气候变化对内蒙古荒漠草原生态系统的影响

摘要

气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性重大问题，严重威胁自然生态系统和社会经济系统，特别是对环境脆弱地区的影响更加显著。内蒙古中温型荒漠草原植被低矮、稀疏，群落生产力低，气候干旱，自然环境复杂，成为气候变化的异常敏感区域。因此，在全球气候变化的背景下，探讨内蒙古荒漠草原生态系统对气候变化的响应具有重要的理论和实践意义。
　　本项研究以内蒙古中温型荒漠草原为对象，利用1961～2010年荒漠草原区11个气象站资料，分析了气温、降水和干燥度的时空分布格局以及变化趋势;利用2004～2012年荒漠草原区6个生态观测站的植物返青期和黄枯期资料，分析了植物物候变化特征，探讨了气候因子对植物物候的影响;利用2008年和2009年野外考察点146个样方数据，分析了气候因子对物种多样性分布格局的影响;利用1982～2009年NOAA/AVHRR NDVI资料及气候数据驱动EC-LUE模型，对内蒙古荒漠草原GPP进行模拟，分析其时空变化特征，并探讨了气候因子对GPP的影响;采用Thornthwaite Memorial模型模拟荒漠草原气候生产力，探讨未来气候变化情景下，内蒙古荒漠草原气候生产力的变化趋势。得出的主要结论如下:
　　(1)内蒙古荒漠草原气温呈现出非对称变化特征。年平均、年平均最高和年平均最低气温均呈增温趋势，分别为0.47、0.33、0.60℃/10a。气温的增加以最低气温的升温为主导。季节上，四季均为增温趋势，以冬季增温最为明显。
　　(2)内蒙古荒漠草原年降水量自东南向西北呈条带状逐渐减少。近50a来年降水量表现为波动变化、略下降的趋势，近10a来的下降尤为突出。在空间上，与典型草原毗邻地区和中部偏西地区的年降水量明显增加，东北部地区明显减少。在季节上，春季降水量增加，夏季降水量减少。
　　(3)年平均干燥度呈条带状自东南向西北逐渐递增。内蒙古荒漠草原干旱化趋势加重，大部分地区的干燥度指数呈增加趋势，干燥度指数越高的地方，干燥度增加趋势越明显。近10a来，研究区域的干旱化趋势最为剧烈。
　　(4)内蒙古荒漠草原植物返青期和黄枯期均提前，生长季天数缩短。植物返青期与2月平均温度存在显著的负相关关系，4月的降水量对返青起主要作用，可见内蒙古荒漠草原春季升温、降水量增加导致了植物返青期提前。
　　(5)内蒙古荒漠草原群落物种丰富度主要随经度的增加而增加，与该区降水的空间分布格局一致。物种丰富度与潜在蒸散量呈现负线性相关。降水量对一二年生草本、多年生杂类草和多年生根茎禾草功能群物种丰富度分布格局起主导作用，一二年生草本功能群物种丰富度随降水增多而下降，多年生杂类草和多年生根茎禾草功能群物种丰富度均随降水增多而升高。
　　(6)内蒙古荒漠草原GPP呈现南高北低、东多西少的分布格局，与干燥度的空间分布格局具有较高的一致性。从区域上看，东南部减少，西北部增加;从时间上看，1982年以来，内蒙古荒漠草原GPP表现减少的变化趋势，近10a来下降明显，与气候的变化特征一致。年降水量、生长季降水量、夏季降水量均与GPP呈显著正相关，表明降水因素是制约内蒙古荒漠草原植被生产力的关键因子。
　　(7)气候变化对气候生产潜力影响显著。“暖湿型”和“冷湿型”气候可使荒漠草原气候生产力提高，而“暖干型”气候使气候生产力降低，表明内蒙古荒漠草原植被生长受温度的影响较小，降水的作用较大，进一步证实降水是制约内蒙古荒漠草原植被生长的关键因子。
　　(8)根据相关研究与预测，内蒙古荒漠草原未来气候向暖干化趋势发展，因此，内蒙古荒漠草原的植被生产力将呈现出降低的变化趋势。
　　伴随着内蒙古荒漠草原的气候变化，地处干旱、半干旱区的内蒙古荒漠草原植物物候期提前，生长季缩短，植被生产力减少，给当地的农牧民生产生活带来重大社会经济影响，应引起各级政府的高度重视，尽快提出应对气候变化的政策和措施。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 研究背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究目的与意义

第二节 气候变化的现状与国际认知

1．2．1 全球气候变化

1．2．2 中国气候变化

1．2．3 内蒙古气候变化特征

第三节 气候变化与植物物候研究进展

1．3．1 植物物候的国外研究

1．3．2 植物物候的国内研究

1．3．3 内蒙古草原区植物物候研究

第四节 气候变化对生物多样性影响的研究进展

1．4．1 生物多样性与生态系统功能

1．4．2 气候变化对生物多样性的影响

第五节 气候变化与草原生态系统生产力研究进展

1．5．1 植被生产力研究方法

1．5．2 草原生态系统生产力对气候变化的响应

1．5．3 气候变化对内蒙古荒漠草原的影响

第六节 研究内容与技术路线

1．6．1 研究内容

1．6．2 技术路线

第二章 研究区域概况

第一节 地理位置

第二节 地貌特征

第三节 气候特征

第四节 土壤特征

第五节 植被特征

第三章 内蒙古荒漠草原气候变化特征及趋势分析

第一节 数据来源与研究方法

3．1．1 数据来源

3．1．2 研究方法

第二节 内蒙古荒漠草原温度的时空格局及趋势分析

3．2．1 平均气温时空特征

3．2．2 平均最高气温时空特征

3．2．3 平均最低气温时空特征

第三节 内蒙古荒漠草原降水时空格局及趋势分析

3．3．1 降水量时空特征

3．3．2 降水日数时空特征

第四节 内蒙古荒漠草原气候干燥度的时空格局及趋势分析

3．4．1 年平均干燥度的空间分布

3．4．2 干燥度空间变化趋势

3．4．3 年干燥度时间动态特征

3．4．4 干燥度分级指标的10年际波动

第五节 讨论与小结

第四章 气候因子对内蒙古荒漠草原植物物候的影响

第一节 数据来源与研究方法

4．1．1 数据来源

4．1．2 物候观测方法及定义

4．1．3 研究方法

第二节 内蒙古荒漠草原植物物候期变化特征

4．2．1 植物返青期变化特征

4．2．2 植物黄枯期变化特征

4．2．3 植物生长季变化特征

第三节 气候因子对内蒙古荒漠草原植物物候期的影响

4．3．1 气候因子对植物返青期的影响

4．3．2 气候因子对植物黄枯期的影响

4．3．3 气候因子对植物生长季天数的影响

第四节 讨论与小结

第五章 气候因子对内蒙古荒漠草原物种多样性分布格局的影响

第一节 数据来源与研究方法

5．1．1 数据来源

5．1．2 研究方法

第二节 内蒙古荒漠草原群落物种丰富度的空间分布格局

第三节 气候因子对内蒙古荒漠草原物种丰富度分布格局的影响

5．3．1 群落层次，气候因子对物种丰富度分布格局的影响

5．3．2 功能群层次，气候因子对各功能群物种丰富度分布格局的影响

第四节 讨论与小结

第六章 内蒙古荒漠草原总初级生产力(GPP)时空格局及其对气候变化的响应

第一节 数据来源与研究方法

6．1．1 数据来源

6．1．2 数据处理

6．1．3 EC-LUE模型简介

6．1．4 EC-LUE模型遥感估算结果的验证

6．1．5 研究方法

第二节 内蒙古荒漠草原GPP时空格局及趋势分析

6．2．1 内蒙古荒漠草原GPP空间格局

6．2．2 内蒙古荒漠草原GPP空间变化趋势

6．2．3 内蒙古荒漠草原GPP的年际波动

6．2．4 内蒙古荒漠草原GPP的时间变化

第三节 内蒙古荒漠草原GPP对气候变化的响应

6．3．1 气温与GPP的相关性分析

6．3．2 降水量与GPP的相关性分析

6．3．3 干燥度与GPP的相关性分析

第四节 讨论与小结

第七章 未来气候变化情景对内蒙古荒漠草原植被生产潜力的影响

第一节 数据来源与研究方法

7．1．1 数据来源

7．1．2 气候生产力模型——Thornthwaite Memorial模型

7．1．3 研究方法

第二节 内蒙古荒漠草原气候生产力时空分布特征

7．2．1 气候生产力空间分布特征

7．2．2 气候生产力的空间变化趋势

7．2．3 气候生产力年际变化特征

第三节 不同气候变化情景对内蒙古荒漠草原气候生产力的影响

7．3．1 气候生产力与气候因子的相关分析

7．3．2 不同气候变化情景对气候生产力的影响

第四节 讨论与小结

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表论文