青藏高原东缘地质环境对植被覆盖度的影响研究：以冕宁县为例

研究地质环境对植被覆盖度的影响,有利于认识地质本底对生态环境的影响,促进生态保护与修复。本文选择2003—2018年的MODIS归一化植被指数（NDVI）与增强型植被指数（EVI）的多年平均值与年际变化率作为植被覆盖度的静态和动态刻画指标,应用Pearson相关性统计揭示地质因素、地形因素、气象因素和人类活动因素对植被指数的静态相关影响,使用地理加权回归模型（GWR）分析影响因子与植被覆盖度在空间尺度的回归关系。研究结果表明：高程、年均气温和年蒸散发在Pearson分析中对NDVI/EVI平均值有较强相关性,而起伏度、年均气温、年蒸散发和地质复杂度等因子对NDVI/EVI年际变化率有较好的解释作用;GWR分析显示,靠近断层的位置有利于植被发育和改善;当地质复杂度处于中等水平时,更易形成中高植被覆盖,同时利于植被覆盖度提高,当地质复杂度过高时植被覆盖度更易出现中低值;海拔较低、地势平坦和阴坡等地形条件利于植被发育和植被覆盖度升高。     

水平和垂直尺度乔、灌、草覆盖度遥感提取研究进展

植被覆盖及其变化是区域生态系统环境变化的重要指示,而植被覆盖度是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标,是生态模型、碳循环、水循环模型等的重要特征参量。传统的植被覆盖度是指一定尺度下所有植被(乔、灌、草)覆盖的综合反映值,当考虑植被垂直方向的异质性,垂直尺度的乔、灌、草覆盖度提取为定量化准确衡量生态环境、全球气候变化等领域提供更具有生态意义的植被参量。目前,遥感大面积估算水平尺度乔、灌、草覆盖度已有比较成熟和可靠的算法,主要方法有：植被指数法、回归分析法、分类决策树法、神经网络法、像元分解模型法、物理模型反演法等,其估算精度基本能达到应用要求。植被垂直方向的异质性给垂直尺度乔、灌、草覆盖度遥感提取带来较大挑战,垂直尺度上的乔、灌、草覆盖度遥感提取的研究在欧美等国已经有了一定规模的开展,在国内则处于起步阶段。遥感提取垂直尺度乔、灌、草覆盖度的主要手段有：激光雷达（LIDAR）、多角度遥感以及两层结构冠层反射模型反演。综述了水平尺度和垂直尺度上乔、灌、草覆盖度遥感提取的最新进展,比较和分析主要的遥感提取方法、模型和现存的一些问题,并对未来的研究发展趋势进行了展望。     

利用MODIS fAPAR傅立叶时间序列分析研究植被光合作用活动对净辐射和降雨的响应：青藏高原个例研究

气候变化对植被动力学有非常大的影响。为了定量描述气候变化对植被的影响，文章利用MODIS fAPAR 数据和NCEP 的净辐射和降雨再分析数据对青藏高原地区气候变化对植被的影响进行了时间序列分析。研究所用的数据时间跨度为2000年至2005年。首先利用NCEP 再分析数据建立了干旱度因子的时间序列，为了与MODIS fAPAR 具有相同的时间采样间隔，由NCEP的日净辐射和日降雨量得到每8天的平均净辐射和8日降雨的和。根据一定时间间隔的净辐射与降雨量的比可以用来衡量相对于可利用水分的剩余能量，因此该比值也是干旱灾害的度量。其次，对MODIS fAPAR 的傅立叶时间序列分析提供了两个植被光合作用对干旱相应的因子，即fAPAR的年平均值及其年振幅值。在时间和空间尺度上对植被光合作用活动与干旱指数之间的关系进行了定量分析。对湿年和干年之间的响应差异进行了比较。研究表明较干地区对气候变化的响应最为显著。分析应该扩展到更长的时间跨度以便更加有效地在时间和空间尺度上评估气候变化对植被动力学的影响。     

植被物候的遥感提取及其影响因素研究进展

植被物候是反映植被动态的重要指标和气候变化对生态系统影响的重要感应器,它影响着地表反照率、粗糙度、蒸发散、CO₂通量以及人类生产活动。首先论述了基于遥感的植被物候提取方法和植被物候变化的影响因素两方面的研究进展,然后指出气候变化背景下植物物候研究存在的突出问题,包括遥感难以直接获取常绿植被叶片和冠层结构物候、尺度效应阻碍遥感产品与地面观测的匹配、气候要素(降水和日间、夜间温度等)和城市化对物候的影响及协同作用机制不清楚、缺少针对植被类型的物候产品和模型以及未将物候间滞后效应纳入考虑等。开展常绿植被物候指标的遥感提取方法及算法研制,探索气候变化、极端天气气候对物候的影响机制及未来预估,分析城市化、植被类型对物候的影响以及与气候变化的协同效应,建立综合考虑降水、滞后效应和尺度效应的群落尺度物候模型,是未来工作关注的重点。     

高寒冻土地区草甸草地生态系统的能量-水分平衡分析

为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表植被大气三者之间能量水分循环的影响, 在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、 60%、 90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验. 选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水热盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型, 进行参数率定及其模拟计算. 结果表明: 青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响, 并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用, 可以降低冻土对气候变化的响应. 在土壤活动层冻结过程期间, 土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征, 植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.     

长江源区不同植被覆盖下土壤水分对降水的响应

土壤水分是连接气候变化和植被覆盖动态的关键因子,以长江源区北麓河一级支流左冒西孔曲典型小流域为研究对象,通过观测降水特征、植被覆盖情况、土壤特性、土壤水分变化、入渗过程以及蒸散发和凝结,分析了不同植被覆盖下土壤水分变化与降水之间的响应关系.结果表明:研究区内高寒草甸土壤水分对降水的响应存在十分明显的滞后现象,滞后时间较长;当植被退化较为严重时,20 cm深度范围内土壤水分对降水有一定响应,深层土壤比较干燥,对降水的响应微弱;在保持其原有植物建群和较高覆盖度时,土壤持水能力增强,深层土壤含水量明显提高,土壤水分变化剧烈,对降水的响应深度达到40 cm以下.较高的植被覆盖能有效改善土壤物理结构、提高土壤有机质含量,促进降水入渗.植物根系导致的较大孔隙优先流运动以及根系吸水作用影响了土壤水分对降水的响应和土壤水分的空间分布.不同植被覆盖度下,土壤水分的蒸散发与凝结具有明显差异,高覆盖度的高寒草甸土壤,蒸散发量较小,凝结水量较大.     

青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".     

青藏高原北麓河地区荒漠草原土壤细菌对热融滑塌的响应

多年冻土区地下冰融化造成的热融滑塌会对土壤理化性质产生一系列影响,进而影响微生物群落结构,但目前热融滑塌对荒漠草原区土壤微生物的影响还不清楚。利用Illumina测序方法,以青藏高原北麓河多年冻土区发生热融滑塌的荒漠草原为研究对象,对3种微地貌（对照区、滑塌区、沉降区）下的土壤细菌展开研究,分析了细菌群落结构及其与环境因子间的关系。结果显示滑塌区和沉降区有机碳含量显著低于对照区,滑塌区土壤含水量最高;放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门是3种微地貌下的优势菌群,对照区细菌群落丰富度显著低于滑塌区。Mantel检验表明,细菌群落结构与土壤理化性质间无显著相关性;非度量多维尺度分析（NMDS）表明,微生物群落结构在3种微地貌下显著不同。研究结果表明,在荒漠草原区,热融滑塌会改变土壤理化性质,影响细菌特定门的微生物相对丰度,但对门水平的整体群落结构影响不显著。     

基于遥感计算云平台高原山区植被覆盖时空演变研究——以贵州省为例

为揭示喀斯特山区植被时空变化规律,选取2000-2018年间1 748景30 m分辨率Landsat-NDVI影像,结合35个气象站点数据,辅以像元二分模型、线性趋势分析及地理探测器等方法,对贵州省19年间年植被覆盖度进行定量估算,分析其植被覆盖度时空变化特征及驱动因素。结果表明:（1）贵州省中、高植被覆盖度以上的区域面积占比约63%,其中高植被覆盖度区域面积占21.16%,主要集中分布于碎屑岩地区。（2）近19年来,贵州省植被覆盖度总体缓慢趋好,年均增长速率为0.4%,严重石漠化样区多年最大植被覆盖度均值始终低于整体植被覆盖度均值。（3）研究期间贵州省植被覆盖度以轻微改善、基本不变两个等级为主,两者面积比重之和约为95.4%,退化区域主要分布在城镇周边,面积比重约为3.8%。（4）气象因素、地理区位各因子间交互作用对植被覆盖度空间格局影响大于单因子作用。综上所述,城镇面积扩展、石漠化治理工程、地理区位及气象因素等是影响植被恢复与生态环境重建的关键要素,研究植被覆盖度多年动态特征力求为相关部门的水土保持、生态环境保护及石漠化治理提供重要的基础数据及科学参考。      

植被覆盖度与城区地表热量的动态变化分析

近几年随着城市化进程的不断加快,城市周边环境发生了巨大的变化,其中最为突出的热点表现在城市气候状况的逐年变化,针对气候变化国内、外气候学家做出了众多研究成果。这里研究的重点在利用遥感技术对客观数据大面积、高时效、全面真实地分析处理的基础上,来动态地研究城市植被覆盖度变化与城区地表热量分布的关系,通过对1992年、2006年的Landsat5TM遥感数据的分析,估算植被的覆盖度并对城区地表温度进行反演,从而客观得出植被覆盖度与城区地表热量分布图,揭示出植被覆盖度与城市地袁热量分布之间的相互关系。研究结果表明,城市植被覆盖度与城市地表热量分布之间呈现出明显的负相关性,具体表现为植被覆盖度越低的地区,城市热量值比植被覆盖度越高的地区城市热量值高。     

梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究

根据青藏铁路工程建设中的生态环境保护以及植被恢复建设的迫切需要,在青藏铁路沱沱河试验段高寒草原区取土场开展植被恢复的试验工作,主要研究和分析了梭罗草(Kengyilia thoroldiana(Oliv.)J.L.Yang,Yen et Baum)在青藏铁路取土场植被恢复中的应用,为青藏铁路工程建设中的取土场植被恢复提供科学依据.结果表明:青藏铁路建设过程中形成的取土场属次生裸地,其有机质含量为3.31 g·kg^-1,pH为8.84.梭罗草为高原干旱地区乡土多年生草本植物,具有耐寒旱、抗风沙以及耐盐碱等特性.在取土场植物的出苗率接近50%,越冬率可达75%以上.恢复第2年植物群落盖度为41%,群落地上生物量和地下生物量分别达到(128.16±41.85)g·m^-2和(266.50±95.69)g·m^-2.可见,无论是种子萌发和植物越冬,还是植物个体生长发育以及人工植物群落特征,梭罗草表现出对青藏铁路沿线高寒干旱地区气候和土壤环境具有较好的适应性.只要采用高原乡土植物种类和采取相应的植被恢复技术措施,青藏铁路多年冻土区取土场次生裸地的植被快速恢复是可行的.     

青藏高原多年冻土区活动层水热特性研究进展

青藏高原多年冻土作为我国冰冻圈的重要组成部分, 其水热状况是影响寒区生态环境、 陆气间水热交换、 气候变化以及地面路基建设等的重要因素。为增进对青藏高原多年冻土区活动层水热特性的认识, 对影响活动层水热特性的主要因素以及主要研究方法做进一步梳理, 并指出了当前研究中的不足。研究认为, 气象条件、 植被覆盖度、 土壤性质、 积雪等是影响多年冻土区活动层水热过程的主要因素, 目前针对活动层水热特性的研究主要通过对站点实测资料分析和模型模拟等方式展开。未来工作的重点应放在改进适合于高寒山区的陆面模式以及增强水热动态过程与气候系统的相互作用上。     

青藏高原腹地温泉地区新生代生态环境演化与高原表面隆升过程分析

采自青藏高原腹地温泉地区新生代地层中的孢粉组合资料表明:从古新世到早中新世,古植被由早期的针阔叶混交林-森林草原植被向晚期的疏林草原植被演化,古气候也由亚热带暖湿气候向温凉气候演化;从上新世到早更新世,阔叶树种明显减少,而草本植物显著增多,反映气候开始向干冷方向演化;而中更新世晚期以来,出现稀疏草原植被向荒漠草原植被的演化,最终塑造了现代以藜、蒿为主的荒漠草原植被环境。高原腹地生态环境变化揭示了青藏高原自古新世以来至少经历了3次具有生态环境意义的表面隆升事件:古新世—早渐新世沱沱河组冲积扇砾岩沉积以及孢粉组合分析表明,青藏高原在白垩纪末—古新世初已隆升至1000～1500m,高原地形可能是高原(高山)与盆地相间的地貌格局;早中新世五道梁组植被中亚热带成分的显著增高,可能与高原表面隆升诱发高原季风而导致气候湿润有关,推测高原已隆升至2000～2500m;而中更新世晚期以草本植物为主,反映高原植被已经发生了转型,高原已隆升至3000m以上。     

青藏高原典型寒冻土壤对高寒生态系统变化的响应

高寒生态系统对全球变化非常敏感,以青藏高原腹地的长江黄河源区为研究区域,利用多期遥感TM数据和生态样带调查数据,提出生态综合指数方法.应用土壤结构、组成与水理特性等物理指标和土壤化学性质与养分含量指标,系统分析了青藏高原典型寒冻土壤如钙积寒性干旱土、简育寒性干旱土、草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土等对高寒生态系统变化的响应特征.结果表明:随着气候变化,主要高寒生态系统如高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草甸等显著退化,寒冻土壤表层呈现明显粗粝化,草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土表层土壤细粒物质流失38.7%,土壤孔隙度和容重增加;高寒草甸土壤表层饱和导水率随综合生态指标值降低而急剧增大,当植被覆盖度<50%以后,土壤表层水分集聚现象不再存在,高寒草原土壤饱和导水率变化不明显;高寒草甸与高寒草原土壤的有机质和全氮含量均随生态指数减少而分别呈现抛物线和指数曲线形式减少.随着气候变暖和人类活动干扰的加剧,高寒草地生态系统变化将可能导致寒冻土壤环境持续退化并对高原草地碳循环产生重要的影响.     

基于自然的解决方案之甘肃省山丹县祁连山浅山区生态修复实践

祁连山在中国西部处于及其重要的地理位置,是北方及西北地区生态安全的主要屏障之一。水源涵养区浅山区植被的恢复与保护在整个祁连山生态系统保护与建设中发挥着重要的作用。但是,由于受到气候变化及人为损坏、超载放牧等负面因素的影响,祁连山水源涵养区浅山区植被受到一定的破坏,为当地生态环境造成巨大压力。本文从山丹县祁连山水源涵养区浅山区植被恢复与保护入手,在明确其重要性的同时分析了近年来对区域植被恢复与保护的策略及取得的成效。     

基于BP神经网络的青藏高原土壤养分评价

土壤养分在养分循环和土壤-植物关系中起着重要作用,在高海拔生态系统中,由于缺乏系统的实地观测,土壤养分在高山草原中仍然知之甚少。为了了解青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分的基本情况以及土壤养分的等级划分,利用青藏高原腹地西大滩至安多地区采集的154个土壤样品数据,基于BP神经网络模型建立具有3层网络,10个中间层节点的土壤养分评价模型。在MATLAB软件中进行BP神经网络的训练和验证后,对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分进行综合评价。结果表明：2009年青藏高原高寒草地的土壤养分综合评价等级为4级,属于较低水平。综合评价结果与基于主成分分析方法的土壤质量指数（SQI）基本一致,说明BP神经网络模型对青藏高原土壤养分的评价结果是合理的。对评价结果与海拔、植被盖度和植被类型的关系分析表明,海拔越高或植被盖度越高,土壤养分的评价等级越高;不同植被类型的评价等级表现出高寒沼泽草甸（2级）>高寒草甸（4级）>高寒草原（5级）的趋势。BP网络作为一种简单又准确的识别方法,不仅可以评估土壤养分等级,还可以比较不同地区的土壤养分高低状况,希望为青藏高原的土地资源管理与保护提供基本的科学依据。     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

基于GIMMS NDVI的青藏高原植被指数时空变化及其气温降水响应

青藏高原植被生态系统脆弱, 是研究全球气候变化陆地植被生态系统响应的理想场所。以GIMMS NDVI、 气温和降水及植被类型数据为基础, 利用一元线性回归模型、 相关系数、 偏相关系数及t检验方法, 分析了青藏高原1982 - 2015年NDVI时空变化及其气温降水响应特征, 结果表明： 1982 - 2015年青藏高原NDVI时间变化过程总体表现为不显著的增加过程, 空间变化以显著增加为主, 占总面积的63.26%, 分布在高原北部、 西部和南部; 显著减少集中分布在高原中东部和东南部, 仅占总面积的3.45%。青藏高原主要植被类型NDVI平均值表现为： 阔叶林>针叶林>灌丛>草甸>高山植被>草原>荒漠, 其中草原、 高山植被和荒漠植被NDVI呈显著线性增加过程, 灌丛、 针叶林和阔叶林植被的NDVI呈不显著的减少过程。青藏高原NDVI与气温相关系数空间上呈南北向分布, 具有纬度地带性特征, 显著正相关分布在高原中北部, 显著负相关分布在高原中南部; NDVI与降水的相关系数呈东西向分布, 具有干湿度地带性特征, 显著正相关分布在高原中部, 显著负相关分布在高原东西两侧。研究认为1982 - 2015年青藏高原北部水热条件缺乏区域NDVI出现显著增加趋势, 而高原东南部水热条件充足地区NDVI呈现出显著减少趋势。深入开展植被类型NDVI气候响应的差异性研究, 有助于深入理解全球气候变化影响的区域差异及科学制定植被生态保护政策。     

基于植物多样性恢复和保护的石漠化土地整理模式——以贵州撒拉溪和花江示范区为例

本文选取贵州毕节撒拉溪与关岭-贞丰花江示范区为研究对象,通过植物多样性和土地利用调查,掌握示范区植物种类、分布状况和生长特性,土地利用状况以及土地整理程度,选育植物先锋物种,结合模式构建的理论依据和边界条件,根据石漠化土地整理工程分区治理方法,在生态型土地整理技术体系的指导下,针对两个示范区具体情况分别提出温凉喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化土地整理与混农林业复合经营模式和干热喀斯特高原峡谷中-强度石漠化土地整理与特色经果林集约经营模式。结果表明:(1)植物多样性本底调查是基于植物多样性恢复与保护的石漠化土地整理的基础,项目实施后还应对植物多样性进行动态监测。(2)土地整理规划设计应融入生态理念,构建基于植物多样性恢复和保护的石漠化土地整理模式,有助于生态修复和重建脆弱生态环境:2011-2014年期间,毕节撒拉溪示范区植被覆盖率上升8.51%,无石漠化面积扩大22.53 hm2;关岭-贞丰花江示范区植被覆盖率上升4.47%,无石漠化面积扩大13.2 hm2。(3)模式的构建依托于技术体系,毕节撒拉溪示范区主要采用潜在-轻度石漠化人工种草与草地生态改良丰产栽培技术、以金银花(Lonicera japonica)为主的坡地植物篱保水固土技术等进行模式构建;花江示范区选取以花椒-玉米为主的林粮空间优化配置技术、以皇竹草-苜蓿草为主的草地营养优化配置技术等构建经营模式。      

论青藏铁路修筑中的冻土环境保护问题

本文通过研究已建青藏公路修筑过程中寒区冻土环境和生态环境的破坏特征，分析总结了寒区环境破坏对公路工程的影响。青藏公路工程修建活动极大地改变了冻土环境，使得多年冻土退化，上限加深，诱发了一系列冻胀、融沉、热融滑塌等冻融灾害，使得生态环境原本就很脆弱的寒区环境更加恶化，如植被退化、荒漠化等，同时，冻土环境的破坏也使得工程环境恶化，直接影响青藏公路正常交通运输。因此，在即将进行的青藏铁路修筑工程中，必须深入研究其对冻土环境的影响，对冻土环境问题和环境保护应予以足够的重视。