10% of the area where soil erosion increased was caused by the change in the C factor, and 23.88% was caused by the combined effects of the C factor and the R factor. Therefore, the combined effects of the C factor and the R factor were regarded as the main driving force for the decrease of soil erosion, while the C factor was the dominant factor for the increase of soil erosion. The area with decreased soil erosion caused by the C factor (12.10×10³ km²) was larger than the area with increased soil erosion caused by the C factor (8.30×10³ km²), which indicated that vegetation had a positive effect on soil erosion. This study generally put forward a new method for quantitative assessment of the impacts of the influencing factors on soil erosion, and also provided a scientific basis for the regional control of soil erosion.     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

Regional and local scale variations in soil organic carbon stocks in West Greenland

The soil organic carbon (SOC) pool of the Northern Hemisphere contains about half of the global SOC stored in soils. As the Arctic is exceptionally sensitive to global warming, temperature rise and prolonged summer lead to deeper thawing of permafrost‐affected soils and might contribute to increasing greenhouse gas emissions progressively. To assess the overall feedback of soil organic carbon stocks (SOCS) to global warming in permafrost‐affected regions the spatial variation in SOCS at different environmental scales is of great interest. However, sparse and unequally distributed soil data sets at various scales in such regions result in highly uncertain estimations of SOCS of the Northern Hemisphere and here particularly in Greenland. The objectives of this study are to compare and evaluate three controlling factors for SOCS distribution (vegetation, landscape, aspect) at two different scales (local, regional). The regional scale reflects the different environmental conditions between the two study areas at the coast and the ice margin. On the local scale, characteristics of each controlling factor in form of defined units (vegetation units, landscape units, aspect units) are used to describe the variation in the SOCS over short distances within each study area, where the variation in SOCS is high. On a regional scale, we investigate the variation in SOCS by comparing the same units between the study areas. The results show for both study areas that SOCS are with 8 kg m^?2 in the uppermost 25 cm and 16 kg m^?2 in the first 100 cm of the soil, i.e., 3 to 6 kg m^?2 (37.5%) higher than existing large scale estimations of SOCS in West Greenland. Our approach allows to rank the scale‐dependent importance of the controlling factors within and between the study areas. However, vegetation and aspect better explain variations in SOCS than landscape units. Therefore, we recommend vegetation and aspect for determining the variation in SOCS in West Greenland on both scales.     

基于MODIS TVDI和模糊数学方法的藏北地区旱情等级遥感监测

为了实现对藏北区域范围内春夏旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数(TVDI)和模糊数学方法建立了遥感干旱的划分标准,研究时段为1980-2017年。首先利用MODIS产品数据计算TVDI,然后根据气象干旱等级监测结果,采用模糊数学法建立基于MODIS TVDI的干旱等级划分标准,并对监测结果进行精度验证,最后分析了近年来藏北地区旱情的时空变化特征。得到的主要结论:①基于归一化植被指数(NDVI)和增强植被指数(EVI)计算得到的温度植被干旱指数TVDIN和TVDIE,均与20 cm实测土壤水分含量在0.05的水平达到显著相关,TVDIE的决定系数更高;②基于TVDIE将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级,其中,据此标准获得的藏北地区旱情等级与气象干旱等级监测结果大体一致;③近年来藏北地区旱情整体不太严重,且总体趋缓,其中,2009年最严重,发生中旱及以上旱情的区域面积达24%,年内旱情在6月最严重。就旱情的空间分布特征而言,研究区西南部和中部干旱比较严重,北部和东南部相对较轻。研究成果可为藏北地区干旱监测提供数据支撑,遥感干旱等级的划分方法可为其他地区的干旱研究提供参考。     

松嫩草原盐碱土细菌多样性分析

以松嫩盐碱草原3种不同盐碱程度的盐碱土为材料,应用高通量测序技术,研究了3种不同程度盐碱土壤的细菌群落结构。结果表明:3种盐碱土的理化性质差异显著(P0.05),pH值、碱化度随着盐碱化程度增加而增大,而碱解氮、速效钾和有机质含量随着盐碱化程度增加而降低;3种盐碱土共获得2841个OTU,分属于39个细菌门,其中酸杆菌门、变形菌门等10个菌门是盐碱土中最主要的细菌门类;轻度盐碱土中酸杆菌门占主导地位,相对丰度为32.28%,中度盐碱土中变形菌门占主导地位,相对丰度为19.87%,重度盐碱土中放线菌门占主导地位,相对丰度为22.57%;RDA分析表明,酸杆菌门、硝化螺旋菌门、广古菌门、TM7等的相对丰度与碱解氮、有机质以及速效钾含量呈正相关,疣微菌门的相对丰度与有效磷含量呈正相关,放线菌门、浮霉菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、厚壁菌门的相对丰度与pH值、碱化度呈正相关。     

陕北黄土区退耕还林(草)地土壤质量特征及其对降水的响应

为了解陕北黄土区退耕还林（草）地土壤质量差异特征及其对降水的响应，该文沿370～470 mm的降水梯度，选取了陕西省吴起县境内的王洼子（370～395 mm）、大吉沟（440～445 mm）和白豹（460～470 mm）3个降水梯度区作为研究区，并结合土壤质量指数法，定量评价降水梯度区广泛栽植的刺槐林（Robinia pseudoacacia）、沙棘林（Hippophae rhamnoides）和草地的土壤物理结构、持水性、盐碱度、碳汇指标以及速效养分指标方面的综合得分，明确植被恢复后土壤质量随降水梯度的变化特征。结果表明：1）降水量、植被类型以及二者的交互作用对土壤指标影响显著（P<0.05）。2）在460～470 mm降水量区，刺槐林（0.829）对土壤质量改良效果最好，其次为沙棘林（0.808），二者土壤质量均达到肥沃水平，且差异不显著，草地（0.679）土壤质量指数最低，土壤为较肥沃水平；在440～445 mm降水量区，沙棘林（0.74）对土壤改良效果最好，其次为刺槐林（0.601），二者均达到较肥沃水平，草地（0.479）土壤质量指数最低为中等水平；在370～395 mm降水量区，3种植被类型土壤质量指数由大到小表现为沙棘林（0.744）>刺槐林（0.387）>草地（0.251），沙棘林土壤质量等级为较肥沃、刺槐林和草地为贫瘠水平。3）在370～470 mm降水梯度内，3种植被类型土壤质量综合指数均随着降水量的减少而降低，其中沙棘林土壤质量指数变异性较低（4.1%），刺槐林（30.1%）和草地（37.2%）土壤质量变异性较高。该研究结果可为陕北黄土区370～470 mm降水梯度下的植被恢复与重建等林业生态工程实施提供数据支撑与理论支持。     

黄土高原陡坡土坎植被根-土复合体抗剪强度研究

以黄土高原陡坡土坎6种典型植物群落类型为研究对象，在分析植被根系密度指标的基础上，通过直剪试验，探讨不同植物群落的根-土复合体抗剪强度以及根系对提高抗剪强度的作用。结果表明:1）6种群落的根系密度指标值均具有显著性差异，白刺花-铁杆蒿群落的根重密度、根长密度和根表面积密度在所有群落类型中均为最高，分别为2 757.07 g/m³、17 886.22 m/m³和16.96 m²/m³；2）6种群落之间的根-土复合体的抗剪强度均显著高于素土抗剪强度，其中白刺花-铁杆蒿群落相对于素土的抗剪强度增加值最大，为32.98 kPa，且抗剪强度增加值随土层深度增加而降低；3）根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增加值与根系密度指标值呈对数函数关系，随根系含量增加而升高。     

草地生态系统中植被冠层截留的研究进展

草地植被冠层截留是草地生态系统对降水再分配的主要过程，属于草地生态系统蒸散发的组分之一。由于草地植被冠层截留常在草地生态系统水量平衡研究中被忽略而导致蒸散发组分的划分中存在误差。因此，讨论草地植被冠层截留对草地生态水文学的研究具有重要的理论意义和实用价值。本论文通过对目前草地植被冠层截留研究的现状和存在问题，从草地植被冠层截留的测定方法和主要的影响因素（环境因子和植被特征）2方面论述草地植被冠层截留的研究进展。分析发现，草地植被冠层截留的影响因素研究主要集中在降水特征、气象条件、放牧和植被特征等方面，各因素的综合影响研究仍然非常缺乏，测定方法的准确性有待评估。     

基于遥感指数的草原火后植被恢复研究

草原火是草原生态系统重要的干扰因子，严重影响着系统的结构与功能。基于遥感数据，以2015年“4·16”特大草原火灾为例，利用ENVI和ArcGIS等软件，分别对NDVI和GPP指数及火烧严重度下的植被恢复过程进行定量分析。结果表明，基于NDVI和GPP指数的火后植被恢复过程表现相似，不同年份植被恢复情况存在一定差异。火灾发生当年（2015年）火烧迹地植被恢复状况高于未发生火灾区域，而在火后第1年（2016年）却又稍低于未发生火灾区域，直到火后第2年（2017年），火烧迹地植被基本恢复到火前状态。同时，不同火烧严重度下的植被恢复过程在存在明显差异。草原火灾发生后当年（2015年），中强度火烧下植被恢复最好，其次是轻度，重度表现最差。草原火烧严重度对植被恢复的影响，主要表现在火后第1个植被生长季。在之后的年份里，由于草原更新能力强大，不同火烧严重度对草原植被的影响不明显。本研究可丰富草原火灾及火烧迹地植被恢复等相关研究成果，同时为草原火灾管理和草原生态系统的可持续发展提供科学依据。