近20年气候变化对西南地区植被净初级生产力的影响

论文利用大气-植被相互作用模型(AVIm²)模拟了西南地区植被净初级生产力的空间分布格局和多年变化,分析了1981-2000年西南地区气候变化对森林、灌丛和草地净初级生产力的影响。研究表明,西南地区植被净初级生产力的空间分布与降水量呈显著正相关,与海拔高度呈负相关。从年际变化来看,西南地区总植被净初级生产力近20年略有上升。近一步分析表明,由于近20年西南地区自然植被分布区域降水量变化具有明显差异,从而使得不同类型植被对气候变化有不同响应特征。在森林分布广泛的地区,气温升高速率为0.037℃/年,降水量变化趋势不明显,模拟的森林植被净初级生产力没有明显变化趋势。灌丛和草地集中区域气温升高速率分别为0.040℃/年和0.034℃/年,年降水量有明显增加趋势,植被净初级生产力有上升趋势。     

黑河流域下游水分驱动下的生态演化

在 GIS 技术支持下,以地下水数值模拟模型为依托,分析了地下水埋深对植被群落(草地、有林地、疏林地和灌木林)盖度的影响,剖析了水源距离对景观变化的影响.结果表明,在一定的地下水埋深范围内,天然植被群落盖度与地下水埋深之间有着较显著的 LOGSTIC 关系(“S”型曲线),且草地植被群落盖度对地下水埋深变化的响应程度最大.从水源距离对景观空间分异的影响来看,随着水源距离的增加,非荒漠景观的分布面积比例逐渐减小.水源距离对景观动态也有着显著的影响.     

塔里木河下游输水间歇地下水埋深及化学组分的变化

基于适时监测资料,对塔里木河下游2006年11月第11次输水停止后地下水埋深和地下水化学特征时空变化进行分析总结,结果发现,塔里木河下游上段地下水埋深自2007年3月～2009年9月呈增加变化,地下水主要离子含量以增加变化为主;中段地下水埋深呈增加变化,但主要离子的含量以下降变化为主要特征;下段地下水埋深从2008年8月起呈减小变化趋势,地下水中主要离子含量随地下水位的上升而增加.在各断面距离输水河道远处,地下水埋深变化首先与断面距离水源地大西海子水库的远近有关,距离大西海子水库较近的英苏断面在输水间歇地下水埋深呈增加变化,但变化幅度不大;喀尔达伊断面地下水埋深在输水间歇以增加变化为主;阿拉干和考干断面地下水埋深在2008年8月以后才开始受到输水的影响,地下水化学特征的变化则表现出较复杂的变化.     

中国农业植被净初级生产力模拟(Ⅱ)——模型的验证与净初级生产力估算

利用我国若干代表性区域6种主要作物(水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、油菜)生产力的田间试验及统计数据,对中国农业植被净初级生产力模型Crop鄄C进行了验证。结果表明,该模型能利用常规的气象和土壤资料、化肥氮施用量等较好地模拟我国6种作物主产区的净初级生产力,模拟值与观测值的相关系数(R2)为0.80(n=786)。将Crop鄄C模型与GIS空间数据库耦合,估计了1980-2000年中国农业植被净初级生产力。模拟结果表明,自1980年以来,中国农业植被净初级生产力呈增加趋势,从1980年的472.9TgC增加到2000年的607.2TgC,秦岭淮河以北的华北地区和西北部分地区增加最为明显。     

玛纳斯河谷水源地植被生态水位区间研究

干旱半干旱地区地下水对植被生长起着至关重要的作用,科学定量植被生长和地下水位埋深的依存关系对干旱区生态维护与修复意义重大。结合野外植被样方调查,采用高斯模型对玛纳斯河谷水源地区域植被特征与地下水埋深间的关系进行了分析,对研究植被生态水位区间的确定进行了探讨。研究结果表明,玛纳斯河谷水源地植被沿河谷洼地向东西两侧阶地呈显著的垂直地带性分布;各种植被多度与地下水埋深间的关系符合高斯分布,灌、草群落对地下水位埋深的响应有显著区别;地下水埋深在1~4 m最适宜灌木植被生长,其限制水位为5.5 m;地下水位埋深在0.5~1.5 m时最适宜草本植物生长,其限制水位为2.5 m。研究区总体的植被生态适宜水位区间为1.0~5.5 m,生态警戒水位为5.5 m,生态水位下限为9 m。     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

内蒙古典型草原区植被NPP对气候变化的响应

研究植被生产力对气候变化的响应是理解陆地生态系统与气候变化相互作用的重要基础,论文利用近45a内蒙古典型草原区55个气象台站的气象数据,采用Holdridge生命地带的气候指标和NPP区域估算模型,研究了内蒙古典型草原区植被净第一性生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明,1960-2004年间,内蒙古典型草原区域内,发生了以生物温度升高和湿润度降低为代表的生物气候明显变化;典型草原区年NPP和春、夏、秋3个季节的NPP均呈现增加趋势,其中夏季是NPP增加速率最快,增加量最大的季节;在区域上,年NPP呈现由东北至西南的递减态势,不同区域年NPP均有增加趋势,其中以中部区最为明显。     

半干旱区湿地地下水埋深对芦苇SPAC系统水分运移耗散的影响

准确把握土壤-植被-大气系统（简称"SPAC"）中水分的运输和耗散规律是区域水资源可持续管理的重要前提。以白洋淀湿地为研究区,结合现场实测和模型模拟方法,探讨台田地下水埋深变化对芦苇SPAC系统中的水分运移耗散影响。结果表明:1）随着地下水埋深的增加,芦苇蒸散发（ET_a）开始下降,ET_a下降的地下水埋深阈值在100 cm左右;随着地下水埋深的降低,生长季0~120 cm土壤剖面由水分亏损转为盈余,亏盈转换的地下水埋深阈值在60 cm左右,并且亏损量与地下水埋深呈正相关。2）相同的地下水埋深变化对不同月的土壤水分储量、蒸散发的影响程度均存在差异,其中6月影响程度最高。在对白洋淀进行生态补水时,应避免在汛期前的春季进行大量的生态补水,可以优先考虑在生长末期的秋冬季来进行生态补水。3）综合考虑植被生长需求和生态节水,白洋淀芦苇最优的地下水埋深区间在110~150 cm,此时生长季内芦苇蒸散发具有10%~20%的节水潜力。     

焉耆盆地天然植被与地下水关系研究

根据不同水分、盐分梯度,将焉耆盆地分为河畔区、荒漠区和湖畔区。调查不同区天然植被种类、数量、盖度等因子与不同水分、盐分的关系,结果表明：河畔区从第一分水枢纽到开都河下游70km范围内,土壤水分无明显梯度变化,土壤盐分、地下水矿物质含量则呈明显增加趋势;随盐分梯度变化,乔、灌、草植被盖度与土壤含盐量呈指数关系;适宜植被生长的地下水埋深范围为0.5~2.4m,当地下水矿物质含量为0.62g/L时,河畔区植被生长最好。荒漠区（西区、南区、北区）从西北到东南方向,土壤水分、盐分均呈增加趋势;不同盐分条件对植被盖度有明显影响,当土壤含盐量在6~10g/kg之间时,随土壤含盐量增加,植被覆盖度降低,植被种类明显减少。湖畔区离湖1~3km范围,随离湖距离增加,土壤水分减小,盐分增大;随土壤含盐量增加,灌、草植被盖度逐渐减小,适宜植被生长的地下水埋深范围为0.5~5.7m;当地下水矿物质含量0.5g/L左右时,湖畔区植被生长最佳;地下水矿物质含量3~5g/L时,盐漠植被仍生长良好。     

中国农业植被净初级生产力模拟(I)——模型的建立与灵敏度分析

以业已建成的稻麦作物净初级生产力模型为基本框架,建立了一个具有普适性的中国农业植被净初级生产力模型(CropC-)。CropC-的模拟对象为占我国农作物总播种面积2/3的水稻、小麦、玉米、棉花、油菜和大豆。该模型包括2个主要功能模块:光合作用和呼吸作用;土壤-作物系统氮素运移。前者综合考虑了环境因子和氮素的影响,后者包括了作物氮素吸收、土壤氮矿化和化肥氮释放。灵敏度分析表明,在输入参数变化±10%时,CropC-对6个主要输入参数响应的敏感性依次为温度>光合有效辐射>大气CO2浓度>土壤全氮含量>施氮量>降水。模型分析表明,气候变暖将降低作物净初级生产力。     

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

全球变化背景下,青藏高原作为我国乃至全球气候变化的“天然实验室”,植被生态系统发生了深刻变化。引入重心模型等方法分析和探讨2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。研究发现：（1）2000—2015年,青藏高原植被NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年植被NPP呈现波动上升趋势,其中在2005年出现上升陡坡,并在2005—2015年表现为高位波动的态势。（2）青藏高原植被NPP增加区（变化率>10%）主要集中于三江源地区、横断山区北部、雅鲁藏布江中下游以及那曲地区的中东部,而植被NPP减小区（变化率<-10%）则主要分布于雅鲁藏布江上游和阿里高原。（3）近16年青藏高原植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部。（4）青藏高原植被NPP与气候因子相关性的地区差异显著,其中植被NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而植被NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。（5）气候变化和人类活动在青藏高原植被NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现“四线—五区”的格局。研究成果能够为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应

植被净初级生产力是反映植被生态系统对气候变化响应的重要指标。基于2000—2010年MODIS NPP数据,结合同期年径流、气温、降水数据,运用趋势分析法、相关分析法以及径流过程指标法等方法,研究了长江源区2000—2010年植被aNPP的时空变化特征及其水文效应。研究结果表明：1） 近11 a来,长江源区植被aNPP呈增加的趋势,增加趋势不显著,线性增长率为48.22 gC/m²;在水热条件的影响下,植被aNPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。2） 不同植被类型的aNPP增长趋势不同,其中针叶林、灌丛、高寒草甸和高寒草原的aNPP增长率分别为3.03、2.68、1.43和0.85 gC/(m²·a)。3） 植被aNPP与6—9月的气温、5—8月的降水量呈显著相关。4） 径流系数和水源涵养指数的增大进一步验证植被aNPP的增加趋势,并对源区的水资源量产生有利影响。     

全球变化对我国荒漠化的影响

本文根据当前国内外科学家们对全球变化的研究及＂联合国环境与发展大会＂的决议第１２款,＂荒漠化＂的定义,探讨全球变化对我国土地荒漠化的影响。文中利用我国７００多个气象站点３０年的平均气象资料,采用联合国环境规划署环境监测系统／全球资料数据库方案活动中心以及国际上广泛应用的Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ计算ＰＥ与气候分类方法,计算和绘制了当ＣＯ_２倍增、气温升高１．５－４．５℃时我国干旱区、半干旱区及半湿润干旱区（Ａｒｉｄ,ｓｅｍｉ－ａｒｉｄａｎｄｄｒｙｓｕｂ－ｈｕｍｉｄａｒｅａｓ）分布变化的图表,同时利用我国北方１６０个气象台站近４０年连续记录的气象资料,进行滑动平均,计算和绘制了干旱、半干旱区的最近４０年来气温变暖及干湿变化的趋势图,分析了在全球变化下如果工业发展和其结构不变的情况下,未来３０－５０年我国土地荒漠化的发展趋势,为我国荒漠化监测预报和防治提供依据和对策。     

干旱区城市水资源开发与环境保护

水资源是干旱区生态环境中最活跃的因子，城市是自然系统与人工系统耦合成的大系统，也是地下水高度集中开发的地区。地下水是干旱区城市的主要供水水源。文章从内蒙古自治区城市水资源供需现状出发，阐述了城市水资源开发带来的环境问题，重点探讨了城市地下水超采对周边地区环境的影响。最后提出了城市水资源开发与环境保护对策措施。     

1980—2014年中亚地区植被净初级生产力对气候和CO2变化的响应

中亚干旱区分布着世界80%以上的温带荒漠,受气候变化影响显著。论文首先收集实验观测数据验证了干旱区生态系统模型（AEM）,然后运用AEM开展数值模拟实验量化研究了1980—2014年中亚净初级生产力（NPP）的时空格局,评估了不同环境因子（降水、温度、CO₂）的相对贡献率及其交互效应。结果表明：过去35 a中亚干旱区年均NPP总量为1 125±129 Tg C（1 T=10¹²）或218±25 g C/m²。哈萨克斯坦北部地区年NPP值较高（349±39 g C/m²）,而南疆地区年NPP值较低（123±45 g C/m²）。1980—2014年间,中亚NPP总体呈减少趋势 [-0.71 g C/(m²·a)],南疆极端干旱区的NPP降低最为显著 [-2.05 g C/(m²·a)]。相较于1980—1984年NPP均值,在1985—2014年中亚区域NPP总体降低了118 Tg（-10%）。其中CO₂施肥效应促进NPP增加了99.7 Tg （+8%）,气温升高的正效应促进NPP增加了35.4 Tg（+2%）,而降水减少导致NPP降低了221 Tg（-18%）。研究区内9%的地区的NPP主要控制因子为温度,主要分布在天山和哈萨克斯坦北部等高纬高寒地区。降水主控区面积占整个研究区的69%,主要分布在荒漠平原特别是南疆等植被受水分限制的区域。CO₂主控区占研究区面积的20%,主要分布在天山中山带森林区和低海拔地区等水热条件好的区域。研究表明新疆南部地区是中亚的关键生态脆弱区,其生态安全面临着气候变化的挑战,但21世纪的升温不大可能因刺激自养呼吸而对中亚区域NPP造成显著影响。     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

黄土高原沟壑区草地土壤深层干燥化与氮素消耗

根据设在黄土高原沟壑区旱塬地的长期田间定位试验结合野外调查,对旱塬人工草地土壤0～1000cm水分含量及剖面氮素含量与分布进行研究。结果显示,旱地人工草地连续种植会显著消耗土壤深层储水与土壤氮素,苜蓿的耗水深度超过1000cm,剖面200cm以下平均含水量12.6%;同时,也使深层土壤硝态氮含量降低,150cm以下硝态氮含量均小于1mg/kg,荒草地的水分状况好于人工草地,这是因为荒草地的生物量远低于人工草地,200cm以下平均含水量18.8%。在干旱地区,土壤深层储水可以调节植物用水,但是人工苜蓿从土壤深层吸收大量水分导致土壤干燥化的发生。因此,土壤储水的调节作用丧失,合理的草地产量是控制土壤干燥化的途径。草地施肥并没有显著的增产作用,但可以延缓人工草地的衰退时间。因为草地施肥的效益不明显,生产实践中农民并不施肥。     

气候和土地利用变化对上海市农田生态系统净初级生产力的影响

以上海市主要植被类型农田为研究对象,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟的近50年上海市农田净初级生产力(NPP)以及1987、1997和2004年上海市的TM遥感影像数据,分别计算了气候变化和土地利用变化对上海市农田生态系统NPP总量变化的影响.研究结果表明,如果只考虑气候变化,1961～2006年上海农田年平均NPP值增加了64.37g·m-2(以C计),平均每年增长1.43g·m-2.年平均温度和降水量均与NPP显著正相关.另一方面,上海农田面积占总面积的比例由1987年的76%递减到2004年的43%.在土地利用变化和气候变化双重因素的驱动下,自20世纪80年代以来,上海农田NPP总量减少了42%;相对于气候变化影响,土地利用变化对农田NPP总量影响较大,其中,20世纪80年代到90年代,土地利用变化对NPP总量变化的贡献率占78%;20世纪90年代到21世纪初土地利用变化的贡献率达92%.     

近40a来博斯腾湖水资源遥感动态监测与特征分析

湖泊水资源变化记录了气候变化和人类活动对区域水文过程的影响,及时、准确地获取湖泊的水资源变化信息,对认识区域乃至全球环境演变具有重要的参考意义。文章通过多源遥感数据,宏观、动态地监测了近40 a来博斯腾湖的面积、水位和库容等水文信息,分析了时间动态变化过程与演变特征。研究结果表明:在人类活动和全球变化的共同作用下博斯腾湖水资源总体呈现减少趋势,变化过程呈现波动性,依次可将整个变化过程可分为3个阶段。11972—1990年,博斯腾湖处于萎缩阶段。这一阶段湖泊面积持续萎缩,水位持续下降,水量持续减少,1990年最低水位1 045.32 m,湖泊面积为908.12 km2。21990—2002年,博斯腾湖处于显著扩张阶段。这一阶段湖泊经历了水位上升、面积增大和水量增多,其中2000年达到了峰值,此时湖泊最大面积为1 210.68 km2,湖泊最高水位为1 048.5 m,湖泊蓄水量约为90×108m3。32002—2010年,博斯腾湖处于持续萎缩阶段。博斯腾湖的水位、水量和面积呈现持续下降的趋势,2009年湖泊水位较2002年约下降了3.3 m,水资源总量减少了约38.56%。这一变化特征是一定时期内区域水资源补给平衡的结果,其变化原因既有气候波动的因素,也有人类活动的影响;但是在短期内,博斯腾湖水资源主要受到人类活动的影响。