Remote Sensing-based Spatiotemporal Distribution of Grassland Aboveground Biomass and Its Response to Climate Change in the Hindu Kush Himalayan Region

The grassland in the Hindu Kush Himalayan(HKH) region is one of the large st and most biodiverse mountain grassland types in the world,and its ecosystem service functions have profound impacts on the sustainable development of the HKH region.Monitoring the spatiotemporal distribution of grassland aboveground biomass(AGB) accurately and quantifying its response to climate change are indispensable sources of information for sustainably managing grassland ecosystems in the HKH region.In this study,a pure vegetation index model(PVIM) was applied to estimate the long-term dynamics of grassland AGB in the HKH region during 2000-2018.We further quantified the response of grassland AGB to climate change(temperature and precipitation) by partial correlation and variance partitioning analyses and then compared their differences with elevation.Our results demonstrated that the grassland AGB predicted by the PVIM had a good linear relationship with the ground sampling data.The grassland AGB distribution pattern showed a decreasing trend from east to west across the HKH region except in the southern Himalayas.From 2000 to 2018,the mean AGB of the HKH region increased at a rate of 1.57 g/(m~2·yr) and ranged from 252.9(2000) to 307.8 g/m~2(2018).AGB had a positive correlation with precipitation in more than 80% of the grassland,and temperature was positively correlated with AGB in approximately half of the region.The change in grassland AGB was more responsive to the cumulative effect of annual precipitation,while it was more sensitive to the change in temperature in the growing season;in addition,the influence of climate varied at different elevations.Moreover,compared with that of temperature,the contribution of precipitation to grassland AGB change was greater in approximately 60% of the grassland,but the differences in the contribution for each climate factor were small between the two temporal scales at elevations over 2000 m.An accurate assessment of the temporal and spatial distributions of grassland AGB and the quantification of its response to climate change are of great significance for grassland management and sustainable development in the HKH region.

Aboveground biomass and its spatial distribution pattern of herbaceous marsh vegetation in China

Herbaceous marsh is the most widely distributed type of marsh wetland ecosystem,and has important ecological functions such as water conservation,climate regulation,carbon storage and fixation,and sheltering rare species.The carbon sequestration function of herbaceous marsh plays a key role in slowing climate warming and maintaining regional environmental stability.Vegetation biomass is an important index reflecting the carbon sequestration capacity of wetlands.Investigating the biomass of marsh vegetation can provide a scientific basis for estimating the carbon storage and carbon sequestration capacity of marshes.Based on field survey data of aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation and the distribution data set of marsh in China,we analyzed the aboveground biomass and its spatial distribution pattern of herbaceous marsh on a national scale for the first time.The results showed that in China the total area of herbaceous marsh was 9.7×10^(4) km^(2),the average density of aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation was 227.5±23.0 g C m-2(95%confidence interval,the same below),and the total aboveground biomass was 22.2±2.2 Tg C(1 Tg=1012 g).The aboveground biomass density of herbaceous marsh vegetation is generally low in Northeast China and the Tibetan Plateau,and high in central North China and coastal regions in China.In different marsh distribution regions of China,the average biomass density of herbaceous marsh vegetation from small to large was as follows:temperate humid and semi-humid marsh region(182.3±49.3 g C m^(-2))<Tibetan Plateau marsh region(243.9±26.6 g C m-2)<temperate arid and semi-arid marsh region(300.5±73.2 g C m-2)<subtropical humid marsh region(348.4±59.0 g C m-2)<coastal marsh region(675.4±73.8 g C m-2). Due to the different area of herbaceous marsh, the total aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation in different marsh distribution regions was the largest in the temperate humid and semi-humid marsh region(9.6±2.6 Tg C), and was the smallest in the coastal marsh region(1.1±0.1 Tg C). The spatial distribution of aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation in China has obvious non-zonality characteristics, but also presents certain zonality in some regions. The aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation in the Tibetan Plateau decreased with the increase of altitude. With the aggravation of drought, the aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation in temperate humid and semi-humid regions and temperate arid and semi-arid regions decreased first and then did not obviously change. The aboveground biomass of herbaceous marsh vegetation in temperate humid and semi-humid regions was relatively larger in the regions with higher average annual temperature. The results can provide scientific basis for accurately evaluating the adjustment action of wetland ecosystems on climate, and provide decision support for adaptive management of wetland ecosystems.

Potential of exclosure on aboveground biomass carbon stock and ecological fitness of woody species in Jabi Tehnane district, northwestern Ethiopia

Assessment of ecological fitness of woody species across land use is critical issues in degraded land restoration.However,little is known about AGBC stored capacity,important value and distribution index of woody species grows in exclosure and adjacent open lands.Therefore,this research is aimed to(i)analyse impact of exclosure on AGBC(ii)ecological fit species.A random sampling method was employed.Forty sample plots(50m*50m)were used.AGBC stocks(mean±SE)of woody species in adjacent open grazing and exclosure land use of GW site was 0.11±0.07 and 1.24±0.27Mg ha^(-1) respectively.While in adjacent open grazing and exclosure land use of WG site,the value was 0.27±0.03 and 2.79±0.27Mgha^(-1) respectively.In both site exclosure land uses,the proportion of rare,occasional and common woody species were better than their adjacent open grazing land.Cupressus lustanica from open grazing and Vernonia auriculifera from exclosure land use of WG as well as Croton macrostachyus from open grazing and Leucaena leucocephala fromexclosure land use of GWsite were recorded as top ecologically fit species.It is recommended to protect degraded lands via integrating ecologically adapted native species and fully used their diversity to achieve the potential benefits of land restoration.

Performance of Weibull function as a diameter distribution model for Pinus thunbergii stands in the eastern coast of South Korea

This study was carried out to determine the performance of percentile-based Weibull diameter distribution model for Pinus thunbergii stands thriving along the eastern coast of South Korea. The parameter recovery technique was used to estimate the three parameters of the Weibull model. The analysis demonstrated satisfactory results based on the following test statistics for the principal percentile models： fit index （FI） range from 0.501（minimum diameter） to 0.932 （50th diameter percentiles） and root mean square error （RMSE） range from 0.112 （quadratic mean diameter） to 3.572 （minimum diameter）. The developed model was further evaluated by determining the mean bias （E） in trees per ha （TPH） for each diameter class, and the results showed highest over-prediction in the 20 cm, and under-prediction in the x6 cm and 24 cm diameter classes. The goodness of fit tested by Kolmogorov- Smirnov （KS） test showed no significant differences （P〉0.05） between the observed and predicted diameter distributions for almost all plots. Using site index and aboveground biomass （AGB） models developed for P. thunbergii in South Korea, a model to predict the AGB per ha for each diameter class and subsequently the total AGB of the stand was created. An application guide was also created, which will serve as a decision-support tool for forest managers in quantifying the future total AGB in P. thunbergii stands located in the eastern coast of South Korea and, subsequently, the quantification of potential carbon stocks aside from being a vital input in designing efficient management and protection strategies for these stands.

岷江干旱河谷三种主要灌丛地上生物量的分布规律

灌丛是岷江干旱河谷主要的植被类型之一,也是该地区相对稳定的生态系统类型。在岷江干旱河谷的水土保持中发挥着重要的作用。本文通过野外样地调查和实验,研究了岷江干旱河谷分布最为广泛的莸灌丛、小花滇紫草灌丛和川甘亚菊灌丛3种灌丛类型的地上生物量,并探讨了其分布规律和影响因素。结果表明:(1)在3种灌丛类型中,川甘亚菊灌丛的平均地上生物量最大,达4819 8kg·hm-2,其次是莸灌丛,为1652 9kg·hm-2,而滇紫草灌丛的平均地上生物量最小,仅为1407 2kg·hm-2;(2)在同一灌丛类型中,不同样地的灌丛地上生物量存在着差异,其中莸灌丛的地上生物量的变化幅度最大,为304 2～5804 7kg·hm-2;滇紫草灌丛地上生物量的变化幅度为241 1～3889 2kg·hm-2;川甘亚菊灌丛地上生物量的变化幅度相对较小,为2089 8～6457 5kg·hm-2;说明川甘亚菊灌丛的群落结构相对稳定。(3)莸灌丛的地上生物量随海拔的上升而减少,而小花滇紫草灌丛和川甘亚菊灌丛的地上生物量则随海拔梯度的升高而增加,但三者都呈现出较好的相关性。(4)在3种灌丛类型中,莸灌丛的土壤水分条件相对较好,其次为小花滇紫草灌丛,川甘亚菊灌丛的土壤水分条件最差。3种灌丛中,小花滇紫草灌丛和川甘亚菊灌丛的地上生物量受土壤水分条件的影响较大。

青藏高原植被样带地上部分生物量的分布格局(英文)

实测了青藏高原植被样带 2 2个地区不同植被类型的地上部分生物量并进行了格局分析。对于未受人为干扰的以常绿阔叶林为基带的亚高山天然植被 ,随着海拔升高 ,地上生物量呈递增趋势 ,在一定海拔高度达最大 ,海拔继续升高地上生物量则迅速下降。这一垂直分异规律在一定程度上反映了全球地带性森林植被最大生物量分布的纬向分异性。基于Weber定律的回归分析表明 ,地上生物量与水热因子的相关关系可用Logistic函数拟合 ,1月平均气温、7月平均气温、年平均气温、年降水量及其组合因子可解释高原植被样带地上生物量变化的 2 8%～5 3% ,其中年降水量及其同年平均气温的组合与地上生物量的相关性最高 (R2 为 0 .4 6～ 0 .5 3,p <0 .0 0 1)。但是 ,年降水量和平均气温的变化不足以解释西藏色齐拉山暗针叶林具有最高的地上生物量。我们认为 ,自然植被地上部分生物量的分布格局受到更为复杂的气候因子的制约 ,例如太阳辐射、湿度、风、水分和能量平衡等。

干旱荒漠区草地植物群落地上生物量时空分布对地下水的响应

分析了塔里木河下游以芦苇为优势种群的草地植物群落地上生物量时空分布特征及其对物种多样性和地下水的响应。结果表明,1)在时间上,2007年群落地上生物量最高,达741.75g/m2;在空间上,群落地上生物量随垂直河道距离的增加显著减少。2)物种多样性与群落地上生物量呈显著正相关。3)地上生物量在地下水埋深<3m时较高,且地上生物量对地下水中的Mg-Cl盐含量最为敏感,群落耐盐上限在5.0g/L左右。

放牧对西藏高寒嵩草草甸地上生物量空间分布的影响

以西藏自治区工布江达县的高寒嵩草(Kobresia)草甸为研究对象,利用地上生物量测定法对草地群落进行实地调查,并结合y分布模型,从空间异质性角度来探索放牧对西藏高寒草甸地上生物量及其空间分布格局的影响,以期为高寒牧区退化草地的恢复及生产力的提高提供理论指导。结果表明:未放牧区(N)、适度放牧区(M)和重度放牧区(H)植物种地上生物量的空间分布与y模型均具有很好的吻合性;样方内的平均生物量随着放牧强度的增大而减少,且适度放牧、重度放牧与未放牧区生物量之间均差异极显著(P<0.01);群落的空间异质性表现为N>H>M,且草地植物种的生物量与其空间异质性负相关。因此在草地的管理与利用中,应有效控制植物群落的空间异质性来提高草地生产力,实现草畜平衡。

塔里木盆地南缘不同生境盐生草种群分布特征及地上生物量初步估测

本文对不同生境盐生草(Halogeton glomeratus)种群分布特征及地上生物量做了初步分析。结果表明:(1)盐生草种群格局均为成群分布。(2)不同生境盐生草地上生物量不同:策勒-洛浦公路北侧最高达40.34±2.59g.m-2,昆仑山北坡-恰哈乡其次达24.91±1.80g.m-2,策勒-洛浦公路南侧最低为3.65±1.33g.m-2。(3)各样地地上生物量最优回归方程分别为:策勒-洛浦公路南侧Y=7.07e0.0002x;策勒-洛浦公路北侧Y=0.006x1.17;昆仑山北坡-恰哈乡Y=16.1550.0011x,各模型检验的平均拟合率都在90%以上,预测精度较可靠。

羊草草原不同退化程度植物群落内地上部分变化对群落根系的影响

应用逐步聚类分析（FASTCLUS）方法,对内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗达里诺尔自然保护区境内的羊草Leymus chinensis草原进行定量划分。其结果为,从当地冬季打草场的围栏至居民点附近（由北到南）4100 m的距离范围内,有3段处于不同退化程度的草地植物群落,其距离范围分别为：0-1700 m,1700-2700 m,2700-4100 m。在此基础上,探讨了不同退化程度草地植物群落内地上生物量的变化,这种变化与地下生物量的关系及其对群落根系的影响。结果表明,地下生物量的变化并非随着人为干扰强度的加剧及地上生物量的减少而递减,而是表现为在适度放牧干扰的地段（0-1700 m）出现最大生物量;且地下生物量在不同退化程度草地植物群落内的差异,主要是由聚集于表层土壤中的根量引起的。

荒漠草原牧草生物量的遥感估算及空间分布

应用2005年5-10月份EOS/MODIS资料，采用光能利用率算法，估算了中国西北荒漠绿洲区域NPP，并结合地上生物量观测资料，建立了基于NPP的地上生物量估算模型，同时分析了生物量和NPP时空分布特征。结果表明，2005年牧草生长期内NPP的变化基本是6、7月份最大，其它月份较小，5-6月份是牧草叶面积变化比较大的时期，也是NPP变化比较显著的时期;生物量模型估算得到的44个样本的生物量误差基本都小于20%，说明模型能够反映牧草的实际生长状况;不同荒漠牧草对光的利用能力和对CO2同化能力有很大差异，骆驼刺、红砂、黑果枸杞是荒漠牧草生物量较大的牧草类型;牧草类型、牧草盖度以及平均高度是造成不同牧草产量相差较大的重要原因。

八面山银杉林种群的初步研究

银杉（Ｃａｔｈａｙａ ａｒｇｙｒｏｐｈｙｌｌａ Ｃｈｕｎ ｅｔ Ｋｕａｎｇ）是中国特有濒危植物，其残存个体总数不足５０００棵。八面山银杉种群的年龄结构从整体上看比较合理，但对于不同的林型差异较大，特别是在老龄林内常出现断代现象。应用标准木法对银杉种群地上部分生物量的研究表明，地上部分生物量因林型而异，介于３００００—１１００００ ｋｇ·ｈａ－ １，但其年平均生长量差别不大，基本反映了八面山银杉种群的生产力水平。银杉种群的分布格局主要为集群分布，但在灌木盖度偏高的林型中表现为均匀分布。

黑河上游天涝池流域灌丛地上生物量空间分布

祁连山自然保护区是河西地区重要的水源涵养区,而灌丛作为祁连山主要植被类型之一,对该区水源涵养功能具有举足轻重的作用。以黑河上游天涝池流域灌丛为研究对象,基于野外调查结合研究区机载Li DAR(Light Detection And Ranging)数据和Geoeye-1影像,研究灌丛地上生物量的空间分布。结果表明:样方生物量与易测因子(平均丛高和样方盖度)呈幂函数关系;机载Li DAR数据能够较精确地反演灌丛平均高度以及样方盖度;利用其反演数据获得研究区灌丛地上总生物量为141 t;单位面积最大地上生物量为691.8 g/m2;在海拔3300—3400 m高度带灌丛地上生物量最大,为40.4 t;在海拔2655—3300 m高度带,随着海拔的升高灌丛地上总生物量在增加;在海拔3400—3750 m高度带,随着海拔的升高而灌丛地上总生物量逐渐减少。

黑河下游绿洲苦豆子种群的空间分布及特征

苦豆子是黑河下游绿洲草本群落的优势种,在绿洲防风治沙与生态环境恢复和重建中具有其他植被难以替代的生态作用.本研究的目的是调查黑河分水后苦豆子种群的分布状况.基于高分辨率遥感数据结合实地调查,对苦豆子种群盖度和生物量空间分布及特征进行了量化.研究结果表明:研究区内苦豆子种群平均盖度达到36.05%,分布面积比例为23.92%,单位面积生物量为215.98 g/m^2;苦豆子主要沿河流分布,盖度大于40%的苦豆子种群分布在距离河岸500 m内.与几年前的调查结果相比,苦豆子种群在近几年内得到了一定的恢复.

松嫩草地羊草+五脉山黧豆群落地上生物量季节动态研究

对松嫩草地羊草＋五脉山黧豆群落地上生物量季节动态的研究表明：五脉山黧豆种群和羊草＋五脉山黧豆群落地上生物量8月上旬达到最大值，季节动态呈单峰型，极好地符合Logistic生物学增长曲线；绝对增长速率在返青后半个月出现最大值，之后波动变化，8月下旬出现负值；相对增长速率随时间逐渐变小，也在8月下旬出现负值。群落地上生物量的垂直分布集中在7．5～42．5cm层，占总生物量的83％，7．5cm以下所占的比例小。群落第一次取样后的再生量最大，为（135．13±39．55）g／m^2。再生量随着时间推移呈指数形式下降。群落的生产力在8月份上旬达到最大值，为339．37g／m^2。

基于遥感数据和机器学习算法的草地地上生物量估算研究

草地生态系统作为自然生态系统的重要组成部分,为畜牧经济发展提供了重要的牧草资源,对调节气候变化和维持生态系统平衡等起着非常重要的作用。草地地上生物量(aboveground biomass,AGB)是草地植被生理状态的重要指标,它的大小体现着草地初级生产力水平,是衡量草地生态系统中能量循环和物质流动的重要指标,在陆地生态系统的碳循环中起着重要的作用。近几十年来,伴随畜牧业经济快速发展和全球气候变暖,草地生态系统的稳定性降低,生态环境发生退化,草地地上生物量和固碳能力势必受到影响。大尺度、动态化、高精度的草地地上生物量监测对草地碳储量核算和畜牧业可持续发展具有重要意义,而遥感技术凭借高时空探测能力恰好为其提供了解决思路。机器学习算法凭借其优越性、高效性、稳健和精确性已被广泛应用于各个研究领域,使用机器学习算法快速、准确、大范围监测草地地上生物量是目前的研究热点。因此,构建准确的草地地上生物量估算模型,精确估算草地地上生物量及分析其空间分布特征能够有效地衡量草地生态系统的稳定性和维持草地生态资源的可持续发展利用,为该区域草地资源的可持续利用和科学管理提供依据,对该地区的生态安全保护和畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究以青海省兴海县草地为研究区,基于野外实测的草地地上生物量数据,结合高空间分辨率的遥感数据、气候数据、地形数据和土壤数据等,利用随机森林(random forest,RF)和极端梯度提升决策树(extreme gradient boosting,XGBoost)方法构建兴海县草地地上生物量估算模型,采用决定系数R^(2)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)两个精度验证指标评价两种草地地上生物量估算模型的精度,实现草地地上生物量高精度模拟和制图,并分析其空间分布格局特征。结果表明:基于XGBoost模型的草地地上生物量估算精度(R^(2)=0.75,RMSE=44.64)高于RF的模拟精度(R^(2)=0.72,RMSE=46.36),并且XGBoost模型估算的草地地上生物量与实测的草地地上生物量值更接近。基于两种机器学习模型估算的草地地上生物量数据制作空间分布图,其空间特征与实测草地地上生物量的空间分布相似,草地地上生物量高值区位于研究区的东部,西部地区草地地上生物量值最低,但是模型模拟能更好地揭示草地地上生物量分布的空间异质性。在空间分布特征上,XGBoost模型估算的草地地上生物量空间变异细节更加详细,尤其在研究区东部。本研究基于两种机器学习算法实现草地地上生物量的高精度(30 m空间分辨率)估算和数字制图,并分析其空间分布格局,可为草地生态环境监测和草地资源可持续利用提供科学依据,对于维持生态系统平衡和预测未来气候变化对草地生态系统的影响具有十分重要的理论和实践意义。

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域（张掖）春小麦调亏灌溉进行研究，设计了8个不同土壤水分亏缺处理，以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响。结果表明：在调亏灌溉条件下，不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小，小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致，且在播种～分蘖期和分蘖一拔节期最小，而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大；与未调亏的对照（全生育期充分供水，FFF）相比，干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率，而收获指数除2004年LLM（拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆-生理成熟中度亏缺）和MFL（拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺）调亏处理与未调亏的对照无显著差异外，其他调亏处理收获指数均比对照显著降低。小麦地上部生物量和供水效率分析表明，全生育期最优水分调亏模式为HFF（拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水）处理，即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理（65％-70％田间持水量）而拔节期重度水分调亏（45％～50％田间持水量），灌溉定额为440mm左右（包括晚秋季储水灌100mm）。

黄河源永曲河流域高寒草甸地上生物量模拟与时空分布特征研究

本研究基于谷歌引擎通过四种常用模型及多种输入组合(地理空间变量(Geospatial variables,GV),植物功能类型(Plant functional types,VT),地面测量(Ground measurements,GM),气象变量(Meteorological variables,MV))对黄河源区高寒草甸地上生物量(Aboveground biomass,AGB)进行了模拟,并分析了AGB的时空分布与地形因子的关系。结果表明,仅使用GV构建的模型表现较差(0.122<R^(2)<0.486),MV和VT分别与GV结合使用时能提高模拟精度0.104~0.203(R^(2)),GM与GV结合使用时,模型精度达到了最高(0.678<R^(2)<0.705)。在没有GM参与的情况下,深度神经网络(Deep neural network,DNN)模型结合GV-VT-MV变量组合获得了最好模拟精度为0.686(R^(2))。混合使用多种植被类型的数据可以提高模拟精度。本研究发现海拔是影响黄河源流域单位内高寒草甸AGB时空分布的重要决定因素,并且对AGB年变化量影响最强。

凉水自然保护区猴腿蹄盖蕨分布特征及其可持续利用

以凉水自然保护区内猴腿蹄盖蕨为研究对象,通过研究其分布规律及地上生物量特点,为猴腿蹄盖蕨资源的可持续利用提出了合理化建议。研究结果如下:1)保护区内猴腿蹄盖蕨的高度、密度和单位面积地上生物量随着海拔的升高而降低;2)不同森林类型单位面积猴腿蹄盖蕨的地上生物量差异很大,其排序为:谷地云冷杉林>河岸杂木林>人工林>枫桦红松林>椴树红松林>鱼鳞云杉红松林>谷地落叶松林>云冷杉红松林>谷地白桦林>山地山杨林>柞树红松林;3)猴腿蹄盖蕨在不同森林类型中地上部分的干物质量也各不相同,其中谷地云冷杉林(496.1hm2)最高(226420.1kg),柞树红松林(10.0hm2)最低(0),排序为:谷地云冷杉林>枫桦红松林>椴树红松林>河岸杂木林>人工林>云冷杉红松林>鱼鳞云杉红松林>山地山杨林>谷地白桦林>谷地落叶松林>柞树红松林;4)在保护阔叶红松林生态系统的前提下,建议选择谷地云冷杉林、谷地落叶松林、河岸杂木林、谷地白桦林和人工林为猴腿蹄盖蕨资源开发利用的区域。

秦岭南坡针阔混交林乔木层地上生物量空间分布

为了解秦岭南坡针阔混交林乔木层地上生物量的空间分布规律，采用样地调查与异速生长方程相结合的方法，从林分结构与地形因子两方面对研究区森林生物量空间分布特征进行了分析。结果表明：（1）研究区森林生物量表现出明显的空间异质性，变化范围为36.78～114.15 t/hm2，总平均生物量为70.62 t/hm2，并且生物量在不同坡向、海拔等级下差异显著（P＜0.05）；（2）不同林分结构的生物量水平差异明显；（3）生物量水平和各地形因子具有显著的相关性，并分析了各地形因子对生物量空间分布的影响，为研究区森林生态系统的恢复和重建提供科学依据。