基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季(4—10月)对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0~100cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明:(1)受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。(2)3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30~100cm深土壤水分状况则相反。(3)降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为主,10cm以下土壤水分补充困难,土壤水分状况较差。流动沙地和半固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于30~100cm深土壤,而固定沙地土壤水分状况则相反。研究结果可为半干旱区沙化土地近自然植被恢复与固沙植被稳定性维持提供科学依据。

山楂和枣释放BVOCs组分生长季动态变化特征研究

【目的】探究北京地区经济林树种山楂和枣不同时期释放植物源挥发性有机物(BVOCs)组成成分的变化规律,以及两者释放有益BVOCs特征。【方法】采用动态顶空采集法收集释放的BVOCs,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术进行分析。【结果】在整个生长季从山楂叶中共检测出12类328种BVOCs,从枣叶中共检测出12类301种BVOCs,枣叶释放类别的数量与山楂叶相同,释放种类少于山楂叶,两树种均在9月释放类别最多;山楂叶和枣叶主要释放烷烃类、烯烃类和芳香烃类、酯类和醇类BVOCs;枣叶主要释放烷烃类、烯烃类、芳香烃类、酯类、醛类和醇类BVOCs,其中天然壬醛山楂叶和枣叶每月都有释放,但枣叶每月释放BVOCs的种类更加丰富;山楂是烯烃类夏季高释放量树种,枣是春季芳香烃高释放量树种;从山楂叶中共检测出烯烃类、芳香烃类、酯类、醛类、有机酸类、酮类、醇类和酰胺类8类43种有益成分,而枣叶不释放酮类,释放种类总数量比山楂叶多。【结论】两个树种释放烯烃类有益BVOCs在总有益BVOCs成分中占比最大,以释放对薄荷-1(7),3-二烯、α-蒎烯、罗汉柏烯、3-蒈烯、右旋萜二烯为主,夏季是山楂叶和枣叶释放有益BVOCs组分的主要季节,两者均在7月达到最大值。总之,树种释放BVOCs成分呈明显的季节性变化,尤其是山楂叶释放总有益BVOCs最大值超过60%。

2023年吉林省作物生长季气象条件及其对粮食生产的影响

2023年吉林省作物生长季内天气气候特点是:气温偏高、积温偏多、无霜期较长,降水略多,日照略少,农业气象条件阶段性变化明显,总体看较有利于农作物生产发育和产量形成。各地热量充足,初霜冻偏晚,作物成熟度和产量均较高,但遭受了局地干旱、暴雨洪涝、阶段性阴雨寡照等农业气象灾害,造成一定产量损失。与2022年相比,2023年气象条件利多弊少,吉林省粮食总产量明显高于2022年,农业为丰收年景。

高寒草地牧草生长季放牧强度对藏系绵羊体增重的影响

为探讨牧草生长季不同生长时期和放牧强度对藏羊体增重的影响,以藏系绵羊为研究对象,基于不同放牧强度在高寒草地开展了重度(每公顷5.13个羊单位)、中度(每公顷3.92个羊单位)和轻度(每公顷3.03个羊单位)的藏羊放牧试验。结果表明:1)不同年际间受环境影响,藏羊日增重存在差异,不同年际当中藏羊日增重为牧草返青期和生长期高于牧草枯黄期,且在牧草枯黄期藏羊日增重存在负增长的现象,线性回归分析结果表明藏羊日增重和牧草生长时期存在斜率为显著负相关(y=0.3088−0.1107x)的直线关系;2)牧草生长季不同放牧强度下藏羊个体日增重、暖季增重、单位草地面积增重无显著差异(P>0.05),但各年际当中藏羊暖季增重均为中度高于轻度和重度,单位草地面积增重均为轻度低于中度和重度。综上所述,不同放牧强度利用高寒草地暖季放牧场,藏羊体增重从牧草返青期到生长期再到枯黄期逐渐降低,以家畜生产为主兼顾草地的合理利用,高寒草地以中度放牧利用为宜。

2001-2020年黄土高原植被生长季干旱的时空分布

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)反演作物缺水指数(CWSI),研究黄土高原生长季干旱时空变化特征,并用CWSI和植被归一化指数(NDVI)进行偏相关分析以探究生长季内最干旱月份对NDVI的影响。结果表明:1)黄土高原生长季CWSI多年平均值为0.777,处于中度干旱状态,空间分布表现为东南部较轻,西北部较严重的特征,且高程在1200~1700 m区域内的干旱程度最高;2)2001-2020年多年生长季CWSI整体呈显著下降趋势,其中2001年干旱程度最高,2018年干旱程度最低;在整个生长季内,黄土高原在4月的干旱程度最高;8月的干旱程度最低。具体表现为:4-10月,干旱等级从重旱过渡到中旱和轻旱,又从轻旱演变成中旱;3)从植被类型角度分析,荒漠、草原的分布区域属于重旱;草甸、栽培植被、灌丛的分布区域属于中旱;针叶林、阔叶林的分布区域属于轻旱,且不同植被类型在植被生长季的CWSI均呈波动下降趋势。研究结果可为黄土高原地区的生态预警和旱灾预估提供科学依据。

2019-2022年阴山北麓站不同坡位植物群落生长季动态数据集

阴山北麓荒漠草原地理区位特殊,既是我国阴山山地向蒙古高原的过渡带,也是半干旱区向干旱区气候的过渡区域,属于国家生态安全格局北方重要生态安全屏障区。了解区域内植物群落特征对探究荒漠草原生物多样性、草地生产力以及退化草原恢复具有重要意义。本文整理了2019–2022年阴山北麓站长期围封样地不同坡位植物群落生长季的野外调查数据,数据包括植物种类组成、高度、盖度、密度和地上生物量等。数据集的采集和处理过程严格遵循草地植物群落调查质量控制和规范。本数据集可为荒漠草原的管理和恢复提供科学依据和数据支撑。

祁连山草地生态系统优势物种生长季的生态化学计量特征

植物生态化学计量是许多过程模型的重要参数,为了解高海拔地区优势物种的生态化学计量特征及其与土壤养分的关系,本文测定祁连山高寒草地生态系统5种优势物种叶片和根系的生态化学计量,分析了其与根际土壤养分的关系。结果表明:随着生长季推移,优势物种叶片总有机碳(Total organic carbon, TOC)含量相对稳定,全氮(Total nitrogen, TN)含量下降,而C∶N和C∶P则增加;大部分物候期下,青藏大戟(Euphorbia altotibetica Paulsen)的TN和全磷(Total phosphorus, TP)含量高于其他优势物种,且C∶N和C∶P低于其他优势物种,而垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)的TN含量低于其他优势物种,且N∶P和C∶P高于其他优势物种;祁连山地区植物生态化学计量受到土壤化学计量的影响,植物生长主要受到N元素的限制。研究结果为相关植被模型和陆面过程模型的参数化提供了重要的基础数据。

2000-2022年宁夏不同地理分区生长季植被覆盖度时空非平稳性特征

地表植被是土壤、水体与大气之间重要的连接物质。研究不同地理分区植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)时空非平稳性对区域生态环境保护与规划建设具有重要意义。基于MODIS13Q1 NDVI数据及其同期气象、地形、土壤、人类活动影响因子,明确不同地理分区FVC时空变化特征及其原因。结果表明:宁夏不同地理分区下的FVC差异显著,南部山区拥有较好的FVC水平。2000-2022年宁夏FVC呈现波动式增长趋势,南部山区FVC变化最为明显,平均增长速率为0.011/a。生长季多年平均空间格局分析说明宁夏高FVC主要集中在六盘山高山区、沿黄流域和清水河流域。23年间宁夏FVC低波动区域重点位于六盘山、沙坡头自然保护区、南华山以及吴忠市和银川市城建区域,中部干旱带高波动明显,Theil-Sen Median趋势分析显示南部山区增长趋势明显,引黄灌溉区有递减趋势,Mann-Kendall显著性检验说明宁夏越往南部FVC改善越显著,Hurst趋势进一步表明了南部山区和引黄灌溉区具有高持续特点,南部山区高山区、沙坡头自然保护区、甘城子以西、贺兰山石炭井、中宁县、贺兰县月牙湖乡等区域未来将维持稳定不变,沙坡头区香山一带反持续性显著,FVC有将会得到改善,贺兰山部分地区FVC较低且持续性较强有维持现状风险。宁夏不同地理分区FVC与影响因素时空非平稳特征明显,空间序列回归系数说明人类活动对FVC产生重要影响,时间序列回归系数说明了历史时期气候因素对FVC影响波动性大。该项研究可为宁夏不同地域生态保护、建设与可持续发展提供差异化对策提供参考。

基于遥感植被指数的青藏高原生长季开始时间分析和模拟

青藏高原是重要的牧草产地、生态屏障和水源涵养区,其植被生态过程可以直接牵动中国乃至东亚的变化。随着全球变暖,青藏高原植被物候期不断改变,通过碳循环、水热循环等影响着气候和生态系统,物候变化及其影响因素研究成为关键问题,构建可以实现未来物候预测的模型具有重要科学意义。本文基于2000-2020年卫星获取的归一化差值植被指数(MODIS NDVI),利用动态阈值法提取青藏高原植被生长季开始时间(SOS),并结合植被类型分析其时空变化规律,构建SOS与气温、土壤水分的多种物候模型,探究不同区域、种类植被开始生长所需水热条件。结果表明:(1)2000-2020年,青藏高原SOS整体呈提前趋势,东部最为显著,提前速率超过10d·(10a)^(-1),针叶林、灌丛、草甸和高山植被覆盖区SOS提前比例较高,草原有约50%的轻微延后区域;(2)青藏高原东部和北部区域有明显的暖湿化趋势,年均温上升速率约为0.36℃·(10a)^(-1),年均土壤水分增加速率约为每年3.8×10^(-4) m^(3)·m^(-3)(p<0.01);(3)四个物候模型参数率定结果均显示,青藏高原东部和南部植被开始生长对水热条件要求更高,南部植被SOS的主控因子为气温,而北部则为土壤水分,不同植被类型生长季开始的气温、土壤水分阈值和主控因子也与其空间分布位置密切相关;(4)文中构建的积温-累积土壤水分阈值模型对于青藏高原主要植被类型(草原、草甸和高山植被)模拟效果最好,均方根误差仅在8天左右,对于青藏高原未来SOS预测、物候与气候之间的相互作用机制等相关研究具有参考意义。

祁连山高寒草甸非生长季碳水通量及其影响因素

高寒草甸作为主要的高寒生态系统之一,其非生长季的碳水平衡地位对整个生态系统具有重要意义。但该季节碳水通量的环境驱动因素知之甚少。因此,本研究基于涡动观测与气象梯度塔,探讨祁连山高寒草甸非生长季(2022年11月—2023年4月)的碳水通量及其影响因素。研究结果表明,祁连山高寒草甸生态系统,整个非生长季净生态系统碳交换量(net ecosystem carbon exchange,NEE)、总初级生产力(gross primary productivity,GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration,Reco)分别为-18.0574mg CO_(2)·m^(-2)、27.3565 mg CO_(2)·m^(-2)和9.2991 mg CO_(2)·m^(-2)。总蒸散发(ET)为74.8762 mm,比总降水量低15.0762 mm,该生态系统水循环较为平衡。在非生长季归一化植被指数、光合有效辐射和土壤温度是影响净生态系统碳交换量的主要因素。而相对湿度、降水和净辐射是影响非生长季蒸散发的主要因素。本研究结果揭示了祁连山高寒草甸非生长季的二氧化碳通量和水通量特征及其影响因素,为了解该地区碳收支过程和水平衡及其对气候变化的响应提供了重要参考。

1961—2012年河南省生长季时空演变特征分析

根据河南省111个气象站1961—2012年共52年的气象数据,基于0、3、5、10、15、20℃6个温度临界值,对生长季(生长季初日、生长季终日和生长季长度)的演变特征进行了分析研究。结果表明,52年中,河南省除豫中外的豫北、豫东、豫西、豫南、豫西南5个地区生长季初日表现出了明显提前的趋势。生长季初日整体由东向西逐渐推迟,终日整体由东向西逐渐提前,生长季长度也由东向西逐渐提前。突变检验表明,生长季长度在6个临界温度值下均有较明显的延长趋势。

青藏高原1951—2011年生长季低温事件时空分异及影响因素

气候变暖导致青藏高原植物生长期的延长,这可能增加了生长季早期和晚期植物暴露在低温冻害下的风险。然而,有关青藏高原生长季低温事件的时空分异及其影响因素还缺乏系统的认识。根据青藏高原109个气象站1951—2011年逐日气温数据定义了气候学上的植物生长季,使用Rstudio软件统计各站点逐年的生长季低温事件的频率和强度,分析了生长季低温事件频率和强度的时空变化及其主要驱动因素。结果表明:(1)在1951—2011年期间,青藏高原约65%的站点生长季及生长季不同时期的低温事件频率和强度出现同步降低,但高原东部和雅鲁藏布江河谷一带站点却呈轻微增加趋势。(2)不同年代生长季低温事件的年内分布特征发生了系统性变化:1951—1990年代生长季低温事件分布概率峰值的出现日期相对稳定,但1991—2011年代生长季早期和晚期低温事件概率峰值的出现日期却分别提前11—29d和推迟6—29d,并且这种不同年代之间的时间位移现象在生长季低温事件频率减少的站点中尤为突出。(3)生长季开始时间和生长季温度的变化趋势是影响生长季低温事件频率变化的主要环境因子,当生长季开始日期的提前幅度超过4.37d/10a或生长季增温幅度小于0.05℃/10a时,生长季低温事件的频率将会增加;但是,各环境因子的变化趋势对生长季低温事件强度变化的影响则较小。研究结果揭示了气候变暖背景下青藏高原生长季低温事件的时空分异特征及其影响因素,为气候变化下青藏高原植被生态系统的管理和保护提供了重要科学依据。

2001—2020年新疆伊犁河谷植被主要生长季NDVI时空变化与水热因子关系研究

利用MODIS-NDVI数据,采用Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验及变异系数方法,对2001—2020年伊犁河谷植被主要生长季(5—9月)归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征进行研究,结合气温降水数据采用相关性分析的方法,探究植被主要生长季的影响因素。结果表明:(1)伊犁河谷植被主要生长季NDVI在空间上存在明显的差异性,NDVI多年均值较高。(2)区域尺度上,NDVI年际变化趋势较为平缓;像元尺度上,微量减少和微量增加的面积占比较大,显著增加与显著减少的区域较集中,占比较小。(3)伊犁河谷生长季植被的稳定性较好,CV≤0.10基本分布在整个区域,0.3<CV≤1分布较集中。(4)伊犁河谷气温呈现上升的趋势,降水量呈现缓慢下降的趋势;NDVI年均值与年降水量显著相关(r=0.7644),与气温无显著相关;NDVI月均值与月气温均值极显著相关,与月降水量相关性不显著。

基于SPI的1961—2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究

基于昌吉地区1961—2020年的气象资料分析作物生长季标准化降水指数(SPI-7)的年际和年代际变化特征,揭示作物生长季干旱发生频率和强度。结果表明:1961—2020年昌吉地区作物生长季水分呈增加趋势,标准化降水指数以0.08/10 a的速率增加。气象干旱呈干—湿—干的年代际变化趋势,其中在1981年发生突变。干旱强度呈增加趋势,干旱发生面积呈弱减少趋势。东部地区是干旱高发区,但以轻旱为主;西部地区则是中旱、重旱和特旱高发区。昌吉地区的气象干旱存在6、9、16 a的周期震荡,与历史灾情具有很好的吻合性。

气候变化对谷子生长季的影响及其适应策略研究

气候变化是当今全球面临的最严重挑战之一,对农业生产产生了广泛的影响。因此,探讨气候变化对谷子生长季的影响以及可能的适应策略非常重要。分析了气温、降水、气象灾害等因素对谷子生长的直接和间接影响,通过案例研究,总结了气候变化给谷子生长季带来的挑战,提出了一系列适应策略,包括优化种植时机、推广抗旱谷子品种、提高农民气象风险管理意识等,以应对气候变化对谷子生产的不确定性。

柴达木盆地藜麦生长季各气象因子变化特征分析

利用1981—2020年德令哈、乌兰、都兰和格尔木4-9月的气温、降水、日照、风速、≥0℃积温及≥0℃积温日数次数,采用线性趋势法分析了柴达木盆地藜麦生长季各气象因子变化特征。结果表明:柴达木盆地藜麦生长季平均气温、降雨量、≥0℃积温及≥0℃积温日数数据呈上升趋势,并通过0.01的极显著性检验;日照时数、风速气候倾向率呈下降趋势,通过0.01的极显著性检验;20世纪90年代之前属偏冷期,90年代之后属偏暖期;21世纪00年代前属降水量偏少时期,之后属降水量偏多时期。分析结果对合理利用当地气候资源,促进盆地农业可持续发展具有一定的指导意义。

近32年江口县茶叶生长季气候条件分析

利用江口县1991—2022年逐月平均气温、降水量和日照时数资料,选用一元线性回归法和滑动平均法对茶叶生长季的气候特征进行分析。结果表明:江口县夏茶季和秋茶季的热量条件最高,且除了秋茶季最低气温呈现出下降趋势,其余茶季均最低气温呈现出不同程度的升高趋势;江口县夏茶季的降水量最高,且夏茶季降水量呈现出快速下降的趋势,变化倾向率为-51.887 mm/10年,春茶季和秋茶季的降水量相对较少,且均呈增加趋势,变化倾向率分别为23.147 mm/10年、23.647 mm/10年,但上升趋势不显著;江口县秋茶季日照时数最多,达到了389.4 h,夏茶季、春茶季的日照时数相对较少,春茶季日照时数呈减少趋势,变化倾向率为-5.175 h/10年,夏茶季和秋茶季日照时数分别呈增加趋势,以夏茶季增加趋势最为显著,变化倾向率为18.204 h/10年。

气候变化背景下河北夏玉米生长季热量资源利用率时空变化

探究夏玉米生长季热量资源利用率的时空分布特征,可为夏玉米品种布局调整、保障高产稳产提供理论依据。基于河北省夏玉米主产区15个农业气象观测站1981—2019年逐日气象数据、玉米及后茬轮作小麦的发育期观测数据,利用回归分析及空间插值等方法,分析气候变化背景下夏玉米生长季热量资源利用率时空变化。结果表明,1981—2019年河北省夏玉米潜在生长日数无显著变化、潜在积温显著增加(P<0.05);生长季热量资源利用率显著增加(P<0.05),生长日数利用率从1981年的80.4%提高到2019年的94.5%,积温利用率从1981年的84.5%提高至2019年的94.9%。河北地区夏玉米潜在生长季日数、潜在积温呈现南多北少的空间分布;生长日数利用率及积温利用率整体呈现南低北高的分布特征,其中廊坊地区生长日数利用率及积温利用率均较高(95%以上),邯郸生长日数利用率较低(85%以下)。1981—2019年夏玉米花前积温与花后积温气候倾向率分别为19.6、58.7℃·d·(10 a)^(-1),花后积温的上升速度明显高于花前积温,积温比呈现明显下降趋势,从1981年的1.6下降到2019年的1.1,下降28.5%。研究表明冀南地区夏玉米气候资源利用率仍有一定的提升空间,可以选用生长季更长的中熟和晚熟品种,育种或栽培上可选择灌浆阶段更长的品种,充分利用生长季热量条件,提高玉米产量。

基于NOAA NDVI和MSAVI研究中国北方植被生长季变化

利用1982～1999年的NOAA／AVHRRNDVI和MSAVI指数监测了中国北方植被生长季变化规律，主要内容包括：（1）不同植被类型的生长季变化监测。提取植被的1982～1999年NDVI和MSAVI时间序列，利用阈值法和滑动平均法逐年估测植被类型的生长季的开始、结束日期及长度。对估测的生长季开始、结束时间和长度进行一次线性拟合，得到了18a中植被生长季的开始、结束日期和长度的线性变化趋势；（2）不同区域的植被生长季变化监测。将中国北方13省、区按纬向划分为32～36°N，36～40°N，40～44°N，44～48°N，48-52°N等5个区域。基于最大变化斜率法估测了不同年份的生长季开始、结束和长度；（3）研究区域植被生长季的空间变化监测。利用曲线拟合出1982～1999年像元对应的空间位置的植被平均生长季变化，然后讨论了多年平均的植被生长季的空间分异规律，并利用一次线性拟合分析了这18a的植被生长季的变化趋势。结果表明：部分植被类型生长季的开始日期提前，结束日期推迟，而生长季长度延长，提前或推迟的天数不一，如典型草原、荒漠草原、寒温带山地落叶针叶林。而一些植被类型的生长季并没有表现出这样的趋势，而是开始日期延迟或结束日期推迟，如温带落叶阔叶林。不同纬度带的植被生长季变化监测表明，大部分纬度带植被生长季开始日期都表现出不同程度的提前趋势，生长季结束日期表现出推迟的趋势，整个生长季长度表现出延长的趋势。中国北方植被生长季空间变化研究表明，青海、甘肃、陕南地区的植被生长季开始较早。新疆天山、东北北部、青海、甘肃的部分地区植被生长季结束较早。东北、青海、新疆的大部分地区的植被生长季有明显的延长趋势，整个研究区内有一部分地区的植被生长季长度表现出缩短的趋势。

2022年吉林省作物生长季气象条件及其对粮食生产的影响

2022年春播至秋收期间吉林省天气气候特点是气温、积温基本接近常年,降水明显偏多;农作物从出苗至灌浆期间降水充足,温、光条件基本满足作物生育需求,且温、光、水的季节分布比较适宜;西部和中东部岗坡地基本上属于风调雨顺,作物产量和成熟度较高。但吉林省中部和东南部发生了较严重的涝灾,造成了一定的产量损失;另外,阶段性低温寡照、中东部早霜冻等也给粮食作物生长和产量形成带来了一定的不利影响。总体上看,2022年的气象条件对农业生产的影响有利有弊,且利弊相当。比较适宜的农业气象条件、播种面积的增加、抗灾救灾措施及时有效,这些都是全省粮豆总产再创新高的重要因素。