基于LPJ模型的中亚地区植被净初级生产力与蒸散模拟

中亚干旱区是对全球气候变化最敏感的区域之一,以草地和耕地为主的植被类型极易受到水资源短缺和人为等因素影响,导致生态环境极易恶化,故分析其植被净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)变化特征及对气候的响应具有重要意义。本研究利用LPJ模型模拟中亚地区1982-2012年NPP和ET,并分析其在中亚潜在植被类型中的空间分布和变化特征。结果表明,1)NPP和ET的高低值空间分布基本一致,高值区主要分布在林地、草林地混合区以及耕地区,低值区主要分布在植被稀少的荒漠周边区域和哈萨克中部草地区;2)NPP总量和ET总量均呈波动上升趋势,其中NPP年度变化范围在469.59~1 130.26 Tg C·a-1,年均值为737.24 Tg C·a-1(185.57 g C·m-2·a-1),ET范围在695.53~1 047.69 km3·a-1,年均值为850.46 km3·a-1(214.07 mm·a-1);3)影响中亚地区植被NPP和ET变化的气候因子主要为降水,温度影响相对较弱;4)吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦植被生产力增长较快,哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和新疆较为稳定,土库曼斯坦植被生产力出现下降现象。     

流域尺度全球景观生态风险时空演变及其对NPP变化的影响

人类活动强度的迅速增加,不断改变全球下垫面,造成区域景观生态风险持续变化。该研究以全球主要流域和亚流域为研究对象,使用1982—2015年连续34 a的土地利用栅格数据,构建了景观生态风险指数,分析了流域尺度全球景观生态风险时空演变特征,并进一步量化了不同驱动因素对景观生态风险的影响,同时分析了流域尺度全球植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）的时空变化特征,揭示了流域尺度全球景观生态风险对NPP的影响。结果表明：1）温带和寒温带、干旱气候带以及北极附近的极地带区域的流域多年平均景观生态风险较高。在1982—2015年间,17.44%和23.45%的流域景观生态风险分别呈现显著增加和显著减少趋势（P<0.05）。2）干旱气候带、亚热带和热带地区的景观生态风险变异系数的空间变化幅度较大,36.82%的流域景观生态风险存在显著突变点,这些突变点主要发生在1988—2006年（P<0.05）。3）在多年尺度,各种因素对流域景观生态风险的影响从大到小依次为降水量、气温、NDVI、人口密度、海拔、坡度和GDP。此外,各种因素对景观生态风险的变化存在增强的交互作用。4）超过50%的流域年NPP变化具有显著增加趋势,而仅有12.60%的流域年NPP呈显著减少趋势（P<0.05）,超过20%的流域年景观生态风险与年NPP间存在显著相关关系（P<0.05）。研究成果可为气候变化背景下,实现全球碳中和,增加陆地生态系统碳汇,适应气候变化提供坚实的科学依据。     

1958-2008年太白山太白红杉林碳循环模拟

太白红杉(Larix chinensis林主要分布于我国秦岭太白山的林线位置,对气候变化的响应十分敏感.为了定量分析太白山太白红杉林在气候变化背景下的碳循环特征,基于模型(MTCLIM)模拟的温度和降水数据,应用植被动态过程模型(LPJ-GUESS)模拟了太白山南北坡1958-2008年太白红杉林的净初级生产力(NPP)、生物量和净生态系统碳交换量(NEE).结果表明:1)太白红杉和巴山冷杉(Abies fargesii)的NPP和生物量在太白红杉林占有优势,太白红杉的NPP和生物量均大于巴山冷杉.1958-2008年间太白红杉南北坡NPP的平均值为0.38 kgC·m-2·a-1,巴山冷杉为0.25 kgC·m-2,a-1,两者之和占整个太白红杉林NPP的86％;1958-2008年间太白红杉南北坡生物量的平均值为2.91 kgC/m2,巴山冷杉为2.02 kgC/m2,两者之和占太白红杉林生物量的94％.2)太白红杉和巴山冷杉的NPP均表现为北坡大于南坡,且南北坡均有逐年增加的趋势,北坡的增幅小于南坡,所以太白山南北坡太白红杉林的NPP差异有逐年减少的趋势.3)太白红杉生物量的年际波动较大,南北坡呈交替上升趋势,南坡的平均值(2.94 kgC/m2)大于北坡(2.89 kgC/m2).巴山冷杉生物量的年际波动相对较小,北坡生物量水平大于南坡.4)1958-2008年南北坡太白红杉林平均NEE均为-0.023 kgC·m-2·a-1,表现为碳汇.南北坡碳汇水平均呈逐年增加趋势,南坡的增加幅度(0.91 g·m-2·a-1)大于北坡(0.42 g·m-2·a-1).以气候和CO2为驱动因子对太白山太白红杉林的长期碳循环动态做了定量分析,从机理上揭示气候变化与生态系统碳循环的关系,还需要做进一步的野外观测和控制实验研究.     

陕南地区植被净第一性生产力时空动态演变

植被净第一性生产力(NPP)是生态系统服务功能的物质基础,也是生态安全、生态风险评价的重要指标。利用2000—2010年SPORT—NDVI数据、气象数据及土地利用数据,选取改进后的CASA模型,模拟了陕南地区植被净第一性生产力时间变化规律及空间分布特征。结果表明,2000—2010年,研究区各种土地利用类型的年均NPP均呈曲折上升趋势,各类土地利用类型NPP均值排列顺序为:林地灌丛草地耕地其它类型。年内变化表现为各个土地利用类型的NPP在每年的2月开始增长,同年7月达到峰值,11月开始明显减少,在次年的1月达到最小值。汉中市的西部、商洛市的东部和西部地区年均NPP增长比较明显,汉中市的中部以及安康市中部大部分地区年均NPP的增长量保持平稳,汉中市城固县与西乡县的交界处年均NPP值的减少比较明显,其它地区的年均NPP变化不明显。年内各月空间NPP的变化趋势与年际变化有一定的差别。     

基于CASA模型的陕西省植被净初级生产力时空分析

[目的]探明陕西省近年来植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的变化及评估植被的生长条件。[方法]基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型估算陕西省2003—2012年逐月NPP,并分析其年际、年内的时空变化特征及趋势。[结果](1)陕西省2003—2012年植被NPP总体呈增长趋势(p0.01),年均增量为3.940 6g/(m~2·a)(以C含量计);年总NPP从2003年的84.44Tg(1Tg=1012g)增加到2012年的91.98Tg。(2)NPP年内变化明显,夏季NPP占年总量的比例最高,达到52.43%,7,8两月占比最高,分别为18.52%和18.41%。只有3和8月NPP增长趋势显著或极显著,其他月份NPP变化不显著。(3)不同植被NPP的年际变化比较平稳,除永久湿地外,其他植被类型的NPP呈增长趋势,耕地的NPP增长最快(p0.01),年均增量为5.89g/(m2·a)。(4)NPP整体呈南高北低、高低相间的分布特征,全省78.53%的区域NPP呈增长趋势,24.47%的区域增长显著或极显著;NPP降低显著/极显著的面积仅占2.27%,主要分布在陕西中部和西安周边地区。[结论]陕西植被生长条件总体在改善,但局部在恶化。     

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.     

西北地区植被净初级生产力估算模型对比与其生态价值评价

净初级生产力(NPP)是绿色植物在单位时间和单位面积上所能产生的有机干物质总量,是地球碳氧循环研究的关键问题之一。通过使用不同模型进行NPP物质量测算并换算为价值量,分析2000—2009年西北地区NPP价值的时空分异特征,了解西北地区近年植被生态效应的变化格局与趋势。结果表明:(1)CASA模型估算出耕地、草地、常绿针叶林的平均NPP分别为4.15 t.hm 2、4.87 t.hm 2和7.35 t.hm 2,统计模型中综合模型与北京模型和CASA模型估算结果最为相近;(2)研究区NPP价值随时间序列递增,耕地与建设用地的增幅集中在2000—2003年,而草地与未利用地增幅集中于2006—2009年,草地增长最快,2009年达7.91 107万元;(3)以县域为单元分析NPP价值空间差异,空间分布的不对称性、趋向均值的偏离程度有所增加,但高值集聚特征也有所加强;(4)NPP价值的空间集聚变化有低值快速升高、高值继续升高、较高值出现下降3种趋势,青藏高原与黄土高原NPP价值增速最快。NPP价值升高趋势比下降趋势更明显,反映了西北地区生态环境呈现整体好转、局部恶化的态势。     

气候变化对渭河流域自然植被净初级生产力的影响研究(Ⅱ)——渭河流域自然植被净初级生产力的研究

利用渭河流域及其周边地区52个气象站1959～2010年的逐日气象资料,采用周广胜-张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法,分析了近52年湿润指数的时空变化特征及其对NPP(自然植被净第一性生产力)的影响,并对未来不同的气候变化情景下NPP对气候变化的可能响应进行预估。结果表明:NPP高值区位于秦岭山区、关中部分地区、子午岭、六盘山和华山地区,总体呈下降趋势(P>0.1),仅个别站点微弱上升;NPP与降水、相对湿度和湿润指数成正相关(P<0.001),与潜在蒸散量、日照时数和气温负相关,温度对于NPP累积起到的作用有限,降水是主要制约因素;不同的气候情景对NPP的模拟表明,温度和降水同时上升的情况下NPP增幅15%以上,仅温度升高而降水不变NPP增加10%左右,温度上升而降水下降导致NPP不升反降,仅个别地区出现小幅上升。     

土地利用与覆盖变化对中小城市净初级生产力的影响

为了探索研究当前城市化进程中,土地利用与覆盖变化对中小城市净初级生产力的影响,以张家港为研究区域,利用MODIS遥感影像数据和NPP相关模型,分别估算2008年的实际和潜在的净初级生产力（NPPact和NPPo）,研究土地利用覆盖变化造成NPP损失(NPPlucc)的空间分布。结果表明,在张家港的城市化进程中,由于土地利用和覆盖方式的改变损失了大量的NPP,城市区域年净初级生产量以较大幅度减少;林草生态系统的NPPlucc较低,农业用地由于灌溉、施肥、田间管理等,导致其具有比潜在NPP更高的生产力,在所有用地类型中NPPlucc最低。张家港市的NPPlucc在城乡梯度上的变化呈现出从城市中心到农村纵深地区逐渐下降的趋势,其中在城乡结合部位、在农村工业区有2个上升的峰状突起。研究认为,可通过政策管理措施和工程技术手段,改善对自然生态系统的干扰,进而减少由于土地利用/覆盖变化和人类活动对周边植被干扰造成的NPP损失,是降低人类社会对净初级生产力的占用(HANPP)的可行途径,也是解决人们广泛关注的生物资源耗竭性问题与可持续发展问题的有效手段。     

皇甫川流域生态系统生产力时空特征分析

利用1961～2010年皇甫川流域主要气候要素数据和1979～2000年准格尔旗统计数据,采用净初级生产力（NPP）计算模型和数理统计方法,分析了该流域陆地植被NPP和农业生态系统生产功能（粮食生产）的时空特征。研究表明：①1961～2010年皇甫川流域NPP的总体变化趋势不明显,但年际变化显著。各乡镇NPP动态变化一致,且年际变化显著。流域NPP空间差异明显,东南部较高、西北部相对较低,与降水量的空间分布一致。②1979～2000年皇甫川流域各乡镇粮食单产增长趋势明显,且年际波动显著,在有些年份降水量对粮食单产的影响是决定性的。粮食单产空间差异明显,北部高,东南部居中,西部低。③皇甫川流域NPP和粮食单产的时间相关性较为显著,而空间相关性不明显。这与NPP主要受自然条件影响,而粮食生产受到自然条件、农业政策和科技投入等综合影响有关。