干旱区沙质草地植被覆盖变化模拟: Ⅰ.模型

 在干旱、半干旱地区,影响沙质草地植被覆盖的因素主要包括土壤水分、植被生长和风沙运动。根据这三方面的已有研究成果,建立了植被覆盖变化概念模型和数学模型。模型包括栅格水流模型、径流模型、地下水补给模型、土地生产潜力模型等。结合GIS技术,该模型可用于模拟干旱区沙质草地的土壤水分补给量变化、流沙面积变化和植被覆盖变化的空间分布。     

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。     

半干旱区植被风沙动力过程耦合研究: Ⅲ. 应用

 以科尔沁地区的奈曼旗为例对植被-风沙动力耦合模型进行实际应用,模拟10余年来生物量和风蚀量的分布变化,并与遥感数据进行对比。对奈曼地区1987年至2002年土壤水分补给量、生物量和风蚀量的模拟结果表明：土壤水分补给量与降水量有较明显的相关性,通常春夏土壤水分补给量较高、秋冬季较低。土壤水分补给量与降水量在空间分布上较为一致,地势低洼处比周边地区高。生物量的季节变化规律主要表现为夏季最高;秋季若雨水充足可形成一个次高峰,若降雨量较小则生物量迅速下降;冬季和初春生物量最低。生物量的空间分布格局为南部、地势低洼以及离河流较近的区域生物量较高。风蚀量的季节变化规律表现为初春季最高,夏季最低,秋季逐步上升,上升的速度视生物量情况而变化,冬季较稳定。风蚀量的空间分布格局是北部平原地区和植被覆盖较低的地区风蚀量较高。     

半干旱区植被风沙动力过程耦合研究:Ⅰ.模型

从植被生长和风沙活动之间的相互作用机制出发,建立了植被-风沙动力耦合模型。模型包括生物量动力学方程和风蚀量动力学方程。生物量动力学方程主要考虑了植被生产潜力在植被覆盖地表和非植被覆盖地表上的转化、生物量自身消耗以及风蚀量对生物量的影响;风蚀量动力学方程主要考虑风蚀潜力在流沙地表和非流沙地表上的转化以及生物量对风蚀量的影响。根据我国北方半干旱地区相关研究成果对模型中的参数取值进行了探讨,以便进行模拟和应用研究。     

珠穆朗玛峰国家自然保护区南北坡植被覆盖变化

利用2000-2009年MODIS NDVI数据,基于每个像元的生长季NDVI峰值进行了像元水平的线性趋势分析,研究珠穆朗玛峰自然保护区南坡和北坡的植被覆盖的空间分布和变化特征.结果表明:①保护区内植被覆盖显著改善区域和轻微改善区域NDVI-Max的年平均增加率分别为3.06%和1.25%;显著退化区域和轻微退化区域NDVI-Max的年平均减少率分别为2.82%和1.09%a 22000-2009年,保护区南坡的植被覆盖整体上呈现上升趋势,22.59%的区域显著改善,19.05%的区域轻微改善,24.75%的区域保持稳定;北坡的植被覆盖整体上呈现下降趋势,19.5%的区域严重退化,24.43%的区域轻微退化,38.12%的区域保持稳定.③南坡有植被覆盖的8种土地利用类型中,山区旱地植被覆盖呈现退化趋势,其余土地利用类型都呈现上升趋势;北坡有植被覆盖的10种土地利用类型中,植被覆盖都呈现退化趋势.     

植被覆盖地表空气动力学粗糙度与零平面位移高度的模拟分析

 空气动力学粗糙度、零平面位移高度是植被覆盖地表的两个重要的空气动力学特征参数,利用数值计算的方法,运用Matlab软件编程,对内蒙古四子王旗草地地表的空气动学粗糙度、零平面位移高度进行模拟计算、绘图及分析。得到了在8种植被密度和6种植被高度情况下摩阻速度、空气动学粗糙度、零平面位移高度与风速的关系,并与野外实验数据进行对比分析,发现模拟值可以很好的反映空气动力学参数的性质。进而分别得到了包括植被密度的风速与摩阻速度、空气动学粗糙度的关系式和包括植被高度的风速与摩阻速度、空气动学粗糙度的关系式,这有助于进一步研究该地区草地风沙运动机理,以及床面与近地层气流相互作用的力学性质。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

黑河流域植被覆盖程度变化研究

基于长时间序列SPOT VGT-NDVI影像数据,利用均值法、最大值合成法、最小二乘法、NDVI变化度模型等方法,研究黑河流域1999-2010年植被覆盖程度的动态变化规律.结果表明:研究时段内流域的植被覆盖程度呈逐步改善趋势,改善面积百分比为26.65％,其高度改善区域面积为71.79 km2,几乎全部集中在黑河中游地区;但流域植被覆盖水平整体较差,从东南向西北逐步呈荒漠化态势变化;研究发现部分地区植被仍有退化现象.     

养分和水分添加后沙质草地不同功能群植物地上生物量变化对群落生产力的影响

以典型沙质草地为研究区域,通过养分和水分添加控制试验,研究了群落尺度上生产力的变化及其对不同养分和水分处理响应的差异。从不同功能群植物地上生物量对养分和水分响应分异的角度揭示群落尺度初级生产力的变化机理。结果显示:(1)单纯的氮素、磷素、水分添加对群落生产力的影响不明显,只有养分和水分交互作用才能显著增加群落生产力。氮素添加×冬季增雪、氮素添加×夏季增雨、磷素添加×夏季增雨处理使得群落生产力比对照分别提高了85.1%、107.9%、57.2%。(2)氮素添加×冬季增雪处理后群落生产力比磷素×冬季增雪处理高出86.7%,表明虽然水分添加提高了植物对氮素与磷素的利用效率,但水分添加后植物对氮素的利用效率更高。(3)不同功能群植物地上生物量对养分和水分添加的响应程度不一致。总体而言,养分和水分添加对禾本科植物生物量的影响最明显,对杂类草植物生物量的影响不明显。单纯磷素添加明显降低了群落中禾本科植物的生物量,比对照低61.9%;冬季增雪、夏季增雨增加了群落中豆科植物的生物量,与对照相比分别增加了193.3%、220.5%;氮素添加×冬季增雪、氮素×夏季增雨显著增加了禾本科植物的生物量,分别比对照增加了80.4%、91.6%。     

1998—2012年黄河流域植被覆盖变化时空分析

利用黄河流域1998—2012年SPOT-NDVI数据及同期119个气象站的降水数据,计算每个像元的NDVI变化趋势,并结合植被降水利用效率来分析近15年来黄河流域植被覆盖的时空变化特征。结果表明：（1） 多年平均的植被指数有明显的空间差异性,随着纬度的增加,NDVI平均值呈降低趋势;（2） 从时间序列来看,黄河流域的植被覆盖呈逐年增加趋势,其中黄河上游NDVI值增长最为缓慢,中游保持稳定增长,下游增长最快;（3） 近15年来黄河流域植被覆盖的改善区域面积大于退化区域,植被恢复明显。最后,结合NDVI变化趋势和植被降水利用效率对上述结果进行了验证。     

基于遥感的民勤绿洲植被覆盖变化定量监测

基于混合像元条件下的TM影像植被覆盖度遥感反演,定量研究了甘肃省民勤绿洲1987年至2001年植被覆盖时空变化的规律与特点。结果表明,15年中,民勤绿洲的植被覆盖发生了很大的变化,农田植被(耕地)面积增加了53.11%,而中、高盖度植被的面积却减少了25.21%,这对民勤绿洲的长久生态安全构成了严重的威胁。民勤绿洲植被覆盖变化的空间转化过程复杂,但总体属于开垦—植被退化型。15年中因开垦和植被退化而损失的中、高盖度植被达42204.81hm2,占原面积的81.73%,而且损失的主要是绿洲边缘的防风固沙植被,其中因开垦损失的面积为18776.08hm2,占损失面积的44.5%。超采地下水引起的地下水位快速下降是导致绿洲边缘天然和人工灌丛植被退化的主要原因。控制开垦并培育相对稳定的灌丛型植被,应该是研究区生态环境建设的重点。     

半干旱区植被风沙动力过程耦合研究：Ⅱ. 模拟

  以我国北方半干旱区典型自然条件为模型输入参数,对生物量和风蚀量的动态变化和空间分布进行了模拟。模拟的主要影响因素有降水量、气温、土壤类型和风况等。模拟结果表明:生物量随着降水量的增加和气温的升高而增大,风蚀量随着大风日数和风速的增加而增大。随着半干旱区降水和气温的季节变化,生物量在初春最低、夏末最高;风蚀量则在春季最大、夏季最小。生物量和风蚀量有明显的相互影响,生物量的增加能够有效降低风蚀量。在不受其他因素影响时,生物量与降水量在空间上的分布呈现出一致性,在考虑气温因素后生物量的重心向气温较高处偏移。小幅度的地形变化对生物总量和风蚀总量的大小影响不大,但明显改变了它们的空间分布格局。     

近5年青海省植被覆盖变化的遥感监测

This paper used five years （2001-2006） time series of MODIS NDVI images with a 1-km spatial resolution to produce a land cover map of Qinghai Province in China. A classification approach for different land cover types with special emphasis on vegetation, especially on sparse vegetation, was developed which synthesized Decision Tree Classification, Supervised Classification and Unsupervised Classification. The spatial distribution and dynamic change of vegetation cover in Qinghai from 2001 to 2006 were analyzed based on the land cover classification map and five grade elevation belts derived from Qinghai DEM. The result shows that vegetation cover in Qinghai in recent five years has been some improved and the area of vegetation was increased from 370,047 km^2 in 2001 to 374,576 km^2 in 2006. Meanwhile, vegetation cover ratio was increased by 0.63%. Vegetation cover ratio in high mountain belt is the largest （67.92%） among the five grade elevation belts in Qinghai Province. The second largest vegetation cover ratio is in middle mountain belt （61.80%）. Next, in the order of the decreasing vegetation cover ratio, the remaining grades are extreme high mountain belt （38.98%）, low mountain belt （25.55%） and flat region belt （15.46%）. The area of middle density grassland in high mountain belt is the biggest （94,003 km^2）, and vegetation cover ratio of dense grassland in middle mountain belt is the highest （32.62%）, and the increased area of dense grassland in high mountain belt is the greatest （1280 km^2）. In recent five years the conversion from sparse grass to middle density grass in high mountain belt has been the largest vegetation cover variation and the converted area is 15931 km^2.     

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。     

沙质草地放牧和封育下物种丰富度和生物量关系的季节变化

研究了科尔沁沙质草地放牧和封育下植被盖度、密度、丰富度与地上生物量关系的季节变化。结果表明:放牧和封育草地4月的植被盖度、丰富度和生物量均低于生长旺季8月,而4月植物密度要高于8月;封育草地生长季盖度高于放牧草地,6月和8月生物量高于放牧草地, 4月和6月植物密度则低于放牧草地。封育草地8月物种丰富度与生物量呈极显著的负线性关系（p<0.01）;放牧草地植物密度与生物量4月表现出极显著的正线性关系（p<0.01）、8月为极显著的负线性关系（p<0.01）。放牧草地优势植物糙隐子草4月的密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）、8月为极显著的负线性关系（p<0.01）;黄蒿和狗尾草8月的密度和生物量均呈极显著的负线性关系（p<0.01）;猪毛菜4月和6月的密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）。封育草地达乌里胡枝子、猪毛菜8月的植物密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）。持续放牧和季节变化及其二者的交互作用对植被盖度、密度和生物量均有重要的影响（p<0.05）;放牧通过影响草地生长季中的优势植物密度变化和生物量积累,引起了草地植物密度和生物量关系的季节变化,也导致生长季物种丰富度和生物量无显著关系;封育草地植物的竞争导致了物种丰富度和生物量关系的季节变化。     

中国西北地区植被覆盖变化驱动因子分析

利用GIMMS/NDVI数据分析了中国西北地区1982-2006年植被覆盖时空变化特征及其驱动因子。近25 a来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10 a,并存在明显的空间差异。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被NDVI显著增加;青海南部地区、陕西和宁夏交界地区、甘肃的部分地区以及新疆的塔里木盆地、吐鲁番、塔里木河、托里等地区植被NDVI下降。从不同植被类型来看:林地、草地和耕地的年均NDVI都在提高。研究表明:中国西北地区植被NDVI变化是各种自然和人为影响因素综合作用的结果。自然植被(林地等)变化更大程度上反映了气候变化对植被的影响,而人工植被(耕地等)变化更多体现的是人类活动的作用。不同高程、坡度、坡向上的植被NDVI变化存在较大差异,当海拔超过4 000 m时,植被NDVI增加趋势很小;坡度低于25°的坡地植被NDVI增加主要是由于近年来的植被建设;阳坡植被变化比阴坡活跃,植被改善趋势较强。植被NDVI与气温、降水的年际变化整体上都呈弱的正相关,温度上升使蒸发量增大,促进了土壤的干化,不利于植被生长,并且灌溉农业区的河水灌溉会降低农业植被NDVI和降水的相关程度。农业生产水平和植被生态建设等人类活动对西北地区植被NDVI增加起重要作用。     

1982-2006年蒙古高原植被覆盖时空变化分析

在利用HANTS方法对GIMMS NDVI数据进行时间序列平滑处理的基础上,对蒙古高原1982-2006年植被覆盖时空动态变化进行了分析.结果表明:蒙古高原植被覆盖年平均上升趋势为0.0004·a-1,其中蒙古国的上升趋势(0.0005·a-1)比中国内蒙古(0.0003·a-1)更加显著,而内蒙古多年平均NDVI比蒙古国高0.0433;从不同类型植被NDVI变化趋势看,除森林和戈壁荒漠的NDVI变化趋势较平稳外,草地、农田和灌丛均呈显著的上升趋势;从空间分布趋势看,在过去的25年内植被覆盖呈增加趋势的地区主要分布在高原南部——内蒙古农牧交错区和蒙古国中、西和北部的山脉及其环抱的大湖盆地地区,而植被覆盖呈下降趋势的地区主要集中在高原中部的干旱地带和东部呼伦贝尔地区;从时间推移规律看,蒙古高原植被覆盖在4个不同研究时间段内(20世纪80年代、90年代、21世纪初和过去25年间)呈增加(包括显著增加)趋势的面积均大于呈下降趋势的面积,且其面积按20世纪80年代＜90年代＜21世纪初的顺序依次增加.     

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。     

阿拉善荒漠草地恢复初期植被与土壤环境的变化

对阿拉善荒漠草地恢复初期(1998-2001)植被特征和土壤养分的变化进行了研究。结果表明:草地恢复过程中,植被的盖度和生物量比封育前分别增加272%~536%和44.39%~305.3%。植被的恢复使土壤理化性质发生了变化,与封育前相比土壤中有机质、全N、速效K以及细砂、特别细砂和粘粒含量显著增加;速效N、速效P降低。土壤有机质、全N和全P的含量与土壤中<0.05 mm颗粒和速效K含量呈极显著正相关,并且前三者之间也呈极显著正相关(P<0.01)。     

2000—2015年伊犁河谷植被覆盖时空变化特征

利用2000—2015年的EOS/MODIS数据,采用趋势分析、Hurst指数、变异系数法对伊犁河谷植被时空变化及未来趋势进行分析,结果显示:空间分布上,伊犁河谷植被覆盖度呈北部、南部、东部偏高,西部、中部偏低的分布特征;时间变化上,2000—2015年,伊犁河谷植被覆盖度波动减小,减速为6.25%·(10 a)^-1;区域分布上,伊犁河谷植被表现为低波动变化,波动程度中等以及下占73.16%,波动程度高的区域占26.84%。未来预测表明,伊犁河谷植被覆盖呈退化趋势,其中,持续退化的面积占57.55%,持续改善的面积占13.51%。