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。     

未来不同气候情景下全球草地生态系统及净初级生产力时空动态分析

为揭示未来气候变化对草地生态系统的影响及其响应,本研究基于4种未来气候情景(包括SSP126,SSP245,SSP370和SSP585)数据,利用改进的综合顺序分类法和分段模型评估了2020—2100年全球草地生态系统及其净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时空格局及动态演变趋势。结果表明,在4个气候情景中,全球年均温和年降水量均将呈现整体上升的趋势。在SSP126和SSP245情景中,全球草地面积将下降,预计到2090 s将分别下降194.10和178.43万km²,主要原因在于冻原与高山草地面积的减少。相比之下,在SSP370和SSP585情景中,全球草地面积将呈现上升的趋势,预计到2090 s将分别上升67.59和136.72万km²,热带萨王纳面积增加最多。全球草地NPP在SSP126,SSP245,SSP370和SSP585情景中均将呈现上升趋势,预计到2090将分别上升0.25,1.96,5.78和7.52 Pg DW,其中,热带萨王纳NPP的贡献最大。在全球暖湿化背景下,冻原与高山草地和热...     

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。     

气候变化对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响

根据内蒙古荒漠草原1961~2007年11个气象站点的年平均气温、年降水量资料,采用Thornthwaite Me-morial模型计算牧草气候生产力,运用气候诊断分析、相关分析等方法分析荒漠草原年平均气温、年降水量、牧草气候生产力的时空变化特征及趋势,并探讨了不同气候变化情景对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响。结果表明:(1)近47年来内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势,荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大;年降水量总体变化趋势不明显,但东北部地区年降水量明显减少。(2)牧草气候生产力总体为不显著的线性增加趋势,其中荒漠草原中部牧草气候生产力增加显著。(3)未来"暖湿型"气候可使牧草气候生产力提高,"暖干型"气候使牧草气候生产力降低,"冷湿型"气候也有利于牧草气候生产力的增长。(4)年降水量与牧草气候生产力有极其显著的相关性,降水是影响内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子。     

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。     

培育措施对高寒草甸草原植物多样性和生产力的影响

以植物群落特征和根系生物量为主要指标研究了高寒草甸草原对封育(E)、封育+灌溉(EI)、封育+灌溉+施肥(EIF)、封育+灌溉+施肥+补播(EIFR)和全年连续放牧(CG)的响应,以期为该区草地恢复、保护和管理提供支持。结果表明:与CG和E相比,各培育措施均增加了各功能群植物的高度和群落地上、地下生物量,提高了禾本科植物在草群中的比例,垂穗披碱草(Elymus nutans)和冷地早熟禾(Poa crymophila)等优质牧草的重要值显著增加,杂类草植物的重要值降低,其中以EIFR效果最为显著;各培育措施均不同程度的提高了群落物种多样性指数,其中EIF显著高于其他处理;各培育措施不同程度降低了地下与地上生物量比。说明合理选择和组合应用不同培育措施是提升退化高寒草甸草原生产力和有效恢复草地生态的重要手段。     

高寒草甸牧草产量和草场载畜量模拟研究及对气候变暖的响应

高寒草甸地区温度是限制牧草地上年产量提高的主要因素,利用这一点,引进牧草产量与生长期间的产量积温比概念,建立高寒草甸牧草产量的估算模式。     

陆地生态系统净初级生产力的时空动态模拟研究进展

陆地生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)研究是全球变化的核心内容之一,反映了植被每年通过光合作用所固定的碳总量。近年来将遥感数据引入到NPP的模型设计和估算中已成为了一种新的发展方向,它利用遥感获得的全覆盖数据,使区域及全球尺度的NPP估算成为可能。回顾了NPP研究历史,综合分析了气候相关统计模型、生态系统过程模型和光能利用率模型的优缺点;以CASA、C-FIX和BIOME-BGC这3种遥感参数模型为例,阐述和分析了该类模型的特点以及国内外的研究进展,提出了NPP模型存在的问题和未来的发展方向。     

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

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km 2,其中重度、较重度面积分别为0.20万和1.11万km 2,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km 2。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。     

草地净初级生产力模型研究进展

回顾了草地净初级生产力(NPP)模型,包括气候生产力模型、过程模型、光能利用率模型,指出利用归一化差值植被指数(NDVI)等参数估算草地NPP具有方便快捷的优点,可以实现对各种植被的快速监测.在我国草地生产力测定精度与地区密度提高的情况下,利用NDVI测定草地NPP将会显示出更大的优势.     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

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。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

内蒙古农牧交错区草地气候生产力对气候变化的响应

摘要：本研究以太仆寺旗为例,利用1979-2009年的气候数据,分析了内蒙古农牧交错区气候变化趋势,并结合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地气候生产力对不同气候变化情景的响应。结果表明,近30年来,太仆寺旗年平均气温增温趋势明显（每10年0.62 ℃）,四季平均气温均有显著上升,以冬季升温最明显（每10年0.84 ℃）;年降水量有下降趋势（每10年5.3 mm）,但趋势不明显;综合考虑水热因子的Thornthwaite Memorial模型更能够反映草地气候生产力的变化趋势,与温度相比,降水是影响草地生产力的关键因子;在气候变暖的背景下, “暖湿型”气候可提高草地气候生产力,变化幅度为8.3%~16.7%,假如未来气候向“暖干型”发展,草地气候生产力的变化为-4.8%~3.5%。     

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。     

克州地区天然草地生产力评价

本研究以克孜勒苏柯尔克孜自治州的天然草地为研究对象,利用2005年7-8月的MODIS遥感数据提取植被指数(NDVI),通过典型区野外实地采样,得到与MODIS影像资料时相一致的草地地上生物量数据,分析遥感植被指数与植被生物量的相关关系,建立了生物量估测模型,并进一步对克州天然草地生产力进行了评价.根据关键场理论计算了...     

施肥对玛曲高寒沙化草地植物多样性和生产力的影响

研究了施肥对玛曲高寒沙化草地物种丰富度、植被高度、物种多样性和生产力的影响。结果表明,施肥可增加物种丰富度和高度,其中施氮磷肥和施氮磷有机肥分别比对照的草地丰富度提高了42.9%和44.7%,植被高度平均提高4.5和5.6 cm。不同施肥处理对高寒沙化草地的Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数均有影响。氮、磷和有机肥混施后植物群落的Simpson指数和Shannon-Weiner指数与对照之间达显著或极显著差异,施氮磷肥后植物群落的Pielou均匀度指数与对照间差异极显著。不同施肥类型对高寒沙化草地地上生物量的影响不同,采用氮、磷和有机肥混施的方案可最大限度的增加沙化草地的地上生物量,比对照的增加2.5倍。从生物多样性和生产力增加综合考虑,氮、磷和有机肥混施为高寒沙化草地施肥的最佳处理。     

气候变化下中国草地NPP的研究

通过全球气候变化下的中国草地NPP研究方法及估算模型的总结,分析中国草地NPP时空变化及其与影响因子间的相互关系,并提出中国草地NPP研究过程中存在的问题和未来发展方向。全球气候变化下,遥感估测和生态遥感耦合模型因适合大尺度的草地NPP估算,成为最主要的研究方法和研究模型。中国草地NPP在时间上表现为倒U字型和总体上升趋势的季节性、年际性变化,在空间上呈现出从东向西递减和阶梯式的水平、垂直地带性变化;这种时空上的变化主要与气候因子(温度和降水量)和人为因子等有密切的关系。全球气候变化下中国草地NPP的研究主要有基础数据不足、模型参数繁多和建模过程存在不确定性3个方面的问题。所以,解决问题并将其有机结合,是未来草地NPP研究的发展方向之一。     

欧亚大陆草原带1982-2008年间净初级生产力时空动态及其对气候变化响应研究

欧亚大陆草原带主要包括哈萨克草原和蒙古草原,是世界上最大的过渡生态系统。 同时该区域属于典型的干旱半干旱地带,因此对气候变化较为敏感。但是,针对该区域的净初级生产力(net primary productivity, NPP)研究尚有诸多不足,特别是哈萨克草原。本研究在原有BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型的基础上,对光合最大羧化效率(V_c,max)和自氧呼吸等过程算法进行了优化,以地面实测样方数据对改进后的模型进行精度验证,进而利用改进后的BEPS模型模拟了1982-2008年间的欧亚大陆草原带植被净初级生产力。结果表明,改进的 BEPS 模型与3个地区(哈萨克斯坦,内蒙古和新疆)的样地观测数据相比均具有较好的拟合精度,且预测能力较原有BEPS模型均有一定程度的提升;27年间,区域内NPP的平均值为120 g C/m²,其中蒙古草原为116.9 g C/m²,哈萨克草原为 122 g C/m²。在区域暖干化的背景下,蒙古草原的NPP呈现上升趋势,而哈萨克草原则在前苏联解体前后先上升后下降。区域内草地主要与年降水具有显著的正相关关系,而对温度的响应普遍较弱,表明降水是该区域植被生长的主要气候影响因子。