世界草地综合顺序分类图的制作

通过对全球1961～1990年气象数据的分析与统计,将7 775个站点的气温与降水换算成草地综合顺序分类指标-＞0℃的年积温(Σθ)和湿润度(K)值,在Arc GIS平台上,配以世界行政区划图,依据综合顺序分类理论,制作世界草地综合顺序分类图.研究结果表明:可将世界陆域草地分为38类,基本符合全球气候带以及植被的分布,...     

基于AMMRR插值法的草地综合顺序分类研究——以甘肃省为例

在草地综合顺序分类系统（IOCSG）的指导下,以甘肃省113个气象站点多年>0 ℃年积温（Σθ）和年降水量（r）以及DEM数据为主要数据源,采用“多元回归+残差分析法（AMMRR）”进行气象数据空间化,通过空间叠置分析完成甘肃省草地类的划分。研究结果表明,甘肃省共有28个IOCSG草地类,面积最广的有4个,分别是微温极干温带荒漠类（ⅢA3）、微温干旱温带半荒漠类（ⅢB10）、微温湿润落叶阔叶林类（ⅢE31）和寒冷潮湿高山草甸类（ⅠF36）,分别主要分布在北山山地、河西走廊、黄土高原和甘南高原;亚热带的几个类（ⅤB12、ⅤC19、ⅤD26和ⅤE33）分布面积较小,比例不足1%。研究结果符合甘肃省各区域的气候特点。AMMRR法充分考虑了地形因子（经度、纬度和海拔高度）对气象要素的影响,使Σθ和r插值结果更接近实际,得到的草地分类图也充分体现出了植被的地带性规律,模拟效果较好。     

区域尺度下气候因子的插值优化及其与草地NPP的相关性

利用甘肃省及周边42个气象站点的气象数据和154个草地样地地上生物量（风干质量）实测数据,在AMMRR插值方法的基础上,加入坡度、坡向两个变量,对甘肃省1996－2005年的年均温和年降水量、不同季节温度和降水量进行空间模拟,并分析了甘肃省年均温和年降水量的空间分布格局,以及草地净初级生产力(NPP)对年均温、年降水量和不同季节温度、降水量的响应。结果表明,1）相对其他插值方法,引入了坡度、坡向等微观地理因子的AMMRR插值方法,可充分体现甘肃省的年均温、年降水量受地形影响的微观变化,更符合实际情况。2）除冬季外,草地NPP与不同时期的温度之间均呈显著负相关（P<0.01）,与不同时期的降水量均呈显著正相关（P<0.01）,而且与降水量的相关性明显高于温度。     

不同放牧强度下羊草叶片光合色素含量的差异性分析——以呼伦贝尔羊草草甸草原为例

于2011年6月26日、7月23日和8月26日对不同放牧强度下,被采食羊草和未被采食羊草进行了光合色素含量的研究。在测试期间,被采食与未被采食羊草叶片的光合色素含量有显著差异;且前者的光合色素含量低于后者。随着放牧强度的增大,被采食羊草的叶片的叶绿素含量随着放牧强度增大呈复杂的变化趋势,后者则呈线性下降变化;而前者的类胡萝卜素呈上升趋势,后者呈下降—升高的趋势。二者Chl a+b最大值出现在7月23日,最小值出现在8月26日。此外,随着放牧强度的加强,二者的光合色素差异加剧,并受到生长季节的影响。     

基于CASA模型的甘肃省草地净初级生产力研究

利用基于遥感数据的光能利用模型-CASA模型估算了2005年甘肃草地生态系统NPP,分析了其空间格局,以及地形因素对草地NPP的影响。(1)实测数据与模拟结果对比表明,修正后的CA-SA模型的可操作性强,仅利用地面气象数据和遥感数据就可以对草地生产力进行模拟,模拟效果较好。(2)2005年甘肃省草地NPP总量为3.76×1013g/(m2.a),最高值达790.56g/(m2.a),年均值为139.15g/(m2.a),由西南向东北逐渐减少。(3)草地NPP季节变化非常明显,夏季NPP达到最大值;冬季植被基本停止生长,草地NPP值最低。4)在海拔3 000～3 500m区域、25°～30°坡度以及东坡草地NPP均达到较高水平。     

基于气象要素空间分布模拟优化的中国草地综合顺序分类

依据草地综合顺序分类系统(CSCS)原理,利用中国区域1961—2004年的气象信息数据,以及1km分辨率的DEM(高程)数据,借助ArcGIS平台,采用优化的气象要素模拟方法——多元回归+残差分析(AMMRR),以及3种传统插值方法,模拟了中国多年平均的>0℃年积温(Σθ)和年均降水量(r)的空间分布,并利用AMMRR法对中国草地进行分类。研究结果表明:1)AMMRR模拟得到的Σθ和r与实测样本的相关系数分别为0.976和0.974,极显著相关(p<0.01);相对平均误差(RME)、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)都小于3种传统插值方法。2)AMMRR通过经纬度、海拔高度与气象要素间的多元回归以及残差分析修正,不仅弥补了原始站点不足且分布不均匀的缺点,而且也充分体现了海拔落差较大区域气象要素的垂直变化。气象站点分布密集的区域,4种方法模拟的效果较一致,其空间格局与真实地理环境相似;但站点稀疏而且分布不均匀的区域,只有AMMRR的模拟结果才能反映出小尺度空间分布中地形的空间分异作用,结果比较理想。3)依据CSCS,中国草地包括除炎热极干热带荒漠类(ⅦA7)的其他41个地带性草地类。从南到北,Σθ减小,依次分布着炎热潮湿雨林类(ⅦF42)-亚热潮湿常绿阔叶林类(ⅥF41)-暖热潮湿落叶、常绿阔叶林类(ⅤF40)-暖温潮湿落叶阔叶林类(ⅣF39);从东向西,r降低,依次分布着微温潮湿针叶阔叶混交林类(ⅢF38)-微温湿润森林草原、落叶阔叶林类(ⅢE31)-微温微润草甸草原类(ⅢD24)-微温微干温带典型草原类(ⅢC17),地带性规律明显。     

基于GIS的中国2大草地分类系统类的兼容性分析

以植被-生境学分类(vegetation-habitat classification system of grassland,VHCS)方法为基础的定性的中国草地分类系统,以及定量的气候-土地-植被综合顺序分类系统(comprehensive and sequential classification system of grassland,CSCS)是我国常用的2大草地分类系统。在实际应用中,因“草原”和“草地”概念的重叠、混淆和交叉,以及定性分类和定量分类的差异,造成了操作上的困扰,研究结果亦不便相互交流。本研究通过2大系统一级单位-“类”的分类指标、名称和属性的对比,分析了2个系统“类”的兼容性,建立了两者间的对应关系,并利用基本同期的CSCS分类图和数字化的中国草地资源图(VHCS),以内蒙古自治区和甘肃省为例,在ArcGIS平台上进行了验证分析。研究结果表明:1)以广义草原或草地概念为基础的CSCS是一个大系统,兼容了以中国为例的VHCS分类系统;2)兼容VHCS的CSCS的类,两者在分类指标、名称和属性方面均能达到统一;3)空间叠置分析表明,若不考虑森林和非地带性类,内蒙古和甘肃区域2个分类系统分类结果的兼容性分别达到61.4%和61.1%;有差异的区域,基本上表现出草地实际调查结果(VHCS)是比原生潜在草地(CSCS)在更恶劣气候条件下的低分类级别的草地类,说明人为干扰已超过了原生草地生态系统的生存阈限,导致草地逆行演替;4)对CSCS与VHCS分类结果的对比分析研究,可科学地揭示人为干扰下草地的演替状态,并明确草地恢复和重建的目标。     

AMMRR插值法的改进及其在内蒙古草地综合顺序分类中的应用

宏观尺度上, 气象数据空间插值模拟在气象科学和草地科学研究中一直占据重要的位置。为进一步提高其精度和增强草地类型划分空间分异效果, 本研究在多元回归+残差分析(Analytic Method Based on Multiple Regression and Residues, AMMRR)插值法中增加微地形因子(坡度和坡向), 用普通克里金(OK)函数替换反距离加权(IDW)函数进行残差分析以建立改进型的多元回归+残差分析(I-AMMRR)插值法, 并将其应用于内蒙古自治区>0 ℃年积温(Σθ)、年降水量(r)和湿润度(K)的空间插值模拟。依据草地综合顺序分类系统(Comprehensive and Sequential Classification System of Rangeland, CSCS)原理和I-AMMRR插值技术, 对内蒙古自治区草地进行分类, 并研制了相应的草地综合顺序分类图。研究结果表明: (1)I-AMMRR插值法模拟Σθ和r的绝对平均误差(MAE)、相对平均误差(RME)和均方根误差(RMSE)均小于AMMRR法, 其精度更高。(2)I-AMMRR插值法模拟的内蒙古自治区Σθ、r和K的空间分布格局呈现水平和垂直地带性分布规律, Σθ自东南向西北递增, r和K与Σθ相反。(3)内蒙古自治区草地被划分为从ⅢF38(微温潮湿针叶阔叶混交林类)到ⅢA3(温暖极干温带荒漠类)共计17个草地综合顺序类。其中ⅢB10(微温干旱温带半荒漠类)分布面积最大, ⅣE32(暖温湿润落叶阔叶林类)最小。草地植被空间分布的水平和垂直地带性明显, 与内蒙古自治区植被调查结果基本吻合。     

不同放牧强度下羊草的光合特性日动态变化——以呼伦贝尔草甸草原为例

 在连续放牧方式下,探索羊草的光合特性对不同放牧强度的响应,利用Ｌｉ-６４００便携式光合测定仪对呼伦贝尔羊草草原１个封育对照试验区和５个不同放牧强度试验区内羊草叶片的光合特性进行日变化测定,并与放牧强度（Ｒ）进行相关性分析。研究结果表明,８月１６日和９月２日,６个试验区内羊草叶片净光合速率（Ｐｎ）、蒸腾速率（Ｔｒ）、气孔导度（Ｇｓ）的日变化既有单峰曲线也有双峰曲线变化,而胞间ＣＯ_２ 浓度（Ｃｉ）日变化呈Ｕ 字型。围封内羊草的Ｐｎ、Ｔｒ、Ｇｓ均高于放牧区;且羊草的Ｐｎ、Ｔｒ、Ｇｓ均随着放牧强度的增大而下降,Ｃｉ则升高;放牧强度越大,其降幅和增幅也越大。Ｐｎ、Ｔｒ、Ｇｓ与Ｒ 之间均呈显著的负相关关系（P＜０．０５）,Ｃｉ与Ｒ 呈显著的正相关关系（P＜０．０５）;而且６个放牧强度梯度下的Ｐｎ、Ｔｒ、Ｇｓ和Ｃｉ在２ｄ之间有极显著差异（P＜０．０１）。因此,放牧胁迫和水热条件对羊草的光合作用有抑制作用。     

年际尺度上土地覆盖类型时空分异及其对气候和地形的响应

为了更加深刻地理解气候和地形条件对土地覆盖的作用机理,该研究以2001年-2009年逐年的MODIS Land Cover(MCD12Q1)为主要数据源,参考中国土地覆盖分类体系整合国际上通用的5种(IGBP、UMD、LAI-fPAR、NPP和PFT)土地覆盖分类体系,分析年际尺度上中国西北干旱半干旱地区的土地覆盖时空分异及其对气候和地形的响应。研究结果表明:IGBP较其他4种更适合年际尺度上干旱半干旱地区土地覆盖的时空分异研究。2001年-2009年,5种分类体系中农田和草地增加,水体湿地和荒漠减少,聚落保持不变,森林有增有减,并且土地覆盖类型间相互发生转换,其在空间上的转移与干旱半干旱地区的自然条件变化和人类活动相适应。6种土地覆盖类型对自然条件的响应与光、热、水在时空格局上的分配以及人类活动作用的强弱相一致。研究结果可为区域或全球土地利用和土地覆盖研究提供参考。