黑河流域植被水分利用效率时空变化特征及其与气候因子的关系

利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）产品总初级生产力（GPP）、蒸散发（ET）及气象数据估算了黑河流域植被水分利用效率（WUE）,分析了WUE的时空变化及与气候因子的相关性。结果表明：2005-2014年黑河流域单位面积上多年平均GPP为314.44 gC·m^-2,ET为363.35 mm,多年平均植被WUE为1.15 gC·mm^-1H₂O·m^-2;黑河流域WUE总体呈由南向北递增的空间分布格局,年内呈现单峰型结构,WUE高值区分布在酒泉-临泽东西线上及额济纳斯荒漠河岸林地带,托勒的东南部地区为WUE低值区;黑河流域生态系统WUE具有明显的季节变化规律,表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季的特征,夏季为1.32 gC·mm^-1H₂O·m^-2,冬季为0.75 gC·mm^-1H₂O·m^-2;水分利用效率年均分布与倾向率的增加具有一定的对应关系,莺落峡、民乐一带是WUE的高值区也是整个流域倾向率快速增长区,在WUE稳定性方面,中下游绿洲区变化最为显著,上游高海拔区、中下游戈壁区变化不显著;WUE与年降水量、年平均气温以负相关为主,其中降水是影响植被WUE的主要因素,正相关的区域分布在山丹县、民乐县东部、肃南裕固族自治县南部湖泊区域,而气温只在下游绿洲区呈正相关。     

黑河流域植被净初级生产力的遥感估算

利用光能利用率模型C-FIX,高时空分辨率的SPOT/VEGETATION遥感数据,全球格网化气象再分析资料以及黑河流域土地利用图,估算了1998—2002年黑河流域不同生态系统净初级生产力(NPP)的年总量和平均生产力,输出了黑河流域NPP年累积量空间分布格局图、NPP季节动态图,分析了近5a来黑河流域NPP时空变化特征,评价了不同土地利用类型下的生态系统生产力水平差异。其结果表明,黑河流域陆地生态系统NPP空间分布及其季相变化特征是流域自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水分条件是控制黑河流域陆地生态系统NPP空间格局的决定因子。1998—2002年黑河流域山区高覆盖度草地和下游荒漠区净初级生产力持续下降,反映出这些地区生态环境恶化严重。这些研究结果可以为黑河流域的水-生态-经济系统的合理设计与有效实施提供科学数据集。     

CASA模型在金沙江流域(云南部分)NPP研究中的应用

净初级生产力是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,对于控制大气CO2的上升有着重要的作用,是生态系统中物质与能量流动研究的基础。采用气象数据、MODIS NDVI数据,运用改进的CASA模型对金沙江流域(云南部分)的净初级生产力进行研究,并分析了其分布格局及影响因素。结果表明:流域初级生产力最大值达到1 382.39 g/m2,平均为719.54 g/m2;在空间分布上,中游[751.21g/(m2·a)]上游[714.42 g/(m2·a)]下游[693.00 g/(m2·a)];流域的净初级生产力有明显的季节变化,表现为干湿季分明,雨季[612.26 g/(m2·a)]的生产力明显高于干季[107.08 g/(m2·a)],秋季又较春季为高;净初级生产力受植被类型、温度、降水等因素的影响明显。用遥感的方法对区域的NPP产量测算已得到了普遍的认可,其研究结果为NPP动态研究和评价生态系统服务功能提供了有效的基础数据。     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

湿地景观变化过程与累积环境效应研究进展

湿地在流域中处于水陆交错的特殊过渡区域,是地表重要的景观覆盖类型和生态系统。湿地具有独特的水文、土壤和植被特征,在维护区域/流域生态平衡和环境稳定方面发挥巨大作用。湿地景观变化过程主要表现为景观格局和过程在时间和空间尺度上的相互作用过程。该过程对系统的能量流动、物质循环以及物种迁移产生作用,对地理环境也产生巨大环境效应。湿地景观变化与土地利用/覆盖变化紧密相关,与人类活动影响息息相联。至今,人类已把天然的湿地景观格局改变为受人类支配的土地利用格局。自然湿地景观格局的变化过程对湿地生态系统以及其他系统的生物多样性、初级生产力产生显著影响,对局地、区域及全球气候环境、水文环境、生物多样性等方面产生显著而深刻的影响。湿地景观变化是全球变化研究的重要内容,尤其对认识全球气候变化、土地利用/覆盖变化和生物多样性变化的区域响应具有重大意义。     

空间分辨率对总初级生产力模拟结果差异的影响

利用模型分析气候变化对陆地生态系统功能的影响,是当前全球变化生态学的研究热点,然而模型模拟不确定性来源之一就是空间异质性的问题。空间异质性是尺度的函数,基于气象和遥感数据驱动的生态系统过程模型（BEPS模型）,分别模拟2003-2005年中国生态系统通量观测与研究网络（ChinaFLUX）长白山站、千烟洲站、海北站及当雄站在1 km和8 km空间分辨率下的总初级生产力（GPP）的时间动态变化,并结合土地覆盖类型及叶面积指数(LAI)的差异,探讨两种空间分辨率输入数据对GPP模拟结果的影响。结果表明：① 差异性主要是由于8 km范围内混合像元导致LAI的不同,4个站点月均差异值分别为0.85、1.60、0.13及0.04;② 两种空间分辨率均能较好地反映各站点GPP的季节动态变化,与GPP观测值的相关性R²为0.79~0.97 (1 km)、0.69~0.97(8 km),月均差异值为11.46~29.65 gC/m²/month (1 km)、11.87~24.81 gC/m²/month (8 km);③ 4个通量站点在两种空间分辨率下的GPP月均差异值分别为14.43,12.05,4.79,3.22 gC/m²/month,不同空间分辨率的模拟结果在森林站的差异大于草地站,且生长季的差异大于非生长季。因此,模型在模拟大尺度、长时间序列GPP时,为了提高模型模拟效率,适度降低空间分辨率是可行的,但应尽量减小低空间分辨率对于森林生态系统以及生长季GPP模拟上的误差。     

黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子

植被净初级生产力（NPP）是陆地生态系统的关键指标,是地表碳循环的重要组成部分,能够用来较客观地评价生态系统变化及其可持续性。利用MOD17A3HGF数据、土地利用数据、气象数据、地形数据,应用变化趋势分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2019年黄河流域NPP（以C计量）时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然因子进行量化研究。结果表明：（1）2000—2019年黄河流域植被NPP整体呈极显著上升趋势（）。流域平均年NPP为281.39 g·m^-2,变化范围为270—347 g·m^-2,增速为5.75 g·m^-2·a^-1。流域NPP显著增加的区域占整个流域面积的99.53%,空间分布呈西北低东南高的趋势。（2）不同土地利用类型的植被NPP年平均值差异较大,林地是对该区域植被NPP贡献最大的土地利用类型。（3）NPP与海拔之间存在一定相关性,NPP与气温、降水显著正相关的区域分别占总面积的23.20%和44.17%,自然驱动因子中海拔、气温及降水对植被NPP的驱动作用差异明显,降水>气温>海拔,各因子之间的交互作用均为双因子增强。     

阿勒泰地区植被覆盖度及ET对气温变化的响应

研究气温对植被覆盖度和ET (Evapotranspiration,ET)的影响,对干旱区应对气候变化、维系生态系统稳定具有重要意义。基于阿勒泰地区及周边7个气象站,CRU数据集中的气温数据及MODIS ET数据,采用Mann-Kendall非参数检验、植被盖度反演等方法,对阿勒泰地区气温变化对植被覆盖度及ET的影响进行了研究。结果表明：（1）在1901—2016年过去的116 a间,阿勒泰地区年平均气温以0.18 ℃·(10 a)^-1速率增加,在1982年由突变前的2.2 ℃增加到突变后的3.5 ℃。（2）2000—2017年阿勒泰地区植被覆盖度变化的空间差异明显,植被覆盖度增加的面积与降低的面积总体相当;全区66.71%的区域植被覆盖度变化与气温呈负相关,而呈正相关的比例仅占18.55%,且全区气温变暖而盖度降低区域的占比达31.71%。（3）2000—2016年阿勒泰地区ET总体呈降低趋势,整个区域61.65%的面积温度降低、ET降低,而19.92%的区域表现为温度增加而植被ET降低。     

毛乌素沙地植被水分利用效率的时空格局

水分利用效率（WUE）是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标,明晰其动态变化规律有助于判断区域植被生态建设是否与当地的自然条件相适应。利用基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型得到的植被净初级生产力（NPP）数据和MODIS系列产品中的蒸散发（ET）数据,估算了2001—2016年毛乌素沙地植被的WUE,并探讨了其时空演变特征及与气象因子的关系。结果显示：（1）WUE的多年平均值为0.62 gC·mm^-1·m^-2,空间上自东向西递减,在不同植被类型间表现为栽培植物>灌丛>草甸>草原>荒漠;（2）WUE以0.009 gC·mm^-1·m^-2·a^-1的速率上升,东部地区变化尤为显著,NPP的快速增长是WUE呈增加趋势的主要原因;（3）WUE与各气象因子的相关程度由大至小依次为太阳辐射、降水量、风速和气温,分布在西部地区的荒漠植被WUE受气象因子影响最小。经过一系列生态建设工程的治理,毛乌素沙地大部分地区自2001年以来NPP和WUE均呈增加趋势,即生态系统在变“绿”的同时还实现了水分的高效利用,有利于当地生态环境的健康发展;但在水热条件较差的中西部地区,新建设的植被生长缓慢且导致蒸散发产生强烈变化,使WUE呈减少趋势,暴露出植被建设规模与水资源承载能力不匹配的问题,需引起格外重视。     

甘肃中东部植被生长季NDVI时空变化及其对气候因子的响应

为分析研究生态保护与修复工程实施背景下甘肃中东部植被生长季NDVI时空变化及其对气候因子的响应,采用MODIS数据产品MOD09Q1,运用最大值合成法、趋势分析法与相关分析法,对该区域2008—2016年NDVI的时空变化特征及其对气候因子的响应进行了分析研究。结果表明：（1） 时间层面上,2008—2016年植被生长季NDVI呈现出增加的趋势,增加速率为0.001 4 a^-1,2012年增幅最大;空间层面上,2008—2016年研究区内的低山丘陵区和平原区的植被生长季增加明显;部分中起伏山地植被活动减弱。（2） 生长季NDVI对不同气候因子的响应程度不同,在P<0.05的显著性水平下,生长季NDVI对气温的变化最敏感,区域内大部分面积上二者呈现出强相关与极强相关;降水次之,以中等相关与强相关为主;太阳辐射最小,以弱相关甚至不相关为主。研究结果可为针对区域差异性并有所侧重的生态工程的实施提供相应的参考与依据,从而加强区域生态安全,进而促进国家生态安全屏障的加快建设。     

2000—2018年塔里木河流域植被覆盖时空格局

选取2000—2018年MODIS-NDVI数据,采用Sen+Mann-Kendall趋势分析、变异系数法、Hurst指数、偏相关分析及残差分析等方法,分析塔里木河流域植被覆盖时空格局及气候因子和人类活动对植被变化的影响。结果表明：(1) 塔里木河流域植被覆盖总体呈明显增加趋势,以2008年为转折存在明显阶段变化。(2) 植被分布存在明显地域差异,“北高南低,西高东低”,植被覆盖高区分布于山体多的地带、绿洲及绿洲荒漠交错带。(3) 全区植被覆盖趋势以基本不变居多。山体等植被覆盖高区,植被活动响应显著。全区大部分区域将保持现有的稳定趋势。(4) 气温和降水量对[WTBX]NDVI[WTBZ]的综合影响从东北向西南逐渐增强,且降水量对NDVI的影响更为明显。人类活动对植被变化产生积极影响的区域主要分布于绿洲、绿洲荒漠过渡带以及塔里木河下游附近。     

2013—2020年塔里木河流域胡杨林生态恢复成效评估

生态输水是塔里木河流域退化胡杨林生态恢复的主要措施,及时监测和准确评估其恢复成效是优化输水策略、完善胡杨林修复体系的关键。以2013年以来8个胡杨林区为研究对象,基于中高分辨率遥感数据监测不同胡杨林区生态输水前后植被面积、长势及植被覆盖度的时序变化,探讨胡杨林恢复与生态输水的关系。结果表明：（1） 2016年以来整个流域累计漫溢水面为2172.96 km²,占林区总面积的4.39%,主要分布在输水通道两侧及末端10 km范围内。（2） 输水前后林区植被整体呈现由退化到恢复的转变,林区生态恢复水平与年最大漫溢面积显著正相关。（3） 生态恢复成效评估表明,生态恢复最显著的区域是塔里木河中上游和叶尔羌河下游的夏马勒林场,但整个流域远离输水通道的胡杨林仍有退化趋势。合理规划输水通道建设,扩大胡杨林区的受水范围是退化胡杨林生态恢复的关键。     

2000—2014年青藏高原植被净初级生产力时空变化及对气候变化的响应

青藏高原是全球气候变化最敏感的地区之一。计算青藏高原生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)对精确估算全球碳循环具有重要意义。基于CEVSA模型,利用M-K趋势检验法、Sen’s斜率估计法及Pearson相关系数法,分析了2000—2014年青藏高原生态系统的净初级生产力时空变化特征。结果表明：（1） 青藏高原高寒生态系统净初级生产力在空间分布上表现出由东南向西北减小的趋势,在东部及东南部的森林区NPP在600~1 200 gC·m^-2·a^-1之间,中部草原和草甸区NPP在200~400 gC·m^-2·a^-1之间,西部和北部荒漠区,受水热条件的限制NPP很小,该趋势与水热分布趋势基本一致。（2） NPP年际变化与多年平均气温呈正相关,与降水量呈负相关。NPP与气温呈正相关的地区面积占研究区总面积的82.24%,与降水量呈负相关的地区面积占49.31%,表明气温是影响植被NPP空间分布的主要因子。（3） 近15 a来,青藏高原 NPP整体呈增加趋势,与气温趋势变化一致,降水量表现出微弱的减少趋势,气温的增加伴随降水量的减少是青藏高原NPP缓慢增加的主要原因。因此,准确描述NPP对气候变化响应的能力将使我们能够深入理解陆地生态系统应对全球变化做出的反应。     

公众对黑河流域生态系统服务消费偏好及支付意愿研究——基于选择实验法的实证分析

运用选择实验法研究了黑河流域居民对流域生态系统服务的消费偏好及其支付意愿,并结合Mixed logit模型和潜类别模型分别从连续和离散的视角对消费者偏好的异质性进行了检验和实证研究。研究发现：① 黑河流域居民对流域生态系统服务的改善存在显著的异质性偏好,且流域居民从流域水质改善中能获得最大的效用,生态导向型消费者对平均扬沙天气情况改善存在显著偏好,娱乐享受型消费者对流域休闲娱乐条件改善存在显著的偏好。② 黑河流域居民对河流水质、东居延海水面面积和休闲娱乐条件改善3个属性指标具有显著的支付意愿,且对河流水质改善的支付意愿最大,为133.91元/（a·户）。③ 黑河流域居民愿意为流域生态系统服务改善的整体支付意愿为473.16元/（a·户）。     

西北干旱区黑河下游植被覆盖变化研究综述

植被作为干旱区敏感的环境要素， 能直观反映自然环境状况， 任何植被覆盖变化都可揭 示区域环境状况的演化与变迁。因此， 植被覆盖变化研究已成为揭示干旱区自然环境变化及其规 律的重要手段。本文针对干旱区黑河下游这一特殊地域及其植被生态系统存在的问题， 综述了植 被覆盖变化及与其密切相关的地下水、土壤水盐平衡、全球气候变化和人类活动等因素的关系， 目的是全面分析与植被覆盖变化相关的各因素， 为分析植被覆盖变化机理及进一步研究黑河下 游生态环境演变服务。最后总结了目前黑河下游植被覆盖变化研究中存在的问题， 并提出了相应 的解决策略， 为区域植被覆盖变化研究提供了参考依据。     

西北干旱区黑河下游植被覆盖变化研究综述

植被作为干旱区敏感的环境要素, 能直观反映自然环境状况, 任何植被覆盖变化都可揭 示区域环境状况的演化与变迁。因此, 植被覆盖变化研究已成为揭示干旱区自然环境变化及其规 律的重要手段。本文针对干旱区黑河下游这一特殊地域及其植被生态系统存在的问题, 综述了植 被覆盖变化及与其密切相关的地下水、土壤水盐平衡、全球气候变化和人类活动等因素的关系, 目的是全面分析与植被覆盖变化相关的各因素, 为分析植被覆盖变化机理及进一步研究黑河下 游生态环境演变服务。最后总结了目前黑河下游植被覆盖变化研究中存在的问题, 并提出了相应 的解决策略, 为区域植被覆盖变化研究提供了参考依据。     

The Impact of Spatial Heterogeneity on Ecosystem Service Value in a Case Study in Liuyang River Basin,China

In previous studies the value of ecosystem services was evaluated microscopically by ecological indicators such as soil properties, biomass, carbon storage, oxygen release, water quality, and others. In this paper, the spatial heterogeneity of ecosystem services in Liuyang River basin was studied from the perspective of Geographic Information System (GIS) based spatial relationships by using a combination of geographic data and spatial analysis technologies. The Liuyang River basin was divided into grids with a resolution of 1km×1km. The weights of factors that affect the value of ecosystem services (such as topography, geological disasters, roads, scenic spots, vegetation coverage, and plant net primary productivity) were evaluated using the entropy method and analytic hierarchy process (AHP) in order to investigate the influence of natural and social factors on the value of ecosystem services in a quantitative manner. The results demonstrate that the value of ecosystem services is mainly affected by vegetation coverage, plant net primary productivity, and road network density. The value of ecosystem services grows with the increase in either vegetation coverage, plant net primary productivity, or road network density. Different types of land play different roles in ecosystem services. Cultivated land, grassland, and water each have significant supply and regulating functions while forest has significant regulating and supporting functions. The value of ecosystem services of cultivated land and water that are closely related to human activity is significantly influenced by spatial heterogeneity. In contrast, the effect of spatial heterogeneity on the value of ecosystem services of forest land and grassland that are located in mountains and hills, far away from the human accumulation zone, is insignificant.     

2001—2020年黄河流域植被覆盖变化及其影响因素

基于MODIS NDVI植被指数和气象数据集,以集合经验模态分解、趋势分析和随机森林回归分析等方法,分析了黄河流域2001—2020年植被覆盖时空变化特征,并对其气候驱动因素进行探讨。结果表明：（1）2001—2020年黄河流域植被覆盖整体呈显著增长趋势,增速为0.055/10a （P<0.05）,2010年之前增速（0.067/10a）大于2010年之后的增速（0.051/10a）。（2）空间上,植被覆盖增加区域主要分布在陕北黄土高原、甘肃省东南部、内蒙古自治区河套平原等退耕还林还草生态工程实施区域,而植被覆盖显著下降区域则集中在关中平原城市群、黄淮海平原以及青藏高原等区域。（3）气温、降水和CO₂浓度等对黄河流域植被生长起到正向促进作用,且绝对敏感性依次降低,而大气饱和水汽压差、太阳辐射等对植被生长起到抑制作用。本研究结果可为评估气候变化对黄河流域植被覆盖变化的综合影响提供参考依据。     

黑河下游绿洲植被优势种生物量空间分布及蒸腾耗水估算

基于典型样点试验,建立了研究区植被优势种柽柳、胡杨与苦豆子地上生物量与其生态参数关系模型;利用高分辨率遥感影像Geoeye-1对植被优势种进行分类得到生态参数,实现了其地上部分生物量空间分布估算;最后利用生物量与蒸腾系数关系,估算植被优势种蒸腾耗水。结果显示：植被优势种总生物量为2.53×10⁶t,河流距离对生物量影响显著。根据试验测得的植被优势种蒸腾系数估算出总蒸腾耗水量为10.89×10⁸t,柽柳、胡杨与苦豆子所占比例分别为12.94%,82.93%与4.13%。