不同植被盖度沙质草地生长季土壤水分动态

水分是干旱半干旱沙地生态系统最大的限制因子,研究植被盖度和土壤水分之间的关系有助于沙地生态恢复和保护。基于生长季科尔沁沙质草地不同植被盖度下土壤水分动态和降水的观测试验,分析了沙质草地植被盖度和土壤水分的耦合关系。结果表明：在土壤剖面上土壤水分存在明显的分层结构,依次为水分剧变层（0~40 cm）、缓变层（40~100 cm）和稳定层（100~180 cm）;植被盖度对土壤水分有很大影响,不同植被盖度下土壤含水量存在显著差异,土壤水分与盖度之间呈倒“V”型关系,土壤水分状况在28%的盖度下最优;不同的植被盖度下土壤水分对降水的响应也存在差异,在13%盖度下响应最敏感,28%和46%的盖度下响应微弱,后二者的土壤水分也相对稳定。在沙地生态恢复建设过程中合理的植被盖度配置可提高降水利用效率,并能使土壤水分和植被达到一种良好的平衡状态,从而有利于生态系统的稳定。     

半干旱黄土丘陵区人工植被深层土壤干化效应

科学评估不同植被恢复模式的土壤干化效应是目前黄土高原生态恢复一个亟需解决的关键问题。本文以半干旱黄土丘陵区14种典型人工植被为例,通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI,定量评估了不同植被深层土壤干化效应。研究发现:除农地和撂荒草地外,各植被深层土壤水分均随土层深度的增加而升高,深层土壤水分含量同土层深度之间呈一元线性关系。不同人工植被深层土壤相对干化程度存在差异,以油松林地最高,杨树侧柏混交林地最低。不同植被类型受其自身蒸腾耗水、根系特征和耕作等影响,土壤干化的程度在剖面上存在差异,但总体趋势为随深度增加而降低。针阔叶植被配置模式土壤水分状况要稍好于阔叶纯林的配置模式。     

不同植被类型对厚层黄土剖面水分含量的影响

为了研究不同植被类型土壤水分差异和土壤水分的年际变化特征, 对陕西省绥德县境 内的农地、天然草地、人工柠条林、人工侧柏林、人工油松林、人工油松侧柏混交林地0~10 m 土壤剖面的土壤水分含量进行了测定与分析。农地土壤约在3 m 以上、其他植被类型约在 2 m 以上土层的土壤含水量随年降雨量的大小存在年际变化, 且农地土壤含水量显著高于其 他植被类型, 其他植被类型间无显著性差异。0~2 m 土层农地土壤水分在不同测定年份始终在易效水以上, 但其他植被类型的土壤水分随降雨量的不同变化于难效- 无效水与易效水之间。农地3 m、其他植被类型约2 m 以下的土壤含水量无显著性年际变化。农地与天然草地 土壤含水量显著高于其他人工林植被, 但二者含水量之间无显著差异, 土壤水分都属易效水 范围。人工柠条灌木林土壤水分显著低于其他植被类型, 人工侧柏林、人工油松林和人工油 松侧柏混交林之间土壤含水量无显著性差异。人工柠条林土壤水分属于难效-无效水范围, 人工乔木林接近难效-无效水范围。     

长白山区植被生长季NDVI时空变化及其对气候因子敏感性

本文利用长白山区SPOT/VGT NDVI 数据和气象数据,分析该区不同植被类型NDVI时空变化特征以及与气候因子的相关关系,并探讨了植被对气候变化响应的滞后性。结果表明：①2000-2009 年,长白山区植被NDVI 逐年变化总体呈增长趋势,增长区域的面积占全区面积的83.91%,在空间上主要集中在北坡和西坡,NDVI减少区域集中在南坡;②NDVI变化率随季节和植被类型变化而不同,NDVI增长主要集中在5 月和9 月,而7 月NDVI变化较小,甚至出现下降趋势;③植被NDVI与温度和降水存在着显著的正相关性（p<0.01）,且NDVI与温度的相关性高于与降水的相关性,且随海拔升高,NDVI与温度相关性增强;④NDVI对气温和降水变化的响应存在滞后期, 不同植被类型,滞后期存在差异。苔原NDVI对温度和降水响应的滞后期大约10 天,而针阔混交林和针叶林NDVI 对温度和降水响应的滞后期约为20 天。     

2000—2018年中国植被光学厚度时空动态特征及驱动因素

与传统光学遥感指标相比,微波遥感指标—植被光学厚度（VOD）具有对云和大气敏感性低和不易饱和的优势,可用于监测植被总含水量和生物量的变化。本文基于不同频率的VOD数据集（VODCA C-VOD、X-VOD、Ku-VOD和AMSRU X-VOD）,利用趋势分析和残差分析等方法研究了2000—2018年中国不同地区以及不同植被类型VOD的时空动态变化,并在全国及区域尺度上定量评估了气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明：(1)中国植被VOD呈极显著增加趋势,AMSRU X-VOD增加速率最快（0.062/10a）,尤其是华东地区,而VODCA CVOD增加速率最低（0.013/10a）,其中西南地区增速最高;不同植被类型中,草丛的增速最快,其次为针叶林和灌丛。(2)降水和辐射的增加促进了华北和西北地区VOD的增加,气温的贡献主要分布在华南和沿海地区,辐射对表征植被冠层的Ku-VOD和X-VOD的贡献较高。(3)不同数据集均表明人类活动是植被VOD增加的主要因素,VODCA C-VOD、Ku-VOD、X-VOD和AMSRU X-VOD的人类活动贡献率分别为171%、48%、43%和30%,在...     

中国东部典型沙地植被覆盖度对降水变化的响应

降水对中国东部沙地植被覆盖度产生重要影响,了解植被覆盖度对降水量变化的响应,对制定植被恢复策略具有重要意义。选择毛乌素沙地和科尔沁沙地,使用Landsat系列数据和MODIS数据得到2000—2020年归一化植被指数（NDVI）数据集,用像元二分法分别计算了年内最大和生长季平均的植被覆盖度。结合地面气象站在1999—2020年观测的逐日降水数据,分析了植被覆盖度对降水变化的响应。结果表明：（1）毛乌素沙地和科尔沁沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度均有增长趋势,其中毛乌素沙地的生长季平均植被覆盖度>30%的面积增加最显著,科尔沁沙地>50%的面积增加最显著。（2）这两个沙地的年降水量和四季降水量都呈增加趋势,且有降水变率大和夏季增幅最大的共同特点。（3）毛乌素沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度都对前一年夏季降水量变化的响应最敏感,而在科尔沁沙地则是对当年夏季降水量变化的响应最敏感。（4）不同植被类型对降水量变化发生响应的滞后时间不同。     

青藏高原土壤水分变化对近地面气温的影响

青藏高原为全球气候变化最为敏感的区域之一,探讨该地区土壤水分变化对近地面气温的影响将为青藏高原水汽循环研究及该地区对周边气候与环境的影响研究提供重要理论支撑。利用NCEP-CFSR数据集,基于土壤水分对近地面气温的影响机理,揭示了青藏高原不同季节、不同植被分区下土壤水分时空分异规律、土壤水分与蒸发率的响应与耦合状态及土壤水分通过蒸散发过程对近地面气温的影响。结果表明：① 不同季节下青藏高原土壤水分空间分布基本一致,除西北地区和喜马拉雅山脉外,整体呈现由东南向西北递减趋势,青藏高原地区存在干旱区变湿,湿润区变干的空间特征;② 青藏高原大部分区域土壤水分处于干湿过渡状态,其中青藏高原南部和东南部地区全年处于干湿过渡状态,而柴达木盆地几乎全年处于干旱状态;③ 近地面气温对土壤水分的响应在冬季最弱,在夏季最强且空间差异较小,其中在冬、春、夏季为负反馈,另外不同植被覆盖区近地面气温对土壤水分的敏感性差异很大。此项研究对于进一步探讨青藏高原地区陆气耦合状态及变化环境下的区域水汽循环及其效应具有重要理论意义。     

秦岭陕西段南北坡植被对干湿变化响应敏感性及空间差异

秦岭位于暖温带与亚热带交界处,也是中国南北地理分界线,秦岭南北坡植被对干湿变化响应敏感性,可以折射出暖温带、亚热带地区主要植被类型对于湿变化的响应规律和机制特征,对深入理解不同气候带植被变化规律具有重要意义.本文利用秦岭山地32个气象站点的气象数据和MODIS NDVI时间序列数据集,探讨了2000-2018年秦岭南北...     

中国东北地区植被生产力控制因素分析

植被生长季长度和生长强度是形态上影响植被生产力变化的重要因子。全球变暖情景下,北半球中高纬度大部分地区植被生长季显著延长并对植被生产力产生正向反馈,而植被生长强度变化情形及对生产力的控制作用并不清晰。中国东北地区属于中纬度温带地区,具有较高的植被覆盖度和丰富的植被类型,探索其植被生长季长度和强度的变化及对生产力的控制作用有利于理解和应对该地区的生态系统变化。以中国东北为研究区,基于1982—2015年长时序遥感植被指数数据（NDVI3g）,利用曲率求导法确定植被生长季开始点（SOS）、结束点（EOS）、生长季长度（LOS）和夏季最大生长季强度（GM）等关键物候参数,然后利用相对重要性（RI）方法定量分析了生长季长度和强度对植被生产力长期变化趋势的相对贡献及时空格局。结果表明：① 研究区整体的植被生产力和生长强度呈现增强趋势,而生长季长度呈现缩短趋势,导致生长强度成为控制生产力变化趋势的主要因素（RI = 70%）;② 在不同植被覆盖区域,生长季长度和生长强度对生产力的影响程度具有显著的空间差异。西部草原区植被生产力受生长强度控制最为显著（RI = 93%）,其次为针叶林（RI = 66%）和阔叶林区（RI = 62%）,农作物区生产力受生长强度影响最小（RI = 56%）。生长季长度对植被生产力的控制在农作物区最为显著（RI = 40%）,在其他区域的影响约为27%~35%。各植被覆盖区生长强度与生产力均为正相关,生长季长度与生产力均为负相关;③ 气候因素（降水、温度）和物候变化均对主要贡献因子生长强度产生影响,其中SOS的变化对生长强度的影响程度和空间范围最为显著,主要表现为SOS推迟促进生长强度增强。本研究基于遥感数据发现1982—2015年间中国东北地区植被生长更加旺盛,但是植被生长活动主要受生长强度的影响,该研究可以为植被生产力变化模拟的参数选择提供新的线索。     

基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季（4—10月）对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0～100 cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明：（1）受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。（2）3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10～30 cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30～100 cm深土壤水分状况则相反。（3）降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为...     

应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系

应用1982-1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和587个气象台站的数据对我国不同类型植被生态系统和气候的关系进行研究，首先将我国的植被类型划分为21类，在此基础上分别研究了不同时间尺度下我国不同区域，不同植被类型和气候的关系。结果表明：在多年平均状态下，植被生态系统NDVI水平主要受水分条件的影响；年内变化上，温度对植被生态系统季相变化化起着比降水略大的作用，年降水量造成了植被季相响应的差异，在年际变化上，分别研究了4个季节和整个生长期尺度上的关系，一般情形为温度和降水对植被的年际波动起着大致相反的作用，不同植被类型在不同的生长时期（季节）对气候的变化响应方式也不同，发现在植被的生长期，我国南方和北方的植被生态系统对温度和降水的响应方式相反；同时存在2个植被-气候敏感区，分别为我国北方的典型草原到森林的过渡区和云南中部部分区域。     

内蒙古荒漠草原植被降水利用效率的时空特征

植被降水利用效率（PUE）是评价干旱、半干旱地区植被对降水响应的重要指标。利用1982—2015年GIMMS NDVI3g NDVI数据及同期气象数据反演内蒙古荒漠草原的PUE,研究荒漠草原不同植被类型、不同地区PUE时空变化,并分析了PUE 与气候因子的相关关系。结果表明：（1）1982—2015年间荒漠草原年均PUE为0.51 gC·m^-2·mm^-1,PUE的分布呈现出一定的空间异质性。荒漠草原PUE极显著增大和显著增大的面积分别占草原总面积的35.88%、55.41%,荒漠草原PUE极显著减小的面积占草原总面积的8.70%,荒漠草原PUE整体呈现增大趋势。（2）荒漠草原不同植被类型PUE均值范围0.34—0.56 gC·m^-2·mm^-1。各种植被类型中,东方针茅草原PUE最大,镰芒针茅草原PUE最小。除了镰芒针茅草原与其他植被类型差异显著以外,其他植被类型间差异不太显著。从PUE变化看,除了东方针茅草原PUE呈现下降趋势,其他植被类型PUE都呈现增大的趋势。（3）荒漠草原PUE与降水有很强的负相关性;草地年PUE与年均气温相关性不太明显;草地年PUE与年均太阳辐射呈正相关关系。     

黄土高原不同生态类型NDVI时空变化及其对气候变化响应

了解植被的时空变化及其气候主控因子可为植被保护和恢复提供重要的理论依据。基于MOD13A1和气象数据,分析了黄土高原Normalized Difference Vegetation Index （NDVI）时空变化特征,探讨了NDVI对水热条件在不同时间尺度的响应特征。结果表明：黄土高原植被覆盖状态正在不断的改善,气候呈暖湿的发展趋势;83.77%的植被退化区（退化区面积占研究区总面积的5.79%）海拔<2000 m且退化类型以不显著减少为主,不同覆被类型的退化区海拔分布及退化比例差异明显,湿地的退化面积比最高（23.91%）、其次耕地（11.88%）。年尺度上,NDVI与降水呈正相关的面积高于气温,约75.06%的区域受水分条件控制;灌木地（海拔分布<2200 m）、耕地（<3000 m）、草地（<3000 m）和裸地（600~3700 m）等植被生长受水分条件影响;森林（<1000 m、1700~3700 m）和湿地（>2500 m）的植被生长受热量影响。月尺度上,黄土高原植被NDVI对热量响应以滞后1个月为主,不同植被对水热响应的滞后性差异明显,草地、湿地、耕地和裸地对热量响应以滞后1个月为主;森林和灌木地则表现水热同期的特征。伴随滞后时间的推移,水分主控面积逐渐降低,热量成为影响植被生长的主要因素,水热主控及响应滞后性分布受海拔影响明显。     

2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

近20 a呼和浩特市城市化对植被物候的影响

了解植被物候与城市化之间的关系对于认识人类活动对生态系统的影响至关重要。基于呼和浩特市近20 a MODIS的两种植被指数数据,利用动态阈值法提取了植被物候,结合城市化指标,研究了2001—2020年呼和浩特市植被物候对城市化的响应。研究表明：森林和灌木地返青期（Start of growing season,SOS）发生较早（平均值第132 d）,但其枯黄期（End of growing season,EOS）也较早（第265 d）。SOS较晚的是耕地（第168 d）,EOS较晚的是草地（第275 d）,表明研究区木本植物SOS和EOS均早于草本植物。人造地表植被物候年际变化较大,在SOS和EOS的物候变化率分别为每10 a提前4.1 d和推迟0.7 d。此外,以人造地表比率和城乡梯度信息（即从城市核心到周边农村地区的同心环）为城市化指标,探讨了呼和浩特市中心城区植被物候对城市化的响应。研究发现SOS随人造地表比率上升而提前,EOS则出现相反的趋势。从城乡梯度上看,在特定范围内,远离城市中心SOS波动上升,即距城市中心越远植被SOS越晚,而EOS逐渐下降,即距城市中心越远植被EOS越早。总之,不同的城市化指标显示了植被物候对城市化的非线性响应。     

腾格里沙漠东南缘不同固定程度沙地土壤表层水分时空变化遥感分析

土壤表层水分是固沙植被生长的主要水分来源,其时空变化格局决定了固沙植被的稳定性和演替方向。整合被动微波和光学数据的时空分辨率优势建立模型、反演土壤表层水分,可为不同固定程度沙地固沙植被稳定性评价提供科学依据。以腾格里沙漠东南缘为研究区,选取2003-2011年生长季(5-9月)AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI、地表温度T_s,采用多元回归的方法,将空间分辨率为0.25°的AMSR-E土壤水分数据降尺度为每月的1 km平均表层土壤水分的时间序列数据,结合沙丘类型数据,分析了不同沙丘类型下土壤水分的时空异质性。结果表明:流动沙地的土壤水分空间分布与整个区域的差异性高于半固定沙地和固定沙地,而在极端干旱年份,研究区的整体分异不大,但同一类型间,固定沙丘空间差异明显高于半固定沙丘和固定沙丘;3种沙地类型表层土壤平均含水量在不同月份具有相似的变化规律,即土壤含水量5-9月呈抛物线形状,先下降后上升,7月达到最低,从同一月份不同沙地类型看,研究区表层土壤水分含量依次是固定沙地>半固定沙地>流动沙地;年际土壤水分在流动沙地和半固定沙地随降雨的变化而变化,而固定沙地基本不变。     

腾格里沙漠不同类型沙丘土壤水分含量与地形-植被因子关系研究

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,其分布受气候、地形和植被等众多因素的影响。以腾格里沙漠沙坡头地区3种类型的沙丘（固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘）为研究对象,利用方差分析和冗余分析（RDA）等方法对沙丘不同部位和不同深度土壤水分的分布特征及其与地形-植被因子之间的关系进行了综合分析。结果表明：（1） 不同类型沙丘上0~300 cm的土壤水分随着深度的增加而增加,表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。（2） 固定沙丘不同部位及不同深度的土壤水分之间没有明显的差异,半固定沙丘和流动沙丘迎风坡与丘底的土壤水分高于背风坡和丘顶。（3） 固定沙丘上的土壤水分受地形-植被因子的影响较半固定沙丘和流动沙丘小,影响固定沙丘土壤水分的主要因子有坡向、高差和灌木多度。（4） 地形-植被因子与研究区绝大多数半固定沙丘和流动沙丘的土壤水分均有负相关关系。研究揭示了腾格里沙漠土壤水分的分布规律及其与地形-植被因子的关系,对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。     

黄河中游多沙粗沙区流域坡面水保措施变化特征

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4 和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和有效梯田累计保存面积比例3 个坡面特征变化指示参数后,运用综合聚类分析和多要素贡献率模型研究黄河中游多沙粗沙区的流域坡面水保措施变化特征。结果表明：（1） 1998-2010 年间研究区内流域坡面水保措施变化显著,平均退耕还林还草面积比例为5.55%,平均林草植被盖度均值增加20.63%,平均有效梯田累计保存面积比例达6.25%;（2） 多要素水保措施变化共同作用下的流域坡面变化特征主要有7 种类型,即植被盖度变化主导型、植被—土地变化主导型、土地—植被变化主导型、植被—梯田变化主导型、梯田—植被变化主导型、梯田面积变化主导型和多要素变化共同主导型;（3） 不同类型的空间分布存在一定的地貌背景差异,后续研究应结合流域坡面变化特征及其地貌格局来优化配置水保措施,并合理估计水沙模型模拟的敏感性参数。     

基于生态水文学的地下水资源管理研究——以延庆盆地为例

传统的地下水资源管理往往只关注地下水位的变化,而很少考虑变化的水位会对区域生态系统产生什么样的影响。本文在生态水文模拟的基础上提出了一种基于生态水文学的地下水资源管理新方法。该方法耦合土壤水分与地下水位,考虑植物在水分胁迫下的蒸腾抑制机理,通过土壤水分亏缺与植物水分胁迫耦合水文过程与植物响应,进行基于过程的分布式生态水...     

基于Hydrus-1D模型的毛乌素沙地杨柴（Hedysarum laeve）灌木林土壤含水量模拟

在干旱半干旱区植被恢复与重建过程中,土壤储水量会发生明显变化。土壤水分是限制植被生长的主要因子,运用数学模拟的方法研究植被建设后土壤水分变化特征,能更快预测土壤水分的亏缺情况。本研究选用Hydrus-1D模型,模拟毛乌素沙地典型灌木林杨柴（Hedysarum laeve）群落的土壤水分空间和时间变化,评估Hydrus-1D模型在毛乌素沙地杨柴人工林地的适用性。以杨柴生长季为研究期,通过调查的各项实测值带入Hydrus-1D模型并对参数进行优化后模拟杨柴群落土壤水分时间和空间的变化过程,利用同时间段Watchdog土壤水分监测仪连续监测的不同土层土壤含水量数据作为对照值验证其模拟值的适用性。结果表明：研究区飞播杨柴灌木林地不同深度土壤水分实测值与模拟值的决定系数0.55—0.78,均方根误差0.005%—0.0143%,实测值与模拟值具有较好的一致性,说明Hydrus-1D模型适用于模拟毛乌素沙地杨柴灌木林土壤剖面的水分变化。