内蒙古草地变化过程中气候变化和人类活动的相对作用评估

气候变化和人类活动是影响草地动态变化的主要因素,准确掌握其在草地动态变化过程中的相对作用是保障草地生态安全的基础。该文以植被净初级生产力(NPP)为评价指标,定量评估了2000-2016年内蒙古草地变化特征以及气候变化与人类活动的相对作用。结果显示:2000-2016年内蒙古呈恢复趋势的草地面积为489 334 km~2,占区域草地总面积的94.2%;气候变化及其与人类活动的共同作用是内蒙古草地恢复的主导因素,其引致的草地恢复面积分别占草地恢复总面积的54.9%和45.1%;降水量增加和生态保护工程实施分别是引起草地恢复的主要气候因子和人类活动因子,过牧等不合理的人类活动是导致草地退化的主导因子;受区域环境影响,不同类型草地恢复的主导因子不同。     

青藏高原草地生态系统碳收支研究进展

陆地生态系统碳收支仍然是当前全球气候变化研究的重要内容,青藏高原作为全球气候变化的敏感区,使青藏高原草地生态系统在区域碳收支平衡中占有主导地位,但研究方法等不同使得碳收支估算结果存在很大的不确定性。气候变暖在一定程度上提高了高寒草地生态系统的植被初级生产力和生物量,由此补偿了气候变暖导致的土壤有机碳分解释量,使青藏高原草地植被仍然发挥着碳汇的功能。而人类放牧活动对草地生态系统的影响较为复杂。因此,如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制,定量评价未来气候变化和人类活动影响下,青藏高原生态系统碳源/汇格局的可能变化,是一个非常重要的研究方向,也是一个极大的挑战。     

江河源区的草地资源特征与草地生态变化

通过对江河源区草地生态类型与分布、草地资源特征及其利用现状的研究和生产力的评价，并根据70年代以来3期遥感资料和区域调查结果，分析了江河源区草地生态变化态势，结果表明：现状江河源区草地以高寒草原化草甸为主要草地类型，其分布面积占江河源区总草地面积的53.78%。组成草地牧草的主要植物种类的粗蛋白含量超过10%，粗脂肪含量在2%以上，能值储量在9.34KJ.g^-1以上；自70年代以来，由于区域畜牧业的迅速发展，江河源区冷季草场严重过牧，超载牲畜量达理论载畜量的1-5倍，大部分地区夏季草场亦超载，导致江河源区草地生态严重退化，年退化速度达6.64%-34.35%。合理利用草地资源，保护该区域脆弱生态环境已迫在眉睫。     

青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异

基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2×10¹² gC·yr^-1,单位面积年均植被NPP为120.8 gC·m^-2yr^-1;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC·m^-2yr^-1 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。     

气候变化和人类活动对盐池县植被净初级生产力的影响

为定量区分退耕还林还草背景下北方典型农牧交错带植被变化过程中气候变化和人类活动的相对贡献率,以宁夏盐池县2000—2020年植被变化为研究对象,基于MODIS13Q1-NDVI数据、地表覆盖数据和气象数据,采用Thornthwaite纪念模型和CASA（Carnegie-ames-stanford approach）模型分别估算了逐年的潜在净初级生产力（Potential net primary productivity, PNPP）和实际净初级生产力（Actual net primary productivity, ANPP）。综合运用趋势分析、相关分析和差值比较法分析了2000—2020年盐池县净初级生产力（Net primary productivity, NPP）时空变化特征及其驱动力,并定量确定了气候因子和人类活动对盐池县植被变化的相对贡献率。结果表明：（1） 在2000—2020年盐池县NPP总体呈上升趋势,但存在着显著的空间异质性,主要表现为植被NPP改善区面积远大于NPP退化区面积,且改善或退化程度也存在显著的空间分异。植被改善区主要分布于荒漠、荒漠草原等退耕还林还草工程区域和灌溉区,而植被退化区则分布于荒漠和荒漠草原的边缘地带。（2） 植被变化归因分析表明,在植被改善区,气候变化和人类活动共同主导驱动了植被的改善,但气候变化的相对贡献率（59.77%）大于人类活动的相对贡献率（40.23%）,而在植被退化区,人类活动的相对贡献率（91.77%）则显著高于气候变化的相对贡献率（8.23%）。（3） 驱动力分析表明,研究区植被NPP变化与降水量呈显著正相关,而与气温的相关性较弱;而人类活动是驱动植被退化区NPP下降的主要原因,但负向影响力有所减弱。总体而言,气候变化是植被改善区的主要驱动力,而人类活动是植被退化区的主要驱动因素,两者共同作用则使盐池县整体生态环境得以改善。     

中国北方草地净初级生产力空间格局对环境因子的响应(英文)

草地净初级生产力(NPP)的空间格局受到各种环境要素的影响。当前大量研究探讨了不同环境变量对草地NPP的影响,但各种环境变量对其空间格局影响的相对重要性尚未统一结论。而基于模型模拟的草地NPP会加剧这一不确定性。因此,本研究基于文献资料搜集获得我国北方草地602个样点的生物量和产草量数据,构建1980-1999年草地NPP实测数据库。在此基础上,采用相关分析和主导因素分析法定量探讨了环境变量对NPP空间变异的单独和联合影响。研究表明,北方草地NPP的空间分布明显异质,在4.76 g Cm~(–2)a~(–1) to 975.94 g Cm~(–2)a~(–1)间波动。草地NPP与年降水量显著正相关,而与年均温度显著负相关,其中降水对荒漠草地的影响最大,其次为草原和草甸。由于水资源的限制,随着海拔的增加草地NPP降低。草地NPP与坡度呈正相关,与坡度的关系微弱。土壤质量越好,草地NPP越大。就各种环境要素的联合影响而言,年降水量是影响草地NPP空间格局的最主导要素,其次是高程。     

不同草地类型净初级生产力(NPP)模拟及其敏感性分析

气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战,受到国际社会越来越强烈的关注。全球气候变化深刻影响着草地生态系统,定量评估区域和不同类型草地生态系统的生产力,研究其对气候变化的敏感性可以为草地生态系统适应未来气候变化提供基础数据和理论依据。草原综合顺序分类系统(CSCS)将天然草原分为42类(其中中国包含41类),并将其聚合为10个类组。研究利用改进Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型模拟分析中国天然草地2004—2008年的净初级生产力(NPP)并进行系统聚类,分析了草地NPP与影响因子的相关性和敏感程度。结果表明:2004—2008年中国10个草地类组年均NPP均呈现增长趋势,其中亚热带森林草地增长最快,增长率达38.2%。温带湿润草地增长最慢,增长率为14.3%。通过聚类分析将中国41类草原的年均NPP分为3类:第1类NPP值较小,其湿润度级较低,而热量级较高;第2类NPP值较大,其热量级和湿润度级均较高,水热比适宜植被的生长;其余为第3类,其NPP值介于上述两者之间。可见,不同草地类型NPP分布规律与CSCS划分草地类型的湿润度级和热量级密切相关。草地年均NPP与>0℃年积温(Σθ)、降水量、湿润度(K)和NDVI的相关性强,与太阳辐射的相关性弱。草地类组NPP平均值对NDVI最敏感,其次为Σθ、K和降水量,敏感性最弱的为太阳辐射。草地NPP对CSCS量化分类的标准Σθ和K较为敏感,改进CASA模型在一定程度上实现了CSCS与草地生产力的耦合。     

内蒙古草原NPP时空变化及驱动力

植被净初级生产力（NPP）及驱动力分析是全球变化研究的核心内容。以1982—2015年内蒙古草原为研究对象,基于GIMMS NDVI3g、ERA5气象和草原类型数据,采用CASA模型生成年草原NPP。综合运用趋势分析、偏相关、复相关及残差分析法探讨1982—2015年草原NPP变化趋势,并定量确定气候因子和人类活动对草原动态变化的影响程度。结果表明：（1）内蒙古1982—2015年NPP极显著和显著增加的草原面积占草原总面积的11.76%、18.92%。NPP极显著和显著减少的草原面积占草原总面积的4.26%、8.08%。草原NPP增加的面积大于减少的面积,草原处于恢复状态。（2）内蒙古草原92.87%的区域NPP与气候因子之间表现出很好的相关性,气温驱动、降水驱动和降水、气温复合驱动分别占总面积的2.06%、70.71%和20.11%,气候变化对3种草原影响程度荒漠草原>典型草原>草甸草原。（3）人类活动对草原NPP也产生很大影响。其中起到正向作用通过显著性检验（P<0.1）的区域占草原总面积的41.12%,起到负作用（P<0.1）的占5.34%。综上所述,1982—2015年内蒙古草原总体处于恢复状态,在气候和人类活动共同作用下生态环境得到了极大改善。     

新疆伊犁河流域草地类型特征及其生态服务价值研究

以新疆伊犁河流域为研究对象,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人的中国草地生态系统服务单位面积价值,分析了伊犁河流域草地类型特征和生态系统服务价值。研究结果表明,新疆伊犁河流域草地资源丰富,草地面积占土地总面积的60.88%以上,草地产草量及载畜能力均处于全疆最好水平,其中山地草甸类草地面积最大,占草地可利用面积的27.91%。草地生态系统每年的服务价值为200.47亿元,山地草甸类草地、温性草甸草原类以及温性草原类草地生态服务价值达145.3亿元,占到全流域草地总生态服务价值的72.48%,是草地生态服务价值的主体部分,流域生态系统服务性功能远大于生产性功能。总体看来,伊犁河流域草地生态服务价值山间盆地、丘陵区较高;而平原区相对较低。草地存在退化现象,1985—2005年间草地生态服务价值有所下降。     

三江源地区草地生态系统服务价值评估

三江源地区的草地生态系统对于维持区域生态平衡和保障社会经济可持续发展具有重要意义。本文基于千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)的生态系统服务分类体系, 采用多种方法对三江源草地生态系统的9 项服务价值逐项进行了评估, 得出2000 年三江源草地生态系统服务价值为562.60 亿元, 其中价值最高的两种服务类型依次为气候调节和食物生产, 分别达259.09 亿元和111.68 亿元, 贡献率分别为46.05%、19.85%。按照草地类型划分, 高寒草甸和高寒草原服务价值分别为490.95 亿元、64.68 亿元, 占总服务价值的87.42%和11.52%。虽然沼泽单位面积服务价值最高, 为4230.77 元/hm², 但在草地生态系统面积中所占比例较低, 总价值相对很低。本文关于三江源草地生态系统的评估结果可以为制定区域生态保护和生态补偿政策提供科学支撑。     

近56a蒙古高原草原地上净初级生产力变化

草原生产力及其对气候变化的响应是全球变化研究的热点。利用ArcGIS插值技术，将蒙古高原32个气象站点数据插值成1°×1°的格点数据，然后利用CENTURY模型模拟了蒙古高原1961—2016年草原地上净初级生产力（ANPP）时空分布特征。结果表明：（1） CENTURY模型模拟的蒙古高原草原ANPP时空分布能够很好地反映该区域草原生产力的变化，草原ANPP分布由北向南，由东向西逐渐减少。（2） 草甸草原和典型草原单产均呈波动下降趋势，草甸草原下降速率较大，荒漠草原单产呈波动上升趋势，草原总产以典型草原最大，荒漠草原面积虽然最大，但总产最低。（3） 降水对草原生产力起主导作用，湿期会有荒漠草原→典型草原→草甸草原的转化，而干期的转化过程正好相反。从暖湿期→冷干期转换时，蒙古草原总产下降幅度最大，相反，则增产幅度最大。     

内蒙古温带草原典型草地生态系统生产力对水分在不同时间尺度上的响应

水分是干旱、半干旱区草地生态系统生产力的主要限制因素,但水分如何影响生产力的季节内变异,以往研究相对不足。本研究以内蒙古温带典型草原为研究对象,基于多通道自动原位监测箱系统获得的生态系统日尺度总初级生产力(GPP)及遥感植被归一化指数估算年尺度的地上净初级生产力数据,在不同时间尺度上研究了水分对生产力的影响。结果表明:年降水量对该典型草原草地生态系统地上净初级生产力年际变异无显著影响,但土壤水分显著影响GPP的季节变异,土壤水分解释了GPP季节变异的22%;其他环境因子对生产力的季节变异也有一定影响;温度是生态系统处于干旱时GPP的主要限制因素,GPP随温度的升高而降低;而辐射是生态系统处于湿润时GPP的主要限制因素,GPP随辐射的升高而升高。本研究结果将有利于提升未来降水格局改变对草地生态系统生产力影响的认识。     

东祁连山高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被特征的关系

为了探索高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被的关系,以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了7个海拔和2个坡向高寒草甸的土壤养分含量和生态化学计量比变化规律及其与植被的关系。结果表明：（1） 土壤含水量、电导率、有机碳、全氮、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量、碳磷比（C/P）和氮磷比（N/P）随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,土壤容重、全磷和碳氮比（C/N）呈先降低后升高的趋势。（2） 同一海拔,大部分海拔梯度阳坡的土壤土壤容重、速效钾、电导率和全磷高于阴坡,阳坡的土壤含水量、速效磷、C/P和N/P低于阴坡,海拔3200 m梯度以下阳坡的土壤有机碳、全氮、碱解氮和C/N低于阴坡。（3） 不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/N、C/P和N/P处于14.55~38.13、12.61~87.94和0.27~5.01之间。（4） 冗余分析（RDA）发现,土壤容重、全氮和速效磷是影响高寒草甸植被的关键土壤因子,聚类分析发现海拔3200~3400 m的阴坡和阳坡聚为一类。综上所述,东祁连山高寒草甸土壤养分和生态化学计量比随海拔和坡向的变化呈规律性变化,基于对N/P比的分析发现,该区域高寒草甸类草原的初级生产力主要受土壤氮限制且低海拔和高海拔区域尤为明显,基于聚类分析发现,海拔3000 m和3400 m是该区域草地植被和土壤特征发生变化的临界线。建议在高寒草甸类草原的管理过程中,应该充分考虑海拔和坡向的分异性特征。     

青海省草地资源净初级生产力遥感监测

在研究特定区域的草地光能利用率和环境影响因素典型特点的基础上,建立基于光能利用率的草地NPP遥感估算模型,模拟并分析2006年青海省草地FPAR、光能利用率、NPP的空间分布和季相变化特征。研究结果表明,2006年青海省草地净初级生产力平均值为173.28 gC/(m2.a)。青海省东南部、南部和青海湖周围三个地区,是青海省草地NPP较高的区域。不同草地类型的NPP存在差异,高覆盖度草地的单位面积平均NPP为193.82 gC/(m2.a),中覆盖度草地NPP为157.14 gC/(m2.a),低覆盖度草地NPP为121.08 gC/(m2.a)。     

天山北坡中段草地类型的生态梯度组合格局与环境分析研究

通过对天山北坡中段草地类型的野外调查,利用典范主分量分析法(CCA)分析草地植物群落的垂直分布格局,研究了环境因子与草地群落之间的关系。结果表明:天山北坡中段草地类型沿生态梯度的排序分析结果与群落的实际分布情况是相吻合的,CCA排序给出了两个显著与主导的生态梯度,即热量梯度与湿度梯度。CCA第一轴反映了热量由低到高的梯度变化,而CCA第二轴与降水量有密切相关。正是这两个水热因子的复合梯度决定了天山北坡中段草地类型及其在空间上的地理分布。在热量梯度上是从高寒草甸、亚高山草甸、山地草甸、山地草甸草原、山地草原、山地荒漠草原、最终到山地荒漠。在湿度梯度上则是由旱生的荒漠植被到中生的草原植被过渡到草甸植被的过程。由CCA排序图,还能较好地反映草地群落的结构梯度。47个主要优势种有着各自不同的分布和分布范围,这与它们的生物、生态学特性有着密切的关系,是环境因素综合作用的结果,反映草地类型和环境因子之间的相互制约关系。     

基于植被盖度和高度的不同退化程度高寒草地地上生物量估算

由于气候变化和不合理的人类活动，20世纪80年代以来青藏高原高寒草地发生严重退化。地上生物量是评价草地退化的直观指标。通常采用植被盖度和高度来估算草地地上生物量，但草地退化后，植被盖度和高度与地上生物量之间的关系是否会发生变化目前还不清楚，这影响着退化草地生物量估算的精度。通过多元回归分析研究了青藏高原中部和东北部高寒草甸、高寒草原在不同退化程度下植被盖度和高度与地上生物量的关系。结果表明：（1）高寒草甸与高寒草原地上生物量整体上及不同退化阶段都没有显著差异（P>0.05）。（2）随着退化程度的加剧植被盖度和高度对地上生物量的影响也发生改变，体现在未退化阶段地上生物量主要受植被高度影响，退化后主要受植被盖度影响。（3）无论是高寒草甸还是高寒草原分退化程度的回归模型估算结果都较不分退化程度模型估算的生物量更接近实测值。我们建议在退化高寒草地研究中采用盖度和高度估算生物量时，根据退化阶段采用不同的估算模型。     

内蒙古草地NPP变化特征及其对气候变化敏感性的CENTURY模拟研究

气候变化及其对植被净初级生产力的影响是全球变化研究的核心内容之一。基于空间化的CENTURY生物过程模型,分析1981-2010年内蒙古草地净初级生产力（NPP）的时空演变规律及其对关键气候因子的敏感性特征。结果表明：近30年内蒙古草地大部分区域NPP呈下降态势但趋势并不显著,全区平均降速约为1.17 g C/m²·a;NPP年代际变化时空差异较大,1980s至1990s约69.65%的区域NPP下降,1990s至2000s NPP下降加剧,下降面积较前者扩大了17.50%;NPP对降水与温度的敏感性特征空间异质性较强,但总体上区域降水减少可能是近30年内蒙古草地NPP下降的主要因素,温度升高同样会导致草地NPP下降,但作用程度较小。     

气候变化和人类活动对干旱区植被生产力的影响

在全球变化的背景下，植被生产力发生了一系列的变化，如何定量的评估中国西北干旱区气候变化和人类活动对植被生产力的影响，对于应对气候变化，促进“一带一路”生态建设以及美丽中国建设具有重要的意义。以新疆为研究区，以植被净第一性生产力（NPP）作为评价指标，分析了2001—2016年气候变化和人类活动对植被恢复和退化的影响。结果表明：（1） 从2001—2016年，植被NPP有明显变化趋势的面积占植被覆盖区总面积的34.02%，其中30.58%的面积呈现恢复趋势，3.44%的面积呈现退化趋势，NPP平均每年增加634 Gg C·a^-1(Gg=10⁹ g)。（2） 由人类活动和气候变化引起植被恢复的面积占植被NPP变化总面积的42.03%和30.58%；在上述两个区域，NPP平均每年增加量分别为319 Gg C·a^-1和59 Gg C·a^-1。由人类活动和气候变化引起植被退化的面积占NPP变化总面积的57.63%和19.45%；其中，在上述两个退化区域，NPP平均每年分别减少68 Gg C·a^-1和7 Gg C·a^-1。（3） 不同植被类型中，人类活动对农作物、荒漠、草地、高山植被的恢复作用大于退化作用，对森林、灌丛、沼泽的退化作用大于恢复作用；气候变化对沼泽的退化作用大于恢复作用，对其他6种植被类型的恢复作用大于退化作用。总体上，人类活动是影响新疆植被恢复和退化的主要原因。     

基于Biome-BGC模型的青藏高原五道梁地区NPP变化及情景模拟

以“气候变暖”为标志的全球气候变化对青藏高原生态系统产生强烈影响,利用参数本地化的生物地球化学模型（Biome-BGC）对五道梁地区草地生态系统进行模拟,研究了该区域1961~2015年净初级生产力（net primary productivity,NPP）的变化,并进行了情景模拟。结果表明:五道梁地区近55 a草地年均NPP为67.94 g/(m ²·a),呈显著上升趋势,主要是由生长季延长以及9月份生物量快速增长造成。在该地区,温度是草地NPP的主导因子,降水变化在40%以内对生产力影响不显著;温度和降水交互影响NPP,对单一影响有放大作用,暖湿条件下NPP对气候变化响应更加明显。     

埃塞俄比亚低海拔区灌丛化草地动态变化（英文）

灌丛化草地广泛分布于干旱半干旱区,严重影响当地畜牧业发展,尤其是以牧业为主要生活来源的非洲国家。本文基于埃塞俄比亚低海拔区1986–2016年的遥感影像,通过监督分类和决策树分类方法,运用单一土地变化动态度和土地利用变化重要性指数(Ci),研究了埃塞俄比亚低海拔区灌丛化草地30年不同程度灌丛化草地动态变化特征,研究结果可为揭示低海拔区灌丛化草地发展过程及草地可持续发展提供基础数据。结果表明:(1)灌丛化草地面积整体呈上升趋势,在2003年达最大,为3742.49 km~2,占研究区总面积的68.97%,2003年至2016年有小幅下降;(2)其中,重度灌丛化草地面积最大,占总面积的28.36%–49.10%,其次是占比9.77%–16.68%的中度灌丛化草地和占比5.52%–7.57%的轻度灌丛化草地;(3)30年间灌丛化草地年均扩张速度为0.74%,1995–2003年间,年均扩张速度最大,为2.16%;(4)林地和草地两种土地利用类型向灌丛化草地转化是低海拔区土地利用变化的主要类型,且由于对灌丛化草地的治理,灌丛化草地类型会转化成草地类型。