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呼伦贝尔草甸草原不同显热通量观测方法比较

农业工程学报 2023年第21期39卷 88-97页

作者：于洪亮赵越李淑贞吴宜倩王旭辛晓平中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站北京100081

显热通量(sensible heat flux,H)是反映地表湍流运动的重要参数,准确获取该参数对于区域内热量交换规律的认识和农业生产及水资源的有效管理具有重要意义。涡动相关仪(eddy covariance system,EC)和大孔径闪烁仪(large aperture scintil... 详细信息

显热通量(sensible heat flux,H)是反映地表湍流运动的重要参数,准确获取该参数对于区域内热量交换规律的认识和农业生产及水资源的有效管理具有重要意义。涡动相关仪(eddy covariance system,EC)和大孔径闪烁仪(large aperture scintillometer,LAS)是目前生态系统水热通量的主要测量手段,但两者观测范围的空间尺度存在差异。该研究以呼伦贝尔草甸草原生态系统为对象,通过对比分析两种方法观测的显热通量(HLAS和HEC)变化特征,对两者之间的差异(ΔH)及产生原因进行探究,并且定量研究了不同因子对ΔH的影响程度。结果表明,在不同时间尺度内,HLAS和HEC的变化趋势基本一致,显热通量主要受到净辐射的驱动作用,同时ΔH与净辐射存在正相关性;对应时刻HLAS和HEC之间线性回归方程斜率为1.13,拟合优度R^(2)为0.81,说明大孔径闪烁仪在草甸草原区有着很好的适用性;EC能量平衡闭合程度会影响HLAS和HEC之间差异,剔除能量平衡闭合率(energy balance ratio,EBR)小于0.8的数据后,HLAS和HEC之间线性回归方程斜率减小至1.05,说明能量平衡闭合程度越高ΔH越小;净辐射(net radiation,Rn)、风速(wind speed,WS)、波文比(Bowen ratio,Bowen)和饱和水汽压差(saturated water vapor pressure difference,VPD)与ΔH之间相关性显著,是ΔH的主要气象环境因子;ΔH单个影响因子的解释能力从高到低依次为净辐射、风速、EC能量平衡闭合率、饱和水汽压差、波文比,任意两个不同影响因子之间均呈现双因子增强作用,解释能力较高的交互影响因子为净辐射/风速和风速/波文比。研究结果有利于准确理解LAS与EC显热通量观测过程中的空间尺度效应,同时可为区域尺度扩展和遥感地面验证过程中通量数据的质量控制提供科学参考依据。

关键词：热通量辐射能量平衡大孔径闪烁仪涡动相关仪显热通量草甸草原

草甸草原区退耕地的牧草-水分-氮肥耦合机制

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中国农业科学 2020年第13期53卷 2691-2702页

作者：李达方华军王笛徐丽君唐雪娟辛晓平聂莹莹乌仁其其格白城市畜牧科学研究院/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站/国家牧草产业技术体系白城站呼伦贝尔学院/内蒙古自治区草甸草原生态系统与全球变化重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站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

【目的】通过在呼伦贝尔建植不同种植模式的人工草地,研究补水、施氮和牧草类型3个因素对人工草地群落生物量、植物营养成分和土壤质量的影响,旨在揭示呼伦贝尔地区退耕地人工草地的水肥耦合机制,筛选建植管理的最优模式。【方法】试验... 详细信息

【目的】通过在呼伦贝尔建植不同种植模式的人工草地,研究补水、施氮和牧草类型3个因素对人工草地群落生物量、植物营养成分和土壤质量的影响,旨在揭示呼伦贝尔地区退耕地人工草地的水肥耦合机制,筛选建植管理的最优模式。【方法】试验在呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站进行,2016年6月6日试验开始,设置3个因素试验,即牧草类型(Pasture)、施氮水平(Nitrogen)和补水处理(Irrigation)。牧草类型设紫花苜蓿单播(P)、无芒雀麦单播(P)、紫花苜蓿无芒雀麦1﹕1混播(P)3个处理;施氮水平设不施氮(N)、低氮(N:75 kgN·hm·a)和高氮(N:150 kgN·hm·a)3个水平,每年追施氮肥(化学纯尿素)两次分别于成苗(返青)期和分蘖期撒施;补水设不补水(I)和补水(I)两个水平,每年6、7、8月补水3次,补水20 mm·m。重复4次,共计72个试验小区,每个试验小区面积7 m×10 m,行距1 m。在2016、2017年测定草地生物量、营养成分(植物粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维)以及土壤养分(土壤全氮、有机碳和pH)。【结果】(1)播种当年(2016年)的产量对(N)、(I)、(P)和(P×I)等试验因素的响应均达到显著水平(PP处理>P处理,2016年P、P和P处理在补水条件相同时均表现为CP含量随着氮水平增加而增加,其中PNI显著高于PNI、PNI、PNI(P<0.05),达到最大(19.08%);2017年P在I条件下N水平的粗蛋白(CP)含量(15.12%)显著高于N(P<0.05)。(3)施氮和补水均倾向于促使土壤有机碳(SOC)含量负增长,全氮(TN)含量正增长,pH值负增长,其中表层土壤SOC增长量苜蓿和无芒雀麦显著高于混播(P<0.05),表层土壤全氮(TN)增长量苜蓿显著高于无芒雀麦和混播(P<0.05)。2016年表层和亚表层的土壤碳氮比(C/N)均高于2017年,表层平均高出17.39%,亚表层平均高出15.18%,表层土壤碳氮比的变化更为明显,其中表层土壤碳氮比2016年PNI处理最高,为8.15,2017年PNI处理最高,为5.67,亚表层土壤碳氮比2016年PNI处理最高,为6.36,2017年PNI处理最高,为5.67。【结论】在呼伦贝尔退耕人工草地在播种第二年,牧草-水分-氮肥的耦合作用对草地生物量具有显著影响,水氮耦合具有一定促进牧草的养分积累的协同效应,其中建植豆-禾混播草地最有利于提高牧草的生物量与营养品质。人工草地的建植会导致C/N降低,土壤品质下降,在不同牧草类型、补水及施氮水平下均会表现出0-20 cm土层SOC含量、pH值的降低以及土壤TN含量的上升,表明土壤出现酸化现象,豆-禾混播土壤pH值降低幅度小于单播,而高氮和补水会明显加剧土壤pH值的降低。

关键词：人工草地施氮补水豆-禾牧草混播群落生物量土壤养分呼伦贝尔

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基于TVDI的内蒙古草地干旱变化特征分析

中国农业科学 2020年第13期53卷 2728-2742页

作者：程伟辛晓平中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站

【目的】研究内蒙古草地2000—2017年温度植被干旱指数(TVDI)的时空演变特征,并探讨其与气象因子的关系,以期为研究区的生态预警和生态修复提供理论参考。【方法】基于MODIS增强型植被指数(EVI)和陆地表面温度(LST)产品构建Ts-EVI特征空... 详细信息

【目的】研究内蒙古草地2000—2017年温度植被干旱指数(TVDI)的时空演变特征,并探讨其与气象因子的关系,以期为研究区的生态预警和生态修复提供理论参考。【方法】基于MODIS增强型植被指数(EVI)和陆地表面温度(LST)产品构建Ts-EVI特征空间,根据该特征空间计算TVDI,对多年TVDI均值采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验等方法来研究干旱的空间分布特征、时间变化特征及时空演变趋势。【结果】从整体上看,内蒙古草地多年平均干旱程度西南高东北低,各草地类型年均TVDI大小依次为温性荒漠类>温性草原化荒漠类>温性荒漠草原类>沼泽>温性草原类>温性草甸草原类>低地草甸>山地草甸。其中荒漠型草地(温性荒漠类、温性草原化荒漠类和温性荒漠草原类)主要为重度和轻度干旱状态,非荒漠型草地(温性草原类、温性草甸草原类、低地草甸类、山地草甸类和沼泽类)主要为轻度干旱、正常和轻度湿润状态。18年来荒漠型草地整体在缓慢变干;而非荒漠型草地除温性草原类外基本在缓慢变湿。从空间分布上,三类荒漠型草地干旱程度保持稳定以及具有变干趋势(轻微变干、变干、显著变干)的面积比之和分别为44.93%、55.01%;五类非荒漠型草地干旱程度保持稳定以及具有变湿趋势(轻微变湿、变湿、显著变湿)的面积比之和分别为72.19%、24.27%。【结论】18年来,荒漠型草地的干旱情况主要为保持稳定和持续变干状态,并且持续变干的区域较多,草地生态环境在持续恶化;非荒漠型草地干旱情况主要为保持稳定状态,少部分面积具有变湿趋势,草地生态环境在稳定好转。此外,降水稀少对非荒漠型草地的干旱程度具有显著性影响,但对荒漠型草地的影响并不显著。温度升高则仅对温性草原类以及温性草原化荒漠类的干旱程度具有显著影响。

关键词：温度植被干旱指数遥感时空特征内蒙古草地类型

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

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应用生态学报 2014年第2期25卷 387-393页

作者：张盼弟王旭陈宝瑞辛晓平呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站北京100081 中国农业科学院资源区划所草地科学研究室北京100081

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明：生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高... 详细信息

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明：生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13：00—15：00,最低值出现在5：00—6：00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系，Q10变化范围分别为1.68～2.14和3.03～3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.

关键词：草甸草原土壤呼吸土壤温度土壤含水量生长季

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建设多功能草原生态站保护草原生态

内蒙古林业 2023年第1期 4-7页

作者：闫瑞瑞中国农业科学院农业资源与农业区划研究所内蒙古呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站

呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“呼伦贝尔站”)坐落于内蒙古自治区呼伦贝尔市谢尔塔拉农牧场,是欧亚大陆温性草甸草原保存最完整、最具代表性的地区。呼伦贝尔站建立于1997年,但其研究历史可以追溯到1956年,北... 详细信息

呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“呼伦贝尔站”)坐落于内蒙古自治区呼伦贝尔市谢尔塔拉农牧场,是欧亚大陆温性草甸草原保存最完整、最具代表性的地区。呼伦贝尔站建立于1997年,但其研究历史可以追溯到1956年,北京大学李继侗带领李博、刘钟龄,在谢尔塔拉种畜场开展植被调查研究。20世纪60至70年代,李博、刘钟龄继续在谢尔塔拉开展植被生态学研究,并于1983一1996年开展了定位监测。

关键词：呼伦贝尔草原草原生态农牧场定位监测植被调查植被生态学欧亚大陆呼伦贝尔市

呼伦贝尔草甸草原MODIS/LAI产品验证

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遥感技术与应用 2015年第3期30卷 557-564页

作者：李振旺唐欢吴琼张保辉辛晓平杨桂霞中国农业科学院农业资源与农业区划研究所呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站北京100081

以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究区域,利用2013年6期地面实测数据,结合HJ-1A/B CCD高分辨率影像,经过辐射校正与模型建立,对研究区域草原生长季的MODIS/LAI产品进行验证。结果表明:在时间上,MODIS/LAI产品能够较好地反映草原的长势与物... 详细信息

以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究区域,利用2013年6期地面实测数据,结合HJ-1A/B CCD高分辨率影像,经过辐射校正与模型建立,对研究区域草原生长季的MODIS/LAI产品进行验证。结果表明:在时间上,MODIS/LAI产品能够较好地反映草原的长势与物候变化。在空间上,由于MODIS/LAI产品输入数据的不确定性,MODIS/LAI产品与地面情况存在一定偏差(ΔLAI=0.59m2/m2),在呼伦贝尔草甸草原草场整个生长季都存在高估现象,平均相对误差为40%。在生长初期和末期,较大的地表异质性使MODIS/LAI产品高估现象较严重;生长中期高估现象减小,相对误差在30%以内。研究结果对了解该地区的MODIS/LAI产品精度与使用该地区MODIS/LAI产品具有重要指导意义。

关键词： LAI MODIS HJ-1A/B 验证草甸草原呼伦贝尔

基于涡度数据的东北草地光能利用率模型构建与验证

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遥感技术与应用 2022年第1期37卷 231-243页

作者：丁蕾沈贝贝刘一良李振旺王旭辛晓平中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站北京100081 国家遥感中心北京100036 中国科学院南京土壤研究所江苏南京210008

草地作为地球上分布最广的植被类型,在陆地碳循环中发挥着重要作用。草地生产力是估算产草量的基础,准确模拟生产力对草原资源合理利用及生态保护具有重要意义。以东北草地生产力为研究核心,利用涡度相关通量观测数据、遥感数据和气象数... 详细信息

草地作为地球上分布最广的植被类型,在陆地碳循环中发挥着重要作用。草地生产力是估算产草量的基础,准确模拟生产力对草原资源合理利用及生态保护具有重要意义。以东北草地生产力为研究核心,利用涡度相关通量观测数据、遥感数据和气象数据,构建和检验东北草地光能利用率模型。东北草地光能利用率模型以归一化物候植被指数(NDPI)代表光合有效辐射吸收比例,以地表水分指数(LSWI)+0.5表示水分胁迫因子。基于44个草原站的通量数据对东北草地光能利用率模型进行验证,东北草地光能利用率模型的R^(2)为0.855,高于MODIS GPP产品(R^(2)=0.719),略高于VPM GPP产品(R^(2)=0.848),东北草地光能利用率模型的MAE和RMSE分别为0.374 g Cm^(-2)和0.735 g Cm^(-2),低于MODIS GPP产品(MAE=0.562 g Cm^(-2),RMSE=1.026 g Cm^(-2))和VPM GPP产品(MAE=0.667 g Cm^(-2),RMSE=1.339 g Cm^(-2))。VPM GPP产品普遍高估了东北草地的GPP;MODIS GPP产品在典型草原干旱年份明显高估涡度总初级生产力(GPP),而在草甸草原却存在明显的低估;东北草地光能利用率模型虽然在典型草原的干旱年份也存在高于涡度GPP的情况,但程度较MODIS GPP产品和VPM GPP产品小。东北草地光能利用率模型不论从模型精度还是动态一致性上,其表现均优于MODIS GPP产品和VPM GPP产品,且年尺度上的拟合精度远高于MODIS GPP产品和VPM GPP产品。水分胁迫和FPAR的改进都是东北草地光能利用率改进模型精度较高的原因,水分胁迫的贡献更大。研究表明使用构建的东北草地光能利用率模型模拟东北草地生产力非常必要。

关键词：草地光能利用率模型生产力 GPP产品

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不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

环境科学 2008年第5期29卷 1394-1399页

作者：周尧治王旭杨桂霞辛晓平呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被调查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速（v）随植... 详细信息

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被调查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速（v）随植被盖度（Cover）的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下（大于临界风蚀风速）,风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度〈35%时,在风速为20-25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风（25 m/s）造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm^2,接近1 a的土壤平均生成量（1000 kg/hm^2）.

关键词：草甸草原土壤风蚀利用方式风洞实验

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内蒙古草原叶面积指数时空格局与水热影响

遥感技术与应用 2022年第1期37卷 253-261页

作者：沈贝贝张景李明丁蕾王旭辛晓平中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站北京100081 国家遥感中心北京100036 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是表征植被状况的重要参数,与植被的生长和变化状况密切相关。探究内蒙古草原LAI长时间序列时空格局特征及水热条件对LAI的影响,可为准确掌握内蒙古草原分布与生长状况差异提供数据支撑,对了解内蒙古草... 详细信息

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是表征植被状况的重要参数,与植被的生长和变化状况密切相关。探究内蒙古草原LAI长时间序列时空格局特征及水热条件对LAI的影响,可为准确掌握内蒙古草原分布与生长状况差异提供数据支撑,对了解内蒙古草原生产能力的空间分布特征具有参考价值。基于2000~2019年GEOV2 LAI产品数据集,结合气温和降水资料,选取变化斜率、变异系数和相关性系数3个指标对内蒙古草原LAI展开分析。结果显示,内蒙古草原LAI由东北向西南递减,多年均值为1.34 m^(2)/m^(2),在不同草原类型中,荒漠草原(0.28 m^(2)/m^(2))草原(0.96 m^(2)/m^(2))草原(2.27 m^(2)/m^(2))草原年际间波动最剧烈。近20 a内蒙古草原LAI呈波动中上升趋势(0.02 m^(2)/m^(2)/a),67.08%区域草原LAI与年降水显著相关,仅4.98%区域草原LAI与年均温显著相关。表明内蒙古草原LAI空间分布具有地带性特征,不同草原类型LAI之间存在明显差异,降水是内蒙古草原LAI的主要影响因素。

关键词：叶面积指数 GEOV2 LAI 时空格局降水温度内蒙古草原