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全球土壤含水量对植被和气候的响应
1
作者 李君宜 牛健植 +3 位作者 余新晓 苗禹博 王迪 焦鹏华 《生态学报》 北大核心 2025年第6期2682-2697,共16页
气候、植被和土壤含水量(Soil Moisture,SM)的变化密切相关,分析长时间序列SM、植被覆盖、气温和降雨的变化以及植被、气候对SM的影响,有助于揭示全球变暖背景下土壤含水量-植被-大气间相互作用关系,为水资源短缺、土地退化、水资源保... 气候、植被和土壤含水量(Soil Moisture,SM)的变化密切相关,分析长时间序列SM、植被覆盖、气温和降雨的变化以及植被、气候对SM的影响,有助于揭示全球变暖背景下土壤含水量-植被-大气间相互作用关系,为水资源短缺、土地退化、水资源保护等生态环境问题提供理论支持。以全球MODIS产品和ERA5-Land为数据源,获取2001—2020年0—7 cm土壤层中的含水量SM1、7—28 cm土壤层中的含水量SM2、28—100 cm土壤层中的含水量SM3、28—289 cm土壤层中的含水量SM4、降雨、气温和归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序数据集,采用Sen趋势分析(Theil-Sen Median)、非参数统计检验(Mann-Kendall)、偏相关分析和复相关分析等方法,探究全球不同干湿气候区SM、降雨、气温和NDVI的时空变化特征及SM对降雨、气温和NDVI的响应关系。结果显示:(1)近20年来,全球不同干湿气候区SM总体呈现下降趋势,植被覆盖总体呈上升趋势;降雨量具体表现为“增-减-增”的变化趋势;气温总体呈上升趋势。(2)不同干湿气候区,SM与降雨的相关性随土壤深度的增加而减弱;除湿润区外,SM与NDVI均在SM2土壤层呈现较高的偏相关关系;除SM1土壤层外,不同干湿气候区SM与气温呈显著的负相关关系;除极干旱区,SM随土壤深度的增加对气温的敏感性减弱。(3)通过复相关分析探究各因子的驱动区(共同驱动区、气候驱动区、植被驱动区),SM变化主要受气候和NDVI的共同影响,受NDVI主导的区域面积较少,随着土壤深度的加深受气候主导的区域面积逐渐减小。 展开更多
关键词 土壤含水量(SM) 归一化植被指数(NDVI) 气候-土壤-植被 全球 相互作用
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基于幼树模拟降雨实验的树冠动态截留模型 被引量：5
2
作者 李想 王亚明 +2 位作者 孟晨 李娇 牛健植 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期43-50,共8页
【目的】为准确刻划林冠截留的动态过程,建立动态截留模型,充分阐释树冠特征和降雨特征对截留过程的影响。【方法】利用北京山区常见4种树木(侧柏、油松、栓皮栎、元宝枫)的幼树,在5种模拟雨强(10、20、50、100、150mm/h)下,通过直接称... 【目的】为准确刻划林冠截留的动态过程,建立动态截留模型,充分阐释树冠特征和降雨特征对截留过程的影响。【方法】利用北京山区常见4种树木(侧柏、油松、栓皮栎、元宝枫)的幼树,在5种模拟雨强(10、20、50、100、150mm/h)下,通过直接称质量法,测定了树冠动态截留量,剖析了降雨因素和树冠结构特征对截留过程的影响,选择相关参数建立了基于降雨过程的树冠动态截留模型。【结果】(1)树冠截留动态过程可分为快速增加、饱和稳定和滞后冠滴雨3个阶段,降雨结束后近40%的截留量会滴落至地表;(2)截留量是有限的,当场降雨累计降水量达12~13 mm时,累计截留量不再增加;(3)叶片特征(如叶面积、叶面积指数LAI、叶片生物量等)及枝干特征(如枝干面积、枝干生物量、枝干数、枝干长度等)均显著影响截留量,LAI作为易测结构参数与最大和最小截留量均呈幂函数关系;(4)基于累计降雨量(Pc)和LAI可构建动态截留模型验证情况良好,可准确刻画和预测降雨过程中的截留量变化。【结论】树冠截留是一个动态的三相过程,通过累计降雨量和叶面积指数可以实现对动态、截留过程模拟,对量化森林水文循环过程和动态水量平衡具有重要意义。 展开更多
关键词 截留过程 叶面积指数 累计降雨量 累计截留量 动态截留模型
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基于PLUS模型的黄河中游多沙粗沙区土地利用变化模拟及驱动力分析 被引量：2
3
作者 杜洲 牛健植 +2 位作者 樊登星 张卓佩 杨智勇 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期309-318,共10页
[目的]分析黄河中游多沙粗沙区土地利用演变规律及其驱动因素,探究不同情景下区域土地利用变化趋势,以期为保障区域生态安全及未来土地利用合理规划提供依据。[方法]基于2000年、2010年、2020年3期土地利用数据,进行黄河中游多沙粗沙区... [目的]分析黄河中游多沙粗沙区土地利用演变规律及其驱动因素,探究不同情景下区域土地利用变化趋势,以期为保障区域生态安全及未来土地利用合理规划提供依据。[方法]基于2000年、2010年、2020年3期土地利用数据,进行黄河中游多沙粗沙区土地利用变化特征及驱动力分析,并结合多情景设定,利用PLUS模型预测了2030年3种不同情景下区域土地利用空间格局。[结果]2000—2020年研究区土地利用变化总体趋势体现为耕地持续减少,林地、草地先增加后减少,水域和未利用地先减少后增加,建设用地持续增加;PLUS模型对2000—2020年区域土地利用变化的驱动力挖掘效果较好,其中建设用地的扩张受距县政府距离、GDP和距铁路距离等社会经济因子影响为主;自然发展情景下,耕地、林地和草地面积有所下降,水域、建设用地和未利用地的面积上升,经济建设情景下,建设用地大幅增加,对其他各类用地侵占作用显著,生态保护情景下,建设用地扩张得到有效约束,主要转入草地,面积缩减。林地、草地和水域面积明显上升,区域生态用地显著增加。[结论]不同发展情景下,黄河中游多沙粗沙区土地利用格局变化差异显著,区域未来土地利用规划应以可持续发展方式为导向,结合具体发展目标制定政策,注重典型生态脆弱区生态保护与经济建设的协调发展。 展开更多
关键词 PLUS模型 土地利用变化 多情景模拟 多沙粗沙区
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Pb^(2+)、Cd^(2+)复合胁迫对桑树光合作用的影响 被引量：32
4
作者 张嘉桐 关颖慧 +3 位作者 司莉青 彭霞薇 孟丙南 周金星 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期16-23,共8页
【目的】土壤重金属污染日益严重,重金属对植物的影响备受关注。目前,研究多限于重金属单一胁迫对植物的影响,但土壤重金属污染存在形式并不是只有一种重金属,而是由多种重金属复合而成,研究重金属单一胁迫与复合胁迫对植物生长及光合... 【目的】土壤重金属污染日益严重,重金属对植物的影响备受关注。目前,研究多限于重金属单一胁迫对植物的影响,但土壤重金属污染存在形式并不是只有一种重金属,而是由多种重金属复合而成,研究重金属单一胁迫与复合胁迫对植物生长及光合作用的影响与差异很有必要。【方法】本研究以桑树幼苗为实验材料,通过添加不同质量分数的Pb2+和Cd2+进行桑树幼苗土培实验,分析单一胁迫与复合胁迫对桑树幼苗生长指标、光合色素含量和光合作用指标的影响与差异。【结果】Pb2+单一胁迫降低了桑树叶绿素含量和类胡萝卜素含量,Cd2+单一胁迫对叶绿素含量是"低促高抑",对类胡萝卜素而是随Cd2+含量的增加抑制作用增强。复合胁迫对桑树光合色素含量起到抑制作用,且程度强于单一胁迫。桑树叶片的光饱和点(LSP)、最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)及表观量子效率(φ)均受到重金属胁迫的抑制作用,且随含量增大,抑制作用增强。单一胁迫和复合胁迫对桑树叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)均起到抑制作用,从而显著地限制了桑树的生长。【结论】重金属单一胁迫及复合胁迫对桑树幼苗的生长指标、光合色素含量以及光合作用均有抑制作用,且重金属含量越高,桑树幼苗受到的抑制作用越强,复合胁迫对桑树幼苗的抑制作用存在协同效应,毒害程度强于单一胁迫;在重金属胁迫条件下,桑树表现出了较强的耐重金属性。 展开更多
关键词 桑树 复合胁迫 光合作用 生长
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陕北典型退耕地沙棘群落与土壤因子的耦合关系 被引量：7
5
作者 周文洁 魏天兴 +1 位作者 刘广全 朱清科 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2020年第2期1-9,共9页
沙棘作为水土保持林的先锋树种,在黄土高原水蚀风蚀交错区广泛种植。研究沙棘与土壤的耦合关系,分析其在该区域的种植适应性以及对土壤的改良效果,可以为现有沙棘林的可持续经营和沙棘群落的合理配置提供理论依据。本研究依据陕西省吴... 沙棘作为水土保持林的先锋树种,在黄土高原水蚀风蚀交错区广泛种植。研究沙棘与土壤的耦合关系,分析其在该区域的种植适应性以及对土壤的改良效果,可以为现有沙棘林的可持续经营和沙棘群落的合理配置提供理论依据。本研究依据陕西省吴起县典型退耕地沙棘群落植被生长状况和土壤理化性质的观测数据,通过方差分析、主成分分析和灰色关联模型探究陕北黄土区沙棘群落与土壤因子的耦合关系。结果表明:1)土壤理化性质在不同土层深度有显著差异,林分类型和坡向对土壤全氮和毛管孔隙度具有显著的交互作用,沙棘油松混交林阳坡的土壤全氮质量分数和毛管孔隙度要显著高于阴坡和其他林分类型。2)有机质、全氮和毛管孔隙度可以作为反映土壤理化性质状况的主导因子,阳坡的沙棘油松林和阴坡的沙棘纯林对土壤的改良效果较好。3)各土壤因子与沙棘群落的灰色关联度均值排序为:毛管孔隙度>全氮>有机质>非毛管孔隙度>速效磷>土壤密度>速效钾。沙棘群落植被的生长与土壤理化性质的改良之间存在较强的相互促进作用,表明沙棘适宜于陕北黄土区种植。为了促进沙棘对土壤的改良以达到植被演替的目的,在阳坡沙棘纯林适宜朝向沙棘混交林改造,而在阴坡则更适合沙棘纯林这一配置模式。 展开更多
关键词 沙棘 林分类型 土壤理化性质 相互作用 水蚀风蚀交错区
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黄土高原丘陵区典型植物群落土壤粒径分布特征 被引量：11
6
作者 沙国良 魏天兴 +2 位作者 陈宇轩 傅彦超 任康 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2022年第4期1224-1234,共11页
为探究黄土高原丘陵区不同植物群落的土壤粒径分布特征。选取草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤为研究对象,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算土壤粒度参数与分形维数,绘制粒度频率曲线。结果表明:(1)研... 为探究黄土高原丘陵区不同植物群落的土壤粒径分布特征。选取草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤为研究对象,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算土壤粒度参数与分形维数,绘制粒度频率曲线。结果表明:(1)研究区土壤属粉壤土,粉粒含量约占总体的56.58%~71.67%,砂粒约占21.37%~38.71%,黏粒约占3.55%~6.96%。(2)各植物群落内土壤粒度组成随土层深度增加分布较为均一,粒径分布整体分选性均较差,呈极正偏度,峰态尖窄,粒度频率曲线为双峰型,曲线波峰一致。不同植物群落土壤粒径分布差异主要集中在土壤表层0~20 cm(P<0.05)。(3)草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤平均分形维数分别为2.63、2.60、2.61、2.58。分形维数与黏粒含量具有极显著正相关关系(P<0.05),其中,草地土壤分形维数与黏粒的相关性最强。总体来看,黄土高原丘陵区草地土壤粒径分布特征显著优于人工林,本研究结果可为黄土高原的生态重建工作提供理论依据。 展开更多
关键词 人工林 土壤粒径分布 粒度参数 分形维数 黄土高原
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陕北黄土高原不同微地形下植被-土壤系统耦合特征研究 被引量：11
7
作者 李豪 卢纪元 +1 位作者 魏天兴 朱清科 《四川农业大学学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期192-198,214,共8页
【目的】为探究不同微地形下植被和土壤之间的耦合协调关系。【方法】基于陕北黄土高原5种不同微地形及原状坡植被土壤的全面调查与取样分析,建立7个植被因子和6个土壤因子指标评价体系,采用AHP和熵权法确定各因子的权重,构建了6种地形... 【目的】为探究不同微地形下植被和土壤之间的耦合协调关系。【方法】基于陕北黄土高原5种不同微地形及原状坡植被土壤的全面调查与取样分析,建立7个植被因子和6个土壤因子指标评价体系,采用AHP和熵权法确定各因子的权重,构建了6种地形下的植被土壤耦合协调度模型。最后分析了植被和土壤各因子间的相关关系。【结果】(1)经过十几年的封育,不同地形下的植被土壤系统处在完全不同的发展状态上,其中切沟和塌陷属于良好协调-同步型,缓台属于初级协调-植被滞后型,浅沟属于濒临失调-土壤损益型,陡坎属于中度失调-植被损益型,原状坡属于极度失调-植被损益型。随着耦合协调状态的提升,地上优势物种也由星毛委陵菜逐渐过渡到铁杆蒿、茭蒿。(2)Spearman相关性分析表明:植被平均高度与土壤有机质和全氮呈显著正相关;植被盖度与土壤全氮呈显著正相关;植被Pielou、Simpson和Shannon-Wiener指数与土壤有机质呈显著正相关,与土壤全氮和速效钾呈极显著正相关。【结论】陕北黄土高原进行生态恢复重建过程时应根据不同的地形实施不同标准的恢复措施。 展开更多
关键词 植被 土壤 耦合 微地形 黄土高原
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暴雨条件下黄土高原长陡坡耕地细沟侵蚀特征 被引量：11
8
作者 王志强 杨萌 +1 位作者 张岩 张帅 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期129-135,共7页
细沟侵蚀是黄土高原坡耕地侵蚀的重要形式,已有的坡耕地细沟研究成果主要集中于裸土细沟侵蚀特征及其发生机制的小区或水槽试验,极端暴雨条件下细沟侵蚀观测很少,对于田间细沟侵蚀的预报仍然缺少实用的方法。该研究旨在基于实地测量数据... 细沟侵蚀是黄土高原坡耕地侵蚀的重要形式,已有的坡耕地细沟研究成果主要集中于裸土细沟侵蚀特征及其发生机制的小区或水槽试验,极端暴雨条件下细沟侵蚀观测很少,对于田间细沟侵蚀的预报仍然缺少实用的方法。该研究旨在基于实地测量数据,分析极端暴雨条件下黄土高原长陡坡耕地细沟侵蚀特征。2017年无定河流域“7.26”暴雨后,在暴雨中心附近选择15个样地进行细沟侵蚀测量,结合Google影像和无人机航拍影像,调查分析不同类型坡耕地细沟侵蚀特征。研究结果表明:1)暴雨条件下坡耕地是坡面细沟侵蚀的主要地类。长陡坡裸露坡耕地侵蚀模数为22478 t/km2,坡长20 m时,约为种植作物的平作坡耕地的1.5倍,且坡长越长,差异越大。等高垄作能够有效减少细沟侵蚀。撂荒坡耕地细沟侵蚀模数仅为裸露坡耕地的12%,草地未发现细沟侵蚀。2)幂函数可以很好地拟合细沟侵蚀模数与坡长的关系,裸露坡耕地坡长指数为0.831。暴雨强度越大,坡长指数也越大。3)上坡来水在坡耕地上造成了严重的细沟侵蚀,与地块上承接的降水相比,上坡来水对细沟侵蚀的影响更大。坡面浅沟汇水明显减小细沟侵蚀强度,浅沟发育程度越高,细沟侵蚀强度就越小。该研究可为估算黄土高原丘陵区不同类型坡耕地的细沟侵蚀提供重要参考。 展开更多
关键词 土壤 侵蚀 暴雨 细沟 坡耕地 坡长 坡度 上坡来水
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无人机摄影测量提取黄土高原切沟参数精度分析 被引量：10
9
作者 宋晓鹏 张岩 +2 位作者 王志强 邓家勇 王佳希 《北京师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期606-612,共7页
选取陕北黄土丘陵沟壑区桥沟小流域为研究区,分别用同时相的地面三维激光扫描数据和固定翼无人机摄影测量数据提取切沟形态参数,分析无人机摄影测量提取切沟参数的误差及其原因.结果表明:1)无人机摄影测量与三维激光测量比较,提取切沟... 选取陕北黄土丘陵沟壑区桥沟小流域为研究区,分别用同时相的地面三维激光扫描数据和固定翼无人机摄影测量数据提取切沟形态参数,分析无人机摄影测量提取切沟参数的误差及其原因.结果表明:1)无人机摄影测量与三维激光测量比较,提取切沟面积、周长和沟长二维形态参数的百分误差<10%;2)与三维激光扫描测得切沟横截面积、平均沟深和体积三维形态参数相比较,无人机摄影测量误差<20%,沟壁陡峭、植被覆盖度较高的大型切沟测量参数误差较大,而沟壁坡度相对较小、植被相对稀疏的小型切沟测量参数误差较小;3)固定翼无人机垂直摄影采集数据的方式会导致切沟沟壁细节数据缺失,从而降低切沟参数提取精度.基于无人机摄影测量生成的DSM无法有效过滤植被影响,在一定程度上影响切沟参数的提取精度.与三维激光测量相比,无人机摄影测量切沟地貌参数的精度略低,在切沟短期动态变化监测方面还存在一定的局限性. 展开更多
关键词 三维激光扫描 无人机 切沟形态参数 黄土高原
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2001—2020年全球植被对极端气候的响应 被引量：1
10
作者 焦鹏华 牛健植 +2 位作者 苗禹博 李君宜 王迪 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2992-3004,共13页
探究全球植被与极端气候的时空变化和响应特征,对于应对全球气候变化和提高生态系统的稳定性具有重要意义。本研究基于欧洲中期天气预报中心的ERA5气候数据和MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,运用Sen’s趋势分析、相关性分析和随机森林... 探究全球植被与极端气候的时空变化和响应特征,对于应对全球气候变化和提高生态系统的稳定性具有重要意义。本研究基于欧洲中期天气预报中心的ERA5气候数据和MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,运用Sen’s趋势分析、相关性分析和随机森林回归模型等方法,探究2001—2020年全球5种植被类型(北方森林和温带森林、热带森林、其他木本植被、草原、农田)NDVI对23个极端气候指数的响应特征。结果表明:研究期间,全球NDVI总体呈增长趋势,增长趋势最显著的植被类型为北方森林和温带森林,最不显著的是农田。极端气候指数方面,除少部分极端高温和低温指数呈降低趋势外,其余指数均呈增长趋势。在不同植被区,对NDVI影响最大的极端气候指数不同。相关性分析表明,在北方森林和温带森林、热带森林、其他木本植被、草原和农田区域,对NDVI影响最大的指数分别为冷昼日数、结冰天数、年降水总量、年降水总量、年降水总量;随机森林结果显示,对各植被区NDVI影响最大的指数分别为冷昼日数、热夜日数、霜冻天数、暖昼日数和寒冷时间持续指数。两种方法结果不同的原因在于相关性分析只反映变量间的线性关系,而随机森林回归模型可以捕捉更复杂的非线性关系。以上研究结果体现了全球植被对极端气候的响应具有显著的区域差异性和复杂性,这种差异性和复杂性可能是不同气候因子交互作用的结果。 展开更多
关键词 极端气候 全球植被 归一化植被指数 随机森林 相关分析
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