1982-2003年中国草地生物量时空格局变化研究

论文结合草地生物量调查资料、对应时段NDVI数据,分析了1982-2003年不同时期我国草地生物量空间格局变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：20世纪80年代初期到末期,全国大部分地区草地生物量增加或基本持平;80年代末期到90年代初,大面积范围内草地生物量降低,热性草丛、温性草甸草原、山地草甸、低地草甸下降幅度分别为10.86%、4.96%、4.86%、3.49%;90年代末期后,北方大部分地区草地生物量上升到80年代的水平,南方草地生物量略有上升;1982-2003年草原区平均气温上升0.6~1.5℃,降雨量减少23.3%,草地生物量变化与降水量变化有弱相关关系（相关系数0.29）,与气温变化无关。     

不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被凋查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速(v)随植被盖度(Cover)的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下(大于临界风蚀风速),风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度<35%时,在风速为20～25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风(25 m/s)造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm2,接近1 a的土壤平均生成量(1 000 kg/hm2).     

针对NPP VIIRS数据的云检测方法研究

为了获得新型红外成像辐射仪套件(Visible Infrared Imager Radiometer Suite,VIIRS)传感器准确的云掩码数据,克服当前VIIRS云检测算法在中国区域存在的部分缺陷.本研究通过分析当前较为成熟的中分辨率光谱成像仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)云掩码算法,结合VIIRS传感器的波段特性,提出了适合中国区域的云检测算法.针对1.38μm高(卷)云检测算法在高海拔区域存在的限制,本研究使用亮温进行辅助检测,降低因低水汽含量造成的误报;针对当前VIIRS M12-M13云检测阈值在我国存在误报的问题,对M12-M13差值云检测在我国适用范围和阈值进行了分析讨论,并使用亮温辅助M12-M13进一步克服地表二项性反射造成的干扰.使用中国区域的两景数据进行应用分析表明:亮温辅助1.38um高(卷)云检测能够较好的抑制地表污染,亮温辅助M12-M13差值云检测比当前VIIRS M12-M13云检测能更好的抑制误报.通过人工解译,将检测结果和解译结果做了对比分析,实例数据检测精度均高于85%,能够满足当前云检测精度要求.     

不同放牧梯度下草甸草原土壤微生物和酶活性研究

通过小区控制放牧实验,研究呼伦贝尔草甸草原不同放牧强度下草地土壤微生物和酶活性的变化。结果表明：不同处理土壤微生物数量表现为细菌〉放线菌〉真菌。不同土层土壤微生物总数不放牧处理大于放牧处理,0～30 cm土层土壤微生物生物量碳、氮含量在轻牧区较高,在中牧区较低。土壤脲酶和过氧化氢酶活性轻度放牧和中度放牧高于不放牧和重度放牧。土壤微生物数量、生物量、土壤蛋白酶和过氧化氢酶活性均随土壤深度的增加呈递减趋势。相关分析表明,土壤微生物数量、微生物生物量以及土壤酶活性相互之间密切相关,土壤微生物量N与细菌达到极显著正相关（P〈0.01）,与真菌和放线菌呈显著相关（P〈0.05）。土壤微生物量C与真菌达到极显著负相关（P〈0.01）,与放线菌呈显著负相关（P〈0.05）。土壤微生物数量、土壤微生物量N与转化酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性呈显著或极显著正相关。土壤微生物量C与转化酶、蛋白酶、过氧化氢酶呈显著负相关（P〈0.05）。     

高光谱植被覆盖度遥感估算研究

以北京大学"无人机遥感载荷综合试验场"为试验区,采集草地植被覆盖度(Vegetation Cover, VC)和相应样方冠层高光谱反射率数据,并对比研究了高光谱反射率三种变换形式(小波能量系数、主成分和植被指数)与VC之间的关系模型。结果表明:在三种变换形式中,植被指数模型(R²大于0.8,RMSE小于等于0.018 8)优于基于小波变换和主成分分析的VC模型;经过对高光谱数据进行小波分解获得的第二和第四小波能量系数与VC之间存在显著的对数相关(R²分别为0.811和0813;RMSE分别为0.019 9和0.019 8);以多个小波能量系数作为自变量的VC多元回归模型明显优于基于主成分的多元线性回归,R²和RMSE分别提高0.058和0.030;将高光谱EVI模型与TM-EVI数据相结合生成的试验区VC空间分布总体上呈北部和南部植被覆盖度高(分别>75%和>55%),中部相对低(15%~55%)的特征,与其土地利用/覆被特征相吻合。     

内蒙古草地NPP变化及其对气候的响应

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是衡量植物群落在自然环境条件下生产能力的重要指标,NPP的变化直接反映了生态系统对环境气候条件的响应,因此可以作为生态系统功能对气候变化响应的研究指标.本文利用卫星遥感资料和地面气象观测资料,利用光能利用率模型估算了内蒙古地区1982-2003年4-10月草地NPP,并计算了与NPP密切相关的几个气候因子,分析了1982-2003年内蒙古地区草地NPP年际性变化规律、气候因子的年际变化规律,以及草地NPP对主要气候因子的响应关系.结果表明:1982-2003年内蒙古草地生长季的NPP呈波动中增加趋势,NPP的年平均递增率为C0.0036 g·m-2·Gr-1;草地NPP的空间分布与生物温度(BT)及可能蒸散率(PER)呈显著负相关,与降雨量(RAIN)、湿润度(K)及实际蒸散(AE)呈极显著正相关.内蒙古地区,草地NPP受降雨量(RAIN)及生物温度(BT)的影响较大.但NPP的变化受RAIN的影响更为明显;内蒙古地区不同草地类型的NPP变化对气候因子的响应略有不同.     

放牧对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸温度敏感性的影响

放牧是影响草地生态系统碳循环过程的重要人类活动因素,定量研究放牧对土壤呼吸温度敏感性(Q10)的影响,对于准确评估草地碳收支和碳平衡至关重要.本研究依托呼伦贝尔草甸草原放牧梯度试验平台,利用动态密闭气室法(Li 6400-09)测量草地不同放牧梯度下的土壤呼吸作用.结果表明,不同放牧梯度下土壤呼吸具有明显的季节变化,且主要受温度因子主导,7月土壤呼吸速率达最大;2011年生长季5~9月不同放牧强度的平均土壤呼吸速率大小顺序为:G1(0.23Au·hm-2)>G0(未放牧)>G2(0.34 Au·hm-2)>G3(0.46 Au·hm-2)>G4(0.69 Au·hm-2)>G5(0.92 Au·hm-2).与不放牧相比,重度放牧(0.92 Au·hm-2)条件下Q10值减少了约10%,而轻度放牧(0.23 Au·hm-2)条件下Q10值略有升高.总体上,土壤呼吸温度敏感性(Q10)与放牧强度显著负相关(r=0.944,P<0.05),放牧不同程度地降低了土壤呼吸的温度敏感性.不同放牧梯度下Q10值与地上、地下生物量、土壤有机碳和土壤含水量之间存在显著的正相关线性回归关系,可以解释不同放牧梯度下Q10值71.0%~85.2%的变异性.放牧条件下Q10值发生变化本质上是生物因素和环境因子共同作用的结果.     

基于MODIS数据的内蒙古草地光能利用率时空变化分析

光能利用率(常以ε表示)直接影响草地植被的能量分配和光合速率,是影响NPP形成的重要参数之一。论文以MODIS数据及地面气象数据为数据源,在GIS和RS的支持下,研究了2003年内蒙古地区生长季草地的光能利用率(ε)及时空变化。结果表明,内蒙古地区生长季草地光能利用率(ε)在0～0·292 9 gC·MJ-1之间,平均值为0·220 4 gC·MJ-1。该地区草地生长季光能利用率空间分布规律明显,总体上呈由高纬度的东北部地区向低纬度的西南部地区逐渐降低的趋势,与该地区降雨空间分布相同。内蒙古地区生长季所有草地类型的平均光能利用率(ε)季节变化呈明显的单峰变化,其增长速率从5月开始为单调递减。