21世纪上半叶内蒙古草地植被净初级生产力变化趋势

基于中国气象局国家气候中心新发布的中短期适应气候变化的新情景(RCP4.5)和极端情景(RCP8.5)下的气候预估数据,采用空间化后的CENTURY模型模拟探讨2011－2050年内蒙古草地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征.结果表明: 区域尺度上,未来气候变化情景下内蒙古草地NPP年下降速率分别为0.57 g C·m^-2·a^-1(RCP4.5)、0.89 g C·m^-2·a^-1(RCP8.5);相对于基准时段,RCP4.5情景下内蒙古草地NPP在2020s、2030s、2040s分别下降11.6%、12.0%、18.0%,而RCP8.5情景下降幅分别为23.8%、21.2%、30.1%.不同气候情景下内蒙古草地NPP时空变化特征差异较大,但即使在RCP4.5下未来40年绝大部分草地NPP也将呈现下降趋势,15.6%的草地减产超过20%.这表明未来气候变化情景下内蒙古草地降水略增的态势不足以补偿因温度升高对草地植被初级生产力所产生的负面作用,草地资源的可持续发展将面临更大挑战.     

秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

Changing Global Climate: Historical Carbon and Nitrogen Budgets and Projected Responses of Ohio’s Cropland Ecosystems

As the evidence of global climate change continues to mount, its consequences for cropland productivity assume particular significance. Against the backdrop of past agricultural practices, simulation models offer a glimpse into the future, showing the effect of temperature changes on crop production. In this study, we first quantified the carbon (C) and nitrogen (N) budgets of Ohios cropland ecosystems using inventory yield data of corn for grain, oat, and all wheat for the period 1866–1996 and soybean for the period 1924–96. Then we explored the responses of Ohios continuous soybean croplands to changes in temperature, carbon dioxide (CO₂) concentration, initial soil organic C and N (SOC-N) pools, soil texture, and management practices by developing a simple cropland ecosystem model (CEM) and performing a long-term sensitivity analysis. Finally, CEM simulations were evaluated against independent observations of SOC values (0–19 cm) averaged over 470 northwest Ohio sites between 1954 and 1987 under conventional tillage and rotations of corn–soybean–winter wheat by using the historical yield data (r ² = 0.8). The C contents per hectare of crop harvests increased by 178% for oats, 300% for corn for grain, and 652% for all wheat between 1866 and 1996 and by 305% for soybean between 1924 and 1996. Ohio croplands acted as C–N sources, releasing average net ecosystem emissions (NEE), including the removal of harvested C–N, of 4,598 kg CO₂ ha^–1 and 141 kg N ha^–1 in 1886 and 205 kg CO₂ ha^–1 (except for the corn-for-grain cropland) and 39 kg N ha^–1 in 1996. The continuous corn croplands continued to become a C sink, sequestering 255 kg C ha^–1 in 1996. Results of the sensitivity analysis for Ohios continuous soybean croplands revealed that the SOC pool increased by 6.9% and decreased by 7.5% in response to a doubled CO₂ concentration and a temperature increase of 2.8°C over 100 years, respectively. The sequestration potential of the SOC pool increased by 6.5% at a rate of 24.6 kg C ha^–1 y^–1 for the same period with finer soil texture (loam to silty clay loam). The shift from conventional to conservation residue practice led to an 11% increase in the steady-state SOC storage at a rate of 42 kg C ha^–1 y^–1 for 100 years.     

Does climate directly influence NPP globally?

The need for rigorous analyses of climate impacts has never been more crucial. Current textbooks state that climate directly influences ecosystem annual net primary productivity (NPP), emphasizing the urgent need to monitor the impacts of climate change. A recent paper challenged this consensus, arguing, based on an analysis of NPP for 1247 woody plant communities across global climate gradients, that temperature and precipitation have negligible direct effects on NPP and only perhaps have indirect effects by constraining total stand biomass (M_tot) and stand age (a). The authors of that study concluded that the length of the growing season (l_gs) might have a minor influence on NPP, an effect they considered not to be directly related to climate. In this article, we describe flaws that affected that study's conclusions and present novel analyses to disentangle the effects of stand variables and climate in determining NPP. We re‐analyzed the same database to partition the direct and indirect effects of climate on NPP, using three approaches: maximum‐likelihood model selection, independent‐effects analysis, and structural equation modeling. These new analyses showed that about half of the global variation in NPP could be explained by M_tot combined with climate variables and supported strong and direct influences of climate independently of M_tot, both for NPP and for net biomass change averaged across the known lifetime of the stands (ABC = average biomass change). We show that l_gs is an important climate variable, intrinsically correlated with, and contributing to mean annual temperature and precipitation (T_ann and P_ann), all important climatic drivers of NPP. Our analyses provide guidance for statistical and mechanistic analyses of climate drivers of ecosystem processes for predictive modeling and provide novel evidence supporting the strong, direct role of climate in determining vegetation productivity at the global scale.     

土地利用转变与海拔高度协同作用黄土高原植被固碳变化特征

全球固碳释碳问题一直是近年来关乎民生的热点话题,区域碳源/碳汇对生态环境的重要性不言而喻。基于CASA模型估算黄土高原1990—2015年植被净初级生产力的年际变化,并分析土地利用变化、海拔高度及两者协同作用对其综合影响,结果表明：(1)黄土高原1990—2015年植被NPP与植被固碳总体呈增加趋势,年均NPP增速2.74 gC m^-2 a^-1,年均固碳增速1.13 TgC/a,研究区林地年均NPP(619.5 gC m^-2 a^-1)远超其他用地类型,固碳效果理想;(2)黄土高原年均NPP随高程的增加先降低后升高,年总NPP和固碳量随高程增加变化趋势相反;(3)研究区土地利用转变类型中退耕还林的植被固碳效果最好;而林地变为耕地或草地均不能达到固碳目的,此外,更推荐在研究区海拔低于1500 m变草为耕,海拔高于1500 m退耕还草,海拔高于3000 m变耕、草为林。以期为区域尺度的生态环境建设提供一定的参考和科学依据。     

气候变化情景下中国自然植被净初级生产力分布

基于国际上较通用的Lund-Potsdam-Jena(LPJ)模型,根据中国自然环境特点对其运行机制进行调整,并重新进行了参数化,以B2情景气候数据作为主要的输入数据,以1961-1990年为基准时段,模拟了中国1991-2080自然植被净初级生产力(NPP)对气候变化的响应.结果表明:1961-1990年,中国自然植被的NPP总量为3.06 Pg C·a-1;1961-2080年,NPP总量呈波动下降趋势,且下降速度逐渐加快.在降水相对变化不大的条件下,平均温度的增加对我国植被生产力可能会产生一定的负面影响.NPP的空间分布从东南沿海向西北内陆呈逐渐递减趋势,在气候变化过程中,该格局基本没有太大变化.在东部NPP值相对较高地区,NPP值以减少为主,东北地区、华北东部和黄土高原地区的减少趋势尤为明显;在西部NPP值相对较低地区,NPP以增加趋势为主,青藏高原地区和塔里木盆地的表现尤为突出.随着气候变化的深入,东西部地区这种变化趋势的对比将越发明显.     

2000—2020年青藏高原植被净初级生产力时空变化及其气候驱动作用

青藏高原是我国乃至全世界的“气候变化实验室”,在气候变化驱动下,青藏高原植被净初级生产力(NPP)发生了显著变化。本研究利用归一化植被指数、数字高程、年降水量和年气温等数据,探究2000—2020年青藏高原植被NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明: 2000—2020年,青藏高原植被NPP呈显著增加趋势,NPP增加速率为1.67 g C·m^-2·a^-1。青藏高原植被NPP空间分布表现为从东南向西北逐渐递减,该分布格局与气温、降水量的空间分布格局基本吻合。植被NPP与气温和降水量变化显著正相关。暖湿化气候变化趋势是促进植被NPP显著增加的重要动力,如果气候持续更暖更湿,青藏高原植被NPP将会持续增加。     

1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力的影响

研究1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力(NPP)的影响。结果表明: 1982—1998年和1999—2015年2个时期,内蒙古草地实际NPP(ANPP)增长速率分别为1.08和1.36 g C·m^-2·a^-1,草地以恢复为主,2个时期草地恢复面积分别占研究区总面积的81.6%和76.3%;草地退化面积有增加趋势,且气候变化和人类活动对不同类型草地的影响不同。2个时期气候变化对草地恢复贡献率分别为79.3%和94.1%,气候变化是草地恢复的主要因素,其中,ANPP与降水呈显著正相关,而与温度的相关性不显著,表明降水是影响草地恢复的主要气候因子。2个时期人类活动对草地退化的贡献率分别为83.3%和87.8%,说明人类活动是导致草地退化的主要原因。气候变化对内蒙古草地恢复起主导作用,而人类活动诸如放牧数量、耕地面积和造林面积的增加,加速了草地退化。     

陕西省油松林生产力动态及对未来气候变化的响应

本研究利用LPJ-GUESS模型,分析了陕西省油松林在未来时期(2015-2100年)不同气候情景下净初级生产力(NPP)的变化趋势.结果表明: 在未来时期,研究区温度在RCP_2.6、RCP_4.5和RCP_8.5情景下将分别以0.12、0.23和0.54 ℃·10 a^-1的速率显著升高;降水在RCP_2.6和RCP_8.5情景下无显著变化,在RCP_4.5情景下将以14.36 mm·10 a^-1的速率显著增加.与历史时期(1961-1990年)相比,研究区油松林的NPP在未来时期将升高1.6%~29.6%;在RCP_8.5情景下21世纪末期(2071-2100年)油松林NPP将会升高45.4%;不同情景下油松林NPP表现为RCP_8.5＞RCP_4.5＞RCP_2.6.在未来时期,陕北地区油松林NPP在RCP_2.6和RCP_4.5情景下将分别以41.00和21.00 g C·m^-2·10 a^-1的速率下降,该区油松林有变为碳源的可能.     

羌塘高原高寒草地生态系统生产力动态

基于实测气象数据和遥感数据,分析了藏北地区气候变化趋势,并采用植被 气候综合模型和CASA模型模拟分析了藏北草地潜在和现实净第一性生产力(NPP)的动态变化和空间格局.结果表明：1955—2004年间,羌塘高原年平均气温上升了1.37 ℃,降水量增加了63 mm,中、东部区域的气候趋于暖湿化,西部区域趋于暖干化,目前气候变化尚未引起草地退化.草地潜在NPP平均值为东部 > 中部 > 西部.1982—2004年,由于水热条件的变化,中部区域的潜在NPP增加值最高,达0.55 t·hm^-2·a¹,东部和西部分别为0.51和0.21 t·hm^-2·a^-1;东、中、西部现实NPP增量分别为-0.19、-0.03 和0.20 t·hm^-2·a^-1.超载过牧是东、中部草地退化的主要原因,中部是草地保护恢复工程的最佳实施区域.     

1996-2015年滇西北香格里拉植被净初级生产力变化

地处青藏高原东南缘的滇西北香格里拉,其植被NPP的时空格局变化,对于深入了解青藏高原区域植被对气候变化的响应具有重要的科学意义。基于地面气象数据和MODIS-NDVI等遥感数据,运用改进的CASA模型,估算了1996—2015年香格里拉区域不同植被类型NPP,分析探讨了区域植被NPP的演变特征及其对气候变化的响应规律。研究显示:1)1995—2015年间,香格里拉区域6—8月平均气温总体呈上升趋势,增速为0.037℃/a; 6—8月总降水量为373.1 mm,呈微弱下降趋势;20年间辐射量基本维持波动稳定状态;2)1996—2015年,香格里拉区域6—8月最大月植被NPP平均值为176.9 gC/m~2,不同植被类型的变化范围为128.9—286.9 gC/m~2;空间格局上,表现为\"从西北、东南及金沙江沿岸向中部递减\"的特征;3)香格里拉区域植被NPP显著地受到气温变化的调控(P<0.05),20年间随着气温的持续升高,区域NPP总体呈增加趋势;4)区域植被NPP未表现出受降水变化的显著影响(P>0.05),水分条件对区域植被NPP未形成限制性的影响作用。区域内植被NPP...     

秦巴山地NPP及对气候变化响应的多维地带性与暖温带-亚热带界线

秦巴山地位于我国的南北过渡带,对我国生态地理格局产生重要影响。为了探索秦巴山地植被净第一性生产力(NPP,Net Primary Productivity)的时空格局及其气候响应的多样性和复杂性,为我国暖温带-亚热带界线的具体分布提供新的佐证,基于2000—2015年的MOD17A3的地表植被NPP数据和秦巴山地93个气象站点数据,从经度、纬度、海拔、坡向多个维度研究了秦巴山地地表植被NPP的分布及与气候因子的关系。结果表明:从2000—2015年,(1)秦巴山地中低山地区,自北向南随纬度降低,地表植被多年平均NPP呈现增加的趋势,体现了纬度地带性;年均NPP与温度的关系由负相关变为正相关,转折点出现在汉江;与降水的相关性减弱。(2)自西向东多年平均NPP值先增加后减少,秦岭一线地表植被年均NPP与温度由正相关变为负相关,与降水主要呈正相关,相关性先增加后减少。(3)随高度的增加,秦巴山地多年NPP值及增长率均呈现先增加后减少的趋势。(4)秦岭和大巴山多年平均NPP均呈现增加趋势,但是秦岭增长较大巴山更明显;2000m以下,秦岭南坡增长率明显高于北坡,大巴山北坡增长率明显高于南坡;2000—3000m,秦岭南北坡差异较小,但是大巴山差异明显;中山地区(1000—2500m),秦岭年均NPP与气温呈负相关,而大巴山则呈现正相关或弱相关;秦岭地区年均NPP与降水的相关性整体强于大巴山地区。这就意味着全球变暖、气温升高对秦岭植被尤其是中低山地区的植被产生不利影响,但是对大巴山则有利,而前者植被生长主要与降水增加有关。这也说明了基于汉江为界的秦岭和大巴山无论是地表植被NPP的均值还是其南北坡差异以及对气候因子的响应呈现了明显的差异,而汉江作为中山地区植被NPP与气温相关性由正相关性到负相关的转折点,与降水的关系由弱相关到正相关的转折点,更合适作为南北分界线。     

近51年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应

本研究以分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据为驱动,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了祁连山地区1958~2008年植被净初级生产力(NPP),并对近51年来祁连山地区植被NPP对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近51年来祁连山植被(常绿针叶林、落叶针叶林、草地、灌木、农田)在气温升高和降水量增加的影响下,NPP总量呈增加趋势,且增加速率依次为:农田>常绿针叶林>落叶针叶林>草地>灌木。植被NPP的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系,且温度变化对植被NPP的影响大于降水,即温度变化是影响祁连山地区植被NPP变化的主导因素。从区域平均来看,气温年平均上升速率为0.043℃·a-1,降水量的平均增加速率为1.355mm·a-1,在气温和降水量的共同作用下,1958~2008年祁连山地区植被NPP总量呈增加趋势,平均增加速率为0.718g·m-2·a-1。     

念青唐古拉山南坡高寒草甸生产力对温度和降水变化的敏感性及其海拔分异

目前人们仍不清楚不同海拔高寒草地植被生长对气候变化的敏感性差异及其与最适宜海拔分布中心的关系。利用西藏当雄县念青唐古拉山南坡7个海拔梯度固定样地的高山嵩草草甸地上净初级生产力(ANPP)观测数据(2009—2013),建立了ANPP与同期遥感植被指数(MODIS NDVI)的线性回归方程。基于长时间序列的NDVI数据,利用建立的回归方程估算了研究区2000—2013年的ANPP。结合沿海拔梯度的HOBO气象站数据(2006—2013)及当雄县气象站数据(2000—2013),分析了2000—2013年该地区高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性及其随海拔的变化规律。结果表明:(1)多年平均ANPP随海拔的变化均表现为先增加后降低的单峰分布格局,最大值出现在海拔4893—4942 m,说明在海拔梯度上存在一个最适宜高寒草甸植被生长的分布中心;(2)ANPP与生长季降水量(GSP)呈正相关关系,与生长季平均气温(GST)呈负相关关系,其相关斜率的绝对值(指示ANPP的降水敏感性和温度敏感性大小)与ANPP的海拔格局具有相反的变化趋势,即在最适宜高寒草甸植被生长的海拔分布中心附近,ANPP对降水和温度变化的敏感性最低,而在远离该分布中心的较高和较低海拔,ANPP对降水和温度变化的敏感性则相对较大。研究明确了高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性随海拔的分异性及其与高寒草甸最适宜海拔分布中心的关系,这有助于理解沿海拔梯度不同水热组合环境下高寒生态系统对未来气候变化的响应模式。