基于Agro-IBIS模型的新疆农田生态系统净初级生产力时空动态及其对气候变化的响应模拟

为系统地了解干旱区农田生态系统碳动态及其对气候变化的响应,笔者利用基于过程的新型全球动态植被模型(Agro-IBIS)模拟了1979—2009年间新疆农田生态系统净初级生产力(NPP)的时空变化,并通过相关性分析揭示农田NPP对不同气候因子和CO_2浓度变化的响应。结果表明,1979—2009年新疆农田NPP平均值为723.78 g C/(m~2·a),总碳储量约为237.15 Tg C,净农田生态系统碳交换量(NEE)年平均值为-63.36 g C/(m~2·a),并总体上呈碳汇特征。对新疆农田NPP的空间变化而言,除了在天山地区绿洲农田NPP出现较小幅度的减少外,总体变化呈逐步增加趋势。31年来,新疆农田年度NPP总量与年均气温的相关性比,与降水量的相关性较高。说明灌溉对新疆干旱区绿洲田生产力的影响远大于自然降水。经验证,Agro-IBIS模型对于新疆农田生态系统碳收支的模拟结果合理,可以为中国西北干旱区农田生态系统固碳潜力的模拟预测和科学制定区域碳管理政策提供科学依据。     

2000—2012年青海共和盆地植被净初级生产力空间变化特征分析

为了分析青海共和盆地植被初级生产力的变化特征,为该区植被资源管理及相关环境保护政策的制定提供科学依据。基于GIS技术,利用2000至2012年MOD17A3数据集的植物净初级生产力(NPP)数据分析了该地区植被NPP的时空变化特征。结果表明,青海共和盆地植被年均NPP的平均值为103.3 g C/(m²·a),最低为369.3 g C/(m²·a),最高为482.1 g C/(m²·a)。5种植被类型中,草甸年均NPP值最大,为128.8 g C/(m²·a);灌丛的年均NPP值最小,为34.9 g C/(m²·a);与2000年相比,2012年青海共和盆地年NPP大部分地区是增加的,年NPP减少的面积仅占总面积的0.68%;NPP的线性变化趋势以增加为主,NPP呈减少趋势的地区仅占总面积的0.7%,说明该地区的植被状况得到较好的改善。     

陕北退耕还林区植被NPP时空变化及其驱动因子

为了给陕北退耕还林区植被生产力评价及退耕还林等生态工程完成情况的评估提供科学依据,笔者应用美国蒙大拿大学提供的净初级生产力(NPP)产品 (MOD17A3),利用ArcGIS软件进行统计分析,研究区分NPP与气候因素（年降水量、年均气温）和土地利用类型转变的关系。结果表明：陕北退耕还林区植被NPP呈现南部高北部低的明显特征,2000—2013年植被NPP均值大部分区域在150~ 300 g C/(m²·a)之间,均值为134.23 g C/(m²·a);植被NPP年际变化除无植被覆盖区域,其他地区均为增加趋势;植被NPP与气候因子相关系数均表现为正相关与负相关并存,大部分地区NPP与降水量的相关性较强,与平均气温相关性总体没有与降水量相关性明显,且均有极小部分地区通过α＜0.05显著性检验;土地覆被的改变对该区域植被NPP的变化起着显著的推动作用。     

人为能量投入对农田生态系统净初级生产力的影响——以鲁西南地区为例

为了确定影响农田生态系统固碳能力的影响因子,在收集2000—2006年鲁西南地区农业生产统计数据的基础上,分析了该地区农田人为能量投入现状,并利用回归和逐步回归的方法研究了鲁西南地区人为能量投入对农田生态系统净初级生产力(NPP)的影响。结果表明：鲁西南地区农田人为能量投入中农膜的投入逐年增加,由2000年的14.6 kg/hm2增长到2006年的20.5 kg/hm2;化肥投入相对稳定(1200~1300 kg/hm2),但总量仍增加;农药的投入呈先增加后降低的趋势,2004年达到最高(11.03 kg/hm2);排灌机械、农用车辆的投入呈增长趋势,而单位面积劳动力的投入不断下降,2006年与2000年相比约减少0.65人/hm2。该地区农田生态系统NPP存在着东高西低的空间分布格局,历年均以东部（枣庄、济宁）高,平均NPP分别为616 g C/(m2?a)和588 g C/(m2?a),西部（菏泽）低,仅有448 g C/(m2?a);年际间呈现一定的波动性,但整体呈上升趋势。该地区农田NPP主要受人为能量投入的影响而与温度和降水的关系不大。单位面积化肥使用量、单位面积农膜使用量和农田灌溉比例在逐步回归模型中可以解释本区农田NPP方差的74.6%。因此,化肥、农膜、有效灌溉比等人为能量投入是影响该地区农田NPP提升的主要因素。     

近50年气候变化对七星河湿地生态系统自然植被第一性净生产力的影响

自然植被第一性净生产力（Net primary productivity,NPP）可能是对气候变化反应最为敏感的生态环境因素之一,研究气候变化对NPP的影响可为湿地资源的恢复与保护及可持续发展提供理论依据。本研究利用1961-2008年网格插值的七星河湿地逐日气温、降水量资料,采用Miami（R）模型计算植被NPP（NPP地上与NPP总）,并分析气温、降水量、植被干燥指数等对湿地自然植被NPP的影响。结果表明,七星河湿地NPP总与NPP地上的平均值分别为110.36和29.05 DMt/(hm2?a),近50年来湿地NPP总与NPP地上总体上呈增长趋势,年平均上升幅度分别为0.1291和0.0340 DMt/(hm2?a)。湿地自然植被NPP与年平均气温、年生长季平均气温呈较显著正相关,与年降水量、生长季降水量呈极显著负相关,与生长季植被干燥指数呈极显著正相关;当湿地生长季平均气温每升高1 ℃、湿地年降水量每增加1 mm、湿地植被生长季的干燥指数每增加1 ℃/mm,NPP总和NPP地上分别增加了1.5220和0.4006 DMt/(hm2?a)。在水资源较充足的七星河湿地,气温适度升高、降水量略呈减少、气候相对较干燥（水热条件配合较好）的气候条件有利于形成季节性积水的沼泽化湿地,提高植被光合作用率,促进七星河湿地自然植被NPP的增加。近50年的七星河湿地年平均自然植被NPP总约为2.2072×106 t;年平均固碳量为0.8829×106 t。在未来IPCC2000年排放方案SRES-B2（较低排放）情景下,未来七星河湿地自然植被NPP总和固碳量呈下降趋势,与近50年平均值相比,2020、2050和2100年下降幅度分别为5.37%、9.91%和13.59%。     

植被NPP时空变化特征及驱动因子分析——以延安地区为例

基于2000—2009年植被净初级生产力(NPP)数据,结合气候、植被、地形和土壤4个自然因子,利用趋势分析和地理探测器等方法,揭示延安地区NPP时空变化及其驱动力。结果表明：（1）2000—2009年研究区NPP总体上呈波动上升趋势。（2）延安地区NPP的空间分布呈“南高北低”的分布特征。（3）降水、植被类型、高程和气温为延安地区NPP空间分布格局的主要驱动因子,任意2种自然因子交互作用的贡献率均高于单因子。研究区实施的退耕还林工程和气候波动变化是导致NPP年际增加的主要原因,NPP空间分异受多种自然因子的交互影响。开展NPP时空变化及其驱动力研究可为区域生态系统恢复提供理论依据。     

长江源区高寒湿地辐射变化特征

为了研究长江源区辐射变化特征,利用长江源玉树隆宝湿地的观测资料,分析该地区各季节总辐射、地表反射辐射、大气逆辐射、地表长波辐射、净辐射和光合有效辐射的变化特征。结果表明：玉树隆宝地区总辐射全年累积量为6488 MJ/(m2 · a)。晴空指数年平均值0.755。地表反射辐射冬季最高,秋季最低。地表反照率冬季高,夏季低,地表反照率年平均值0.27。大气逆辐射和地表长波辐射在夏季高于冬季。大气逆辐射全年累积量为8612 MJ/(m2 ·a),地表长波辐射全年累积量为9420 MJ/(m2 ·a)。冬季净辐射的日变化幅度小,夏季净辐射的日变化幅度大,净辐射全年累积量为2647 MJ/(m2 ·a)。光合有效辐射年总量为13281 mol/m2,光合有效辐射因子年平均值为1.92 mol/MJ。     

华北平原冬小麦生态系统齐穗期水碳通量日变化的非对称响应

陆地生态系统CO_2和水热通量变化特征及其环境控制机制是理解生态系统水碳耦合循环过程和模型开发的基础.农田生态系统水碳通量特征的研究对把握作物生产力水平和水分利用效率的高低具有重要意义.本研究基于涡度相关技术对华北平原冬小麦农田生态系统齐穗期水碳通量的日变化特征进行了分析.结果表明:以C_3作物冬小麦构成的农田生态系统晴天CO_2通量、水汽通量和冠层导度均存在明显的"午休"现象,"午休"的原因是晴天强光造成的"光抑制";CO_2通量对光合有效辐射呈米氏响应,其表观量子效率为0.002 997 mg/μmol,潜在最大碳通量为3.349 4 mg/(m~2·s);水汽通量和冠层导度与光合有效辐射之间均存在极显著线性关系,但在相同光合有效辐射下,下午的冠层导度明显小于上午,其原因在于同化产物的反馈抑制;下午的水汽通量明显大于上午,则主要受控于温度和VPD的变化.由于下午的水汽通量大于上午,而CO_2通量在上午和下午无明显差异,使得农田生态系统上午的水分利用效率明显高于下午.     

基于NOAA/AVHRR数据的天津地区净初级生产力时空格局分析

本文基于CASA模型,充分考虑植被覆盖类型对光能利用率的影响及植被反照率对净辐射的影响,利用NOAA/AVHRR 1B卫星资料和气象资料估算了天津地区的植被净初级生产力（NPP）。估算结果表明：2007年天津地区植被NPP为3.86×109 gC/a,年平均NPP为335 gC/m2/a;蓟县、宁河与宝坻年NPP估算值居前三位;各季度对NPP总量贡献率依次为：夏季（62％）,秋季（21％）、春季（16％）,冬季（1％）;受物候和气候因素的综合影响,天津地区NPP具有明显的年际变化,利用年均NDVI可以较好地模拟天津地区NPP年总量,其模拟表达式为：     

耕地净初级生产力及生态服务价值时空分异研究——以甘肃省白银区为例

耕地是人类赖以生存的基本资源,为促进甘肃省白银区耕地的持续健康发展,对研究区耕地净初级生产力(NPP)和生态服务功能的时空分异进行定量分析。结果表明,2004-2014年白银区耕地的NPP和生态服务单位面积价值总量略有上升,且耕地的NPP和生态服务单位面积价值在空间分布上有显著的区域差异性,可分成NPP和生态服务价值相对较低的北部区域和相对较高的南部区域。在北部区域,耕地生态服务单位面积价值为4.66万元/(hm2.a),NPP为 3.27 t/(hm2.a);在南部区域,生态服务单位面积价值为5.46万元/(hm2.a),NPP为5.38 t/(hm2.a);白银区耕地的生态服务价值主要以土壤保持和大气调节价值为主,占总价值的76.87%。     

汾河流域植被生产力时空变异特征分析

植被生产力(GPP、NPP)和碳利用效率(CUE)是监测和评估生态系统的重要指标,能够有效反应生态系统环境变化.汾河流域是黄土高原典型生态脆弱区的重要流域,是全国水土流失治理和生态保护的重点区域.本研究以流域尺度为出发点,基于MODIS数据重点分析了汾河流域2000-2015年GPP、NPP和CUE的时空特征及影响因素...     

乌兰乌苏绿洲棉田生态系统水汽和二氧化碳通量研究

为了研究新疆干旱和半干旱地区农田生态系统陆地-大气间水汽和二氧化碳连续相互作用对全球气候、环境变化的影响。2009年1—12月应用涡动相关系统,连续观测乌兰乌苏绿洲棉田生态系统下垫面（裸地和不同生长期）地气界面水汽和二氧化碳通量变化,分析水汽和二氧化碳通量的季节和日变化规律。结果表明：（1）绿洲棉田生态系统下垫面全年二氧化碳通量变化分干、湿2季,干季棉田下垫面以释放CO2为主,湿季以吸收CO2为主,但全年吸收量远大于释放的量。（2）在湿季,绿洲棉田生态系统下垫面其CO2的通量值曲线呈开口向上的抛物线型,与下垫面棉田发育情况有较好的相关性。（3）其水汽通量全年分3个阶段,水汽通量值从小到大分别为：雪覆盖阶段。裸地阶段。棉花种植阶段。（4）在湿季,其水汽通量日变化明显,与日照强度和温度相关较好。     

新疆地区30余年水热因子变化特征分析

利用新疆地区过去30多年的气象台站气温和降水量观测数据,采用气候倾向线性估计和Mann-Kendall方法分别对气温和降水量的变化趋势与突变信息进行了分析。结果表明：（1）30余年,新疆地区年平均气温呈现较为明显的上升趋势,年均降水量呈现波动式的持续性增长趋势,总体上气候朝向暖湿化方向发展。在0.01的置信水平下,年均气温在20世纪90年代中期发生了明显的突变,年均降水量在同期的波动性增湿并非突变过程;（2）春、夏、秋三季气温倾向率呈现显著的上升趋势,而冬季气温倾向率没有表现出显著的趋势性气候特征。在0.01的显著水平下,春季气温在20世纪末或21世纪初发生了突变,夏季平均气温在1998年发生了突变,秋季的增暖突变发生于1994年,冬季气温没有表现出明显的突变特征;（3）春、夏、秋三季降水呈现波动式减少趋势,而冬季降水呈现显著的增湿趋势。在0.01的显著水平下,四季降水量并没有表现出突变趋势特征。这些结果有助于丰富西部干旱区气候变化研究的基础资料,也能够为新疆地区气候变化对社会经济的影响决策提供科学依据。     

近54a新疆地区水资源的气候特征分布

为了探究气候变化背景下新疆地区水资源的气候特征,利用新疆地区50 个站点1961—2014 年的气象数据,通过陆面蒸发经验公式估算蒸发量及相应的降蒸差,并结合Mann-Kendall 非参数检验方法分析探讨近54 年新疆地区水资源的气候变化特征及时空分布。结果显示：（1）近54 年来新疆地区降水量、平均气温、蒸发量自发生突变以来呈显著上升趋势;（2）北疆的降水量最高,东疆降水量最低并且未通过显著性检验;（3）新疆各区域年平均气温变化趋势均以0.03℃/a 持续增加;（4）北疆降蒸差量接近全疆水平,南疆大部分地区与东疆区域降蒸差均小于0,表明该地区水资源严重不足,常年处于干旱;（5）降水量、蒸发量和降蒸差空间分布主要表现在由北至南,由西至东呈减少的趋势,平均气温呈增加的趋势。