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天山博格达北坡山地垂直带精细刻画及变化分析

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天山博格达北坡山地垂直带精细刻画及变化分析

作者：冀欣阳中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)

学位级别：硕士

植被作为地球表层最活跃最重要的组分之一,是陆地生态系统的重要组成部分,为生态系统的可持续发展提供基础。而山地具有浓缩的环境梯度、相对较少的人类干扰、以及高度异质化的生境,是生物多样性和景观多样性的聚焦地。随着全球气候变暖... 详细信息

植被作为地球表层最活跃最重要的组分之一,是陆地生态系统的重要组成部分,为生态系统的可持续发展提供基础。而山地具有浓缩的环境梯度、相对较少的人类干扰、以及高度异质化的生境,是生物多样性和景观多样性的聚焦地。随着全球气候变暖,山地生态系统正经历着剧烈的变化,而博格达遗产地具有天山北坡最典型的山地垂直带,是全球温带干旱区山地垂直自然带的典型代表,其植被覆盖变化对全球气候变化具有灵敏的指示作用。本文在近30年的时间尺度上,利用遥感影像对研究区1989年、1997年、2004年和2016年土地覆盖分类信息进行分析,并建立“DEM-NDVI-分类信息”散点图对遗产地山地垂直带进行提取。同时,对博格达遗产地1985-2016年的气温降水进行了时空变化分析,结合NDVI空间自相关分析,探究博格达遗产地山地垂直带和植被覆盖动态变化对气候变化的响应特征。得出以下结论:(1)本文建立博格达遗产地土地覆盖分类&山地垂直带分类遥感影像解译标志库,对每种地类的影像特征和提取特征分别进行描述,并将土地覆盖分类类别和垂直带类别进行对应,其中荒漠草原对应垂直带中的温带荒漠草原带,草地对应垂直带中的山地草原带和高山草甸带,林地对应垂直带中的山地针叶林带,裸地对应垂直带中的高山垫状植被带,冰川永久积雪对应垂直带中的冰雪带。(2)本文利用“DEM-NDVI-分类信息”散点图描述研究区1989年、1997年、2004年和2016年的NDVI值和垂直带分类随着海拔上升的变化特征,其中NDVI值随着海拔上升呈现为“均匀上升-保持稳定-均匀下降”的倒U形,而散点的分类属性则在不同的海拔区间呈现出聚集效应,且不同分带的散点间有明显界限,而DEM与NDVI四年的相关性则逐年整体呈现上升趋势,R分别为0.73、0.71、0.74和0.76。(3)博格达遗产地1989年、1997年、2004年和2016年的NDVI空间自相关程度较高,且逐年增加,NDVI对海拔和空间变化表现出明显依赖性,其空间聚集模式与垂直带分布特征极为相似,同时统计博格达遗产地的NDVI平均值,四年NDVI平均值分别为0.362、0.365、0.368和0.423,整体呈现明显上升趋势;而1985-2016年来博格达遗产地及其周边区域年平均气温和年降水量均呈现增加趋势,气温增幅约为1-2℃,降水量增幅约20mm;。(4)结合研究区NDVI变化以及气温降水数据,对博格达遗产地1989年-2016年各个山地垂直带分界海拔变化进行分析可知,温带荒漠草原带最为敏感,其上限变化最大,向下收缩93m;山地针叶林带的分布范围则向两侧扩张49m;山地草甸带带宽基本保持不变,但整体上移了约20m;冰雪带则受到全球气候变暖的影响向上退缩54m。

关键词：遥感博格达山地垂直带 DEM NDVI

基于“DEM-NDVI-土地覆盖分类”的天山博格达自然遗产地植被垂直带提取与变化分析

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地球信息科学学报 2018年第9期20卷 1350-1360页

作者：冀欣阳骆磊王心源李丽万红中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100094 中国国土资源航空物探遥感中心北京100083 联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心北京100094 山东农业大学信息科学与工程学院泰安271018

本文基于Landsat影像数据获取天山博格达自然遗产地土地覆盖分类,结合归一化植被指数(NDVI)和数字高程模型(DEM)构建"DEM-NDVI-土地覆盖分类"散点图分析研究区植被受海拔和坡向的水热空间变化影响的分布特征,通过概率统计分析提取博格... 详细信息

本文基于Landsat影像数据获取天山博格达自然遗产地土地覆盖分类,结合归一化植被指数(NDVI)和数字高程模型(DEM)构建"DEM-NDVI-土地覆盖分类"散点图分析研究区植被受海拔和坡向的水热空间变化影响的分布特征,通过概率统计分析提取博格达遗产地山地垂直带,并结合研究区的气温、降水数据和NDVI变化特征分析垂直带变化的原因。研究结果表明:(1)本文利用"DEM-NDVI-土地覆盖分类"散点图,揭示了研究区1989年和2016年的NDVI值和分类类别随着海拔上升的变化特征,其中NDVI值随着海拔上升呈现"倒U形"变化,而不同分类类别在一定的海拔区间内呈现出聚集效应,且不同分类类别有明显的高程界限。(2) 1989年和2016年博格达遗产地山地垂直带分带上限分别为:1278 m和1185 m(温带荒漠草原带)、1784 m和1759 m(山地草原带)、2706 m和2730 m(山地针叶林带)、3272 m和3293 m(高山草甸带)、3636 m和3690 m(高山垫状植被带)。(3)博格达遗产地1989年和2016年山地垂直带受区域气温升高和降雨增加的影响有较为明显的改变,其中温带荒漠草原带最为敏感,其上限变化最大,向下收缩93 m;山地针叶林带的分布范围则向两侧扩张49 m;山地草甸带带宽基本保持不变,但整体上移了约20 m;冰雪带则受到全球气候变暖的影响向上退缩54 m。

关键词：遥感博格达山地垂直带 DEM NDVI

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地形和气候对中国山地森林带界线的影响

地理科学 2013年第2期33卷 167-173页

作者：孙然好张百平中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

山地森林带界线对地形差异和气候变化敏感,是地学、生态学研究的重要内容。利用13个气候指标进行主成分分析,提取出中国31个自然地带的气候指数,包括夏季温度变异指数（STVI）、冬季温度变异指数（WTVI）和干旱指数（DI）,3个气候指数... 详细信息

山地森林带界线对地形差异和气候变化敏感,是地学、生态学研究的重要内容。利用13个气候指标进行主成分分析,提取出中国31个自然地带的气候指数,包括夏季温度变异指数（STVI）、冬季温度变异指数（WTVI）和干旱指数（DI）,3个气候指数符合地带性分布规律,STVI从南向北递减,WTVI以东部地区和南疆部分地区最高,DI则从东南向西北递增。基于文献发表的中国28个典型山体的森林带界线数据,将其与山体基面高度、山体相对高度和地带性气候指数进行多元回归分析。结果显示,山体基面高度对森林带下线南北坡差异贡献最大（39.67%）,山体相对高度对森林带上线南北坡差异贡献最大（39.34%）。3个地带性气候指数的累积贡献对森林带上线南北差异、下线南北差异和带宽南北差异的影响差别不大,在51.4%-55.9%之间,其中STVI贡献最大,其次是WTVI和DI。通过定量揭示地形和气候要素对山地森林带界线差异的贡献,可以为区域或全球尺度的山地森林带界线评价和模拟提供参考。

关键词：山地垂直带森林带地形效应基带

长白山垂直带森林叶片-凋落物-土壤连续体有机碳动态——基于稳定性碳同位素分析

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生态学报 2017年第16期37卷 5285-5293页

作者：司高月李晓玉程淑兰方华军于贵瑞耿静何舜于光夏中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院地理科学与资源研究所/生态系统观测与模拟重点实验室北京100101

稳定性碳同位素自然丰度(δ^(13)C)记录着生态系统碳循环过程的关键信息,常被用于评价全球变化情景下陆地生态系统碳的动态。以长白山北坡垂直带4种典型森林生态系统为研究对象,测定乔木建群种叶片、凋落物以及不同深度土壤有机碳(SOC)... 详细信息

稳定性碳同位素自然丰度(δ^(13)C)记录着生态系统碳循环过程的关键信息,常被用于评价全球变化情景下陆地生态系统碳的动态。以长白山北坡垂直带4种典型森林生态系统为研究对象,测定乔木建群种叶片、凋落物以及不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ^(13)C值,探讨植物叶片-凋落物-土壤连续体碳含量、δ^(13)C丰度的分布格局及其生态学暗示。研究结果表明:植物叶片碳含量随海拔高度的增加呈现抛物线型变化,且阔叶树叶片碳含量显著低于针叶树,体现气候要素和植被功能型的支配作用,并且暗示针叶树种潜在的碳蓄积能力更强。此外,植物叶片δ^(13)C随海拔高度升高而降低,表明高海拔植物叶片水分利用效率较低,即固碳耗水成本更高。凋落物碳含量随海拔增加逐渐下降,而矿质表层土壤则表现为阔叶红松林、岳桦林显著高于暗针叶林,体现了植被类型和土壤质地的共同支配作用。总体上,岳桦林SOC周转最快,其次是暗针叶林,位于基带的阔叶红松林最慢。可见,小尺度上气候因子并不是温带森林地下碳循环的主导因素,植被功能型和土壤属性对SOC周转与稳定的影响更大。在探讨环境因子对陆地生态系统碳循环和碳平衡的影响时需要考虑研究尺度,不同的研究尺度影响SOC周转的驱动因子并不相同。研究方法方面,基于log SOC和δ^(13)C的SOM周转模型能够很好地概括不同生态系统类型下SOM周转的相对快慢,可用来评价SOC动态对全球变化的响应。

关键词： 13C自然丰度叶片-凋落物-土壤连续体水分利用效率土壤碳周转山地垂直带

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山地地理

中国地理与资源文摘 2009年第1期 27-28页

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湘东北幕阜山土壤形态、理化性质与系统分类

湘东北幕阜山土壤形态、理化性质与系统分类

作者：黄得志湖南农业大学

学位级别：硕士

全球山地分布广泛。运用土壤分类技术了解山地土壤资源现状,对保障山地生态系统服务功能和物种多样性具有重要意义。本研究基于历史资料收集,针对湖南东北部的幕阜山开展野外土壤调查、室内土壤理化性质分析和数据统计,研究幕阜山的成... 详细信息

全球山地分布广泛。运用土壤分类技术了解山地土壤资源现状,对保障山地生态系统服务功能和物种多样性具有重要意义。本研究基于历史资料收集,针对湖南东北部的幕阜山开展野外土壤调查、室内土壤理化性质分析和数据统计,研究幕阜山的成土因素和环境条件,描述和记录土壤剖面宏观形态学特性,分析土壤理化性质,鉴别主要诊断层、诊断特性以及诊断现象,试图阐明土壤类型和土壤诊断指标在山地垂直带的分异规律。进一步,通过划分土壤系统分类高级和基层分类单元,并与发生分类进行参比,阐明中亚热带中山垂直带的土壤类型空间分布规律。研究结果显示:(1)野外调查和历史资料分析表明,幕阜山为典型侵蚀剥蚀构造中山地貌,西北比东南险峻。坡度>45°的地形多分布在中高海拔带。山顶和山腰坡度平缓,一般15～30°。成土母岩年青,为燕山期(距今约6500万～1.5亿年)侵入的二长花岗岩,成土时间短,风化成土土层浅薄。在典型亚热带季风气候下,水热条件良好,动植物种类繁多,植被覆盖类型随海拔升高,依次分布常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针叶阔叶混交林、针叶林和灌丛草甸。人类活动悠久且强烈,是当地重要的蔬菜、茶叶和中药材生产基地。(2)幕阜山土层发育较浅,调查的25个土壤剖面,平均有效土层厚度为72 cm,土壤润态颜色基质色调介于5YR～10YR,土体疏松多孔,黏着性差;土壤处于易风化状态,石砾体积含量平均约为26%,砂粒含量介于282～815 g kg。表土层容重介于0.84～1.44 g cm。随海拔升高,有效土层厚度有变浅的趋势,土壤颜色有逐渐变深,黏着性增强;土壤砂粒含量呈先增大后减小的趋势,土壤容重呈先减小后增大,再减小的趋势。(3)土壤有机碳、全氮、全磷和全钾平均含量分别12.48 g kg、0.77 g kg、1.25 g kg、30.75 g kg;由于磷素的限制作用,表土C?N平均值为18.2略高于全球和国内水平,但C?P和N?P平均值分别为26.6和1.5,低于全球和国内的水平。随着海拔升高,土壤剖面的有机碳、全氮和全磷含量呈升高趋势,土壤全钾无规律;表土C?N呈先增大后减小的趋势,表土C?P和N?P则呈逐渐减小的趋势。在调查的25个土壤剖面中,84%的土层呈酸性反应,土壤盐基饱和度介于8%～61%,阳离子交换量介于4.57～46.56 cmol(+)kg,低海拔地带的土壤剖面具备铁质特性。土壤矿质全量组成以Si O(约占51%)和AlO(约占18%)为主,其次为FeO和KO是含量。(4)幕阜山土壤具备水耕表层、水耕氧化还原层、暗瘠表层、淡薄表层、雏形层和黏化层6种诊断层。其中,水耕表层和水耕氧化还原层分布于海拔带;暗瘠表层和淡薄表层交错分布于垂直带上;黏化层虽在低海拔带也有分布,但在高海拔带分布较为广泛;雏形层分布于海拔带。另外,土壤拥有氧化还原特征、石质接触面、准石质接触面、人为滞水和常湿及湿润土壤水分状况、热性和温性土壤温度状况、铁质特性、铝质现象10种诊断特性及现象。在调查的所有土壤剖面中,约4成出现(准)石质接触面,并于垂直带上广泛分布,特别是坡顶和陡坡地带。自然土壤水分状况以海拔=1000 m为转折点,分为常湿润和湿润土壤水分状况。土壤温度状况以海拔≤900 m为热性,>900 m为温性。海拔带的土壤剖面还出现铁质特性。共计4个剖面出现铝质现象,并零散分布于垂直带上。(5)按土壤系统分类(CST)标准,调查的25个土壤剖面划分出4个土纲、6个亚纲、10个土类、15个亚类、21个土族和25个土系。根据土纲在垂直带上出现的规律,划分5个海拔带,分布情况:雏形土、淋溶土、人为土(1400 m)。按土壤发生分类(GSGC)标准,划分出4个土纲、5个土类、8个亚类、8个土属、和16个土种;土纲的垂直分布:铁铝土、人为土(1500 m)。CST与GSGC相比,CST具有更强的分类单元划分能力;CST的土壤类型在垂直带上分布规律更为清晰。

关键词：山地垂直带成土因素发生特性系统分类发生分类

长白山森林生态系统自然垂直带弹尾虫群落的变化研究

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长白山森林生态系统自然垂直带弹尾虫群落的变化研究

作者：李佳艺内蒙古师范大学

学位级别：硕士

土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,在森林生态系统的物质循环和能量流动中起着非常重要的作用。对植被及环境因子有一定的响应,同时对土壤理化性质、土壤形成与发育等方面有重要意义。本文于2013年9月研究了长白山800m-1700m自然... 详细信息

土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,在森林生态系统的物质循环和能量流动中起着非常重要的作用。对植被及环境因子有一定的响应,同时对土壤理化性质、土壤形成与发育等方面有重要意义。本文于2013年9月研究了长白山800m-1700m自然垂直带中土壤弹尾虫群落的组成和结构特征,探讨了弹尾虫不同种对长白山800m-1700m自然垂直带不同生境下环境因子的变化响应,揭示长白山自然垂直带森林环境中,海拔高度变化与弹尾虫群落组成的相关关系,并为长白山森林生态系统的保护和管理提供相关依据。共采集弹尾虫14545只,隶属于9科31属41种。优势属为德跳属、符跳属和原棘跳属,并以德跳属个体数最多、分布最广。不同海拔弹尾虫群落优势属组成基本一致,之间的差别主要体现在稀有属上。研究样地内德跳属1种(Desoria sp.1)和长白原棘跳(Protaphorura changbaiensis)在长白山研究区域内数量较多且分布广泛。在各个海拔生境下土壤层全氮含量均显著低于凋落物层全氮含量。在海拔800m、1400m、1550m和1700m生境下土壤层有机碳含量均显著低于凋落物层有机碳含量,其余海拔均无显著差异。从弹尾虫群落与土壤理化性质的PCA排序图可以看出,随海拔高度的升高,土壤有机碳、全氮含量降低,土壤层弹尾虫群落密度升高,凋落物层弹尾虫群落密度无显著变化。

关键词：弹尾虫山地垂直带群落结构生物多样性长白山