陇中半干旱丘陵区沙打旺土壤水分动态特征及净初级生产力研究

本文重点对陇中半干旱黄土丘陵区,不同土地类型沙打旺草地生长季0—3m土层不同时段土壤水分含量及其动态变化与剖面水分动态特征,及各土地类型生长季土壤水分消长状况和水分有效生产率进行了分析研究,并提出在干旱、半干旱地区山坡地修成反坡台地种植沙打旺,既能提高产草量,又能提高自然降水有效利用率,是蓄水保墒抗旱增产的有效措施。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响（Ⅱ）——近52年秦岭南北植被净初级生产力

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,采用周广胜—张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析近52 a气象要素的时空变化特征及其对植被净初级生产力的影响。结果表明：1）秦岭南北多年平均植被净初级生产力由北向南逐步上升,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭以北,各子区植被净初级生产力变化趋势不一,植被净初级生产力上升的站点占本区站点总数的比例顺序为汉水流域〉秦岭南坡〉巴巫谷地〉秦岭以北,秦岭以南地区增加更为明显,生态区23个站点中植被净初级生产力年际波动并不大,介于1.34～1.89之间;2）植被净初级生产力与湿润指数、降水量和相对湿度呈显著水平（P〈0.01）的正相关关系,相关系数排序为降水量〉湿润指数〉相对湿度,降水的增多会促进植被净初级生产力的累积,水分是主要制约因素;3）植被水分利用效率由南向北递减,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭北坡,绝大部分地区呈现不显著的上升趋势,近52 a来,水分利用效率普遍呈上升趋势,但并不显著,整体上维持相对稳定水平。     

北京植被净初级生产力对物候变化的响应

植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）对物候的响应是全球气候变化背景下的重要研究内容,气候变化对植物物候与NPP的影响仍需明了,物候的时空变异规律更需深入探讨。该研究基于2001-2020年MODIS归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据提取北京植被物候信息,利用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型模拟NPP,通过线性回归、趋势分析和结构方程模型等方法,阐明NPP与物候时空变化特征,探究气象因素和物候变化对NPP的影响。结果显示：1）2001-2020年超过70 %的区域出现生长季开始（Start of Growing Season,SOS）逐渐提前,平均每年提前0.57 d。超过90%的区域生长结束期（End of Growing Season,EOS）逐渐推迟,平均每年推迟0.51 d。2）SOS提前和生长季（Length of Growing Season,LOS）延长均对NPP增长产生显著影响（P<0.05）。SOS每提前1 d,NPP增长3.74 g/m2;LOS每延长1 d,NPP增长2.65 g/m2 。秋季EOS推迟对NPP变化影响不显著。3）春季和秋季,气候通过改变物候（SOS、EOS）对NPP的间接影响大于直接影响,而夏季温度和降雨对NPP的直接影响更大。该研究表明春季物候变化是NPP年际变异的重要驱动因子,春季物候提前导致NPP年总量增加。研究结果是都市区植被生产力如何响应气候变化认识的重要补充。     

渭河流域植被净初级生产力时空格局及影响因素分析

利用GIS技术将遥感数据和各种观测数据对渭河流域净初级生产力(NPP)进行估算并分析其时空格局及影响因素。结果表明,(1)整个流域12个月总的NPP平均值为473gC/(m2·a),空间分布特点是北部和西北部的黄土高原低,中部六盘山、子午岭和南部秦岭高;不同生态系统的平均NPP呈现为无植被地段61草地376农业植被440灌丛483森林692;(2)研究区NPP的积累期主要发生在4—10月份,其NPP占了全年NPP总量的90%;从季节来看,流域内春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月)4个季节的NPP各占全年总量的20.34%,52.51%,22.66%,4.49%;(3)渭河流域NPP与温度、降水和太阳辐射的相关性分析表明温度和降水是影响渭河流域NPP的2个重要影响因子。     

黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

高寒草原不同种草方式对流动沙丘植被恢复的影响

[目的]研究种草方式对流动沙丘植被恢复效果的影响,为高寒草原沙化土地治理提供技术支持.[方法]在甘肃省玛曲县流动沙丘,设置不同播种方式、不同草种和不同种草模式试验,分析不同种草方式对植被恢复的影响.[结果]撒播和条播对植被恢复无显著影响.总体上草种对植被恢复影响不大,流动沙丘植被恢复中只需种植垂穗披碱草(Elymus ...     

不同植被恢复模式土壤水分生态效应研究

采用野外调查、定点观测与室内分析相结合的方法,对渭北旱塬丘陵沟壑区不同植被恢复模式(A组为刺槐林1和荒坡,B组为封育和未封育,C组为刺槐林2和农田)土壤水分的变化规律进行了研究。结果表明,不同植被恢复模式土壤水分的季节动态变化趋势基本一致,近似于抛物线形,但也存在一定的差异。10月份以前,A、B两组植被恢复模式的土壤含水量均小于对照,此后较对照明显提高,说明在降水较少的月份,尤其是旱季,保水效果好;C组中,刺槐林2土壤含水量表现出和农田基本相似的变化趋势,且土壤含水量始终较农田高。3组不同植被恢复模式土壤水分平均值总体上随土层深度的增加而逐渐增加,当年降水对土壤水分的补偿作用均较好;其变异系数总体上随着土层的增加而逐渐减小;3组不同植被恢复模式不同层次土壤水分的变化幅度差异较大,随着土层深度的加大,土壤水分含量随时间的变化幅度呈减少趋势。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

2008-2014年植被覆盖变化对黑河流域净初级生产力的影响研究

土地利用/覆被变化是生态系统能量流动与物质循环的主要驱动力之一,土地利用/覆被变化最直观的表现就是植被覆盖度的变化,研究其对植被净初级生产力的影响,对区域土地利用的管理具有重要意义.研究利用MO-DIS反射率及NPP数据,分析了2008-2014年黑河流域植被覆盖度变化及其对NPP的影响.结果表明:(1) 2008-2014年,黑河流域年均NPP呈现上升的趋势,流域NPP总体呈现南多北少,上游地区的祁连山地带、中游地区的张掖、酒泉、临泽等地NPP值普遍较高,除沿河道外,下游NPP值普遍较低,并且在下游的北部地区NPP值达到了最低.(2)相比2008年、2014年黑河流域Ⅰ级(盖度小于20％)、Ⅳ级(盖度介于40％～60％)和Ⅴ级(盖度大于60％)植被覆盖等级所占比例有所上升,而Ⅱ级(盖度介于20％ ～30％)和Ⅲ级(盖度介于30％～40％)比例下降,影响该流域植被生长的主导性因子不同,上游地区主要受降水影响,下游受气温影响较大.(3)植被覆盖度对NPP的产量具有很好的指示作用,二者的决定系数高达0.90,NPP产量随植被覆盖度的增大而增加.(4) 2008-2014年,黑河流域NPP总量由6 052.82 GgC/a增加为6 624.54 GgC/a,增加幅度为9.45％,其中,面积减少17 086 km2的低植被覆盖区NPP总量减少仅为25.65 GgC/a,而高植被覆盖度区增加最多,从2 861.96 GgC/a增加为3 206.86 GgC/a,增加量为344.90 GgC/a,较高植被覆盖度区的NPP总量增加次多,增加了251.84 GgC/a,增幅为12.57％.     

气候变化背景下羌塘国家自然保护区植被净初级生产力时空变化

基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型,利用西藏羌塘国家自然保护区附近5个气象站1971-2018年气温、降水数据和第五次耦合模式比较计划（CMIP5）多个全球模式历史和未来预估数据,分析保护区附近及保护区气温、降水、植被净初级生产力（NPP）的时空变化特征。结果表明：（1）保护区附近年平均气温从西部到东部渐低,年降水量从西部到东部渐多。年平均气温（T）呈显著升高趋势,年降水量（R）和年蒸散量（E）均呈微弱增加趋势,伴随各站气温NPP（NPPt）呈显著升高趋势,降水NPP（NPPr）呈微弱增加趋势,大部分站点蒸散NPP（NPPe）和标准NPP（NPPb）均呈微弱增加趋势;（2）NPPt从西部到东部逐渐变小,NPPr从西部到东部逐渐变大,NPPe、NPPb从西部到东部先变大后变小。狮泉河、改则站植被NPP限制因子为降水,申扎、班戈站为蒸散,安多站为蒸散或气温;（3）21世纪不同年代NPPt、NPPr、NPPe和NPPb与20世纪所有年代相比均显著增大。保护区NPPt、NPPr、NPPe和NPPb在未来不同排放情景下相对于1960-1990年均明显增加。保护区在近48a和未来气候“暖湿化”趋势下,植被NPP均有所增加,东南部的寒冷湿润地区增加幅度较大,而西北部寒冷干旱地区增加幅度较小。未来气候有利于当地植被NPP提高,从而改善生态环境。     

玛曲退化草地生态修复研究

玛曲县是黄河上游地区的主要水源涵养地,草地生态系统服务价值巨大。近几十年来由于全球气候变化和人为因素的影响,草地退化严重,不仅明显制约了牧区经济的发展和当地藏族群众生活水平的提高,而且直接威胁到黄河流域的生态安全。在分析玛曲草地退化现状及发展趋势的基础上,根据生态恢复学原理,探讨了退化草地生态修复的途径,并提出了巩固治理成果的对策。     

地震灾区植被净初级生产力恢复效应评价

地震等重大灾害的发生,对区域植被及生态环境造成了巨大破坏,植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)能够反映绿色植物的生长状况,进行地震灾区植被NPP恢复效应评价,对掌握震后植被恢复情况和变化趋势具有指导意义。以"5·12"汶川大地震的极重灾区为研究区,选择地震前后3个时期的TM及MODIS卫星遥感数据,结合气象资料等其他数据,利用改进的CASA模型估算了灾区前后三年植被NPP。结果表明,灾后2009年植被NPP总量为9.827亿gC/a,相比灾前2007年减少了31.99%,2011年恢复期相比2009年增长了28.55%,但仍比2007年低12.57%,震后两年,灾区植被净初级生产力有所恢复,但未达到震前水平;从植被NPP空间分布来看,离地震中心越近的地方,植被NPP受到的削减程度越大,其恢复能力越差;经验证分析,评价结果具有较高的可信度,可为相关部门制定灾区生态重建和生态恢复计划与实施提供科学依据。     

扰动方式对典型草原区路域植被和土壤的影响

[目的] 分析不同扰动方式对内蒙古典型草原区土壤理化性质及植被特征的影响,为探索路域生态环境恢复规律,采用合理的恢复措施提供科学依据。[方法] 以锡林郭勒草原区3条公路(G303锡市—阿巴嘎旗段、G207锡市—西乌珠穆沁旗段、G207锡市—乌日图塔拉苏木段)为研究对象,采用空间代替时间的方法,调查研究了不同恢复年限(1,5,15 a)与不同扰动方式(碾压、路堑、取土场、路堤)路域土壤和植被特征。[结果] ①扰动方式对土壤理化性质有显著影响,其中土壤容重表现为：碾压＞路堤＞路堑＞取土场。随恢复年限增加,土壤容重表现为向未扰动区容重靠近趋势。土壤含水率表现为：碾压＜路堑＜取土场＜路堤,总体呈随恢复年限延长而增大趋势。土壤有机碳、全磷和全钾含量皆表现出碾压样地最差,路堤样地最优。②植物群落丰富度指数随恢复年限的增加显先增高后降低最终趋于稳定趋势,其中恢复5 a物种多样性指数相比于恢复15 a高。③主成分分析得出,恢复15 a的路堤、路堑、取土场扰动综合排名较高,其综合得分分别达到了2.33,1.42,1.32,碾压扰动的综合得分均处在最低水平,得分相比于未扰动区有明显差距,说明对生态系统破坏较为严重。[结论] 受到扰动的土壤理化性质及植被指数与未扰动土壤对比有很大差异,填方的土壤养分含量较高,而挖方土壤与未扰动区域相比,养分含量有明显缺失,需加强对该扰动区域的生态保护力度。     

不同植被恢复模式下矿区废弃地土壤水分物理性质研究

以南京幕府山矿区废弃地5种植被恢复模式人工林为研究对象,对其土壤物理结构和土壤水分特征进行研究,以期为长江下游地区矿山生态恢复提供参考。研究结果表明:阔叶混交林、阔叶纯林、针叶纯林、乔灌混交林和灌木林5种植被恢复模式林地土壤容重、孔隙度、含水量指标均优于对照地,土壤质量明显改善,持蓄水分和调节水分的潜在能力明显提高。其中阔叶混交林土壤结构特性最好,对水分的贮蓄和调节能力最强,其次是乔灌混交林及阔叶纯林,针叶纯林稍差,灌木林最差。相关性分析表明,不同植被恢复模式下林地土壤水分物理特征与其土壤水分变化和持排水性能密切相关。在以后植被恢复过程中应加强混交林营建,在树种选择上适当增加有利于改善土壤非毛管孔隙度的树种。     

植被净初级生产力模型研究

主要对植被净初级生产力模型发展进行回顾,比较各模型的特点,对模型存在的问题进行了探讨,指出模型的发展趋势。     

不同植被恢复措施下高寒沙化草地植被与土壤变化特征

草地沙化是青藏高原草地生态环境恶化的显著问题之一,为研究不同恢复措施对高寒沙化草地植被与土壤的影响,以沙化草地（DG）、人工草本恢复草地（AG）、人工灌丛恢复草地（AS）以及天然草地（NG）为研究对象,基于植被群落和土壤特征的变化及两者的相互关系,评价了不同人工植被恢复措施对高寒沙化草地22年的恢复效果。结果表明：（1） AG和AS分别使DG的地上生物量增加至109.21,1 293.21 g/m²,但2种恢复措施的草本地上生物量均显著低于NG,而AG的植被群落物种丰富度比AS显著低31.48%（p<0.05）。（2）与DG的0—10 cm表层土壤相比,AG的土壤孔隙度、含水量、总碳和总氮含量分别显著提高7.94%,67.95%,22.09%和257.14%,AS的这些指标也分别显著提高6.41%,43.00%,17.18%和242.86%;但2种恢复措施的土壤碳氮养分含量均显著低于NG （p<0.05）。（3） AS和AG的土壤有机碳矿化总累积量分别比DG显著提高133.39%和116.96%,但均显著低于NG,2种恢复措施间无显著差异（p>0.05）。可见,人工植被恢复措施显著促进沙化草地植被以及土壤恢复,但灌丛恢复更有利于提高植被物种丰富度,而草本恢复更有利于增加沙化草地土壤水分。     

毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

[目的] 探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法] 以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果] (1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松＞樟子松＞沙蒿×沙柳＞沙柳＞草地＞沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论] 植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...