2000-2018年间青藏高原植被覆盖变化及其与气候因素的关系分析

探讨全球气候变化背景下青藏高原地区植被覆盖变化及其驱动因素,对加深全球气候变化的认识和生态环境保护具有重要的生态价值和现实意义。本研究利用2000-2018年中尺度分辨率成像光谱归一化植被指数（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Normalized Difference Vegetation Index,MODIS NDVI）1 km·月^-1分辨率数据以及气象观测数据,采用最大合成法、趋势性分析以及相关分析方法,探讨了青藏高原地区NDVI的时空变化趋势及其与气温、降水的关系。结果表明,近19a来,青藏高原地区NDVI呈增加趋势。从地理单元来看,低植被覆盖区主要分布于西藏大部、新疆南部和甘南局部以及青海西北部;中植被覆盖区主要位于青海与甘肃、西藏、四川和云南的交汇区域;高植被覆盖区主要分布在四川和云南西北部、青海和甘南以及藏东南局地。除局部地区植被有所退化,大部地区植被生长良好,且植被改善的面积大于植被退化。因此,青藏高原植被整体呈稳定恢复状态。青藏高原地区NDVI与同期气温和降水均显著相关,但与气温的关系更密切。气温每升高1℃,NDVI增加0.128;降水每增加100 mm,NDVI增加0.172。     

气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响

为探究内蒙古植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时空格局及其与气候变化的关系。本文利用MODIS NPP数据分析内蒙古2001—2020年植被NPP的时空变化，利用Thornthwaite纪念模型和差值比较法分离气候变化和人类活动对于该地区NPP的影响。结果表明：(1)2001—2020年研究区NPP呈显著的增加趋势(3.29 gC·m^-2·a^-1),NPP总体呈东高西低的空间分布格局，且99.1%的区域NPP呈升高趋势。(2)在植被改善的地区中，大兴安岭地区、研究区西南部主要是由人为主导，研究区中部包括通辽赤峰和锡林郭勒等地区主要由气候主导，其他地区由两者共同作用。在土地退化的区域，多为人为主导。其中，森林主要受人类活动的影响，草地主要受气候变化的影响。(3)人类活动影响的NPP (Human net primary productivity, HNPP)总体呈正值，即人类活动抑制了植被生长，高值区主要分布在研究区的南部，这些地区人为活动对植被的生长抑制更大。     

基于MOD16的锡林郭勒草原14年蒸散发时空分布特征

基于MODIS全球陆地蒸散发产品(MOD16),对锡林郭勒草原近14年蒸散发的年际和年内时空变化规律进行分析,同时探究不同类型草原蒸散发的变化特征。结果表明:(1)2000~2013年研究区蒸散发有波动中缓慢上升的趋势,在175.2~234.5mm间波动,多年年均值达204mm。月蒸散量高值集中在水分充足、气温较高、植被生长旺盛的6~8月份,在7月份达到最大值。(2)锡林郭勒草原多年平均蒸散发的空间格局由东北向西南逐渐减少,植被覆盖度高的区域蒸散量大,近14年来蒸散发的变化有增加趋势的面积大于呈减少趋势的面积,其中呈显著增加的像元主要位于东乌珠穆沁旗北部;减少的地区主要分布在二连浩特、苏尼特右旗及苏尼特左旗西部等。(3)不同草原类型蒸散发量由草甸草原向草原化荒漠、典型草原和荒漠草原逐渐减少。(4)在年际尺度上,在锡林郭勒地区降水是影响蒸散量的更为重要的因素。     

2000～2021年青海湖流域土地荒漠化时空变化分析

为定量评估青海湖流域生态环境的时空分布及动态变化，基于2000～2021年的MODIS影像数据，对青海湖流域的NDVI时空变化、气候成因进行了定量分析；同时利用NDVI格点数据开展了青海湖流域荒漠化评估及分析。结果表明，青海湖流域植被覆盖度由西向东逐渐递增，其西北部集中了大部分低、中低覆盖区，中部集中了大部分中高覆盖区，东北部集中了大部分高覆盖区。近22 a来，青海湖流域NDVI整体趋好，植被覆盖状况得到显著改善。但结果同时显示出青海湖流域局部地区仍存在荒漠化，面积为2 247 km²(截止2021年)，占整个流域的8.86%，以轻度荒漠化为主。重度荒漠化区域位于沙岛地区，轻度和中度荒漠化区域主要位于天峻地区。     

基于遥感监测的天山新疆段草地退化时空特征及其与气候因子的关系

以植被覆盖度作为草地退化的遥感监测指标,基于2001-2020年天山新疆段MODIS NDVI和气象遥感资料,采用像元二分模型、草地退化指数、冷/热点分析、变异系数和相关性分析等方法,分析草地退化时空特征及其与气候因子的关系,结果表明：1) 2001-2020年平均草地退化面积占总面积的34.04%,草地退化指数为1.67,处于轻度退化水平。2)空间上,轻度退化草地空间分异特征明显,主要集中分布在天山西部和中段山区,中度退化和重度退化草地面积较小且不集中,95%以上的区域草地植被覆盖度变异系数小于0.2,总体上覆盖度的年际波动小,变化相对稳定。3) 2001-2020年草地植被覆盖度受气候因子驱动的区域占总面积的44.23%,主要分布在天山西部和东部,受非气候因子驱动的区域占总面积的55.77%,在山区和南北两侧地势较平缓的区域均有分布,说明非气候因子在天山新疆段草地的变化中起到主导作用。该研究结论可为当地草地资源保护与利用提供科学依据。     

2001—2020年青藏高原草地NDVI时空变化及驱动因子分析

环境变化引起的植被变化对生态系统过程产生了重大影响。然而，目前对植被生长及其对多影响因素响应的研究仍不够深入。本文采用Theil-Sen中位数趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、岭回归分析和结构方程模型等方法，探究了青藏高原草地归一化差值植被指数(Normalized difference vegetation index，NDVI)时空变化特征及其对驱动因子的响应。结果表明：青藏高原2001—2020年草地NDVI从东南向西北呈下降趋势，年际变化呈上升趋势，坡度较小区域的草地分布较集中，阴坡草地生长情况较好。另外，区域内草地受水分利用效率(Water use efficiency，WUE)升高和温度升高而生长情况变好，且草地WUE是影响草地NDVI变化的主导因子。本研究提高了我们对多变量如何共同影响草地生长的认知，也强调了WUE对草地生长的重要性。     

2001—2013年若尔盖地区植被退化的时空格局分析

为了解若尔盖地区生态变化的过程,利用2001—2013年的MODIS-NDVI数据,以植被覆盖度为指标监测若尔盖地区植被退化过程,采用主成分分析方法筛选景观指数分析了植被退化格局的时空特征。结果表明:近年来研究区植被退化以2008年为节点分为2个阶段,第1阶段退化范围逐年扩大,第2阶段局部地区退化得到控制但整体退化加重;PD,AI和FRAC_AM指数揭示了研究区植被退化格局破碎度增大的过程,第1阶段较低退化程度的斑块密度不断增大,第2阶段较重退化程度的斑块持续侵入并相连成片。虽然该区生态环境治理已取得一定的效果,但生态恶化的趋势并未得到根本遏制,且植被退化主要发生在北部地区。     

三江源植被覆盖区NDVI变化及影响因素分析

为研究三江源植被覆盖区归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)的变化及其影响因素,本研究利用植被类型、中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS) NDVI产品和气象数据等,结合趋势分析和偏相关分析等方法,分析了三江源植被覆盖区2000—2019年NDVI时空变化和引起NDVI变化的主要影响因素。结果表明,三江源植被覆盖区NDVI主要呈增加趋势,明显增加比例为38.49%,局部地区出现减小趋势,明显减小比例为1.49%。气候变化促进研究区NDVI增加,温度升高在研究区西部起主导作用,降水增加在东部地区的作用效果较明显,日照时数对局部地区的影响较大。另外,气温上升引起的冻土消融会造成高坡度地区土壤水分流失,进而导致对水分较敏感的植被如草甸的NDVI减小。     

青海湖流域植被物候格局时空动态变化及其与植被退化的关系

本研究利用2000-2014年期间MODIS 16 d合成EVI 数据,选用阈值法模型提取了青海湖流域逐年的植被关键物候期,分析了物候时空动态变化特征及其与植被退化的关系。结果表明,青海湖流域内植被陆续在4月中旬-6月中旬进入返青阶段,8月中旬-10月中旬进入枯黄期,生长季长度在100~150 d之间。植被陆续进入返青期的时间在流域整体空间上呈现由东南向西北延迟的水平地带性变化趋势,多高山分布区域的植被进入返青期时间表现出垂直非地带性特征。植被进入枯黄期的时间与进入返青期早晚的时间在空间格局上相反,生长季长短空间格局与植被进入返青时间早晚的空间格局一致。气候变化趋势下,流域植被物候时空动态变化存在空间异质性,返青期均值年际变化趋势不明显,枯黄期均值提前6.4 d,生长季均值缩短8.9 d。流域内植被物候除受气候因子影响外,与植被退化也有密切关系。植被生长趋于茂盛,返青期呈现延迟趋势;植被生长退化趋势,返青期呈现提前倾向。枯黄期与植被退化的关系较复杂,整体上未表现出明显一致的相关性。植被生长季与植被退化呈现强负相关,即植被生长呈现茂盛趋势的区域,生长季缩短。     

河西干旱区植被覆盖度时空格局分析

以河西地区草地植被为研究对象,基于长时间序列的MODIS和野外实测数据,探讨了现有的3种植被覆盖度反演模型在研究区的适用性,并以此为基础分析了2001–2015年河西地区草地植被覆盖度时空分布特征。研究结果表明,基于TVI的经验模型能够在大范围内较好地估算植被覆盖度;河西地区草地生长季植被最大覆盖度空间分布差异明显,植被覆盖度由东南向西北逐渐降低;2001–2015年间研究区植被覆盖度总体上呈现出极显著增加的趋势(P 0.01),但在空间分布上存在一定的异质性;植被恢复的区域主要集中在中、西部地区;退化草地零星分布在马鬃山北部、石羊河流域西部以及祁连山东段地区。     

蒙古高原草地退化程度时空分布定量研究

为了实现大面积遥感定量评估蒙古高原草地退化状况,利用NDVI数据反演1982-2013年草地植被覆盖度,并以1982-1985年覆盖度作为基准数据,计算1986-1999年和2000-2013年草地退化指数。结果表明,1986-1999年和2000-2013年,蒙古高原草地覆盖度分别达到14.60%和18.43%,呈上升趋势;1986-1999年显著(P0.05)和极显著(P0.01)增加的面积分别为298.86和189.67 km2,2000-2013年增加面积分别为443.32和92.46 km2;相对1986年,2007年的草地覆盖度最差,2001和1995年也较差,而2013年草地覆盖度最好,表现为初期一般、中期变差、后期变好且好于初期;草地退化程度方面,1986-1999年重度退化草地面积所占百分比最大,达50.35%;2000-2013年中度和重度退化草地面积百分比分别是39.42%和30.34%,总和接近70%,草地退化状况有由极重度、重度向中度和轻度转变的趋势,草地趋于好转。     

近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,利用MODIS NDVI数据及像元二分模型,反演草地植被覆盖度,以草地植被覆盖度为评价标准,结合数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据及Getis-Ord Gi*冷/热点分析方法,对伊犁河谷2001-2015年草地退化的时空特征进行了分析。结果表明,1)受持续过度放牧及气候条件影响,2001-2015年伊犁河谷草地整体持续退化,15年内退化草地比例达46.18%,但退化以轻度为主;2)空间上退化草地的分布范围逐步向高海拔区域扩展,海拔1 500-3 000 m的中山和中高山区退化草地扩张最明显;3)草地生态保护政策的实施减缓了草地退化速度,草地退化与改善的空间差异逐渐明显,以退化为主的单一变化趋势有所改变;4)利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法存在对高植被覆盖区域草地退化敏感性相对较弱的缺陷。     

青藏高原高寒湿地退化过程中土壤微生物群落功能多样性特征

为给高寒湿地的退化监测和恢复治理提供科学理论依据，本试验在三江源黄河源区选取退化高寒湿地，采用空间代替时间的方法，选取不同退化阶段并利用常规实验室分析法和Biolog-Eco微平板法研究其土壤微生物群落结构及功能的变化特征。结果表明，高寒湿地、沼泽化草甸和退化草甸样地微生物群系相似性更高。不同退化程度的土壤微生物活性从高到低排序依次为：沼泽化草甸 > 退化草甸 > 湿地 > 重度退化草甸 > 退化草原。整个退化过程土壤微生物对酯类碳源代谢能力均为最强，在退化早期土壤微生物对酸类碳源的利用率较低。土壤微生物平均颜色变化率（Average well color development，AWCD）主要受到土壤全氮含量、土壤有机碳含量、全氮/全磷、植物盖度、土壤含水量和地下生物量的影响。     

青藏高原退化草地的恢复潜势研究

近年来青藏高原高寒草地生态系统整体上呈现改善的状态,但仍有部分草地存在不同程度的退化,对青藏高原草地现状及恢复潜势进行评估对于青藏高原退化草地恢复政策的制定具有重要意义。基于2001-2019年气象数据与MODIS遥感影像,选用CASA模型和Thornthwaite Memorial模型分别计算了青藏高原现实净初级生产力（actual net primary productivity,NPP）和潜在净初级生产力（potential net primary productivity,PNPP）,并以其差值评估草地恢复潜势,主要结论如下：1）2001-2019年青藏高原NPP呈现东南部高,西北部低的分布特征;青藏高原草地持续恢复区域占40.98%,持续稳定区域占12.72%,而持续退化区域仅占3.47%,青藏高原草地整体以可持续的恢复状态为主。2）2001-2019年青藏高原潜在净初级生产力最大值（maximum potential net primary productivity,PNPP_m）呈现明显东南与西南部高,北部偏低的空间分布格局。各草地类型PNPP_m多在1000 g C·m^-2左右。3）2001-2019年青藏高原草地恢复潜势呈现西南与东南部较高,北部偏低的分布情况。由此可见日喀则地区、阿里南部地区、阿坝藏族羌族自治州以及甘南藏族自治州等地的草地具有较高的恢复价值,在这些地区开展草地恢复的前景更好。研究结果为青藏高原退化草地恢复政策的制定提供科学与理论支撑,对指导青藏高原草地保护与生态系统恢复具有重要意义。     

青藏高原高寒草地的退化及其恢复

述评了青藏高原高寒草地的退化及其恢复治理。青藏高原高寒草地是世界著名的放牧生态系统之一,严重的草地退化正在危及着高原的生态环境,三分之一的高原草地已经退化。"黑土滩"退化草地,作为高原上严重退化草地的一种特殊形式,已经从上世纪80年代的396.57×104公顷增加到90年代的703.19×104公顷。然而,迄今为止青藏高原高寒草地的退化趋势仍然没有改变。研究表明高寒草地的退化是一种连续的过程,遵循如下的次序:未退化草地-轻度退化草地-中度退化草地-重度退化草地。高寒草地退化的原因包括人为和自然因素的影响。人为因素包括季节性过度放牧、盲目开垦草地、采矿、道路建设、开矿采金等等。自然因素包括气候变暖变干、鼠虫害影响、风和水的侵蚀、草皮层冻融等等。需要强调的是在许多高原地区过度放牧总是草地退化的主要原因。面临着这个严峻的形势,许多科学家和当地政府从20世纪80年代起充分重视退化草地恢复,以达到保护天然牧场和生态环境的目的。基于恢复生态学的原理,针对退化草地的恢复,一些有效的实践及综合治理的对策已经在青藏高原得到发展。退化草地恢复的实践包括围栏封育、松耙、补播、施肥、草皮移植、啮齿类动物及杂草的控制、选择和筛选优良牧草、建植人工半人工草地、优化家畜结构等等。基于这些实践,退化草地的综合恢复,人工草地建植及持续利用在青藏高原高寒草地分布区应进一步加强。     

基于RUE和NDVI的三江源区草地生态评价

为评价三江源区草地生态退化和恢复状况,基于降水利用效率(RUE)和归一化植被指数(NDVI)的综合评价指标体系,利用三江源区15年(2001~2015)的生长季最大NDVI数据(NDVImax)及同期65个气象站的年降水量数据为基础数据,计算每个像元的RUENDVI及其变化趋势,综合评价三江源区草地生态退化、改善趋势和空间分布。结果表明:(1)近15年三江源区草地生态呈明显好转态势,草地退化面积仅占三江源区总面积的5.85%;(2)从空间分布上地退化主要分布在三江源区中东部,呈明显的西北—东南条带状分布。在三江源区东部,草地退化呈点状分布格局;(3)三江源区RUENDVI与年降水量呈显著负相关关系,与NDVImax呈极显著正相关关系。研究基于RUE和NDVI的综合评价指标体系简单易获取,具有较强的可行性和可靠性,避免了仅利用RUE变化趋势指标引起的误判,研究结果为三江源区草地生态管理和进一步的生态建设提供了科学依据。     

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。     

青藏高原高寒草甸退化对草地群落生物量及其分配的影响

青藏高原高寒草甸退化严重影响了草地群落结构与生产力。为揭示草地退化对高寒草甸群落结构和生物量地上/地下分配的影响,采用随机区组设计,在青海省海北州选择3个小区,每个小区设置完整的未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化梯度,于2020年8月对样地进行群落调查,同时采集植物样品。结果表明,随着退化程度加剧：1)草地的盖度、高度和地上植物生物量均显著下降;2)地上生物量在不同功能群的分配发生显著变化,物种逐步从以禾草类为优势转变为以杂类草为优势的群落;3)地下生物量显著下降,深层土壤根系生物量占比增加。研究结果表明：随着退化加剧群落结构发生颠覆性变化,且地上和地下生物量同步出现严重衰退。因此,针对该区域退化草地的植被恢复应考虑草地物种组配以及地上和地下生物量同步恢复的相应措施。     

青藏高原毒草型退化草地治理技术研究进展

毒草型退化草地是青藏高原高寒草地退化的主要类型之一,毒草型退化草地的毒草丛生、蔓延及其危害已成为草地利用和畜牧业生产中面临的严峻问题,亦是退化草地治理和植被恢复中不容忽视的研究论题。物理、化学、生物防除是目前国内外主要的毒草治理技术。本文以青藏高原藏北棘豆型、祁连山狼毒型、川西北甘南黄帚橐吾型、青海湖海西醉马草型、三江源黑土滩次生毒草型这5类典型的毒草型退化草地为研究对象,综述了青藏高原毒草的基本情况及危害、毒草入侵及扩散机制、青藏高原毒草治理技术,集成了毒草型退化草地恢复技术,以期使毒草的生态地位和经济价值被重视,为青藏高原生态建设提供重要的理论基础。