基于1990-2015 归一化植被指数的河北植被时间变化特征及其对干旱的响应

基于1990-2015年研究区逐旬归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）数据和站点逐日降水数据,对河北地区NDVI时间变化特征及其与多尺度标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）的响应关系进行了深入分析。结果表明：（1）研究区草地、林地面积增加,空间上呈自东向西交替变化,并呈破碎化现象。（2）年均及生长期NDVI呈明显的上升趋势,夏季NDVI最高,冬季最低,月均NDVI时间变化与雨热同期。（3）不同尺度SPEI均呈下降趋势,随着时间尺度的增加,降幅不断加剧。干旱整体上发生的持续时间和干旱程度有所降低,而春季发生干旱明显强于其他季节。（4）年际及夏季NDVI对SPEI变化响应最为显著,夏季NDVI与SPEI06之间的相关性为最高的0.628,春秋次之,冬季最低。年际及季节性NDVI变化与SPEI03及SPEI06变化的相关性较高。年际及季节NDVI变化对SPEI的响应较单独的气候因子（气温、降水）更明显。     

西北地区干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应

选取西北地区1961~2014年124个气象站点逐日气象资料,分析该区域降水量及可能蒸散量变化特征,采用相对湿润度指数探讨分析该区域四季及喜温、喜凉作物生长季干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)西北地区降水量短缺呈增加趋势,可能蒸散量呈减少趋势,二者区域间差异均较大,其上升、下降趋势信度达99%及无明显变化站点分别占西北地区总站点的23.4%、0.8%、75.8%和18.5%、31.5%、50%。(2)西北地区相对湿润度表现为春季多特旱,夏秋两季多轻旱,冬季及喜温、喜凉作物生长季多中旱,且秋季呈变干趋势,其余各时段呈变湿趋势,春、夏、冬三季极为显著,空间上总体呈东南向西北逐渐递增后趋缓的趋势。(3)西北地区不同干旱发生频率总体呈现出春季冬季秋季夏季,喜温作物生长季喜凉作物生长季,而干旱频率区域分布特征与相对湿润度基本一致。(4)西北地区各时段日平均气温均呈显著增加趋势,降水量在秋季表现为减少趋势,其余各时段均呈增加趋势;日照时数在春季、喜温和喜凉作物生长季表现为增加趋势,而在夏、秋、冬三季表现为下降趋势;相对湿度、风速在各时段均表现为减少趋势。(5)相对湿润度指数M与各时段降水量、日照时数及相对湿度的相关性最大,与各时段风速及日平均气温也存在一定的相关性。     

基于标准地下水指数的地下水位动态及其对降水变化的响应

为科学探索地下水位变化规律,研究地下水位对降水变化的响应机理,通过计算2001—2013年期间1～48个月时间尺度的标准化降水指数(SPI)与标准化地下水指数(SGI),统计分析SPI与SGI变化规律和相关关系,研究了地下水位埋深对降水变化的时空响应规律,进而寻求地下水位对降水最佳响应时间。结果表明:2001—2013年期间SPI呈波动变化,干旱期和湿润期持续时间随着计算SPI时间尺度的增加而延长,间隔变化频率随计算时间尺度增加而降低;地下水位对降水最佳响应时间出现的时间尺度为36～48个月。因此可见,SGI是研究地下水动态及其对降水变化响应较为有效的工具。     

两种植物对水体中苯酚胁迫的响应

为了揭示美人蕉和芦苇对苯酚胁迫的抗性机理,寻找其对苯酚的耐受浓度范围,为含苯酚水体的植物修复及植物景观营造筛选植物材料,试验比较分析了两种植物在0~20mg/L浓度范围的苯酚胁迫下生长状况的差异、细胞伤害的程度、保护酶的响应、渗透调节物质含量的增减以及根系活力和叶绿素的变化。结果显示,在一定浓度范围内,美人蕉和芦苇可以有效地通过体内的保护酶系统和渗透调节机制避免苯酚胁迫带来的伤害,保持正常生长。美人蕉和芦苇对苯酚的耐受浓度分别为≤20mg/L和≤5mg/L,可以作为植物修复材料应用于含苯酚水体的净化和美化。     

森林覆盖率在森林生长对气候干旱响应上的调节作用

基于归一化差值植被指数(NDVI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),探讨了森林生长对气候干旱的响应特征,并分析了森林覆盖率对这种响应的调节作用.结果表明,中国森林站点的森林生长对气候干旱的响应有正有负,正响应多分布于中国西南地区,在不同月份、不同时间尺度均有分布,负响应多分布于中国东南沿海地区,集中于冬、春季及短时间尺度干旱.进一步的研究发现,森林的覆盖率在森林生长对气候干旱的正响应上起着调节作用,不同等级的森林覆盖率会将森林生长对气候干旱的响应值限制在不同的范围内,随着森林覆盖率的增加,森林生长对气候干旱的响应最大值会逐渐减小.研究揭示了森林覆盖率在森林生长对气候干旱响应上的调节作用,有助于为森林管理提供一定的理论参考.     

纳帕海高原湿地土壤有机质对水分梯度变化的响应

 在气候变化和人类活动的影响下,纳帕海高原湿地干旱化加剧,湿地面积萎缩,湿地的生态功能退化严重.纳帕海湿地土壤有机质对水分环境梯度变化的响应研究结果表明,湿地土壤有机质在不同的水分环境梯度下的分布具有差异性;湿地土壤水分含量增加有助于土壤有机质的积累,同时,土壤有机质的增加改善了土壤结构,增加了土壤的持水性能,土壤有机质和水分的有机耦合对湿地土壤发挥碳“汇”和蓄持水功能有着重要的作用,因此,保护湿地环境对发挥湿地碳"汇"和水源的涵养功能具有重要的作用.     

黄土高原地区植被覆盖时空演变对气候的响应

利用GIMSS/NDVI数据对黄土高原地区1982—2003年期间植被覆盖变化的研究表明:黄土高原地区植被覆盖整体呈现增加趋势,并存在明显的空间差异.植被覆盖改善区域主要分布在河套平原、鄂尔多斯高原、兰州北部等黄土高原的北部地区,而退化区从西峰、延安向东到离石、临汾以至太原以西呈条带状分布.值得关注的是虽然20世纪80年代植被覆盖增加趋势明显,但90年代中期以来植被覆盖退化趋势非常显著.降水是影响黄土高原地区植被覆盖变化的重要因素,月降水量小于40—60mm期间,植被NDVI和降水量呈线性关系,但当月降水超过60mm之后,植被NDVI不再有明显的增长趋势.     

京津风沙源区植被变化对降水的响应规律研究

选取京津风沙源区的3种典型植被作为研究对象,通过对1998-2007年生长季(5-10月)期间植被盖度距平百分率与不同时间尺度的标准化降雨指数(standard precipitation index,SPI)之间Pearson相关关系的计算,来研究研究区植被变化对降水的响应规律.主要研究结果表明:研究区内不同土地利用类型的植被对降水的响应规律不同,在生长季的不同时期对降水的响应规律也有所不同.总的来说,植被生长对3个月尺度的自然降水条件存在明显的响应规律,特别是对于研究区持续处于干旱或湿润的状态时,植被对前期降水的响应十分明显,而在干湿波动较快或干湿过渡期,植被则对前期降水的响应不很明显.     

广西北部湾入海流域径流演变特征及其对气候变化和人类活动的响应

为探讨入海流域径流的演变特征,定量分析气候变化和人类活动对入海流域径流的影响,本文基于气象数据和径流数据,采用彭曼公式、滑动t检验、Hurst指数和小波分析等方法对比分析广西北部湾入海流域径流深的时空演变特征和未来趋势,并采用累积量斜率变化率比较法定量评估气候变化和人类活动对广西北部湾入海流域径流深变化的贡献率。结果表明：广西北部湾入海流域径流深空间分布格局分异较大,北仑河流域和防城江流域多年平均径流深较大,分别为2 115.58 mm和2 105.56 mm;径流深较小的是钦江流域和南流江流域,多年平均径流深分别为719.33 mm和744.50 mm。仅钦江流域径流深呈不显著上升趋势,其余流域均为下降趋势。广西北部湾入海流域各流域径流深的突变年份呈现一致性,均在1992年和2003年附近。在演变周期上,钦江流域、南流江流域、大风江流域、防城江流域、北仑河流域的历年年均径流深演化过程中存在2-6 a、7-15 a和16-24 a 3种时间尺度的周期变化规律,丰、枯交替变化比较明显;茅岭江流域径流深的周期震荡变化稍有不同,存在7-24 a和25 a以上两种时间尺度的周期变化规律。T2时...     

陇中半干旱区月气候对全球气候变化的响应特征

利用甘肃定西地区67a（1937—2003年）的月降水、气温资料,采用小波分析等统计方法．研究了陇中半干旱区月气候变化特征．结果表明,陇中半干旱区月降水变化率在-5．45～2．58ram／10a之间,1977年以前降水以增加为主,1977-1997年降水减少突出,1998年转为全面上升．夏季（7月）降水在1998年之前一直处于下降趋势．春季（4月）降水趋势与7月相反．6月降水增加具有明显的阶段性,主要在1977年之前和1998年之后,降水周期谱与其对应．各月气温以升高为主,变化率在0．018～0．424℃／10a之间,2月增幅最大,振荡周期复杂,3月存在降温趋势,振荡周期简单．     

湿地植物再力花对铬胁迫的生理生化响应

在小型模拟人工湿地实验系统中,用不同浓度梯度(0、5、10、20、40、60 mg/L)的含铬废水对再力花进行污染胁迫,研究铬胁迫下湿地植物再力花的生理生化指标[如丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和根系活力(TTC)等]响应,为其在污染环境中作为水体环境修复植物的可行性提供科学依据。结果表明,随着铬胁迫浓度的增加,沙基质及其再力花体内的铬含量都随着胁迫浓度的增加而增加;叶片中叶绿素a、b及其总量均呈现先增后减,然后再增加的趋势;脯氨酸(Pro)表现为先降低后升高;谷胱甘肽(GSH)、MDA、超氧阴离子自由基、苯丙氨酸解氨酶(PAL)均总体呈现增加趋势;在铬浓度10 mg/L后,SOD和POD含量增加,而TTC和过氧化氢酶(CAT)随铬浓度的增加而降低。综上,再力花能够在铬胁迫下对其生理生化特性作出相应调节,具有较强的适应力和耐污力,可作为人工湿地处理含铬废水的湿地植物之一。     

黄泛区黄连木径向生长对气候要素的响应

利用黄泛区沙丘上散生的黄连木树轮宽度进行生态学研究,以便揭示研究区黄连木的径向生长与气候因子之间的关系.建立的树轮差值年表中有较高的平均敏感度、信噪比和样本总体解释量,表明年表中含有较多的高频气候变化信息.年表序列与气候因子(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月降水量和帕尔默干旱指数(PDSI))的相关结果表明:树轮宽度与前一年7月月平均气温和月平均最高气温以及当年6月月平均最高气温都呈显著负相关,而与前一年9月月平均最低气温和前一年12月、当年2月及6月降水量呈显著正相关,尤其与前一年7月月平均最高气温和当年2月降水量的相关性最高;与前一年11月至当年9月PDSI指数值都呈显著正相关,尤其6月和1-6月时段最突出.在此基础上,又对树轮序列中最窄和最宽年份进行了月均最高气温和月降水响应的实证分析,树轮宽窄变化与相关值最高的7月月平均最高气温和2月降水量及1-6月PDSI指数值的对照分析,并建立了树轮指数与1-6月PDSI指数的模拟方程.最后,利用树木出现的时间推断沙丘的形成应该与1938年花园口决堤有关.     

马尾松苗木中松醇的分布及其对干旱胁迫的响应

对马尾松苗木中松醇的分布及干旱胁迫下不同种源马尾松苗木针叶内松醇含量的变化进行了测定。结果表明：(1)随着苗木的生长,1年生马尾松苗针叶内松醇的含量逐渐增加,到生长季结束时达到最大值。2年生苗木针叶在生长初期松醇含量较高,但随着苗木进入旺盛生长阶段,其含量下降,进入苗木硬化期后,针叶内的松醇含量又有增加的趋势。(2)马尾松苗木茎中松醇含量(DW)最高,达25.86 mg/g,其次是1年生苗的针叶,1年生苗木的根系中松醇含量(DW)最低,仅3.60 mg/g。2年生苗木根系中的松醇含量较高,与针叶中的松醇含量相当。(3)马尾松苗木针叶内的松醇含量随干旱胁迫程度的加深而逐渐增多。胁迫36 d后,5个种源在重度胁迫下的平均松醇含量(DW)为41.38 mg/g,比对照增加25.51%。胁迫54 d后,5个种源在重度胁迫下的平均松醇含量(DW)为47.14 mg/g,比对照增加64.14%。不同种源间马尾松苗木针叶内松醇含量存在较大差异,但胁迫开始时的松醇含量越低,因胁迫松醇的积累越多;在重度干旱胁迫的最后,各种源苗木针叶内的松醇含量比较接近。     

徐州地区2009—2013年旱情及其对农业的影响

利用降水数据,采用Mann-Kendall检验和SPI指数方法从不同时间尺度分析徐州地区干旱发展趋势,结合实地调研结果,给出近年干旱形成的原因。降水趋势分析表明,徐州地区1951—2013年降水量呈逐年减少趋势,其中春、秋和冬季更显著。年尺度的SPI指数结果显示,徐州地区干旱有显著增强趋势。从季度尺度SPI指数分析来看,春、秋和冬季干旱程度整体有增强趋势,夏季相反但并不明显。计算了2009—2013年徐州地区的逐月SPI指数,发现除2011年各月主要呈现为中旱外,其余年份各月则以轻旱为主。自然降水过程通常不能满足小麦生长需水量,需要灌溉补偿。部分县乡存在农田水利设施薄弱、缺乏合理灌溉措施等问题,这也是加重其农业干旱的重要原因之一。     

黄河下游湿地景观特征及其对来水来沙的响应

利用黄河下游利津、泺口和花园口1950-2005年水沙数据、1987年和2002年两期下游滩地、河流和坑塘湿地数据,运用景观生态学基本理论,分析黄河下游湿地景观格局的演变,讨论湿地时空变化对来水来沙的反馈效应.结果表明,近20年来,黄河下游湿地大幅缩减,滩地景观减少最多,受人为和自然因素双重作用,景观斑块多样性变化不一.回归分析表明,滩地面积与来沙存在负相关,受来水减少影响,主河道萎缩严重,河口延伸速率减缓.     

不同胁迫条件下芦苇对污染物的去除及其生长响应研究

芦苇是常见的挺水湿地植物,研究其对不同类型的污染环境修复能力以及生长响应具有重要意义.本实验通过模拟受到重金属、富营养化及营养匮乏胁迫的芦苇湿地系统,对芦苇的鲜重变化、污染物去除、根际微生物种类及多样性,以及污染净化与芦苇蒸腾之间的关系进行研究.结果表明,芦苇是一种优良的重金属去除植物,对Mn—Ni—Cu—Zn—Cd复合金属污染的去除比例平均达到77.15%(其中Mn 90.01%,Ni 59.03%,Cu 90.17%,Zn68.37%,Cd 78.16%),总的去除效率达到2.015 mmol m-2d-1(其中Mn 1.001mmol m-2d-1、Ni 0.063 mmol·m-2·d-1、Cu 0.224 mmol·m-2·d-1、Zn 0.718 mmol·m-2·d-1、Cd 0.009 mmol·m-2·d-1);对营养类污染物(TN、NH3-N、TP)的去除比例平均达到27.36%(其中P 17.43%,TN 37.29%,NH3-N 70.08%),对氮—磷的总去除效率达到15.892 mmol·m-2·d-1(其中TN 15.539 mmol·m-2·d-1、TP 0.353 mmol·m-2·d-1,另外对NH3-N的去除效率为10.689 mmol·m-2·d-1);无论是氮、磷还是重金属的去除,都与芦苇蒸腾呈正关联.通过对芦苇根际水样的PCRDGGE分析,发现在不同的胁迫生境中,芦苇根际的优势细菌在种类上差异明显,在多样性指数上也有较大差别:营养匮乏胁迫(蒸馏水培养)生境的多样性指数最高(1.538),富营养化生境处理次之(1.517),重金属胁迫生境最低(1.498).     

呼伦贝尔市气候变化对森林草原火灾的影响及未来趋势分析

【目的】气候变暖是引发森林和草原火灾发生次数增加和过火面积扩大的重要因素。呼伦贝尔草原是中国北方地区重要的生态防护屏障,也是目前受气候变化影响最为严重的区域之一。通过研究呼伦贝尔市气候和森林草原火灾的历史变化,计算未来变化趋势以及干旱指数,为该地区应对气象灾害以及森林草原火灾的防御准备工作提供理论依据。【方法】利用重标极差(R/S)分析法、标准化降水蒸散指数(SPEI)分析等方法整理分析内蒙古自治区呼伦贝尔市1961—2018年的气象数据,得出过去及未来变化趋势以及干湿程度。通过分析1990—2018年呼伦贝尔市森林草原火灾数据,将气象要素与干旱状况分别与森林草原火灾数据相结合进行分析,得出火灾未来变化趋势。【结果】 ①1961—2018年内蒙古呼伦贝尔市气温和降水量增加,相对湿度和日照时间下降;气温未来变化趋势将与过去变化趋势相同,降水量、相对湿度、日照时间变化趋势将与过去变化趋势相反;2011年始呼伦贝尔市气候出现持续干旱状况,通过24个月的数据分析得出,未来将会持续保持干旱。②森林火灾的发生频度和过火面积均呈现上升趋势,分别为1次/a和318.38 hm ²/a;草原火灾的发生频度和过火面积均呈现下降趋势,分别为0.41次/a和12 486 hm ²/a。③当植物处于生长季时,草原火灾和森林火灾均与气温呈负相关,与降水量呈正相关,草原火灾与相对湿度和日照时间均呈正相关,森林火灾与相对湿度和日照时间均呈负相关。④森林草原的火灾频度和过火面积与短时间尺度SPEI均有很高的拟合程度,拟合曲线为二次函数。【结论】研究预测,未来呼伦贝尔地区干旱程度将会延续,森林草原火灾的发生与气象因素有很高的拟合度。建议当地有关部门在掌握本地气候变化基础上,制定合理的防护措施。     

雅鲁藏布江奴下水文站以上流域水文过程及其对气候变化的响应

以雅鲁藏布江奴下水文站以上流域为研究对象,针对缺资料流域的水文计算和预测问题,采用流域水文模型THREW,用地面气象观测、遥感植被覆盖和积雪面积等资料,基于断面水文监测数据对模型进行率定,应用CMIP5数据对径流演变进行预估。结果表明:对于雅鲁藏布江奴下水文站以上流域,THREW模型对1991—1995年率定期月径流模拟的纳什效率系数为0.75,对1996—2000年验证期月径流模拟的纳什效率系数为0.76;IPCC AR5所设置在CO2排放量最大的情况下,径流明显增加。     

人工湿地3种植物凋落物分解及其对水位降低的响应

为了解人工湿地种植的3种植物凋落物分解特征,采用网袋法,通过1 a的凋落物分解实验,研究了人工湿地3种植物(美人蕉、狭叶香蒲和梭鱼草)凋落物储量、凋落物分解动态及其对水位降低的响应.结果表明：美人蕉、狭叶香蒲和梭鱼草3种植物凋落物储量分别为1 887.83、1 073.25、2 358.86 g·m－2;分解1 a后,3种凋落物年分解率各自为63.5%、46.5%、61.1%,且它们之间存在差异显著(p<0.05).通过Olson 经典指数模型拟合的3种凋落物分解方程,表明了美人蕉凋落物分解速率最高(k＝0.063),其次为梭鱼草(k＝0.047),最小为狭叶香蒲(k＝0.032);湿地植物立枯期间,模拟3种植物美人蕉、狭叶香蒲、梭鱼草的枯落物(叶)在立枯期间的分解速率比枯落物死亡后放置地表的分解速率各自减少6.9%、8.6%和6.9%.人工湿地岸带,水位降低,美人蕉、狭叶香蒲、梭鱼草3种植物凋落物的分解速率分别较水淹条件下增加了33.8%、42.5%和69.6%.这些结果表明气候变暖,可能降低湿地岸带水位,进而增强湿地碳释放.