草地净第一性生产力估算的研究进展

草地净第一性生产力(NPP)是全球变化与陆地生态系统研究的核心内容之一。草地NPP的模拟方法从站点实测法、统计模型发展到了机理性的过程模型，NPP的站点实测数据为统计模型和过程模型模拟结果提供参考。统计模型通过NPP和温度、降雨等气候因子或者直接与遥感获得的植被指数建立统计关系计算NPP；过程模型从机理上对植物的生物生理过程进行模拟并能够对NPP的影响因子进行分析,主要过程包括了光合作用、生长和维持呼吸、蒸散、氮吸收和释放、光合物质分配与分解，和季相变化等。遥感过程模型通过遥感手段获得地表覆盖状况、植被冠层结构变量值(如LAI)、地表反射率、地表辐射温度及土壤水分状况等作为重要参数应用到模型中，改善了模拟结果的时空精度，成为当前草地生产力模型的主要研究方向。最后对遥感监测草地NPP研究中存在的问题进行了分析并提出了展望。     

2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

基于遥感的中国草地生产力初步计算

草地生产力研究对于评估草地生态系统食物供给具有重要意义.在基于MODIS的2001年l km中国陆地生态系统土地覆盖类型产品和植被净初级生产力(NPP)产品,运用各种草地生产力计算模型,初步计算了当年中国各草地生产力指标.计算得到:2001年,中国草地生态系统产干草1.44亿t,理论载畜量为1.08亿个羊单位,潜在食物供给为羊肉308.92万t.结果表明,基于遥感的草地生产力计算方法机理性较强,现势性好,可在较短时间内获取大范围年度草地生产力指标,其计算结果较为符合中国草地生产力的实际分布情况.     

土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力的影响

[目的]探究土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP)的影响,为该区退牧还草措施的高效实施和草地资源的合理管理提供理论依据。[方法]基于多源遥感影像数据、多期土地利用/覆被数据和气象数据等,运用光能利用率模型(CASA),模拟鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP),并进行分析和探讨。[结果](1)鄂尔多斯地区草地NPP总量在2001年(5 700.16Tg)到2015年(7 634.61Tg)间增加了1 934.46Tg;空间分布上存在明显的地域差异性。(2)该市2001—2015年耕地面积持续减少;15a间,林地面积增加了4 593km~2;草地净减少量为786.38km~2,其中草地与未利用地之间的相互转化最大,有大量耕地、林地转变为草地,面积达到376.5km~2。(3)该市2001—2015年草地类型未发生变化地区NPP增长量为1 999.42Tg;草地转为其他土地类型共引起草地NPP减少量为303.98Tg,其中转为耕地、林地和未利用地导致其NPP减少量分别为35.08,69.81和118.28Tg;其他土地类型转化为草地导致NPP的总增加量达128.96Tg,其中由耕地、林地、水域、未利用地转化带来的草地NPP增量分别为36.30,31.39,17.58,151.38Tg。[结论]土地利用/覆被对草地NPP影响较大,耕地和林地向草地的转化、未利用地的重新利用使得草地碳汇总量增加。草地向未利用地、水域、城乡工矿居民用地的转化使得草地生态系统碳汇能力减弱。     

1993-2015年中国草地净初级生产力格局及其与水热因子的关系

[目的]估算1993-2015年中国草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其时空变化格局及与水热因子的关系,了解这一时期中国草地生态系统的生产力水平及其对水热因子变化的响应。[方法]基于长时间序列遥感数据,气象数据和植被类型数据,运用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算草地净初级生产力,利用一元线性回归、二阶偏相关分析以及GIS空间分析方法,探讨草地NPP的变化趋势以及与对水热因子的关系。[结果]①1993-2015年,中国草地NPP年均总量为7.595×10¹⁴ g （以C计）,单位面积NPP均值为296.76 g/m²/a。总体上,草地NPP呈现从东部到西部、从南部到北部逐渐减少的空间分布特征。②1993-2015年草地NPP总量以-1.415×10¹² g/a的线性速率（p>0.05）波动式下降。其中,1993-2010年草地NPP总量以-2.312×10¹² g/a的线性速率（p<0.05）显著降低,2011-2015年草地NPP总量以7.00×10¹¹ g/a的线性速率（p>0.05）波动式上升。1993-2015年,NPP呈减少态势的面积大于NPP呈增加态势的面积且40.40%的草地NPP呈现显著性变化。③年际变化上,除去2011年以来草地NPP的波动性变化,草地NPP与太阳总辐射和降水量的二阶偏相关性显著,与年平均气温没有表现出显著的相关关系。空间分布上,草地NPP与太阳辐射显著偏相关的面积 > 与降水显著偏相关的面积 > 与气温显著偏相关的面积。[结论]1993-2015年,中国草地NPP总体上呈现普遍降低、局部改善的变化特征。这种变化主要受到太阳总辐射和降水量的影响,受温度变化的影响较弱。     

吉林省长时间序列陆地生态系统NPP时空变化特征

植被净初级生产力(NPP)是陆地生态系统碳循环过程中的重要组成部分,也是评价碳源/汇的重要环节。基于2001—2019年MODIS地表反射率数据(MOD09A1)、气温和日照时间资料,利用光能利用率模型估算了吉林省陆地生态系统NPP,采用趋势分析、空间变异性分析等方法,分析了吉林省陆地生态系统NPP的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明:(1)2001—2019年,吉林省植被NPP年均值与总量均成波动上升趋势,辖区内植被NPP总量表现为森林农田草地。(2)2001—2019年NPP分布表现出明显的空间差异性,大部分区域NPP呈现增加趋势,总体变异性稳定,但西北部区域NPP空间变异程度较大,与该地区施行退耕还林和治理草地退化、沙化、盐碱化有一定关联,植被恢复明显。(3)吉林省植被NPP与年均气温、年降水量的相关性存在一定的地域差异性,研究区大部分区域与气温呈正相关关系,小部分区域与降水量呈现出正相关。     

基于遥感技术的云南省生态系统水土保持价值测量

利用遥感影像数据进行生态系统净初级生产力、植被覆盖度等生态参数的采集，同时间接用于土壤保持量和水土保持价值的计算，结合修改过的USLE模型，对云南省生态系统2001，2002，2003年水土保持价值进行了测算，利用NPP对估算结果进行调整．以考虑生态系统类型、结构与质量差异对水土保持价值的影响。结果表明：云南省生态系统2001，2002，2003年土壤保持量分别为131798．92，117845．5，104176．71万t，对应的价值量分别为：1933．351，1707．579，1566．783亿元。3年中林地（39．01％）、灌丛（23．02％）、草地（18．75％）3类生态系统平均土壤保持量占全省的80．77％，在水土保持中起着关键作用，因此一定要加强西部和南部的林地、灌丛和草地等生态系统的保护与管理。从水土保持价值的空间分布来看。基本保持西多东少。南多北少的格局．这与当地植被地带性分布基本一致。3年间云南省生态系统水土保持价值是逐年减少的，耕地和城市植被的水土保持价值主要受人为因素的影响，而林地、灌丛、草地的水土保持价值减少主要是由降水逐年减少造成的。     

福建长汀朱溪小流域NPP估算

南方花岗岩红壤侵蚀区生态系统退化的研究集中在侵蚀的过程模拟与预测、土壤退化成因和生态恢复与重建等方面,关于植被净第一性生产力对退化生态系统评估的研究还较少。本研究选取朱溪小流域气象数据,结合Spot-5卫星遥感数据和DEM(数字高程模型),构建朱溪流域植被净第一性生产力(Net Primary Productivity,NPP)的CASA(Carnegie–Ames–Stanford Approach)模型,进行朱溪小流域NPP估算。结果表明:1朱溪小流域的NPP分布整体上呈现出低值水平,平均值仅为24.04 g/m2·mon,标准差高达9.78。2经过近15年的强化治理,朱溪小流域NPP空间上呈现出:西部和东部地区NPP值较大;中部地区NPP显著改善,部分地区仍需强化治理。3NPP的空间分布具有明显的带状分布:NPP在270~320m呈现较高值区,生态环境较好;NPP在320~470m呈现低值带,生态环境破碎化严重;NPP在470~680m呈现高值区,植被生长良好,生态环境良好。4林地、园地、农田等经济用地的NPP值较高且均匀分布,其中一级土地利用类型NPP值大小顺序为:耕地草地林地园地未利用地,二级土地利用类型NPP值大小顺序为:耕地天然草地有林地苗圃果园茶果间作园疏林地荒草地迹地。人为干预痕迹显著,二级土地类型的空间变异程度:耕地茶果间作果园苗圃有林地荒草地疏林地迹地。     

内蒙古草地NPP时空变化格局及其与水热因子耦合关系

选取内蒙古作为研究区,基于卫星遥感数据、地面气象观测数据及其他统计资料,利用CASA模型估算了内蒙古草地净初级生产力（NPP）,分析了2001—2016年内蒙古草地NPP的时空变化格局及其与水热因子的耦合关系,结果表明:2001—2016年内蒙古草地NPP多年平均值为343.46 g C/（m²·a）,总体上呈现由东北至西南逐渐递减的分布格局;年均NPP总值约为0.218 Pg C,16年共计3.483 Pg C。大部分地区草地NPP呈波动上升趋势,年均增长率约为4.27 g C/（m²·a）。内蒙古草地NPP与年均温的偏相关系数为0.306,与年总降水量的偏相关系数为0.622;大部分地区草地NPP与年总降水量呈显著的正相关关系,而与年均温无显著相关。     

西藏草地生态系统植被碳贮量及其影响因子分析

在广泛收集资料的基础上,利用平均碳密度方法,估算了西藏草地生态系统中17类草地植被的碳贮量,并分析了其影响因子。结果表明:(1)17类草地植被总面积为8 205.194×10~4hm~2,草地植被总碳贮量为189.367 TgC,草地植被平均碳密度为2.308 t/hm~2,不同草地植被类型差异较大,在0.396～20.471 t/hm~2之间波动;(2)从区域分布来看,阿里、那曲、日喀则3地区,既是西藏草地主要的分布区,分布面积占西藏草地总面积的84.156%,又是西藏草地生态系统碳贮量的主要贮藏库,其中植被碳贮量占整个17类草地植被碳贮量的60.278%;(3)采用逐步回归模型和主成分分析方法,分析了气候因子对西藏草地植被碳贮量的影响程度,指出降水对草地植被碳贮量的贡献大于气温。     

2000-2015年新疆伊犁河谷草地NPP时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,基于Modis NPP遥感数据,并借助于GIS空间分析技术及Mann-Kendall检验和Theil-Sen median趋势分析等方法,对伊犁河谷2000-2015年草地NPP的时空变化进行了分析。结果表明:（1）伊犁河谷全区草地NPP多年平均值为272.99 g C/（m²·a）,大部分草地NPP值介于200~400 g C/（m²·a）,主要分布于河谷内的中山、高山及昭苏盆地等区域,各草地类型中山地草甸分布面积最广,NPP平均值也最大;（2）草地NPP总体呈非显著减少趋势,平均减小速率为0.94 g C/（m²·a）,空间上,全区73.94%草地的NPP出现不同程度的减少,减小速率主要介于1.0~5.0 g C/（m²·a）,类型主要属于山地草甸、温性草原及高寒草甸;（3）伊犁河谷草地NPP减小速率总体随NPP的增加而逐步增大,但NPP值介于300~400 g C/（m²·a）的平均减小速率最大;（4）海拔分异上,1 000~2 000 m海拔带内NPP减少最为明显,而NPP有所增加的草地主要分布于2 000~3 000 m海拔带内。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力（NPP）模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明：1）由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2）该文模拟的年NPP平均值为413.7 g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3）研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6 g/(m2·a),研究区总面积66.1％的NPP值在200～600 g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4）月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5）各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100 m时达到最大值,继续上升,其保持在600 g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。     

三江平原农田生产力时空特征分析

为了提高农田生产力,该文基于EOS/MODIS卫星2000～2005年的MOD17A3数据集,分析了21世纪初三江平原农田生产力时间动态和空间分异特征。结果显示,2000～2005年三江平原旱田净初级生产力（换算成碳量）平均值为 348.06 g/(m2·a),水田净初级生产力平均值为339.90 g/(m2·a)。2000～2005年三江平原旱田年均净初级生产力下降率为7.2%,水田年平均净初级生产力下降率为9.9%。研究表明,三江平原地区气候变化对农田生产力的下降有一定影响,同时随着该地区人口和经济活动的增加,人类活动对土地利用的加剧,亦导致农田生产力的下降。旱田和水田生产力空间分布与降水分布的相关系数分别为0.177和0.156,表明降水对农田生产力空间差异影响显著。     

连续式秸秆捆烧锅炉设计与供暖工程减排潜力分析

针对连续式捆烧设备在连续进料过程中,秸秆捆连续稳定燃烧性能差、挥发分气体燃烧不充分、秸秆捆难燃尽,而导致热效率低、排放高的问题,该研究基于分级燃烧原理与秸秆捆燃烧特性,在设计计算过程中,对燃烧、换热、配风系统等较为重要设计参数给出了合理的参考值,并通过烟气预热干燥秸秆捆、增加挥发分二次燃尽的三级风、往复炉排增加捆间间隙等方式提高秸秆捆的燃烧性能。设备试制后,利用玉米秸秆捆为燃料开展了热工与排放性能试验。试验结果表明,连续式秸秆捆烧锅炉的平均热效率为80.37%,颗粒物、NOx、SO2平均排放质量浓度分别为48、197、7 mg/m3,环保与能效指标均符合设计要求与国家标准。并对建立的采暖示范工程进行排放、污染物等测算,结果表明采用秸秆捆烧供暖单位面积可减少标煤使用量23.1 kg/m2,CO2当量排放量58 kg/m2。该研究能为秸秆能源化利用与北方清洁区域供暖提供技术支撑,助力农业农村领域碳达峰、碳中和的目标实现。     

2000-2018年天山中段高海拔草地暖季承载力

草地是新疆重要的植被类型,快速评价区域草地生产力状况,揭示高海拔草地暖季食草动物承载力,对典型区域草地与食草牲畜平衡管理具有重要意义。为克服传统实地取样方法在数据可获取性、多年监测连续性、区域覆盖性等方面的限制,利用MODIS MOD17A3H/NPP数据产品,以新疆和静县为研究区,探索草地地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）估算模型在高海拔草地应用的有效性,分析研究区草地AGB的时空变化规律,探讨其多年载畜状况。结果表明：1）基于MODIS MOD17A3H数据模拟的草地地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Productivity,ANPP）与已有文献获取的实地数据相比,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）处于3.23～11.89 g/m2之间,估算结果具有较高精度。2）研究期内（2000-2018年）研究区AGB均值为1 252.34 kg/hm2,且存在波动上升的趋势,其线性增长率为7.78 kg/(hm2·a)（P<0.01）,草地AGB整体处于轻微上升趋势,AGB增长的草地占比达74.90%。3）研究期内年均地上干草产量均值为15.01万t,其中海拔>2 500 m的高寒草原及高寒草甸干草产量最大,占比分别为24.20%及57.46%,修正后可利用干草产量为8.62万t。4）研究区草地理论载畜量多年均值为24.26万～31.94万羊单位,不考虑自然及管理因素修正的理论承载力为31.94万羊单位,草地欠载2.99%;修正后理论承载力为24.26万羊单位,草地超载27.82%。研究结果可为制定区域国土管理制度和牧业规划政策提供参考,对促进区域自然资源可持续发展具有积极作用。     

苏南地区净第一性生产力对土地利用变化的响应

通过CASA模型对苏南地区1999年和2008年净第一性生产力(NPP)进行估算,分析NPP时空变化及其对土地利用变化的响应,结果显示:①1999-2008年,苏南地区NPP时空变化显著,19个市县的NPP均为减少:昆山减少量最大(以C计)242.04 g/m2,扬中最小(以C计)70.94 g/m2; NPP减少量高值区位于太湖流域,低值区位于苏南西北部.②与1999年相比,2008年6种地类的平均NPP都在下降:建设用地和耕地减幅最大,分别为55.69％、45.74％; NPP减少量高值区耕地和建设用地转化斑块最为突出,低值区减少量主要源于林地和草地的转化.这与太湖流域城市群迅速扩张下农用地转换为建设用地趋势明显的土地利用方式在空间上吻合.③NPP变化与耕地变化的相关性最强,相关系数为0.523.林地-水域、耕地-水域、林地-草地、耕地-草地这4种转换方式下NPP损益较大.     

高寒草甸不同类型草地土壤养分与物种多样性——生产力关系

研究了高寒草甸不同类型草地土壤养分与多样性—生产力之间的关系,即物种多样性对生产力的效应如何受到资源供给率等因素的影响。结果表明:以莎草类为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落其总生物量(包括地上和地下生物量)最高(13,196.96±719.69gm-2)、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落为中等水平(2,869.58±147.52gm-2、2,672.94±122.49gm-2)、矮嵩草草甸群落为最低(2,153.08±141.95gm-2)。在藏嵩草沼泽化草甸群落中,总生物量和物种丰富度呈显著负相关(P<0.05);地上生物量与土壤有机质、土壤含水量和群落盖度显著正相关(P<0.05);地下生物量和土壤含水量显著正相关(P<0.05)。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸、金露梅灌丛群落中,地上生物量与土壤有机质和土壤总氮显著正相关(P<0.05)。以上结果说明生物量的分布与土壤营养和水分变化相一致。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛中,多样性有随土壤养分的增加而增加的趋势;在藏嵩草沼泽化草甸中,则呈现负相关的关系。     

基于CASA模型的区域冬小麦生物量遥感估算

该文对原始CASA(carnegie-ames-stanford-approach)模型中归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)最值提取方法及光合有效辐射吸收比(fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FPAR)的算法进行了深入分析,并通过综合分析大量国内外文献,更加科学合理的确定了最大光能利用率的取值,最终确立了适合该研究区的CASA模型。该文以河北省邯郸市3个县域冬小麦为研究对象,以HJ-1A/B星遥感数据产品为数据支撑,采用CASA模型对研究区2014年冬小麦生物量进行了估算和精度验证,结果表明:研究区冬小麦生物量平均值为1 485 g/m~2,50%以上区域在1 500~2 000 g/m~2之间。冬小麦实测生物量与预测生物量相关性达到显著水平,R~2为0.811 5。经过50组数据分析对比,平均相对误差为2.13%,其中,最大值为11.54%,最小值为0.33%;平均预测生物量为1 807.54 g/m~2,与平均实测生物量1 720.74 g/m~2相比,绝对误差为86.80 g/m~2,为估算区域冬小麦产量提供理论支撑。