基于生态过程模型的哈尔滨市净初级生产力模拟和分析

净初级生产力(NPP)是衡量陆地生态系统碳源(汇)的重要参数,为准确模拟城市NPP及研究城市NPP空间分布特征。以哈尔滨市为研究对象,以Landsat-5 TM遥感数据、MODIS的叶面积指数(LAI)数据和气象要素等资料为基础数据,采用基于过程的北部森林生态系统生产力模拟模型(BEPS),模拟获得哈尔滨市NPP空间分布特征图,并对NPP时空变化进行分析。结果表明:哈尔滨北部及西南部NPP整体比较高,哈尔滨西部及东北部NPP整体比较低,主要与研究区土地覆盖类型有关。哈尔滨市2011年NPP积累总量为2.427×1013g·a-1,NPP年平均值为511 g·m~(-2)·a~(-1)。哈尔滨市NPP积累主要在7、8月份,NPP年积累值在7月份达到最高值。通过采用通量数据及MODIS的NPP产品验证可知,BEPS模型能够较好地估算哈尔滨市植被NPP。为揭示城市NPP变化的影响因素(气候、地域等)提供技术支持,也可为城市生态建设提供参考。     

三江平原农田生态系统CO_2收支研究

根据土壤异养呼吸速率及农作物生物量对三江平原农田生态系统NEE（Net Ecosystem Exchange）进行估算,农田生态系统包括水田和旱田,分别种植一年一熟的水稻和大豆.结果表明,1 a内农田NEE的季节变化趋势呈“V”形,在植物的非生长季表现为微弱的碳源,水田和旱田NEE分别为0.80和1.12 t·hm^-2;在植物生长季,表现为较强的碳汇,水田和旱田NEE分别为（-6.19±0.21）t·hm^-2和（-3.55±0.22）t·hm^-2.但对土壤有机碳的分析表明,耕作不仅导致土壤有机碳含量减少,而且使土壤有机碳组分中的重组有机碳含量相对富集,使其可利用性降低.因此,农田生态系统在作物生长期间所充当的＂碳汇＂并不能真正增加土壤中有机碳的含量和提高有机碳的质量.     

黄土高原地区植被净初级生产力遥感监测及其动态变化分析

利用经改进的CASA模型,模拟分析了1999～2008年黄土高原地区植被净初级生产力（NPP）的变化趋势及其时空分布,并对其拟合可信度进行了分析。结果表明,在黄土高原地区水热条件较好的地区,实施退耕还林（草）工程对植被生长的变化及不同植被生态系统的生产力有着较明显的积极作用。     

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.     

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。     

应用CASA模型估算浙江省植被净初级生产力

自然植被和生产力的变化是表征区域生态环境质量变化的重要指标,利用CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型对浙江省植被净初级生产力(NPP)进行估算,分析了净初级生产力的时空分布变化及受土地利用变化影响的特点.结果表明:①2006年浙江省净初级生产力平均为625.68 g·m-2·a-1;空间上,呈现出随着海拔的增高而增大的趋势;时间上,各土地利用类型的净初级生产力均表现出一致而明显的季相变化,不同土地利用类型之间的净初级生产力高低差异明显;②全年净初级生产力总量为6 451.24万t·a-1,林地和耕地是净初级生产力总量的主要构成部分,占净初级生产力年总量的70％以上;其中,丽水市净初级生产力年总量最高,为1 336.05万t·a1,舟山市最低,为47.18万t·a-1;生态公益林的净初级生产力均值为815.28 g·m-2·a-1,固碳能力明显优于其他林地;③相比1996年,2006年浙江省净初级生产力年总量因土地利用类型的变化增加了52.96万t·a-1,净初级生产力年总量保持着相对稳定的态势.有效提升浙江省植被净初级生产力途径主要有:在平原地区构建森林网络体系,在山区积极实施阔叶林化改造工程,以及对竹林进行科学集约化经营.     

近47年天山山区自然植被净初级生产力对气候变化的响应

利用天山山区10个对各类天然草场气候和植被类型具有较好代表性的气象台站1961—2007年的历史气候资料,使用线性趋势、Modet小波和Mann—Kendall检测等方法在对年平均气温、降水量变化趋势、变化特征分析的基础上,分别采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型和周广胜模型对该地区的自然植被净初级生产力（NPP）及其对气候变化的响应进行了计算和对比分析。结果表明：近47a,天山山区的气候总体呈较明显的“暖湿化”趋势,并于1970年发生了由“冷干”向“暖湿”的突变;尽管基于各模型的NPP在数值上有一定差异,但其在时空领域对气候变化响应的趋势是一致的,即：47a来,在气候“暖湿化”背景下,天山山区的NPP总体呈较明显的增大趋势,并于1970年发生了突变性的增大;与年平均气温和年降水量一样,基于各模型的NPP也具有3～22a的不同时间尺度的周期变化;在各类草场中,以草甸草原和山地草甸的NNP最高,高寒草甸次之,荒漠草原再次,高寒草原NPP最低。最后建立了基于各模型的NPP估算值之间的相互换算关系。     

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。     

2001-2013年开孔河流域净初级生产力遥感估算及其时空分布特征

[目的]估算2001—2013年开孔河流域净初级生产力（NPP）,并分析其时空分布特征和未来变化趋势,为自然资源的管理和有效利用提供依据。[方法]基于MODIS植被指数（NDVI）产品数据、气象数据和植被分类数据,利用改进的CASA模型。[结果]2001—2013年开孔河流域年均NPP呈逐渐增长趋势;空间上表现为西北高、东南低的特征,以开孔河为高值中心呈带状分布;NPP年内变化较大,夏季最高,占全年的65．30％,冬季仅有2．13％,为各季最低;Hurst指数与Slope趋势空间耦合图表明流域内未来NPP将呈增长趋势。[结论]开孔河流域生态环境呈良性发展的态势且季节差异明显、区域差异明显。     

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。