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Spatiotemporal changes of gross primary productivity and its response to drought in the Mongolian Plateau under climate change

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Journal of Arid Land 2024年第1期16卷 46-70页

作者： ZHAO Xuqin LUO Min MENG Fanhao SA Chula bao Shanhu bao yuhai College of Geographical Science Inner Mongolia Normal UniversityHohhot 010022China Inner Mongolia Key Laboratory of Remote Sensing and Geographic Information Systems Hohhot 010022China

Gross primary productivity(GPP)of vegetation is an important constituent of the terrestrial carbon sinks and is significantly influenced by *** the impact of droughts on different types of vegetation GPP provides insight into the spatiotemporal variation of terrestrial carbon sinks,aiding efforts to mitigate the detrimental effects of climate *** this study,we utilized the precipitation and temperature data from the Climatic Research Unit,the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI),the standardized precipitation index(SPI),and the simulated vegetation GPP using the eddy covariance-light use efficiency(EC-LUE)model to analyze the spatiotemporal change of GPP and its response to different drought indices in the Mongolian Plateau during *** main findings indicated that vegetation GPP decreased in 50.53% of the plateau,mainly in its northern and northeastern parts,while it increased in the remaining 49.47%***,meadow steppe(78.92%)and deciduous forest(79.46%)witnessed a significant decrease in vegetation GPP,while alpine steppe(75.08%),cropland(76.27%),and sandy vegetation(87.88%)recovered *** aridification areas accounted for 71.39% of the affected areas,while 28.53% of the areas underwent severe aridification,mainly located in the south and central ***,the warming aridification areas of desert steppe(92.68%)and sandy vegetation(90.24%)were *** warming was found to amplify the sensitivity of coniferous forest,deciduous forest,meadow steppe,and alpine steppe GPP to ***,the drought sensitivity of vegetation GPP in the Mongolian Plateau gradually decreased as altitude *** cumulative effect of drought on vegetation GPP persisted for 3.00-8.00 *** findings of this study will improve the understanding of how drought influences vegetation in arid and semi-arid areas.

关键词： gross primary productivity(GPP) climate change warming aridification areas drought sensitivity cumulative effect duration(CED) Mongolian Plateau

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气候变化下中国植被GPP与土壤水的互馈关系

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地理学报 2024年第1期79卷 218-239页

作者：罗敏孟凡浩王云倩萨楚拉包玉海刘铁内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022 曲阜师范大学地理与旅游学院日照276826 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011

土壤水是影响植被生长发育的关键驱动因素,而植被又通过蒸散发等过程反作用于土壤水。深入探究土壤水和植被GPP的相互作用关系对生态系统可持续发展及水资源的高效利用至关重要。本文基于MODIS GPP、ERA5-Land土壤水等数据,采用改进的... 详细信息

土壤水是影响植被生长发育的关键驱动因素,而植被又通过蒸散发等过程反作用于土壤水。深入探究土壤水和植被GPP的相互作用关系对生态系统可持续发展及水资源的高效利用至关重要。本文基于MODIS GPP、ERA5-Land土壤水等数据,采用改进的非线性Granger因果模型、二阶偏相关分析、趋势分析等方法,解析2000—2021年中国不同植被区GPP与土壤水协同演变规律及互馈关系。研究结果表明:①2000年以来中国50.89%~57.61%的植被区呈GPP增加协同土壤水减少趋势,且该协同变化趋势占比随土层深度加深而增加;②59.88%~79.38%植被区GPP与土壤水表现为双向Granger因果关系,且面积占比随深度加深而减少。③GPP增加对100~289 cm土壤水消耗更加明显(57.03%)且滞后效应更长(2.15个月)。深度小于100 cm的土壤水对GPP增加主要呈促进作用(71.43%~76.58%),仅在天山及横断山区等部分区域出现抑制作用;而100~289 cm土壤水对植被GPP的促进作用(48.31%)减弱并伴随滞后期显著延长(2.92个月)。④二者相互作用关系在降水量介于200~400 mm时最为显著,随降水量增加二者关系逐渐减弱。而不同温度梯度对二者相互作用的影响呈多重阈值效应。本文深化了对气候变化背景下陆地生态系统碳—水循环相互作用的理解,能够对未来生态修复工程的实施及生态系统可持续发展提供重要的理论参考。

关键词：土壤水 GPP 协同演变互馈关系滞后效应

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近40 a内蒙古冬旱时空演变特征

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干旱区研究 2024年第3期41卷 387-398页

作者：陶际峰包玉龙郭恩亮金额尔德木吐呼斯乐包玉海内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022 内蒙古自治区蒙古高原灾害与生态安全重点实验室内蒙古呼和浩特010022

冬季干旱是制约内蒙古冬季畜牧业生产的主要干扰因子之一,定量表征其时空变化特征和发展规律对防灾减灾、保障农牧业健康发展具有重要意义。利用1980—2021年冬季(10月—翌年3月)ERA5-Land再分析气象数据,计算1个月和6个月时间尺度的标... 详细信息

冬季干旱是制约内蒙古冬季畜牧业生产的主要干扰因子之一,定量表征其时空变化特征和发展规律对防灾减灾、保障农牧业健康发展具有重要意义。利用1980—2021年冬季(10月—翌年3月)ERA5-Land再分析气象数据,计算1个月和6个月时间尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),采用趋势分析、时空热点分析等方法,分析内蒙古全区和五种主要植被类型区冬季干旱演变特征。结果表明:(1)近40 a内蒙古冬季整体SPEI呈现下降趋势,干旱化现象在不同植被和月份中表现不一,也有少数植被和月份趋于湿润化。(2)内蒙古地区冬季干旱的时空热点变化模式主要表现为:振荡的热点、振荡的冷点和未检测到模式。具体从季节和月时间尺度来看,冬旱热点主要集中在内蒙古中部和西部的大部分地区,以及东部的兴安盟和通辽市,即这些区域冬旱现象呈现加剧的趋势。(3)在干旱频率与频数统计方面,轻度冬旱事件发生频率最高,而荒漠草原和隔壁荒漠地区是发生冬旱事件最为频繁和严重的区域。

关键词：内蒙古冬旱时空演变 SPEI指数新兴时空热点分析

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不同前处理方法对紫色土粒度测试的影响

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水土保持研究 2024年第1期31卷 79-87页

作者：吕佼容徐小军李红鲍玉海贺秀斌中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 四川省交通勘察设计研究院有限公司成都610017

[目的]厘清不同前处理方法对土壤颗粒组成(PSD)测定结果的影响,对土壤水分运移、养分迁移、土壤侵蚀和泥沙搬运过程研究有重要意义。[方法]选择典型紫色土人工林地剖面土壤(0—110 cm)为研究对象,采用浸泡、振荡的物理方式,H_(2)O_(2),... 详细信息

[目的]厘清不同前处理方法对土壤颗粒组成(PSD)测定结果的影响,对土壤水分运移、养分迁移、土壤侵蚀和泥沙搬运过程研究有重要意义。[方法]选择典型紫色土人工林地剖面土壤(0—110 cm)为研究对象,采用浸泡、振荡的物理方式,H_(2)O_(2),HCl处理的化学方式等9种前处理方式,然后用Mastersizer2000激光粒度仪进行颗粒分析。[结果](1)各物理前处理中值粒径较干测(对照)平均减小33.79μm,其中浸泡、振荡2 h、振荡10 h中值粒径依次减小,但其对黏粒的释放作用较弱,不同振荡时间之间黏粒含量无显著差异(p>0.05)。各化学处理中值粒径较对照平均减小32.72μm,其中H_(2)O_(2)处理总体比HCl处理分散作用更强,该处理下黏粒含量为所有处理中最大,平均>4%。(2)各物理前处理方式下,不同土层间颗粒含量总体无显著差异。对不同H_(2)O_(2)用量的敏感性中土层(30—70 cm)>下土层(70—110 cm)>上土层(0—30 cm),其中20—90 cm土层在足量H_(2)O_(2)处理下砂粒含量比10 ml H_(2)O_(2)处理平均增多9.5%,粉粒含量平均减少9.7%;对不同HCl处理的敏感性上,中土层>下土层,其中0—90 cm土层在10 ml HCl+洗酸处理下砂粒含量比10 ml HCl处理平均增多6.2%,粉粒含量平均减少5.4%,黏粒含量则无明显土层分异。(3)足量H_(2)O_(2)处理下砂粒和粉粒含量与剖面有机质含量呈显著线性相关(r>0.8),而HCl处理下剖面碳酸钙含量则与各级颗粒含量无显著相关性。[结论]物理和化学前处理方法之间PSD差异显著,且化学处理中试剂用量不同对PSD有显著影响,研究可为不同研究目的下紫色土颗粒组成分析提供参考。

关键词：紫色土颗粒分析前处理方法土壤剖面

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蒙古国西部地区植被物候变化特征及其对气候因子的响应

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中国草地学报 2024年第1期46卷 25-36页

作者：王风兰佟斯琴包刚雷军黄晓君包玉海美丽内蒙古师范大学地理科学学院遥感与地理信息系统重点实验室内蒙古呼和浩特010022

对陆上生态体系而言,植物生理季节性变化是衡量其对气候转变反响的关键度量尺度,尤其对全球气温上升现象极为敏感的高纬度与高海拔地带的植物生理季节性。本研究借助MOD13A1卫星遥感资料,叠加温度与降水数据,剖析2000~2021年间蒙古国西... 详细信息

对陆上生态体系而言,植物生理季节性变化是衡量其对气候转变反响的关键度量尺度,尤其对全球气温上升现象极为敏感的高纬度与高海拔地带的植物生理季节性。本研究借助MOD13A1卫星遥感资料,叠加温度与降水数据,剖析2000~2021年间蒙古国西部地区植被生长季始期(Start of growing season,SOS)、生长季长度(Length of growing season,LOS)以及生长季末期(End of growing season,EOS)的时空变化特征和海拔依赖性变化机制。结果如下:(1)蒙古国西部地区的SOS主要集中在第90~125 d,近22 a来SOS呈微弱的提前趋势,提前幅度为0.23 d/a。(2)植被物候与气象要素的关系表明,2月的气温和降水与SOS显著负相关(P<0.05),1月的气温和降水与SOS显著正相关(P<0.05),而EOS主要受8月气温和降水的影响。(3)草甸草原和典型草原SOS主要受降水影响,高山草原、荒漠草原以及针叶林的SOS主要受气温影响,所有植被类型的EOS对温度的响应更大。总的来说,研究区植被物候与气候因子表现出季节性的差异,响应规律复杂。

关键词：植被物候物候参数 TIMESAT 蒙古国西部地区

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黑龙滩水库消落带植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响

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水土保持学报 2024年第3期38卷 168-176页

作者：白芹菲王艳琪鲍玉海贺秀斌罗鹏韦杰中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610299 重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 中国科学院大学北京100049 中铁四川生态城投资有限公司四川眉山620500 重庆市三峡库区地表生态过程野外科学观测研究站重庆401331

[目的]为阐明水库消落带不同植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响。[方法]以川中丘陵区黑龙滩水库消落带人工恢复与自然恢复植被下的土壤为研究对象,利用湿筛法测定分析土壤水稳性团聚体组成特征及其稳定性指标。[结果... 详细信息

[目的]为阐明水库消落带不同植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响。[方法]以川中丘陵区黑龙滩水库消落带人工恢复与自然恢复植被下的土壤为研究对象,利用湿筛法测定分析土壤水稳性团聚体组成特征及其稳定性指标。[结果]消落带土壤>0.25 mm水稳性大团聚体含量与未淹水对照相比降低4.21%,其中,自然恢复植被下土壤水稳性大团聚体含量较对照下降12.27%,人工恢复植被下大团聚体含量较对照增加3.84%;不同植被恢复模式下土壤水稳性团聚体组成差异显著(p0.25 mm水稳性团聚体含量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)人工恢复模式下均大于自然恢复模式,团聚体分形维数(D)、土壤可蚀性因子(K)与团聚体破坏率(PAD)人工恢复模式小于自然恢复模式,表明人工恢复模式下土壤水稳性团聚体稳定性、土壤抗蚀性高于自然恢复模式。[结论]黑龙滩水库消落带在淹水后土壤团聚体稳定性下降,但人工恢复模式能有效改善土壤团粒结构,研究结果可为黑龙滩水库消落带土壤结构稳定性评价及植被恢复提供科学依据。

关键词：川中丘陵区水库消落带植被恢复土壤水稳性团聚体团聚体稳定性

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蒙古高原土壤水分时空格局演变特征分析

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水土保持研究 2024年第2期31卷 110-121页

作者：董金义罗敏孟凡浩萨楚拉包玉海内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量... 详细信息

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量化了气象、归一化植被指数(NDVI)、陆地水储量异常(TWSA)、土壤质地、地形等不同环境因子的影响。[结果](1)2000—2020年蒙古高原土壤水分整体呈东北高、西南低的分布特征。土壤水分由浅至深呈先增加再减少的趋势,且仅深层土壤水分(100—289 cm)变化趋势显著。(2)大部分区域未来变化趋势呈持续稳定状态,从土壤表层到第4层分别有58.5%,76.7%,91.3%,98.8%的区域土壤水分变化趋势与过去相同;蒙古高原西北部及内蒙古中部地区土壤水分干化情况可能会进一步加重。(3)温度、TWSA、降水和NDVI是影响土壤水分空间分布的主导环境因子。大部分因子交互呈现出双因子增强作用,蒙古高原土壤水分空间分异是多因子共同作用的结果。(4)表层和次表层土壤水分的变化主要受降水的正向影响,主控区域分别占98.7%,94.8%;降水和TWSA对28—100 cm土壤水分的主控区域分别集中在森林和草原覆盖区,主导区域面积占比分别为38.7%,38.8%;TWSA降低是导致深层土壤水分干化的主要驱动力且其主控区域面积占比达58.6%;植被耗水的增加以及温度的升高分别主控16.2%,14.8%区域100—289 cm土壤水分变化。[结论]土壤水分的时空分异及变化规律明显,各深度的土壤水分的主要驱动力各有不同,对蒙古高原生态恢复及生态系统可持续发展意义重大,未来应深入分析人类活动对其的影响。

关键词：土壤水分时空变化蒙古高原地理探测器气候变化

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Grazing alters sandy soil greenhouse gas emissions in a sand-binding area of the Hobq Desert,China

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Journal of Arid Land 2022年第5期14卷 576-588页

作者： WANG Bo LI Yuwei bao yuhai College of Geographical Science Inner Mongolia Normal UniversityHohhot 010010China

Deserts are sensitive to environmental changes caused by human interference and are prone to *** can promote the reversal of desertification and the subsequent formation of fixed ***,the effects of grazing,which can cause the ground-surface conditions of fixed sand to further deteriorate and result in re-desertification,on the greenhouse gas(GHG)fluxes from soils remain ***,we investigated GHG fluxes in the Hobq Desert,Inner Mongolia Autonomous Region of China,at the mobile(desertified),fixed(vegetated),and grazed(re-desertified)sites from January 2018 to December *** analyzed the response mechanism of GHG fluxes to micrometeorological factors and the variation in global warming potential(GWP).CO_(2)was emitted at an average rate of 4.2,3.7,and 1.1 mmol/(m^(2)•h)and N_(2)O was emitted at an average rate of 0.19,0.15,and 0.09μmol/(m^(2)•h)at the grazed,fixed,and mobile sites,*** CH_(4) consumption was as follows:fixed site(2.9μmol/(m^(2)•h))>grazed site(2.7μmol/(m^(2)•h))>mobile site(1.1μmol/(m^(2)•h)).GHG fluxes varied seasonally,and soil temperature(10 cm)and soil water content(30 cm)were the key micrometeorological factors affecting the *** changes in the plant and soil characteristics caused by grazing resulted in increased soil CO_(2)and N_(2)O emissions and decreased CH_(4) *** also significantly increased the GWP of the soil(P<0.05).This study demonstrates that grazing on revegetated sandy soil can cause re-desertification and significantly increase soil carbon and nitrogen *** findings could be used to formulate informed policies on the management and utilization of desert ecosystems.

关键词： grazing revegetation re-desertification greenhouse gases global warming potential Hobq Desert

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干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

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气候与环境研究 2024年第1期29卷 90-102页

作者：小红王永芳郭恩亮包玉海康尧美丽内蒙古师范大学地理科学学院呼和浩特010022 内蒙古自治区蒙古高原灾害与生态安全重点实验室呼和浩特010022 蒙古高原气候变化与区域响应高校重点实验室呼和浩特010022 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室呼和浩特010022

为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响,本文基于2000~2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和同一时期的MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)NPP数据,运用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析,并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。结果表明:锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势,东部较西部更为明显;NPP呈增加趋势,由东北向西南递减;SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%,说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转;时间上,SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关,其中相关性最大的是典型草原;干旱的发生会造成NPP损失,其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。研究结果可为应对气候变化、抗灾减灾等工作提供科学依据。

关键词：锡林郭勒草原干旱净初级生产力(NPP) 标准化降水蒸散指数(SPEI)

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黑龙滩水库消落带不同植被恢复模式对土壤物理性质的影响

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水土保持研究 2024年第6期31卷 281-289页

作者：王艳琪白芹菲鲍玉海禹妍彤罗鹏贺秀斌中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610299 中国科学院大学北京100049 重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 中铁四川生态城投资有限公司四川眉山620500

[目的]探究水库消落带不同植被恢复模式对土壤物理性质的影响,为水库消落带的植被-土壤互馈关系研究与生态重建工作提供科学依据。[方法]以黑龙滩水库消落带自然恢复和人工恢复植被样地为研究对象,采集了不同海拔梯度和土层深度的土壤样... 详细信息

[目的]探究水库消落带不同植被恢复模式对土壤物理性质的影响,为水库消落带的植被-土壤互馈关系研究与生态重建工作提供科学依据。[方法]以黑龙滩水库消落带自然恢复和人工恢复植被样地为研究对象,采集了不同海拔梯度和土层深度的土壤样品,利用环刀法和干筛法对比分析了土壤容重、总孔隙度、机械稳定性团聚体等物理性质。[结果]人工恢复与自然恢复植被下0—20 cm土层的土壤物理性质差异显著(p5 mm机械性团聚体含量显著高于自然恢复植被;多因素方差分析表明,恢复模式与水位高程的交互作用相较于其他交互作用对土壤物理性质的影响更为明显;冗余分析(RDA)和相关性分析表明,恢复模式是黑龙滩水库消落带土壤物理性质空间分异的主控因素。[结论]人工植被恢复能够有效改善土壤物理性质,建议在黑龙滩水库消落带合理开展人工植被恢复,改善土壤质量。

关键词：水库消落带土壤物理性质冗余分析植被恢复模式

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