近20年西南喀斯特地区植被NPP时空变化及自然因素地理探测

植被净初级生产力(Net Primary Production,NPP)是表征植物活动的重要变量,分析植被NPP时空变化及驱动力对生态保护及植被恢复建设具有重要意义。基于2000—2019年MOD17A3的NPP数据,结合基于站点的气象数据、DEM等数据,运用趋势分析、Mann-Kendall检验、R/S分析及地理探测器等方法,定量分析了西南喀斯特地区植被NPP空间分布、时空变化及未来趋势,进一步探讨了自然因子对西南地区植被NPP的驱动作用。结果表明:(1)2000—2019年西南喀斯特地区植被NPP空间分布上呈南高北低的空间分布格局,总体均值为751.37 gC/(m²·a)。(2)从时间尺度看,20 a间研究区植被NPP总体呈上升趋势,上升速度为3.67 gC/(m²·a); 从空间尺度看,20 a间西南喀斯特地区植被NPP呈上升趋势的面积占总面积的78.10%,呈显著上升的区域占42.14%,主要分布在四川盆地、乌蒙山一带。(3)未来研究区内植被NPP以上升趋势为主,呈持续上升趋势的面积占比为76.97%,呈强持续显著上升的面积占30.67%,主要分布在四川盆地及乌蒙山一带。(4)地理探测显示,影响西南喀斯特地区NPP变化的主导因子为湿度、生物温暖指数、日照时数和气温,其q均值均超过0.3; 各因子交互作用表现为双因子增强或非线性增强,其中高程∩生物温暖指数的q值最高,为0.498。综上,研究结果表明高程和生物温暖指数的共同作用对西南喀斯特地区的NPP影响最大。     

基于Copula的京津冀平原作物水分利用效率驱动因子分析

农业是京津冀地区最主要的用水部门,提高农业用水效率有助于缓解京津冀水资源压力,实现可持续发展。基于VIP模型模拟的1980-2013年京津冀平原作物水分利用效率（WUE）、作物净初级生产力（NPP）、作物实际蒸散发（ETa）,结合同期年平均气温（Tmean）、年降水量（Pre）和年日照时数（Sun）,应用Copula函数理论分别建立WUE与NPP、ETa、Tmean、Pre、Sun的5组联合概率分布函数,计算各驱动因子在低、中、高取值条件下WUE大于任一特定取值的可能性（定义为WUE条件概率）,探索WUE的驱动关系。结果表明：1）驱动因子NPP、ETa、Sun取值越大,WUE大于任一特定取值的可能性越大;而驱动因子Tmean和Pre取值越小,WUE大于任一特定取值的可能性越大。2）若以各驱动因子分别在高、低取值条件下的WUE条件概率的差值来反映WUE对各驱动因子大小的敏感程度,WUE对NPP的大小最为敏感,而后依次是Sun、ETa、Pre、Tmean。3）对比不同驱动因子相同取值条件下的WUE条件概率,较低的NPP会明显抑制WUE的大小,提高NPP对WUE的提升有明显的保障作用。综上所述,作物WUE同时受光合作用和蒸腾作用两个生理过程控制,较难确定光合和蒸腾对WUE的驱动关系;WUE与驱动因子的联合概率分布和条件概率分析指出,在京津冀平原可以采用在控制耗水的条件下提高NPP的策略,该策略可能比在控制产量的条件下减少耗水的策略更有效。     

铜胁迫下小白菜叶片基因表达谱的cDNA-AFLP分析

本研究以小白菜品种‘上海青’为试验材料,利用Cu2+质量浓度为10 mg·L-1的营养液水培小白菜幼苗,通过cDNA-AFLP技术分析小白菜响应铜胁迫相关基因及其表达情况。试验中利用多态性较好的135对引物进行扩增,共获得5 800多条转录衍生片段(TDFs),平均每个引物组合扩增出30~60条,片段大小主要集中在100~1 000 bp,根据条带强弱和有无的变化,其表达模式可以分为持续表达、瞬时表达、上调表达和下调表达4种情况。通过筛选获得180条差异表达TDFs,其中上调表达77条(42.8%),下调表达61条(33.9%),瞬时表达42条(23.3%)。选取其中152条差异表达TDFs进行回收测序,最终得到151个有效序列,其中上调表达68条(45%),下调表达50条(33.1%),瞬时表达33条(21.9%)。Blastx比对结果显示,112条TDFs序列与已知基因具有较高的相似度,涉及能量代谢、物质合成与运输、逆境响应、信号转导等多种途径,16条TDFs序列与功能未知或假定基因的同源性较高,其余23条TDFs序列与已知功能基因的同源性较低或零匹配,可能是一些新的铜胁迫应答基因。从151条TDFs选取4条TDFs,以小白菜actin基因为内参照,对其在不同胁迫处理时间的表达情况进行荧光定量RT-PCR验证,分析结果与cDNA-AFLP结果基本吻合,表明cDNA-AFLP技术是研究小白菜铜胁迫相关基因差异表达的有效方法。小白菜铜胁迫相关基因表达情况较为复杂,涉及多种代谢途径。本研究结果可为探讨小白菜铜胁迫的分子机理和相关基因的克隆提供理论依据。     

蒙古国与中国接壤处近10年植被长势遥感监测

为掌握蒙古国植被长势状况,以中蒙边界蒙古国一侧400 km宽范围为监测对象,以SPOT VEGETATION、MODIS Land Cover、MO-DIS NPP为数据源,对该区域近10年植被变化进行监测分析。结果表明,植被初级生产力比较低,主要以NPP500 g/(cm2.a)为主;2000年NPP500 g/(cm2.a)的区域占总面积的45.6%,2010年占46.06%,植被长势变差;2010年灌丛、水体、耕地、未利用地、林地面积比2001年分别减少了16 533.2、878.6、19 920.8、103 265、287.9 km2。2005～2010年段土地利用动态度全部高于2001～2005年段,土地利用类型变化速度加快。2005年中部偏东区降水量的减少是植被覆盖度和NPP降低的主要因素,2005、2010年的西北部是研究区土地利用方式变化最多、灌丛退化最严重的区域,2010年的中部偏东区由于农田的大幅度减少、农作物的减少,人类活动是导致两个区域植被覆盖度下降和NPP减少的主要因素。     

长江流域片2000—2015年植被NPP时空特征及影响因子探测

植被净初级生产力对评价全球变化背景下植被生长状况、陆地生态系统质量、资源环境监测具有重要意义。基于2000—2015年的MODIS NPP产品MOD17A3数据,结合DEM数据、气象数据、土地利用数据,运用趋势分析、相关性分析、地理探测器等模型方法,探讨长江流域片植被NPP的时空特征,揭示了各驱动因子的贡献率。结果表明:(1)16 a间植被NPP均值在478.4～547.4 gC/(m²·a),平均值为516.5 gC/(m²·a),流域内NPP整体表现为缓慢上升趋势。(2)流域内NPP空间分布格局为自东南向西北减少,16 a间大部分地区NPP值基本不变,云南省迪庆州、贵州省毕节市西部增长最明显,下降区域多分布于贵州省东部。(3)研究区内植被NPP与气温、降水均呈正相关; NPP随海拔增加呈先增加后下降的趋势,2 000～3 500 m海拔范围内植被NPP值最高,且集中于横断山区; 坡度小于15°的区域对整个研究区NPP值贡献最大; 林地面积最大且NPP均值最大,对研究区的植被NPP值贡献最大。(4)各因子对NPP的解释力排序为海拔>气温>降水>土地利用类型>坡度,单因子海拔对NPP的解释力最强,海拔与气温双因子交互作用对NPP的解释力最强。研究结果可为长江流域生态修复及可持续发展提供数据支持。     

基于遥感的新疆人工绿洲扩张中植被净初级生产力动态变化

人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm~2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm~2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm~2下降到5 202 hm~2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。     

吉林省长时间序列陆地生态系统NPP时空变化特征

植被净初级生产力(NPP)是陆地生态系统碳循环过程中的重要组成部分,也是评价碳源/汇的重要环节.基于2001—2019年MODIS地表反射率数据(MOD09A1)、气温和日照时间资料,利用光能利用率模型估算了吉林省陆地生态系统NPP,采用趋势分析、空间变异性分析等方法,分析了吉林省陆地生态系统NPP的时空变化特征及其与...     

气候变化对中国草原生态系统影响研究综述

分析了近50年来中国主要草原区以温度和降水变化为主的气候变化特征,阐述了气温和降水的改变对中国主要草原生态系统影响的相关研究结果,总结了气候变化对中国主要草原区植被时空格局的影响。近50年来,中国草原区气温普遍升高,降水变化时空差异较大。多数研究结果表明,温度升高对植物物候的影响存在较大的不确定性,对草原植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）的影响也具有区域性差异,增温加速土壤碳分解,降低植物物种多样性。降水增多使植物物候期提前,生长季延长,草原NPP提高,物种丰富度增加,但植被生长对降水的变化具有一定的滞后性;不同的水热组合对植被生长的影响不同。温度升高和降水增多均会使草原植被覆盖度增加。总的来说,气候变化对中国草原区植被生长起促进作用,但在局部区域,抑制其生长。建议在未来的气候变化条件下,结合宏观和微观方面,系统分析中国草地生态系统的敏感性和脆弱性,加强对中国草地生态系统的综合研究,从而降低研究结果的不确定性。     

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据的新疆城市扩展时空变化研究

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS 2 种夜间灯光数据,借助ArcGIS和Matlab软件,对新疆1993—2018年城市扩展时空演变进行了研究,同时,采用平均夜间灯光指数、4种城市扩展度量指标、标准差椭圆法和城市空间形态指数来分析新疆城市扩展动态变化和演变特征。结果表明:1)近25年来新疆城市化水平不断提高,城市夜间灯光面积的增长量为9 865 km²,其中2013年“一带一路”倡议的时代背景下新疆城市发展很快,扩展速率达到1 222.2 km²/a,是1993—1998年的9.7倍,动态变化最明显。2)1993—2018年新疆城市规模标准差椭圆的面积与重心移动方向有显著变化,在每个时期标准差椭圆的长轴方向由东北—西南走向,重心移动距离呈现先缩短后增长的趋势。3)新疆城市空间形态处于既不稳定且复杂的状态,外延式扩展较明显,城市空间形状的不规则性强,破碎程度较高,呈日益复杂。因此,利用夜间灯光数据对优化区域城市的空间开发和扩展格局具有科学性和可行性,对新疆城市扩展研究在“一带一路”倡议的实践中具有指导意义。     

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。