内蒙古温带草原物候季节性变化及区域分异

Grassland is one of the most important ecosystems on land surface. The biomass in grassland accounts for nearly 1/3 of the total biomass of global ecosystem. Phenological change of grassland in response to climate change may have a significant impact on ecosystem structure and regional carbon cycle. This project chooses the meadow steppe, typical steppe and desert steppe in Inner Mongolia as the research object. Based on underground observation, near-surface camera monitoring, remote sensing inversion, controlled experiment, and meteorological data and future climate data under RCP scenarios, by applying the methods in ecological geography, phenology and applied meteorology, the project intends to (1) study the seasonal and regional variations of temperature grassland phenology on species, community and ecosystem scales, respectively, and make comparisons within the results on different scales; (2) reveal the mechanism and spatial difference of phenological response to environmental factors, and establish phenological models for dominant herbs; (3) analyze the difference of phenological features and variations between invasion species and native dominant species, project the possibility of species invasion and map the phenograms according to the overlapped, successive and matching relationships among various ornamental phases, and contributes to the management of on grassland. The results of the project can provide proofs for global change science, and be beneficial for ecosystem management and sustainable development of animal husbandry, as well as cultural tourism in China’s pasture regions under background of global change.

草原是陆地表层重要的生态系统之一，其生物量储量占全球生态系统近三分之一。气候变化影响下的草地物候变化可能对生态系统结构乃至区域碳循环产生显著影响。本项目选择中国内蒙古地区草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究对象，综合利用生态地理学、物候学、应用气象学方法，通过地面物候观测、近地面相机监测、遥感反演、控制实验等手段，结合气候和RCP情景数据，开展以下工作：（1）研究物种、群落和景观尺度的物候季节性变化及其区域分异规律，对多尺度的物候变化进行对照和验证；（2）揭示各尺度物候变化对环境因子响应机理和空间差异，构建优势草本植物物候模型，预估未来变化；（3）分析入侵物种与本地优势物种在物候特征和变化上的差异，预估物种入侵的可能性。分析观赏植物物候相出现时期的重叠、先后及匹配关系，绘制观赏植物物候期图谱。项目成果可为全球变化科学提供草原物候变化的证据，对草原生态系统管理和草牧业、文化旅游业发展提供依据。

草原是陆地表层重要的生态系统之一，气候变化影响下的草地物候变化可能对生态系统结构乃至区域碳循环产生显著影响。本项目选择中国内蒙古地区草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究对象，综合生态地理学、物候学、应用气象学方法，通过地面物候观测、近地面相机监测、遥感反演、控制实验等手段。在研究区植被动态变化及与气候关系、常见草本植物春季物候模拟、草原植被与生产力等方面取得了显著的成果。具体进展包括：① 对中国草地物候的荟萃分析表明，草地地区植物物候变化存在较强的空间异质性，草本植物的春季物候期在近30年主要呈提前趋势，荒漠草原和高寒草原的春季物候期提前，而高寒草甸无明显变化趋势。② 利用内蒙古地区20个物候观测站点16种草本植物的物候变化信息，建立了物候期和四个气候因子 (GDD、冷激天数、土壤湿度和太阳辐射) 之间的多元线性回归模型。结果表明，内蒙古地区草本植物萌动期和展叶始期变化趋势不明显 (分别-0.03d/a；-0.11d/a) 。考虑四个气候因子的模型可以平均解释40.6％的萌芽期变化和38.8％的展叶始期变化。③ 在春暖模型和时空耦合模型基础上，综合考虑温度、降水和土壤湿度对草本植物春季物候的影响，构建了12个改进的春季物候模型。该研究改进了草本植物物候模拟模型，提高了草本植物萌芽期物候模拟的精确度。④ 基于Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了植被净初级生产力，探究内蒙古荒漠草原植被物候和净初级生产力的关系。研究表明：2000—2017年内蒙古荒漠草原SOS呈显著提前趋势 (0.88 d/a, P<0.05)，EOS不显著。内蒙古荒漠草原多年平均NPP为104.71gC/(m2·a)，春季NPP与SOS呈不显著负相关，秋季NPP与EOS呈显著正相关，LOS的延长促进了NPP的累积。⑤ 利用GIMMS遥感数据反演的返青期数据 (1982~2015年) ，建立了每个像元返青期和气候因子之间的多元线性回归模型。结果表明，土壤湿度是影响内蒙古草原返青期发生的最主要因子，对比MODIS反演的返青期数据也得到相似的结论。而积温、冷激天数和辐射强度三个因子对内蒙古草原返青期的影响较弱。