水深对塘堰湿地水力性能的影响

塘堰湿地因其良好的生态性能而被广泛用于水稻灌区的排水净化,由于湿地的水力性能及净化效果受到诸多因素影响,客观认识这些因素的作用机理有助于提高湿地设计和运行管理的质量.本文通过示踪剂试验探讨了不同水深（20、40、60 cm）对塘堰湿地水力特性的影响.结果表明： 随着湿地水深的减小,湿地的有效容积率从0.421增加到0.844,水力效率从0.281增加到0.604;在水深较小时（20和40 cm）,湿地前半部分的有效容积率达到0.9以上,明显优于湿地整体情况,湿地前半部分的水流混合情况高,接近于完全混合流.通过对原始示踪曲线的标准化分析发现,矩分析参数与水力参数有较好的数值一致性,水力参数与不受尾部截断误差影响的矩指数之间具有良好的一致性.塘堰湿地水深较小时有利于提高湿地的水力性能,试验结果可为今后塘堰湿地的优化设计提供参考.     

基于过程模型的长白山自然保护区森林植被净第一性生产力空间尺度转换方法

净第一性生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映林分和生态系统结构特征的最重要的参数之一,其空间分布可为自然资源管理和可持续发展提供高度综合的信息,是全球变化和碳循环研究中的一个非常重要的组成部分。为了得到NPP的空间尺度转换算法,利用改进的北部生态系统生产力模拟模型(Improved Boreal Ecosystem Productivity Simulator,IBEPS),分别采用高分辨率(30m)的ETM 和低分辨率(1km)的MODIS遥感数据,模拟了长白山自然保护区不同分辨率森林植被的净第一性生产力。对模拟得到的30m分辨率的NPP结果,采用尺度上推(upscaling)的方法将其转换为1km分辨率的NPP结果(分布式的NPP,Distributed NPP),并将转换后的NPP与直接利用1km分辨率的遥感数据计算得到的NPP结果(聚合式的NPP,Lumped NPP)进行比较,以分布式模式计算的结果为基准,对聚合式的计算结果进行尺度效应校正。在对NPP进行尺度效应校正时,根据不同分辨率下土地覆盖类型(Land cover)的亚像元面积比信息,采用基于结构的分析方法对模拟的NPP结果进行校正,结果表明经过尺度效应校正后NPP的模拟精度要比原始的NPP计算精度有所提高,相关系数从校正前的0.898提高到0.960,标准偏差由校正前的49.84gC/m2减小到41.02gC/m2。采用这种方法可以很好的解决大尺度遥感应用的需要,为定量遥感分析和应用提供理论基础。     

初夏渤海湾初级生产力分布特征及影响因素

根据2016年初夏在渤海湾周边重要经济开发区外海域所进行的调查和研究数据进行分析,利用稳定同位素¹³C示踪技术估算海域内初级生产力（Primary Productivity,PP）等,同时结合叶绿素a（Chlorophyll-a,Chl a）,营养盐以及透明度等水文环境参数,深入分析和探讨初夏渤海湾环境特征对浮游植物生物量（Chl a）和初级生产力的影响。结果表明：受陆地径流和渤海中部冷流输入等因素的影响,调查海域呈现3个温盐特征差异显著的海区,即近岸高温低盐海区、中部高温高盐海区和湾口低温高盐海区。Chl a受温度和营养盐等因素影响整体呈现近岸高湾口低、表层高底层低的分布特征,含量变化范围为1.27-20.82 mg/m³;在近岸营养盐含量充足,温度适宜,浮游植物生产旺盛,Chl a平均含量达（8.37±2.90）mg/m³,其中表层近27.5%水样中含量超10 mg/m³,存在发生赤潮的风险。而在中部和湾口区域受营养盐限制和温度的影响,Chl a含量远低于近岸。PP整体水平在44.79-792.73 mg C m^-3 d^-1之间,平均为（144.13±137.79）mg C m^-3 d^-1。其中近岸营养盐含量充足浮游植物生长旺盛,初级生产力水平较高,而中部和湾口海域受营养盐和温度的限制,初级生产力水平较低。初级生产力指数I（同化系数）变化范围在0.79-5.90 mg C/（mg Chl a·h）之间,平均为（3.40±1.33）mg C/（mg Chl a·h）。利用标准深度积分模型对水柱初级生产力（Depth-integrated primary productivity,∑PP）进行估算,结果表明其范围在56.88-772.31 mg C m^-2 d^-1之间,平均为（232.26±126.47）mg C m^-2 d^-1,近岸受陆源输入影响Chl a较高,在天津海河口和黄骅市排污河外出现高值点,受透明度的影响,中部和湾口部分站点出现高生产力区。     

基于过程模型的气候变化对长白落叶松人工林净初级生产力的影响

气候变化对净初级生产力(NPP)会产生显著的影响,但影响的方向和程度存在较大的不确定性。过程模型是揭示气候变化对森林生产力影响的重要工具。该文以吉林省四平、临江、白山等地10个林区30块长白落叶松(Larix olgensis)人工林固定样地为研究对象,基于气候、土壤、林分生长等观测数据,运用3-PG模型模拟了长白落叶松人工林NPP在一个轮伐期(40年)内随林龄的动态变化,以及在未来不同气候情景条件下NPP的变化情况。结果表明:通过本地参数化后的3-PG模型模拟的长白落叶松林NPP为272.79–844.80 g·m~(–2)·a~(–1),与基于样地实测的NPP具有很好的一致性,平均相对误差和相对均方根误差均小于12%。在未来CO_2浓度、温度及降水同时增加的情景下,长白落叶松林NPP明显增加。单独增加温度会减小长白落叶松林的NPP,而降水及CO_2浓度增加能够在一定程度上促进NPP的增加,但降水增加的正效应明显弱于温度升高的负效应。参数敏感性分析表明:生长最适温度、林分比叶面积达(年龄为0时比叶面积+成熟叶比叶面积)/2时的林龄、每次霜冻导致生产力流失天数是模型的关键参数。因此,3-PG模型可以准确地模拟长白落叶松的NPP,模拟结果可为应对气候变化的长白落叶松经营管理提供依据。     

庙岛群岛南五岛生态系统净初级生产力空间分布及其影响因子

净初级生产力(NPP)估算对于海岛碳源/汇研究具有重要意义。以庙岛群岛南五岛为例,结合CASA模型和区域特征构建NPP估算模型,借助RS和GIS技术进行NPP估算,进而分析南五岛NPP空间分布特征及其影响因子。结果表明:南五岛NPP总量为11043.52 t C/a,平均密度为340.19 g C m~(-2)a~(-1),处于全国平均水平,高于同纬度的西部地区,低于东部沿海大陆地区;夏季NPP总量占全年的80%左右,春季和秋季分别占11%和7%,冬季仅占1.3%;不同海岛的NPP平均密度由大到小依次为大黑山岛、北长山岛、庙岛、南长山岛和小黑山岛,各岛NPP平均密度与建设用地比例呈明显负相关;不同地表覆盖类型的NPP平均密度由大到小依次为阔叶林、针叶林、农田、草地、建设用地和裸地,林地具有较高的NPP值,说明南五岛的人工林建设具有重要生态作用;NDVI和地表覆盖类型是NPP最主要的影响参数,地形参数通过影响NDVI和地表覆盖类型间接作用于NPP结果;NPP与土壤p H、有效磷、全磷、全钾呈显著负相关,与全氮、总碳、总有机碳呈显著正相关,与含水量、速效钾和含盐量之间相关关系不明显。     

基于InTEC模型的塔河森林净初级生产力影响因子定量分析

森林净初级生产力(NPP)是反映森林碳源/汇能力的重要参数,其时空变化同时受气象变化(大气温度、降水等)、大气成分变化(CO₂浓度、N沉降)和各种森林干扰的影响.然而,目前影响森林NPP变化的关键因子尚不明确.为了探究这一问题,本研究在综合考虑InTEC模型的干扰和非干扰因子的基础上,重新模拟了不同立地指数下的NPP-林龄关系,并嵌入1987—2015年林火数据,模拟1901—2015年塔河森林平均NPP变化特征,设计9种模拟情景定量分析1961—2015年不同影响因子对塔河森林NPP变化的贡献,并探究塔河森林NPP年际以及年代变化的主要影响因子,为森林经营提供指导性策略.结果表明: 1901—1960年,塔河森林NPP的变化趋势较为平稳,1960年以后NPP随干扰因子变化趋势显著.林火和立地指数(SCI)的引入,均在不同时间对NPP的分布特征产生了不同影响.1960年以后,塔河森林NPP大幅变化的主要原因是森林年龄和林火的干扰,其年际平均贡献率为-49%,其次是降水和CO₂,分别为-28%和17%,气温和氮沉降的平均贡献率分别为5%和1%.     

基于耦合模型的干旱区植被净初级生产力估算

净初级生产力是陆地生态系统物质与能量运转研究的基础, 在干旱区生态环境演变及其与气候相互作用和影响方面极为敏感,是揭示干旱区生态环境特征的重要指标.本研究基于RS和GIS技术,利用地面气象数据、涡度相关数据、Landsat 8数据和MODIS数据,通过SEBAL模型和光能利用率模型的耦合,估算了新疆玛纳斯河流域植被净初级生产力(NPP),分析了其空间格局及与高程和坡度的关系.结果表明: SEBAL模型与光能利用率模型的耦合对玛纳斯河流域山地-绿洲-荒漠生态系统植被NPP的模拟效果较合理,能较好地反映植被净初级生产力的实际情况;2013年,玛纳斯河流域植被NPP总量为7066.72 Tg C·a^-1,平均值为278.06 g C·m^-2·a^-1,总体分布趋势是自南向北先增加后减少再增加最后减少,随着地貌和土地利用类型的变化呈现明显的分布规律,且其月变化比较明显,7—8月达到最大值,占总量NPP的52.2%;植被净初级生产力随海拔和坡度的增加整体呈下降趋势,但随海拔增加植被NPP出现3次波动.这些波动主要由地表植被覆盖类型和环境因素所引起.     

基于景观尺度过程模型的长白山地表径流量时空变化特征的模拟

运用已建立的景观尺度生态系统生产力过程模型EPPML对长白山自然保护区地表径流量的季节动态和空间分布特征进行了模拟,对其与环境因子间的相互关系进行了分析．模拟结果表明,长白山自然保护区地表径流量的季节进程表现出明显的三峰型,6月和9月出现低谷,8月达最大(2．58mm·d^-1),与土壤含水量的季节变化趋势十分相似．1995年地表径流量的模拟值平均为0．203m·年^-l,空间分布随海拔升高呈现明显增加的趋势,最高为高山流砾滩(0．619m·年^-1),最低为阔叶红松林(0．081m·年^-1)．年地表径流量与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关指数关系(R^2＝0．857)．年地表径流量与气温和总辐射呈负相关关系(R^2分别为0．965和0．836),与降水量、相对湿度和风速呈正相关关系(R^2均大于0．950),还与土壤特性密切相关。     

地形对新疆昌吉州草地净初级生产力分布格局的影响

新疆草地资源丰富且地形多变,地形作为影响植被生产力最主要的环境因素之一却未被充分考虑。以Landsat和DEM为数据源,以新疆昌吉州草地为研究对象,应用CASA模型计算得到连年的净初级生产力,采用Arc GIS的空间分析方法对新疆昌吉州草地2000—2016年的净初级生产力分布进行了分析。研究结果表明,地形对生产力的分布有着显著影响,在海拔、坡度和坡向3个地形因子对整体趋势变化的影响分析中发现,坡度引起的NPP变化最大,坡向次之,海拔较小。在整体特征上,海拔每升高30 m,生产力增加4.11 g/m~2;坡度每增加1°生产力增加-0.225 g/m~2;N坡向生产力水平最高(23.23 g/m~2),SW坡向最低(3.54 g/m~2)。不同生产力年份生产力在地形因子作用下变化趋势相同但变化幅度不同,较高生产力年份中3个地形因子的变化幅度都是最大的。     

安徽省植被净初级生产力估算——基于改进的CASA模型

定量估算植被净初级生产力(NPP)对预测陆地碳循环趋势具有重要意义,目前广泛应用于NPP估算的CASA模型其精度仍有待提高。在已有CASA模型优化的基础上,考虑最大光能利用率(LUE_max)的动态变化来改进CASA模型,对改进前后的模拟结果进行比较,并利用改进后的模型估算2001—2020年安徽省植被NPP。结论如下：(1)改进的CASA模型可应用于研究区的植被NPP估算,NPP模拟值与实测值之间的相关性达到显著水平(R²=0.736,P<0.01)。(2)改进后模拟的安徽省植被NPP在空间表达上能够呈现更多细节,时间上较改进前在生长季NPP值更高,非生长季值更低,拉大了NPP的年内变化。(3)2001—2020年安徽省植被NPP整体呈波动上升趋势,多年平均值为547.61 gC m^-2 a^-1,年均增长量达2.18 gC m^-2 a^-1,2016—2020年间NPP增长最快。年内NPP具有明显的季节差异,表现为夏季>秋季>春季>冬...     

基于遥感和地面数据的景观尺度生态系统生产力的模拟

描述了一个反映系统碳循环和水循环的景观尺度生态系统生产力过程模型(EPPML)．该模型以遥感图像作为数据源,从中获取影响植被生产力的重要变量——叶面积指数(LAI);主要对景观尺度生态系统的净初级生产力(NPP)和蒸散量的空间分布格局和时间动态进行模拟;用地理信息系统(GIS)手段对空间数据进行处理、分析和显示,从而实现将植物生理生态研究的结果从小尺度向中尺度进行拓展和转换．本研究用EPPML对1995年长白山自然保护区的植被生产力进行了模拟,结果表明,EPPML可以比较准确地模拟该保护区主要植被的NPP．NPP的模拟值年均为0．680kgC·m^-2,变幅为0．105—1．241kgC·m^-2(82.1％),其中阔叶红松林的年NPP最高(1．084kgC·m^-2)．NPP年总量为1．332×10^6tC,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为0．540×10^6tC和0．428×10^6tC．NPP的季节变化呈明显的单峰型,7月最大(6．13gC·m^2·d^-1)．NPP在夏季积累最多(0．465kgC·m^-2),春季次之,冬季最少。     

长白山原始针叶林沼泽湿地生态系统碳储量

采用年轮分析及相对生长方程法与碳/氮分析仪测定法,测定温带长白山沿湿地过渡带环境梯度依次分布的5种典型原始沼泽类型(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、落叶松泥炭藓沼泽-LN、落叶松藓类沼泽-LX和落叶松苔草沼泽-LT)生态系统碳储量(植被和土壤)、植被净初级生产力与年净固碳量,定量评价温带森林湿地固碳能力及其长期碳汇作用,并揭示其沿过渡带水分环境梯度的空间分异规律。结果表明:①5种天然沼泽类型的植被碳储量(3.18±1.70)—(112.2±18.3) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上呈递增趋势,针叶林沼泽显著高于C和G 12.2—34.3倍,G高于C 0.6倍,且LX和LT显著高于LN 0.3—0.6倍;②土壤碳储量(296.3±42.2)—(824.50±50.79) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.8%—178.3%(P0.05),G显著高于针叶林沼泽38.7%—112.8%,且LN和LT显著高于LX 32.8%—53.4%;③生态系统碳储量(408.42±57.53)—(827.52±50.96) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上也呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.2%—102.7%,G显著高于针叶林沼泽21.5%—55.6%,且LN和LT显著高于LX 18.8%—28.0%;④5种沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量分布在(5.74±0.08)—(10.98±1.67) t hm~(-2) a~(-1)和(2.44±0.03)—(5.17±0.83)tC hm~(-2) a~(-1),其中,LX和LT的植被净初级生产力显著高于C、G和LN 61.2%—91.3%和34.5%—59.6%;而在植被年净固碳量方面,3种针叶林沼泽类型均显著高于C和G 28.7%—111.9%和19.4%—96.6%。故长白山5种天然沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量沿湿地过渡带环境梯度总体上呈现出阶梯式递增趋势,且仅有LX和LT达到了中国陆地植被及全球陆地植被平均固碳水平。因此,温带长白山沼草丛沼泽和灌丛沼泽长期碳汇作用强于森林沼泽,湿地碳汇管理实践中应重视草丛沼泽和灌丛沼泽的保护与恢复。     

长白山高山苔原带雪斑地段牛皮杜鹃群落的土壤氮矿化与净初级生产力

采用土壤温度连续观测和土壤原位培养,研究了长白山高山苔原带雪斑地段牛皮杜鹃群落的土壤温度、土壤氮矿化及净初级生产力.结果表明: 在非生长季的积雪期(10月下旬-5月上旬),土壤养分呈上升趋势,土壤以氮矿化为主,为翌年植物的生长提供了充足的氮素.其中雪斑地段土壤(平均温度-3.0 ℃)的氮矿化能力更强,速效氮增加量为3.88 g·m^-2,非雪斑地段(平均温度-7.5 ℃)为1.21 g·m^-2. 在生长季节(5月中旬-8月下旬),土壤氮素含量下降,以固持为主;秋季植物停止生长后,土壤速效氮又呈上升趋势;到冬季,由于积雪的作用,雪斑地段土壤温度维持在0 ℃左右或略低,促进了土壤氮的矿化,而非雪斑地段土壤温度则处于冻结状态.氮素矿化能力的差异是雪斑地段牛皮杜鹃群落净初级生产力高于非雪斑地段群落的主要原因,也是植被空间分异的重要驱动因子.     

长白山风倒区植被恢复26年后物种多样性变化特征

20世纪80年代后期,长白山遭受了罕见的台风袭击,原始森林遭到了大面积破坏。为了弄清风倒区自然恢复26a后的植被恢复状况,通过调查和对比分析风倒区和相邻的原始林区(对照区)3种典型森林类型的物种多样性的特征,评估了风倒区植被的恢复状况。结果表明,与没有受到干扰的对照区相比,阔叶红松林风倒区乔木层物种丰富度和α多样性差异性不显著(P0.05),而云冷杉林和岳桦林风倒区的乔木层物种丰富度和α多样性显著降低;阔叶红松林风倒区的灌木层物种丰富度和α多样性均呈降低趋势,且丰富度差异性显著,云冷杉林和岳桦林风倒区的灌木层α多样性显著升高;阔叶红松林和云冷杉林风倒区的草本层α多样性显著降低,但岳桦林风倒区草本层α多样性变化不显著。阔叶红松林乔木层更新恢复的较好,灌木层和草本层更新较差;云冷杉林和岳桦林均是乔木层更新较差,灌木层更新较好;云冷杉林草本层物种较单一,岳桦林变化不大。经过风干扰后的长白山不同海拔森林物种组成和多样性还需要较长时间才能恢复到干扰前水平。     

中国陆地植被净初级生产力估算模型优化与分析——基于中国生态系统研究网络数据

该研究基于中国生态系统研究网络(CERN)数据对传统CASA模型进行优化,对比两叶模型与优化CASA模型在站点尺度和像元尺度对于8个典型生态站点的植被净初级生产力(NPP)估算精度,选择在像元尺度表现更好的优化CASA模型,结合中国土地覆被数据(ChinaCover)开展2000—2019年中国陆地植被NPP监测与分析。研究结果表明：(1)基于FY2D PAR的优化方案能够有效避免空间插值导致的不确定性问题,显著提高了PAR估算精度;(2)在站点尺度上,两叶模型用于估算典型森林、草地生态系统的NPP表现更好,而在像元尺度上优化CASA模型估算精度更高;(3)在全国尺度上,优化了最大光能利用率、水分胁迫系数以及光合有效辐射计算方法的CASA模型能够较好地模拟中国陆地植被NPP,近20年中国陆地植被NPP变化范围为2.703—2.882 PgC/a,在空间上呈西北低东南高的格局,在时间上呈现波动中缓慢增加的趋势。     

2000年以来中国潜在植被净初级生产力的时空分布模拟

潜在植被的净初级生产力(PNPP)是在无人类干扰情况下,立地所能发育形成最稳定成熟植被的净初级生产力,PNPP能够直接反映自然生态系统的质量状况,是分离人类活动对生态环境影响的重要指标。研究改进了CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,引入潜在光合有效辐射吸收比例(PFPAR)模拟了2000—2020年中国植被PNPP的时空分布格局。结果表明：中国PNPP空间分布差异较大,东南沿海和东北大、小兴安岭地区PNPP较高,新疆、西藏等西部干旱、高寒地区PNPP较低,呈现以400 mm等降水量线为界的空间分异格局。2000—2020年,中国PNPP总体上呈现递增趋势,年际波动小,PNPP减少的区域与增加的区域面积基本相等。PNPP波动较大的地区主要位于青藏高原、四川盆地和贵州高原。研究结果量化了气候变化背景下真实的生态状况和潜在生态状况的差异,可分离出人类活动对自然生态系统的直接影响,为制定针对性的生态修复对策提供了科学依据。