植被生态对气候变化和人类活动的响应 ——以陕西省榆林能源化工基地为例

全球气候变化和人类活动双重作用对生态环境的影响是当今研究的热点问题.本文以国家级榆林能源化工基地为研究区,以MODIS遥感数据为依据,以归一化差值植被指数NDVI为参数,研究了植被生态的时空分布规律,分析了植被生态与降水、地貌、地下水、包气带岩性等自然条件的关系,揭示了人类活动对植被生态正负两方面的影响.研究结果表明,自然条件控制着植被生态的格局,植被生态具有明显的水平分带性,由东南向西北,随着降水量的减少、蒸发量和干燥度的增加,植被状况由好变差;2000年以来区内植被状况总体呈现好转的趋势,其中71.22％的区域好转,28.43％的区域基本维持不变,0.35％的区域退化.植被生态对气候变化尤其是降水量的年际变化具有敏感的响应,煤炭和地下水资源开采等人类活动对植被生态总体上造成负面影响,退耕还林(草)、限耕禁牧政策的实施是研究区植被生态总体呈现好转趋势的根本原因.     

Effects of patterned Artemisia capillaris on overland flow velocity under simulated rainfall

Vegetation cover is an important factor for erosion control. Laboratory‐simulated rainfall experiments were conducted to quantify the effectiveness of patchy distributed Artemisia capillaris in retarding overland flow velocity. Simulated storms (60, 90, 120, and 150 mm h^?1) were applied on a bare plot (CK) and four different plant patterns, a banded pattern perpendicular to the slope direction (BP), a single long strip parallel to slope direction (LP), small patches distributed like a checkerboard (SP1), and small patches distributed like a letter “X” (SP2). All treatments had three replicates. Each plot underwent two sets of experiments, intact plant plots and root plots (the above‐ground parts were removed, only roots were reserved), respectively. Results showed that flow velocity increased with rainfall intensity, and the lower slope velocity (V_l) was higher than the upper slope velocity (V_u). The removal of grass shoots increased flow velocity. Compared with bare soil plot, intact plants reduced mean flow velocity by 14%–60%, whereas the reduction declined to <40% for the root plots. BP and both SP treatments performed more effectively than LP in retarding flow velocity, whereas no significant differences were identified between BP and SP. The contributions of A. capillaris shoots and roots to the reductions in flow velocity under different rainfall intensities were different. The shoots made greater contribution of 53%–97% at 60 and 90 mm h^–1, and the roots contributed more (51%–81%) at 120 and 150 mm h^–1. Runoff and sediment rate had significant (p < 0.05) linear correlations with mean flow velocity. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of Vegetation Restoration on Soil Physical Properties in the Wind–Water Erosion Region of the Northern Loess Plateau of China

In the northern Loess Plateau that has been severely affected by wind–water erosion, shifts from arable land to forest or grasslands have been promoted since 1998, using both native and introduced vegetation. However, there is little knowledge of the ecological consequences and effectiveness of the vegetation restoration in the region. Therefore, relationships between watershed‐scale soil physical properties and plant recovery processes were analyzed. The results show that soil physical properties such as bulk density, hydraulic conductivity, mean weight diameter, and the stability of >1 mm macro‐aggregates have been significantly ameliorated in the 0–20 cm soil layer under secondary natural grasslands. In contrast, re‐vegetation with introduced species such as Caragana korshinskii or Medicago sativa had adversely affected the soil physical properties, probably due to the deterioration of soil water conditions and lower organic matter inputs resulting from severe erosion. Reductions in bulk density and increases in saturated hydraulic conductivity could be used as indicators of soil structure amelioration since they are closely related to most other measured properties. Practical considerations for future re‐vegetation projects are suggested, particularly that native species with lower water consumption rates than the introduced species should be used to avoid further soil degradation.     

塔里木河下游生态输水后植被景观格局动态变化研究

2000-2005年, 塔里木河流域管理局先后7次向塔里木河下游断流区进行了生态输水, 输水河道两岸的植被得到了一定的恢复. 以2000-2005的中巴资源卫星CCD影像为主要数据源, 获得了6 a的植被/非植被二值图, 并计算各年的景观格局指数, 分析了6 a植被景观格局的变化. 结果表明: 植被景观动态度在第四时段(2003-2004年)最大, 为47.83%; 在第三时段(2002-2003年)最小, 为-1.39%; 2000-2005年植被景观的动态变化呈正向趋势. 2000-2005年, 植被景观斑块个数与景观形状指数增加, 蔓延度指数下降了36.9, 斑块结合度指数均高于99, 表明研究区的植被景观破碎化程度、分离程度增加, 而景观类型联通性较高. 植被斑块面积均处于增加趋势且远离河道植被恢复率越小, 但植被景观的比重仍小于50%, 说明非植被类型是研究区的基质类型, 组成了景观的最大斑块. 针对缓冲区Zone 1, 植被景观的平均分维数处于减小趋势且2005年的斑块个数最小, 斑块结合度指数处于增加趋势, 表明近河道区域植被较为稳定, 受生态输水的干扰度较小, 植被景观斑块之间越来越聚集. 6 a间Zone 1的植被最大斑块指数均大于10%, 远高于其它5个缓冲带, 表明离河道越近植被景观的优势度最大.     

伏牛山地区森林植被动态变化对水热条件的响应

利用环境一号卫星不同时相多光谱数据,提取伏牛山地区不同森林植被类型。借助S-G滤波算法重构2000-2013年MODIS EVI时间序列影像,并结合气温和降水数据,运用线性回归、相关性分析和ANUSPLIN插值等方法分析伏牛山地区不同森林植被类型变动对水热条件的响应方式。结果表明：① 伏牛山地区植被覆盖较高,EVI平均值为0.48,14年来总体呈上升趋势,但不同森林植被类型变化存在明显差异,其中占比例最大的落叶阔叶林的上升趋势最为明显。② 14年来伏牛山地区气温呈升高趋势,气温距平升高速度约为0.27℃/10a,降水距平百分率呈波动增加趋势。③ 伏牛山地区不同森林植被类型EVI变化和气温、降水的相关性存在明显差异,其中常绿阔叶林EVI与气温的相关性最高,常绿落叶混交林与气温的相关性最弱;除常绿落叶混交林与降水主要呈弱正相关外,其余森林植被类型与降水主要呈弱负相关。④ 伏牛山地区森林植被对气温和降水的响应总体上滞后性不明显,仅在局部区域内常绿落叶混交林与气温和降水存在半个月滞后期。     

三江源生态工程实施前后长江源区宏观生态状况变化分析

基于NDVI时空序列数据,利用GLOPEM-CEVSA模型,本文估算并分析了长江源区1997-2012年植被覆盖度及植被净初级生产力时空变化特征,并在此基础上评估了生态工程实施前、后长江源区宏观生态状况变化。结果表明：工程实施后,长江源区宏观生态状况显著好转,植被覆盖度及植被净初级生产力明显增加。从多年平均值来看,工程实施后,植被覆盖度好转区域面积占植被区总面积的72.10%,净初级生产力增加区域面积占植被区总面积的73.82%;从变化趋势来看,植被覆盖度好转区域面积净增加13.02%,植被净初级生产力好转区域面积净增加24.62%。工程实施前后相比,各流域宏观生态状况恢复程度具有差异,其中楚玛尔河源头植被覆盖度上升最明显,通天河流域植被净初级生产力上升最明显。长江源区宏观生态状况的好转受益于气候的湿润化及生态工程的共同影响,若要全面有效改善仍需持续努力。     

2001-2013年洞庭湖流域植被覆盖度时空变化特征

本文基于2001-2013年MODIS NDVI多时序数据,采用像元二分模型估算了洞庭湖流域植被覆盖度,分析了区域近13年来植被覆盖度的变化特征及趋势,并结合同期气象数据,阐明了植被覆盖度变化对气候因素的响应。结果表明：（1）近13年洞庭湖流域植被覆盖度的整体变化较为稳定,呈微弱减少趋势,速率为-0.3%/10a。（2）洞庭湖流域绝大部分区域植被覆盖状况良好,植被覆盖度呈自西向东递减趋势,高植被覆盖度及中高植被覆盖度占整个流域面积的88.63%,水体或低植被覆盖度及中低植被覆盖度仅占2.57%。（3）洞庭湖流域植被覆盖度变化趋势为北部强于南部、东部强于西部。流域内植被覆盖度极显著与显著减少的面积比例为5.30%、增加面积的比例为4.29%,植被覆盖度变化不显著占90.40%。该区域植被覆盖度变化受人为因素影响更大。     

利用MODIS影像提取火烧迹地方法的研究

火烧迹地监测不仅可以反映火灾对生态系统的影响情况及损失信息,还能为全球碳循环研究提供重要的数据支持。本文利用MODIS地表反射率产品（MOD09A1）的近红外和短波红外波段构建的归一化燃烧率指数（NBR）,计算前后2期影像的NBR差值,并在光谱指数差分法的基础上,结合MODIS植被数据产品（MOD44B）提供的植被覆盖度信息,设置规则提取火烧迹地。本文选择西伯利亚地区东南部的林地、草地、农田等不同生态系统的交界地带作为实验区,利用本文算法提取该区域的火烧迹地。实验结果表明：（1）本文算法的火烧迹地提取效果较好,优于MODIS火烧迹地产品（MCD45A1）,kappa系数由0.70提高到0.75;（2）利用林木覆盖度、草本覆盖度数据,可以减少误判,提高火烧迹地提取的精度,kappa系数分别由0.69、0.73都提高到0.75。     

植被恢复与气候变化影响下的鄱阳湖流域蒸散时空特征

蒸散是地球表层物质循环与能量交换过程的重要组成部分,了解其时空特征和影响因素具有重要的科学意义。以鄱阳湖流域为研究区,基于WaSSI-C生态水文模型,利用气象数据、叶面积指数数据和土壤数据等估算1983-2011年鄱阳湖流域蒸散,分析其时空特征,并通过情景模拟定量分析植被恢复和气候变化对蒸散的影响。研究表明：鄱阳湖流域蒸散多年均值变化范围为741~914 mm/a,植被和降水量分布是造成流域蒸散空间差异的主要原因;近三十年来鄱阳湖流域蒸散呈阶段性增长趋势,增长率为1.495 mm/a;植被、气温和降水对鄱阳湖流域蒸散的单独影响均为正向,但气温和降水的联合效应会导致蒸散下降;鄱阳湖流域蒸散变化的主导因素具有空间差异性,从整体上看,植被恢复是驱动蒸散呈增加趋势的主要原因,而气候变化是导致蒸散年际波动的主要原因。     

青藏高原西大滩多年冻土活动层土壤性状与地表植被的关系

以青藏高原多年冻土区北界的西大滩为研究基点, 选取多年冻土不同退化阶段的两个样地, 对植被分布特征、 冻土活动层和土壤特性等进行调查监测, 同时分析不同活动层状态下土壤水热、 养分和地表植被特征变化及相互间的作用关系. 结果表明: 西大滩地区的植被以浅根系植物为主, 0~10 cm的表层土壤中地下生物量约占地下生物总量的63%和62.2%之多. 在气候条件基本一致的情况下, 多年冻土的存在情况及活动层土壤水热状况对植被生态系统的演变起决定性作用. 高地表植被覆盖下的冻土土壤水热调节能力强, 有助于延缓冻土退化过程. 西大滩土壤全氮、 碱解氮、 速效钾与有机质含量密切相关, 含量随冻土退化明显减少, 且随土层深度的变化曲线表现为相同的趋势. 土壤表层养分和速效养分受冻土退化程度的影响较大.