广东省未来温度、降水及陆地生态系统NPP预测分析

气候变化模型模拟是预测未来气候因子变化的有效方式之一.文章利用CCSM3大气环流模型,模拟了广东省1980～2099年月平均温度和月降水量多边形格网shape数据,并使用ArcGIS软件统计每个格网每年的平均温度和年降水量,再通过统计所有格网的均值,得到整个广东省的年平均温度和降水量.通过比较2000～2099年五个阶...     

A comparison of annual transpiration and productivity in monoculture and mixed-species Douglas-fir and red alder stands

Although much is known about drivers of productivity in Douglas-fir and red alder stands, less is known about how productivity may relate to stand transpiration and water use efficiency. We took advantage of a 15-year-old experiment involving Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and red alder (Alnus rubra) in the western Cascade Range of western Oregon to test the following hypotheses: (a) more productive stands transpire more water, (b) the relationship between productivity and transpiration differs between species, and (c) the relationship between productivity and transpiration differs between sites varying in soil moisture and fertility. Furthermore, the experimental design included alder, a facultative nitrogen-fixing species, which could also affect fertility. Fixed area plots (20 × 20 m) were planted as monocultures of each species or in mixtures at a common density (1100 trees ha⁻¹) in a randomized-block design. Transpiration of Douglas-fir and red alder was measured using heat dissipation sensors installed in eight trees per plot and scaled to the plot level based on sapwood basal area for each species. Although up to 53% of the variability in tree transpiration was explained by basal area, irrespective of species or site conditions, the two stands with the highest biomass and sapwood basal area did not transpire the most. Instead of more productive stands transpiring more water, the greatest variability in both productivity and transpiration was determined by site conditions and to a lesser degree, species composition. For example, 70% of the variation in tree biomass increment (TBI) was determined by leaf area index, which was much higher at the site with higher fertility and soil moisture (p < 0.05). Despite marked phenological and physiological differences, Douglas-fir and red alder performed similarly. Only 19% of annual water use of Douglas-fir occurred between October and March when alder was leafless. Also, there was no evidence of a fertilization effect of the nitrogen-fixing red alder on the Douglas-fir: the nitrogen concentration and N-isotopic ratio of Douglas-fir needles did not differ whether trees were grown in monoculture or in mixtures with red alder. We conclude that lower soil fertility and contrasting microclimate at one site relative to the other suppressed NPP while maintaining higher transpiration, thus reducing water use efficiency.     

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研究

为了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CO2浓度变化的响应。结果表明,在1979—2009年间,新疆农田NPP平均值为723.78 g C/(m2·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/(m2·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。说明以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的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。     

基于Copula的京津冀平原作物水分利用效率驱动因子分析

农业是京津冀地区最主要的用水部门,提高农业用水效率有助于缓解京津冀水资源压力,实现可持续发展。基于VIP模型模拟的1980-2013年京津冀平原作物水分利用效率（WUE）、作物净初级生产力（NPP）、作物实际蒸散发（ETa）,结合同期年平均气温（Tmean）、年降水量（Pre）和年日照时数（Sun）,应用Copula函数理论分别建立WUE与NPP、ETa、Tmean、Pre、Sun的5组联合概率分布函数,计算各驱动因子在低、中、高取值条件下WUE大于任一特定取值的可能性（定义为WUE条件概率）,探索WUE的驱动关系。结果表明：1）驱动因子NPP、ETa、Sun取值越大,WUE大于任一特定取值的可能性越大;而驱动因子Tmean和Pre取值越小,WUE大于任一特定取值的可能性越大。2）若以各驱动因子分别在高、低取值条件下的WUE条件概率的差值来反映WUE对各驱动因子大小的敏感程度,WUE对NPP的大小最为敏感,而后依次是Sun、ETa、Pre、Tmean。3）对比不同驱动因子相同取值条件下的WUE条件概率,较低的NPP会明显抑制WUE的大小,提高NPP对WUE的提升有明显的保障作用。综上所述,作物WUE同时受光合作用和蒸腾作用两个生理过程控制,较难确定光合和蒸腾对WUE的驱动关系;WUE与驱动因子的联合概率分布和条件概率分析指出,在京津冀平原可以采用在控制耗水的条件下提高NPP的策略,该策略可能比在控制产量的条件下减少耗水的策略更有效。     

基于遥感的新疆人工绿洲扩张中植被净初级生产力动态变化

人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm~2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm~2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm~2下降到5 202 hm~2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。     

Hurricane Katrina impacts on forest trees of Louisiana's Pearl River basin

Hurricane disturbance has the potential to markedly affect coastal forest structure and ecosystem processes. This study focused on the impacts of Hurricane Katrina in Louisiana's Pearl River basin, which lies just west of Katrina's final landfall at the Louisiana–Mississippi border. Prior to landfall, composition and structure of bottomland hardwood forests in this region were studied with permanent forest inventory plots sampled in 1989, 1998, 2005 and following the storm in 2006. This enabled a direct comparison of forest structure and dynamics before and after the disturbance, including species-specific tree mortality and damage rates, biomass production, and differences among forest types having varied hydrologic regimes. Background tree mortality rate before Hurricane Katrina was 1.9%, while average annual mortality was 20.5% for the census interval including the disturbance. Change in live tree biomass estimated from allometric models demonstrated a shift from an average annual production of 3.5 Mg ha⁻¹ before the disturbance, to an average loss of 77.6 Mg ha⁻¹ from the storm. Damage associated with Hurricane Katrina varied significantly with tree species but not tree size. Flooded cypress-tupelo swamp forests sustained the least damage and frequently flooded bottomland hardwood forests sustained the highest damage. Hurricane disturbance influenced the structure and composition of these coastal forests through species-specific differences in damage and mortality rates, and varied impacts dependent on forest flooding regime.     

2000-2013年秦岭林区植被净初级生产力时空分布特征及其驱动因素

秦岭林地是我国南北气候分水岭同时也是陕西省重要林区,研究秦岭地区植被NPP变化有助于了解该区域植被生长状况及固碳能力。使用MODIS17A3数据及各环境因子数据,通过应用GIS及数学统计等方法,分析了秦岭林区植被NPP的时空变化格局及其与环境因子间关系。结果表明,秦岭林地植被NPP均值呈现西高东低的特征, 2000-2013年植被NPP均值在400～600 gC·m^-2·a^-1之间;研究区内NPP年际变化上升趋势;在具有地理意义的区间上,200～1 500 m的高程区间及2°～25°坡度区间内植被NPP均值及总量较高,1 500 m以上及25°以上区间植被NPP均值与总量均呈下降趋势;阔叶林及灌丛占植被类型的60.36%,所占NPP总量达162.38 TgC·a^-1,粘土及粘壤土所占NPP总量达151.39 TgC·a^-1,所有植被类型及土壤类型NPP年际变化均呈上升趋势;NPP与年均气温相关性较与年降雨量高,但65.55%的区域未通过显著性检验。     

黄土高原地区NPP的自然影响因素分析

以SPOT NDVI和多种自然地理要素数据为基础,利用改进光能利用率计量模型,探究影响净第一性生产力（NPP ）变化的自然因素差异及各地貌类型区NPP变化的主导影响因素。结果表明：①1998—2010年黄土高原地区NPP物质量平均值为9．884～50．790 gC·m－2·a－1,明显低于全国平均水平342 gC·m－2·a－1。②影响NPP变化的自然因素差异显著。台塬区保水性好,水土流失强度较低,NPP物质量增加显著,风蚀地貌区NPP水平低,降幅明显;干湿条件是影响NPP变化的重要自然要素,半湿润区NPP增幅量较大;坡度对NPP变化的影响显著,陡坡区林、草植被覆盖度增加,NPP增幅明显;微观尺度上水热空间分布与海拔高度相关,研究区海拔200～1000 m范围NPP增幅显著,海拔高于1000 m的区域NPP呈下降趋势。③影响NPP空间分布格局差异的主导因素为水热条件,但决定黄土粱卯地貌类型区的NPP物质量水平正相关的主导因素为高程因子,0．01置信水平下相关系数为0．52;太阳辐射对NPP物质量表现为显著负相关关系,尤其对气候干旱区域表现突出。     

基于MODIS的南方草地NPP遥感估算与应用

草地NPP遥感模型的构建是实现大面积草地NPP估算的有效途径之一。以MODIS-NDVI数据为基础,以南方草山草坡为研究对象,结合野外实测数据,分析了草地NPP与NDVI之间的关系,同时构建了以NDVI为自变量以及水热条件为调节因子的南方草地NPP遥感估算模型,并通过不同年份独立的实测数据对模型进行了验证。结果表明,南方草地NPP与NDVI之间存在5种相关类型,均达到了极显著水平。NPP的模拟值和实测值之间具有很好的相关性和一致性,5种草地类型R²分别为0.902 2,0.826 6,0.871 2,0.887 7和0.875 5,均达到了极显著水平,均方根误差(RMSE)和相对均方根差(RRMSE)均较小。表明模型的模拟结果比较可靠,为南方草地NPP估算及草地资源管理提供了一种有效的方法。