我国北方典型生态区气候变化对农田、森林和草地生态的影响研究

本研究选择黄淮海流域(河南)、新疆、小兴安岭(黑龙江)和内蒙古锡林浩特分别作为农田、森林、草原典型生态研究区,利用较长时间序列的气候资料、遥感数据及其他辅助资料,运用趋势、相关、EOF、突变检验、小波分析及数值模拟等多种方法,在分析研究不同生态研究区气候变化区域特征的基础上,较为系统全面地开展了我国北方典型生态区气候变化对农田生态、森林生态和草原生态典型和敏感生态环境指标的影响研究,包括气候变化对农田土壤水分、农作物发育期和产量的影响;气候变化木本植物和鸟类物候的影响;气候变化对植被NDVI、林木生产力和森林生态环境质量的影响;气候变化对草原土壤水分和牧草产量的影响,同时,通过统计模型和数值模型定量研究了气候变化背景下的土壤水分、作物、林木和牧草响应模式。结果表明: (1)冬小麦生育期在越冬前没有明显变化,从返青到成熟各生育期均提前,其中以拔节期提前最明显:建立了小麦千粒重与气象因子的关系模型。夏玉米各生育期均出现了延迟的趋势,其中以成熟期延迟程度最大。建立了棉花气象产量与关键气象因子的回归方程,提出了影响棉花单产丰歉的评估指标。 (2)木本植物春季平均物候期表现出明显提前的趋势。根据作物生育期模型构建的思路,建立了木本植物始花期的预报模型,检验结果表明,该模型用于实际预报效果较好。 (3)在分析鸟类物候期与气候因子关系的基础上,建立了物候期与气候因子的最优回归方程,获得鸟类物候期对气候的响应关系,可为鸟类生态环境评估提供方法参考。 (4)用遥感资料(NDVI)分析了黄淮海流域植被的变化状况,NDVI值升高,表明近年来该区域生态状况有所改善。对气象站点的降水和气温进行栅格化处理,并开展逐像元计算其与不同植被类型NDVI的相关性,为气候变化影响植被的遥感研究提供了新思路。 (5)天然红松林、天然落叶松林、人工落叶松林等的气候生产力均呈下降趋势,其高值区也发生了区域迁移现象。 (6)降水和蒸发是影响天然草场土壤水分变化的主要气候因素,蒸降差变化可更直观地分析气候变化对土壤水分的影响。并运用动力学手段模拟了气候因子影响下牧草干物质积累的动态变化,有助于开展相关的牧草产量的预测评估服务。 上述结论补充并完善了我国北方典型生态区气候变化对不同生态系统影响整体研究的不足,充分利用现有台站观测资料和遥感资料,研究确定了不同气候因子与作物生育期、产量、土壤湿度、植物和鸟类物候、植被覆盖、林木气候生产力和牧草产量等不同生态研究区重点监测指标间的关系,建立了气候变化对各种指标的统计模型和影响的机理模型,这对于开展气候变化的影响和区域响应监测研究、生态环境脆弱性评估等具有重要的科学意义和应用价值,有助于我国现有生态与农业气象观测站监测数据的进一步利用和监测项目的进一步优化,同时,对于气候变化背景下农业、林业和牧业的可持续发展具有重要的指导意义,也是全球气候变化区域响应研究的一个重要补充和完善。