Remote sensing estimation of gross primary productivity and its response to climate change in the upstream of Heihe River Basin

AimsQuantifying the gross primary productivity (GPP) of vegetation is of primary interest in studies of global carbon cycle. This study aims to optimize the MODIS GPP model for specific environments of a fragile waterhead ecosystem, by performing simulations of long-term (from 2001 to 2012) GPP with optimized MOD_17 model, and to analyze the response of GPP to the local climatic variations.Methods The original MODIS GPP products that underestimate GPP were validated against two years (2010-2011) of eddy covariance (EC) data at two sites (i.e. an alpine pasture site and a forest site, respectively) in the upstream of Heihe River Basin. Three comparative experiments were then conducted to analyze the effects of input parameters derived from three sources (i.e. meteorological, biome-specific, and fraction of absorbed photosynthetically active radiation (fPAR) parameters) on the model behavior. After refining the model-driven parameters, long-term GPPs of the study area were estimated using the optimized MOD_17 model, and the Least Absolute Deviation method was applied to analyze the partial correlations between interannual GPPs and climatic variables (temperature, precipitation and vapor pressure deficit (VPD)). Important findings The uncertainties in the original MODIS GPP products are attributable to biome-specific parameters, input data (e.g. meteorological and radiometry data) and vegetation maps. At the pasture site, the light use efficiency had the strongest impact on the GPP simulations. The refined fPAR calculated from the leaf area index (LAI) products of Global Land Surface Satellite (GLASS) greatly improved the GPP estimates, especially at the forest site. The GPPs from the optimized MOD_17 model well matched the EC data (R² = 0.90, root mean squared error (RMSE) = 1.114 g C·m^-2·d^-1 at the alpine pasture site; R² = 0.91, RMSE = 0.649 g C·m^-2·d^-1 at the forest site). The time series of GPPs displayed an up trend at an average rate of 9.58 g C·m^-2·a^-1 from 2001 to 2012. Examination of the partial correlations between interannual GPPs and climatic variables showed that the annual mean temperature and VPD generally had significant positive impacts on GPP, and the annual precipitation had a negative impact on GPP.     

长江流域陆地植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子

长江流域是我国重要的工农业生产区和生态安全屏障。深入开展长江流域陆地植被总初级生产力（GPP）时空变化特征和驱动因子研究,对了解变化环境下区域植被生长状况和生物固碳能力、掌握生态环境质量具有重要意义。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地利用和气象观测数据,采用趋势分析和偏相关分析法,系统研究了2000-2015年间长江流域陆地植被GPP时空变化特征,探讨了不同二级水资源区内气候因子对GPP变化影响的空间差异,揭示了不同土地利用类型GPP变化特征以及气候因子作用。结果表明：1）长江流域陆地植被覆盖区GPP在0.3-2765 gC m^-2 a^-1之间,均值约990.46 gC m^-2 a^-1,多年平均GPP总量为1.735 P gC;2）近年来,长江流域GPP呈不显著上升趋势,趋势率为2.39 gC m^-2 a^-1。空间上,GPP上升区和下降区分别占总流域面积的68%和32%。各二级水资源区内,除了洞庭湖流域和太湖流域GPP呈下降趋势外,其他区GPP均呈上升趋势;3）不同土地利用类型GPP均值在198.50-1276.90 gC m^-2 a^-1之间。各土地利用类型中除水田GPP呈微弱下降外,其他均呈上升趋势,尤其是高、中、低覆盖度草地GPP上升趋势较为显著;4）不同气候因子对植被GPP变化的影响程度在不同二级水资源区、不同土地利用类型间均存在一定差异,但就长江流域整体而言,GPP年际变化受温度影响显著,其次是蒸发,而降水等其他气候因子的影响不大。     

1982—2015年新疆地区植被生长对气温的响应

基于1982-2015年归一化植被指数(NDVI)数据集、植被类型和气象数据,采用滑动偏相关分析、线性趋势分析和GIS空间分析方法,揭示了新疆地区生长季植被对气温响应的变化特征.结果表明:研究期间,在整个生长季,新疆地区植被活动对气温变化的响应强度呈现明显的降低趋势;季节尺度上,这种响应关系的变化趋势在夏、秋两季较为明显,春季植被活动对气温变化响应的变化趋势与之相反.在整个生长季,不同类型植被对气温变化的响应呈现减弱态势;在春季,草地和森林对气温变化的响应呈现显著增强趋势,而灌丛和荒漠对气温变化的响应趋势正好相反;在夏季,4种植被(草地、灌丛、荒漠、森林)对气温变化的响应均呈现显著降低趋势;在秋季,4种植被对气温变化的响应均没有显著的统计学特征.新疆地区生长季气温对植被的影响力减弱具有区域的普遍性特征,这可能与研究区降雨和太阳辐射活动变化的有关.     

陕北黄土丘陵区撂荒群落土壤养分与地上生物量空间异质性

应用地统计学方法,研究了群落尺度上陕北黄土丘陵区不同演替阶段猪毛蒿、长芒草和达乌里胡枝子3种撂荒群落土壤全氮、全磷和地上生物量的空间异质性.利用基于距离矩阵的Mantel偏相关方法分析了群落地上生物量与土壤全氮、全磷在不同尺度上的相互关系,分析了土壤全氮、全磷及群落自身的空间过程对群落地上生物量空间分布的解释程度.结果表明:(1)猪毛蒿、长芒草和达乌里胡枝子3种群落土壤全氮含量空间自相关性较差,而全磷自相关性较好,不同深度的土壤全氮含量其空间异质性大小也有所差别.3种群落0～20cm全氮的空间变异性大小为:达乌里胡枝子〉长芒草〉猪毛蒿群落;20～40cm为:长芒草〉达乌里胡枝子〉猪毛蒿群落.即土壤表层全氮含量为撂荒年限越长空间变异性越大,而亚表层全氮含量则是演替中期空间异质性较大,演替前后期较小.3种群落0～20cm、20～40cm全磷含量也是演替中期空间异质性较大,而前后期较小.(2)3种群落地上生物量空间自相关性以长芒草群落为最小,并且空间异质性大小为猪毛蒿〉达乌里胡枝子〉长芒草群落;猪毛蒿群落地上生物量与土壤全氮在小尺度上(0.71m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51m尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在     

岷江上游两种生态系统降雨分配的比较

植被的降雨分配作用对理解生态系统的水文功能具有重要的意义。该文对四川岷江上游岷江冷杉(Abies faxoniana)针叶林和川滇高山栎(Quercus aquifolioides)灌丛两种生态系统的降雨分配及降雨截留的影响因素进行了研究,探讨了植被分配降雨及截留降雨的影响机制和影响因素。文中采用定位观测的方法研究降雨分配。针叶林中冠层降雨截留占33.33%,树干茎流占0.07%,穿透雨占66.60%;而灌丛的冠层截留降雨为24.95%,穿透雨为75.05%;针叶林地被物的蓄留水能力(1.746 mm)要大于灌丛地被物的持水能力(0.941 mm);针叶林土壤的容积含水率(39.66%)也要高于灌丛土壤的容积含水率(38.19%);两种生态系统中的穿透雨率与降雨量的关系均可用逻辑斯谛方程较好地模拟。文中还选取了降雨量、降雨强度、降雨持续时间、两次降雨的间隔时间和次降雨期间的气温等5种因子分析影响两种生态系统降雨截留的主要因素。根据截留降雨与上述5种因子的偏相关分析结果:针叶林冠层的降雨截留主要受降雨量、降雨持续时间和间隔时间的影响;灌丛的降雨截留主要受降雨量、气温与降雨持续时间的影响。文中从当地的降雨特征与两种生态系统微气候差异的角度分析了两种生态系统降雨分配及降雨截留影响因素差异的原因。     

气候变化与放牧对西藏典型高寒荒漠草地植被指数变化的相对影响

高寒荒漠草地是青藏高原天然牧场的重要组成部分,对气候变化的响应敏感,且受放牧活动干扰较大,然而,目前仍缺乏数据解释气候变化与放牧对高寒荒漠草地生长的相对影响。西藏阿里地区的日土县,处于季风带和西风带的过渡区,形成以高寒荒漠草原为主的植被类型。基于西藏日土县2000—2016年间的MODIS遥感植被指数(NDVI),以牲畜存栏数(LN)作为放牧的关键指标,以气温、降水和标准化降水蒸散指数(SPEI)数据作为气候变化的指标,分析了研究区草地NDVI的时空变化格局以及气候变化与放牧对NDVI变化的相对影响,据此评估已实施的退牧还草生态建设工程效应。主要研究结果如下:1)2000—2016年间NDVI先减后增,总体呈现增加趋势,这与温度、降水、SPEI以及LN的变化密切相关,其中,LN对NDVI变化的影响相对更大;2)偏相关分析结果表明,退牧还草工程实施前(2000—2007),LN对NDVI变化的影响更大,而工程实施后(2008—2016),表现为SPEI对NDVI变化的影响更大。研究结果表明,高寒荒漠草地生态系统十分脆弱,在不同空间以及时间尺度受到气候变化和放牧活动的影响也有所不同。退牧还草工程通过控制牲畜数量,减轻放牧压力,在很大程度上遏制了该地区植被尤其是草原和湿地NDVI的降低趋势。     

中年男性红细胞压积正常参考值与地理因素的因子分析

目的:为制定中国中年男性红细胞压积正常参考值的统一标准提供科学依据．方法:收集了中国380个地区用温氏法(Wintrobe)测定的32475例健康中年男性红细胞压积正常参考值,运用偏相关分析和因子分析对其与海拔高度(x1),年日照时数(x2),年平均相对湿度(x3),年平均气温(x4),年降水量(x5)的关系进行了研究．结果: 5个地理影响因素值与中年男性红细胞压积正常参考值的偏相关系数分别为: r1,2345=0.651,r2,1345= -0．039,r3,1245=-0．040,r4,1235=-0．281,r5,1234=0．125．运用因子分析将5个地理影响因素综合成两个公共因子F1,F2,并用其得分值代替原始数据推导出一个回归方程: y=48 464 0．1738F1-0.4125F2±4 5％结论:海拔高度是影响中年男性红细胞压积正常参考值的最主要因素．随着海拔高度逐渐增大,中年男性红细胞压积正常参考值也逐渐增大,相关性很显著．如果知道中国某地的地理因素值,可以用公因子的回归方程来估算中国某地的中年男性红细胞压积正常参考值．依据中年男性红细胞压积正常参考值与地理因素的依赖关系把中国分为青藏区,西南区,西北区,东南区,华北区,东北区六个区．     

基于小波变换的土壤有机碳与其影响因子多尺度相关分析

基于GIS,采用小波变换和相关分析方法,以广东山区表层(0～20 cm)土壤有机碳密度及其影响因子(包括归一化植被指数NDVI、海拔、坡度和坡向)作为分析对象,选取4条样带,使用一维离散小波变换对分析对象进行多尺度分解,在栅格尺度上定量分析土壤有机碳密度与其影响因子相关关系的多尺度响应特征.结果表明: 研究区土壤有机碳密度与其影响因子具有不同程度的尺度相关性.NDVI在2、8和16 km尺度、海拔在8和16 km尺度下的控制作用最强;坡度的控制作用极弱,尺度相关性不显著;坡向在大于2 km尺度表现为随尺度增加而增大的负相关作用.不同样带的土壤有机碳密度受不同影响因子的制约,NDVI和海拔是影响广东山区土壤有机碳密度分布的主要因子,坡度和坡向仅在个别样带、较大尺度上起作用.     

四川凉山烤烟叶片巨豆三烯酮含量与生态因子的关系

基于四川省凉山州9个烟叶主产区土壤与烟叶各81个样品的实验室测试数据,应用逐步回归分析、偏相关分析和通径分析方法,研究了生态因子与烤烟叶片中巨豆三烯酮含量的数量关系,结果表明,月平均气温、月平均降雨量、≥20℃积温、土壤有机质、土壤水解氮、土壤速效钾和土壤pH值是影响烤烟烟叶巨豆三烯酮含量的主要生态因子,彼此互相关联,共同决定了烤烟叶片巨豆三烯酮含量变化的98.02%.对烤烟叶片巨豆三烯酮含量直接影响最大的是月平均降雨量,其次是土壤有机质、月平均气温、≥20℃积温、土壤速效钾、土壤pH值和土壤水解氮,其中月平均降雨量对烤烟叶片巨豆三烯酮含量产生直接的负面效应,而土壤有机质、月平均气温则对烤烟叶片巨豆三烯酮含量产生直接的正面效应.土壤有机质是烤烟叶片巨豆三烯酮含量最主要的促进因素,而≥20℃积温是烤烟叶片巨豆三烯酮含量最主要的限制因素.     

黑河上游植被总初级生产力遥感估算及其对气候变化的响应

定量描述植被总初级生产力(GPP)对于全球碳循环和全球气候变化研究具有重要意义。针对MODIS MOD_17 GPP (MOD_17)产品在通量站点低估的现象, 通过3个实验依次改进了模型输入参数(气象数据和吸收的光合有效辐射吸收比例(fPAR))和模型本身的参数(最大光能利用率), 分析了各个参数对模拟结果的不确定性影响, 结果表明各参数对模拟结果都有不同程度的影响。在阿柔草地站, 最大光能利用率的重新标定对结果影响最大, GPP估算结果的提高最为明显; 在关滩森林站利用广义神经网络算法得到的GLASS fPAR代替原始MODIS fPAR产品, 比其他参数的改进效果更明显, GPP的值更接近涡动通量观测值。利用改进的MOD_17模型重新估算了黑河上游2001-2012年间植被GPP, 通过趋势分析得出该研究时段内GPP以9.58 g C·m^-2·a^-1的平均速率呈上升趋势。同时计算了气候因子(温度、降水和饱和水汽压差(VPD))与时间序列GPP的偏相关性, 分析了植被GPP对气候变化的响应情况, 2001-2012年平均温度和VPD与年GPP大部分区域呈正相关, 体现了温度和VPD对植被生长的促进作用; 2001-2012年的降水量与年GPP无明显相关, 且大部分区域呈负相关。