荒漠草原不同植被盖度区面积对降水的响应

降水波动是气候变化的主要指标之一,其在半干旱荒漠草原区植被变化中起着主要的驱动作用。在考虑到年降水量与生长期降水量的前提下,本文通过地面植被盖度反射光谱模型构建和基于3S技术的区域植被盖度分布格局反演,分析了荒漠草原不同植被盖度分布面积对降水的响应。结果表明:在荒漠草原区,不同植被盖度的区域面积和年降水量、生长期降水量呈波动变化。年降水量和生长期降水量与不同植被盖度区域面积可以拟合成线性、幂函数、指数和对数函数曲线关系。植被盖度小于10%的区域面积随着降水量的增加而下降,植被盖度大于10%区域面积随着降水量的增加而增加,盖度10%是低盖度与高盖度间相互转化阈值。当植被盖度为<2%、2%～6%、10%～15%、15%～20%、20%～25%时,拟合的曲线关系能较好地表达不同植被盖度区域面积随降水量变化的趋势(p< 0.01)。荒漠草原不同植被盖度区域面积的波动变化主要与多根葱、阿尔泰狗娃花、松叶猪尾菜和小画眉草等草本植物生长响应降水变化密切相关。     

40 年来山东半岛滨海与内陆地区气温变化比较分析

以1959~2012年的年平均气温为数据源,用Mann-Kendall(M-K)秩次相关法对山东半岛滨海(以威海、成山头和海阳气象站平均值为代表)和内陆(以济南、沂源和兖州气象站平均值为代表)区的气温变化进行了比较分析。研究结果表明,1973~2012年以来滨海和内陆区的年平均气温变化总体呈增加的趋势,但低于同期全球增温幅度。从2个区域的比较来看,滨海区增温变化高于内陆区0.17℃。但是,M-K趋势检验表明,滨海区年平均气温波动幅度小于内陆区。不同分析时间序列长短对结果的影响极大,随分析时间序列(尺度)增加,变化趋势(β)无规律,但正态分布统计量(Zc)随分析时间序列增加而增加。本文对相同气候类型下滨海和内陆气温变化的差异性进行探讨,这对于正确认识和评估在全球升温背景下,滨海和内陆区域的气候变化特点和其对环境和社会经济发展的影响都具有重要的意义。     

1961—2010年中国东北半干旱区东界变化趋势分析

气候带边界的变化是大尺度地理特征对气候变化的响应方式之一,半干旱区的边界变化对其响应尤为敏感。我们整合了中国东北地区50年(1961—2010年)的气象数据,以降水量和温度所计算的干燥度指数作为干湿气候带划分的指标,在ArcGIS中采用Kriging空间插值法,在不同时间尺度上分析了近50年来中国东北半干旱区东界的波动趋势。结果表明:中国东北半干旱区界限变化呈整体向东、向南扩展的趋势,其变化受时间累积效应的影响,在50年(1961—2010年)尺度上范围最大,面积为285 648.4km2。数据分析表明,降水量减少是导致半干旱区边界变化的主要因素,气温的影响次之。     

内蒙古河套永济灌域渠道底泥有机质和总氮含量特征

排灌系统底泥特征是反映土地利用变化生态影响的重要途径,为此对内蒙古河套灌区永济灌域灌排系统底泥有机碳和总氮含量进行了系统研究。结果表明:灌域内永济给水干渠(简称永济干渠)与四号、五号排水干沟(简称四排干、五排干)表层底泥的有机质(OM)及总氮(TN)含量特征分布有所差异。其中均以五排干上游底泥中含量最高,OM与TN平均值分别为3.60%和0.35%,超出河套地区平均值的4.82倍和2.94倍;其底泥有机指数也达到重污染水平,富营养化程度较高;永济干渠底泥OM与TN含量最低,分别为1.41%和0.03%,属于清洁贫营养化级别;四排干底泥OM与TN含量介于五排干和永济干渠之间,其上游较为清洁,基本接近平均值,C/N平均在17左右。排干底泥有机质与总氮含量之间显著相关,y_(TN)=0.141x_(OM)-0.180(r=0.978;P<0.001)。     

降水波动对荒漠草原生产力的影响

在干旱、半干旱荒漠草原区,降水量波动对植被生产力有显著影响.这种影响表现在两个层次上,一是降水量年际间波动,二是年内降水分布格局.对阴山北麓内蒙古乌拉特后旗荒漠草原多年气象资料和植被生产力的分析发现:从1971-2011年降水量的年际波动特点来看,荒漠草原区最高降水年的降水量是最小降水年的3.76倍.从气象、实际和矢量年降水量3种统计表达方式与生产力的关系来看,反映年际降水波动和年内分布特点的矢量降水与植被生产力的关系最密切(R=0.9200,R_0.001=0.8010),回归方程F检验达到极显著.由于研究区植被组成以小半灌木和多年生草本为主,且年降水量大部分集中在5-8月,生长期内月降水量的累积效应明显,其中6-8月累计降水对植被生产力的影响最显著.     

科尔沁沙地几种固沙植物光谱-生物量模型构建与分析

在控制背景反射噪音、植被盖度和水分含量的条件下,利用ASD光谱仪对科尔沁沙地4种主要固沙植物杨树(Populus spp.)、黄柳(Salix gordejevii)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、樟子松(Pinus sylvestris)光谱反射特征和地面光谱生物量模型构建进行了研究.结果表明:科尔沁沙地4种主要固沙植物光谱反射曲线的趋势基本一致,但是在620～670 nm与841～876 nm波长范围内存在差别,其中在波长620～670 nm最易识别的植物为小叶锦鸡儿,其次是黄柳、杨树,在波长841～876 nm范围最易识别的植物为樟子松、杨树.不同植物的NDVI与盖度和生物量的关系密切,模型拟合精度较高.相对而言,NDVI-盖度模型优于NDVI-生物量模型.不同植物种构建的NDVI盖度模型计算结果相差较小,而NDVI生物量模型的计算结果相差较大.在区域植被生产力遥感监测中,植被样方选择要考虑优势植物种影响,数据采样要涵盖研究区主要植物种.     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

河套永济灌域土壤酸碱性与养分元素的关系

为了探讨干旱区灌区不同土地利用方式下盐碱化土壤剖面pH值与土壤水分和养分之间的关系,测定河套永济灌域荒地、林地、农田3种土地利用方式下0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm剖面土壤pH值、含水率（SMC）、有机质（OM）、总氮（TN）、Zn、Cu的含量。结果表明：土壤pH值平均值为9.13;土壤含水率2.96%~31.35%;土壤OM、TN含量平均值分别为11.30、0.49 g·kg^-1;微量营养元素Zn、Cu平均值分别为107.20、32.78 mg·kg^-1,是相应背景值的1.9、1.7倍;3种土地利用方式下,土壤pH值差异性极显著（P<0.001）,高低顺序为荒地 > 农田 > 林地,在垂直剖面含量差异并不显著（P>0.05）;3种土地利用方式下,土壤pH值主要受TN含量的影响,回归方程为Y_pH=9.336-0.409X_TN（P=0.001）;表层（0~40 cm）土壤pH值在一定程度上受Cu含量的影响,回归方程为Y_pH=0.018 X_Cu+8.523（P=0.003）。在河套永济灌域,一方面土壤碱化会导致土壤养分含量的贫瘠,另一方面施肥等农业活动在一定程度上降低了土壤表层碱性,同时造成微量元素的累积,加重土壤碱性的作用也非常显著,因此在增加农业投入的同时应合理科学地施用农药化肥。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应

利用野外降雨量增减试验平台,研究了荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应特征。结果表明:降雨量增加或减少均能导致物种的改变,使物种多样性发生变化。处理中,4种物种多样性指数整体表现为8月高于6月。降雨量减少40%时,Shannon-Wiener指数、Simpson优势集中性指数和物种丰富度Patrick指数最低,减少20%时,Pielou均匀度指数最低。降雨量增减也能够导致盖度与生物量的响应。降雨量减少60%、40%、20%时,6月植被盖度高于8月;降雨量增加20%、40%、60%时,6月植被盖度低于8月。降雨量减少和增加对荒漠草原植被盖度都有累加效应,即随时间变化,增雨处理使植被盖度持续升高,反之亦然。随降雨量增加,地上现存生物量逐渐升高,且在降雨量增加60%时达最大。降雨量减少60%、40%、20%和增加20%,都会显著降低凋落物生物量(P<0.05)。随降雨量增加,地上现存生物量与凋落物生物量的比值增大。在荒漠草原沙生针茅群落中,降雨量增加,有利于地上现存生物量的积累和地上总生物量的提高。影响荒漠草原地区植物群落地上生物量和物种多样性的关键降雨量变化范围为减雨40%～20%和增雨40%～60%。超出该范围,植物群落地上生物量和物种多样性对降雨变化的响应都会减弱。增雨20%～40%对地上生物量和物种多样性的影响不显著。