生态干旱监测对区域生态系统水资源状况评估和保护十分重要.本研究以内蒙古为研究区,使用核归一化植被指数(kNDVI)改进温度植被干旱指数(TVDI),构建了一种新的生态干旱指数——核温度植被干旱指数(kTVDI),基于此,利用分段线性回归模型、Sen趋势分析(Theil-Sen median)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall)和赫斯特指数(Hurst)等方法分析2000-2022年间内蒙古生态干旱的时空分布特征和未来变化趋势.结果表明:相较于TVDI,kTVDI的生态干旱监测能力更强;2000-2022年间,内蒙古植被生长季kTVDI呈下降趋势,但变化不显著,在2016年发生突变,突变后的湿润趋势更为明显;研究期间,内蒙古23.6％地区的生态干旱呈加剧趋势,46.5％地区的生态干旱缓解;未来,生态干旱在内蒙古东部地区存在加剧、在中西部地区存在缓解的可能.

分析北部湾南流江流域净初级生产力时空动态变化特征及其驱动机制,为该区域生态环境保护及应对气候变化提供科学依据.基于光能利用率模型(CASA),利用遥感数据、气象数据和植被类型数据估算了研究区2000-2015年流域的净初级生产力(NPP),借助于Theil-Sen趋势、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对研究区NPP的时空变化特征、未来趋势及其驱动因素进行了定量化分析.结果 表明:①时间尺度上,流域NPP总体上呈现出波动上升趋势,增速为44.03 g C m-2(10a)-1,快于广西自治区,上游和下游地区NPP快于全区,而中游地区慢于全区;②空间尺度上,流域NPP的分布规律表现出明显的地域分异,中游最高(1098.99 g C/m2),下游次之(1041.71 g C/m2),而上游最小(1013.22 g C/m2).NPP的Sen趋势度介于-77.10-74.80 g C m-2 a-1之间,在空间上呈现出增加的趋势.③空间波动性上,流域NPP的变异系数较大,其值介于0.01-0.71,其中洪潮江水库、小江水库周边以及玉林市的城乡建设用地扩张区域处于高波动状态,而流域中部的六万大山以及五皇山地带则处于低波动状态;④未来变化趋势上,流域NPP的Hurst指数范围介于0-0.99之间,平均值为0.70,呈现单峰右偏分布,预示着流域NPP未来处于持续性增加的趋势;⑤驱动机制上,流域NPP与多年平均气温呈正相关关系,与年均降水量呈负相关关系,气温是该流域植被NPP的主控因子.由耕地转化为建设用地所导致的NPP损失值最大,其值达到4715.62 t/a,而草地转换为建设用地导致NPP损失值最小,其值仅为184.63 t/a.

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区——陕北长城沿线为研究区.利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ)和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响.结果表明:(1)在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果.(2)在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因.从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值.(3)通过最小风蚀因子情景模拟间接表明:植被恢复能够遏制风蚀现象的发生.但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著.(4)综合上述3种情景,每年潜在风蚀量＞防风固沙量＞实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果.通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用.

祁连山国家公园地处青藏、蒙新、黄土三大高原交汇地带的祁连山北麓,作为国家公园体制试点之一,是我国重要的生态功能区、水源涵养地和生物多样性保护优先区域,其生态功能不可忽视.以祁连山国家公园2000—2019年归一化植被指数(NDVI)和净初级生产力(NPP)数据为基础,结合气温、降水、土地利用、矿产开采和旅游发展数据,利用泰尔-森趋势分析(Theil-Sen趋势分析)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall显著性检验)、土地转移概率矩阵和多元残差分析方法,分析该区域的植被时空分布特征、变化趋势特征及其对气候变化和人类活动的响应.结果表明:(1)2000—2019年祁连山国家公园内NDVI和NPP在空间上呈现出东南高西北低,由东南向西北递减的格局.时间上呈现上升趋势,上升速率分别为0.0053/a和0.0014/a;(2)祁连山国家公园内NPP提高、降低和稳定区域分别占总面积的87.29％、0.40％和12.30％.降低区域零星分布于整个国家公园,其中在走廊南山和冷龙岭交汇处,靠近甘青两省交界边缘分布最为集中.提高区域分布广泛,尤其以国家公园东部最为明显;(3)祁连山国家公园NDVI与气温呈现显著正相关区域约占40.18％,与降水呈现正相关区域约占25.70％,气温上升、降水增多促进了国家公园植被生长,适宜的水热组合对植被生长更有利;(4)人类活动对植被变化的影响具有两面性:约有28.91％矿业、旅游和水电站在整改、规范之后植被生长状况仍较差,生态环境没有明显恢复;退耕还林还草工程、生态林建设工程成效显著,近3年林地、草地面积增多.(5)祁连山国家公园大部分植被覆盖变化是由气候变化和人类活动共同导致.

长江流域作为中国重要的生态屏障,科学认识长江流域植被覆盖时空变化及其驱动因素,对有效开展长江流域生态工程建设具有重要的指导意义与应用价值.基于2000—2019年间MODIS-NDVI与相关气象等数据,采用Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、偏相关分析、残差分析等方法,研究了近20年来长江流域植被覆盖的时空分布与变化特征,并探究了研究区植被覆盖的驱动因素.结果表明:(1)时间变化上,长江流域生长季NDVI呈现波动增长趋势,显著改善面积大于退化面积;(2)空间分布上,流域植被覆盖空间分布格局大致呈现为"中部高,东西低",生长季NDVI多年均值为0.6164,呈较高植被覆盖状态;(3)变化趋势上,植被增长区域大于减少区域,具体表现为"中部强于东部、东部强于西部";(4)变化稳定性上,流域植被变异系数介于0.0104—1.3199之间,呈现出"中间低,东西高,东西部局部区域高低波动并存,地域性差异明显"的空间变化稳定性特征;(5)影响因素上,流域植被覆盖变化受气温和降水的共同影响,大部分区域生长季NDVI变化以气候驱动为主,局部区域表现自然因素叠加人为因素作用的共同驱动,残差分析显示人类活动对长江流域植被覆盖以正效应为主.

国家实施天然林资源保护工程与退耕还林等生态建设工程,为构筑长江上游生态屏障、促进长江流域经济可持续发展做出了突出贡献;评估退耕还林等生态工程实施后植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复优化与生态环境改善的关键一步.基于MODIS MOD13Q1数据,应用Theil Sen斜率与Mann?Kendall趋势检验、"基线"评价方法、时空地理加权回归模型等量化不同时间尺度的植被时空变化、恢复成效和恢复机制.结果表明(1)植被覆盖状况良好,截止2019年底,四川省91％的区域植被出现增长,四川盆地东北部、四川省南部地区以及东南部乌蒙山、川西北高原地区植被覆盖较高;成都市内以及周围市区植被覆盖率较低.(2)植被恢复成效时空差异显著,占全省面积98.68％的区域植被恢复成效明显,高值区面积占比71.47％,集中于除成都平原外的四川省绝大部分区域.(3)气候变化对植被变化的影响以不显著为主,气温、降水对四川省植被恢复影响微弱,海拔和>35°坡度面积比等地理环境因子则以弱抑制作用为主.(4)在相对平稳的气候背景下,人均财政支出、耕地面积与人均GDP所代表的社会经济因素是植被恢复成效改善的重要影响因素.研究揭示的植被恢复效果及关键气候、地理环境和社会经济因子,可为植被恢复政策的优化提供一定理论支撑.

自然保护区对维护生物多样性,改善生态环境质量具有重要作用.然而,我国自然保护区生态环境质量变化及其对自然因素与人类活动的响应规律还不清晰,理解这些规律对我国的生态文明建设以及生物多样性的保护具有重要意义.基于2001—2019年中国历史高分辨率生态环境质量数据CHEQ数据集以及自然因素,利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验以及多元回归残差分析等方法,探究了2001—2019年中国自然保护区的生态环境质量时空变化特征及其对自然因素与人类活动驱动因素的响应.结果表明:①我国自然保护区的CHEQ指数呈现多阶段波动变化,总体呈小幅度下降趋势,平均趋势率为-0.54×10-3/a;在空间上,中国自然保护区CHEQ变化趋势值呈"南高北低,东高西低"的分布格局;②自然因素与人类活动的共同作用是我国自然保护区生态环境质量恶化的主要原因,且恶化区域主要分布在自然保护区的实验区和缓冲区.其中自然因素对我国自然保护区生态环境质量变化的影响在-3×10-3/a—0/a之间,人类活动的影响在-1×10-3/a—2×10-3/a之间;③自然因素对我国自然保护区贡献率多在75％以上,人类活动对我自然保护区贡献率多在45％以下.在所选的自然因素里,降水因子对我国自然保护区的生态环境质量空间分布影响最大,地表径流量因子的影响最小.研究在弥补了现有研究不足的同时,有望未来为可持续发展中生态环境与经济社会协同发展研判提供科学的定量支撑,并为制定相应的政策提供科学依据.