人类活动对锡林郭勒盟草原净初级生产力的影响研究

净初级生产力是草地生态系统生产能力的体现,同时也是草地生态系统固碳能力的重要指标。论文利用MOD17A3净初级生产力数据（NPP）与气象资料,分析了2001—2010年人类活动对锡林郭勒盟草原净初级生产力的影响。研究表明：1）锡林郭勒盟草原实际净初级生产力（NPP_A）介于41.32~362.27 g C·m^-2·a^-1,均值为150.78 g C·m^-2·a^-1,有较明显的水平地带性规律,由东向西逐渐减小,草甸草原最大,典型草原次之,荒漠草原最小;2）锡林郭勒盟草原人类活动影响的净初级生产力（NPP_H）介于-185.07~153.92 g C·m^-2·a^-1,均值为-34.80 g C·m^-2·a^-1,人类活动负作用占草原总面积的93.4%,人类活动正作用仅占6.6%;3）人类活动对锡林郭勒盟草原净初级生产力的影响主要是由负作用向正作用转变,且空间分布有明显的南北界线,南部表现为负作用增强,北部为正作用增强。研究可为锡林郭勒盟草地资源的管理和可持续利用提供参考依据。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。     

基于土地利用与植被恢复情景的土壤侵蚀演变特征

基于土地利用与植被恢复情景,使用USLE和土壤风蚀方程对坝上地区水蚀和风蚀强度进行估算。结果表明：（1）2015年坝上地区风蚀、水蚀和总侵蚀强度均值分别为8.83±5.15 t·ha^-1·a^-1、4.37±6.62 t·ha^-1·a^-1和13.22±8.18 t·ha^-1·a^-1;风蚀占总侵蚀67%,水蚀占33%。（2）土地利用调整情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度分别减少4.9%~9.9%、2.9%~8.3%和4.3%~9.3%;土地利用+植被恢复情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度则分别减少6.3%~13.8%、5.2%~16.2%和5.9%~14.3%。（3）土地调整面积与风蚀强度减少率呈对数关系,与水蚀强度减少率呈指数关系,与总侵蚀强度减少率呈线性关系（P<0.01）。本文结果可以为土壤侵蚀方程计算及区域土壤侵蚀防治提供数据参考。     

河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应

准确评估农田生态系统碳排放对评价陆地生态系统碳平衡具有重要意义。研究利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站玉米农田生态系统涡度相关和微气象监测数据,分析了2009年生态呼吸速率（RE）和呼吸敏感性指数（Q₁₀）的季节变化规律,探讨了环境因子对RE的影响,比较了不同模型估算生态系统碳排放量的差异。结果表明,河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统夜间平均呼吸速率表现为单峰型的季节动态,平均最大呼吸速率12.54 μmol CO₂·m^-2·s^-1;空气温度（T_a）比土壤温度（T_s）更明显地影响着玉米农田生态系统呼吸,且影响过程表现出明显的季节差异;基于Q₁₀模型拟合的4—10月各月的参考呼吸速率RE₁₀和敏感性指数Q₁₀也表现出单峰型的季节变化模式,最大值先后出现在6月和8月,其值分别为2.68 μmol CO₂·m^-2·s^-1和2.62。Logistic模型能较好地反映RE与T_a的关系,可以解释半小时呼吸速率55.9%的变异,但在高温情况下的预测值偏低;Q₁₀、Quadratic、Lloyd & Taylor和Logistic模型模拟的玉米农田生态系统呼吸速率的平均日变化和季节动态差异明显,估算的河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于1 122~1 252 g C·m^-2·a^-1。     

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。     

1985—2015年陕西黄土台塬表层土壤有机碳空间分布

中尺度范围土壤有机碳的长期动态变化状态对大气温室气体的浓度、当地环境的生态效应至关重要。论文研究了陕西黄土台塬近30 a表层（0~20 cm）土壤有机碳密度的空间分布特征,并探讨了气候、地形、土壤类型、土地利用与土壤有机碳密度和储量的关系。结果表明：1）近30 a黄土台塬土壤有机碳密度和储量呈增加趋势,且增加幅度愈来愈明显,其中,1985—2000年有机碳密度和储量的增量分别为0.20 kg/m²和1.46×10⁶ t,2000—2015年分别为0.75 kg/m²和10.87×10⁶ t。2）1985—2015年有机碳密度随气温和降水量的增加而增加,随高程和坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,在高程679~779 m、坡度10°~20°范围达到最大值。3）大多数土壤类型有机碳密度和储量随时间延长呈增长趋势,其中,黑垆土有机碳密度增加最大（1.59 kg/m²）,黄绵土储量增量最多（5.64×10⁶ t）;不同土地利用类型有机碳密度和储量随时间延长也呈增加趋势,林草地有机碳密度增加量明显大于耕地。4）研究区表层土壤有机碳密度与气温、土壤类型、土地利用类型在P<0.001水平上相关性显著,与降水在P<0.05水平上显著相关。     

基于生态足迹的土地资源资产负债核算

自然资源资产负债表是一个具有中国特色的全新课题,其理论和实践均处于探索阶段。将生态足迹理论与自然资源资产核算有机结合,通过改进生态足迹模型参数、补充对价值量的核算、重新界定自然资源资产类型,构建了基于生态足迹的土地资源资产核算体系。以新疆为研究靶区,对其土地资源资产变化进行分析,结果表明：（1）改进后的新疆生态足迹模型参数存在年际波动,均衡因子多年平均值中水域（12.239）>湿地（10.161）>林地（3.352）>草地（0.990）>耕地（0.775）>荒漠（0.215）,产量因子多年平均值中湿地（1.234）>耕地（1.214）>林地（0.889）>草地（0.819）>水域（0.674）>荒漠（0.385）。（2）受产品产量和市场价格影响,新疆不同土地类型的单位面积价格由高到低依次是：湿地（1910309元·hm^-2）>林地（329571元·hm^-2）>水域（213303元·hm^-2）>草地（212176元·hm^-2）>耕地（165467元·hm^-2）>荒漠（40395元·hm^-2）。（3）新疆土地资源资产稳定增加,权益持续缩减,负债呈扩大之势。18年内,土地资源资产数量上增加了27.19%,价值上升高了48.19%,权益数量上下降了6.60%,价值上减少了1.27%,负债在数量和价值上分别以1.20×10⁶hm²·a^-1和2.56×10¹¹元·a^-1的速度扩张。（4）基于生态足迹的土地资源资产核算方法具有涵盖质量属性、价值量内涵丰富、避免重复核算等优势。研究结果可为生态足迹与自然资源资产负债表的有机结合提供案例,同时有助于新疆土地资源合理化利用和科学管理。     

亚热带典型小流域磷收支及流失特征对比研究

磷素（P）在环境中的过量累积是导致农业面源污染的主要因素。论文以湖南省长沙县脱甲河农区小流域（52 km²）和涧山河森林-农区小流域（50 km²）为研究单元,基于入户调查资料和连续4 a的流域把口站水文水质定位观测数据,采用物质流分析法,对比研究了亚热带丘陵区典型小流域P的收支平衡及流失特征。结果表明,农区小流域出口地表水总磷（TP）含量变化为0.03~0.68 mg·L^-1,平均含量为0.21 mg·L^-1,整体达到Ⅲ类水质标准;森林-农区小流域TP含量变化范围为0.01~0.35 mg·L^-1,平均为0.08 mg·L^-1,整体为Ⅱ类水质,表明森林-农区小流域地表水水质明显优于农区小流域。农区小流域P的环境滞留强度（32.0 kg·hm^-2·a^-1）显著高于森林-农区小流域（20.6 kg·hm^-2·a^-1）,对环境影响更大。以2013年为例,农区小流域P的主要输入项为饲料,占53.1%,森林-农区小流域则以肥料为主,占53.0%;两个流域的P输出项都以植物和畜禽产品输出为主,均占总输出量的94.0%左右。控制小流域肥料和饲料投入、增加循环利用途径以及提高P利用率是当前减轻水体富营养化的有效途径。     

新疆阿尔泰山森林生态系统碳密度与碳储量估算

为科学评估新疆森林碳汇功能提供更准确的基础数据,论文基于在阿尔泰山布设的35个样地实测数据,参考2011年新疆森林资源清查资料,研究了我国境内阿尔泰山森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征。结果表明：1）阿尔泰山森林生态系统平均生物量为126.67 t·hm^-2,各组分生物量大小排序为：乔木层（120.84 t·hm^-2）>草本层（4.22 t·hm^-2）>凋落物层（1.61 t·hm^-2）,乔木各器官中,干、根、叶和枝分别占乔木生物量的50%、22%、16%和12%,干所占比例最大;林龄对植被生物量影响显著,生物量随林龄的增长而增加;2）生物量平均含碳率在0.40~0.53范围内,各组分、乔木各器官含碳率均不同,且林龄对含碳率影响显著;3）阿尔泰山森林生态系统碳密度为205.72 t·hm^-2,碳储量为131.35 Tg,其中土壤层、乔木层、草本层和凋落物层碳储量分别为86.67、43.09、1.03、0.56 Tg,土壤层和乔木层碳储量分别占阿尔泰山森林生态系统总碳储量的66%和33%,构成阿尔泰山森林生态系统的主要碳储存库;不同龄级的碳储量表现为成熟林最大,过熟林次之,两者合计占生态系统总碳储量的61%;4）阿尔泰山森林生态系统碳密度整体呈南高北低分布,是由西北—东南不同的环境因子影响所致。     

1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。     

武陵山区植被净初级生产力遥感模拟与分析

论文利用碳水耦合的BEPS遥感过程模型对2010年武陵山区植被NPP进行模拟估算,并利用森林样点实测数据、各县粮食产量统计资料、MODIS NPP产品和已发表文献中各植被类型的NPP模拟值与实测值进行验证。在分析了NPP空间分布格局及其年内变化趋势的基础上,文中还重点分析了NPP与高程、坡度和坡向等主要地形因子间的关系。结果表明：① 2010年武陵山区植被NPP平均值为555.17 g C/(m²·a),年总NPP为92.96 Tg C,与MODIS NPP产品相比,论文模拟的NPP高低值分布更加合理,而且包含了更多地形信息;② 月NPP随季节而变化,2010年研究区所有植被类型的NPP季节变化均呈双峰形态,其中灌丛和常绿阔叶林的季节变化幅度最大,农作物的变化幅度最小;③ NPP随高程增加有着明显的先增后减的变化趋势,NPP随坡度增加则呈现出先增后减然后再上升的规律,而在所有坡向中,南坡的平均NPP最高,北坡的NPP最低。     

排水对若尔盖高寒沼泽CO2和CH4排放通量的影响

建立3块标准样地（天然沼泽、1990s和1970s排水沼泽）,于2014年生长季期间,采用静态箱-快速温室气体分析仪野外原位观测CO₂和CH₄排放通量.结果表明：沼泽排水增加了土壤温度（5,20,45cm）,但降低沼泽水位;1990s[（680±329）mg CO₂/（m²·h）]和1970s排水沼泽[（973±234）mg CO₂/（m²·h）]生态系统CO₂排放通量分别较天然沼泽增加了200%和330%,但CH₄排放通量[（0.78±0.52）mg CH₄/（m²·h）]和[（-0.01±0.02）mg CH₄/（m²·h）]较天然沼泽分别降低了90%和100%;综合考虑两者排放通量,1990s[（186±89）mg C/（m²·h）]和1970s排水沼泽[（265±64）mg C/（m²·h）]生态系统碳（C）排放通量较天然沼泽分别增加了180%和300%.天然沼泽、1990s和1970s排水沼泽生态系统CO₂排放通量与5cm土壤温度存在显著正相关,而仅1990s排水沼泽生态系统CO₂排放通量与水位存在显著负相关.天然沼泽生态系统CH₄排放通量与土壤温度（5,20,45cm）存在显著正相关,但1970s排水沼泽生态系统CH₄排放通量与土壤温度（20,45cm）存在显著负相关,1990s排水沼泽生态系统CH₄排放通量与水位存在显著正相关.沼泽排水显著增加了若尔盖高寒沼泽生态系统C排放通量,降低了沼泽C汇功能,可能增强区域气候变暖.     

渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征

论文基于估算NPP的CASA模型和估算ET的三角形模型对水分限制因子算法进行改进的基础上,构建了由NPP子模型和ET子模型组成的WUE遥感估算模型,以2010年相关MODIS影像和气象参量为数据源,实现了渭河流域WUE的估算,并对WUE的时空特征及其与年内气温、降雨的关系进行了分析。研究表明：1）WUE模拟结果与通量观测数据以及生态系统模型模拟结果均具有一定的可比性,各模型模拟结果存在差异可能与WUE定义、模拟区域、使用数据源以及使用植被覆盖分类底图等存在差异有关;2）渭河流域WUE年内分布呈现微“双峰”型格局,以8月最高,春、夏、秋、冬四季WUE分别为0.57、1.05、0.66、0.12 gC·m^-2·mm^-1,呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征;3）渭河流域WUE空间分布呈现子午岭、黄龙山、六盘山以及秦岭北坡等林区高,西安市建成区、子流域上游低植被覆盖区以及局部旱作农业区低的分异特征;4）渭河流域尺度上,WUE随年内气温和降雨的变化均呈现5阶段的变化特征,但变化形式存在差异。     

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明：整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3~487.1μL/L和-0.4~-40.3μmol/（m²·s）,均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/（m²·s）.O₃浓度和通量的范围分别为4.6~116.6nL/L和-0.2~-20.7nmol/（m²·s）,均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/（m²·s）.CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO₂通量明显高于下午,上午O₃通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO₂和O₃通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO₂和O₃通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO₂和O₃通量的模拟.     

粤港澳大湾区植被CUE变化及与气候变化的关系

基于MOD17数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了2000~2019年粤港澳大湾区植被生产力和植被碳利用率（CUE）变化及其与气候变化的关系.结果表明,粤港澳大湾区总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）均值分别为1.80和0.89kg·C/m²,呈中部低四周高的空间格局,CUE均值为0.51,呈中部和东南部略高于四周的空间格局;GPP和NPP总体呈增加趋势,其年际变化率均值分别为0.01和0.001kg·C/（m²·a）,GPP年增长率远高于NPP年增长率,不同植被类型GPP和NPP也呈增加趋势.植被CUE则呈逐年下降趋势,其年际变化率均值为-0.002a^-1,由于气候因子变化对光合作用速率和呼吸作用速率产生的不同程度影响,从未来发展趋势看,68.22%的区域表明CUE仍呈下降趋势,植被碳固定能力减弱;不同植被类型CUE存在差异,其中农田CUE平均值最高,为（0.511±0.014）,森林和草地CUE分别为（0.500±0.019）和（0.501±0.020）,从变化趋势看,不同植被类型CUE呈极显著下降趋势（P < 0.01）;GPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体呈正相关关系,其所占比例分别为94.52%、53.36%和90.58%,NPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体上也表现为正相关关系,其所占比例分别为86.86%、71.10%和85.97%.然而,CUE与气候因子的关系却有所不同.CUE与气温和累积降雨呈正相关关系,但与累积太阳辐射呈负相关关系,不同植被类型GPP、NPP和CUE与气温、累积降雨量呈正相关关系,GPP和NPP与累计净太阳辐射呈正相关关系,但CUE与累积太阳辐射却呈负相关关系.     

喀斯特城市湖库pCO2及CO2通量空间格局研究

为探索典型喀斯特城市湖库二氧化碳分压（pCO₂）及其交换通量（F）空间格局,以我国贵阳市阿哈湖水库（AHa）、松柏山水库（SBS）、百花湖（BHH）和红枫湖（HFH）为对象,探索了区域气象水文基础数据、碳酸盐平衡参数及环境因子,进而评估表层水体pCO₂及其F空间变化.结果表明,受原位新陈代谢和水文调节,AHa的pCO₂为（861.6±462.8）μatm,显著高于SBS （223.6±213.1）μatm、BHH （139.3±63.6）μatm和HFH （126.2±50.9）μatm （P<0.05）,且各湖库水-气界面二氧化碳（CO₂）交换速率（k值）在（2.05~3.82） cm/h范围内.AHa的F值为（6.23±9.59） mmol/（m²·d）,具有向大气排放CO₂的潜力;SBS、BHH和HFH的F值分别为（-5.86±5.25） mmol/（m²×d）、（-8.63±1.03） mmol/（m²·d）和（-7.58±1.10） mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂汇.湖库表层水体pCO₂与环境因子叶绿素a （Chla）和氨氮（NH₄⁺-N）具有显著相关性（P<0.05）,说明喀斯特湖库碳酸盐耦合光合作用和人为输入极大影响了水体CO₂量级.     

山西省自然保护区生态系统格局及稳定性变化趋势研究

掌握自然保护区生态系统格局信息,对于摸清生态环境现状,评估保护成效,进而提出保护对策具有重要的意义。论文以2000和2010年为时间点,利用生态系统转移矩阵和正向逆向转换指数（Positive and Negative Transformation Index,PNTI）模型分析山西省自然保护区生态系统格局转换趋势,并运用Shannon-Wiener多样性指数和净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）分级标准分析生态系统稳定性变化特征。结果表明：山西省自然保护区以森林生态系统为主,其次为草地生态系统和耕地生态系统;2000—2010年间,保护区生态系统格局朝着有利的方向发展,生态系统阻抗稳定性和恢复稳定性也呈增强趋势;保护区植被生长状况得到了较好的改善,且森林生态系统保护区的保护作用最为突出,其他保护区生态系统稳定性较弱,尤其需加强对野生动物保护区的管理与修复。