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  • 2017年, 8卷, 第1期
    刊出日期：2017-01-20
      
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  • 青藏高原生态学研究的回顾与展望
    李文华
    2017, 8(1): 1-4. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.001
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    青藏高原是地球的“第三极”,是全球海拔最高的生物地理单元。由于其高、寒、旱的生物环境特征,高寒生态系统对气候变化和人类活动非常敏感,为全球变化研究提供了天然的实验室,一直受到国内外专家重视,是生态学和全球变化研究的热点区域。青藏高原生态学研究经历了从朴素认识到机理研究的理论升华,从生物地理格局的科学考察到生态学机理定位研究的范式转变,从个体、群落到生态系统及多学科综合研究的尺度延伸,以及从理论研究到支撑资源有效利用与可持续发展的发展轨迹。今后青藏高原生态系统研究将更加聚焦于量化辨识气候变暖和人类活动对生态系统的影响,以及高原生态系统对气候变化的反馈作用研究。加强与自然地理、环境科学和遥感技术多学科、多技术、模型融合的交叉与集成研究,服务于气候变化的适应及生态-社会系统的可持续发展。
  • 水汽对气候变化海拔依赖性的影响
    张宪洲, 王菱, 何永涛, 杜明远, 张晶, 石培礼, 余成群, 张扬建
    2017, 8(1): 5-9. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.002
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    气候变化的海拔依赖性在世界上大多数山脉地区已有报道,但导致这种变异的原因尚不明确。本研究利用中国四个不同的观测和再分析资料数据集,主要研究气候变暖对海拔的依赖性,结果表明：无论是在青藏高原地区还是中国其他地区,气候变暖的程度与海拔高度的一致性并不明显。但是,气候变暖与不同海拔水汽的变异具有很好的相关性。比湿度较低时,气温变化随比湿度的增加而升高;当比湿度上升到一定值,气温变化则随比湿度的增加而下降。而地表温度变化的最大值出现在比湿度2.0-3.0 g kg-1范围内。因此,本研究揭示了水汽对气候变暖的海拔依赖性起到调节作用。
  • 喜马拉雅中部柯西河流域土地覆被现状研究
    吴雪, 高俊刚, 张镱锂, 刘林山, 赵志龙
    2017, 8(1): 10-19. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.003
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    位于喜马拉雅中部的柯西河流域（Koshi River Basin,简称KRB）,是恒河支流也是南亚极为重要的跨境流域。流域内海拔落差巨大、生境复杂、生态系统类型完整、土地覆被类型多样且区域差异明显,是全球气候变化的敏感区之一。本研究基于Landsat TM、野外考察及植被图等多源数据,运用3S技术,编制了高精度的柯西河流域土地覆被数据,分析了流域土地覆被现状特征。研究表明：（1）2010年KRB土地覆被从流域源头至下游由雪被和水体（冰川）、裸地、稀疏植被、草地、湿地、灌丛、森林、农田、水体（河流和湖泊）、建设用地等9类组成。其中,以草地、森林、裸地和农田为主,分别占流域面积的25.83%、21.19%、19.31%和15.09%。而对气候变化敏感的冰川面积仅占5.72%。（2）KRB南、北坡土地覆被类型组成与结构迥异。北坡以草地、裸地和冰川分布为主,南坡以森林、农田和裸地为主;草地在北坡的分布面积远高于南坡,二者比例是6.67:1,而森林面积的97.13%分布在南坡,这些森林大多分布在河谷中部和南部平原地区,且与农田交错分布。（3）与环境相适应,流域主要覆被类型的垂直分布也具有明显的地带性特征。土地覆被由低到高,依次为农田、森林、灌丛和农田混合型、草地、稀疏植被、裸地和水体（冰川）的分布。研究结果为土地利用和覆被变化研究、为高山地区尤其是跨境流域的生态系统保护与管理、土地资源利用和可持续发展提供科学依据。
  • 青藏高原高山嵩草(Kobresia pygmaea)空间分布模拟
    吴良, 王敏, 欧阳华, 成升魁, 宋明华
    2017, 8(1): 20-29. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.004
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    高山嵩草(Kobresia pygmaea Willd.)是青藏高原高寒草地生态系统的建群种。对该物种的分布及其生态环境的认识,可以加深人们对高山生态系统及关键物种的认识,为高寒地区物种和生态系统保育提供数据支持,并且为物种的起源和演化研究提供理论依据。为了避免单一方法带来的不确定性,本研究采用了四种生态位模型来模拟高山嵩草在青藏高原的分布,即面域包络模型(SRE)、广义线性模型(GLM)、广义推进树模型(GBM)和最大熵模型(MAXENT)。为了最大限度提升样本的可靠性,本研究模拟基于对野外采集的存在样本的DNA测序鉴定。物种分布模型的结果表明高山嵩草在藏北高原和青藏高原东部和南部高山草甸中都存在大片的分布区,具有典型的地带分布特征。模型评价结果表明广义线性模型、广义推进树模型和最大熵模型都具有较高的精度,而面域包络模型的分值相对较低。本研究采用的四种模型呈现出四种不同的潜在分布格局,其二元分布图计算得到的分布面积介于374340和482605平方公里之间(平均值为421591平方公里)。研究还发现,生长季降水是决定高山嵩草分布的主导因子,这与青藏高原高寒草甸生态系统的水热条件相符。本研究表明物种分布模型可以为青藏高原物种格局模拟提供简洁可靠的技术方法。
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    西藏高原高寒嵩草草甸在不同降雨条件下CO2通量的生物物理调节机制
    柴曦, 石培礼, 宗宁, 牛犇, 何永涛, 张宪洲
    2017, 8(1): 30-41. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.005
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    降雨的年际变化可导致碳通量显著变化。因此我们利用涡度相关(EC)技术观测西藏高原北部的一个高寒草甸连续2年(2005-2006)的CO2净生态系统交换(NEE),以分析不同降水年份下CO2通量的差异和控制因素。2005和2006年的降水量分别为489.9 mm和241.1 mm,相比于476.0 mm的多年平均值,前者属于平水年,后者属于干旱年。2006年的NEE的年际累积表现为净排放量(87.70 g C m-2 yr-1),而2005年则表现为非常微弱的吸收(-2.35 g C m-2 yr-1)。因此该高寒草甸在平水年是碳中性的,但在干旱年是碳源,这说明如果未来气候变暖继续恶化加剧土壤干旱的条件下,高寒草甸有可能成为一个CO2释放源。在干旱年份,总初级生产力(GEE)、叶面积指数(LAI)以及生态系统碳吸收持续的时间都明显降低,由此引发干旱年份生长季旺盛时期每日NEE最大吸收速率、最大光合速率(Pmax)以及表观量子效率(α)只是平水年的30%-50%。在其他因子的调控方面,半小时尺度的GEE和NEE与光合有效辐射(PAR)密切相关,但这种响应会受空气温度(Ta),土壤水分含量(SWC)和水汽压亏缺(VPD)的影响。NEE的吸收速率会随着Ta和VPD的升高以及SWC的下降而减少。当PAR超过合适的范围值时,由于较高的辐射加剧了土壤干旱的情况,会减少白天NEE的吸收速率。NEE吸收速率的最适Ta和VPD值分别为12.7℃和0.42 KPa,而且NEE的吸收速率也会随着SWC的增加而增大。LAI的季节变异能够解释GEE和NEE变异的77%。半小时尺度上的生态系统呼吸(Re)的变异主要依赖于土壤温度(Ts),但SWC会在一定程度上调控Re对Ts的响应。

  • 利用MODIS影像和气候数据模拟青藏高原草地地上生物量
    付刚, 孙维, 李少伟, 张晶, 余成群, 沈振西
    2017, 8(1): 42-49. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.006
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    精确量化高寒区域的草地地上生物量在精确量化全球碳循环方面起着非常重要的作用。本研究利用月尺度的归一化植被指数、增强型植被指数、平均空气温度、≥5℃积温、总降水、降水积温比模拟了青藏高原高寒草地地上生物量。本研究对比分析了三种多重逐步回归模型,即地上生物量与归一化植被指数和增强型植被指数的逐步回归模型,地上生物量与空气温度、积温、降水和降水积温比的逐步回归模型,地上生物量与归一化植被指数、增强型植被指数、空气温度、积温、降水和降水积温比的逐步回归模型。结果表明,在高寒草甸,归一化植被指数模拟的地上生物量与观测的地上生物量间的平均绝对误差和均方根误差分别为31.05 g m-2和44.12 g m-2;在高寒草原,归一化植被指数模拟的地上生物量与观测的地上生物量间的平均绝对误差和均方根误差分别为95.43 g m-2和131.58 g m-2。在高寒草原,积温模拟的地上生物量与观测的地上生物量间的平均绝对误差和均方根误差分别为33.61g m-2和48.04 g m-2。在高寒草甸,植被指数和气象数据模拟的地上生物量与观测的地上生物量间的平均绝对误差和均方根误差分别为28.09 g m-2和42.71 g m-2;在高寒草原,植被指数和气象数据模拟的地上生物量与观测的地上生物量间的平均绝对误差和均方根误差分别为35.86 g m-2和47.94 g m-2。因此,植被指数和气候数据同时参与的逐步回归模型比植被指数或气候数据单独参与的逐步回归模型的精度高;不同高寒草地类型的回归模型精度不同。
  • 降水减少加剧气候变暖对西藏半干旱草甸草原物候变化的效应
    赵广帅, 石培礼, 宗宁, 何永涛, 张宪州, 何洪林, 张晶
    2017, 8(1): 50-56. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.007
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    植被物候被认为是全球变暖的一个敏感指标,特别是在青藏高原。然而,自2000年以来,对气候变暖是否能够促进草地物候期的提前存在争议。升温以及生长季节早期降水如何与之交互对半干旱草原物候产生影响鲜为人知。本研究中,我们提取藏北当雄草地2000-2014年生长季平均NDVI(GNDVI)和草地物候变化信息,分析了NDVI、物候变化和气候变化的关系。结果表明天然草地GNDVI呈下降趋势。GNDVI的年际变化主要受5月下旬至7月的气温和4月至8月的降水影响。由于生长季起始期不断延迟,生长季结束期基本不变,天然草地生长季长度大大缩短,这大部分是由于春季变暖和降水减少造成。水分有效性是研究区草地生长的主要决定因素,当草地生长的温度限制被打破后,升温将增加对水的需求。近10年来,由于蒸散和水分限制不断增强,降水减少进一步加剧了气候变暖对植被物候变化的效应。全球变暖和降水减少的综合影响可能会延迟半干旱高寒草地的物候响应。
  • 青藏高原高寒沼泽化草甸总初级生产力的遥感估算：多模型比较
    牛犇, 张宪洲, 何永涛, 石培礼, 付刚, 杜明远, 张扬建, 宗宁, 张晶, 武建双
    2017, 8(1): 57-66. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.008
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    青藏高原沼泽化草甸是土壤有机碳密度最高,对气候变化最敏感的高寒生态系统。对其生态系统总初级生产力(GPP)持续准确的量化是掌握站点到全球尺度的碳循环的关键。涡度相关技术(EC)是测量生态系统碳通量的最佳途径,而遥感模型可以实现从生态系统迹点(footprints)到区域乃至全球的尺度扩展。但是,大多遥感估算模型的适用性在这种高寒沼泽化草甸上并没有得到验证。本研究选取了四个近年来被广泛运用的遥感估算GPP的模型,即MODIS算法(MOD)、植被光合模型(VPM)、光合能力模型(PCM)和高寒植被模型(AVM)对青藏高原中部的一个典型高寒草甸生态系统的GPP进行了估算。结果显示：所有遥感模型对GPP的年内季节变异都有很好的解释(R2>0.89,P<0.0001),但很难解释其年际变化。与日均EC_GPP相比,VPM严重的低估了该生态系统的GPP,其估测值大约仅为EC观测值的54%。但是,其他三个模型可以较准确地进行GPP估算：相比之下,AVM可以反演94.5%的EC观测,相对于EC观测的均方根误差(RMSE)最小(1.47 g C m-2); PCM对EC_GPP有微小的高估(约12.0%的EC观测值),而MODR对EC_GPP有微弱的低估(约8.1%的EC观测值),但二者的偏差都不显著。本研究表明AVM对该高寒沼泽化草甸的GPP估算比其他较复杂的GPP估算模型更有优势。
  • 基于土地覆被变化和CA-Markov模型的喜马拉雅中部柯西河流域生态系统服务价值变化评估
    赵志龙, 吴雪, 张镱锂, 高俊刚
    2017, 8(1): 67-76. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.009
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    气候变暖和经济发展正对人类赖以生存的生态系统产生巨大的压力,这导致了生态系统的退化,以及随之而来的生态系统服务的丧失。本文以Landsat遥感影像为数据源,以喜马拉雅中部的柯西河流域为研究区,分析了1990-2010年该区域土地覆被变化,以及随之产生的生态系统服务价值的变化。继而运用CA-Markov模型模拟了未来2030年和2050年柯西河流域的土地覆被状况,并分析了2010-2050年的土地覆被和生态系统服务的变化情况。研究结果表明：1990-2010年,柯西河流域的生态系统服务价值减少了2.05×108 USD y-1。从土地覆被类型上看,森林、冰川和裸地的生态系统服务价值呈持续减少态势,而农田的生态系统服务价值则呈持续增加态势。1990-2050年间,森林生态系统服务价值减少最为显著,高达11.87×108 USD y-1,而农田生态服务价值增加则最为显著,多达3.05×108 USD y-1。尼泊尔境内的森林砍伐、耕地开垦和加德满都等城市的扩张造成了柯西河流域生态系统服务价值的降低,这一过程则可能与该区域日益增多的人类活动密不可分。
  • 柯西河流域关键保护物种的生境变化模拟研究
    刘林山, 赵志龙, 张镱锂, 吴雪
    2017, 8(1): 77-87. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.010
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    柯西河流域是世界物种多样性最为丰富的地区之一,其生物多样性及其生境保护有重要的意义。本研究采用了当前和未来气候变化情景下的Worldclim和土地利用数据,选择MaxEnt模型模拟柯西河流域关键保护物种的潜在分布及其变化状况。结果表明：该模型的总体准确率高,模型的评价效果达到优秀水平。陈塘镇、樟木镇、Lamabagar和Langtang国家公园附近河谷地区是关键保护物种的主要栖息地,是生境保护的重点区域。通过比较1992和2050的关键物种的分布数据,发现关键物种的潜在分布区均发生了较大变化。模拟结果显示在未来气候和土地利用变化情景下,黑颈鹤、参三七和长尾叶猴的栖息地均会减少,需针对这些物种的栖息地,重点开展柯西河流域湿地和森林的保护工作。
  • 藏北高寒高原载畜量对气候变化的响应：采食量和时滞效应
    冯云飞, 张宪洲, 石培礼, 付刚, 张扬建, 赵广帅, 曾朝旭, 张晶
    2017, 8(1): 88-96. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.011
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    气候变化和采食量是对载畜量波动十分重要的影响因子,但是它们的变化对于载畜量的具体影响在藏北地区则不是很清楚。基于两个相对独立驱动机制的模型,我们得到了NPPH（受人类活动影响的净初级生产力）和采食量的阈值,它们可以影响藏北高原载畜量的波动和调整牲畜的再生。采食量存在可以影响载畜量变化的阈值：当采食量大于1.9（kg DM d-1 sheep-1）时,载畜量表现出增长的趋势;否则,载畜量就表现出下降的趋势。在藏北高原,初级生产力的扰动传递到下一个营养级需要四年时间。通过研究藏北高原NPPH和载畜量之间的关系,得出决定载畜量变化的是采食量。对于滞后效应的研究对于进一步了解气候变化影响载畜量的驱动机制有着积极的意义。
  • 1976-2015年羌塘高原冰川变化遥感分析：以申扎杰岗为例
    聂勇, 杨超, 张镱锂, 刘林山, 徐霞
    2017, 8(1): 97-104. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.012
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    羌塘高原的申扎县处于青藏高原的气候和生态环境过渡带,该区域对环境变化非常敏感。冰川是该区域重要的土地覆被类型之一,也是重要的淡水资源。目前对该区域冰川的最新状况和时空变化的理解非常有限。本研究选用6期陆地卫星遥感影像,完成了2015年申扎杰岗山脉冰川调查及1976~2015年间冰川时空变化分析。结果显示：2015年研究区有131条冰川（74.59 ± 5.25 km2）,主要分布在海拔5600-6000 m。1976-2015年,研究区冰川面积退缩了24.98%（24.83 km2）,冰川分裂导致冰川总条目增加了12条。据估算,过去的39年冰川退缩导致11.77 × 108 m3的冰川水资源损耗。冰川在不同的子流域、坡向和海拔段存在显著的变化差异。气候变暖是冰川持续退缩的关键驱动因子。本研究构建的数据集可为羌塘高原的气候、生态和环境变化研究提供重要的支持。
  • 藏北高原高寒草甸生产力对不同幅度增温的响应
    王江伟, 付刚, 张光雨, 沈振西
    2017, 8(1): 105-112. https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2017.01.013
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    为了探讨植被指数、地上生物量和总初级生产力对增温的响应是否会随着增温幅度而发生变化,2013年6月底在藏北高原高寒草甸进行了两个梯度的野外增温试验。2013-2014年的生长季节（6-9月）利用农业多光谱相机获取归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、归一化绿波段差值植被指数（normalized green difference vegetation index,GNDVI）和土壤调节植被指数（soil adjusted vegetation index,SAVI）三种植被指数。基于NDVI和气象数据模拟了地上生物量（aboveground plant biomass,AGB）和总初级生产力（gross primary production,GPP）。结果表明：1、2013-2014年低幅度和高幅度的增温分别显著增加了空气温度（air temperature,Ta）1.54℃和4℃,同时分别显著增加了饱和水汽压亏缺（vapor pressure deficit,VPD）0.13和0.31 kPa;2、在三个增温处理间,GNDVI,AGB和ANPP并没有显著差异;3、高幅度的增温显著减少了23.3%（-0.06）的NDVI,而较低增温幅度并没有影响NDVI。低幅度和高幅度增温分别显著减少了19%（-0.04）和27.4%（-0.05）的SAVI,同时分别减少了24.2%（0.21 g C m-2 d-1）和44%（0.39 C m-2 d-1）的GPP。低幅度和高幅度增温两处理间的平均NDVI, SAVI和GPP并无显著差异;4、增温引起的NDVI,GNDVI,SAVI,AGB,ANPP和GPP的绝对变化量与增温引起的土壤和空气温度的绝对变化量呈不显著相关。因此,在藏北高寒草甸,生产力和植被指数对增温的响应与增温幅度并不呈简单线性变化趋势,这可能归因于较高的增温导致了更高的干旱,进而抑制了温度升高对高寒草甸植被的生长。