锡林河流域草原生态系统地上生物量时空分布特征及其影响因子

为系统地量化环境因子之间的协同关系及其对生物量时空格局的调控,以锡林河流域为研究区域,测量了2020年5月—9月典型草原生态系统地上生物量以及气象因子(包括降水量和气温)、地形因子(包括高程)、土壤因子(包括土壤含水量、干密度、有机碳质量分数、全氮质量分数和pH)等三大类共8个环境因子,并通过地理探测器方法定量分析了地上生物量与各环境因子之间的关系。结果表明:1)时间维度上,研究区地上生物量在生长季初期稳定增长,在水热条件最好的7月,植被地上生物量增长最为迅速,在9月3日地上生物量达到峰值,此时流域上、下游地上生物量分别为209.12、147.19 g/m^(2);空间维度上,上游地上生物量显著高于下游(显著性水平p<0.05),地上生物量空间分布格局呈现从东南向西北整体减小的趋势。2)整个生长季中,气象因子(降水量和气温)是地上生物量空间格局的关键驱动因子,其对地上生物量分布格局的解释率在60.0%以上;生长季末期,除气象因子外,土壤pH也成为影响研究区地上生物量分布格局的主要驱动因子。3)生长季各阶段,各环境因子对地上生物量的交互作用均呈现出非线性增强和双因子增强关系。生长季初期,降水量和土壤干密度之间交互作用的影响力最大;生长旺期及末期,随着土壤含水量达到较高水平,土壤干密度与其他环境因子(降水量、气温、pH)的交互作用对流域植被地上生物量影响显著。

半干旱草原型流域土壤入渗过程及转换函数研究

为了进一步探究半干旱草原砂质草甸地土壤入渗过程与影响因素相互作用的关系,以内蒙古锡林河流域为研究区,在厚栗黄土、草甸沼泽土、草原风沙土、石灰性草甸土、淡黑土等5种土壤类型下设置38个土壤入渗试验点以及62个土壤生态调查点,测定了各点位土壤的粒径、容重、有机质、含水率、地下生物量等理化特征。使用Green-Ampt、Philip、Kostiacov、Horton、Mezencev及USDA-NRCS等6种入渗模型模拟入渗过程,结果显示Horton和USDA-NRCS模型模拟效果最好,Adj-R^2分别为0.975和0.911,并利用模拟效果最好的Horton模型计算稳定入渗率,对土壤入渗特性和入渗影响要素进行了主成分和相关性分析并建立土壤转换函数,在此基础上对整个研究区的土壤稳定入渗率进行了1 km×1 km精度的面尺度拓展。研究表明,半干旱草原型流域的土壤入渗主要受到土壤物理属性与外界环境两种要素的影响,使用相关性显著的影响要素建立的土壤转换函数可以较好地模拟半干旱草原型流域的土壤入渗特征值,在小流域尺度上使用土壤转换函数的预测效果相较入渗模型的面尺度拓展更加精细。

半干旱草原型流域表层土壤饱和导水率传递函数及遥感反演研究

为了进一步探究遥感与表层土壤导水率的联系,以内蒙古锡林河流域为研究区,对厚栗黄土、草甸沼泽土、荒漠风沙土、石灰性草甸砂土、淡黑土5种土壤类型下的表层土壤进行采样,测定其粒径组成、容重、有机质、饱和导水率等理化特征。使用Saxton、Cosby、Wosten三种土壤饱和导水率传递函数及非线性多元经验回归模型对点尺度上0～30 cm表层土壤每10 cm土层的饱和导水率进行拟合,并利用这些点的土壤参数均值进行验证,结果显示Saxton模型效果最好,拟合及验证结果与实测值的拟合系数R^2分别为0.985、0.988。在此基础上,利用Radarsat-2四极化后向散射数据将模型中的表层土壤参数均值进行了8 m精度的面尺度扩展,并对遥感影像研究区范围内表层土壤饱和导水率进行预测。研究表明,土壤传递函数可以很好地刻画半干旱草原型流域表层土壤的饱和导水率,且土壤传递函数的结果与模型中包含的参数个数并不存在直接联系,人类活动对研究区表层土壤的饱和导水率影响极大。

科尔沁沙地混生小叶锦鸡儿和人工杨树光合特性及其对气候的响应

利用LI-6400光合作用仪野外原位测定混生的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和人工杨树(Populusspp.)的光合特性,通过对比分析这两种天然和人工植物干旱时期与降水后光合特性的差异及其与生理环境因子的关系,揭示其对干旱和降水的适应特性和响应机制。结果表明:①干旱时期,两种混生植物的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)大幅下降,出现明显的"午休"现象,且峰值提前,降水后小叶锦鸡儿"午休"现象消失;②G_s和光合有效辐射(PAR)是影响小叶锦鸡儿和人工杨树Pn的主要生理和环境因子,干旱时期,小叶锦鸡儿光合特性主要受气孔调节作用的影响,降水后主要受环境因子(PAR)的影响;人工杨树不论在干旱时期还是降水后,其光合生理特性都相对较为稳定,且主要受PAR的影响;③小叶锦鸡儿通过保持较低的气孔开放程度,维持较低的T_r和较高的水分利用效率(WUE),以适应干旱环境,人工杨树则通过较高的P_n、T_r和较低的WUE避免干旱胁迫的影响;降水后,小叶锦鸡儿光合特性的变化较人工杨树显著,对降水的响应更加强烈。混生群落中,小叶锦鸡儿和人工杨树对干旱和降水的适应机制明显不同,小叶锦鸡儿对环境变化的适应性更强。

锡林河流域上游河谷湿地景观格局演变及其驱动力

为全面揭示锡林河流域上游河谷湿地格局变化过程及驱动因素,选取1989-2015年12景Landsat卫星影像为数据源,采用质心迁移模型和景观指数方法,研究了区域湿地景观的组成及演变趋势,并探讨了湿地景观变化的主要驱动因子。结果表明:①1989-2015年,锡林河上游湿地面积整体呈减小趋势,变化率为-1. 21 km^2·a^-1;湿地面积占比在2. 55%~3. 75%。湿地质心整体向西北方向迁移,斑块面积在南北方向呈缩小趋势,而在东西方向呈延长趋势。②类型水平上,1995-2006年流域湿地斑块数量变化剧烈,1989-2000年斑块数量增加,表明景观破碎度增大,2011-2015年斑块数量呈下降趋势,景观斑块向规则化和集中化趋势发展;景观水平上,湿地最大斑块所占比例减少,斑块趋于复杂化,景观破碎度增大,香农多样性、香农均匀度指数整体呈减少趋势,湿地景观分布向均衡方向发展。③湿地面积对人口数量和牲畜量响应较为敏感,过度放牧是导致该区域湿地不断萎缩、景观多样性改变的关键驱动力。

锡林河流域上游蒸散发估算及其时空特征

为揭示锡林河流域上游蒸散发(ET)变化规律及其时空分布特征,采用Landsat 8数据、气象观测数据和SEBAL模型估算2015—2017年共12期植物生长季的蒸散量,并分析其时空格局及影响因素。结果表明:①研究区模型反演参数值与实测值拟合效果良好,地表净辐射(Rn)、土壤热通量(G)、ET的决定系数(R^2)分别为0.80、0.65和0.86;②同一时段的Rn和ET空间分布具有较高的一致性,整体呈现东高西低的趋势,具有显著的时空分异特征。4月日ET值在0~4.67 mm,5—7月日ET值整体呈增加趋势,最大可达10.32 mm,9—10月日ET值减少至0~3.34mm;③不同土地利用类型蒸散量依次为:水体>沼泽地>耕地>草地>沙地>农村居民点,ET值与日平均气温(T)、饱和水气压差(VPD)、Rn呈正相关,与空气湿度(RH)呈负相关,对Rn的变化最为敏感。

锡林河上游流域河流湿地植物地上生物量遥感估算

掌握锡林河上游流域河流湿地植物地上生物量的动态,对实现草畜平衡,促进湿地可持续发展具有重要意义。利用高分辨率Planet卫星数据和同期野外实测的植物地上生物量(干质量)数据,分析9种植被指数与实测植物地上生物量的相关关系,发现归一化差值植被指数(x1)、绿光叶绿素指数(x2)、比值植被指数(x3)、差值植被指数(x4)、改进比值指数(x5)和归一化绿度植被指数(x6)适合用于估算植物地上生物量;以6种植被指数为自变量,建立一元和多元逐步回归植物地上生物量(y)经验估算公式,经过验证,得到精度相对最高的5~8月植物地上生物量经验估算公式,其方程式为y=672.416x1+353.464x2+79.43x3-0.114x4+79.43x5,其均方根误差和预测吻合度分别为74.62 g/m2和6.23%;2018年5月20日、6月20日、7月20日和8月20日,锡林河上游流域河流湿地的植物地上生物量(干质量)总量分别为1.18×107kg、1.67×107kg、3.11×107kg和3.95×107kg。