辽河三角洲河口芦苇沼泽湿地植被固碳潜力

增加陆地生态系统碳汇是一种有效应对CO2浓度升高的措施。河口湿地是一类特殊的陆地生态系统,是生产力最高的生态系统之一。研究河口湿地的固碳潜力对准确评估河口湿地碳汇、发挥和提高湿地固碳功能具有重要意义。通过野外调查和数值模型,量化研究了辽河三角洲河口沼泽湿地的植被固碳潜力。根据区域的实际情况,将植被的固碳潜力分为湿地演替、人工灌溉苇田和气候变化的潜力。研究结果表明辽河三角洲河口沼泽湿地植被具有很高的固碳潜力,翅碱蓬(Suaeda pterantha)群落扩张每年可递增固碳潜力0.053—0.07Gg C,滩涂转变为芦苇(Phragmites australis)沼泽每年可递增固碳潜力0.07Gg C,芦苇、獐毛草甸(Aeluropus sinensis)演替为芦苇沼泽的固碳潜力为17.2 Gg C/a,通过灌溉管理措施,芦苇沼泽的固碳潜力为474.6—544.6 Gg C/a。根据未来气候变化情景和预测结果,到2030年、2050年、2100年,芦苇沼泽湿地的固碳潜力分别为576.9—655.1Gg C/a,603.3—684.1Gg C/a,680.9—769.4Gg C/a,其中由人工灌溉苇田的潜力最大。     

基于CASA模型的长江口崇明东滩湿地植被净初级生产力与固碳潜力

湿地生态系统具有很强的储碳、固碳能力,在全球碳循环中占有重要地位.为了解盐沼的固碳能力,以崇明东滩南部典型盐沼潮沟体系为对象,结合实验观测与遥感影像解译,估算了盐沼湿地的净初级生产力,并探讨了环境变化下盐沼湿地固碳潜力的变化.结果 表明:盐沼植物净初级生产力表现出显著的时空差异,时间差异体现在年际和季节差异,即2013...     

三峡库区消落带植被NPP估算——基于机器学习优化CASA模型

三峡库区蓄水后,其生态效应受到广泛关注。消落带植被固碳量作为衡量库区生态系统健康状态的重要指标,对库区碳循环与生态净化具有重要意义。针对消落带不同高程植被接受光照的时间有所差异,且受河流水位变化影响,传统的CASA模型在计算消落带植被固碳量时,存在对植物的光能利用率计算不够精确等问题。以三峡库区香溪河陡坡消落带为研究区域,提出了一种耦合RBFNN模型（Radial Basis Function Neural Network）与CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford approach）的新方法（RBF-CASA）。基于RBFNN建立环境影响因子模型,借助高程数据及植被指数等特征计算适合消落带区域的环境影响因子。结合CASA模型中温度和水分胁迫因子,提高植被在像元尺度上的净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的估算精度,并对反演结果进行验证。模型验证结果显示：RBF-CASA模型估算值与观测值的决定系数（Coefficient of determination, R²）为0.730（P<0.01, n=32）。对比原始CASA模型,平均绝对误差（Mean absolute error, MAE）降低10.991,均方根误差（Root mean square error, RMSE）降低了23.861,相对均方根误差（Relative root mean square error, RRMSE）降低5.10%,平均绝对百分误差（Mean absolute percentage error, MAPE）降低1.12%。使用提出的RBF-CASA模型在库区水位落干期（7-8月份）进行固碳量估算,结果表明：NPP月均值在66.234-134.144g C/m²之间,NPP随着高程的增加呈现起伏变化,其总量在150-155m之间达到峰值,均值在170m以上区域最高。在2021年9月植被NPP均值为35.883g C/m²,2022年9月植被NPP均值为25.964g C/m²,由于降雨量减少、长江水位下降,在2021-2022年间植被恢复情况较差。研究结果可为库区碳循环、生态净化及生态修复等决策提供科学依据。     

中国森林生态系统植被固碳现状和潜力

根据近3次森林资源普查资料和六大林业工程规划估算了中国森林植被的固碳现状和潜力.我国森林植物的碳贮量从第4次森林清查(1989～1994年)的4220.45 Tg C增加到第6次森林清查(1999～2003年)的5156.71Tg C,平均年增长率为1.6%, 年固碳量为85.30 ～ 101.95Tg·a-1,主要集中在西藏、四川、内蒙古、云南、江西、广东、广西、福建和湖南等省份.根据我国林业工程建设规划,到2010年规划完成时,林业工程每年新增的固碳潜力为115.46 Tg·a-1,其中天然林资源保护工程、退耕还林工程、三北、长江流域等重点防护林建设工程、环北京地区防沙治沙工程和重点地区速生丰产用材林基地建设工程到2010年新增的固碳潜力分别为16.25、48.55、32.59、3.75和14.33 Tg·a-1.     

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.     

新疆近15年草地NPP动态变化与气象因子的相关性研究

为揭示新疆不同时空格局下气候因素变化对植被生产力的影响, 探讨草地植被生产力与气候因子的相关关系, 采用2000-2014年8月MOD13A1遥感数据集, 利用CASA模型分析新疆草地植被净初级生产力的空间格局及动态变化, 结合降水量、温度数据分析新疆不同草地植被类型NPP的变化趋势, 并对其与气象因子的相关关系进行分析。结果表明: (1)从空间上, 草地植被NPP各年呈北高南低的空间格局, 不同的草地类型的NPP也存在较大差异, 总体大致表现为草甸>高山亚高山草甸>平原草地>高山亚高山草地>荒漠草地。(2)从时间上, 2000—2014年, 草地植被NPP总体呈波动式下降趋势, 在2006年、2012年、2014年降到谷底, 分别为50.520 g C·(m²·a)-1、54.438 g C·(m²·a)-1、54.213 g C·(m²·a)-1。(3)新疆草地植被NPP与降水呈显著正相关, 与温度呈不显著负相关。表明降水是影响该地区植被NPP的主要气候因子。     

东北森林带森林生态系统固碳服务空间特征及其影响因素

东北森林带作为国家主体生态区划"两屏三带"国家生态安全格局中的重要组成部分,在全球碳平衡中发挥着重要的碳汇作用。以东北森林带为研究区域,采用净生态系统生产力(NEP)评估其森林固碳服务,通过Anselin Local Moran's Ⅰ算法识别固碳服务的"热点"、"冷点"和"异常点",并分析探讨其空间格局与影响因素。结果表明:(1)东北森林带森林生态系统整体上是碳汇。2014年东北森林带森林固碳总量为36.41 Tg C/a,单位面积固碳量为89.57 g C m~(-2)a~(-1)。(2)固碳服务的热点区主要分布在大兴安岭北部和长白山中北部,冷点区主要分布在大兴安岭东部、小兴安岭和长白山南部,固碳服务的高值异常区域主要分布在森林边缘的农林交错带,低值异常区域主要分布在人为干扰严重的城市蔓延区。(3)东北森林带森林生态系统整体上受人为因素的影响小,其固碳服务与NDVI显著正相关。(4)城市扩张等人为干扰是固碳服务异常降低的根本原因,植被本身生长状况不佳和较高的温度是导致固碳服务的异常降低的重要影响因素。     

京津冀城市群生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征

在全球气候变暖、城市群快速发展导致景观格局破坏与生态系统服务功能受损的背景下,研究城市群生态系统服务功能与景观格局的关系具有重要的意义。基于以上背景与前人研究,选取在中国经济社会发展中最具代表性的城市群京津冀城市群,通过遥感解译、ArcGIS 10.6制图分析及SPSS软件相关性分析等,从土地利用的角度研究其生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征,并提出相关探讨。结果表明：1)京津冀生态空间中耕地、林地、草地均为碳汇用地,2000—2018年期间用地面积排序为：耕地>林地>草地,用地面积减少量排序为：林地>耕地>草地。耕地为研究区东南半部的主导类型,林地作为区域西北半部的主导类型,草地分布呈与林地相间状态。2018年北京市内西北部大面积的林地转化为耕地。2)2000—2018年期间生态空间三种用地的年固碳量排序为：耕地>林地>草地,用地年固碳量增长量排序为耕地>林地>草地。从平均单位固碳量来说,四个时间点均表现为：林地>耕地>草地。单位固碳量区域分布差异明显且随时间变化量大。3)不同生态空间用地的固碳量与不同景观指数的相...     

玛纳斯河流域NPP时空变化及其生物多样性维护功能重要性评价

基于植被净初级生产力(NPP)法开展干旱区流域生物多样性维护功能重要性评价可为区域生态安全建设提供科学依据。基于玛纳斯河流域MODIS13Q1数据和环境数据,利用卡内基-艾姆斯-斯坦福方法模型(CASA)估算2001—2020年流域植被NPP,结合地形因子构建流域生物多样性维护功能重要性评价模型,利用地理探测器分析气候、地形、土壤类型等因子对流域NPP的空间异质性影响。研究结果表明：(1)近20年,流域植被NPP均值呈上升趋势,高值集中于山地区低山丘陵带和绿洲区中部,低值区分布于荒漠生态区;(2)从流域不同土地利用类型的NPP均值看,耕地>林地>草地>建设用地>未利用地>水域;(3)流域生物多样性维护功能的一般重要区、中等重要区、重要区和极重要区的数值范围为：0—0.12、0.12—0.22、0.22—0.47和0.47—0.84,分别占流域总面积的20.17%、20.14%、19.91%和19.85%,山地区低山丘陵带和绿洲区中部是流域生物多样性维护功能的极重要区;(4)年平均降水、土壤类型是流域NPP空间分异解释力最强的因子;各因子的影响呈非线性增强及...     

2010年中国农作物净初级生产力及其空间分布格局

采用2011-2012年全国实测水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花6种作物的生物量获得的干燥系数（DC）、收获指数（HI）和根冠比（R/S）,结合2010年以县为单位的农业统计数据估算了2010年中国农作物产生的净初级生产力（NPP）。2010年中国农作物产生的NPP为596 Tg C,其中地上NPP为517 Tg C,地下NPP为80 Tg C。NPP空间分布不平衡,主要集中在东北的松嫩三江平原、黄淮海平原、长江中下游平原、西南的四川盆地和华南的珠江流域。单位面积农作物产生的NPP介于9-2094 g C m^-2 a^-1之间,平均密度为519 g C m^-2 a^-1。NPP密度（NPPD）较高的地区主要分布在中国的东部的湿润、半湿润地区以及内陆灌溉条件较好的地区。9个农业区中,黄淮海区农作物产生的NPP最多,东北区NPPD最高,青藏区农作物NPPD最低,产生的NPP也最少。作物种植面积能解释98%农业区之间NPP差异。通过对每个区域内县域NPPD与气候因子和化肥因子做相关分析,发现化肥施用量、日照时数、气温和降水均对NPPD的空间分异有影响,但是9个区域的主导因素不同。     

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。     

中国潜在植被NPP的空间分布模拟

在对1980年以来气候要素进行空间化的基础上,利用分类回归树模型CART计算中国的潜在归一化植被指数(NDVI),采用改进的光能利用率模型(CASA)和潜在NDVI数据对中国的潜在植被净初级生产力(NPP)进行模拟。结果表明:中国潜在NDVI和潜在NPP均呈现出南高北低、东高西低的格局,低值多分布在沙漠、戈壁等干旱地带,高值多出现在低、中山平原区; 400 mm等降水量线是潜在NDVI和潜在NPP高值与低值的分界线;全国潜在NDVI和潜在NPP的平均值分别为0.396和319.31 g C·m-2;夏季潜在NPP的平均值最大,其次是春季,冬季最小;依据潜在NPP与2015年现实NPP的差异,可将中国植被恢复区划分为西部高潜力区、北部低潜力区和南部非潜力区3部分;潜在NDVI和潜在NPP的空间模拟可以将人类活动对自然生态系统的直接影响与气候变化的影响分离,量化了外界压力下真实的生态状况和潜在生态状况的差异,为制定差别化的生态恢复对策提供了科学依据。     

Elevated carbon dioxide and ozone alter productivity and ecosystem carbon content in northern temperate forests

Three young northern temperate forest communities in the north‐central United States were exposed to factorial combinations of elevated carbon dioxide (CO₂) and tropospheric ozone (O₃) for 11 years. Here, we report results from an extensive sampling of plant biomass and soil conducted at the conclusion of the experiment that enabled us to estimate ecosystem carbon (C) content and cumulative net primary productivity (NPP). Elevated CO₂ enhanced ecosystem C content by 11%, whereas elevated O₃ decreased ecosystem C content by 9%. There was little variation in treatment effects on C content across communities and no meaningful interactions between CO₂ and O₃. Treatment effects on ecosystem C content resulted primarily from changes in the near‐surface mineral soil and tree C, particularly differences in woody tissues. Excluding the mineral soil, cumulative NPP was a strong predictor of ecosystem C content (r² = 0.96). Elevated CO₂ enhanced cumulative NPP by 39%, a consequence of a 28% increase in canopy nitrogen (N) content (g N m^?2) and a 28% increase in N productivity (NPP/canopy N). In contrast, elevated O₃ lowered NPP by 10% because of a 21% decrease in canopy N, but did not impact N productivity. Consequently, as the marginal impact of canopy N on NPP (?NPP/?N) decreased through time with further canopy development, the O₃ effect on NPP dissipated. Within the mineral soil, there was less C in the top 0.1 m of soil under elevated O₃ and less soil C from 0.1 to 0.2 m in depth under elevated CO₂. Overall, these results suggest that elevated CO₂ may create a sustained increase in NPP, whereas the long‐term effect of elevated O₃ on NPP will be smaller than expected. However, changes in soil C are not well‐understood and limit our ability to predict changes in ecosystem C content.     

Primary evaluation of carbon sequestration potential of wetlands in China

As one of the important ecosystem services of wetlands, carbon sequestration potential of lakes and swamps in China were investigated. Significant differences were found among the carbon sequestration potential of various lakes, determined by natural conditions and human disturbance. In this study, swamps had a carbon sequestration potential of 4.90 TgC, much higher than lakes in China. Mangrove and coastal marsh have the highest carbon sediment rate among swamps. Carbon sequestration potential in returning farms to lakes and swamps was 30.26 and 0.22 GgC. … a^?1, respectively. Under the ongoing national wetland conservation action plan in China, the carbon sequestration potential of wetland restoration was 6.57 GgC. … a^?1. Protection and restoration measurements can improve carbon sequestration potential of wetlands.     

Primary evaluation of carbon sequestration potential of wetlands in China

As one of the important ecosystem services of wetlands, carbon sequestration potential of lakes and swamps in China were investigated. Significant differences were found among the carbon sequestration potential of various lakes, determined by natural conditions and human disturbance. In this study, swamps had a carbon sequestration potential of 4.90 TgC, much higher than lakes in China. Mangrove and coastal marsh have the highest carbon sediment rate among swamps. Carbon sequestration potential in returning farms to lakes and swamps was 30.26 and 0.22 GgC. … a^?1, respectively. Under the ongoing national wetland conservation action plan in China, the carbon sequestration potential of wetland restoration was 6.57 GgC. … a^?1. Protection and restoration measurements can improve carbon sequestration potential of wetlands.     

基于植被生产力的西南地区生态系统脆弱性特征

中国西南地区是全球生物多样性保护的重要地区之一.在全球气候变化背景下,该地区生态系统呈现出脆弱性增加的趋势.本研究基于生态系统总初级生产力(GPP),根据IPCC有关脆弱性的概念,计算西南地区生态系统的脆弱性,并分析了该区脆弱等级的空间分布格局,以及生态系统脆弱性与降水、温度、海拔、坡度和植被类型等因子间的相关性.结果表明: 西南地区生态系统脆弱性呈现由东南向西北逐渐增强的趋势,区域内多数地区为轻度、中度脆弱区(二者共占69%).脆弱等级随着区域内年平均降水量、多年平均温度的增加而减少,随着区域内海拔、坡度的增加而增加.西南喀斯特山区和西北山地农牧交错区呈现较高的脆弱性,更容易受气候变化或其他外界扰动的影响.针叶林、灌丛和草地的脆弱性相对较高,未来可能更容易受到气候变化的影响.     

吉林省森林植被固碳现状与速率

通过对吉林省森林植被的普遍调查、典型调查以及植被样品含碳率测定, 结合吉林省2009年和2014年森林清查数据, 估算了区域森林植被的碳储量、碳密度及固碳速率。研究结果表明: 林下植被的生物量在不同林分和同类林分中存在较大的差异, 整体不足乔木层生物量的3%, 灌木植物的生物量略高于草本植物和幼树。不同林分类型的乔木含碳率介于45.80%-52.97%之间, 整体表现为针叶林高于阔叶林; 灌木和草本植物分别为39.79%-47.25%和40%左右。吉林省森林植被碳转换系数以0.47或0.48更为准确, 若以0.50或0.45作为植被的碳转换系数计算碳储量, 会造成±5.26%的偏差。吉林省森林植被不仅维持着较高的碳库水平, 而且极具碳汇能力; 2009年和2014年碳储量分别为471.29 Tg C和505.76 Tg C, 累计碳增量34.47 Tg C, 平均每年碳增量6.89 Tg C·a^-1; 碳密度由64.58 t·hm^-2增至66.68 t·hm^-2, 平均增加2.10 t·hm^-2, 固碳速率0.92 t·hm^-2·a^-1。森林植被碳储量的增长主体是蒙古栎(Quercus mongolica)林和阔叶混交林, 合计碳增量占总体的90.34%。受植被发育引起的生物量增长、林分龄组晋级以及森林经营所引起的面积变化影响, 各龄组植被碳增量为幼龄林>过熟林>近熟林>中龄林, 成熟林表现为负增长; 固碳速率为过熟林>幼龄林>近熟林>中龄林>成熟林。森林植被碳储量和碳密度的市/区分布整体表现为自东向西明显的降低变化; 碳增量以东北和中东部地区较高, 西部地区较低; 固碳速率整体以南部的通化地区和白山地区相对较高, 中部的吉林地区和东部的延边地区次之, 西部的白城地区、松原地区等地呈负增长。     

Carbon carry capacity and carbon sequestration potential in China based on an integrated analysis of mature forest biomass

Forests play an important role in acting as a carbon sink of terrestrial ecosystem.Although global forests have huge carbon carrying capacity(CCC)and carbon sequestration potential(CSP),there were few quantification reports on Chinese forests.We collected and compiled a forest biomass dataset of China,a total of 5841 sites,based on forest inventory and literature search results.From the dataset we extracted 338 sites with forests aged over 80 years,a threshold for defining mature forest,to establish the mature forest biomass dataset.After analyzing the spatial pattern of the carbon density of Chinese mature forests and its controlling factors,we used carbon density of mature forests as the reference level,and conservatively estimated the CCC of the forests in China by interpolation methods of Regression Kriging,Inverse Distance Weighted and Partial Thin Plate Smoothing Spline.Combining with the sixth National Forest Resources Inventory,we also estimated the forest CSP.The results revealed positive relationships between carbon density of mature forests and temperature,precipitation and stand age,and the horizontal and elevational patterns of carbon density of mature forests can be well predicted by temperature and precipitation.The total CCC and CSP of the existing forests are 19.87 and 13.86 Pg C,respectively.Subtropical forests would have more CCC and CSP than other biomes.Consequently,relying on forests to uptake carbon by decreasing disturbance on forests would be an alternative approach for mitigating greenhouse gas concentration effects besides afforestation and reforestation.