甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。     

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m^-2, 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m^-2,最高值为2014年的372.10 g C·m^-2。NPP高值区(>400 g C·m^-2)分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m^-2)分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(<250 g C·m^-2)出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸>山地草甸>温性草甸草原>沼泽类>温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。     

内蒙古草地净初级生产力时空变化及其对干旱的响应

为探究内蒙古草地生长季净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的变化及其与干旱的关系,本文通过趋势变化和相关性计算对2001-2015年内蒙古草地NPP和标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）的时空变化进行研究。结果表明：内蒙古草地生长季NPP平均增长率为2.20 g C·m^-2·a^-1,其中草甸草原为3.73 g C·m^-2·a^-1,典型草原为1.69 g C·m^-2·a^-1,荒漠草原为0.30 g C·m^-2·a^-1。NPP均值整体上自西南向东北逐渐增加,其中草甸草原最高,其次为典型草原,荒漠草原最低,年均NPP分别为387.90 g C·m^-2·a^-1,291.26 g C·m^-2·a^-1,133.70 g C·m^-2·a^-1。NPP整体上与SPEI-1相关性最强,其中,草甸草原与SPEI-1最强相关性最强,典型草原、荒漠草原与SPEI-3相关性最强。干旱对荒漠草原的影响最大,对典型草原的影响次之,对草甸草原的影响最小。     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

内蒙古不同类型草地NPP时空动态特征及其气候影响因素分析

为揭示内蒙古不同类型草地净初级生产力(NPP)时空动态,探究其与气候因子的相关性,利用2001～2016年遥感数据,气象数据和20世纪80年代中国草地分类数据,采用光能利用率(CASA)模型,模拟获取2001～2016年内蒙古草地NPP,并分析了不同类型草地NPP的时空动态及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001～2016年,内蒙古草地年均NPP为163.9 gC/(m^2·a),空间上呈现东北部高西南部低的特征,年均NPP总量为31.6 TgC/a(1Tg=10¹²g);(2)试验的16年,内蒙古草地年均NPP呈增加趋势增加量为2.1 gC/(m^2·a),年际波动较大;(3)温性草甸草原、热性草丛、低地草甸、山地草甸和沼泽的年均NPP呈显著增加趋势,其他5类呈显著减少趋势;(4)NPP与年均温和年总降水量的相关系数分别为-0.01和0.4;(5)除温性荒漠草原和温性草原化荒漠外,其他类型草地NPP均与温度呈负相关关系,所有类型草地NPP与降水量均呈正相关关系。降水是影响内蒙古草地NPP最主要的气候因子。     

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m~(-2), 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m~(-2),最高值为2014年的372.10 g C·m~(-2)。NPP高值区(400 g C·m~(-2))分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m~(-2))分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(250 g C·m~(-2))出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸山地草甸温性草甸草原沼泽类温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。     

乌鲁木齐市草地面积时空变化特征及驱动力

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府,具有丰富的草地资源。探寻其草地面积增减的规律和特点,摸清影响其发生变化的驱动因子,掌握不同草地类型面积动态变化,对该地区草地的合理开发利用及保护具有重要意义。本研究通过单一土地利用动态度和转移矩阵对1990-2020年乌鲁木齐市草地面积时空变化特征进行研究,采用相关性分析法探讨草地面积变化的驱动因素。结果表明,30年间乌鲁木齐市：1)草地面积整体呈减少趋势,动态度为-0.31%,草地净减少595.47 km²,主要转出为未利用地;2)不同类型草地面积均发生变化,除了温性草原化荒漠类、温性荒漠草原类和温性荒漠类草地面积呈减少趋势,其他类型均呈增加趋势,面积变化最大的是温性荒漠类草地,净减少787.07 km²,主要发生在中北部,变化最小的是高寒草原草地,净增加0.36 km²,主要发生在南部;3)总播种面积与大多数草地类型面积的关联度最大,关联度系数在0.995～0.998。可见,1990-2020年人为因素是导致乌鲁木齐市草地面积减少的主要原因。     

古浪县草原资源及其温性草原植被覆盖及生产力评价

将3S技术与地面调查相结合,通过决策树分类、像元二分模型和二元回归模型,分别对古浪县草原资源、温性草原植被覆盖及其生产力情况进行了研究。结果表明,古浪县总草原面积22.41万hm~2,其中高寒草甸、山地草甸、温性草原、温性荒漠和温性荒漠草原分别占1.68%、1.66%、32.55%、24.02%和40.08%;正常年景古浪县温性草原以20%FVC40%植被盖度为主,近10年温性草原FVC出现逐步改善的趋势;温性草原平均鲜草产量为1 042.70kg/hm~2,以500~1 000kg/hm~2产量草原所占面积较大,占温性草原总面积的50.01%,其次为1 000~500kg/hm~2草地,占41.87%,全县7.29万hm~2温性草原总鲜草产量7.61万t,可承载3.65万个羊单位。     

河北省草地资源分布及植被特征动态

根据河北省2005-2007年草地地面调查,结合1979-1984年河北省草地调查资料,确定了河北省草地类型、面积、分布及物种组成特征,并对河北省草地盖度、高度和产草量年际变化动态进行了监测研究。结果表明,1)草地类型、面积及分布:河北省有温性草甸草原、温性草原、暖性灌草丛、暖性草丛、山地草甸草原、低地草甸、沼泽草地等7个草地类型;草地分布分为坝上高原区、山地丘陵区草地及滨海平原区;2)草地产量(干草):暖性灌草丛(5 133.35 kg/hm²)＞暖性草丛(4 182.22 kg/hm²)＞山地草甸(坝上高原区)(3 268.35 kg/hm²)＞温性草甸草原(2 665.94 kg/hm²)＞山地草甸(山地丘陵区)(2 111.55 kg/hm²)＞低地草甸(1 872.44 kg/hm²)＞温性草原(1 103.29 kg/hm²),暖性灌草丛产量最高,温性草原产量最低。3)草地植被盖度:山地草甸(坝上高原区)(93.97%)＞山地草甸(山地丘陵区)(82.60%)＞低地草甸(82.26%)＞暖性灌草丛(79.70%)＞暖性草丛(76.91%)＞温性草甸草原(71.59%)＞温性草原(57.63%),山地草甸的植被盖度最大,温性草原的植被盖度最小。4)草地植被高度:暖性草丛(49.25 cm)＞暖性灌草丛(34.18 cm)＞山地草甸(坝上高原区)(28.88 cm)＞温性草甸(26.22 cm)＞山地草甸(山地丘陵区)(21.98 cm)＞温性草原(19.77 cm)＞低地草甸(18.77 cm),暖性草丛草地植被高度最高,低地草甸草地植被高度最低。5)草地植被动态:2006年草地植被基本以正向波动为主,2005和2007年基本以负向波动为主,其中2007年植被负向波动率大于2005年植被负向波动率。按草地类型,暖性草丛类草地年际波动幅度最大,温性草原草地次之,温性草甸草地的年际波动幅度最小,其他类草地年际波动幅度介于暖性草丛类草地、温性草原类草地与低地草甸类草地之间。     

1981-2001年内蒙古草地净初级生产力时空变化特征

利用遥感和气象数据,采用CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型和统计分析方法,研究了1981-2001年内蒙古自治区草地7-8月植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)的时空变化特征,并分析了气候因素和放牧强度对NPP的影响。结果表明,1）1981-2001年,内蒙古草地NPP显著减少、显著增加和变化不明显的面积分别占1%、30%和69%;NPP显著增加的区域位于内蒙古东北、东南和南部,NPP显著减少的区域零星分布于该区中部荒漠草原和典型草原分界处。总体而言,该区NPP增加不甚明显, 21年7-8月草地NPP（均以C变化计）平均值为192.0 g/m2,年际变化范围为150.5～255.5 g/m2。2）7-8月降水是该区NPP年际变化的主要驱动因子,降水量高的年份NPP亦高。NPP与气候因素间的关系表现为NPP随降水增多而升高,随温度升高而下降,辐射对NPP的影响不明显。3）综合考虑气候因素与人类活动对草地NPP的影响发现,21年间,土默特左旗和土默特右旗境内放牧强度增加导致NPP显著下降。     

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。     

基于CASA模型和MODIS数据的甘南草地NPP时空动态变化研究

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)在全球气候变化及碳循环研究中扮演着重要的角色,精准快速的估算NPP对评估区域生态系统承载力以及合理利用自然资源具有重要的意义。利用2011-2014年甘南地面实测草地地上生物量(aboveground biomass, AGB)数据和根冠比系数计算的草地NPP数据,分别验证了MOD17A3 NPP产品和基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型估算的草地NPP的精度,分析了2000-2016年甘南地区草地NPP的时空动态变化。结果表明:基于CASA模型模拟的草地NPP精度整体上高于MOD17A3 NPP产品的精度,其均方根误差(root mean square error, RMSE)较MOD17A3 NPP小9.94 g C·m^-2;CASA模型分析的甘南地区草地NPP总体上呈现由西南向东北逐渐减少的趋势;对不同草地类型而言,沼泽类的平均NPP最高(469.07 g C·m^-2),温性草原类最低(324.18 g C·m^-2),而占研究区草地总面积比例较大的高寒草甸类和高寒灌丛草甸类草地的平均NPP分别为449.22和465.27 g C·m^-2;2000-2016年间,甘南地区大部分草地NPP稳定不变,其面积占研究区草地总面积的75.31%,NPP呈增加趋势的区域占草地面积的22.63%,而NPP呈减少趋势的区域占比最小,仅为2.06%。以上研究结果表明CASA模型在高寒地区草地NPP评估、草地资源合理利用与管理方面具有重要的应用价值。     

内蒙古地区草地表层土壤容重空间格局分析

本文以内蒙古地区草地表层土壤容重调查测定数据为基础,结合遥感和气候多重数据,进行草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃积温、湿润度和NDVI等6个生态要素之间的回归分析。根据回归拟合方程,借助ArcGIS平台进行单因素插值,并通过插值预测结果与实测数据的拟合程度进行各因素对土壤容重影响的权重分析,加权叠加并综合插值出内蒙古草地土壤容重1 km×1 km栅格的空间分布图。结果表明：内蒙古地区草地土壤容重平均值为1.45 g·cm^-3,其中温性荒漠类草地的土壤容重最大,为1.58 g·cm^-3,温性草甸草原类土壤容重最小,为1.27 g·cm^-3;空间格局上,草地表层土壤容重自东向西方向呈现由低到高逐渐递增的趋势。综合插值得到的内蒙古草地表层土壤容重空间格局图,通过预测值与实测值之间的复相关性检验,其复相关系数R²=0.6739,均方根误差（RMSE）为0.1424 g·cm^-3,总体偏差为9.77%,平均预测精度达90.23%。综合空间插值结果较好地反映了内蒙古地区土壤容重空间分布情况,与土壤类型和草地类型的分布基本吻合。     

2011-2020年夏季全国草原净初级生产力时空变化及其气象影响评估

为评估2011—2020年夏季全国草地净初级生产力时空变化以及气象条件对净初级生产力的影响,本研究依据气象站逐日气象观测资料以及中分辨率成像光谱(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)系列卫星资料遥感数据,分析了近10年夏季全国草地净初级生产力变化。结果表明:2011—2020年夏季全国草原净初级生产力总体呈现增加趋势,平均每年增加0.2 gC·m^-2·a^-1,内蒙古中部、甘肃东部、青海东部、西藏东部等地近10年草原净初级生产力明显增加。近10年全国大部草原区平均气温和降水量均呈增加趋势,较好的气象条件利于夏季牧草生长。2020年夏季全国草原区的气温和降水量也较常年偏高,北方草原区草地平均净初级生产力为121.3 gC·m^-2·夏季^-1,为近10年偏好年份。2011—2020年夏季全国草原净初级生产力呈增加趋势,较好的气象条件对其贡献较大。     

利用MODIS-NDVI进行草地估产研究--以内蒙古锡林郭勒草地为例

MODIS较高的空间分辨率(250 m/pixel)比AVHRR(1.1 km/pixel)在空间分析方面具有更高的精度.以内蒙古自治区锡林郭勒盟的温性荒漠草原、温性沙地典型草原、温性典型草原和温性草甸草原4种具有代表性的草地类型为例,以2002年5-9月的地面测产数据和同步MODIS遥感数据为基础,分别建立每类草地的草产量与MODIS-NDVI关系模型及4类混合的总模型.所有模型均通过0.01的极显著水平的F检验,不同模型拟合效果不同,R由0.55～0.87不等,分析得出:植被覆盖度大、空间分布均匀、NPP大的模型拟合效果好,反之则差.在此基础上初步探讨了利用MODIS-NDVI进行草地估产研究的可行性.