侯小麗，張 麗，張炳華，周 宇，梁 勇

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東泰安 271018；2.海南省地球觀測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南三亞 572000；3.中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094；4.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山東泰安 271018)

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青藏高原植被對氣候變化響應(yīng)的研究進(jìn)展

侯小麗1，2，張 麗2，3，張炳華3，周 宇3，梁 勇4

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東泰安 271018；2.海南省地球觀測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南三亞 572000；3.中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094；4.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山東泰安 271018)

青藏高原作為全球氣候變化的啟動器和調(diào)節(jié)器，在全球氣候變化研究中備受關(guān)注。研究全球變暖背景下的青藏高原氣候變化以及植被的響應(yīng)特征，對于推進(jìn)該區(qū)域氣候變化研究具有重要意義，目前已有不少該方面的研究報(bào)道，但大多局限于對個(gè)別氣候因素或個(gè)別植被響應(yīng)的描述，缺乏對多種氣候因素的綜合概括和對植被響應(yīng)區(qū)域差異方面的系統(tǒng)概括。該研究首先總結(jié)了青藏高原多個(gè)氣候參數(shù)(氣溫、降水、積雪、日照輻射、水熱通量等)的變化特征；然后歸納了在氣候變化背景下，高原植被特征參數(shù)(綠度、物候、生產(chǎn)力、碳源/匯)對氣候變化響應(yīng)的規(guī)律；最后針對4個(gè)環(huán)境脆弱區(qū)，包括藏北、三江源、環(huán)青海湖、林芝，進(jìn)行了植被變化氣候響應(yīng)特征的討論?；谝陨细攀觯治隽饲嗖馗咴脖粴夂蜃兓憫?yīng)研究方面存在的問題，對未來的研究方向進(jìn)行了展望。

高原植被系統(tǒng)；植被綠度；物候；植被生產(chǎn)力；碳源/匯；蒸散發(fā)

素有“世界第三極”之稱的青藏高原是地球上海拔最高、面積最大、最年輕的高原，占中國陸地總面積26.8%[1]，80%以上的區(qū)域海拔大于4 000 m，具有獨(dú)特的高原氣候特點(diǎn)。高海拔環(huán)境和特殊生態(tài)環(huán)境要素共同對高原植被生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能產(chǎn)生顯著的生態(tài)效應(yīng)，這使得高寒植被生態(tài)系統(tǒng)在極端的生態(tài)環(huán)境中對全球變化的響應(yīng)更為敏感[2-3]。青藏高原天然草地資源豐富，草地覆蓋面積可達(dá)14×108hm2，占青藏高原總面積的60%[4]。受西南季風(fēng)和西風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)烈影響，加上地貌類型復(fù)雜，青藏高原植被表現(xiàn)出明顯的水平分布規(guī)律和獨(dú)特的垂直帶性分布特征[5]。高寒生態(tài)系統(tǒng)極大改變的同時(shí)也會通過影響氣候變化、能量交換、水熱通量等生態(tài)過程對全球氣候產(chǎn)生影響。

在該地區(qū)開展氣候變化研究對理解全球氣候變化對植被的影響具有重要的作用。目前有關(guān)青藏高原氣候和植被變化的綜述，多數(shù)是針對某一類氣候因素對植被生理過程的影響或?qū)δ骋粎^(qū)域的植被影響，如王鴿等研究概括了氣溫和降水2個(gè)氣候因子對植被的影響[6-7]，武建雙等[8]概括了青藏高原局部地區(qū)——藏北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的研究進(jìn)展，目前缺少對多種氣候因素和植被響應(yīng)較全面的歸納概述。筆者對青藏高原5個(gè)主要?dú)夂蛞蜃拥淖兓卣饕约爸脖粎?shù)對氣候變化響應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行歸納，并針對4個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的植被變化特征進(jìn)行討論，對于推進(jìn)青藏高原氣候變化和植被研究具有一定的參考價(jià)值。

1　氣候特征及其變化

氣候要素是表征某一特定地點(diǎn)和時(shí)段內(nèi)的氣候特征或狀態(tài)參量，具體包括氣溫、濕度、降水、日照、氣壓、風(fēng)、云、霧以及具有能量意義的參量(如太陽輻射、地表蒸散發(fā)、大氣穩(wěn)定度、大氣透明度等)。其中，氣溫和降水是影響青藏高原植被生長的直接因素，而日照輻射、地表蒸散發(fā)以及積雪融水又會通過對地表溫度和水分的作用而對植被的生長產(chǎn)生間接影響。筆者選取對青藏高原植被影響比較大的氣候要素，包括氣溫、降水、積雪、日照輻射、水熱通量進(jìn)行討論。

1.1氣溫地球的年均氣溫和地表溫度在19世紀(jì)80年代開始呈現(xiàn)上升趨勢，而青藏高原氣候變暖要早于全球氣候變暖30 a左右，且氣溫上升速率約為全球的3倍[9]。青藏地區(qū)20世紀(jì)20年代為較暖期，20～50年代次之，之后氣溫一直下降，80年代再度回升[10]，直到20世紀(jì)末期達(dá)到近百年的最暖期[11]。其中1918年和1971年前后為高原的“暖突變年”[11-12]。青藏高原溫度變化有一定的空間特征，水平方向上從東南向西北逐漸由暖濕變?yōu)楦衫?，北部的變暖幅度比南部大[13]，西部比東部大，且冬季變暖的趨勢更加明顯；垂直方向上，高海拔地區(qū)的氣候變化幅度要大于低海拔地區(qū)，變暖幅度隨海拔升高而增大[14]，而溫度變化與海拔之間是否有線性關(guān)系尚存爭議[11]。總體而言，青藏高原溫度變化的突出特征是變暖，出現(xiàn)了時(shí)間長度不等的冷、暖變化，但整體上呈波動上升趨勢。

1.2降水19世紀(jì)80年代以來，青藏高原總體降水呈逐漸增加的趨勢，同時(shí)也存在明顯的地域性和季節(jié)性差異。對氣象資料分析發(fā)現(xiàn)，19世紀(jì)70年代至今，青藏高原年降水整體趨于增加、大多數(shù)地區(qū)有變濕的趨勢[15]，但年際變化率較小[16]，且季節(jié)降水變化也不同，春季增濕現(xiàn)象最顯著，而夏季相對于其他季節(jié)有減濕現(xiàn)象[17]。受到地形和季風(fēng)的影響，降水又表現(xiàn)出明顯的南北地域差異，北部降水呈明顯增加趨勢，南部有減小趨勢，整體上西北仍比東南干[18]。垂直方向上，以3 000 m海拔為界，海拔3 000 m以上青藏高原的西部有變干趨勢，北部及南部有變濕趨勢，3 000 m以下青藏高原的東南部地區(qū)有變干趨勢[19]，可見在高原地區(qū)，干濕趨勢隨海拔變化也有差異?？傮w而言，高原西部和北部有暖濕趨勢，而高原東部和南部降水雖有減少，但整體仍表現(xiàn)為暖濕。有學(xué)者對高原氣候未來的變化趨勢進(jìn)行了預(yù)估，認(rèn)為2000～2100年高原增溫變濕的趨勢顯著[15]，如《青藏高原環(huán)境變化科學(xué)評估》[20]報(bào)告的觀點(diǎn)認(rèn)為青藏高原近期(現(xiàn)今～2050年)和遠(yuǎn)期(2051～2100年)氣候仍以變暖和變濕為主要特征。

1.3積雪較厚的積雪可以通過隔離土壤免受低溫和寒風(fēng)的作用而保護(hù)植被生長，也可以通過改變溫度和植被的光合有效輻射強(qiáng)度來影響植被的返青期和物候變化。青藏高原的積雪面積以增加趨勢為主，與北半球積雪面積減少趨勢相反[21-22]?？傮w上看，20世紀(jì)60年代中到80年代末隨著溫度的升高，降水增加，積雪面積明顯增加[23]，90年代，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，積雪面積又表現(xiàn)為減少趨勢[24]。

1.4日照輻射日照強(qiáng)度通過影響植被的光合有效輻射和土壤的熱通量來影響植物的生長。由于青藏高原海拔較高，太陽輻射較強(qiáng)，長波輻射在地表輻射平衡中分量很重，日照時(shí)數(shù)高于全國平均水平。馬耀明等[25]發(fā)現(xiàn)青藏高原向下的太陽總輻射和凈輻射比我國其他地區(qū)強(qiáng)，且夏季的凈輻射通量、土壤熱通量及潛熱通量遠(yuǎn)大于冬季和春季，藏北地區(qū)各個(gè)輻射量的日變化都非常明顯。高原生長季太陽總輻射雖然強(qiáng)，但其中的光合有效輻射所占比例并不比低海拔地區(qū)高[26]，19世紀(jì)70年代末期至2006年，青藏高原地區(qū)日照輻射有由強(qiáng)變?nèi)醯内厔輀27]，對植物的光合作用強(qiáng)弱和地表的熱通量產(chǎn)生了影響。

1.5水熱通量水通量與植被生態(tài)系統(tǒng)的蒸散量有密切關(guān)系，而蒸散量是表征陸地生態(tài)系統(tǒng)水分狀況的重要指標(biāo)，是水循環(huán)過程中的重要因子，實(shí)際蒸散和潛在蒸散受降水、氣溫、下墊面、太陽輻射、風(fēng)速等因子的綜合影響，增溫趨勢下，降水量增加有助于加大蒸散量。近年來研究發(fā)現(xiàn)青藏高原整體表現(xiàn)為實(shí)際蒸散量增加，潛在蒸散量減少。尹云鶴等[28]利用遙感數(shù)據(jù)和LPJ模型對青藏高原實(shí)際蒸散量進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)在1981～2010年間青藏高原的實(shí)際蒸散受降水增加的影響，整體呈增加趨勢，并且發(fā)現(xiàn)潛在蒸散變化的區(qū)域差異呈西北增加、東南減少的特征。整個(gè)青藏高原約有75%的地區(qū)在1961～2006年間顯示潛在蒸散量減少趨勢[29]，特別是2000年以前減少趨勢顯著，其中以2003～2011年海北地區(qū)蒸散量的季節(jié)變化最為明顯[30]。

熱通量反映生態(tài)系統(tǒng)獲得能量的強(qiáng)弱以及生態(tài)區(qū)域溫度的變化特征和氣候特征。高原熱源受到下墊面的影響發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域氣候的變化。熱通量在地表具有水平空間分布的差異，研究表明，青藏高原春季地—?dú)鉁夭罘植汲省澳细弑钡汀钡奶卣?，而干旱年間，熱通量的分布為“北高南低”[31]。早在20世紀(jì)50年代，就有針對青藏高原上空的熱力結(jié)構(gòu)對大氣環(huán)流的影響研究，分析得出夏季高原上空表現(xiàn)為熱源[32]。時(shí)間序列上，大氣熱量源匯年均值在20世紀(jì)60年代呈下降趨勢，70年代表現(xiàn)為上升[33]，而70年代為青藏高原熱源的高值區(qū)[34]，80年代為低值區(qū)，90年代又有所回升，這與青海省的云雨?duì)顩r和全球火山噴發(fā)事件有關(guān)系。

2　植被對氣候變化的響應(yīng)

由于青藏高原特殊的地理位置、寒冷干旱的氣候特點(diǎn)以及高寒植被的脆弱性等，使得該區(qū)域植被對氣候影響比較敏感，易受到外界因素的干擾而引起植被功能如綠度、物候、生產(chǎn)力等不同程度的變化。在青藏高原地區(qū)，氣候因素和植被的主要關(guān)系如圖1所示。

圖1　氣候因素和植被的關(guān)系Fig.1　Relationships between climatic factors and vegetation parameters

2.1植被綠度植被綠度與覆蓋度有直接關(guān)系，可表征植被的生長狀況，植被覆蓋度越高，其長勢越好。19世紀(jì)80年代至今青藏高原植被覆蓋度總體呈現(xiàn)變好的趨勢[35]，但局部呈退化趨勢[36]。其中，植被狀況相對較好的南部地區(qū)植被覆蓋度增加不太明顯，而植被較差的中、北部地區(qū)植被覆蓋度增加較顯著。青藏高原植被變化在水平方向上存在明顯異質(zhì)性，表現(xiàn)在青藏高原東南部與西北部的植被覆蓋度變化差異上。Zhang等[37]利用GIMMS遙感數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)1982～2006年青藏高原植被綠度對增溫有積極響應(yīng)，18%的植被區(qū)域有增加趨勢，東部和西南部在時(shí)間順序上最先表現(xiàn)為增加趨勢。Li等[38]利用分段線性方法對1982～2006年的AVHRR NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以1989年為分界點(diǎn)，1982～1989年間增加趨勢主要發(fā)生在青藏高原的中部、西南部、東北部，減少趨勢發(fā)生在東南部；而1990～2006年間增加趨勢主要發(fā)生在青藏高原的北部和東部，減少趨勢發(fā)生在中部、西北部以及東南部。植被覆蓋度變化的空間異質(zhì)性不僅表現(xiàn)在水平方向上，還表現(xiàn)在垂直方向上，如較低海拔(4 400～4 600 m)的高寒草甸與高寒沼澤草甸地帶植被退化最為強(qiáng)烈，而較高海拔(4 600～4 800 m)地區(qū)植被退化程度最小，植被覆蓋面積最大[39]。

植被覆蓋度變化的差異除了表現(xiàn)在空間上，還表現(xiàn)在季節(jié)變化差異和不同植被群落中。季節(jié)變化方面，多數(shù)研究認(rèn)為春夏兩季NDVI顯著增加[35-40]，增加量和增加率最大的季節(jié)為春季。植被覆蓋度的變化趨勢因植被類型的不同也略有差異，除針葉林、闊葉林受采伐影響覆蓋度下降外，其他植被覆蓋度均呈不同程度的上升趨勢[41]；不同植被類型對水熱條件的響應(yīng)程度也存在差異，敏感程度由高到低依次是草甸、草原、灌叢、高寒墊狀植被，最后是森林[42]。

相對于我國其他地區(qū)而言，青藏高原植被對氣候變化的響應(yīng)最為明顯[2]。多數(shù)研究認(rèn)為，降水是決定高原地區(qū)植被覆蓋整體變化的重要因素之一[43-44]，尤其是拉薩地區(qū)[45]和青藏高原東北部地區(qū)[46]。溫度也會對高原地區(qū)植被變化產(chǎn)生影響，近年青藏高原草地植被活動明顯增強(qiáng)，并且與溫度上升密切相關(guān)[35]。還有研究發(fā)現(xiàn)積雪也會影響植被的綠度，如Wang等[47]利用2001～2010年MODIS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)青藏高原積雪覆蓋的時(shí)間影響了植被的綠度，積雪融化的時(shí)間影響了植物的返青期。除降水和氣溫之外，還存在其他的氣候影響因素，包括太陽輻射、熱通量[48]、水汽壓、日照時(shí)間和風(fēng)速[49]等。人類活動也是影響植被變化的重要原因，過度放牧?xí)?dǎo)致草產(chǎn)量下降，加速草地的退化，如地處海拔4 400～4 600 m的高寒草甸與高寒沼澤草甸地帶的退化與過度放牧相關(guān)性較大[39]；黃河源地區(qū)草地退化也與人類活動影響有關(guān)[50]。

2.2植被物候 物候期變化可能是生態(tài)系統(tǒng)中物種對于氣候變化響應(yīng)最直接的方式[51]。青藏高原春季物候主要受溫度的影響，變化趨勢一般是提前的，隨著不同物種和不同地區(qū)而不同[52]。如Yu等[53]發(fā)現(xiàn)返青期在20世紀(jì)90年代中期有提前現(xiàn)象，之后又表現(xiàn)為推遲，并且認(rèn)為冬季升溫可能是物候期提前的主要原因；Piao等[54]發(fā)現(xiàn)1982～1999年青藏高原的返青期有提前的趨勢，而1999～2006年間返青期有推遲現(xiàn)象；Wang等[52]基于MODIS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，青藏高原東部草原返青期提前，西部返青期延遲；Piao等[54]和Liu等[55]研究發(fā)現(xiàn)青藏高原高海拔地區(qū)的草地春季物候?qū)囟鹊捻憫?yīng)比低海拔的草地更為敏感，且變化幅度也有地域性差異。多數(shù)研究表明返青期的變化與冬春兩季溫度和降水有關(guān)，也有研究認(rèn)為春季降溫是影響物候變化的原因[54，56]，還有研究認(rèn)為冬春季降水的減少是影響物候變化的原因[57]。Shen等[58]發(fā)現(xiàn)物候期的變化并不始終與冬季增溫保持一致。目前對春季物候的變化特征以及響應(yīng)因素尚未有一致的結(jié)論，仍需通過實(shí)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)的支持和驗(yàn)證對物候變化開展進(jìn)一步研究和探討。

2.3植被生產(chǎn)力植被凈初級生產(chǎn)力(NPP，Net Primary Production)是表征植被活動的關(guān)鍵變量，作為全球碳循環(huán)的重要組成部分，必然會對全球變化起到反饋?zhàn)饔谩Ｇ嗖馗咴貐^(qū)植被NPP整體增加，其分布總體表現(xiàn)為自東南至西北遞減，這與該地區(qū)的水熱條件和植被類型的地帶性分布規(guī)律一致[59]。張鐿鋰等[60]基于遙感數(shù)據(jù)和站點(diǎn)數(shù)據(jù)通過CASA模型對1982～2009年青藏高原NPP進(jìn)行估算，發(fā)現(xiàn)高寒草地NPP多年均值的空間分布表現(xiàn)為由東南向西北逐漸遞減且呈波動上升的趨勢；年均NPP增加面積比隨著海拔升高呈現(xiàn)升高(海拔3.5 km以下)—穩(wěn)定(海拔3.5～6.0 km)—降低(海拔6.0 km以上)的特點(diǎn)，而降低面積比呈現(xiàn)降低(海拔3.5 km以下)—穩(wěn)定(海拔3.5～5.5 km)—升高(海拔5.5 km以上)的特點(diǎn)。孫云曉等[62]也發(fā)現(xiàn)1983～2012年青藏高原NPP總量在時(shí)間上的波動呈現(xiàn)緩慢增加(1983～1992年)—緩慢減少(1993～2002年)—快速增加(2003～2012年)的趨勢。

影響植被生產(chǎn)力的因素主要為溫度和降水。年均溫度增加對NPP的變異有顯著影響[61]；Xu等[62]研究發(fā)現(xiàn)增溫在濕潤區(qū)增加群落生物量，而在干旱區(qū)降低群落生物量。除了溫度，降水也會對生產(chǎn)力產(chǎn)生很大影響，Yang等[63]和李曉東等[64]認(rèn)為生長季的降水量是影響植被生產(chǎn)力的主要因素。1990～2010年間，高原由于受增溫影響而增加的蒸散量，抵消甚至超過降水增加的速度，導(dǎo)致氣候暖干化，使植被生長主要受到水分脅迫的影響，從而影響植被生產(chǎn)力。陳卓奇等[65]研究發(fā)現(xiàn)降水在450 mm之內(nèi)的區(qū)域，影響植被生產(chǎn)力的主要因素是降水，而在降水大于450 mm的地區(qū)，其主要影響因素是氣溫。Klein等[66]研究發(fā)現(xiàn)在青藏高原地區(qū)，如果降水量相對于溫度只是較小幅度的增加，那么增溫可能會降低生產(chǎn)力。

2.4植被碳源/匯在高緯度或高海拔地區(qū)，植物通常具有極高的根/莖比，其凋落物和地下死根等由于低溫作用難以分解，植物通過光合作用所同化的有機(jī)碳可以較長時(shí)間地儲存于地下根系和土壤中[67]。因此，高寒地區(qū)的天然草地生態(tài)系統(tǒng)被認(rèn)為可能是全球非常重要的碳匯[68]。多數(shù)研究認(rèn)為，由于氣候變暖在一定程度上提高了高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的植被初級生產(chǎn)力，從而補(bǔ)償了氣候變暖導(dǎo)致的土壤有機(jī)碳分解釋放量，使青藏高原草地植被仍然發(fā)揮著碳匯的功能[68-69]。張憲洲等[68]對高原高山草地系統(tǒng)土壤呼吸進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)1999～2001年高山草地系統(tǒng)表現(xiàn)為碳匯；徐玲玲等[69]對當(dāng)雄草甸系統(tǒng)的研究表明，其具有碳吸收功能，潛能大小需要進(jìn)一步研究；Wang等[70]對青藏高原土壤有機(jī)碳庫的研究發(fā)現(xiàn)，1970～2000年間高原草地約排放3.02 PgC。但也有人認(rèn)為增溫可能會削弱高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛能，如裴志永等[71]認(rèn)為，高寒草地土壤由于具有呼吸釋放更大量CO2的潛力，加之土壤碳庫對全球變暖較為敏感，因此當(dāng)高寒草甸的固碳能力隨溫度升高而增大時(shí)，土壤呼吸和枯落物的分解速度也會相應(yīng)加大，最終導(dǎo)致土壤碳庫中的碳釋放到大氣中，增加碳的排放。也有研究認(rèn)為高寒草地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的凈碳交換不一定會因增溫而發(fā)生大的變化[72]，盡管增溫和放牧對生長季生態(tài)系統(tǒng)平均呼吸速率的影響不大，但改變了其季節(jié)排放模式[73]，增溫導(dǎo)致NPP增加的同時(shí)，也會提高土壤碳排放的速度，從而維持碳吸收和碳排放的平衡。目前增溫對未來碳源/匯的影響尚未有一致結(jié)論。

影響碳循環(huán)的氣候因子主要是溫度，如Chang等[74]發(fā)現(xiàn)高寒草甸碳循環(huán)過程對于溫度變化的響應(yīng)更為敏感；Lin等[73]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)的CO2排放量均表現(xiàn)為隨溫度升高而增加。也有人認(rèn)為影響碳循環(huán)的主要因素是降水，如閆巍等[75]對當(dāng)雄2003～2005年間高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高寒草甸在生長季具有碳匯功能，且與降水呈正相關(guān)；Peng等[76]發(fā)現(xiàn)，相對于溫度而言，高寒草原碳循環(huán)過程對降水變化的響應(yīng)更敏感。

3　熱點(diǎn)區(qū)域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)研究

近年來，圍繞一些環(huán)境脆弱和變化劇烈地區(qū)的研究日益增多，如三江源地區(qū)、藏北地區(qū)、環(huán)青海湖地區(qū)、林芝地區(qū)等(圖2)。表1針對這些熱點(diǎn)地區(qū)的植被生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)特點(diǎn)及主導(dǎo)因素進(jìn)行了概括。

圖2　青藏高原及熱點(diǎn)研究區(qū)分布Fig.2　Locations of hot research area

熱點(diǎn)區(qū)域Hotresearchareas區(qū)域特點(diǎn)Regionalcharacteristics植被變化特征Vegetationchangecharacteristics氣候影響Climaticinfluence人類活動影響Influenceofhumanactivities藏北地區(qū)NorthernTibet我國主要江河源地在冰川活躍區(qū)、人類活動較多的區(qū)域,植被總體退化顯著高寒地區(qū)的增溫、降水在一定程度上對藏北植被生長有抑制作用;并且夏季高溫也會對植被的生長起到抑制作用過度放牧三江源地區(qū)TheThreeRiversSource地處青藏高原腹地2000年前退化趨勢明顯,其中黃河源地區(qū)最為顯著;2000年后植被生長有變好的趨勢;有黑土灘景觀暖干化不利于植被生長,鼠蟲危害、風(fēng)水侵蝕對植被的危害較大天然草地超載過牧是影響植被退化的重要因素;2000年后三江源自然保護(hù)區(qū)的建立緩解了三江源地區(qū)植被退化環(huán)青海湖地區(qū)AreaaroundQinghaiLake環(huán)中國最大的內(nèi)陸湖泊以及咸水湖整體呈現(xiàn)輕微的退化趨勢;有黑土灘景觀暖干化趨勢,氣候?yàn)?zāi)害日漸頻繁,一定程度上引起植被退化耕地、建設(shè)用地、面積逐漸增加,加劇了青海湖周圍草地的退化、荒漠化、鹽堿化林芝地區(qū)LinzhiArea森林資源相當(dāng)豐富,植被的垂直地帶性完整植被生長較好,植被覆蓋度存在波動變化增溫有利于該地區(qū)植被的生長尚未遭到人類活動的破壞性影響

3.1藏北地區(qū)藏北地區(qū)是我國主要江河源地[69]，該地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化有著獨(dú)特的響應(yīng)過程[8]。近年來，針對藏北草地的研究多集中在草地生態(tài)系統(tǒng)退化的時(shí)空特征、驅(qū)動因素、發(fā)展趨勢及恢復(fù)重建等方面。藏北地區(qū)嚴(yán)重退化的草原占該地區(qū)的8.0%，極度及重度退化草原占1.7%[77]。藏北草地退化有一定的空間分布特征：中部、東部和北部的草地退化具有惡化趨勢，在冰川雪山敏感區(qū)和人類因素干擾較大的交通道路沿線退化現(xiàn)象相對嚴(yán)重[78]；海拔4 750～5 250 m范圍內(nèi)草地退化趨勢顯著[79]。

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為導(dǎo)致藏北草地退化的主要原因是自然因素和人類活動共同作用的結(jié)果[80-81]。自然環(huán)境的變化是藏北草地退化的根本原因，而人為因素是退化產(chǎn)生空間差異的決定因素[82]。氣象因子對該地區(qū)草地的影響是復(fù)雜的，增溫和降水雖然在一定程度上可以促進(jìn)植被的生長，但在高寒地區(qū)降水也可能對植被的生長起到抑制作用，而夏季過高的溫度也會對植被生長起抑制作用[83]。太陽輻射也是導(dǎo)致該地區(qū)草地退化的因素之一[77]。針對藏北草地嚴(yán)重超載的現(xiàn)實(shí)，大多數(shù)學(xué)者都提出建立人工草地以解決草畜矛盾問題，有學(xué)者還提出“南草北調(diào)”[84]措施，將南部優(yōu)質(zhì)的牧草運(yùn)送到藏北，以緩解藏北牧區(qū)牧草供求緊張的關(guān)系。

3.2三江源地區(qū)地處青藏高原腹地的三江源，是高原的重要組成部分。針對三江源地區(qū)的研究主要集中在草地退化和生物多樣性方面。20世紀(jì)60年代至20世紀(jì)末，三江源總體偏暖干化[85]，不利于植被生長，三江源地區(qū)的高寒草地退化顯著[86-87]，土地荒漠化面積增加；其中，退化范圍下降率最大的區(qū)域主要分布在黃河源，退化面積占三江源地區(qū)總面積的32.1%[87]。研究發(fā)現(xiàn)，雖然三江源地區(qū)植被生長呈現(xiàn)退化趨勢，但是近年來退化趨勢有所緩解，部分地區(qū)植被退化情況有所遏制，特別是2000年后，三江源自然保護(hù)區(qū)的成立對緩解該地區(qū)植被退化的現(xiàn)象起到了積極作用[88]。

除溫度和降水外，由于天然草地超載過牧，鼠蟲危害、風(fēng)水侵蝕等自然和人為因素的影響，使三江源地區(qū)局部草地退化嚴(yán)重，形成嚴(yán)重威脅三江源區(qū)中下游生態(tài)安全的次生裸地黑土灘。韓立輝等[89]對黑土灘的群落演替進(jìn)行了研究，建議對黑土灘加強(qiáng)干擾來減弱次生毒雜草群落的穩(wěn)定性，從而達(dá)治理黑土灘的目的。

3.3環(huán)青海湖地區(qū)位于青海省西北部青海湖盆地內(nèi)的青海湖，是中國最大的內(nèi)陸湖泊以及咸水湖。由于受全球氣候變化的影響，該地區(qū)氣候有暖干化趨勢，氣候?yàn)?zāi)害日漸頻繁，加上人類活動導(dǎo)致該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境逐漸趨于惡化，導(dǎo)致草地退化、荒漠化、鹽堿化加劇，對該地區(qū)的植被生態(tài)系統(tǒng)造成了很大的影響。胡夢珺等[90]發(fā)現(xiàn)1976～2006年，青海湖地區(qū)土地沙漠化加重；1987～2004年，環(huán)青海湖地區(qū)牧草地上生物量、覆蓋度下降，黑土灘面積不斷擴(kuò)大[91]；1999～2007年，青海湖地區(qū)的植被NDVI呈現(xiàn)減少的趨勢[92]。由于受氣候變化的影響，青海湖區(qū)周圍的土地覆蓋類型發(fā)生了變化，1977～2010年，青海湖地區(qū)草地、林地、水體等面積總體減少[93]，耕地、建設(shè)用地、未利用地面積逐漸增加[94]。然而近期研究發(fā)現(xiàn)，受氣溫暖濕化趨勢、入湖徑流增加以及人類生產(chǎn)活動的影響，青海湖的面積呈現(xiàn)上升趨勢[64，95]，這可能會進(jìn)一步引起周圍植被生態(tài)系統(tǒng)的變化。

3.4林芝地區(qū)(雅魯藏布江流域)位于青藏高原西南部雅魯藏布江中下游的林芝地區(qū)，有“西藏江南”之稱。森林資源相當(dāng)豐富，林地和灌木林地面積、疏林地面積分別占西藏自治區(qū)的42.4%和34.0%[96]，且山地植被的垂直地帶性完整[97]。研究該地區(qū)對于保護(hù)該地區(qū)植被生態(tài)多樣性有著重要的意義。有研究發(fā)現(xiàn)在增溫的影響下該區(qū)域的植被整體變好，近年來林芝地區(qū)植被總體生長趨勢較好，植被覆蓋度呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，尤其是夏季和秋季[97]。1982～2010年，雅魯藏布江流域草地NDVI年際變化呈現(xiàn)波動增長的趨勢[98]，即先增加后減少的趨勢[99]，中下游部分地區(qū)的草地覆蓋未遭到破壞性影響[100]。

基于以上對典型區(qū)域研究的歸納整理，發(fā)現(xiàn)4個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的共同點(diǎn)是近期的生態(tài)環(huán)境惡化問題都有所控制，植被退化現(xiàn)象有所緩解，甚至有好轉(zhuǎn)的趨勢。針對不同區(qū)域特有的環(huán)境問題，如藏北因牧區(qū)超載造成的草地退化、三江源的黑土灘等，應(yīng)該采取更有針對性的措施加以保護(hù)和治理。

4　存在的問題與展望

眾多研究分析了青藏高原植被對氣候要素的響應(yīng)，對推進(jìn)該區(qū)域的氣候研究具有重要意義。但是，由于青藏高原具有較復(fù)雜的陸氣循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)考慮多種氣候因素對植被的綜合影響，而不僅是將影響植被響應(yīng)的因素簡單歸因于某一類或某兩類氣候因素，同時(shí)也要綜合考慮高原植被變化與冰川、凍土、雪蓋、湖泊以及人類活動方面的交互影響。目前，關(guān)于植被對氣候響應(yīng)特征的結(jié)論存在不一致性，主要是由于不同研究采用了不同的數(shù)據(jù)類型、不同研究時(shí)間段以及不同的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)和方法的不一致均會對結(jié)論產(chǎn)生影響，如植被物候的變化特征與氣候因子間的關(guān)系尚存在爭議，還需通過實(shí)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)的支持和驗(yàn)證進(jìn)一步研究和探討。青藏高原臺站布局密度稀少，實(shí)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)貧乏，無法滿足遙感參數(shù)反演的誤差驗(yàn)證需要，使得大范圍參數(shù)反演精度較低，從而影響植被與氣候因子間關(guān)系的分析。在倡導(dǎo)數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，亟待在高原地區(qū)形成空間布局更為合理的觀測網(wǎng)。另外，受不同地理位置和人文環(huán)境影響，各個(gè)地區(qū)植被系統(tǒng)對氣候和人文產(chǎn)生了不同特色的響應(yīng)，建議針對典型區(qū)進(jìn)行較為系統(tǒng)和詳盡的研究。

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Research Progress in Responses of Vegetation Ecosystem to the Climate Change in Qinghai-Tibetan Plateau

HOU Xiao-li1，2, ZHANG Li2,3, ZHANG Bing-hua3et al

(1. Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018; 2. Key Laboratory for Earth Observation of Hainan Province, Sanya, Hainan 572000; 3. Key Laboratory of Digital Earth Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094)

As an important starter and adjuster of climate change, Qinghai-Tibetan Plateau has gained extensive attention. Under the context of global warming, study on the responses of vegetation ecosystem to climate change in Qinghai-Tibetan Plateau has significant implications for coping with climate change. Currently, there are numerous of studies on vegetation ecosystem and its response to climate change in Qinghai-Tibetan Plateau. However, they mainly focused on few climate factors, or the response of individual physiological process, which lacked the comprehensive knowledge of variations of climate factors and the different responses of vegetation to climate changes. In this research, we first demonstrated the variations and trends of climate factors in Qinghai-Tibetan Plateau, including temperature, precipitation, snow, solar radiation, water and heat fluxes. We then summarized the changes of the vegetation greenness, phenology, productivity, carbon sink/source, evapotranspiration under the impacts of climate changes. We finally discussed the vegetation variations in four hot spots, including the Northern Tibet, the Three Rivers Source, area around Qinghai Lake, and the Linzhi area. Based on the research above, the paper analyzed the existing limitations of the current study which Qinghai-Tibetan Plateau vegetation response to climate change, and made prospect for future research.

Alpine vegetation system; Vegetation greenness; Phenology; Vegetation productivity; Carbon source/sink; Evapotranspiration

海南省科技合作專項(xiàng)資金項(xiàng)目(KJHZ2015-14)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271372)。

侯小麗(1990- )，女，山東萊蕪人，碩士研究生，研究方向：植被遙感應(yīng)用。

2016-04-25

S 718.51+2

A

0517-6611(2016)17-230-06