内蒙古不同类型草地NPP时空动态特征及其气候影响因素分析

为揭示内蒙古不同类型草地净初级生产力(NPP)时空动态,探究其与气候因子的相关性,利用2001～2016年遥感数据,气象数据和20世纪80年代中国草地分类数据,采用光能利用率(CASA)模型,模拟获取2001～2016年内蒙古草地NPP,并分析了不同类型草地NPP的时空动态及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001～2016年,内蒙古草地年均NPP为163.9 gC/(m^2·a),空间上呈现东北部高西南部低的特征,年均NPP总量为31.6 TgC/a(1Tg=10¹²g);(2)试验的16年,内蒙古草地年均NPP呈增加趋势增加量为2.1 gC/(m^2·a),年际波动较大;(3)温性草甸草原、热性草丛、低地草甸、山地草甸和沼泽的年均NPP呈显著增加趋势,其他5类呈显著减少趋势;(4)NPP与年均温和年总降水量的相关系数分别为-0.01和0.4;(5)除温性荒漠草原和温性草原化荒漠外,其他类型草地NPP均与温度呈负相关关系,所有类型草地NPP与降水量均呈正相关关系。降水是影响内蒙古草地NPP最主要的气候因子。     

内蒙古草地净初级生产力时空变化及其对干旱的响应

为探究内蒙古草地生长季净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的变化及其与干旱的关系,本文通过趋势变化和相关性计算对2001-2015年内蒙古草地NPP和标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）的时空变化进行研究。结果表明：内蒙古草地生长季NPP平均增长率为2.20 g C·m^-2·a^-1,其中草甸草原为3.73 g C·m^-2·a^-1,典型草原为1.69 g C·m^-2·a^-1,荒漠草原为0.30 g C·m^-2·a^-1。NPP均值整体上自西南向东北逐渐增加,其中草甸草原最高,其次为典型草原,荒漠草原最低,年均NPP分别为387.90 g C·m^-2·a^-1,291.26 g C·m^-2·a^-1,133.70 g C·m^-2·a^-1。NPP整体上与SPEI-1相关性最强,其中,草甸草原与SPEI-1最强相关性最强,典型草原、荒漠草原与SPEI-3相关性最强。干旱对荒漠草原的影响最大,对典型草原的影响次之,对草甸草原的影响最小。     

甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。     

基于光能利用率模型的内蒙古天然草原植被净初级生产力动态监测与气候因子的响应

利用光能利用率模型和MODIS数据对内蒙古天然草原2000-2018年植被生长期草原净初级生产力进行连续动态监测,并在像元尺度利用最小二乘法分析了近20年植被净初级生产力(NPP)时空变化规律。结果表明:近20年中,内蒙古天然草原NPP在空间上呈由西向东递增分布规律,年均NPP为198.04 g C·m^-2·a^-1,潜在草地退化面积16.22万km²,其中重度、较重度面积分别为0.20万和1.11万km²,主要分布于人类活动密集区域,如矿区、建设用地及周边;在草地类型上,温性草原、温性草甸草原、温性荒漠以及温性荒漠草原潜在退化面积分别为5.22万、1.40万、4.04万和2.21万km²。通过分析NPP与气候因子的相关性表明:近20年,内蒙古草原NPP与降水具有显著相关性,与温度无相关性;温性草甸草原NPP对降水的响应最敏感,温性荒漠草原其次,温性草原对降水响应最低。研究还根据上述结果,围绕草地生态保护提出了建议。     

基于CASA模型的甘南地区草地净初级生产力时空动态遥感模拟

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了2001-2008年甘南草地NPP,在模型验证的基础上,分析了甘南草地NPP空间分布格局和时间分布特征。结果表明,1)2001-2008年甘南草地多年平均NPP为483.41 g C/(m²·a),大体呈现由西南向东北逐渐减少的趋势,单位面积多年平均NPP在海拔3 000~3 500 m最高,达到497.07 g C/(m²·a);2)甘南草地植被生长季节变化明显,主要生长期集中在第177~240天;3)甘南草地NPP呈现增加趋势,增长趋势最明显的草地类型是低平地草甸类,而沼泽的变幅最小,通过与8年间温度和降水的分析可以看出,影响甘南草地NPP变化的主要驱动力是降水量。     

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m^-2, 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m^-2,最高值为2014年的372.10 g C·m^-2。NPP高值区(>400 g C·m^-2)分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m^-2)分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(<250 g C·m^-2)出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸>山地草甸>温性草甸草原>沼泽类>温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。     

基于Daycent模型的三江源地区草地NPP估算及其对气候变化的响应

【目的】探求1971-2020年草地NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。【方法】基于Daycent模型估算三江源地区草地NPP,结合同期温度和降水数据,运用多元回归分析法进行分析。【结果】1)三江源地区草地NPP多年的年平均值为168.10 gC/m²,空间上呈现东高西低,南高北低的格局。2)高寒草甸类年均NPP为227.44 gC/m²,高寒草原类年均NPP为117.23 gC/m²。3)当降水量小于450 mm时,温度与草地NPP呈正相关;当降水量大于450 mm时,温度与草地NPP呈负相关。【结论】三江源地区草地NPP呈自东南向西北递减的空间格局;不同草地类型中,高寒草甸类年均NPP大于高寒草原类年均NPP,且高寒草原类年均NPP有显著的增加趋势;三江源地区的草地NPP与降水量呈显著相关关系,温度对该地区的草地NPP也有影响。     

基于MODIS植被指数的甘南草地净初级生产力时空变化研究

利用甘南地区2006-2007年的外业实测样方草地干物质产量和MODIS植被指数数据,建立了草地地上部分干物质产量遥感反演模型,根据根冠比和干物质转碳率对2006-2008年甘南地区草地净初级生产力(NPP,net primary productivity)进行了估算,绘制了甘南草地NPP年累积量空间分布格局图和NPP月度变化动态图,对不同草地植被类型的NPP差异进行了评价。研究结果表明,2006-2008年甘南草地年NPP分别达637.04,599.98和566.59 g C/m²,其空间分布具有自西南向东北逐渐减少的趋势;年内不同草地类型的NPP均在7-8月达到最大累积量;NPP累积量最高的3种草地类型是沼泽、高寒灌丛草甸和高寒草甸,3年中最大月NPP的平均值分别达到1 137.28,553.76和527.66 g C/m²;2006-2008年甘南草地NPP持续下降,年草地NPP总量的减少速率为1.2 Tg/a,尤其是沼泽湿地的NPP下降明显,年平均减少速率达到了125.92 g C/m²。     

2000-2010年锡林郭勒草原NPP时空变化及其气候响应

利用MODIS MOD17A3植被初级生产力数据产品及地面气象观测数据,研究分析了2000-2010年锡林郭勒盟草原NPP的时空变化特征、各气候因子的年际变化特征及NPP与气候因子的相关关系。结果表明,锡林郭勒盟草原NPP的分布由东向西逐渐减小,值大多分布在0~0.5 kg C·m-2;2001-2010年NPP呈现波动变化,整体呈增加趋势,空间分布上更加趋于均匀分布;2000-2010年,研究区内典型草原和荒漠草原各气候因子的变化趋势大致相同,4-9月累计平均气温、平均相对湿度和累计日照时数呈减小趋势,平均风速呈增加趋势,累计降水量典型草原呈轻微减少趋势,荒漠草原呈增加趋势,趋势斜率分别为-0.026和1.044 5,典型草原大部分气候因子的波动程度大于荒漠草原;研究区内两种类型的草原的NPP均与4-9月累计平均气温、平均日最低气温有较强的负相关关系(显著水平分别为P0.001和P0.01),与累计降水量、平均相对湿度有较强的正相关关系(显著水平为P0.01),与4-9月累计日照时数、平均风速呈负相关关系但相关关系较弱,荒漠草原对气候因子变化的响应总体不如典型草原敏感。     

2011-2020年夏季全国草原净初级生产力时空变化及其气象影响评估

为评估2011—2020年夏季全国草地净初级生产力时空变化以及气象条件对净初级生产力的影响,本研究依据气象站逐日气象观测资料以及中分辨率成像光谱(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)系列卫星资料遥感数据,分析了近10年夏季全国草地净初级生产力变化。结果表明:2011—2020年夏季全国草原净初级生产力总体呈现增加趋势,平均每年增加0.2 gC·m^-2·a^-1,内蒙古中部、甘肃东部、青海东部、西藏东部等地近10年草原净初级生产力明显增加。近10年全国大部草原区平均气温和降水量均呈增加趋势,较好的气象条件利于夏季牧草生长。2020年夏季全国草原区的气温和降水量也较常年偏高,北方草原区草地平均净初级生产力为121.3 gC·m^-2·夏季^-1,为近10年偏好年份。2011—2020年夏季全国草原净初级生产力呈增加趋势,较好的气象条件对其贡献较大。     

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。     

1981-2001年内蒙古草地净初级生产力时空变化特征

利用遥感和气象数据,采用CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型和统计分析方法,研究了1981-2001年内蒙古自治区草地7-8月植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)的时空变化特征,并分析了气候因素和放牧强度对NPP的影响。结果表明,1）1981-2001年,内蒙古草地NPP显著减少、显著增加和变化不明显的面积分别占1%、30%和69%;NPP显著增加的区域位于内蒙古东北、东南和南部,NPP显著减少的区域零星分布于该区中部荒漠草原和典型草原分界处。总体而言,该区NPP增加不甚明显, 21年7-8月草地NPP（均以C变化计）平均值为192.0 g/m2,年际变化范围为150.5～255.5 g/m2。2）7-8月降水是该区NPP年际变化的主要驱动因子,降水量高的年份NPP亦高。NPP与气候因素间的关系表现为NPP随降水增多而升高,随温度升高而下降,辐射对NPP的影响不明显。3）综合考虑气候因素与人类活动对草地NPP的影响发现,21年间,土默特左旗和土默特右旗境内放牧强度增加导致NPP显著下降。     

呼伦贝尔草甸草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古呼伦贝尔草原额尔古纳右旗牧业气象试验站1994-2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟了呼伦贝尔草甸草原1961-2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,生长季内逐月地上生物量模拟值与观测值之间的相关系数为R²=0.53,斜率b=0.94,误差平方根值为72.07 g/m²,平均绝对百分比误差为38.02%。检验结果表明,CENTURY模型能够成功地模拟这类草原的季节动态和年际变化。在过去的50年中,呼伦贝尔草甸草原温度增加,降水略增,ANPP增加。相关分析表明,ANPP与生长季降水量(r=0.372)呈极显著正相关;与年平均最低气温、年平均地面气温、年平均气温、7月降水量呈显著正相关;与年平均风速(r=-0.382)呈极显著负相关;与其他气象因子无显著的相关关系。应用区域气候模式系统PRECIS输出的2021-2050年气候情景数据分析得出,在SRES B2、A2和A1B情景下,未来呼伦贝尔草甸草原平均最高气温和最低气温都将呈显著升高趋势,降水量略增,ANPP虽然在年际间存在波动,但总体呈明显增加态势,分别较基准时段增加了67.14%,69.65%和76.58%,增加速率分别为16.51,17.34和16.42 g/(m²·10 a)。在3种情景下,未来气候变化均会对呼伦贝尔草甸草原群落生产力产生显著的正面影响。     

宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

为探寻宁夏典型温性天然草地土壤有机碳及活性组分变异及储量特征，以宁夏4种典型的天然草地（温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原）为研究对象，采用野外调查和室内分析相结合的方法，对宁夏全区49个固定监测点，土壤有机碳及其活性有机碳组分（易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳）进行采样和室内分析。结果表明：1）宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地，0~40 cm土层深度土壤有机碳含量分别为34.23、12.84、5.76和3.82 g·kg^-1；单位面积土壤有机碳储量分别为：13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2，且均表现为：草甸草原>温性草原>草原化荒漠>荒漠草原。2）4种典型天然草地土样易氧化有机碳含量为0.75~7.43 g·kg^-1，土壤微生物生物量碳含量为102.52~554.77 mg·kg^-1，土壤水溶性有机碳含量为69.66~89.61 mg·kg^-1，均表现为：草甸草原>温性草原>草原化荒漠>荒漠草原。4种草地类型土壤易氧化有机碳储量分别为2.56、1.44、0.62和0.48 kg·m^-2；土壤微生物生物量碳储量分别为：218.31、170.50、81.99和68.26 g·m^-2，均为草甸草原显著高于其他3种草地类型（P<0.05）；水溶性有机碳储量分别为34.36、35.21、37.22和43.14 g·m^-2，表现为荒漠草原显著大于其他3种草地类型（P<0.05）。3）4种典型天然草地易氧化有机碳分配比为18.42%~29.72%，温性草原最高；微生物生物量碳分配比为1.54%~3.83%，草甸草原最低；水溶性有机碳分配比为0.23%~2.01%，表现为：荒漠草原>草原化荒漠>温性草原>草甸草原，且均存在显著性差异（P<0.05）。4）土壤有机碳储量与土壤易氧化有机碳储量、微生物生物量碳储量、全氮、全磷和全钾含量呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关关系；与土壤水溶性有机碳储量、土壤容重及pH值呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）的负相关关系。因此可见，宁夏荒漠草原土壤有机碳稳定性最差，温性草原土壤有机碳活性大，土壤有机碳碳库的生物可利用性最高，宁夏温性天然草地土壤有机碳储量大，不应被低估。