内蒙古草原区植被净初级生产力及其与气候的关系

利用NOAA/AVHRR GIMMSNDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,基于改进的基于光能利用率的净初级生产力(Net Primary productivity,NPP)遥感估算模型对内蒙古草原区1982-2006年的NPP进行估算,并分别以年、季节和月为时间单位,计算基于像元的NPP与降水、温度之间的相关及偏相关系数,分析不同时间单位及尺度上NPP与气候的关系。结果表明,1982-2006年内蒙古草原区NPP总量呈波动增加的趋势,平均增加值为0.861Mt C/a。以年为时间单位,内蒙古草原区年NPP与降水的关系比较明显。以季节为时间单位,年际春季和夏季NPP与降水的关系比较明显,秋季二者关系相对较弱,春季和秋季NPP与温度的相关系数和偏相关系数空间格局比较一致,且相关性明显高于夏季。以月为时间单位的相关水平明显高于年际水平,多年平均年内月NPP与降水、温度的相关程度明显增强,除去降水的影响,月均温对NPP的影响明显下降,且空间格局也有明显的变化,说明以月为时间单位在年内尺度上降水对植被生长的影响比温度要大。而以4、7、10月份为例,在年际尺度上,虽然各月份NPP均受降水的影响较大,但与降水关系最为密切的是4月份和10月份NPP,与之相比,7月份NPP与温度的关系明显高于其他两月。     

2000-2015年宁夏草地净初级生产力时空特征及其气候响应

草地是宁夏陆地生态系统的重要组成部分,估算其净初级生产力（NPP）对宁夏草地可持续利用与管理至关重要。采用MODIS数据和CASA模型对2000-2015年间宁夏草地生态系统NPP进行了估算,通过一元线性回归趋势分析、Hurst指数等方法研究草地NPP的时空变化规律及未来演变趋势,并分析草地NPP与气象因子的相关性。结果表明：（1）基于CASA模型的宁夏草地NPP模拟精度高,其估算值与实测多年草地NPP均值具有良好的线性关系（R=0.93,P < 0.01）,与MOD17产品的草地NPP空间分布基本一致。（2）近16 a宁夏草地年均NPP为148.28 g C m^-2 a^-1,且存在波动上升的趋势,其线性增长率为3.84 g C m^-2 a^-1（P < 0.01）。（3）宁夏草地NPP整体处于上升趋势,草地NPP增长的草地面积达98%,且其增率自南向北递减;宁夏草地NPP的Hurst指数在0.27-0.81之间,均值为0.53,大部分草地的NPP变化趋势具有较强同向持续性。（4）在年时间尺度上,宁夏草地NPP主要受降水量的影响,与气温的相关性较弱;在月时间尺度上,生长季草地NPP与月总降水量的相关性高,且不存在时间滞后响应现象,而与月均温的响应则存在1个月的时间滞后性,宁夏大面积分布的干草原与荒漠草原NPP对气温响应滞后是导致这一现象发生的主要原因。     

锡林郭勒盟净初级生产力时空变化及其气候影响

净初级生产力(NPP)是表征生态系统质量与功能的核心指标,监测生态工程区NPP的时空变化是生态建设成效评估的重要内容.本文利用2000-2015年时序遥感数据与光能利用效率模型(CASA),分析了锡林郭勒盟NPP的时空变化以及气温与降水的影响.结果 表明:2000-2015年锡林郭勒盟的NPP为108.66～359.7...     

定量评价人类活动对净初级生产力的影响

以人类活动为主导的城市扩张和土地覆被变化对城市生态环境产生了重要影响,并与气候变化共同影响植被净初级生产力(NPP),但目前从时空尺度上脱离气候干扰仅以人类活动为主导因素来定量分析其对植被NPP影响的研究尚不充分.本研究以广州市为研究区,利用CASA模型估算2001—2013年实际净初级生产力(NPP_act),结合CHIKUGO模型估算得到的潜在净初级生产力(NPP_p)计算因土地覆被变化导致的NPP损失(NPP_lulc),并建立相对贡献指数(RCI)定量分析和评价在城市扩张过程中人类活动对NPP的影响.结果表明:2001—2013年间,广州总体及其5片区NPP_act和NPP_lulc分别呈减少和增加趋势,并存在明显的空间差异性;RCI呈明显增加趋势,东北片区RCI值最低,为0.31,表明气候变化是其NPP变化的主要原因,其他4个片区的RCI值均高于0.5,说明4个片区人为干扰严重,人类活动是其NPP减少的主导因素;广州市及其5片区的RCI变化斜率均大于0,人类活动对植被的干扰逐年增强,北部片区RCI变化斜率值最大(0.693),人为干扰增加趋势最明显.     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.     

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。     

陕北黄土高原植被净初级生产力的估算

基于MODIS和地面气象数据,利用改进的CASA模型,模拟分析了2005年陕北黄土高原地区的植被净初级生产力(NPP)及其时空分布.结果表明:1)根据生态生理过程模型针对不同土地覆被类型选择不同的月平均最大光能利用率,比传统CASA模型中使用固定的全球月平均最大光能利用率进行NPP估算,更符合陕北黄土高原地区的实际情况;在估算植被参数时引入植被覆盖分类,以及利用陕北黄土高原2005年时序NDVI进行土地覆被分类的同时,结合1:100万中国植被图和实地调查情况对分类结果进行修正,可提高分类的精度,从而提高模型估算的精度.2)通过不同模型之间和与陕北部分地区实际调查数据进行比较,显示改进后的CASA模型对区域陆地植被NPP的模拟效果较好,可应用于陕北黄土高原乃至周边地区NPP的计算中.3)2005年陕北黄土高原植被净第一性生产量估计值为4.76×10~(13) g C,约占全国总NPP的1.5%,植被平均NPP为447.3 g C·m~(-2)·a~(-1),高于1992-2000年全国陆地NPP平均值323.8 g C·m~(-2)·a~(-1).4)在NPP的空间分布上,总体趋势是由东南向西北递减,其中最高值出现在东南部的黄龙山次生林区(1087g C·m~(-2)·a~(-1));西北部的荒漠植被覆盖度极低,平均NPP仅为205.0 g C·m~(-2)·a~(-1).5)陕北黄土高原NPP的季节变化明显,其中4月中旬至10月中旬6个月生长季时间里的NPP可占到全年的91.5%,而7月中旬至8月中旬间该区的净初级生产力达到年内的极大值,可占全年的37.8%.

Abstract：

Based on the data from MODIS (Moderate-resolution Imaging Speetroradiometer) and meteorological observatories, and by using improved CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach) model, the vegetation net primary productivity (NPP) and its spatiotemporal distribution on the North Shaanxi Loess Plateau in 2005 were simulated and analyzed. Comparing with the traditional CASA model which only uses a universal mean annual maximum light use efficiency (LUE), the estimated regional NPP by the improved CASA model was more precise, because this improved model used the LUE parameters of different vegetation covers. The detailed land cover classifica-tion also contributed to the increase of the precision via introducing the time-series Normalized Different Vegetation Index (NDVI) and ground survey data to modify and adjust the original clas-sification system based on vegetation map (1: 1000000). The testing of the simulation results from different models with the ground survey data in North Shaanxi showed that the estimation by the modified CASA model was much closer to the real survey data, implying the potential practi-cal significance of this model in estimating the vegetation NPP in North Shaanxi Loess Plateau and its adjacent areas. In 2005, the NPP in North Shaanxi was estimated as 4. 76×1013 g C, ac-counting for about 1.5% of China' s terrestrial total NPP, and the mean NPP was 447.3 g C·m~(-2)·a~(-1), being much higher than that of China' s terrestrial vegetation (323.8 g C·m~(-2)·a~(-1)) in 1982-2000. The spatial distribution pattern of the vegetation NPP showed an apparently declining trend from the southeast to the northwest, with the highest value of 1087 g C·m~(-2)a~(-1) occurred in the broadleaved-and conifer-mixed forests of Huanglong Mountain in southeast part of the region. The mean NPP of desert vegetation in the whole region was the lowest, only about 205.0 g C·m~(-2) ·a~(-1). An obvious seasonal variation of the NPP was observed. The NPP in growth season (from April to October) took about 91.5% of the total in the year, and the peak occurred in mid-July to mid-August, amounting to 37.8% of the total.     

盘锦湿地净初级生产力时空分布特征

主要采用中巴地球资源卫星(CBERS)、合成孔径雷达(SAR)和数字高程模型(DEM)数据,通过主成分变换融合算法、分类回归树CART算法和混合像元分解模型结合神经网络算法,进行了盘锦湿地土地覆盖类型分类。充分考虑湿地生态系统的典型特征,将盐分胁迫因子作为估算湿地耐盐植被净初级生产力(NPP)的环境影响因子之一,构建了基于光能利用率和遥感数据的湿地植被净初级生产力模型。分析了盘锦湿地植被NPP的时空分布特征,并研究了盘锦湿地植被NPP对气温和降水的响应特征。结果表明:2009年盘锦市植被净初级生产力介于0—1175 gC·m-·2a-1之间,平均值为553 gC·m-·2a-1。盘锦市植被NPP空间分布规律呈东北向西南逐渐递增的趋势。在湿地植被分类类型中,芦苇的单位面积平均NPP最高,达到1016 gC·m-·2a-1。2004—2009年盘锦植被单位面积平均NPP值在缓慢上升,湿地已呈现缓慢恢复的趋势。总体上气温对盘锦湿地主要植被类型芦苇月平均NPP的影响要强于降水。2004—2009年降水对盘锦地区植被年平均NPP的影响强于气温。     

江西省植被净初级生产力的空间格局及其对气候因素的响应

应用遥感-过程耦合模型(GLOPEM-CEVSA),模拟了2000-2006年江西省陆地植被净初级生产力(NPP),分析了其空间格局及其对气候因子的响应.本模型模拟数据与样点实测数据间呈显著的线性相关,复相关系数为0.85 (P＜0.001).在全省主要植被类型中,常绿针叶林的NPP最高(1091.38 g C·m-2·a-1),其次是常绿阔叶林(846.09gC ·m-2·a-1)、灌丛(596.62 gC.m-2.a-1)和草地(325.50gC ·m-2·a-1).不同气候梯度上的NPP分布状况分析表明,在降水低于1900 mm的地区,随降水量增加NPP略有增加但幅度较小且波动较为剧烈;在降水量为1900 ～ 1950 mm的地区,降水越多NPP也越高,且增加显著;但在降水高于1950 mm地区,NPP则随着降水的增加而降低.在气温低于17℃的区域,温度越高NPP也较高,而在温度高于17℃的区域,NPP则随温度增加而降低.进一步分析低(＜17.25℃)、均(17.25 ～18.55℃)、高(＞18.55℃)3个气温区内空间上NPP与降水的关系发现,低温区和均温区主要植被以常绿针叶林为主,NPP较高,而高温区则以农田和灌丛为主,NPP较低且波动较大.     

1982-2010年中国草地净初级生产力时空动态及其与气候因子的关系

植被净初级生产力（NPP）及其与气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。论文基于长时间序列遥感数据和气象数据,通过光能利用率模型（Carnegie-Ames-Stanford approach, CASA模型）模拟了1982-2010 年中国草地NPP,进而分析其时空变化特征及其与气候水热因子的相关性。结果表明：（1）1982-2010年中国草地年平均NPP为282.0 gC m^-2a^-1,年总NPP的多年平均值为988.3 TgC;空间分布上呈现东南部高西北部低的特征。（2）近30年中国草地NPP增加速率为0.6 gC m^-2a^-1,呈增加趋势的面积占中国草地总面积的67.2%;总体上,中国草地NPP呈极显著和显著增加的比例（35.8%、8.0%）大于呈极显著和显著减少的比例（5.8%、4.8%）;NPP明显增加的区域主要包括青藏高原西部、阿拉善高原、新疆西部;明显降低的区域主要分布在内蒙古地区;不同年代际和不同草地类型的NPP变化趋势差异明显。（3）草地NPP与降水量的相关性高于与温度的相关性。不同草地类型NPP对气温、降水量的响应程度不同,其中温性荒漠草原 、温性草原、温性草甸草原的NPP与降水量均达到显著正相关（P<0.05）。     

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.     

Spatial variations in aboveground net primary productivity along a climate gradient in Eurasian temperate grassland: effects of mean annual precipitation and its seasonal distribution

Concomitant changes of annual precipitation and its seasonal distribution within the context of global climate change have dramatic impacts on aboveground net primary productivity (ANPP) of grassland ecosystems. In this study, combining remote sensing products with in situ measurements of ANPP, we quantified the effects of mean annual precipitation (MAP) and precipitation seasonal distribution (PSD) on the spatial variations in ANPP along a climate gradient in Eurasian temperate grassland. Our results indicated that ANPP increased exponentially with MAP for the entire temperate grassland, but linearly for a specific grassland type, i.e. the desert steppe, typical steppe, and meadow steppe from arid to humid regions. The slope of the linear relationship appeared to be steeper in the more humid meadow steppe than that in the drier typical and desert steppes. PSD also had significant effect on the spatial variations in ANPP. It explained 39.4% of the spatial ANPP for the entire grassland investigated, being comparable with the explanatory power of MAP (40.0%). On the other hand, the relative contribution of PSD and MAP is grassland type specific. MAP exhibited a much stronger explanatory power than PSD for the desert steppe and the meadow steppe at the dry and wet end, respectively. However, PSD was the dominant factor affecting the spatial variation in ANPP for the median typical steppe. Our results imply that altered pattern of PSD due to climate change may be as important as the total amount in terms of effects on ANPP in Eurasian temperate grassland.     

不同利用方式和载畜率对内蒙古典型草原群落初级生产力和植物补偿性生长的影响

基于2005年6月开始的放牧控制实验, 研究了不同草地利用方式和放牧强度对内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原群落初级生产力和补偿性生长的影响。草地利用方式包括: 传统放牧、传统割草和放牧与割草轮换利用(混合利用)。结果表明: 传统放牧和混合利用方式下, 羊草群落地上生物量均随放牧强度增加逐渐降低。高载畜率下, 羊草群落地上净初级生产力表现为: 混合利用>传统割草>传统放牧, 说明混合利用方式优于传统放牧和传统割草利用方式; 而低载畜率则有利于草原的可持续利用和植物的补偿性生长。这一实验结果在一定程度上验证了放牧优化假说。在不同利用方式、地形因素的影响和采用不同的群落净生长量计算方法时, 随着放牧强度的变化, 等补偿、超补偿和欠补偿效应都可能出现。在低载畜率下, 群落大多表现出等补偿生长, 在高载畜率下, 群落大多表现出欠补偿生长。植物群落的补偿性生长与载畜率的关系可以用开口向下的二次函数或者斜率为负的线性函数模拟。说明随着载畜率的增加, 一些系统表现为欠补偿生长, 而另一些系统则表现为超补偿生长, 这可能与植物群落组成、地形部位(平地、坡地)和载畜率以及净生长量的计算方法有关。     

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。     

草原区矿产开发对景观格局和初级生产力的影响——以黑岱沟露天煤矿为例

煤炭是我国的主要能源,大型露天煤矿的开发推动了地区经济与社会的发展,但同时也引发了区域生态环境问题。因此,探讨矿产开发对区域景观格局的影响,并阐明景观格局动态与生态系统初级生产力的关系,对生态环境的保护具有重要意义。以内蒙古草原区的黑岱沟露天煤矿为例,利用3S(RS、GIS和GPS)技术,在野外实地调查的基础上,分析了1987年以来矿产开发导致的土地利用/覆盖变化、景观格局动态及其与生态系统初级生产力之间的关系,主要结果如下:(1)提出了界定最适研究区范围的方法,认为沿矿区边界向外建立10 km的缓冲区是该研究最适研究区域的大小;(2)草地和耕地是研究区主要的土地利用/覆盖类型,但是在过去20多年间其面积在逐渐减少,而工矿仓储用地及住宅用地面积在急剧增加;(3)矿产开发导致景观格局发生变化,并且在两种不同的空间尺度(研究区和矿区)上表现出总体变化趋势的一致性,但在后期有较大差异;(4)初级生产力变化呈现下降趋势,并且矿区的降低更为突出;(5)以生长季降水量为控制因子的偏相关分析表明,景观配置(平均斑块周长面积比、景观形状指数)与初级生产力呈正相关关系,在研究区尺度上尤其显著,但在矿区尺度上,景观结构组成(斑块密度、均匀度指数和多样性指数)更为重要,与初级生产力呈显著负相关;(6)受复垦规模和演替进程的影响,局限在矿区排土场上的植被重建尚不能改变研究区尺度景观-生态系统初级生产力之间的关系。可见,景观格局的变化以及景观格局与生态系统初级生产力之间的关系均存在尺度依赖性。