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。     

试论土壤的地带性和土壤分类——以棕壤、褐土为例

土壤形成受生物气候条件的影响,因此土壤具有地带性分布规律。过去认为一个生物气候带只有一个地带性土类。例如,暖温带落叶阔叶林地带只有棕壤,中亚热带常绿阔叶林地带只有红壤。土壤是一个复杂的自然体,单纯根据生物气候带来确定地带性土类的方法,不可能正确反映客观实际。     

基于定量遥感的甘肃省草原综合顺序分类

为了推进草原综合顺序分类的实用化进程,在草地发生学原理指导下,在草原综合顺序分类中引入甘肃省2008年每日1km分辨率的MODIS地表温度产品(MYD11A1)和0.5km分辨率的MODIS地表反照率产品(MYD09GA),反演土壤水分和地表年积温,划分热量级和湿润度级,并对甘肃省草地进行分类,以野外调查数据为相对真值验证了结果,评价了分类精度。结果表明:甘肃省天然草地横跨寒冷-寒温-微温-暖温-暖热5个热量级,极干-干旱-微干-微润-湿润-潮湿6个湿润度级,共26个类,其中暖温干旱暖温带半荒漠类、微温干旱温带半荒漠类和寒温潮湿温性针叶林类是甘肃省最主要的几种草地类型,占全省面积的43.43%;草地类的分布呈现出明显的垂直地带性,类别划分结果符合研究区域的气候、地理位置和地貌特征。研究减少了以往综合顺序分类对气象站点分布和插值方法的依赖性,从数据源的角度解决了综合顺序分类法中站点数据向区域数据转换这一难题,改善了点数据外推的边界模糊问题,拓展了草原综合顺序分类的研究手段和方法,为推进草原综合顺序分类实用化进程提供了新的思路。     

黄土高原潜在自然植被空间格局及其生境适宜性

植被生态系统的恢复越来越多地受到全球各界关注,潜在自然植被(potential natural vegetation, PNV)和生境适宜性概念应纳入植被规划,作为植被恢复的参考依据。基于高空间分辨率气候数据,使用动态植被模型(LPJ-GUESS),揭示黄土高原2001—2020年PNV空间格局及其生境适宜性的动态演变,并界定了植被优先恢复区。结果表明:黄土高原的PNV以草地和森林为主,潜在草地主要集中在北部、西北部地区(约占73.23%),潜在森林主要分布在南部地区(约占26.16%),极少的裸地主要分布在西部高海拔山区;在潜在森林中,温带落叶阔叶林、寒温性常绿针叶林、温带常绿针叶林占比分别为22.28%,3.88%,0.01%;随着气候变化的推进,潜在森林面积有所下降,而潜在草地面积有些许增加。PNV的生境适宜性呈现西北低、南部及东南高的分布,其中,分布在黄土高原南部平原地带的潜在温带落叶阔叶林其生境适宜性较高,而分布在北部及东北部的潜在草地其生境适宜性较低;并且,对于每种PNV类型,其最高生境适宜性所占据的地理空间及优先恢复区有较大差异。研究结果可为黄土高原植被恢复重建提供科学依据。     

不同气象插值方法精度评估及对草地NPP估算的影响

以2000—2015年宁夏境内及周边14个气象站点的年均气温及年总降水量为数据基础,分别利用反距离权重法(IDW)、样条函数法、Anusplin插值法对气象数据进行了空间插值并交叉检验,将不同方法插值获取的气象要素空间栅格数据作为模型驱动参数输入CASA模型,研究了气象要素不同插值方法对草地NPP估算精度的影响。结果表明:(1)3种插值法中Anusplin插值法在宁夏区域内气象要素插值的误差最小,精度最高,反距离权重法误差最大,在气温插值中表现最为明显;(2)通过实测数据的检验,CASA模型在宁夏草地NPP估算当中适用性强,模拟的年总NPP空间分布格局与实际情况相符,模拟数据可靠;(3)在不同草地类型的NPP估算中,引用MOD17A3NPP数据作为验证数据对比发现基于Anusplin的气象要素插值数据及CASA模型模拟的NPP一定程度上提高了NPP估算精度,其在干草原、灌丛草原、干荒漠类草原及荒漠草原的估算中精度较高,而在沼泽类和山地草甸的估算效果欠佳,其估算精度有待提高。     

鄂中低丘区不同演替阶段森林凋落物和土壤水文特征

采用空间代替时间的方法,研究鄂中低丘区太子山林场针叶林、针阔混交林和落叶阔叶林3个不同演替阶段(共8类林分)林下凋落物和土壤的水文特性.结果表明:太子山林场3个演替阶段的林下凋落物总量以针阔混交林最大(介于9.76～12.01 t/hm2之间),林下凋落物最大持水率以落叶阔叶林最高;针阔混交林与落叶阔叶林林下凋落物对降水的有效拦蓄量较高,但两者差异不显著,其中麻栎混交林的有效拦蓄量最大(16.81 t/hm2);各林分类型0-40 cm土层滞留贮水量与饱和贮水量排序均为针叶林＜针阔混交林＜落叶阔叶林,麻栎混交林的饱和贮水量最大(2 145.8 t/hm2).综合分析表明,落叶阔叶林的持水效果最优,该区植被恢复时要注意促进林分向落叶阔叶林的方向演替.     

湖南森林景观格局演变及影响因子分析——以湖南金童山国家级自然保护区金童山片区为例

为森林景观格局影响因子的探索和研究提供新视角,以湖南金童山国家级自然保护区金童山片区为研究区域,以ENVI,ArcGIS为软件平台,运用地理探测器计算森林景观格局影响因子权重,对2005—2015年森林景观格局演变进行了分析。结果表明:(1)研究区以常绿阔叶林、落叶阔叶林为景观基质; 2005—2009年景观类型动态变化较为频繁,景观类型转移面积总量为4 116.95 hm²,而转移随着一系列政策措施的开展,2009—2015年动态变化强度减缓;(2)从影响因素上看,自然地理因素中的高程因子是影响区域整体景观格局形成的主要因素,面积最大的常绿阔叶林和落叶阔叶林受高程影响最大,人为因素中村民生活干扰和林区干道因子对耕地的分布影响明显;(3)从景观演替方式来看,常绿阔叶林、落叶阔叶林面积转移以自然演替为主; 常绿落叶阔叶林因人为影响与其他景观类型发生相互转换; 竹林因其生长特点强势侵入其他景观类型; 自然演替与人为影响的双重作用导致灌木林地与牧草地、耕地间发生景观类型转变。因此,森林景观格局的形成和演变是各影响因子对各景观类型综合作用的结果,影响因子类型和权重大小与景观类型转移的方向和数量明显相关。     

塔里木河中游河岸带植物区系及物种多样性初探

森林枯落物是保障森林充分发挥涵养水源功能的一个极其重要的水文层次,具有明显的蓄水、保水作用。通过分析苏南丘陵地区的主要森林类型枯落物含水率、蓄水量及其与土壤含水率和气象因子之间的关系,结果发现,苏南丘陵地区枯落物含水率由大到小依次为:常绿阔叶林、落叶阔叶林、火炬松林、毛竹林;蓄水量由大到小则为:落叶阔叶林、常绿阔叶林、火炬松林、毛竹林。降水和蒸发等气象要素对枯落物含水率有重要影响,一次连续降水会显著增加枯落物含水率,但存在1～5d的滞后;蒸发量与枯落物含水率呈显著负相关,平均蒸发量与落叶阔叶林、常绿阔叶林、火炬松林和毛竹林枯落物含水率有明显负相关。落叶林(落叶阔叶林、毛竹林)枯落物蓄水量受土壤含水率的影响要比常绿林(火炬松林、常绿阔叶林)大,而同一种林分枯落物蓄水量与该林分表层(10cm土层)含水率的相关系数高于次表层(20cm土层)与枯落物蓄水量的关系。     

氮沉降下滇中高原森林凋落物分解特征对其持水性的影响

研究模拟氮沉降下凋落物分解特征对其持水性的影响，旨在为氮沉降背景下森林生态系统养分循环和水分循环相关研究提供理论依据。以滇中高原常绿阔叶林和高山栎林为研究对象，在野外开展模拟氮沉降下凋落叶、枝原位分解研究试验，设置0(对照CK),10(低氮LN),20(中氮MN),25(高氮HN) g/(m²·a)N共4种处理，利用尼龙网袋法和室内浸泡法，探究不同处理下凋落叶、枝质量残留率、持水量和持水率及吸水速率变化特征。结果表明：(1) 2种林分凋落叶、枝质量残留率随分解时间延长而减少；与CK质量残留率相比，LN处理2种林分凋落叶、枝无显著影响(p>0.05),MN和HN处理使常绿阔叶林凋落叶分解第16,19,23,24个月和HN处理高山栎林凋落叶分解第16个月分别增加5.05%～7.45%,7.88%～8.62%,4.72%。(2)与CK分解95%所需时间相比，LN处理使常绿阔叶林凋落叶、枝和高山栎林凋落枝分别增加0.549,0.366,0.402年，高山栎林凋落叶则减少1.011年，MN和HN处理使2种林分落叶、枝增加0.236～3.638年。(3)分解时间和氮沉降...     

大明山云贵山茉莉种群结构和动态的初步研究

对大明山云贵山茉莉种群结构和动态进行研究。建立了胸径与年龄、树高与年龄两个回归方程 ,表明云贵山茉莉的林木胸径、树高与其年龄存在极紧密的相关。在 2 0年恢复期的群落中 ,云贵山茉莉种群表现为初生增长型种群 ,在 50年的群落中为稳定 (成熟 )型种群 ,在 2 0 0年的群落中则表现为下降型 (中衰型 )种群。说明云贵山茉莉林只是次生常绿阔叶林向地带性常绿阔叶林演替过程中的一个过渡类型。     

新疆地区年降水量的空间插值方法研究

为提高新疆地区年降水量的空间插值效果,通过增设模拟气象站点、补充实测站点数据空间变异性信息,采用确定性函数和地统计学的综合插值方法进行新疆地区年降水量的空间插值与比较验证分析。结果表明：（1）利用地统计方法分析多年平均降水量的最佳抽样间距,确定气象站点影响区,建立降水量与经纬度、高程、坡度、坡向、NDVI间的多元回归方程,增设模拟气象站点,可以有效增加降水量空间变异信息,显著提高降水量空间插值效果。（2）通过对比发现,反距离加权法（IDW）、复二次径向基函数法（MRBF）和普通克里格法（OK）3种空间插值方法中,MRBF的插值效果最好,是该地区降水空间分布的最适插值方法。（3）在新疆地区采用逐步综合的方法,即以多元回归方法增设模拟气象站点和MRBF进行年降水量空间插值,全面考虑影响因子与空间变异性,去除了多元回归带来的＂边界效应＂,弥补了实测降水量空间信息,得到了具有较高精度的年降水量数据集。     

基于数字高程模型的复杂地形下的黑龙江平均气温空间插值

空间化的气象资源被广泛应用于生态系统模拟与农业区划中,但常规插值模型对地形复杂、气象站点稀少的地区气象要素空间分布模拟的精度不高。本文在定量分析海拔高度、经纬度等因子对气温空间分布影响的基础上,选取黑龙江1957-2004年1月、4月、7月和10月的平均气温数据,利用DEM模型和相关辅助信息进行复杂地形条件下的气象资源空间分布模拟。精度交叉验证的结果表明,基于DEM辅助相关信息的插值精度明显高于常规的逆距离权重法、样条函数法、普通克里格法,插值精度提高了0.5-0.9℃。气温的空间分布趋势也更加合理,更好的体现出气温分布的空间异质性。     

基于多元线性回归模型和Anusplin的秦巴山区≥10℃积温空间模拟比较

为获取山区准确的高精度空间积温数据,采用高精度的气象插值软件Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟山区≥10℃积温的空间分布,为山区积温空间模拟提供解决方法。以地形起伏较大的秦巴山区作为研究区,选用研究区内69个气象站点及其周边22个气象站点1960—2019年的逐日平均气温实测数据,采用Anusplin和多元线性回归模型两种方法,模拟了秦巴山区30 m分辨率≥10℃积温的空间分布。通过对预留气象站点实测数据进行验证,评价了两种方法在山区积温空间分布模拟复杂性问题中的适用性。结果表明:基于Anusplin的≥10℃积温的空间模拟方法较多元线性回归模型插值精度略高。即基于Anusplin的空间模拟方法能更真实地反映山区积温的空间分布情况,体现了海拔、经纬度对积温的影响,能更好地模拟复杂山区高精度的积温数据,为山区积温空间模拟提供了新的选择方法。     

珠江源头区几种主要林分类型下土壤的水分涵养功能研究

通过对珠江源头区几种主要的植被类型——云南松林、华山松林、云南松＋栓皮栎、云南松＋旱冬瓜林、早冬瓜林、滇石栎林、高山栎林等林分土壤的水源涵养功能进行研究，分别从土壤吸湿水分的能力、枯落物截留状况、渗透性能以及水土流失状况方面进行了分析．认为：阔叶林地表枯落物含量较多，分解速度也最快，土壤渗透功能及持水能力也最强，其次为针阔混交林，针叶纯林的持水保土功能最差。地表径流量以针阔混交林〈阔叶林〈针叶林依次递减．但其差异较大，地表径流最大的云南松针叶林是最小的高山栎灌丛的2．18倍，泥沙量最大的云南松林是最小的云南松＋栓皮栎林的25．65倍，而阔叶林与针阔混交林差异不大，研究表明针叶林下土壤的水分涵养功能较差，而针阔混交林和阔叶林则较强。     

安徽省降水量空间插值研究

高分辨率、栅格化的气候数据作为环境因子是地学模型和气候模型等相关研究的重要参数,而空间插值是获取降水量空间信息的重要途径。然而在众多空间插值方法中,并没有绝对最优的空间插值方法,只有特定条件下的最优方法。采用安徽省境内的66个气象站点及周边75个气象站点的年降水量数据,选取常用的6种空间插值方法对安徽省年降水量进行了空间化,综合分析得出安徽省降水量的空间插值方法误差顺序为:RBF＜IDW＜Kriging＜Cokriging＜LP＜GP。     

大面积桉树引种区土壤水分及水源涵养性能研究

为揭示亚热带山地大面积引种尾叶桉类林对土壤水分及水源涵养性能的影响,对研究区尾叶桉类林、次生常绿阔叶林、思茅松林3种林地类型的土壤贮水能力与水源涵养功能进行分析。结果表明,(1)桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤含水量分别下降了10.98%和9.55%,对土壤水分的消耗增加;(2)土壤毛管持水量表现为次生常绿阔叶林(A2)>以次生常绿阔叶林为背景的桉树林(A1)>思茅松林(B2)>以思茅松林为背景的桉树林(B1),桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤毛管持水量分别下降了20.62%和5.33%,土壤保水持水能力下降,但桉树林与思茅松林的土壤持水能力差异不大;(3)土壤毛管蓄水量和非毛管蓄水量分别表现为:A2>B2>B1>A1和A1>A2>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤平均毛管蓄水量分别下降了11.96%和4.09%,平均非毛管蓄水量却分别增加了7.07%和2.66%,土壤保持水土的能力变差,但调蓄能力增强;(4)土壤有效涵蓄量表现为:A2>A1>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林后,土壤有效涵蓄量下降了25.05%,蓄水性能降低。桉树林取代思茅松林后,土壤有效涵蓄量上升了1.74%,蓄水性能有所提高。     

三峡库区天然次生林凋落物森林水文效应研究

对三峡库区上游四面山4种天然次生林凋落物储量、分解强度及持水力进行了研究.结果表明,4种林分凋落物储量最大的是天然阔叶林(107.09 t/hm2),天然针阔混交林(70.18 t/hm2)和天然针叶林(66.65 t/hm2)次之,楠竹林(35.37 t/hm2)最小;凋落物最大持水量和持水力均呈现出天然针阔混交林(89.95 t/hm2,2.25)最大,天然阔叶林(67.33 t/hm2,1.89)次之,而天然针叶林(39.83 t/hm2,1.66)和楠竹林(28.07 t/hm2,1.85)较差的趋势.因此,从凋落物持水特征来分析,4种天然次生林中,天然针阔混交林的森林水文效应最好,其次是天然阔叶林,而楠竹林和天然针叶林均较差,不适宜在该区域内的水土保持植被建设中应用.     

云南金沙江流域不同植被类型水源涵养能力分析

通过对金沙江流域不同植被类型的林分截流、渗透性能、持水能力及径流进行测定分析,结果表明:(1)林分的层次不同,持水能力也有较大差异,其中乔木层针叶林>针阔混交林>阔叶林;灌木层是灌木林>阔叶林>针阔混交林>针叶林;草本层针阔混交林>灌木林>阔叶林>针叶林;枯枝落叶层阔叶林>针阔混交林>灌木林>针叶林.(2)渗透系数以阔叶林和针阔混交林较强,针叶林和灌木林较差.(3)地表径流的径流深、径流系数及泥沙量均以余甘子灌木林最高,不同植被类型的地表径流总体上是针叶林>灌木林>针阔混交林>阔叶林,阔叶林地表径流和泥沙量均很小,基本上没有侵蚀.     

中国粮食主产区参考作物蒸散量演变特征与成因分析

在全球变暖的背景下,参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration,ET0）的改变及其空间分布势必对中国粮食主产区农业水资源规划、农业用水管理等产生重要影响。本文将中国粮食主产区划分为温带湿润半湿润地区（I区）、温带干旱半干旱地区（II区）、暖温带半湿润地区（III区）和亚热带湿润地区（IV区）4个子区域,基于粮食主产区265个站点1961-2013年53a气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算各站点逐日ET0,利用ArcGIS空间插值、Mann-Kendall趋势检验、敏感性分析和贡献率分析等方法,对该区域ET0的时空分布规律及其成因进行分析。结果表明：（1）近53a来,中国粮食主产区年均ET0为878.9mm,整体呈显著下降趋势,速率为0.47mm·a^-1（P＜0.05）,I、II区和IV区年均ET0分别为741.8、1079.8和924.2mm且均有所减小,但变化趋势并不明显,III区年均ET0为940.2mm,呈极显著下降趋势,速率为1.21mm·a^-1（P＜0.01）。（2）全区及I-IV区ET0最敏感气象因子均为相对湿度,其敏感系数分别为-1.060、-1.232、-0.784、-1.114和-1.009。（3）全区及I-III区对ET0变化贡献最大的气象因子为风速,IV区为相对湿度。（4）风速的减小是造成粮食主产区全区及I-III区ET0减小的首要原因,风速减小和日照时数缩短是造成IV区ET0减小的主要原因。     

缙云山森林土壤微生物数量与群落特征

本文以重庆市缙云山国家森林保护区的毛竹林、 马尾松针叶林、 马尾松针阔混交林为供试对象,研究了不同森林群落的土壤微生物数量、 群落特征及其与土壤养分的关系。结果表明,毛竹林土壤中的细菌、 放线菌、 真菌数量最多,混交林次之,针叶林最少,高低之间分别相差 32.3倍（细菌）、 19.2倍（放线菌）和19.3倍（真菌）。说明森林植被群落的生产力越高,枯枝落叶量越大,土壤微生物数量越多。在毛竹林土壤中,微生物的多样性指数、 均匀度指数和优势度指数显著高于针叶林和混交林,说明毛竹土壤的生态环境相对稳定良好,微生物种群丰富,密度较大,种群优势突出。此外,土壤微生物存在明显的季节变化,夏季最高,冬季最低,与土壤有效氮、 磷的季节变化基本耦合。土壤微生物数量与土壤有机质和碱解氮呈显著正相关（r有机质=0.592**~0.741**,r碱解氮=0.490*~0.581**,n=24）; 在毛竹林和混交林土壤中,土壤微生物数量与有效磷呈显著正相关（r毛竹林=0.461*,r 混交林=0.450*,n=24）,说明微生物在土壤有机质转化和氮、 磷供应过程中起重要作用,与森林植被群落的生产力密切相关。