中国陆地生态系统净初级生产力变化特征——基于过程模型和遥感模型的评估结果

净初级生产力（NPP）作为生态系统物质与能量循环的基础,是区域和全球尺度碳循环和碳收支研究的重要组成部分。研究区域和全球尺度的净初级生产力主要依靠模型手段实现,过程和遥感模型是目前广泛使用的两种模型形式。本文搜集并整理了基于过程模型和遥感模型对我国陆地生态系统净初级生产力的模拟结果,分析了中国陆地生态系统净初级生产力的时间变化及对未来气候变化的响应特征,旨在对其进行综合评价。结果表明,中国陆地生态系统NPP平均为（2.828±0.827）PgC.a-1。1982-1998年的年际变化特征上,NPP平均每年增加0.027 PgC,年增长率为1.07%,总体上呈现在波动中逐年上升的趋势。不同植被类型的单位面积NPP总体表现为常绿阔叶林显著高于其他植被类型,但不同研究结果间变化范围很大;落叶针叶林、常绿针叶林和落叶阔叶林相差较小;农作物低于阔叶林,但高于针叶林;草地和荒漠均位于低值区,但前者显著高于后者。不同植被类型的NPP总量总体表现为农作物和草地位居前两位,两者之和高达各植被类型NPP总量之和的58.34%;除灌丛和常绿针叶林外,其余植被类型均不足总量的10%。在未来气候情景下,中国陆地生态系统NPP总体上可能表现为先增加后减小的趋势。     

基于改进土壤冻融水循环的Biome-BGC模型估算青藏高原草地NPP

Biome-BGC模型被广泛用于估算植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）,但是该模型未考虑冻土区土壤冻融水循环过程对植被生长的影响。本文基于Biome-BGC模型,改进冻土区活动层土壤冻融水循环,估算了2000—2018年青藏高原高寒草地NPP。通过比较原模型和改进后的模型,并对NPP模拟结果的时空特征进行了分析,结果表明：① 增加冻融循环提高了NPP估算精度,青藏高原草地NPP均值由114.68 gC/(m²·a)提高到128.02 gC/(m²·a)。② 原模型和改进后NPP的空间分布差异较大,时间变化趋势差异不明显。③ 青藏高原草地NPP总量为253.83 TgC/a,呈东南向西北递减的空间格局,年均增速为0.21gC/(m²·a)（P=0.023）,显著增加的占17.85%,主要分布在羌塘高寒草原地带的大部分地区和藏南山地灌木草原地带的西部。④ 该冻融水循环改进方法简单可靠,具有在其他多年冻土区推广的价值。     

中国西南山地喀斯特与非喀斯特森林的生物量与生产力比较

利用1989—1993年中国西南5省区(广西、贵州、云南、四川包括重庆、湖南)森林清查资料,估算和分析了1968个样点森林的生物量和净第一性生产力特征与空间分布格局,重点比较喀斯特森林与非喀斯特森林生物量与生产力的差异.结果表明:中国西南地区森林平均总生物量为148.66 t.hm-2,净第一性生产力达到9.64 t.hm-2.a-1;喀斯特森林的生物量(124.33 t.hm-2)小于非喀斯特森林(163.48 t.hm-2),而喀斯特森林的生产力(8.67t.hm-2.a-1)总体上也小于非喀斯特森林(9.56 t.hm-2.a-1),但在不同的省份中存在差异;作为西南山地的主要森林类型,亚热带和热带的针叶林与山地针叶林、亚热带常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林中,喀斯特森林的平均生物量(122.95 t.hm-2)和生产力(8.77t.hm-2.a-1)也均低于非喀斯特森林(分别为152.88 t.hm-2和9.92 t.hm-2.a-1);天然林和人工林中的生物量和生产力同样表现出喀斯特森林低于非喀斯特森林的特征.这种差异说明喀斯特生境严酷,在相同的生物气候条件下,喀斯特土层的浅薄和地下水的渗漏胁迫限制了喀斯特森林的生长和生物量积累.     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

黑河流域植被净初级生产力的遥感估算

利用光能利用率模型C-FIX,高时空分辨率的SPOT/VEGETATION遥感数据,全球格网化气象再分析资料以及黑河流域土地利用图,估算了1998—2002年黑河流域不同生态系统净初级生产力(NPP)的年总量和平均生产力,输出了黑河流域NPP年累积量空间分布格局图、NPP季节动态图,分析了近5a来黑河流域NPP时空变化特征,评价了不同土地利用类型下的生态系统生产力水平差异。其结果表明,黑河流域陆地生态系统NPP空间分布及其季相变化特征是流域自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水分条件是控制黑河流域陆地生态系统NPP空间格局的决定因子。1998—2002年黑河流域山区高覆盖度草地和下游荒漠区净初级生产力持续下降,反映出这些地区生态环境恶化严重。这些研究结果可以为黑河流域的水-生态-经济系统的合理设计与有效实施提供科学数据集。     

CASA模型在金沙江流域(云南部分)NPP研究中的应用

净初级生产力是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,对于控制大气CO2的上升有着重要的作用,是生态系统中物质与能量流动研究的基础。采用气象数据、MODIS NDVI数据,运用改进的CASA模型对金沙江流域(云南部分)的净初级生产力进行研究,并分析了其分布格局及影响因素。结果表明:流域初级生产力最大值达到1 382.39 g/m2,平均为719.54 g/m2;在空间分布上,中游[751.21g/(m2·a)]上游[714.42 g/(m2·a)]下游[693.00 g/(m2·a)];流域的净初级生产力有明显的季节变化,表现为干湿季分明,雨季[612.26 g/(m2·a)]的生产力明显高于干季[107.08 g/(m2·a)],秋季又较春季为高;净初级生产力受植被类型、温度、降水等因素的影响明显。用遥感的方法对区域的NPP产量测算已得到了普遍的认可,其研究结果为NPP动态研究和评价生态系统服务功能提供了有效的基础数据。     

全球陆地生态系统与大气之间碳交换的模拟研究

利用陆面物理过程和植被生理生态过程完全动态耦合的大气植被相互作用模式 (AVIM) ,对全球陆地生态系统的净初级生产力进行模拟。全球陆地生态系统植被分为 1 3类 ,土壤质地分为 7类 ,确定了各种植被和土壤的模式参数。采用全球陆地 0 .5× 0 .5网格点气候平均资料 ;以 30分钟为步长进行积分。并用全球不同地区各种植被类型的 1 9个 NPP观测样点数据校准模型。AVIM模拟全球陆地生态系统 NPP的主要模拟结果如下 :全球陆地生态系统净初级生产力 (NPP)总量约为 60 .72 Gt Cyr- 1。分析了不同植被类型的 NPP分布 ,模式较好地模拟了全球陆地生态系统净初级生产力的纬向分布和区域分布的差异 ,模拟出中国植被生产力的分布特征。陆地生态系统净初级生产力与温度、降水和辐射等气候因素在不同地区有不同程度相关性 ,北方针叶林地区气候因子与 NPP的相关性明显 ,反映出植被对环境因子的不同响应及其物候特征。赤道热带雨林地区NPP与气候因子的相关性不明显。     

基于CASA模型的云南省植被净初级生产力遥感估算

植被净初级生产力能够反映植被的生产能力、当地的生态资源及生态资源潜力。采用多时间序列MODIS的NDVI遥感数据和气象数据,利用CASA光能利用率模型在空间分析技术支持下反演估算云南省2015年植被净初级生产力(NPP)。结果表明:(1)云南省2015年平均NPP值为804.904 2 gC/(m~2·a~(-1)),总值为0.317 212 745 PgC;(2)2015年云南省NPP的平均值1月至2月、5月至9月、10月至12月处于下降趋势,2月至4月、9月至10月处于上升趋势,一年中的最高值在5月份,最低值在9月份;(3)植被净初级生产力的高值位于云南省的南部和西部。     

贡嘎山山地暗针叶林带自然与退化生态系统生态功能特征

通过贡嘎山暗针叶林带典型区自然与退化生态系统生物量、净初级生产量、光合生理特征、土壤CO2 排放通量及土壤温度变化等内容的观测研究 ,从一个侧面揭示了研究区山地暗针叶林带不同森林生态系统类型生态功能的现状特征。自然型生态系统生物量和净初级生产量分别具有耐阴的光合特性 ,水分利用速率较高 ,而蒸腾速率较低。轻度、中度和重度退化生态系统生物量分别为 36 7 0 1、12 1 80和 0 .5 1t hm2 ,净初级生产量分别为 9 86、5 6 4和0 35t hm2 ·a- 1 ;退化生态系统建群种光饱和点、净光合速率及蒸腾速率均比自然生态系统建群种高 ,而水分利用效率则相应较低。另外 ,不同生态系统类型土壤CO2 排放量与地面生态系统结构和 5cm深土壤温度有密切的关系     

官厅水库小流域植被净初级生产力估算

植被是小流域的物质基础,植被净初级生产力的稳定性关系到小流域的健康和可持续发展。以官厅水库小流域为研究区,采用改进型CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,利用2005年、2010年和2015年以及邻近年份的每年3～11月的Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,估算官厅水库小流域植被净初级生产力,考虑到植物的物候特征,在模型计算过程中,引入归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列特征,提取地物信息,从而提高了改进型CASA模型中植被最大光能利用率使用范围的准确度。研究结果显示,2005年、2010年和2015年官厅水库小流域植被净初级生产力的总量分别为6.33×10~8g碳、6.73×10~8g碳和7.37×10~8g碳。     

Reconstructing the development of the geosystems of the Primorsky Range during the latter half of the Holocene

We examine the sequence of changes in the structure of the geosystems of the Primorsky Range (Baikal region) for the last 6000 years, based on a continuous recording of fluctuations of the vegetation reconstructed from spore-pollen complexes of a high peat bog. We determined the chronological timeframe of paleogeographical events. The study showed that there occurred a radical structure transformation of the geosystems in the mid-late Holocene, along with a recurrence of similar landscape transformations caused by the instability of natural conditions.     

On the origin of the seismic anisotropy of the lithosphere

Summary. It is known that flow in the mantle can produce preferred orientation in olivine crystals with seismic anisotropy as a consequence. Flow in the subcrustal lithosphere is unlikely because of the high viscosity. Lenses of high temperature and low-viscosity ( anomalous mantle ) are located under the crust in many tectonically active regions, and viscous flow can easily arise in such material resulting in seismic anisotropy. After cooling, such anomalous mantle acquires high viscosity and becomes incorporated into the lithospheric layer preserving the anisotropy produced by the flows which existed previously. The interaction of the stresses with cracks in the upper crust can be one of the causes of anisotropy in this layer.     

对沙漠化农田能转化效率及潜力的分析

我国北方东起黑龙江省嫩江地区, 吉林白城地区及辽宁西部, 包括内蒙兴安盟东南、哲里木、昭乌达、锡林郭勒、乌兰察布、伊克昭等盟的大部地区, 直至河北坝上、陕西榆林北部约26.7万平方公里的幅员范围内, 由于自然条件的特殊性(地表组成物质质地松散、沙粒成分比重很大及气候干旱、多大风, 且年内季风与周期性干旱相吻合), 加上人类不合理开发活动的影响, 成为我国目前沙漠化发展最活跃的地区, 其沙漠化土地近16.5万平方公里, 占全区总面积的61.5%。该地区有较长的经济开发史, 农、牧业相互影响, 交错分布的情况, 在历史上业已形成。据粗略统计, 该区范围内, 有旱作耕地近5, 000万亩, 多以传统的粗放的撂荒种植制进行经营, 长年遭受不同程度的风沙危害, 属于生产水平较为低下的农田类型。这些农田急待整治, 以便提高生产力。由于本区年均降水量在350-450毫米之间, 客观上具有发展旱作农业的可能性。如能合理经营、科学利用其自然资源, 将可能发展成为农、牧业结合的发达地区。从而对我国北方地区农业发展起促进作用。为了深化对沙漠化农田的认识, 揭示其生态失调的实质, 本文将就生态系统观点对其进行分析以寻求有效的整治沙漠化农田的途径。     

Direct determination of the characteristics of the currents responsible for the geomagnetic anomaly of the Rhinegraben

Summary. Previous geomagnetic measurements in the Rhinegraben have led us to assume that the responsible currents have the properties of direct currents and that they all flow in the sediments filling the graben. In order to verify these conclusions, we have performed measurements in a mine at a depth of 650 m. By comparing the field simultaneously recorded at the surface, in the mine and at the reference station, it is possible to deduce that the anomalous currents have the above mentioned properties.     

城市化的开发区模式研究

我国许多城市通过开发区建设,在短时间内完成了产业和人口的集聚,实现了城市地域空间和人口规模的跳跃性增长和产业结构的转型。由于在这种城市空间增长过程中,开发区建设起了决定作用,因此,这种以开发区带动整个地区城市化的方式可称为"开发区模式"。开发区驱动城市化的机制表现在开发区自身区域的城市化和开发区带动周围农村地区城市化两个层面,并具有快速跳跃性、外驱性和不稳定性、人为性、经济增长模式的单一性和基础设施建设的高标准性等特征。针对开发区建设中出现的问题,提出了促进其健康发展的建议。     

Chemical composition of waters and the phytoplankton of the lakes within the delta of the Selenga river

Field observations showed that the characteristics of chemical composition of waters and the development of plankton algae in the lakes within the delta of the Selenga river are determined by their flowage. The most open Lake Nekipelovskoe communicates with the Selenga outlets throughout a year, and Lake Zavernyaikha only at the period of an open channel. Lake Semenovskoe and Lake Khlystov Zaton are located in the islands and are isolated from the outlets. According to composition of main ions, the lakes under investigation refer to the hydrocarbonate class, the calcium group. The sum of ions in the water of Lake Nekipelovskoe approaches the one in the Selenga (86?221 mg/dm³), and the highest sums of ions were recorded in the wintertime in the lakes isolated from the outlets (446?743 mg/dm³). The lakes of the delta are characterized by a high trophicity. The maximum concentrations of total phosphorus in Lake Nekipelovskoe and Lake Zavernyaikha were 68 and 122 μg mg/dm³, and in Lake Semenovskoe and Lake Khlystov Zaton ?0.8 and ?0.63 μg mg/dm³, respectively. The most intense development of algae is observed in Lake Zavernyaikha, which is due to the high population of Baikal endemics. Lake Zavernyaikha showed a close negative correlation between the concentration of NO ₃ ^? , mineral phosphorus and phytoplankton biomass; the correlation coefficient was ?0.8 and ?0.63, respectively. The lakes exhibited increased contents readily hydrolysable organic matter, and a decrease in dissolved oxygen concentration in winter; hydrogen sulfide was repeatedly recorded in Lake Khlystov Zaton. The water quality in the lakes during the springtime varies from “quite clean” to “weakly polluted”; at low-water periods, especially in winters, it can drop to the category of “exceedingly dirty”. The water quality of the Selenga can be influenced by the lakes during spring floods when material accumulated during the wintertime is transported to the river outlets and further to Lake Baikal.     

Transformation of the vegetation cover in the zone of air emissions from the enterprises of the city of Norilsk

The influence of air emissions from the enterprises of the city of Norilsk on the vegetation cover of adjacent territories was revealed. The categories of resistance of some plant species and communities to technogenic loads have been ascertained. The protective role of overmoistening of habitats was observed for plants.