佟斯琴, 劉桂香, 包玉海, 張巧鳳2,

烏珠穆沁草原水熱分配差異對植被的影響

佟斯琴1,2,3, 劉桂香2,*, 包玉海3, 張巧鳳2,3

1. 東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/自然災(zāi)害研究所, 長春 130024
2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所, 呼和浩特 010010
3. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 呼和浩特 010022

利用MODIS NDVI數(shù)據(jù)和氣象站點的氣溫和降水資料, 運用最大值合成、一元線性分析和相關(guān)分析方法, 分別從年際變化、季節(jié)變化和月變化角度分析2000—2013年烏珠穆沁草原植被覆蓋變化及其對氣溫和降水變化的響應(yīng)特征。結(jié)果表明, 從年際變化看, 近15年來烏珠穆沁草原植被覆蓋呈增加趨勢, 其變化趨勢主要受降水量的控制; 從季節(jié)變化來看, 夏季和秋季植被覆蓋度呈上升趨勢, 而春季呈下降趨勢。春季和夏季植被覆蓋變化主要受降水的影響,而秋季植被生長與氣溫的關(guān)系較與降水的關(guān)系密切; 從植被生長的月變化來看, NDVI與氣溫的相關(guān)性小, 與降水量的相關(guān)性大。在返青期初期(4、5月)NDVI值隨氣溫升高而升高, 溫度有助于植被的生長, 其他時段氣溫對NDVI值產(chǎn)生負向作用, 其中7月份植被生長受氣溫的負向作用最明顯; 4—6月受當(dāng)月降水量的影響明顯, 7、8月份NDVI值與6月份降水量呈顯著相關(guān), 表明植被生長對降水變化具有一定滯后性。

烏珠穆沁; 歸一化植被指數(shù); 水熱條件; 相關(guān)性

1 前言

植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體, 是連結(jié)土壤、大氣和水分等要素的自然紐帶, 在全球變化中充當(dāng)“指示器”的作用[1]。氣候變化作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要驅(qū)動因子, 是決定地球上植被類型及其分布的最主要因素, 其中水熱條件是決定植被空間分布及其變化的主要非生物因子[2]。確定植被-氣候的關(guān)系對于研究氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系十分重要,國際地圈生物圈計劃(ICBP)將“全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)(GCTE)”列為核心研究重要內(nèi)容[3]。遙感觀測為研究地表植被覆蓋變化提供了可靠地實時數(shù)據(jù)源, 其中植被指數(shù)是描述植被數(shù)量、質(zhì)量、植被長勢和生物量等指標(biāo)的指示參數(shù)[4], 而歸一化植被指數(shù)NDVI能夠在大尺度上較準(zhǔn)確地反映植被的綠度和光合作用強度, 較好地反映植被的代謝強度及其季節(jié)性變化和年際間變化, 是研究植被變化的一個非常有效的手段, 被廣泛地應(yīng)用到反演植被生長狀況及其動態(tài)變化研究中[5–7], 針對植被變化對氣候變化的響應(yīng)做了大量研究[8–10]。

草原作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 不僅在全球碳循環(huán)、氣候變化中扮演著重要角色[11], 在畜牧業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展中也發(fā)揮著十分重要的作用[12]。然而近幾十年以來,

全球變暖導(dǎo)致干旱愈來愈突出, 再加上人為墾荒耕種、草原開礦及辦廠等造成草原嚴(yán)重破壞, 景觀破碎、地表裸露、草原沙化等, 使草原面臨種種威脅, 引起了社會各界的廣泛關(guān)注。烏珠穆沁草原是內(nèi)蒙古最好的天然草原, 保護烏珠穆沁草原, 是我國當(dāng)前當(dāng)物之急, 但把烏珠穆沁草原作為獨立單元的研究甚少。因此, 開展烏珠穆沁草原多年植被變化及其與氣候變化的關(guān)系可以找出影響該區(qū)域植被生長不同階段的主導(dǎo)因子, 為研究區(qū)植被恢復(fù)和生態(tài)保護工程效益評價等方面提供有效的理論依據(jù),對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變化預(yù)測有重要意義。本研究以2000—2013年MODIS NDVI數(shù)據(jù)作為植被覆蓋變化的主要指標(biāo), 結(jié)合同期氣溫、降水資料, 開展烏珠穆沁草原不同時間尺度(年際、季節(jié)和月)植被變化狀況及其對水熱要素的響應(yīng)特征。

2 數(shù)據(jù)資料與研究方法

2.1研究區(qū)概況

烏珠穆沁草原(43°52′—46°40′N, 115°10′—120°47′E)地處內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東北部(圖1), 總面積7萬平方公里, 包括東烏珠穆沁旗和西烏珠穆沁旗, 是全國最為典型的溫帶草原。草原類型以草甸草原為主,優(yōu)勢植物為羊草、貝加爾針茅和線葉菊。地勢北高南低, 由東向西傾斜, 海拔高度在800—1957米之間; 北部是低山丘陵, 南部是盆地。全旗土壤水平地帶性分布明顯, 由東向西依次有灰色森林土黑鈣土、栗鈣土。年均溫度為1.6 ℃, 年降水量300 mm左右, 主要集中在6—8月份, 占年總降水量的70%;良好的水源為牧草的生長提供了充足的水分, 有利于植被生長。

2.2數(shù)據(jù)與方法

2.2.1 NDVI數(shù)據(jù)與處理

本研究數(shù)據(jù)源為NASA網(wǎng)站免費提供的16天合成的Terra/MODIS NDVI數(shù)據(jù)集MOD13A2產(chǎn)品,空間分辨率為1 km, 時間尺度為2000—2013年。由于研究區(qū)的植被在冬季幾乎停止生長或被積雪覆蓋等原因, 在此選取生長季4—10月份數(shù)據(jù), 研究春季、夏季和秋季植被覆蓋變化及其對水熱要素的響應(yīng)特征。應(yīng)用MODIS Reprojection Tools (MRT)軟件對下載的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式和投影轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)拼接與裁剪等處理。對于處理好的MODIS NDVI數(shù)據(jù), 采用最大值合成法MVC(Maximum Value Composites)獲取月NDVI值, 該方法可進一步消除云、大氣、太陽高度角等的部分干擾[13]。獲得月NDVI時間序列的基礎(chǔ)上對其進行平均值計算,獲取春季(4—5月平均NDVI)、夏季(6—8月平均NDVI)和秋季NDVI(9—10月平均), 進而對每年春、夏、秋季NDVI進行加權(quán)求平均, 生成近15年逐年年平均NDVI。

圖1 研究區(qū)地理位置及氣象觀測站的分布Fig. 1 Location of study area and distribution of meteorological stations

2.2.2 氣象數(shù)據(jù)與處理

本文選取2000—2013年烏珠穆沁草原境內(nèi)及周邊11個氣象站點(圖1)的月平均氣溫和月總降水量數(shù)據(jù), 該數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國地面氣候資料數(shù)據(jù)集。在ARCGIS軟件的支持下, 根據(jù)氣象觀測站的經(jīng)緯度信息, 對溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)進行克里格(Kriging)空間插值處理,獲取空間分辨率與NDVI數(shù)據(jù)一致, 投影相同的月氣溫和降水量柵格數(shù)據(jù)。各季節(jié)氣溫數(shù)據(jù)是通過各季節(jié)對應(yīng)月份的值進行加權(quán)平均來獲得, 降水量數(shù)據(jù)是對各季節(jié)對應(yīng)月份的值進行加權(quán)來獲得。

2.3研究方法

首先對每年各季節(jié)NDVI、氣溫和降水量數(shù)據(jù)在烏珠穆沁草原范圍內(nèi)進行空間平均, 得到逐年NDVI、氣溫和降水量, 進而分析不同季節(jié) NDVI年際變化趨勢及其與氣溫和降水之間的關(guān)系。將NDVI值和氣候要素(氣溫和降水)分別進行一元線性回歸處理, 用來分析其隨時間變化的趨勢。對影像柵格數(shù)據(jù)進行空間分析運算, 對于 NDVI 時間序列數(shù)據(jù), 每個像素對應(yīng)有若干年的時間序列數(shù)值,對這些數(shù)值進行線性變化趨勢 Slope 分析, 可以分析每個柵格點的變化趨勢。Slope 大于零, 表明該像素代表的植被狀況在向好的方面發(fā)展; 反之則是植被狀況變差, 計算公式為:

式中, b為線性變化趨勢, 即斜率,正值表示上升趨勢,負值則表示下降趨勢; 為第i年的區(qū)域平均NDVI;為多年平均NDVI; y為年份, 取2000—2013年。

利用SPSS統(tǒng)計軟件進行Person相關(guān)雙側(cè)檢驗和ENVI IDL編程分別計算研究區(qū)植被年際變化、季節(jié)變化與氣溫、降水的相關(guān)關(guān)系及其空間分布圖?？紤]到植被NDVI相對于氣溫和降水的響應(yīng)有一定的時間滯后性, 除了當(dāng)時的氣候狀況影響植被變化外, 前一段時間的氣候狀況對植被生長狀況也有滯后效應(yīng), 當(dāng)月和前一個月的氣溫和降水量對植被有顯著影響。所以本文取生長季月NDVI值與當(dāng)月和前期氣溫、降水量進行相關(guān)分析。顯著性級別以P值判定, 當(dāng)P值＜0.01, 表示在0.01水平上顯著相關(guān),以**標(biāo)識; 當(dāng)0.01≤P值＜0.05, 表示在0.05水平上顯著相關(guān), 以*標(biāo)識。

3 結(jié)果與分析

3.1植被時間序列變化特征及對水熱分配差異的響應(yīng)

圖2 不同季節(jié)NDVI、降水量和氣溫的變化Fig. 2 Changes of seasonal NDVI, precipitation and temperature in study area

由圖2研究區(qū)2000—2013年NDVI年際變化曲線可以看出, 14年來烏珠穆沁草原植被覆蓋總體呈波動上升趨勢, NDVI值的線性傾向率為0.013·10a–1,表明21世紀(jì)以來研究區(qū)植被狀況變好。NDVI在2000—2005年有顯著增加趨勢; 2006—2010年NDVI值變化較大, 有明顯的波峰和波谷; 2011—2013年NDVI值持續(xù)增加。研究區(qū)年平均降水量呈顯著增加趨勢, 年平均降水量范圍為218 mm— 398 mm, 多年平均降水量270 mm左右。NDVI年際波動與降水量的變化保持高度一致, 如2008和2012年的NDVI與降水量的波峰相對應(yīng), 而2007年NDVI波谷與同年降水量波谷相對應(yīng), 表明除了生態(tài)保護與恢復(fù)工程對植被生長的促進作用外, 降水量的增加也是烏珠穆沁草原植被改善的一個主要原因。大體上是豐水年的植被長勢比其他年份的好。2000—2013年研究區(qū)氣溫年際變化趨勢則與降水變化趨勢相反, 呈波動減少趨勢(減少速率為–0.41 ℃·10a–1)。溫度最小值出現(xiàn)在植被長勢最好的2012年(7.87 ℃); 溫度最大值出現(xiàn)在植被長勢最差的2007年(9.47 ℃)。這可能是較高的溫度會加快蒸散發(fā)而導(dǎo)致干旱加劇和植被可利用水量減少, 在一定程度上影響植被覆蓋度的增加。

通過分別對2000—2013年NDVI與氣溫和降水做相關(guān)分析(表1)可以看出, 在年際變化上植被指數(shù)與年降水量呈顯著正相關(guān)(R=0.557, p＜0.05), 隨著年降水量的增加, 研究區(qū)的植被指數(shù)增大。相反, 年平均溫度與年平均植被指數(shù)沒有顯著的相關(guān)關(guān)系(R= –0.122, p＞0.05)。總體上, 在年際尺度上影響烏珠穆沁草原植被生長的主要因子是水分條件, 降水的多寡決定了植被生長的狀況。

從圖2可以看出, 2000—2013年烏珠穆沁草原不同季節(jié)草地植被覆蓋變化趨勢分別表現(xiàn)為春季下降、夏季上升和秋季有微弱的上升特征。夏季和秋季植被變化與全年植被變化較一致, 而春季植被變化與全年植被變化相關(guān)性較差。多數(shù)年份春季植被變化趨勢與秋季植被變化趨勢相反, 說明在某些年份, 若春季NDVI增加秋季NDVI則降低, 這可能與草地植被生長期提前或延遲有一定關(guān)系。

研究區(qū)春季、夏季和秋季降水量變化趨勢一致, 均呈增加趨勢, 夏季降水量增加趨勢最明顯(6.53 mm·a–1), 其各季節(jié)波動趨勢基本與NDVI的波動一致。而氣溫變化則存在一定的差異, 春季(0.73—5.24 ℃)和夏季(18.6—21.8 ℃)氣溫總體上呈下降的趨勢, 而秋季溫度在–0.42—3.8 ℃之間波動, 總體上呈上升的趨勢, 其中春季平均溫度高于秋季。通過對NDVI與氣溫和降水進行相關(guān)分析可知(表1), 植被生長在不同季節(jié)對水熱分配響應(yīng)不同。春季NDVI與降水之間有極顯著正相關(guān)關(guān)系(通過0.01置信水平), 與溫度呈負相關(guān), 但從圖2可以看出春季NDVI值隨溫度的減小而減小, 可能是由于溫度未能達到草地返青期所需下限溫度而導(dǎo)致植被生長推遲, 春季植被生長受氣溫及降水的共同影響。夏季NDVI與降水之間存在著顯著正相關(guān)(通過0.05置信水平), 而與溫度之間存在著顯著負相關(guān)關(guān)系(夏季通過0.05置信水平), 夏季植被生長發(fā)育環(huán)境溫度超過其正常生長發(fā)育所需溫度的上限時, 引起蒸騰作用加強、水分平衡失調(diào)從而對草原植被生長有抑制作用。秋季NDVI則與氣溫之間存在著顯著相關(guān)關(guān)系(通過0.05置信水平)與降水有負相關(guān)關(guān)系, 10月份植被過了盛草期基本停止生長, 需水量減少,供水量大反而抑制植被生長。整體來看, 烏珠穆沁草原植被生長在不同季節(jié)對水熱條件變化的敏感性不同, 春季和夏季植被生長對水分變化的敏感性高于對氣溫的敏感性, 秋季植被生長則對氣溫變化的敏感性高于對水分的敏感性。

表1 研究區(qū)NDVI與氣候因子的相關(guān)系數(shù)Tab. 1 Correlation coefficient between NDVI and climatic elements in study area

3.2植被空間變化特征及對水熱條件的響應(yīng)

近14年來, 烏珠穆沁草原年平均NDVI總體上具有明顯的增加趨勢(圖3)。各季節(jié)平均NDVI呈不同程度的增加或減小趨勢, 且存在著空間差異。其中, 夏季是三個季節(jié)中平均NDVI呈上升趨勢的面積最大的季節(jié)(圖5), 特別是在研究區(qū)西部額仁高畢蘇木、巴彥霍布爾蘇木和東烏珠穆沁旗南部等地區(qū)增加趨勢顯著, 部分像元的增加速率超過0.01·a–1。而呈下降趨勢的地區(qū)主要分布在研究區(qū)南部, 其部分像元的下降速率為–0.01·a–1。春季NDVI呈下降趨勢的面積大于呈增加趨勢的面積(圖4), 其中呈增加趨勢的像元主要分布于研究區(qū)西部地區(qū), 而呈下降趨勢的像元集中研究區(qū)東部, 其部分像元的下降速率都超過了–0.01·a–1。秋季NDVI呈增加趨勢的面積略大于呈下降趨勢的面積, 其分布趨勢與春季基本一致, 且其增加和下降速率(斜率大小)也與春季一致?？傮w上, 年平均NDVI整體上呈上升趨勢,各季節(jié)平均NDVI具有東部下降, 西部和南部增加的特征。

圖3 年平均NDVI變化趨勢及其與降水和溫度的相關(guān)關(guān)系Fig. 3 Annual trend in NDVI and its correlation coefficient with precipitation and temperature

圖4 春季NDVI變化趨勢及其與降水和溫度的相關(guān)關(guān)系Fig. 4 Trend in NDVI and its correlation coefficient with precipitation and temperature in spring

圖5 夏季NDVI變化趨勢及其與降水和溫度的相關(guān)關(guān)系Fig. 5 Trend in NDVI and its correlation coefficient with precipitation and temperature in summer

圖6 秋季NDVI變化趨勢及其與降水和溫度的相關(guān)關(guān)系Fig. 6 Trend in NDVI and its correlation coefficient with precipitation and temperature in autumn

圖7 年平均和各季節(jié)NDVI與降水的相關(guān)關(guān)系面積百分比Fig. 7 Area percentage of NDVI and its correlation coefficient with precipitation in each season

圖8 年平均和各季節(jié)NDVI與溫度的相關(guān)關(guān)系面積百分比Fig. 8 Area percentage of NDVI and its correlation coefficient with precipitation in each season

根據(jù)圖7和圖8 NDVI與水熱因子的相關(guān)系數(shù)像元面積百分比統(tǒng)計可知, 年平均和各季節(jié)NDVI與降水量之間呈正相關(guān)關(guān)系的面積都大于呈負相關(guān)關(guān)系的面積。在空間分布趨勢上, 年平均和春季NDIV與降水的相關(guān)系數(shù)分布基本一致, 呈負相關(guān)的像元分布在研究區(qū)南端, 其余所有像元與降水呈正相關(guān)。而春季NDVI與氣溫之間呈負相關(guān)的面積(82.3%)遠大于呈正相關(guān)的面積, 除了研究區(qū)東北部草甸草原區(qū)烏拉蓋蘇木、滿都胡寶拉格蘇木和賀斯格烏拉牧場植被NDVI與氣溫呈正相關(guān)外, 其余所有像元都與溫度呈負相關(guān)(圖4)。夏季NDVI與降水之間呈正相關(guān)的面積大于呈負相關(guān)的面積。相反, 夏季NDVI與氣溫之間幾乎沒有出現(xiàn)呈正相關(guān)的像元(僅為0.1%), 而出現(xiàn)了大面積的呈負相關(guān)關(guān)系的像元(99%)。秋季NDVI與降水量之間呈負相關(guān)的像元面積(44.8%)明顯高于其它季節(jié),主要分布在研究區(qū)東北部, 且秋季NDVI與氣溫之間呈正相關(guān)的面積在三個季節(jié)中最大, 達到研究區(qū)總面積的97.4%。這說明, 與春季和夏季相比,烏珠穆沁草原秋季溫度對植被影響較大。總之, 不同地區(qū)在不同時間段上水熱條件對植被生長的影響不同。

3.3植被生長季月NDVI與水熱因子的分析

表2為烏珠穆沁草原2000—2013年生長季(4—10月份)各月平均NDVI與同期和前期降水的相關(guān)系數(shù)。從同期月NDVI與降水的相關(guān)系數(shù)來看, 8月份、10月份NDVI與降水呈負相關(guān); 8月份降水量充沛, 且與當(dāng)月氣溫呈負相關(guān)(–0.16), 加上植被長勢達到最大值, 過多降水可能導(dǎo)致澇災(zāi)而影響植被生長; 而10月份負相關(guān)系數(shù)最大, 這是由于植被進入枯草期, 降水量的多寡對植被生長沒有顯著作用, 反而導(dǎo)致氣溫的下降和冰凍現(xiàn)象的出現(xiàn), 抑制植被生長。這可能是降水量偏多,使得云量增多, 入射太陽輻射減少, 從而使得植被指數(shù)下降。從各月平均NDVI與前期的降水量相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)為, 4月份平均NDVI與前一個月的降水呈正相關(guān), 說明3月份的降水對后1各月的植被生長具有促進作用, 降水的增加有利于植被的生長。7、8、9月份平均NDVI與6月降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.59、0.54和0.58, 通過0.05顯著性水平, 說明6月份的降水促進這三個月份植被的生長, 與植被生長對降水有滯后響應(yīng)[14]這一結(jié)論一致。

表2 烏珠穆沁草原生長季NDVI與同期和前期降水量(P)之間的相關(guān)系數(shù)Tab. 2 Correlation coefficient between NDVI and precipitation in vegetation growing season

從表3生長季各月NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)來看, 4月份NDVI與氣溫的相關(guān)性最大, 表明在植被生長季初期, NDVI對氣溫敏感性最強; 植被生長盛草期6—9月份NDVI與氣溫呈負相關(guān), 對植被長勢有抑制作用。從表3可以看出, 7—10月份平均NDVI與前期溫度的相關(guān)系數(shù)為負表明初秋溫度對植被的生長起著負面影響。4、5月份平均NDVI與前1個月溫度的相關(guān)系數(shù)分別達0.11和0.48, 說明3、4月份溫度對后1個月植被生長狀況具有促進作用; 6月份植被平均NDVI與前期溫度相關(guān)系數(shù)較小, 說明前期溫度對植被影響較小。這是植被生長主要集中在春季的4、5月份, 這時受溫度的影響較大, 溫度的上升促進了植被的生長。其它月份溫度對植被的生長也有相應(yīng)影響, 但相關(guān)不顯著。整體來看, 4月份NDVI與3月份氣溫、降水呈正相關(guān), 表明在植被生長季初期氣溫與降水對植被生長同樣重要。其他時間段水熱條件有不同作用, 降水及溫度對植被NDVI的作用存在一個閾值, 對植被的影響有促進也有減弱作用。

3.4水分月分配對植被生長的影響

綜合以上分析可知, 影響烏珠穆沁草原植被生長的主要制約因素是降水, 水分月分配不同導(dǎo)致植被生長狀況不同, 本文從以下方面分析降水對植被生長的影響。

從圖2可知, 年變化上, 植被NDVI與降水呈較高一致性。選取年降水量較一致的2000、2001和2006年, 其相應(yīng)的年降水量分別為223.14 mm、225.79 mm和215.6 mm。分析在年總降水量一致條件下水份月分配對植被長勢的影響。在2000、2001和2006年總降水量一致的情況下, 相應(yīng)的NDVI年平均值分別為0.215、0.256和0.236, 差異明顯。不考慮非生長季植被, 結(jié)合上述植被NDVI與水、熱響應(yīng), 從圖9可以看出, 4月份NDVI值基本一致; 5月份, 氣溫相對一致情況下, 降水越多, NDVI值越大, 2001年NDVI值最大為0.32, 其次為2000年達0.29, 2006年最小為0.23; 2001年6月份降水為55 mm達全年峰值, 其次是2000年為47 mm, 2006年最少, 2001年6月份NDVI最大, 但2000和2006年NDVI值均為0.41, 這可能是2000年6月份氣溫大于2006年, 6月份氣溫對植被生長有負作用; 2006年7月份降水較其它兩個年份多, 相應(yīng)的NDVI值較大, 2000年7月份降水較2001年多, 但是2001年7月份NDVI大于2000年, 這是由于7月份植被長勢受6月份降水影響較大。8月份降水與溫度一致條件下, 植被NDVI值相差不大。9月份植被進入枯黃期, 水分的不同并沒有表現(xiàn)出植被NDVI顯著差異。綜合上述分析可知, 在年降水量一致的前提下,降水月分配是決定植被長勢的主要因子。

4 結(jié)論

本文基于MODIS NDVI植被指數(shù)和2000—2013年烏珠穆沁草原氣象站點的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù),分別分析了該地區(qū)植被年際變化、季節(jié)變化和月變化對氣候變化的響應(yīng), 得出如下結(jié)論:

(1) 近15年來, 烏珠穆沁草原年平均NDVI整體上呈顯著上升趨勢(上升速率為0.0013·a–1); 從不同季節(jié)NDVI變化來看, 春季NDVI呈下降趨勢(–0.0007·a–1), 而夏季(0.0044·a–1)和秋季NDVI均呈上升趨勢。空間分布上, 年平均NDVI整個研究區(qū)呈上升趨勢, 各季節(jié)平均NDVI具有東部下降, 西部和南部增加的特征。

表3 烏珠穆沁草原生長季NDVI與同期和前期溫度(T)之間的相關(guān)系數(shù)Tab. 3 Correlation coefficient between NDVI and temperature in vegetation growing season

圖9 2000、2001年和2006年水熱月分配與相應(yīng)的NDVI值Fig. 9 The hydrothermal distribution and the corresponding NDVI value in 2000, 2001 and 2006

(2) 年平均、春季和夏季NDVI與降水之間的正相關(guān)性明顯高于與溫度之間的正相關(guān)性, 而秋季NDVI與溫度的正相關(guān)性高于與降水的相關(guān)性。表明在年際變化和春季、夏季變化上烏珠穆沁草原植被覆蓋變化趨勢主要受降水的控制, 而秋季溫度的變化對植被生長的促進作用明顯。

(3) 在返青期初期, 溫度與降水都有助于植被的生長, 但主要限制因子是溫度, 此時溫度正處于升高階段有利于植被的生長; 在植被生長中期, 一般為7、8月份, 此時烏珠穆沁草原處于一個平穩(wěn)持續(xù)的較高溫的狀態(tài), 對植被生長不具有限制作用, 降水成為主要限制因子; 在植被生長后期, 即植被生長衰敗階段, 溫度開始降低, 因此溫度成為限制植被生長的主要因子, 降水對植被長勢的影響較低。

(4) 近15年來, 烏珠穆沁草原春季氣溫與降水量呈下降趨勢, 導(dǎo)致春季植被指數(shù)值下降; 然而,秋季氣溫與降水量有上升的趨勢, 相應(yīng)的植被長勢也變好, 這意味著在全球氣候變化大背景下, 烏珠穆沁草原植被沒有明顯的春季生長季的提前, 而表現(xiàn)出秋季生長季的延長趨勢。

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The effect of water/thermal dynamics on Ujimqin grassland

TONG Siqin1,2,3, LIU Guixiang2,*, BAO Yuhai3, ZHANG Qiaofeng2,3
1.College of Environment/Institute of Natural Disaster Research,Northeast Normal University,Changchun130024,China
2.Grassland Research Institute,CAAS,Hohhot010010,China
3.College of Geographical Science,Inner Mongolia Normal University,Hohhot010022,China

In this paper, MODIS NDVI dataset and corresponding climatic variables including temperature and precipitation were selected as the data sources to discuss the time series characteristics of vegetation change in Ujimqin grassland and the relationship between vegetation coverage changes and climatic variables from the yearly, seasonal and monthly time scales. The results indicated that the annual vegetation coverage had a tendency of increasing from 2000 to 2013 in Ujimqin and it was largely controlled by precipitation. In recent 15 years, the vegetation cover increased in summer and autumn, while decreased in spring. The correlation analysis between seasonal NDVI and corresponding seasonal climate factors showed that the precipitation was the main factor influencing vegetation cover changes in spring and summer, while the autumn was mainly affected by temperature. Correlation between monthly average of vegetation NDVI and climatic factors showed that the response of vegetation to precipitation was higher than that of temperature, while in April and May the correlation between NDVI and temperatures was stronger, indicating that the temperature was necessary in the early stage of vegetation growth. And in other period the temperature had negative effects in vegetationgrowth. The NDVI in July and August was significantly correlated with the precipitation in June, showing a hysteresis response of vegetation growth to rainfall.

Ujimqin; NDVI; water/thermal condition; correlation

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.004

Q948; P467

A

1008-8873(2016)05-021-10

佟斯琴, 劉桂香, 包玉海, 等.烏珠穆沁草原水熱分配差異對植被的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(5): 21-30.

TONG Siqin, LIU Guixiang, BAO Yuhai, et al. The effect of water/thermal dynamics on Ujimqin grassland[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 21-30.

2015-06-21;

2015-09-02

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程“草原非生物災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)”(CAAS-ASTIP-IGR 2015-04)

佟斯琴(1991—), 女, 蒙古族, 內(nèi)蒙古興安盟, 在讀博士, 主要從事資源與環(huán)境遙感方向研究, E-mail: tsq118446@163.com

*通信作者: 劉桂香, 女, 研究員, 主要從事草地生態(tài)監(jiān)測與災(zāi)害研究, E-mail: lgx804@163.com

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FENG Yamin, BU Zhaojun, FENG Lu, et al. Effects of nutrient concentration and light intensity on the sexual regeneration ofSphagnum palustre[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 31-37.