草地净第一性生产力估算模型研究进展

草地净第一性生产力(NPP)直接反映了草地植物群落在自然环境条件下的生产能力,是草地碳循环的重要组成部分。利用数学模型估算草地NPP是一种重要且被广泛接受的研究方法。在总结植被NPP估算模型的基础上,分析了气候相关统计模型、光能利用率模型、生态系统过程模型和生态遥感耦合模型各自的优缺点,讨论了各类模型在草地NPP中的研究现状,探讨了草地NPP模型研究中存在的问题,并进一步提出今后的发展方向。统计模型通过NPP与温度、降水等气候因子建立统计关系计算NPP,参数简单,但估算结果较粗;光能利用率模型以植被光合作用机理作为其理论基础,建立在植物光合作用过程和光能利用率的概念上,由于模型形式简单且可以直接利用遥感数据,使其倍受关注,但在具体求算过程中存在不确定性;过程模型从机理上对植物的生理生态过程进行模拟并对NPP的影响因子进行分析,更能揭示生物生产过程以及与环境相互作用的机理,但模型较复杂,实用性不强;生态遥感耦合模型能够利用遥感资料,克服了光能利用率模型和生态系统过程模型的不足,使其成为NPP模型的一个主要发展方向。草地植被NPP估算模型的研究相对薄弱,专门针对草地NPP建模的研究较少。建立具有自主知识产权的中国草地NPP模型是一项即具有重要意义又具有挑战性的工作。     

贵南县23年草原生态系统净第一性生产力与气候变化趋势

根据气候数据,采用相关模型计算了贵南县草原生态系统净第一性生产力(NPP),且通过地上生物量实测值对模型结果进行验证,分析比较了模型在同一个植被类型区域的预测结果。结果表明:23年贵南县草原生态植被呈现出增加的趋势,当地的气候取决于温度和降水的有效结合,其中,影响牧草生长的主要气候限制因素是降水,温度变化对NPP值的影响较弱。因此,降水是植被主要限制因素。     

净第一性生产力模型在内蒙古典型草原区的应用分析

基于内蒙古典型草原地区锡林浩特、镶黄旗、察右后旗气象站1993-2003年的温度、降水及牧草生物量监测资料，利用净第一性生产力模型预测1993-2003年典型草原区的净第一性生产力，且通过实测地上生物量对模型预测结果进行验证，分析比较了模型在同一个植被类型区域不同点的预测结果。结果表明：（1）以点代面去预测一个区域的牧草产量会导致估算结果较粗，误差较大；（2）当地的气候生产力取决于温度和降水的组合情况，影响牧草生长的主要气候限制因子是降水，温度的变化对NPP值的影响不是很大。     

近二十三年贵南县草地净第一性生产力与气候变化的响应

根据气候相关模型计算了贵南县草原生态净第一性生产力(NPP),且通过地上生物量实测值对模型结果进行验证,分析比较了模型在同一个植被类型区域的预测结果。结果表明,近二十三年贵南县草原生态植被气候生产力呈现出增加趋势,当地的气候生产力取决于温度和降水的有效结合,其中影响牧草生长的主要气候限制因子是降水,温度变化对NPP值的影响较弱,因此,降水是共和盆地植被气候生产力的主要限制因子。     

金露梅灌丛净第一性生产力

甘肃天祝金强河地区金露梅灌丛的植物种类组成随海拔和地形的不同有所差异 ,构成金露梅群落的植物生活型以地面芽 ( 4 6.35% )和地下芽 ( 2 7.94 % )植物为主 ,矮高位芽 ( 14.0 2 % )和一年生植物 ( 11.6% )次之。群落的地上植物量在生长季呈单峰曲线变化 ,放牧较重的灌丛群落植物量峰值较未放牧或较轻放牧的提前 1个月出现 ,正常情况下群落、灌木、草本的地上植物量峰值一般出现于 8月 ;群落地上净第一性生产力和对总辐射的转化率分别为 2 52 .0 4 g/ (m2 ·a)和0 .0 77%。     

不同放牧率对内蒙古典型草原牧草地上现存量和净初级生产力及品质的影响

通过不同放牧率（１．３３,２．６７,４．００,５．３３和６．６７羊／ｈｍ＾２）对内蒙古典型草原牧草地上现存量和净初级生产力及牧草品质的影响研究,结果表明,牧草地下现存量随放牧率的增大而线性下降,但地上净初级生产力并非线性下降,因而存在补偿生长的现象,牧草中粗蛋白含量在放牧的中后期随放牧率增大而增加,而较轻放牧率下粗蛋白含量随放牧季节的后称明显下降;粗纤维和粗灰分含量则表现出较强的规律性,随放牧时期     

新疆伊犁地区草地植被地上生物量遥感反演

本文以伊犁地区146个草地样地调查数据为基础,结合遥感及气象数据,进行草地植被地上生物量与NDVI、EVI、海拔、年均降水、年均气温、积温、干燥度、湿润指数等因子的回归分析。并通过各因子对地上生物量影响权重参数分析和加权融合,运用ArcGIS软件,反演分析了新疆伊犁地区草地植被地上生物量的空间分布特征。结果表明,新疆伊犁地区草地平均产草量约为704.96 kg/hm²,与20世纪80年代全国草地调查数据相比,产草量有所下降。草地植被地上生物量与各项因子具有较好的相关性,反演结果与伊犁地区的地形、地貌、气候特征基本吻合,反映了伊犁地区草地植被的空间分布特征。地上生物量反演结果得到验证,预测值与实测值之间相关系数(R²)为0.8532;均方根误差(RMSE)为216.559 kg/hm²,偏离度为22.92%,可以为新疆伊犁地区草地资源合理利用与评价提供参考。     

不同放牧率对草原牧草再生性能和地上净初级生产力的影响

在生长季研究不同放牧率对草原牧草再生性能和地上净初级生产力的影响。结果表明,随着放牧率的增大,地上现存量呈线性下降,但地上净初级生产力(地上现存量＋家畜采食量)以2.67只羊/hm²处理最大,即存在超补偿性生长。地上最大现存量和最大净初级生产力出现的日期随着放牧率的增大有提前的趋势,二者随着放牧年限的延长均有较大幅度的下降。但降水可以缓和或加剧此变化的趋势。在冷蒿小禾草退化草原上,1.33和2.67只羊/hm²始牧时期为5月中下旬为宜,而重度放牧宜在6月上、中旬;重牧或过度放牧可降低牧草早期的再生能力,但可加快后期的再生速度,即后期牧草补偿性生长较明显。     

河南省陆地植被净第一性生产力估算及其时空分布

基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用地面气象数据和MODIS数据,同时考虑河南省自身实际地理和植被覆盖情况,在对最大光利用率和水分胁迫系数的获取进行改进的基础上,利用CASA模型对河南省植被净第一性生产力（NPP）进行了估算,并分析了其时空分布。结果表明,2008年河南省NPP生产量为34.87 Mt C,NPP空间分布和植被类型有密切关系,森林植被最大,然后依次是灌丛、草地、农田等。12、1和2月NPP最小,植物基本停止生长,植被的NPP只占全年的1.38％;5、7和8月的NPP最大,占全年总量的56.84％。与Miami、Montreal、Chinkugo模型相比,本研究结果和Miami模型结果最为接近,植被类型NPP均值排序和Chinkugo模型相似;与实测数据对比结果显示,模拟值接近于实测值,说明模型适用于河南省NPP的模拟。     

气候变化对新疆天山山区自然植被净第一性生产力的影响

在利用天山山区10个有代表性的气象台站1961-2006年的历史气候资料对年平均气温和年降水量变化规律进行统计分析的基础上,采用周广胜、张新时的自然植被净第一性生产力模型,计算了近46年天山山区自然植被净第一性生产力的变化特征,并据此建立了自然植被净第一性生产力与年平均气温和年降水量的统计关系,在此基础上,估算了未来气候变化对自然植被净第一性生产力的可能影响。结果表明,46年来,年平均气温以0.029 ℃/a的速率升高,年降水量以1.38 mm/a的速率增多,受其影响,自然植被净第一性生产力平均以0.013 t/（hm2·a）的速率增长。20世纪70年代初是天山山区气候暖湿化变化和自然植被净第一性生产力开始明显增长的“突变点”。未来气候的“暖湿化”变化对提高天山山区自然植被净第一性生产力将产生积极影响,平均而言,在其他条件不变的前提下,年平均气温每升高1 ℃或年降水量每增多10%,自然植被净第一性生产力将增加4%~5%。     

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。     

净第一性生产力模型在内蒙古典型草原区的应用分析

基于内蒙古典型草原地区锡林浩特、镶黄旗、察右后旗气象站1993～2003年的温度、降水及牧草生物量监测资料,利用净第一性生产力模型预测1993～2003年典型草原区的净第一性生产力,且通过实测地上生物量对模型预测结果进行验证,分析比较了模型在同一个植被类型区域不同点的预测结果.结果表明:(1)以点代面去预测一个区域的牧草产量会导致估算结果较粗,误差较大;(2)当地的气候生产力取决于温度和降水的组合情况,影响牧草生长的主要气候限制因子是降水,温度的变化对NPP值的影响不是很大.     

基于地上净初级生产力与地上生物量的若尔盖高原放牧强度遥感监测

若尔盖高原作为全国三大草原牧区之一,牧草资源丰富,但受放牧的影响,该地区的生态环境相继出现了湿地和草地的退化、土地沙化等现象.为准确、快速估测若尔盖区域尺度放牧情况,合理安排人类活动,为保护生态环境提供数据与理论支持,本研究利用MODIS-NDVI数据,结合地面实测数据及气象数据,分别模拟了地上生物量及净初级生产力(aboveground net primary productivity,ANPP),并在此基础上分析了2010?2019年若尔盖高原放牧强度.结果表明:模拟放牧强度的模型效果较好,R2值为0.7813,达到极显著相关水平(P<0.05),且均方根误差(root mean square error,RMSE)较小,精度可达到70％以上,能将不同放牧程度的区域区分开;若尔盖高原2019年平均放牧强度为1.87 AU·hm?2,处于过度放牧状态,且整体放牧强度呈现出东南部偏高、西北部偏低的分布态势.在时间变化上,若尔盖高原2010?2019年放牧强度整体呈增加趋势,在2010?2014、2014?2019年分别出现先增加后减少的变化过程;地上净初级生产力和地上生物量的分布态势与放牧强度的大小具有一定的关联性.     

基于地上净初级生产力与地上生物量的若尔盖高原放牧强度遥感监测

若尔盖高原作为全国三大草原牧区之一,牧草资源丰富,但受放牧的影响,该地区的生态环境相继出现了湿地和草地的退化、土地沙化等现象.为准确、快速估测若尔盖区域尺度放牧情况,合理安排人类活动,为保护生态环境提供数据与理论支持,本研究利用MODIS-NDVI数据,结合地面实测数据及气象数据,分别模拟了地上生物量及净初级生产力(a...     

净第一性生产力模型在环青海湖牧区共和盆地草原区的应用分析

采用环青海湖牧区共和盆地草原区共和县、贵南县气象站1985—2007年的温度、降水及牧草生物量的监测资料,利用净第一性生产力模型预测23年共和盆地草原区的净第一性生产力的变化情况,且通过实测地上生物量对模型结果进行验证,分析比较了模型在同一个植被类型区域不同点的预测结果。结果表明,23年来共和盆地植被气候生产力呈现出增加的趋势,以点代面预测一个区域的牧草产量会导致结果误差较大;当地的气候生产力取决于温度和降水的结合情况,影响牧草生长的主要气候限制因子是降水、温度的变化,NPP值的影响不是很大,因此,降水是共和盆地植被气候生产力的主要限制因子。     

基于遥感技术的植被净初级生产力研究进展

植被净初级生产力(NPP)的研究是全球变化与陆地生态系统的核心内容之一.本文回顾了植被NPP研究的历史、基于遥感技术的植被NPP和草地植被NPP研究进展,并对近期陆地植被NPP研究的特点及发展趋势作了总结,对NPP模型的研究提出了一些建议.     

四川省莎草、杂类草草地生产力遥感监测

采用地面调查与“3S”技术相结合的方法,应用MODIS-NDVI对四川省“莎草Cyperus microiria、杂类草草地”生产力进行监测,对草原植被与生态状况及其变化做出评价。结果表明：NDVI估产模型相关系数r=0.640 3,F检验达到了极显著水平。利用模型计算出2006、2007年“莎草、杂类草草地” 可食牧草鲜草产量分别为188.6亿、203.8亿kg,平均产量3 229.5、3 489.00 kg/hm2;植被盖度分别为79.68%、81.29%;植被高度分别为17.08、16.03 cm;可食率分别为76.1%、75.0%。生产力2007年较2006年增加6.1%,其余指标年际变化不明显。     

基于机载激光雷达与高景一号数据的草原地上生物量反演研究

草原地上生物量(AGB)是草原调查监测中的重要指标,是草原生态保护和资源合理利用的依据,对草原可持续发展与科学管理具有重要意义。本研究以广西兴安县热性灌草丛为研究对象,结合机载激光雷达数据与高分辨率多光谱卫星影像,利用2021年采集的89个实地样方调查数据,对草原AGB进行了遥感反演研究。结果表明,草层高度信息是草原AGB建模的重要指标。增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)中EVI与AGB的相关系数最高(0.666),高度指标中平均草层高度(CHM_mean)与AGB的相关系数最高(0.686),二者结合的指标中RVI×CHM_mean与AGB的相关系数最高(0.735)。模型精度验证结果显示,EVI模型中均方根误差(RMSE)最低,为292.047 g·m^-2,CHM_mean模型中RMSE最低,为245.084 g·m^-2,RVI×CHM_mean模型中RMSE最低为225.872 g·m^-2。结果...     

典型草原净初级生产力对气候变化响应的模拟

本研究利用1953-2014年气象数据和1998-2013年实测数据驱动CENTURY模型模拟内蒙古典型草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并分析影响其动态变化的气象因素。结果表明,1)研究地点1998-2013年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.79,均方根误差为25.92 g/m²,CENTURY模型适用于模拟气候变化对内蒙古典型草原影响的研究。2)模型参数敏感性分析得出模型中的主要参数分别是研究地点土壤理化性质、草地植物生长的潜在生长力系数、植物生长最适和最高温度,这些参数的确定决定着模型模拟结果的准确度。3)1953-2014年,内蒙古锡林浩特的气温呈现极显著增加的趋势(P<0.01),主要是年平均最低气温明显上升;降水呈明显的年际波动,变异系数为30.2%。4)1953-2014年模拟的ANPP呈减少的趋势,但是变化趋势不显著(P>0.05)。通过相关性分析得到,降水是影响ANPP变化的主要因素,年降水量与ANPP的相关系数r值达到0.959(P<0.01),温度与ANPP呈弱相关性。     

草地净第一性生产力与≥0℃年积温、湿润度指标间的关系

研究在水热交叉的条件下,利用≥0 ℃年积温(∑θ)和湿润度(K)指标,在周广胜和张新时根据植物的生理生态学特点及水量平衡联系方程建立的联系植物生理生态学特点和水热平衡关系的植物净第一性生产力模型的基础上,推导出∑θ和K指标与第一性生产力之间的关系:NPP=L2(K)·(0.1·∑θ·[K6 L(K)K3 L2(K)])/([K6 L2(K)]·K5 L(K)K2)·e-13.55 3.17K-1-0.16K-2 0.003 2K-3不仅为宏观研究地带性草地类型的生产潜力、草地净第一性生产力的区域分布和全球分布提供了可能,而且为合理利用、保护和科学管理草地资源提供依据.