近15 a黄土高原植被覆盖时空变化及驱动力分析

研究黄土高原地区植被覆盖变化及其驱动因素可以揭示研究区气候变化和人工生态调节过程对植被变化的影响。基于500 m分辨率的MODIS-NDVI数据和同期气象数据,运用均值法、斜率分析法、相关分析法及残差法,分析了2001—2015年黄土高原的植被时空演变变化特征及其驱动因素。结果表明:近15 a黄土高原植被在季度上总体都呈现增加趋势且存在一定差异,夏、秋季植被增加最为明显;黄土高原植被覆盖在空间上呈现自东南向西北递减的分布特征;植被NDVI变化在不同季节上都存在明显的空间差异;黄土高原植被NDVI对气温、降水的响应关系有明显的季节差异,并在空间上与降水的相关性显著,与温度相关性不明显;人类活动对植被覆盖变化有双重影响,其中生态恢复工程是黄土高原中部地区植被覆盖快速增加的重要因素。

青海省植被净初级生产力(NPP)时空格局变化及其驱动因素

植被净初级生产力(NPP)作为陆地生态过程的关键参数,不仅用以估算地球支持能力和评价陆地生态系统的可持续发展,也是全球碳循环的重要组成部分和关键环节。基于2000—2014年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,采用简单差值、趋势分析、相关性分析和Hurst指数等方法,分析了青海省NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:①青海省植被年均NPP在2000—2014年间整体分布呈现由南到北、由东到西递减的趋势,各生态区的空间存在显著差异,表现为Ⅱ区>Ⅰ区>Ⅲ区>Ⅳ区>Ⅴ区。②2000—2014年,青海省NPP变化趋势由北到南、由西到东呈现逐渐增加趋势,平均趋势系数为0.61,NPP值增加的区域占总面积的15%,其中显著增加区域为2.8%,轻度增加区域为12.2%。③青海省NPP值的Hurst的值域范围为0—0.39,均值为0.12,除了河流湖泊,建筑用地和未利用土地,青海省NPP变化特征为反持续性特征。④气候因子(年平均降水量和年均气温)对年均NPP的分布有影响,海拔的高低造成气温、降水和土壤的差异,间接影响植被NPP,15年土地利用/覆被变化(LUCC)表现为草地面积减少最多,这是导致NPP减少的主要原因。

兰州市南山季节性土壤微生物特征及影响因素

为了探究不同季节和不同植被类型对土壤微生物分布的影响,以兰州市南山不同海拔的两种植被类型为研究对象,采用稀释涂布平板法测定了土壤微生物的季节动态变化特征.结果表明:研究区内细菌数量占微生物总数的96.22%~99.80%,远高于真菌和放线菌数量.土壤微生物类群随季节变化呈现明显差异,其总数整体表现为夏季最高,为89.22×106cfu/g soil,分别是春、秋、冬季的12.02、3.28、2.74倍,其中夏季细菌数量最高,真菌与放线菌数量均在春季达到最大值.人工林样地土壤微生物数量略低于荒坡,环境因子中土壤含水量和有机碳含量高于荒坡.随着海拔的升高,p H值逐渐上升,土壤温度、有机碳与全氮含量逐渐下降,土壤微生物总数则呈现先减少后增加的趋势.相关分析表明,不同季节各微生物类群与环境因子的相关系数各有不同,春季放线菌与有机碳,秋季真菌与有机碳、全氮均呈极显著正相关(P<0.01).冗余分析表明,环境因子中有机碳与第一物种轴的相关系数最高,为0.520,说明土壤有机碳含量是影响土壤微生物类群分布的主导因素.

高寒草甸不同演替阶段植物叶片功能性状研究

以甘南高寒草甸演替过程中5个阶段的典型群落为研究对象,对围封样地内不同演替阶段群落叶片功能性状进行比较,分析了围封地内各演替阶段群落水平上主要物种叶性状与环境因子的关系。结果显示:(1)此围封地形成了一个从草本到灌木的演替过程。随着演替的进行,Margalef指数显著增加,Shannon-Wiener指数呈先增加后降低的趋势。(2)从演替前期到演替后期,土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤含水量(SWC)逐渐升高,光照度(LI)、土壤温度(ST)逐渐降低,土壤全磷(STP)呈先降低后增加趋势;叶片有机碳(LCC)、全氮(LNC)、含水量(LWC)逐渐升高;比叶面积(SLA)、磷利用效率(PUPE)、稳定碳同位素(δ13C)逐渐下降,叶片全磷(LPC)先降低后升高,而氮利用效率(PUNE)先升高后降低。(3)RDA冗余分析表明,在此围封样地内,演替前期植物群落叶性状主要受到LI和ST的限制作用。而在演替的中后期SWC[WTBZ]是主要影响因子。此研究有助于我们认识高寒草甸生态系统的退化过程所导致的生态环境问题,进而寻求更好的草地恢复和重建方法。

高寒草甸不同演替阶段优势种叶片光合性状研究

围封年限不同导致形成以不同优势种植物建立的群落样带。按照植被的演替序列(围封1、3、5、15、30 a),在甘南高寒草甸选择不同演替阶段的优势植物:刺儿菜(Cirsium setosum)、披碱草(Elymus nutans)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、沙蒿(Artemisia desertorum)和金露梅(Potentilla fruticosa),对其叶片光合性状进行了测定,探究植物叶片光合性状与环境因子之间的关系,旨在确定演替过程中控制植物光合性状变化的主要环境因子,为进一步促进高寒草甸草地恢复年限的设定及草地资源的可持续利用提供科学依据。结果表明,随着植被演替的进行,群落形成了以草本→半灌木→灌木为主的演替序列。表层(0～20 cm)土壤含水量(SWC)随演替进行呈增大趋势,变化范围为0.323～0.390 g·g^(-1);土壤温度(t_s)和光照强度(I_l)在前期最大(23.974℃;90.382 lx),后期最小(20.310℃;65.220 lx)。各演替阶段优势种光合特征值在时间尺度上除相对叶绿素外均存在明显差异,草本群落优势种(刺儿菜、披碱草、紫花苜蓿)净光合速率(Pn)高于灌丛群落优势种(金露梅),瞬时水分利用效率(WUEi)与Pn变化规律相似。蒸腾速率(T_r)与稳定碳同位素(δ13C)呈缓慢降低趋势,分别降低2.128 mmol·m^(-2)·s^(-1)、4.359‰。各演替群落优势种叶片气孔导度(Gs)随演替的进行逐步升高,最大值为0.155mol·m^(-2)·s^(-1);叶片含水量呈先升高后降低趋势,演替15年最大(5.207g·g^(-1));而相对叶绿素(SPAD)呈先降低后稳定趋势。在植被演替进程中,LWC、G_s与SWC呈正相关,δ^(13)C、T_r、P_n、WUE_i、SPAD与SWC呈负相关,t_s、I_l与SPAD、T_r、P_n、WUE_i、δ^(13)C呈正相关,与LWC、G_s呈负相关。环境因子对植物叶光合性状的影响大小为I_l>SWC>t_s,这表明光照度是该区演替发生及影响光合性状的主要因子。综合分析表明,群落演替是物种扩散和环境综合作用的过程,该围封地由物质获得能力强的群落向物质保持能力强的群落过渡,围封5～15 a群落环境最优。

甘南高寒草甸微地形上植物叶片特征与环境因子的冗余分析

了解植物叶片性状的生态学含义,对于阐明不同自然环境下的群落构建途径,进一步揭示生态系统维持机制具有重要的理论意义。本研究通过测定甘南高寒草甸坡向梯度25科86种植物叶片稳定碳同位素、比叶面积、叶干物质量及叶片营养元素含量等叶片组成特征,分析不同坡向条件下植物叶片特征与环境因子之间的关系。结果表明,北坡-南坡梯度上,随着土壤含水量、土壤全磷、土壤有机碳、土壤速效氮、速效磷含量等养分的不同程度降低,土壤温度、光照度及pH值的增加,植物叶片相对含水量、叶片磷含量、比叶面积、叶片钾含量显著减少,而叶片干物质量、相对叶绿素含量及稳定碳同位素值显著升高。冗余分析结果表明,坡向梯度上土壤含水量、土壤全磷、有机碳及速效磷含量与植物叶片含水量、叶片磷含量、比叶面积及叶片钾含量显著正相关,与植物叶片稳定碳同位素值、叶片干物质量及相对叶绿素含量显著负相关。而土壤温度、光照度及pH值与植物叶片稳定碳同位素值、叶片干物质量及相对叶绿素含量显著正相关,与叶片含水量、叶片磷含量、比叶面积及叶片钾含量显著负相关。说明不同环境因子对植物叶片特征的贡献显著不同。其中土壤含水量、土壤全磷含量、土壤温度及pH值等是关键的限制因子。植物叶片性状特征对不同坡向条件下环境因子的这种响应模式反映了高寒草甸微地形生态系统的环境状况和稳定程度。

甘南亚高寒草甸坡向梯度上矮嵩草与珠芽蓼种群点格局及其关联性

种群的空间分布格局及关联性可以反映种群演替方式和环境因子改变的适应策略。矮嵩草(Kobresia humilis)与珠芽蓼(Polygonum vivipurum)是甘南亚高寒草甸的主要物种,通过野外群落调查,运用Ripley K函数,分析了不同坡向的矮嵩草与珠芽蓼种群的空间分布格局及种间关联性。结果表明:矮嵩草和珠芽蓼在3个坡向上的分布具有明显差异,随着坡向由北坡向南坡的转变,矮嵩草种群的株数、盖度及生物量不断增加,而珠芽蓼种群则不断减少;在北坡,矮嵩草种群在0~2.2 m呈现出聚集分布,随着尺度的增加聚集强度减弱并趋向于随机分布,珠芽蓼种群均以聚集分布为主;在西坡,矮嵩草与珠芽蓼种群在0~0.8 m范围呈聚集分布,在2.3 m以上范围内趋向于随机分布;在南坡,矮嵩草与珠芽蓼分布格局在研究尺度内均表现出随机分布;在北坡,这两种物种在0~1 m范围内表现为正相关,西坡为种间在0~1.3 m范围内负关联;随着尺度的增加种间关联度在这两个坡向上均趋向于不相关,而这两个物种在南坡也表现出不相关;矮嵩草和珠芽蓼种群空间格局及关联性有助于我们认识亚高寒草甸种群的种内与种间竞争过程、多样的生态策略及群落演替趋势。

基于功能性状及系统发育的亚高寒草甸群落构建

为了解甘南藏族自治州亚高寒草甸植物群落在坡向梯度上的构建机制,该文选取5个坡向的样地,构建了植物群落系统发育树,测定了各坡向土壤环境因子和植物叶片的功能性状,检验了叶片功能性状的系统发育信号。结果表明:坡向变化对土壤含水量、土壤养分含量影响显著。大部分植物的叶片特征在不同坡向的差异显著,叶片干物质含量在南坡、西南坡较高,比叶面积和叶片氮、磷含量在北坡和西北坡较高。叶片的磷含量具有微弱的系统发育信号,而叶片干物质含量、比叶面积、叶片的氮含量均没表现出显著的系统发育信号。从南坡到北坡,群落的系统发育结构由发散到聚集。生境过滤作用是南坡、西南坡群落构建的驱动因素,种间竞争是北坡和西北坡群落构建的主要驱动力。西坡系统发育指数相反,其构建机制比较复杂,可能是几种机制共同作用的结果。

近12年华北五省区域对流层甲醛柱浓度时空变化及影响因素

利用臭氧监测仪(OMI)卫星反演的甲醛柱浓度产品,探讨了2005—2016年间华北五省区域对流层甲醛柱浓度的时空分布变化特征及相关的影响因子,结果表明:近12年对流层甲醛柱浓度整体呈现上升趋势,2005—2011年甲醛柱浓度呈逐渐升高趋势,最高增长达32.24×1013mole·cm^(-2),且高值区逐渐扩大.空间分布上高值区整体分布在北京、天津及周围区域,低值区分布在河北的北部、河南的南部和山东的东部区域;2012—2016年甲醛柱浓度波动较小,呈下降趋势.12年中,每年的2—4月份甲醛柱浓度出现最小值,6—8月份甲醛柱浓度出现最大值,而2005年2月份甲醛柱浓度值最小,2011年7月份甲醛柱浓度值最大.四季对流层甲醛浓度水平:夏季>秋季>春季>冬季.风向会影响甲醛浓度的扩散方向,气温的增加导致甲醛柱浓度的升高.但12年间区域生产总值的提高、汽车保有量增加和农业秸秆焚烧是影响甲醛柱浓度增加的主导因素.