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。

2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物回收量月动态数据集

中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)地处塔里木盆地南缘,南依昆仑山,北临我国最大的塔克拉玛干沙漠。具有植被群落简单,土壤有机质积累缓慢等特点。凋落物是该区域重要的养分来源。基于对策勒站荒漠植物群落的长期定位观测,通过对不同植物凋落物器官(枝、叶、果)分组,本文整理统计得到2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物的回收量月动态数据,同时记载了观测场群落以及土壤养分的年度变化情况。数据的产生严格遵照CERN生物观测规范执行,数据的审核及质量控制由台站与分中心质控人员共同完成。本数据集以期为深入研究塔里木盆地南部荒漠草地凋落物动态变化提供基础数据,为了解和评估极端干旱荒漠生态系统养分循环过程提供理论支撑。

短期氮磷添加对呼伦贝尔辉河流域草地土壤温室气体排放的影响

养分添加会在很大程度上影响草地土壤温室气体排放,但不同水分条件草地土壤温室气体排放对养分添加的响应尚不明确。2021年在呼伦贝尔辉河流域利用裂区试验设计研究了季节淹水(PF)草地和河岸带边缘未曾淹没的干燥(NF)草地下氮(N)、磷(P)单独添加和氮磷共同添加(N+P)对土壤温室气体(CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O)通量的影响。结果显示:1) NF草地在P添加下土壤CO_(2)排放量显著高于PF(P<0.05),NF草地在N+P添加下土壤CH_(4)排放量极显著高于PF(P<0.01)。NF草地在3种养分添加下均会显著提高土壤N_(2)O通量,分别提高了38.81%、90.09%、124.94%;2)养分添加可提高不同水分草地土壤温室气体累积排放量,且PF和NF草地不同组分土壤温室气体累积排放量最高值在养分添加下表现一致,其中N添加下土壤CO_(2)累积排放量最高,分别较CK提高了95.92%、49.01%。P添加下土壤CH_(4)累积排放量最高,分别较CK提高了190.64%、32.62%。而土壤N_(2)O累积排放量最大值出现在N+P添加下,均较CK提高了约3倍;3)在养分添加下NF草地全球增温潜势(GWP)高于PF草地,且NF和PF草地均在P添加下GWP最高,分别较CK提高了32.66%、178.69%;4)通过结构方程模型得出,水分条件对土壤CO_(2)和CH_(4)通量具有负效应,养分添加对其具有正效应,水分条件与养分添加对土壤N_(2)O通量均具有正效应。水分条件和养分添加主要通过影响土壤物理性质和养分含量进而影响土壤CO_(2)和CH_(4)通量,而水分条件和养分添加通过影响土壤物理性质和养分含量从而改变植物地上生物量最终影响土壤N_(2)O通量。

内蒙古草原内陆河流域水文循环要素时空演变及驱动因素

[目的]开展内蒙古草原内陆河流域水文循环要素对植被动态和气候变化的响应研究,对于内蒙古草原内陆河流域的生态保护及区域水资源开发利用具有重要的理论意义。[方法]以内蒙古草原内陆河流域为研究区,基于多源遥感、气候气象、水文等数据,采用趋势检验、显著性检验和相关性分析等方法,对流域水文循环要素的时空演变及驱动因素进行相关分析。[结果](1)流域蒸散发呈显著上升趋势(0.994 mm/a),降水量呈显著下降趋势(2.69 mm/a),土壤水分呈增加趋势,其中子流域锡林河径流呈下降趋势,巴拉格尔河径流呈上升趋势;(2)生长季植被总体呈增加趋势,植被归一化指数(NDVI)、总初级生产力(GPP)和叶面积指数(LAI)整体呈东高西低的阶梯状空间分布格局,气温整体呈现上升趋势;(3)植被变化与蒸散发(ET)、土壤水分(SSM)呈正相关,气温和蒸散发整体上呈现显著正相关(R=0.699,p=0.01),空间相关性由西向东递增;气温和径流呈负相关,和土壤水分在流域东、西部呈显著负相关性。[结论]流域水文循环变量(降水、蒸散发、土壤水分、径流量)随着植被增加而增加;降水、土壤水分和径流量随气温上升而减少,蒸散发随气温上升而增加。

基于遥感和水文模型的典型草原流域蒸散发对比

基于锡林河上游流域水文站的实测逐月径流量序列资料,以纳什效率系数(E_(ns))、决定系数(R^(2))作为评价指标验证APEX模型在水文模拟方面的适用性,分析SEBAL模型、MOD16A2数据的蒸散发结果并利用APEX模型中Penman-Monteith公式验证精度,对比APEX模型、SEBAL模型与MOD16A2数据同时期的月均蒸散发。结果表明,实测径流与APEX模型模拟径流的率定期E_(ns)=0.63、R^(2)=0.66,验证期E_(ns)=0.62、R^(2)=0.66;SEBAL模型与APEX模型中Penman-Monteith公式日蒸散发计算结果的E_(ns)=0.68、R^(2)=0.80,月蒸散发结果的E_(ns)=0.71、R^(2)=0.85,MOD16A2数据与Penman-Monteith公式计算的每月蒸散发结果E_(ns)=0.58、R^(2)=0.78;同时期流域尺度上MOD16A2数据的月均蒸散发最大。研究结果可为草原流域的蒸散发估算提供支撑。

西藏“一江两河流域”草地土壤养分含量及化学计量特征研究

土壤有机碳、氮、磷、钾等化学成分在土壤物质循环及生物过程中扮演着重要角色,明确土壤有机碳、氮、磷、钾含量及空间分布对土壤资源管理和可持续开发利用具有重要意义。本研究对西藏“一江两河流域”草地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量空间分布特征进行研究。结果表明:(1)土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量均随土壤深度增加呈降低的趋势。在0~60 cm土壤深度,有机碳、全氮、全磷和全钾含量分别介于12.62~46.72、0.91~2.05、0.24~0.62、4.96~9.10 g·kg^(-1),其均值分别为30.66、1.49、0.42、6.98 g·kg^(-1),可见“一江两河流域”草地土壤肥力水平较低,均属于矿质土壤。(2)不同县域间草地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量存在不同程度的差异,且异质性较大。(3)草地土壤C/N、C/P、C/K和N/P分别介于10.97~29.96、33.79~100.15、1.67~6.96和2.86~5.68,其均值分别为20.17、71.08、4.39和3.57。N/P显著低于全球平均水平(14.00),说明本研究区域为明显的N元素限制类型。(4)土壤C/N与C/P和C/K化学计量比之间具有极显著(P<0.01)正相关关系,即土壤N、P、K含量均随有机碳含量的增加而增加。

对滇池流域山水林田湖草一体化保护和系统治理的思考

滇池是“九五”时期以来我国重点治理的“三河三湖”之一,经过30年治理,水质明显改善,水生态系统演变趋势向好。然而目前,滇池流域“山水林田湖草”系统治理格局还未完全形成,流域生态系统韧性不足,水环境质量正处于进一步改善的瓶颈期。为探索滇池治理的未来发展路径,本文系统总结了前期滇池治理历程与成效,诊断了存在的主要问题,分析了滇池流域自然—社会复合生态系统特征,提出了滇池流域山水林田湖草一体化保护和系统治理的思路、目标、空间布局和重点任务,以期为新时期滇池流域水生态环境保护提供指导,也为其他城市型重污染湖泊流域从水污染防治向水生态保护的转变提供借鉴。

新疆北部六种草地类型土壤碳氮磷生态化学计量特征

草地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量的空间变异关系到草地生态系统的功能与稳定性。海拔、气候、土壤性质和植被如何影响新疆北部典型牧区额尔齐斯河(简称额河)流域土壤碳氮磷化学计量的空间格局尚不清楚。本文选取了额河流域六种主要草地类型的65个样点(0~10 cm、10~20 cm土层)进行研究。结果表明:(1)高寒草甸、山地草甸、温性草甸草原有机碳(39.06~62.59 g·kg^(-1))、总氮含量(3.87~6.95 g·kg^(-1))以及六种草地类型的土壤总磷含量(0.53~1.59 g·kg^(-1))总体上高于中国土壤平均值(24.56 g·kg^(-1)、1.88 g·kg^(-1)、0.56 g·kg^(-1)),而六种草地类型的土壤碳氮比(5.03~9.97)、碳磷比(7.50~52.38)以及温性草原、温性荒漠草原和温性荒漠土壤氮磷比(1.53~3.72)低于中国或全球土壤平均值(11.40、64.30、3.90)。(2)土壤碳氮磷含量以及碳磷比、氮磷比随着海拔升高(328~2655 m)、降水量增加以及温度降低而显著增加,并且与植被特征、土壤理化性质有显著的相关性。随着海拔的升高,土壤有机碳、总氮含量与土壤碳磷比在土层间的差异逐渐增加。(3)结构方程模型结果表明,海拔与气候因子对土壤碳氮磷含量及其生态化学计量的影响效应最高,海拔通过改变温度、降水、植被特征、土壤理化性质影响土壤碳氮磷含量,最终影响生态化学计量。未来应进一步开展气候变化对土壤碳氮磷及其生态化学计量影响的跨区域尺度研究。

拉萨河流域湿地植物群落多样性对草地生态系统功能的影响

湿地植物群落多样性能够反映湿地生态系统的健康状况和生态功能。因此,研究湿地植物群落多样性对草地生态系统功能的影响,对于保护湿地植物资源、促进草地生态系统健康发展具有重要意义。本文通过对拉萨河流域湿地植物群落多样性进行剖析,分析不同植物群落结构对草地生态系统功能的影响,提出维护湿地植物群落多样性的措施,为保护拉萨河流域湿地植物资源、促进草地生态系统的健康发展提供科学依据。

2000~2020年青海湖流域草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化研究

青海湖流域位于青藏高原东北部,是维系该地区生态平衡的重要屏障。利用MODIS NPP长时间序列遥感数据,结合土壤有机碳数据分析了2000~2020年青海湖流域的草地生态系统单位面积碳储量及其时空变化特征,同时基于MODIS GPP数据及草地生态系统呼吸估算模型统计分析了草地生态系统单位面积碳汇量及其变化特征。结果表明:(1)青海湖流域草地生态系统总碳储量为349.96 Tg,单位面积碳储量为13.83 kg·m^(-2),整体呈环带特征,大致以辐射状分布。(2)近21 a来,青海湖流域草地生态系统碳汇量多年平均值为17.14 Tg,单位面积碳汇量为0.16 kg·m^(-2)·a^(-1),表明该地区草地生态系统是一个碳汇。

青海共和盆地草地生产力模拟及其影响因素分析

基于DEM构建了青海共和盆地草地生产力的模型,并且进一步构建了基于作物水分耗散和放牧因子校正的青海共和盆地草地生产力模型,研究结果表明:①共和盆地草地的光温生产潜力15·3t/hm2,光温生产潜力约为光合生产潜力的53%,而且在山区约为44%,滩地约为54%,河谷约为58%,所以在共和盆地温度应当是限制牧草生产能力的一个非常重要的因子,并且在山区温度对牧草的生产能力的影响较大;②共和盆地牧草的气候生产潜力约6·6t/hm2,气候生产潜力是光温生产潜力的43%,是光合生产潜力的23%;而且河谷、滩地牧草的气候生产潜力分别约为光温生产潜力的34%和41%,山地约为69%,水分对牧草的气候生产潜力影响在河谷和滩地要大于山地,尤其是草原化荒漠和荒漠化草原气候生产力相对较低;共和盆地的实际草地生产力是气候生产力的1/5~1/12;经过作物水分需求和放牧的校正,草地生产力平均2·2t/hm2,与实际生产力很接近。所以牧草水分需求和放牧强度对草地生产力影响很大,尤其反映出草地放牧已成为草地生产力降低,草地退化的重要原因之一。

石羊河流域下游民勤绿洲草地退化问题分析

石羊河流域是西北内陆河流域中水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重、水资源对经济社会发展制约性最强的地区。流域下游的民勤绿洲更是生态重灾区,天然草场的严重退化,不仅对绿洲生态安全构成严重威胁,而且严重影响到经济社会的可持续发展。研究民勤绿洲草地的退化问题,对于维系绿洲生态安全、推进社会经济可持续发展,具有重要意义。在总结流域水系演变的基础上,分析了流域水循环格局的改变和民勤绿洲草地的退化问题,结果表明,水循环格局的改变是民勤绿洲草地退化的主要原因,水资源的量、质、时空分布以及开发利用方式、强度显著决定了绿洲生态系统的演化方向,导致了沙漠化威胁加剧和"生态难民"的产生。

2000—2010年青海湖流域草地退化状况时空分析

青海湖流域属于高寒草地生态系统,草地退化状况是反映该流域生态环境状况的有效指标。在对青海湖流域退化草地分类的基础上,利用遥感手段获得流域退化草地的空间分布和变化信息。采用Markov模型、退化草地动态变化度、转类指数和景观指数对青海湖流域草地退化状况时空变化进行多角度分析。研究表明2010年青海湖流域草地状况良好,未退化草甸与未退化草原在整个流域占绝对优势,是流域面积的38%。2000—2010年期间,流域草地变化不大,退化草地转类指数为-0.0384;草地变化整体上呈极轻微退化趋势,在这11a期间呈现先退化、后改善的状况。流域内不同退化草地类别的空间景观格局表现比较稳定。青海湖流域的优势草地类别是未退化草甸,主要分布在流域中部,2000—2010年期间该类别的动态变化度为1.82%,没有发生大幅度变化,时空变化都比较稳定。中度退化草甸是退化最明显的类别,即使在流域草地呈改善状况的2006—2010年期间,有近7.4万hm2退化为重度退化草甸,占中度退化草甸转变为其他类别的65%。流域中与其他类别相互转换频繁,面积变化幅度最大的类型是轻度、中度退化草甸,及重度退化草原,在流域草地退化发生改善的2006—2010年期间,这3个类别的动态变化度达到15%—21%之间;空间上它们主要分布在流域西北部、青海湖北部以及环青海湖区域。

四川盆地西部亚热带山地草地植物生物量季节动态的研究

长期以来,由于人们对草地生态系统在自然和人为干扰活动影响下的结构与功能的变化规律不了解,在草地经营中片面强调提高草地载畜量,很少或没有与草地生态系统中的物质保持“等量交换”的原则,引起草地的退化,甚至整个草地生态系统的崩溃。

西藏怒江流域高寒草甸气候生产潜力对气候变化的响应

根据西藏怒江流域9个气象站1980-2008年年平均气温、年降水量资料,采用Miami模型研究该流域高寒草甸气候生产潜力的地域分布以及年代际变化。结果表明,近29年西藏怒江流域气候生产潜力中上游主要受温度条件的制约,中下游主要受降水条件的制约,气候生产潜力与年降水量和主要生长季平均温度显著正相关。总体上气候生产潜力的分布存在较大的地区差异,下游地区明显高于上游地区。过去29年,由于温度的逐年升高,伴随降水的增加,气候生产潜力呈逐渐增加趋势,且增幅较明显。整个怒江流域未来90年(2011-2100年)有向"暖湿型"气候方向发展的趋势,降水将成为该流域气候生产潜力的主要气候限制因子,总体上气候生产潜力呈增加趋势,但增幅不大,未来气候对该流域畜牧业发展和生态环境改善有利。

青海共和盆地草地叶面积指数与生物量随海拔梯度变化的规律

[目的]研究植被生物量、叶面积指数随海拔变化的规律。[方法]沿海拔梯度在共和盆地选取样地43块(明显退化草地13块,未明显退化草地30块),在群落调查的基础上,以收获法测定主要草地类型的群落结构、地上生物量和地下生物量。[结果]叶面积指数与群落地上/地下生物量、总生物量具有幂函数关系(y=axb,R2=0.44-0.80,P<0.01-0.001)。随海拔增加,退化草地叶面积指数、地下生物量具有线性增加趋势(R2=0.40-0.45,P<0.02-0.01),而地上生物量没有明显变化趋势;未明显退化草地叶面积指数、地上/地下生物量均具有线性增加趋势(R2=0.19-0.43,P<0.08-0.01),当海拔高于3500m,叶面积指数(约1.2)及地上生物量(约100g/m2)波动不大,而地下生物量在山顶附近显著增加。[结论]叶面积指数、群落地上/地下生物量、总生物量与海拔变化密切相关。

气候变化与人类活动对共和盆地生态环境的影响

利用共和盆地共和、贵南2个气象站1961~2006年46年逐月平均气温和降水量资料,分析了年和四季的气候特征及气候变化趋势,并对气候突变进行了检验。结果表明：近46年来共和盆地表现出气温升高、降水量呈微弱增加、地表蒸发量增大的变化趋势,并且在20世纪90年代后期变化趋势更加明显。这种气候变化趋势加速了共和盆地草地退化和沙化,同时人类活动又加剧了共和盆地草地的退化和沙化趋势。

黑河流域草地承载力研究

应用RS和GIS技术,从研究区植被类型、土壤侵蚀、坡度、距水源距离、生物多样性和生态系统保护等方面,确定了黑河流域不适合和适合放牧的区域。在适合放牧的区域,根据草地类型估测产草量。在牧草分配方面,从避免土壤侵蚀和遭遇干旱时保证植被群落弹性和再生的需要以及满足昆虫和土壤无脊椎动物及野生动物需要两个方面考虑了满足生态需要的牧草生物量。在确定放牧强度时,从坡度和距离水源远近两个方面考虑了载畜量的减少比例。在此基础上,计算出满足生态保护需要的草地承载力。研究结果表明,黑河流域适合放牧的区域仅占总面积的17.693%,在适合放牧的区域,天然草地的承载力为0.009～2.055只羊单位/hm2。

若尔盖盆地草地沙化研究

若尔盖盆地有草地沙化面积5 030hm2以上,而且还以670hm2/年的速度扩大。其中有74%的沙化草地失去生产能力,完全沙漠化。经过野外调查与遥感解译,结合前人研究资料,论证了草地沙化日趋严重的原因,主要来自于自然因素———新构造运动和气候条件变化等是造成若尔盖盆地草地沙化的主导因素,人为因素———超载过牧和对湿地进行开渠排水等是其次要因素。由于主导因素和次要因素长期共同作用的结果,使草地沙化成为黄河上游若尔盖盆地严重的生态问题,危及人类生存环境。

近30年黑河流域草地变化分析及分布格局预测

草地是人类生存的基本资源和条件,在全球变化、全球循环和生态系统功能等方面起着非常关键的作用。本文基于GIS技术和1986、2000和2011年黑河流域草地分布数据,采用转移矩阵、草地动态变化度、空间动态度和CA-Markov模型等方法,分析了黑河流域近30年的草地变化,并对其未来分布格局做出预测。结果表明,(1)黑河流域1986年草地面积为32997.71km^2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为4290.02、6371.80和22335.89km^2;2000年草地面积为23939.46km^2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5508.78、5540.01和12890.67km^2;2011年草地面积为24272.50km^2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5561.31、5715.01和12996.18km^2,近30年间黑河流域草地面积呈现先减后增的趋势。(2)1986-2000年期间,黑河流域草地面积大幅减少,且退化严重,高覆被草地主要向中低覆被草地转换,中覆被草地主要向低覆被草地转换,低覆被草地主要向未利用地转换。(3)2000-2011年期间,黑河流域草地面积小幅增加,各类型草地转化面积较少,保持小幅缓慢上升趋势。(4)在现行趋势下,预测2022年黑河流域草地面积为24449.58km^2,高覆被草地、中覆被草地和低覆被草地面积分别为5560.28、5657.65和13231.65km^2,与2011年相比呈增加趋势,但下游地区草地面积和覆盖度依然较低。