垂直帶譜上植被群落對氣候變化響應的研究進展

劉月, 安德帥, 徐丹丹,* , 朱建琴

垂直帶譜上植被群落對氣候變化響應的研究進展

劉月1, 安德帥2, 徐丹丹2,*, 朱建琴3

1. 南京林業大學林學院, 南京 210037 2. 南京林業大學生物與環境學院, 南京 210037 3. 武夷山國家公園科研監測中心, 武夷山 354300

氣候變化對垂直帶譜的影響是長久以來的熱點問題之一。但是目前大部分研究集中在利用遙感影像分析不同植被覆蓋度和生物量上, 對植被帶譜上植被群落沿海拔上的遷移的研究相對較少。植被覆蓋度和生物量變化(短期效應), 和垂直帶譜上植被群落的遷移(長期效應)均能反應植被對氣候變化的響應。因此, 我們以垂直帶譜上植被群落的遷移為主線, 分別綜述了氣候變暖對植被覆蓋度和生物量的影響, 垂直帶譜上不同植被類型隨氣候變化在海拔梯度上的遷移, 以及氣候變化對垂直帶譜上不同植被群落海拔梯度上分布帶寬的影響。

遙感; 植被垂直帶譜; 氣候變化; 植被群落遷移

0 前言

聯合國政府間氣候變化專門委員會(Inter-governmental Panel on Climate Change, IPCC)第5次評估報告認為1980年—2012年全球地表平均氣溫上升了約0.85 °C[1]。全球氣候變化主要表現為氣溫上升、降水增加和空氣濕度增大, 氣候變化導致水熱條件改變, 會引起植被群落覆蓋度、生物量和分布面積、界限的變化, 一些植物分布范圍產生變化, 擴大、縮小甚至消失。植被通過多種方式響應氣候的變化并體現氣候變化的幅度, 同樣, 植被也是陸地生態系統的中間環節, 它連接了大氣、水體、土壤等各個要素, 是生態環境變化的綜合指示器[2]。合理的水熱配比能促進植被生長發育的空間進程[3–4], 也是決定地帶性植被的主導氣候因子[5]。氣候決定植被的分布主要通過熱量和水分條件來體現, 熱量是植被生長的能量來源, 而降水是植被生理的基礎組成[6], 因此熱量的差異造成植被群落在海拔及緯度上的地帶性分布、降水的差異造成植被群落在徑向上的分布變化, 當溫度升高就會直接導致植被群落在海拔和緯度上發生遷移現象[7]。山體具有發達的垂直帶譜, 兼容了水平地帶性和垂直地帶性, 可以作為研究植被與氣候關系的最好研究區域, 并且山體上的植被群落相比較平原受到降水的影響要小一點, 因此在海拔上更能達到他們生存的最高溫度界限[7]。因此, 研究海拔上垂直分布的植被對氣候變化的響應是非常有必要的。且植物對氣候變化的響應是一個波動變化的過程, 不同的群落對氣候變化的響應不同, 相對應各自的氣候類型, 穩定的植被群落與區域氣候相互作用, 并且有相對的適應性[8–10]。因此, 理清不同植被群落類型對全球氣候變化的響應機制的區別尤為重要。

最初對植被類型展開調查主要是通過人工設立樣方, 分不同區域設置樣地逐個進行調查[11–12]。此類方法不但花費大量時間和勞力, 而且得到的數據也不完整, 許多人類難以到達、道路崎嶇的山地無法深入調查, 因此得到的數據不全面。而遙感技術作為近年來的新興手段, 相較于耗時耗力的傳統植被調查方式來說已經成為一種趨勢潮流[13–14]。由于不同的植被有不同的光譜特征, 在影像上表現為不同的亮度值, 我們利用這一特征可對影像進行分類。遙感作為提取植被信息、全面的監測植被變化的一種技術手段[15], 不但彌補了人工調查的不足, 并且其中的高空間分辨率、多時間段遙感數據可以為植被分類提供驗證和提高精度的輔助作用[16], 以此可以全面分析植被當下的狀況。并且研究植被對氣候變化的響應是一個長期的過程, 需要長時間的數據來進行分析研究, 而遙感數據就可以做到長期且穩定的特點。因此, 通過遙感技術研究整個垂直帶譜上所有的植被類型對氣候變暖的響應具有不可替代的意義[7, 8, 17–18]。

1 氣候變暖對植被覆蓋度和生物量的影響

植被覆蓋度和生物量是指示植被群落生長狀況的重要指標[19]。通過遙感影像提取的植被指數因其能提供連續可靠的數據以及其與生物量、葉面積指數、覆蓋度、初級生產力等有很好的相關性(比如歸一化植被指數(NDVI)), 在植被群落的研究中被廣泛應用[18, 20-22]。從生物量這方面來說, 全球變暖會導致植被物候的改變, 氣溫、降水、光照、CO2濃度的變化都會影響植被的物候期, 溫度升高則會促進植物的光合作用, 間接的導致植被的生長期延長, 進而促進植被生物量的積累[23-25]。研究表明我國的東北部、北部的草本植被受到全球氣候變化的影響均有返青期提前、枯黃期退后及生長季延長的現象[26]。年均溫的升高也可以促進云南高寒草甸和針葉林植被的光合作用, 還可以延長常綠與落葉混交林、農業植被和常綠與落葉混交灌叢落葉植被的生長季, 進而增加生物量的積累。從植被覆蓋度方面來說, 有研究表明現今北半球平均溫度高于南半球, 且隨著全球氣候變暖的程度進一步加深, 兩個半球之間的溫差會維持上升的趨勢[27]。由此北半球植被NDVI也會出現顯著增強, 尤其是中高緯度地區, 植被覆蓋度呈增加的趨勢[28],氣溫和植被指數有很強的相關性, 這也從另一方面看出NDVI是指示植被群落對氣溫變化響應的重要指標。中國植被活動也順應這一改變, 具體表現在西北干旱區[29-32]、青藏高原[22, 24]、華北地區[33–34]以及氣候敏感區[4, 29, 35–36]的植被覆蓋度普遍增高。綜合我國學者的研究發現, 在三江平原[37]、華北平原[38]等低海拔平原地區年均氣溫普遍升高, 植被覆蓋度也相應增加, 氣溫在平原地區是影響植被覆蓋度的主要因子; 在甘南高原[4]以及黃土高原[39]等高海拔高原地區, 植被覆蓋與氣溫變化方向一致, 由東南向西北遞減, 呈現東南高、西北低的特征, 整體為增長趨勢, 且空間差異明顯, 降水比氣溫對植被NDVI的影響相比較于平原地區更大。但是大多數的學者并沒有對一個完整的垂直帶譜上不同植被類型的NDVI變化做出明確研究, 目前關于垂直帶上植被變化程度的機理不是非常清楚, 因此做一個完整的垂直帶上不同植被類型NDVI隨氣溫變化區別的研究是很有必要的。

1.1 不同海拔高度植被對氣候變化的響應程度

在高緯度、高海拔地區, 氣溫是影響植被生長的主要因素, 隨海拔上升, 氣溫與植被NDVI的相關性逐漸增加[40-43]。海拔低的區域水熱條件更好, 所以植被增加面積大, 海拔高的區域植被蒸騰耗水少, 受降水影響較小, 生長主要受限于氣溫, 所以低海拔地區盡管水熱條件有所改善但受降水的影響更大, 所以植被增加面積少[41, 44]。中亞西北部的平原區域, 氣溫升高降水減少導致植被NDVI呈下降趨勢, 東部高海拔山區氣溫升高降水相對充沛導致植被NDVI呈顯著上升趨勢[44]。長白山九月降水的增加對低海拔落葉松徑向生長具有積極的作用, 正面反映出生物量的增加[45]。因此高寒草地植被受氣候條件的影響明顯大于林地和灌叢[43]。高寒灌叢對氣候變化的響應又高于高寒草甸和草原, 在高緯度受降水影響較小, 對溫度變化更敏感, 而高寒草原和草甸在低緯度地區則相反[41]。以喀斯特地區和秦嶺為例, 植被的增加趨勢隨海拔升高而減弱, 且增加速率隨海拔的升高而減小。低海拔區域(海拔＜500 m)植被覆蓋呈減少或顯著增加趨勢, 主要植被類型為農耕植被, 變化更多的是受到人類活動的強烈影響, 例如農耕和生態工程建設; 中等海拔區域植被覆蓋指數(NDVI)最大; 隨著海拔的逐漸升高, 人類干預變小, 植被變化更穩定, 因為人類在此活動較少[42, 46]。

同時, 植被NDVI以及生物量與降水和氣溫的相關性受到區域原本的氣候條件的影響[32, 47]。而海拔不同水熱條件會存在巨大的差異, 這造就了植被的原生環境。具體表現為在干旱半干旱地區, 氣候干燥降水少, 植被多為草地, 所以降水是植被生長的主要限制因子; 半濕潤區水資源相對豐富, 所以熱量是植被生長的主要限制因子[8, 32, 47–48]。在雨量少的地區降水的增加可以減少水分對植被的抑制作用, 而雨量多的地區降水的增加會減弱植被的光合作用[49]。對于我國華北、內蒙古地區而言, 降水是植被生長的限制因子, 在青藏高原、陜甘寧黃土高原等地區, 氣溫是植被生長的限制因子[4]。對內蒙古高原地區進行調查發現: 森林與溫度響應關系弱、草原區植被覆蓋主要受降水影響、而荒漠區植被覆蓋與降水相關性更強, 由于內蒙古高原的荒漠區域氣候干旱降水少, 因此植被生長對降水變化更敏感, 植被覆蓋與降水呈正相關, 水分是荒漠草原植被生長的重要限制因子[18, 50–51]。在甘肅民勤荒漠區, 沙米、鹽生草、沙蒿等一年生草本或淺根植物在水分適宜時能夠產生大量幼苗[8]。因此, 研究不同海拔的植被NDVI對氣候變化的響應是必不可少的。

1.2 不同植被類型對氣候變化的響應

許多研究結果都顯示不同植被類型對氣候變化的響應特征不同[41, 49, 52–53]。針葉林、灌木的NDVI與溫度顯著相關; 闊葉林、溫帶草原的NDVI與降水顯著相關; 高寒植被(草甸、草原)以及荒漠的NDVI受氣溫和降水的共同影響, 氣溫的影響大于降水[45, 53–54]。青藏高原是一個典型的例子, 由于海拔梯度大, 隨著海拔的升高自然景觀差異增大, 研究顯示植被覆蓋度變化與溫度變化呈正相關, 區域植被類型為高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠, 特征為海拔高、溫度低; 植被覆蓋度變化與降水量變化呈正相關區域植被類型以高寒草甸、高寒草原和溫帶草原為主[24]。黃河源區高寒灌叢在高緯度受降水影響較小, 對氣溫的敏感性大于降水, 對氣候變化的響應高于高寒草甸和草原; 而高寒草原和草甸在低緯度地區時受水分影響較大, 對降水的敏感性大于氣溫[41]。由于草地、灌木較森林有著對溫度、降水變化更為顯著的響應[3, 30], 且覆蓋度呈現明顯的空間異質性[36], 我國學者針對草原區展開一系列研究同樣發現在干旱區草原, 生物量對氣候變化的響應主要取決于降水, 而相對濕潤的區域對氣候變化的響應取決于溫度[23]。例如在青藏高原中西部、昆侖山南側、天山南側以及高緯度和高海拔地區, 草地類型以荒漠草地為主, 降水是限制草地植被生長的主要影響因子; 在新疆西部、青藏高原南部以及呼倫貝爾草原地區, 草地類型以高山亞高山草甸為主, 熱量是限制草地植被生長的主要因子[36, 55]。但是有一種特殊的情況, 降水并不是干旱地區植被生長的限制因子, 在我國西北干旱地區研究人員發現植被對降水變化的響應要小于氣溫, 原因在于雖然西北氣候干旱, 蒸發量大于降水量, 但是區域河流密集加之人類引水灌溉, 所以降水并不是植被生長的限制條件[35]。

還有學者認為不同植被類型對氣候變化的響應存在顯著空間差異, 總體來說受氣溫的影響大于降水, 但都受到水分因子的制約[18, 22, 53, 56–57]。因為溫度和降雨在空間上分布不均, 以及變化程度的分布不均, 與此相對應的植被覆蓋變化與氣溫會呈現出異質性, 與降水在空間上呈現正相關[44]。在祁連山地區植被覆蓋度與降水空間分布一致, 表現為東多西少[43]。降水的增加會提高干旱區植被的生產力, 例如西部干旱地區植被由荒漠轉化為綠洲和草甸; 而降水的減少會導致植被逆向轉變, 例如鄂爾多斯植被蓋度從東南到西北隨著降水的減少植被類型由典型草原、荒漠草原過渡到草原化荒漠, 植被覆蓋度也呈現出減少的趨勢[32]。

1.3 其他影響植被覆蓋度及生物量的因素

在區域尺度上, 植被覆蓋度的高低也是影響植被對氣候變化響應的重要原因之一。不同的植被覆蓋度對氣候變化的響應具有差異性[23]。在全球氣候變化的大背景下, 青藏高原植被覆蓋度呈“整體升高、局部退化”趨勢, 改善區域主要位于低覆蓋區, 退化區域主要位于高覆蓋區, 區域差異大[24]。在月際尺度上, 中低植被覆蓋區主要受短期降水量的影響, 而高植被覆蓋區則是積溫效應占主導[22]。

除溫度和降雨以外, 地形因子和其他氣候因素也會從不同程度上影響植被NDVI值。有研究表明, 在相同的研究區的不同地理位置植被NDVI的變化對氣候變化的響應不一致, 原因是所處的地形和緯度不同, 氣候會隨坡向、海拔高度等不同而存在明顯差異[45], 從而通過影響水熱造成同一區域植被NDVI的差別。不同海拔地形和自然條件下植被覆蓋原本就存在差異[58], 即便在同一區域植被覆蓋與水熱條件變化趨勢也不一定完全吻合[24]。所以植被的動態變化除了考慮到溫度和降雨的直接影響之外還需考慮到地形因子(海拔高度、坡度和坡向)的間接影響。植被覆蓋變化受坡度的影響在于坡度大不利于水分匯集, 因此隨坡度增加植被覆蓋度會降低, 還受坡向影響, 南坡的植被覆蓋度好于北坡; 而氣溫升高會導致高海拔研究區山地物理風化增強, 造成高海拔地形陡峭地區的植被呈顯著退化[41]。此外, 其他氣候因子, 如日照時間、濕度、蒸發量、風速及地下水埋深等, 也會對植被的NDVI值有一定的影響[47]。有研究表明, 風速與植被NDVI有一定關系, 春夏季風速小的時候, 植被NDVI與風速呈極顯著負相關, 年內植被NDVI值較大[59]; 地下水埋深較深的地區, 植被NDVI的變化趨勢也更明顯[30]。

人為因子也是影響植被覆蓋度和生物量的重要因素, 人類活動對植被的影響分為積極和消極兩個方面, 植被變化受氣候和人類活動共同影響。生態工程的實施對提高植被覆蓋有積極的效應, 城市化進程的加快造成土地利用類型轉變, 可能起消極影響[60]。對秦嶺地區研究發現, 在低海拔區域因為人類農耕活動的影響, 植被覆蓋度不如高海拔區域覆蓋度上升的快[42]; 還有研究表明1999—2010年西北喀斯特地區植被增加的主要原因是人為導致, 說明中國的生態工程效果明顯[46]。由于影響因素的多樣性和復雜性, 尤其是人為因素的影響很復雜, 這些原因導致了研究氣候變化對垂直梯度上的不同植被類型的影響有了很大的難度和挑戰, 這也是未來這一方面的研究需要解決的問題。

2 垂直帶譜上不同植被類型隨氣候變化在海拔梯度上的遷移

受全球氣候變化的影響, 各溫度帶在緯度上向南北進行移動, 在海拔上向上移動, 具體體現為寒溫帶消失, 暖溫帶范圍擴大, 氣候向暖干或暖濕方向發展[17, 22, 29, 41, 43, 45, 50, 61]。由此造成陸地生態系統中動植物活動范圍向高海拔、高緯度地區延伸[9, 42, 62–63]。已有研究表明濕地中的一些植被物種向高緯度地區擴展, 而其他一些物種消失[64]。我國東北原有溫帶區域面積最大, 相對應分布的植被是森林, 其次分別是寒溫帶、暖溫帶, 相對應分布是草原植被, 而暖干化引起溫度帶的北移造成寒溫帶消失, 暖溫帶范圍擴大, 濕潤森林界限北移, 溫帶草原跟隨濕潤森林北移取代濕潤森林收縮的空間[17]。已有研究表明2 ℃增溫可使東北森林的垂直帶譜向上移動300 m左右, 亞熱帶常綠闊葉林向北擴大3個緯度[9]。在全球持續變暖下, 北方森林帶將有繼續北移的趨勢[9, 62]。全球氣候變暖還會導致各地區降水的波動變化, 我國北方溫帶地區降水量增加后, 幾種雞兒錦的分布區會向北遷移, 在我國的分布范圍縮小[32]。

隨著植被分布海拔的升高, 水熱條件波動范圍也變大, 因此陸地植被生態系統受全球氣候變化的影響更加顯著[42]。例如阿爾卑斯山植被分布界限向上遷移[65]、哈爾騰河流域上游植被覆蓋類型的頻繁變換[62]。并且植被在不同的海拔高度對氣候變化的響應程度也不同[46]。海拔升高會導致水熱條件變化, 由此形成山地垂直溫度帶, 植被生長也隨之呈明顯的垂直地帶性分布。有研究者對我國秦嶺地區展開研究后發現植被隨海拔升高由闊葉林向針葉林、高山草甸轉變[24, 42–43], 郭鈮等人[40]對西北22年間的植被變化觀察同樣發現原本亞熱帶落葉闊葉林分布區域演變為溫帶常綠針葉林。水杉作為我國特有裸子植物, 我國學者朱瑩瑩等人[66]對它的種群分布進行預測研究發現, 在全球氣候變暖的背景下, 現存的野生水杉適生區可能消失, 未來野生分布區會向我國西北部和喜馬拉雅山西部地區遷移。

3 氣候變化對垂直帶譜上不同植被群落海拔梯度上分布帶寬的影響

隨著全球變暖的不斷推進, 物種向高海拔地區和極地不斷遷移, 范圍在不斷變化, 超越了它們原本的分布區域[42, 67]。蒙古沙拐棗分布變化表現為現有面積不變, 新的適宜生境面積增加, 會向北部高緯度地區移動[68]。對于西北干旱區域而言, 新增植被是在老植被區邊緣向外擴張, 由無植被區轉為低覆蓋草地再演變成中覆蓋度草地, 在前端由無植被覆蓋區直接轉化為中覆蓋度草地[62]。對陜甘寧地區研究發現, 低植被覆蓋區逐年減少, 從東南向西北“綠色植被帶”逐年加寬[29]。但氣候變暖對植被的影響也并非完全積極的, 我國學者對雙花木屬植物分布進行調查預測, 發現隨著氣候變暖的行進, 雙花木屬植物現有分布區會出現收縮的現象, 在武夷山山脈的潛在分布區可能會喪失[69]。

由于樹線過渡區的樹木對氣溫變化非常敏感, 因此樹線是監測陸表植被生態系統對氣候變化響應的方式之一[70–71]。目前全球大部分地區的樹線都呈現出上移的趨勢, 亞洲樹線上移比例高達64%, 歐洲和北美洲樹線上移的比例為56%[70]。青藏高原的天然樹線海拔高達4900 m, 是北半球海拔最高的天然樹線, 也是研究群落遷移對于氣候變化響應的絕佳區域[72], 青藏高原的氣候順應全球變暖的趨勢, 但樹線并沒有大幅爬升, 并且樹線變化幅度的空間差異很大[71–72]。研究結果都表明氣候變暖的確有利于青藏高原樹線上移, 但非氣候因素對于樹線的變化也有很大影響[70, 72]。

全球氣候變暖對全球植被的影響巨大, 主要表現在植被群落往高海拔和高緯度的遷移。研究垂直分帶上的植被群落的遷移有助于理解植被群落對氣候變化的響應機制。而垂直植被帶譜上的植被分類是研究垂直分帶上植物群落遷移的基礎, 特別是常綠闊葉林的垂直植被帶譜上的植被分類在研究上是一個難點。因此, 本論文旨在基于遙感數據, 通過方法的改進, 對武夷山垂直帶譜上的各個植被群落進行準確的分類和長時間變化研究以及受氣候變化的影響。

[1] CIAIS P, SABINE C, BALA G, et al. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Change[J]. Computational Geometry, 2013, 18(2): 95–123.

[2] 楊林山, 李常斌, 王帥兵, 等. 氣候變化和人類活動對洮河流域植被動態的影響研究[J]. 資源科學, 2014, 36(9): 1941–1948.

[3] 李霞, 李曉兵, 王宏, 等. 氣候變化對中國北方溫帶草原植被的影響[J]. 北京師范大學學報(自然科學版), 2006(6): 618–623.

[4] 王偉軍, 趙雪雁, 萬文玉, 等. 2000—2014年甘南高原植被覆蓋度變化及其對氣候變化的響應[J]. 生態學雜志, 2016, 35(9): 2494–2504.

[5] 張慧, 靳英華, 神祥金, 等. 中國植被類型區大氣增溫趨勢及其不對稱性研究[J]. 地理科學, 2018, 38(2): 272–283.

[6] 方精云. 我國森林植被帶的生態氣候學分析[J]. 生態學報, 1991(4): 377–387.

[7] 方精云. 也論我國東部植被帶的劃分[J]. 植物學報, 2001(5): 522–533.

[8] 常兆豐, 韓福貴, 仲生年. 民勤荒漠植被對氣候變化的響應[J]. 應用生態學報, 2012, 23(5): 1210–1218.

[9] 焦珂偉, 高江波, 吳紹洪, 等. 植被活動對氣候變化的響應過程研究進展[J]. 生態學報, 2018, 38(6): 2229–2238.

[10] 於琍, 李克讓, 陶波, 等. 植被地理分布對氣候變化的適應性研究[J]. 地理科學進展, 2010, 29(11): 1326–1332.

[11] 關文彬, 曾德慧, 姜鳳岐. 中國東北西部地區沙質荒漠化過程與植被動態關系的生態學研究:植被的分類[J]. 應用生態學報, 2000(6): 907–911.

[12] 李榮, 王晶杰. 低山丘陵區人工灌叢草場植被調查報告[J]. 內蒙古草業, 1999(3): 16–20.

[13] 陳君穎, 田慶久. 高分辨率遙感植被分類研究[J]. 遙感學報, 2007(2): 221–227.

[14] 張喜旺, 吳炳方. 基于中高分辨率遙感的植被覆蓋度時相變換方法[J]. 生態學報, 2015, 35(4): 1155–1164.

[15] 鄒蒲, 王云鵬, 王志石, 等. 基于ETM+圖像的混合像元線性分解方法在澳門植被信息提取中的應用及效果評價[J]. 華南師范大學學報(自然科學版), 2007(2): 131–136.

[16] 張揚建, 范春捆, 黃珂, 等. 遙感在生態系統生態學上應用的機遇與挑戰[J]. 生態學雜志, 2017, 36(3): 809–823.

[17] 吳正方, 靳英華, 劉吉平, 等. 東北地區植被分布全球氣候變化區域響應[J]. 地理科學, 2003(5): 564–570.

[18] 周錫飲, 師華定, 王秀茹. 氣候變化和人類活動對蒙古高原植被覆蓋變化的影響[J]. 干旱區研究, 2014, 31(4): 604–610.

[19] 白淑英, 吳奇, 史建橋, 等. 基于時間序列遙感數據的西藏山南地區植被覆蓋變化特征分析[J]. 中國沙漠, 2015, 35(5): 1396–1402.

[20] 陳曉光, 李劍萍, 李志軍, 等. 寧夏鹽池近年來植被與氣候變化分析[J]. 生態學報, 2006(5): 1516–1522.

[21] 侯美亭, 趙海燕, 王箏, 等. 基于衛星遙感的植被NDVI對氣候變化響應的研究進展[J]. 氣候與環境研究, 2013, 18(3): 353–364.

[22] 王青霞, 呂世華, 鮑艷, 等. 青藏高原不同時間尺度植被變化特征及其與氣候因子的關系分析[J]. 高原氣象, 2014, 33(2): 301–312.

[23] 丁勇, 侯向陽, Leonid Ubugunov, 等. 溫帶草原區氣候變化及其對植被影響的研究進展[J]. 中國農學通報, 2012, 28(17): 310–316.

[24] 劉軍會, 高吉喜, 王文杰. 青藏高原植被覆蓋變化及其與氣候變化的關系[J]. 山地學報, 2013, 31(2): 234–242.

[25] 仝莉棉, 曾彪, 王鑫. 2000-2012年山西省不同植被類型物候變化及其對氣候變化的響應[J]. 水土保持研究, 2016, 23(2): 194–200.

[26] 范瑛, 李小雁, 李廣泳. 基于遙感數據的內蒙古草原灌叢物候變化研究[J]. 干旱氣象, 2014, 32(6): 902–908.

[27] 王紹武, 羅勇, 趙宗慈, 等. 北半球變暖比南半球激烈[J]. 氣候變化研究進展, 2015, 11(1): 76–78.

[28] 馬有絢. 干旱半干旱地區植被指數與氣候的關系[D]. 甘肅:蘭州大學, 2016.

[29] 李雙雙, 延軍平, 萬佳. 近10年陜甘寧黃土高原區植被覆蓋時空變化特征[J]. 地理學報, 2012, 67(7): 960–970.

[30] 宋鵬飛, 白利平, 王國強, 等. 黑河流域地下水埋深與氣候變化對植被覆蓋的影響研究[J]. 北京師范大學學報(自然科學版), 2014, 50(5): 549–554.

[31] 周夢甜, 李軍, 朱康文. 近15a新疆不同類型植被NDVI時空動態變化及對氣候變化的響應[J]. 干旱區地理, 2015, 38(4): 779–787.

[32] 朱雅娟, 吳波, 盧琦. 干旱區對降水變化響應的研究進展[J]. 林業科學研究, 2012, 25(1): 100–106.

[33] 劉斌, 孫艷玲, 王中良, 等. 華北地區植被覆蓋變化及其影響因子的相對作用分析[J]. 自然資源學報, 2015, 30(1): 12–23.

[34] 孫艷玲, 郭鵬. 1982—2006年華北植被覆蓋變化及其與氣候變化的關系[J]. 生態環境學報, 2012, 21(1): 7–12.

[35] 韋振鋒, 王德光, 張翀, 等. 1999—2010年中國西北地區植被覆蓋對氣候變化和人類活動的響應[J]. 中國沙漠, 2014, 34(6): 1665–1670.

[36] 周偉, 剛成誠, 李建龍, 等. 1982—2010年中國草地覆蓋度的時空動態及其對氣候變化的響應[J]. 地理學報, 2014, 69(1): 15–30.

[37] 張博, 陸垂裕, 孫青言, 等. 三江平原植被覆蓋度對氣候和土地利用變化的響應[J]. 水電能源科學, 2017, 35(8): 18–22.

[38] 阿多, 趙文吉, 宮兆寧, 等. 1981—2013華北平原氣候時空變化及其對植被覆蓋度的影響[J]. 生態學報, 2017, 37(2): 576–592.

[39] 孟晗, 黃遠程, 史曉亮. 黃土高原地區2001—2015年植被覆蓋變化及氣候影響因子[J]. 西北林學院學報, 2019, 34(1): 211–217.

[40] 郭鈮, 朱燕君, 王介民, 等. 近22年來西北不同類型植被NDVI變化與氣候因子的關系[J]. 植物生態學報, 2008(2): 319–327.

[41] 徐浩杰, 楊太保, 曾彪. 黃河源區植被生長季NDVI時空特征及其對氣候變化的響應[J]. 生態環境學報, 2012, 21(7): 1205–1210.

[42] 崔曉臨, 白紅英, 王濤. 秦嶺地區植被NDVI海拔梯度差異及其氣溫響應[J]. 資源科學, 2013, 35(3): 618–626.

[43] 蔣友嚴, 杜文濤, 黃進, 等. 2000—2015年祁連山植被變化分析[J]. 冰川凍土, 2017, 39(5): 1130–1136.

[44] 張琪, 袁秀亮, 陳曦, 等. 1982—2012年中亞植被變化及其對氣候變化的響應[J]. 植物生態學報, 2016, 40(1): 13–23.

[45] 于健, 劉琪璟, 徐倩倩, 等. 長白山東坡植被指數變化及其對氣候變化的響應[J]. 應用與環境生物學報, 2015, 21(2): 323–332.

[46] 童曉偉, 王克林, 岳躍民, 等. 桂西北喀斯特區域植被變化趨勢及其對氣候和地形的響應[J]. 生態學報, 2014, 34(12): 3425–3434.

[47] 郭敏杰, 張亭亭, 張建軍, 等. 1982—2006年黃土高原地區植被覆蓋度對氣候變化的響應[J]. 水土保持研究, 2014, 21(5): 35–40.

[48] 侯光雷, 張洪巖, 郭聃, 等. 長白山區植被生長季NDVI時空變化及其對氣候因子敏感性[J]. 地理科學進展, 2012, 31(3): 285–292.

[49] 蒙吉軍, 王鈞. 20世紀80年代以來西南喀斯特地區植被變化對氣候變化的響應[J]. 地理研究, 2007(5): 857-865.

[50] 繆麗娟, 蔣沖, 何斌, 等. 近10年來蒙古高原植被覆蓋變化對氣候的響應[J]. 生態學報, 2014, 34(5): 1295– 1301.

[51] 李曉光, 劉華民, 王立新, 等. 鄂爾多斯高原植被覆蓋變化及其與氣候和人類活動的關系[J]. 中國農業氣象, 2014, 35(4): 470–476.

[52] 樸世龍, 方精云, 陳安平. 我國不同季節陸地植被NPP對氣候變化的響應(英文)[J]. Acta Botanica Sinica, 2003(3): 269–275.

[53] 李輝霞, 劉國華, 傅伯杰. 基于NDVI的三江源地區植被生長對氣候變化和人類活動的響應研究[J]. 生態學報, 2011, 31(19): 5495–5504.

[54] 阿拉努爾·艾尼娃爾, 吐爾遜·哈斯木, 劉亞文, 等. 哈密市植被變化及其對氣候變化的響應[J]. 科學技術與工程, 2019, 19(5): 64–71.

[55] 神祥金, 周道瑋, 李飛, 等. 中國草原區植被變化及其對氣候變化的響應[J]. 地理科學, 2015, 35(5): 622–629.

[56] 謝寶妮, 秦占飛, 王洋, 等. 基于遙感的黃土高原植被物候監測及其對氣候變化的響應[J]. 農業工程學報, 2015, 31(15): 153–160.

[57] 孫欽明, 劉彤, 韓志全, 等. 遙感分析天山北部植被覆蓋對氣候變化的多時間尺度響應[J]. 農業工程學報, 2014, 30(15): 248–255.

[58] 王兮之, 梁釗雄, 周顯輝, 等. 黃河源區瑪曲縣植被覆蓋度及其氣候變化研究[J]. 水土保持研究, 2012, 19(2): 57–61.

[59] 李登科. 陜西吳起植被動態及其與氣候變化的關系[J]. 生態學雜志, 2007(11): 1811–1816.

[60] 王靜, 王克林, 張明陽, 等. 南方丘陵山地帶NDVI時空變化及其驅動因子分析[J]. 資源科學, 2014, 36(8): 1712–1723.

[61] 趙軍, 馬小平, 魏偉. 近50年黑河流域潛在植被的演替及生態環境變化研究[J]. 草業學報, 2014, 23(5): 61–68.

[62] 何紅, 牛叔文, 齊敬輝. 西北高寒干旱區哈爾騰河流域植被覆蓋變化及其對全球氣候變化的響應[J]. 冰川凍土, 2015, 37(4): 963–972.

[63] 曹策, 蔣昕. 植物分布對氣候變化的響應[J]. 綠色科技. 2017(16): 111–113.

[64] ZHU K, WOODALL C W, CLARK J S. Failure to migrate: lack of tree range expansion in response to climate change[J]. Global Change Biology, 2012, 18(3):1042–1052.

[65] GRABHERR G, GOTTFRIED M, PAULL H. Climate effects on mountain plants[J]. Nature, 1994, 369(6480): 448.

[66] 朱瑩瑩, 徐曉婷. 氣候變化對我國特有瀕危物種水杉野生種群分布的影響[J]. 生態學雜志, 2019, 38(6): 1629– 1636.

[67] 龔春梅, 白娟, 梁宗鎖. 植物功能性狀對全球氣候變化的指示作用研究進展[J]. 西北植物學報, 2011, 31(11): 2355–2363.

[68] 朱妮. 氣候變化下蒙古沙拐棗()適宜生境預測[J]. 中國沙漠, 2019, 39(3): 136–144.

[69] 孟藝宏, 徐璕, 姜小龍, 等. 雙花木屬植物潛在分布區模擬與分析[J]. 生態學報, 2019, 39(8): 2816–2825.

[70] 張雨, 蘆曉明, 王亞鋒. 北半球樹線波動及其驅動因素研究進展[J]. 生態學雜志, 2018, 37(11): 3430–3439.

[71] 劉娟, 鄧徐, 呂利新. 西藏八宿川西云杉樹線過渡區樹木生長與氣候關系的一致性[J]. 植物生態學報, 2015, 39(5): 442–452.

[72] 王亞鋒, 梁爾源, 蘆曉明, 等. 氣候變暖會使青藏高原樹線一直上升嗎?[J]. 自然雜志, 2017, 39(3): 179–183.

Review on the vegetation response to climate change in vertical zone spectrum

LIU Yue1, AN Deshuai2, XU Dandan2,*, ZHU Jianqin3

1. College of Forest Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China 2. College of Biology and the Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China 3. Research Monitoring Center, Wuyishan National Park, Wuyishan 354300, China

The influence of climate change on vegetation vertical zone spectrum is one of the important research questions. However, current research focuses more in the dynamics of vegetation cover and biomass of different vegetation communities in vertical zone spectrum based on remote sensing approach under climate change. However, relatively less research emphasizes the upward shifting of different vegetation communities along elevational gradient. Both dynamics of cover or biomass (short-term response), and upward shifting of vegetation communities (long-term response) indicate vegetation response to climate change. Therefore, this paper provides a comprehensive review including the impact of climate change on vegetation cover and biomass, upward shifting and the elevational distribution change of different vegetation communities in the vertical zone spectrum.

remote sensing; vegetation vertical zone spectrum; climate change; upward shifting of vegetation communities

劉月, 安德帥, 徐丹丹, 等. 垂直帶譜上植被群落對氣候變化響應的研究進展[J]. 生態科學, 2022, 41(3): 245–251.

LIU Yue, AN Deshuai, XU Dandan, et al. Review on the vegetation response to climate change in vertical zone spectrum [J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 245–251.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.029

TP79, Q148

A

1008-8873(2022)03-245-07

2020-07-09;

2020-09-01

國家自然科學基金(41901361); 福建省林業廳資助項目(閩林科便函[(2018)26號]; 江蘇省“六大人才高峰”創新人才團隊項目(TD-XYDXX-006); 江蘇省自然科學基金青年項目(BK20180769)

劉月(1995—), 女, 江蘇南京人, 碩士研究生, 主要從事林業遙感研究, E-mail: lynette@njfu.edu.cn

徐丹丹,女, 博士, 副教授, 主要從事生態遙感研究, E-mail: dandan.xu@njfu.edu.cn