植被年际变化对蒸散发影响的模拟研究

利用通用陆面模式(CLM3.0)及其植被动力学模式(DGVM)研究植被覆盖度(FC)和叶面积指数(LAI)的年际变化对全球蒸散发的影响。设计两套实验方案,其植被的FC和LAI的气候态相同,但一套实验中植被的FC和LAI有年际变化,而对照实验中则没有。结果表明:(1)在草、灌木、树占优势的地区植被FC年际变化依次减小;LAI年际变化较大的地区集中在草和灌木覆盖的地区,在落叶林地区,春秋两季植被LAI的年际变化也较大。(2)全球树占优势的大部分地区,植被的年际变化使得年平均蒸散发和地表蒸发增加、冠层蒸发和蒸腾减少;而在灌木和草覆盖区,变化则大致相反。(3)低纬度地区蒸散发季节循环变化比较明显,而北半球中纬度地区,蒸散发变化明显区随着纬度增加而在时间上向后推延。(4)FC和LAI年际变化较大时,蒸散发及地表蒸发降低,而蒸腾增加;这些差异随FC和LAI年际变化的增加而增加。单点分析进一步表明植被年际变化不仅改变蒸散发的多年平均值,同时改变其分量间的相对比例。     

黄河流域参考作物蒸散发量的混沌特性研究

为了更好的研究流域参考作物蒸散发量在时间上和空间上的变化特征,并合理利用参数来预测未来参考作物蒸散发量的变化规律,本文以黄河流域内玛曲站为代表,通过混沌理论和相空间重构技术,在重构相空间的基础上分别计算出饱和关联维数D2、最大Lyapunov指数来表征系统的混沌性质,为进一步预测黄河流域参考作物蒸散量的未来变化趋势提供...     

日照和蒸散发量对微藻生长的影响

【目的】微藻是可以进行光合作用的水生生物,不仅可用作为生产生物柴油的原料,同时也可用于生产高蛋白食物和动物饲料等。微藻生长不与陆生植物竞争土地资源,其整体应用对可持续农业发展的潜力巨大。高产量微藻养殖对微藻整体产业发展至关重要,以室外硅藻养殖为实例,探讨生长阶段光照和需水量等要素与产量的关系,为大规模养殖管理提供指导。【方法】利用深圳兆凯生物能源研究中心室外硅藻养殖平台,研究硅藻养殖的适宜设备和生长条件,收集开放式光反应器硅藻养殖系统生长阶段的每日产量数据;同时从深圳市气象局和深圳大学城北大气象观测站收集相应的温度、光照、湿度等气象资料。通过光合作用模型量化硅藻生长的光照需求,同时利用SIMMETEO模型结合温度、光照、湿度等气象要素模拟硅藻生长过程的日蒸散发量。最终通过统计分析建立光照、水分需求量和硅藻产量的关系模型,研究其对硅藻生长的影响。【结果】在年均温度较高的地区,相较于太阳辐射等气象因素,温度对硅藻日产量的影响相对较小,其线性拟合优度R²=0.464。太阳辐射对硅藻日产量影响显著,其线性拟合优度R2=0.656。同时,太阳辐射与蒸散发量有显著相关性,其sigmoidal曲线拟合优度达0.962。当每日太阳辐射值为9.67-12.67 MJ•m-2时,其对硅藻的蒸散发量影响最大;当每日太阳辐射值超过12.67 MJ•m-2时,硅藻的日蒸散发量不再随太阳辐射增大而增加,维持在4.63 mm左右,表明该生长系统的水分需求已达饱和。蒸散发量实际代表硅藻生长阶段的水需求量,硅藻日产量与日蒸散发量的线性拟合优度R2=0.637,表明蒸散发量对硅藻生长也有显著影响,硅藻生长需要适当的水分供给,当水分供给受限,不能满足生长需求,产量增长则受到限制;同时,硅藻生物量的增加也会导致水需求量的不断增大,以满足生理生化过程。【结论】太阳辐射和蒸散发对微藻生长有显著影响,是提高微藻产量时必须考虑的重要因素。硅藻需水量相比光照需求,更易量化和控制,研究硅藻的蒸散发量可以明确硅藻实际生长过程中的水分需求,为有效地进行水分供给提供依据,可应用为微藻养殖供水管理方面的有效工具。     

不同蒸散发模型在淮河上游的对比应用研究

为对比不同蒸散发模型在淮河上游的应用情况,分别选用P-M公式和双源蒸散发模型计算淮河上游潜在蒸散发能力,并与淮河上游息县站实测蒸散发进行对比。研究结果表明:在年尺度上双源蒸散发模型与实测蒸散发值相关系数为0.72,P-M公式与实测蒸散发值相关系数为0.63;在月尺度上,双源蒸散发模型与实测蒸发皿蒸发值在月尺度吻合度更高,双源蒸散发模型更适合于淮河上游潜在蒸散发计算,研究成果对于淮河上游无资料地区水文模拟和农作物需水研究具有参考价值。     

东北春玉米不同生育阶段日蒸散发模型的适用性研究

为准确估算东北地区春玉米不同生育阶段内的蒸散发量,本研究基于锦州农田生态系统野外观测站2007—2008年涡度相关系统的春玉米蒸散发数据,利用相关系数、平均偏差和均方根误差等量化指标,结合线性加权和法,综合评价了6种日尺度蒸散发模型(组合法:FAO 56-Penman-Monteith;温度法:Hargreaves-Samani、Blaney-Criddle;辐射法:Makkink、Jensen-Haise、Priestley-Taylor)在春玉米不同生育阶段的适用性。结果表明:1)春玉米不同生育阶段内蒸散发平均日动态均呈单峰型曲线变化,生长季内日蒸散发量峰值出现在花粒期初;2)春玉米不同生育阶段反映了其稀疏程度导致的覆盖度差异对蒸散发的影响。综合评价结果表明,除PriestleyTaylor模型外,基于辐射法模型的模拟效果整体优于组合法和温度法模型;3)苗期的修正Blaney-Cridele模型、花粒期的修正Makkink模型以及穗期的原始Jensen-Haise模型具有较高的模拟精度,为东北春玉米不同生育阶段日蒸散发量的准确估算提供参考。     

玛纳斯河流域不同地貌和植被类型下土壤物理性质研究

[目的]定量研究玛纳斯河流域(以下简称玛河流域)不同地貌类型和植被覆盖下的土壤物理性质,以期为深入研究玛河流域盐碱土改良和农业生产耕作提供科学参考.[方法]综合考虑玛纳斯河流域干三角洲、冲积平原和冲积扇扇缘带三种主要地貌类型和植被覆盖的不同,对其上生长的柽柳(Tamarix ramosissima)、盐穗木(Halostachys caspica)、猪毛菜(Salsola spp.)、小叶碱蓬(Suaeda microphyll)四种植被覆盖类型下的土壤含水率、土壤容重、颗粒组成和有机质进行研究,并利用SPSS13.0软件对土壤各项物理指标进行方差分析.[结果]从干三角洲到扇缘带,0 ～100 cm剖面内土壤平均含水率和有机质逐渐升高;土壤平均容重表现为干三角洲＞扇缘带＞冲积平原区;颗粒组成干三角洲砂粒含量为58.04;,达到最大,冲积平原区主要以粉粒为主,为56.21;.在立地垂直剖面上,随着土壤深度的增加,土壤含水率和容重均表现出显著性升高;土壤有机质显著性降低.相比对照的空裸地,四种植被类型在0～100 cm剖面内土壤平均含水率分别提高了19.03;、8.93;、8.20;、13.18;;土壤平均容重分别降低了13.07;、7.95;、16.48;、2.84;,平均土壤有机质含量分别提高了70.44;、39.41;、5.63;、14.05;;平均砂粒含量分别降低了35.57;、27.50;、15.97;、17.72;.[结论]玛纳斯河流不同地貌和植被类型下的土壤物理性质存在在显著差异性;相比空裸地,耐盐盐生植物,可以增加植被覆盖度,提高土壤保水能力,对流域农业垦区盐碱土的改良具有重要的意义.     

海岸退化沙地不同植被恢复模式的土壤微生物量及其与土壤养分的关系

以裸沙地为对照,研究了海岸退化沙地不同植被恢复模式(天然次生林、木麻黄+潺槁木姜子混交林、木麻黄人工纯林)的土壤微生物量及其与土壤养分的关系。结果表明:裸沙地植被恢复后,不同植被恢复模式的土壤微生物量碳、氮、磷含量均明显提高(P<0.05),增幅分别为103.966%-491.166%、89.352%-335.087%、65.536%-85.896%,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳、全氮、全磷的比例分别为1.543%-3.113%、1.733%-2.870%、0.964%-1.447%,自然恢复的天然次生林高于人工恢复的木麻黄纯林和混交林;土壤微生物量碳、氮、磷与土壤有机质、全氮、全磷、全钾呈极显著正相关(P<0.05),土壤微生物量碳、氮均与有机质、全氮具有较强的线性关系。     

延河流域自然与人工植被地上生物量差异及其土壤水分效应的比较

【目的】针对延河流域人工植被建造存在植被退化的问题,比较了自然植被与人工植被地上生物量的差异及其土壤水分效应,探寻人工植被退化的原因,为延河流域植被恢复重建提供理论支持。【方法】共采集57个气象站点1980-2000年的气候数据,并根据降雨和温度变化,将延河流域划分为17个环境梯度单元,测定了自然植被地上生物量及0～500cm土层土壤含水量,分析自然植被的空间变化及其影响因素,对自然植被与人工植被地上生物量及相应的土壤水分变化进行比较分析。【结果】延河流域自然植被地上生物量在空间上存在明显差异,从西北向东南呈现逐渐递增的变化趋势。自然植被地上生物量与年均总降雨量呈正相关关系,与年均生长季温度呈负相关关系;相同气候区的自然植被地上生物量随坡位和坡向的变化差异均很大。以自然植被为参照,人工植被地上生物量最大超载可达30 425.83g/m2,最小超载为118.93g/m2,平均为6 668.00g/m2,说明人工植被地上生物量明显超出了自然状态下所能承载的范围。与自然植被相比,人工植被土壤水分最大亏缺量可达80.5g/kg,说明人工植被地上生物量的超载引起平均土壤含水量显著低于自然植被,出现了不同程度的土壤干层,进而导致人工植被群落的衰退或死亡。【结论】生物量超载是引起土壤水分耗竭、植被退化的主要原因。植被恢复重建规划时,必须充分考虑特定立地环境条件下潜在生物量的制约,而不是盲目地选择不适宜的物种。     

黑龙江省气候变化趋势对自然植被第一性净生产力的影响

自然植被第一性净生产力(Net primary productivity,NPP)可能是对气候变化反应最为敏感的生态环境因素之一,研究气候变化对NPP的影响可为保护及合理利用自然植被资源提供理论依据。本研究利用黑龙江省1961~2003年逐日气象资料,采用NPP综合研究模型和气候变化趋势分析的数学方法,研究了黑龙江省近43年来气候和自然植被NPP及其变化趋势的时空特征。结果表明,黑龙江省近43年来年平均气温和年降水量总体上呈增加趋势,年平均气温变率和年降水量变化趋势百分率10年分别为0.38℃和0.49%;日平均辐射量总体呈下降趋势,日平均辐射量变化趋势百分率10年为-0.86%,各地气候要素(年平均气温、年降水量、日平均辐射量)及变化趋势存在空间差异。自然植被NPP在时间变化上呈增加趋势,NPP的平均变率10年为0.077 t/hm2;自然植被NPP及其变化趋势存在空间差异。黑龙江省中、东部湿润且热量较好地区,自然植被NPP值较高;西部干旱地区和北部大兴安岭寒温带热量资源匮乏地区,自然植被NPP值较低。气候要素及其变化趋势的空间差异对自然植被NPP及其变化趋势的空间差异具有重要影响,自然植被NPP的时间分布特征与黑龙江省年平均气温、年降水量的时间分布特征基本一致;在黑龙江省近43年来气温趋势增高的背景下,自然植被NPP变率的空间变化与年降水量变化趋势百分率的空间变化基本一致,限制黑龙江省自然植被NPP的主要原因是水分供应相对不足,在黑龙江省西部地区松嫩平原表现特别明显。自然植被NPP的变率与年平均气温变率、年降水量变化趋势百分率呈正相关,与日平均辐射量变化趋势百分率呈负相关。     

疏勒河流域不同植被类型土壤酶活性动态变化

以疏勒河流域中游玉门饮马农场不同植被类型（白刺、小麦、苜蓿、孜然和茴香）土壤为研究对象,以荒地为对照,探讨疏勒河流域绿洲荒漠过渡带不同植被类型条件下土壤酶活性季节变化特征。结果表明：不同植被类型显著提高了土壤脲酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性,且0～20 cm土层高于20～40 cm土层。其中苜蓿地土壤脲酶和硝酸还原酶含量最高,其平均值比对照分别增加了77.88%和156.94%;孜然地碱性磷酸酶含量最高,平均是对照的4.43倍;小麦地脱氢酶和过氧化氢酶活性最高,其平均值比对照分别提高了112.72%和51.00%。土壤脱氢酶活性与土壤磷酸酶、过氧化氢酶之间呈显著、极显著的正相关关系。土壤酶活性受生长季节影响较大,但无明显的规律性。5种植被类型土壤酶活性存在差异,但因季节因素的影响,很难确定哪种植被类型对土壤酶活性的影响最大。     

塔里木河上游地区不同植被土壤水分特性分析

对塔里木河上游地区的林、灌、草植被下的土壤水分含量进行分析表明.在0～100 cm深度范围的土壤水分含量的分布规律是草本林木灌木,植被盖度20%的土壤水分含量明显高于盖度为1%、1%～10%和10%～20%时的水分含量.通过对林木、灌木、草本植物的盖度与土壤水分特征进行相关分析.林木盖度与20～40cm深度的土壤水分呈显著正相关,与80～100 cm的土壤水分呈极显著正相关:灌木盖度与5～10 cm深度、60～80 cm深度土壤水分呈显著负相关.     

玛纳斯河流域扇缘带不同植被类型下土壤物理性质

对生长在玛纳斯河流域扇缘带上的柽柳、盐穗木、白刺、猪毛菜4种植被类型下的土壤物理性质进行了研究.结果表明:在水平方向上,1m剖面内柽柳土壤pH值、全盐含量、土壤容重最小,分别为8.75、0.97g/kg和1.42g/cm3;土壤有机质、含水率、总孔隙度、毛管孔隙度均最大,分别为9.04 g/kg、16.67％、45.57％和36.18％,表明柽柳能够显著降低土壤盐分,改善土壤结构.沿垂直剖面,4种植被类型在表层0-20 cm土壤盐分均达到最高,出现盐分“表聚”现象而形成“盐霜”;随着土层深度增加,含水率和土壤容重均呈显著性升高,土壤有机质、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均呈显著性降低(P＜0.05).相关性分析显示,土壤有机质是引起其他土壤物理性质变化的主要原因.相比空裸地,4种植被覆盖类型1 m剖面内土壤有机质、总孔隙度和毛管孔隙度均呈显著性提高,土壤容重显著性降低,有机质分别提高了162.94％、82.94％、85.59％和27.94％,总孔隙度分别提高了44.90％、20.83％、36.06％和15.80％,毛管孔隙度分别提高了58.27％、30.71％、43.48％和25.72％,土壤容重分别降低了18.86％、10.86％、17.14％和7.43％,表明干旱荒漠区盐碱土上生长的不同盐生植物能够显著改善土壤质量.     

清水江流域稻植气候适宜度时空变化分析

[目的]研究贵州省岩溶区清水江流域水稻种植气候适宜度时空变化,为稻植区合理规划布局及可持续发展提供参考依据.[方法]运用清水江流域2000~2014年16个气象观测站的逐日日照、降水量和温度数据及水稻平均物候观测资料,构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型,并运用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对水稻全育期及各生育阶段的气候适宜度和稻植区分别进行测算、解译和空间分析.[结果]清水江流域稻植气候温度适宜度、降水适宜度和综合适宜度较高,且温度适宜度>降水适宜度;除拔节孕穗期和灌浆成熟期外,日照适宜度均较低.水稻幼苗期,降水适宜度>温度适宜度>日照适宜度;分蘖期和拔节抽穗期,温度适宜度>降水适宜度>日照适宜度;抽穗开花期和灌浆成熟期,温度适宜度>日照适宜度>降水适宜度.稻植适宜区分布于高程小于800m、坡度小于25°的局部区域.[结论]清水江流域气候条件能够满足水稻全育期及各生育阶段的需求,但日照时间较短,对水稻生长发育有胁迫作用,其最适宜稻植区集中分布于东南及西北部的坝区、阳坡和半阳坡区.     

气候变化和人类活动对渭河流域入黄径流的影响

以渭河流域气温、降水、实测径流量、河川耗水量及流域水土保持措施面积等资料为基础,应用秩次相关法检验分析了气候要素的变化趋势;应用回归分析法,以降雨为气象要素,以水土保持、河川径流引水、傍河取水为人类活动要素,定量研究了气候变化和人类活动对渭河入黄径流的影响。结果表明,不同径流来源区的降雨变化对入黄径流变化的影响不同,其中关中地区的影响最大;与多年平均值相比,20世纪90年代渭河入黄径流减少了29.04亿m3,其中因降雨量减少10.4%而对应的径流量减少了19.81亿m3,占径流减少量的68.2%;水土保持活动、河川耗水、傍河取水激发地表水对地下水的补给以及雨水集蓄等人类活动的变化,引起径流的变化量分别占径流减少量的8.5%,10.1%,9.8%和0.2%。     

石羊河流域气候变化及对作物生育期的影响

〗利用石羊河流域5个农业气象观测站1951—2009年气象资料和武威市作物（春小麦、玉米）生育期观测资料,采用线性对比分析、Mann-Kendall趋势检验和突变检验分析、Arcgis空间统计分析、Morlet小波分析、SPSS统计分析等方法,分析了该地区的气候变化特征,以及气候变化对作物（春小麦、玉米）生育期的影响。结果表明：近60年来石羊河流域不同地区的气温呈不同程度的上升趋势,月、季、年平均降水增量不同程度地增（减）,并且气候变化显著周期分别为：平均气温3～5 a,降雨量1～3 a。从气象因素对作物生育期的影响可以看出,降水是影响春小麦乳熟期长短的主要气象因素,而气温和降水与玉米关键生育期的相关性不显著。     

基于不同尺度NDVI定量分析的区域植被生态空间分布与演变研究——以漓江流域为例

归一化植被指数NDVI越来越广泛地应用在区域植被生态环境演变研究中,而运用不同尺度的植被指数研究同一区域的植被生态演变,其研究结论是否具有一致性是衡量该研究方法是否具有可行性和推广性的关键点。本研究运用两种不同尺度的植被指数GIMMS-NDVI和MODIS-NDVI对漓江流域进行一定周期的植被生态演变研究,研究结果表明,两种方法推演的漓江流域植被生态演变趋势是基本一致的。因此,在漓江流域MODISNDVI能延续GIMMS数据的时空特征,从而能为漓江流域长周期的生态演变研究打下良好的数据基础。     

黄河三角洲不同演替阶段湿地群落的土壤和植被特征

为了了解黄河三角洲不同演替阶段湿地的土壤和植被特征,用时空替代法对处于不同演替阶段的湿地群落进行了研究。结果表明：随着湿地土壤含盐量减少,土壤有机质和全氮质量分数逐渐增加,碱解氮和速效磷质量分数表现出基本一致的变化趋势。方差分析结果表明：各样地间主要养分质量分数差异显著（P〈0.05）。盐地碱蓬Suaeda salsa群落、柽柳Tamarix chinensis群落和白茅Imperata cylindrica群落建群种的重要值分别为65.47%,36.23%和34.50%,1年生草本植物的重要值分别为65.47%,30.43%和15.41%,多年生草本植物的重要值分别19.90%,33.33%和79.67%。随着演替的进展,建群种和1年生草本植物的重要值逐渐降低,多年生草本植物的重要值逐渐升高。物种丰富度和多样性指数的大小顺序都为白茅群落〉柽柳群落〉盐地碱蓬群落。因此,演替不同序列湿地的土壤和植被存在明显分异。图1表3参15