基于MOD17A3的中国陆地植被NPP变化特征分析

净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为生态系统物质与能量循环的基础,是区域和全球尺度碳循环和碳收支研究的重要组成部分。基于MOD17A3的NPP数据、地表覆盖类型MCD12Q1数据,采用趋势线分析法对中国2000—2015年陆地植被NPP时空格局、变化规律进行研究。结果表明,(1)2000—2015年,全国陆地植被平均NPP为273.5 g·m~(-2)·a~(-1),变化速率为1.415 g·m~(-2)·a~(-1),变化百分率为8.8%,全国植被NPP线性增长趋势达到显著水平(P0.05)。中国陆地植被NPP年总量在2.406~2.811 Pg·a~(-1)之间波动,平均值为2.635 Pg·a~(-1)。(2)中国平均植被NPP分布呈现西北低东南高、北方低南方高的基本格局。全国大部分区域,植被NPP水平较低,61.0%的区域植被NPP低于300 g·m~(-2)·a~(-1)。森林、草原、农田平均植被NPP分别为575.5、204.2和388.40 g·m~(-2)·a~(-1)。(3)中国大部分地区年NPP变化趋势不明显,占79.9%的陆地区域植被NPP变化趋势不明显,18.4%的陆地区域植被NPP呈显著增加趋势,仅1.7%的陆地区域植被NPP呈显著减少趋势。(4)占中国陆地总面积59.1%的区域植被NPP增减速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以内,33.4%的区域植被NPP增加速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以上,仅7.4%的区域植被NPP下降速率超过2 g·m~(-2)·a~(-1)。(5)中国大部分地区陆地植被NPP的增长百分率在5%以上,占陆地总面积48.1%,变化不大(变化百分率率在-5%~5%之间)的区域占41.0%,陆地植被NPP的降低率在5%以上的面积占10.8%。该研究对中国各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

中国南部样带植被NPP与气候的关系

以全球变暖为背景,以中国南部区域18.00°～7.50°N,108.50°～112.50°E样带为研究对象,以纬度为梯度,应用CRU(Climate Research Unit)全球观测数据集和CO2体积分数倍增后的2050年模拟气候状况作为平衡态陆地生物圈模型BIOME4的气候驱动,对中国南部样带历史100 a和未来50 a间的潜在植被净初级生产力(net primary production,NPP)和叶面积指数(leaf area index,LAI)变化进行模拟和统计分析.结果显示样带内影响NPP的主要因素为年最低温度和年均降雨量,影响LAI的主要因素为年均温度和年均降雨量.植被类型变化与气候变化所造成的NPP、LAI变化略有不同.样带较高纬度地区,植被类型变化与气候变化造成的NPP均值差异较小而LAI则差异较大.未来气候状况下NPP、LAI都有大幅度的增加,但不同纬度增幅不同.     

江苏省植被NPP时空特征及气候因素的影响

利用2000—2006年的EOS/MODIS卫星遥感资料,对江苏省植被净初级生产力（NPP）时空特征及气候变化对其影响进行分析。在ArcGIS软件中,建立线性回归方程获得NPP的变化斜率,分析7 a间各像元NPP的空间变化趋势。计算各像元的NPP数值与气候要素的线性相关系数,为定量阐述气候变化对植被生长的影响提供依据。结果表明,江苏省植被NPP 7 a平均值为506.6 g.m-2.a-1（以C计）,比全国同期NPP数值高出约40%。NPP表现出明显的年际变化,2004年植被年均NPP最大为530.6 g.m-2.a-1（以C计）,2000年最小,为481.1 g.m-2.a-1（以C计）。空间分布上NPP表现为东南高于西北,沿海高于内陆。2000—2006年江苏省有76%的区域植被NPP表现为显著增加,仅江苏南部少数区域表现出减少的趋势。除苏南少数区域外,气候因素控制着NPP的时空变化规律。其中气温的升高和太阳辐射的增加促进NPP提高,而降水量的增加引起NPP的降低。     

基于HASM的中国植被NPP时空变化特征及其与气候的关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,直接反映植被的生产力和地表质量状况,对于研究全球气候变化具有重要意义。为更好地了解近年来中国陆地植被NPP时空分布格局,探讨其对气候因子响应的空间分异规律,利用高精度曲面建模方法(HASM),结合LPJ-GUESS动态植被过程模型和MOD17A3NPP遥感数据产品估算2001-2015年中国陆地生态系统植被NPP的时空分布特征,并根据气候要素和土壤质地特点分区探讨其与气候因子的关系。结果表明,(1)近15年全国植被平均NPP空间分布地域性明显,总体上沿水热梯度由西北向东南呈逐渐增加的趋势。其中西北沙漠和青藏高原腹地的植被NPP值最小,在100 g·m~(-2)(以C计,下同)以下,西北内陆向东南沿海过渡带植被NPP值在300-600 g·m~(-2)之间,四川盆地大部分地区以及海南省和东北平原局部植被NPP值在700g·m~(-2)以上。(2)近15年全国植被NPP均值为376 g·m~(-2)·a~(-1),变化范围为1.9~(-1) 131 g·m~(-2)·a~(-1)。青藏区面积和植被NPP总量占全国的比例最大,均为23%,甘新区面积占全国的23%,年均NPP总量只占全国的10%;西南区、东北区和长江中下游区植被丰富,年均NPP总量占比大于面积占比。其他地区面积和年均NPP总量占全国的比例相当。(3)近15年全国有65.29%的区域植被NPP呈增加趋势,最大增速为72.64 g·m~(-2)·a~(-1),平均增速为2.29 g·m~(-2)·a~(-1),以青藏部分地区、黄土高原区、海南大部和台湾北部地区增幅最大。(4)近15年来全国有79.26%的地区年平均NPP与年平均降水之间呈显著正相关,而年平均NPP与年平均温度这一比例仅为8.71%,分布在青藏高原部分地区。     

基于热点分析与地理探测器的地质灾害敏感性评价

探讨地质灾害的空间分布特征与影响机理对于辅助区域灾害预警具有重要意义.以北京市为研究区,选取9个地质灾害敏感性评价因子,利用信息量模型与热点分析揭示北京市地质灾害空间集聚特征,结合地理探测器探讨其空间分布的主控因素.结果表明:极高与高敏感区主要聚集在北京市北部与西部山区,中等及以下敏感区则主要分布在东南部的堆积平原处;...     

天山植被NPP时空特征及其对气候要素的响应

为探讨近十几年来新疆天山地区植被净初级生产力时空格局及其对气候要素的响应机制,基于资源平衡的观点和光能利用率的概念,利用改进的光能利用率模型估算2001—2013年天山植被NPP,利用RS和GIS技术逐像元分析天山植被NPP时空分布特征及其与气候要素的相关关系,进而了解天山地区植被NPP对气候变化的响应机制,为天山地区生态环境保护和管理提供科学依据。具体方法包括:(1)将2001—2003年新疆地区MODIS-NDVI月产品数据、天山26个气象台站插值数据和2005年土地利用-覆盖数据进行预处理后作为参数输入到CASA模型中,估算出13 a天山地区植被NPP;(2)通过与其他研究NPP模拟结果进行对比,验证该文所采用的模型的模拟精度。研究结果表明,天山地区植被NPP总体呈西高东低,由北向南递减的空间分布特征;13 a平均植被NPP(以C计,下同)和NPP总量分别为156.63 g·m-2·a~(-1)、93.2 Tg·a~(-1)(1Tg=1012 g);2001—2013年天山植被NPP总体呈缓慢增长趋势,NPP快速增长区零星分布在天山北坡的林地和耕地区,增长速率为25~55 g·m~(-2)·a~(-1),草地NPP总量波动较为明显,林地和耕地NPP总量呈缓慢上升趋势,而荒漠NPP总量波动趋于平缓;植被NPP与年降雨量、年均温的平均相关系数分别为0.383和-0.189,天山地区植被NPP与年降雨量的相关性更强,降雨量是影响天山植被NPP的重要因子;不同类型植被NPP对气候要素的响应情况存在明显差异:天山林地、草地和荒漠植被NPP主要受降雨量影响,而耕地植被NPP同时受到降雨量和气温的限制。     

基于地理探测器的土壤重金属影响因子分析及其污染风险评价

地理探测器能快速定量化揭示驱动重金属含量影响因素的强度,这对于重金属空间预测模型构建变量的确定和土壤污染修复措施的精准实施具有重要意义.利用地理探测器模型,对5种土壤重金属元素Cu、Zn、Pb、Cr、Ni的空间分布和11种环境因子的交互作用进行定量评估,通过单因子指数法进行重庆市土壤重金属污染风险评价.结果表明:研究区...     

基于地理探测器的中国陆地生态系统土壤有机碳空间异质性影响因子分析

中国陆地生态系统土壤有机碳库对全球生态系统碳平衡具有显著影响.为揭示土壤碳库空间分布的潜在主控因子并为今后建立碳库空间分布模型提供依据,利用地理探测器对中国陆地生态系统表层土壤(0—20 cm)有机碳密度的影响因子(气温、降水量、DEM、NDVI、陆地生态系统类型、人口密度)进行空间分异性探测和定量归因.结果表明:自然...     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤酶活性特征研究

采用空间代替时间的方法,在贵州西南部花江典型喀斯特峡谷区选择裸地、草本、灌木、乔林四个植被恢复阶段作为退化植被恢复过程中不同恢复阶段。然后在一年中四个季节的每一季节分别对四个阶段样地进行取土,带回实验室风干磨细。分别用比色法测定脲酶活性,用比色法测定淀粉酶活性,用碘量滴定法测定多酚氧化酶活性。通过一年的实验结果表明,土壤酶活性随植被恢复过程逐渐提高,即裸地阶段〈草本群落阶段〈灌木群落阶段〈乔林阶段。土壤酶在土壤中分布是根际土大于非根际土,垂直剖面上,A层总是大于B层。脲酶、淀粉酶、多酚氧化酶活性在一年中总体表现为春夏季高,冬季低的特点,具体的酶表现不尽相同。各层次酶活性季节性变化趋势相同。     

西南喀斯特地区植被变化及其与气候因子关系研究

受气候变化和退耕还林还草工程实施的影响,植被分布产生一定的变化,厘清气候因子与植被生长的关系,可以为生态维护与治理提供参考依据,为生态保护成效评估提供科学基础。选择环江喀斯特区,以中分辨率卫星成像光谱仪(MODIS)卫星遥感250m空间分辨率植被指数NDVI,分析2000-2017年该地区植被变化趋势,利用多元线性回归分析累积降水、温度、辐射等气候因子的影响范围和程度,以残差趋势法厘定植被变化中的人为贡献。结果表明,(1)2000-2017年,环江地区87%的地区植被年均NDVI呈现不同程度的增加趋势,增长率为0.4%a~(-1);主要植被类型农田、森林、草地年均NDVI持续改善,其中森林的改善状况最好。(2)环江地区气候变化整体呈冷湿化。温度、累积降水、辐射对植被年均NDVI的影响情况不同,就环江地区而言,温度、辐射对年均NDVI表现出正影响,且温度影响最大;累积降水与年均NDVI呈负相关。(3)不同植被类型受气候因素的影响不同,在气候因素对植被年均NDVI的解释度较高的地区,农田主要受温度影响,森林和草地主要受辐射和温度的共同影响。(4)环江地区气候因素可以解释8.5%的年均NDVI的变化情况。(5)环江地区除气候因素以外的其他因素对NDVI影响更大。     

基于RUE的植被覆盖动态演变特征及归因分析——以宝鸡地区为例

植被覆盖的变化趋势对区域生态恢复评估具有很好的表征作用。选取长时间序列(2001—2017年)MODISNDVI(NormalDifferenceVegetationIndex,归一化植被指数)遥感影像、降水量等数据,基于植被降水利用效率(RainfallUse Efficiency,RUE)模型,综合气候、土地利用/覆盖及光学遥感3个维度,采用经分离后的人为干预(增加/减少)因素探讨了第一轮退耕还林(草)工程实施下(2001—2008年)、第一轮退耕还林(草)工程实施后(2009—2013年)及第二轮退耕还林(草)工程实施以来(2014—2017年),自然和人为驱动力因子对宝鸡地区植被恢复的影响。再结合社会经济数据,利用地理探测器探究对NDVI空间分布解释力的主导驱动力因子。结果显示,(1)3个时间段上,人为干预增加区域面积(0.51×10~4、0.53×10~4、0.56×10~4hm~2)大于人为干预减少区域面积(0.04×10~4、0.26×10~4、0.28×10~4hm~2),两者均呈逐阶段递增的变化趋势。(2)近17 a来,累计NDVI与RUE分别以0.605/10 a、0.002/10 a的速度增长。3个时间段上,人为干预(增加/减少)区域NDVI与RUE相关性均表现为逐阶段增大的正相关关系,且人为干预增加区域NDVI与RUE相关性(0.15、0.37、0.42)均大于人为干预减少区域(0.13、0.27、0.37)。至第二轮退耕还林(草)工程实施以来,显著和极显著性遍布全区,林地(31.21%)、未利用土地(26.59%)的相关系数增速最高。(3)人口密度∩耕地面积(0.233)、日照时数∩粮食总产量(0.229)、气温∩土壤类型(0.227)、日照时数∩耕地面积(0.227)及人均GDP∩耕地面积(0.226)等气候环境因素和人类活动因素的交互作用对NDVI空间分布的解释力较强,但人类活动因素的主导驱动力监测结果较弱(0.014—0.189)。说明人类活动因素的单一驱动力因子空间分布对NDVI空间分布的解释力较弱。另外,受降水量的胁迫作用,植被降水利用效率增强,在与气候环境因子的交互作用下,植被覆盖状况表现出逐年改善的变化趋势。     

西南喀斯特典型土壤在不同植被类型下的土壤呼吸特征

为了研究喀斯特地区不同植被类型覆盖下的典型土壤呼吸变化规律,采取野外原位观测的方法,监测了2种典型植被类型（林地和灌草地）下的红壤、棕色石灰土、黑色石灰土在不同时刻的土壤呼吸过程。通过对土壤呼吸的日变化、季节变化和在旱季、雨季的差异的分析,探讨了喀斯特典型土壤的土壤呼吸规律。结果表明,3种土壤不同植被呼吸速率相比,旱季红壤和棕色石灰土的土壤呼吸速率均有：林地〉灌草地（P〈0.05）,黑色石灰土的土壤呼吸速率有：灌草地〉林地（P〈0.05）;雨季为红壤：灌草地〉林地（P〈0.05）,石灰土：林地〉灌草地（P〈0.05）。灌草地土壤呼吸速率对温度湿度的响应比林地敏感。西南喀斯特地区土壤呼吸特征的变化因植被类型不同而存在差异。不同的植被覆盖状况会影响到土壤呼吸对不同土壤类型的敏感程度。     

喀斯特石漠化区植被恢复不同阶段土壤真菌群落组成分析

为阐明西南喀斯特石漠化区植被恢复过程土壤真菌群落组成及优势关键类群,采集乔林、灌木林、灌草和草本群落4种不同植被恢复阶段不同小生境中(石面、石沟、石缝)的表层土壤,提取其DNA,利用IlluminaHiSeq平台对真菌ITS区扩增进行高通量测序后注释鉴定,开展植被恢复不同阶段真菌群落组成结构分析。结果表明,36个土壤样品中共获得2 437 541条有效序列,每个样品获得35 911条有效序列,OTU数目为5 437,包含5个门、626个属。乔林、灌木林阶段土壤真菌群落组成相近,由未分类真菌、Geminibasidium、被孢霉属Mortierella、蜡壳耳属Sebacina、青霉属Penicillium、子囊菌门Ascomycota未定属等组成,其中木霉属Trichoderma(LDA=4.11)、青霉属(LDA=4.35)、小蔓毛壳科Herpotrichiellaceae(LDA=4.00)、革菌科Thelephoraceae(LDA=4.10)、未分类真菌(LDA=4.86)为该类型的关键优势真菌类群。灌草过渡阶段与草本群落阶段各成一种类型,灌草过渡阶段包括蜡壳耳属、Geminibasidium、被孢霉属等,其中,蜡壳耳属(LDA=5.30)、Geminibasidium(LDA=4.77)、煤炱目Capnodiales(LDA=4.15)、格孢菌目Pleosporales未定属(LDA=4.28)为该类型的关键优势真菌类群。草本群落阶段由未分类真菌、镰刀菌属Fusarium、子囊菌门、被孢霉属、Archaeorhizomyces等组成,镰刀菌属(LDA=4.78)、Archeaorhizomyces(LDA=4.48)、支顶孢属(LDA=4.22)、肉座菌科(LDA=4.54)、子囊菌门未定属(LDA=4.63)为该类型的关键优势真菌类群。     

区域及全球尺度的NPP过程模型和NPP对全球变化的响应

植被净第一性生产力（NPP）不仅是表征植被活动和生态过程的关键参数,而且是判定生态系统碳汇和反映生态系统对全球变化响应的主要因子。当前,模型模拟成为大尺度NPP研究的主要手段,而在众多NPP估算模型中,过程模型逐渐趋于主导地位。虽然目前有关NPP的研究有很多,但还没有关注于大尺度上应用的过程模型及其模拟的NPP对全球变化的响应。因此本文主要侧重于 NPP 过程模型在区域及全球尺度上的应用,具体包含以下内容,①进一步将区域及全球尺度的NPP过程模型分为静态植被模型和动态植被模型。②阐明这些模型间存在的区别与联系。③归纳出NPP过程模型在区域及全球尺度上应用的3大挑战：时空尺度转换、多源数据的获取与融合以及模型模拟结果的验证与评价,并根据其解决方案总结出通用的模型应用框架。④从气候变化、大气成分变化和土地利用/土地覆盖变化3个方面探讨NPP对全球变化的响应机制,以期找到NPP变化的规律与模式。最后根据NPP模型的发展对未来区域及全球尺度的NPP过程模型进行展望,认为未来模型的综合性将更高,机理性也将更强,同时与全球变化研究结合得更加紧密,且基于多个已有模型的混合模型也是未来NPP模型发展的一个重要方向。此外,本文认为对NPP模拟结果的尺度效应研究也是未来NPP研究的热点之一。     

青藏高原东部亚高山森林草甸植被地理格局的成因探讨

森林和草地在亚高山带的阴阳坡上形成的交错分布现象,呈一弧型分布在青藏高原东部本文在综合分析了造成这种现象的生理生态因素之后,重点从火的作用、放牧作用和历史时期人类活动的影响等方面,讨论了青藏高原东部亚高山带植被地理格局的形成原因结果表明,自然生态因素和人类活动的影响在植被地理格局的形成过程中起着同等重要的作用,其中火灾的作用以及气候变化造成的人口迁移压力作用十分明显．在这一弧形区域内,林线以下的亚高山灌丛或草甸多属次生类型,人类有目的的烧荒和长期放牧阻滞了植被的顺向演替,维持了亚高山（灌丛）草甸的偏途顶级状态．     

喀斯特地区植被不同恢复阶段功能冗余和功能多样性对群落稳定性的影响

喀斯特地区属于生态脆弱区,由于环境本身的脆弱性和人为的干扰,导致植被恢复难度较大。所以,在植被恢复过程中群落稳定性的增长和维持成为了重要的研究内容,对指导生态修复具有重要意义。该文通过物种功能性状研究功能多样性、功能冗余与群落稳定性的关系,阐明植被恢复过程中影响群落稳定性增长与维持的内在因素。采用“空间代替时间”的方法,在贵州喀斯特高原区选择处于退化喀斯特植被自然恢复不同阶段的植物群落,即草本群落阶段、灌草过渡阶段、灌木灌丛阶段、灌乔过渡阶段和乔木林阶段的植物群落,探究功能冗余和功能多样性对群落稳定性影响的差异。结果表明：在喀斯特高原区,随着植被的恢复（1）群落的稳定性呈现逐步递增的趋势,两种测定方式均得到一致的结果,群落稳定性指数（C）由0.393上升至1.206,M.Godron稳定性指数法也显示曲线交点与稳定点之间的距离由10.49缩短至2.32;(2)功能冗余逐步递增,在乔木林阶段达到最高,且各阶段具有显著性差异;功能多样性则是先增后减,在灌乔过渡阶段达到最高;（3）根据逐步回归结果显示,功能冗余和功能多样性均能提高群落的稳定性,但是在不同的恢复阶段两者对于稳定性的影响并不一致...     

基于地理加权回归模型的能源“金三角”地区植被时空演变及主导因素分析

宁陕蒙接壤地区的能源"金三角"为我国提供了丰富的能源,其地表植被状况与我国的生态恢复与重建密切相关。应用RS和GIS技术,以归一化植被指数产品(MODIS NDVI)为数据源,借助逐像元趋势分析法研究了2005—2015年间的植被动态变化;基于规则网格构建地理加权回归模型(GWR),探索了高程、坡度、土壤黏粒含量、多年平均气温、多年平均降水、距煤矿区距离及距道路距离7个因子对植被变化的影响及其空间非平稳性。结果表明:(1)时间上,2005—2015年研究区平均NDVI整体呈现波动上升趋势,增长率为0.083·(10 a)~(-1)(P0.05);空间上,NDVI呈现由东南向西北递减的分布格局;趋势上,NDVI变化呈增加趋势的区域(27.11%)远大于减少区域(0.64%),显著增加区域主要分布在榆林市东部。(2)与2005—2012年相比,2013—2015年归一化植被指数(NDVI)在全区显著减少,且具有更强的空间聚集性(Moran's I值为0.851),但变化程度具有空间异质性。(3)2个时段全区植被变化受气候等自然因素的影响较大,影响植被变化的主要因素在时间与空间上具有差异性,人类活动对植被变化具有双重作用。