三江源植被净初级生产力估算研究进展

植被净初级生产力（NPP）作为重要的植被参数和生态指标,能够直观地反映生态环境的变化和区域碳收支水平。鉴于三江源特殊的地理环境和战略地位,众多学者曾应用不同的方法对三江源植被NPP进行了估算,但是由于各方面原因,NPP估算结果存在较大差异。目前,虽在三江源地区开展了大量NPP估算研究,但尚未有相关文章对这些研究进行汇总并加以分析和评价。因此,本文在前人研究成果的基础上,通过综述已有文献,对三江源植被NPP估算的相关方法与结果进行了系统地总结,探讨不同方法在三江源地区的适用性,指出已有方法存在的主要问题,并对现有NPP估算结果进行评估分析,最后提出了未来三江源NPP估算研究亟待加大研究力度的方向。     

三江源植被净初级生产力估算研究进展（英文）

The Three-River Headwater Region(TRHR), known as the "Water Tower of China", is an important ecological shelter for national security interests and regional sustainable development activities for many downstream regions in China and a number of Southeast Asian countries. The TRHR is a high-elevation, cold environment with a unique, but typical alpine vegetation system. Net primary productivity(NPP) is a key vegetation parameter and ecological indicator that can reflect both natural environmental changes and carbon budget levels. Given the unique geographical environment and strategic location of the TRHR, many scholars have estimated NPP of the TRHR by using different methods; however, these estimates vary greatly for a number of reasons. To date, there is no paper that has reviewed and assessed NPP estimation studies conducted in the TRHR. Therefore, in this paper, we(1) summarized the related methods and results of NPP estimation in the TRHR in a systematic review of previous research;(2) discussed the suitability of existing methods for estimating NPP in the TRHR and highlighted the most significant challenges; and(3) assessed the estimated NPP results. Finally, developmental directions of NPP estimation in the TRHR were prospected.     

基于CSCS改进CASA模型的中国草地净初级生产力模拟

将草原综合顺序分类系统（CSCS）中的热量指标（∑θ）和湿润度指标（K）引入CASA模型。利用该模型模拟了2004-2008年中国41个草地类的净初级生产力（NPP）,并分析了其时空变化和不同草地类NPP变化。结果表明：2004-2008年中国草地NPP模拟平均值与实测平均值分别为503.8 g·m^-2·a^-1和567.3 g·m^-2·a^-1,两者较为接近。各类草地的平均误差和平均相对误差均值分别为4.85 g·m^-2·a^-1和7.6%。草地NPP的实测值和模拟值相关性较好。改进CASA模型模拟值比Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟值更接近实测值。NPP空间分布呈东高西低,南高北低,从西北向东南逐渐增加的趋势,体现了K和∑θ的水平和垂直地带性分布规律。2004-2008年中国草地NPP总体呈现增加趋势,其总量增加了23.0%。草地NPP年均值在不同植被类型中差异显著,分布规律与CSCS划分草地类的K和∑θ密切相关。总之,改进后的CASA模型模拟精度较高,实现了草地NPP模拟与草地分类的相互关联。     

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。     

中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力影响研究——以呼包鄂地区为例

评价中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是揭示区域城市扩展过程生态效应的基础。以正在经历快速城市化的呼包鄂地区为例,基于空间分辨率为30 m的土地利用/覆盖数据,评价了该地区2000-2015 年城市扩展过程对NPP的影响。研究结果表明,呼包鄂地区城市扩展导致NPP明显增加,2000-2015 年城市扩展区域NPP均值从429.67 NDVI·PAR增加到489.71 NDVI·PAR,增加了13.97%。呼包鄂地区以城市土地占用草地为主要特征的城市扩展方式是城市扩展区域NPP增加的主要原因。     

气候变化和人类活动对盐池县植被净初级生产力的影响

为定量区分退耕还林还草背景下北方典型农牧交错带植被变化过程中气候变化和人类活动的相对贡献率,以宁夏盐池县2000—2020年植被变化为研究对象,基于MODIS13Q1-NDVI数据、地表覆盖数据和气象数据,采用Thornthwaite纪念模型和CASA（Carnegie-ames-stanford approach）模型分别估算了逐年的潜在净初级生产力（Potential net primary productivity, PNPP）和实际净初级生产力（Actual net primary productivity, ANPP）。综合运用趋势分析、相关分析和差值比较法分析了2000—2020年盐池县净初级生产力（Net primary productivity, NPP）时空变化特征及其驱动力,并定量确定了气候因子和人类活动对盐池县植被变化的相对贡献率。结果表明：（1） 在2000—2020年盐池县NPP总体呈上升趋势,但存在着显著的空间异质性,主要表现为植被NPP改善区面积远大于NPP退化区面积,且改善或退化程度也存在显著的空间分异。植被改善区主要分布于荒漠、荒漠草原等退耕还林还草工程区域和灌溉区,而植被退化区则分布于荒漠和荒漠草原的边缘地带。（2） 植被变化归因分析表明,在植被改善区,气候变化和人类活动共同主导驱动了植被的改善,但气候变化的相对贡献率（59.77%）大于人类活动的相对贡献率（40.23%）,而在植被退化区,人类活动的相对贡献率（91.77%）则显著高于气候变化的相对贡献率（8.23%）。（3） 驱动力分析表明,研究区植被NPP变化与降水量呈显著正相关,而与气温的相关性较弱;而人类活动是驱动植被退化区NPP下降的主要原因,但负向影响力有所减弱。总体而言,气候变化是植被改善区的主要驱动力,而人类活动是植被退化区的主要驱动因素,两者共同作用则使盐池县整体生态环境得以改善。     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

集成遥感数据的陆地净初级生产力估算模型研究综述

净初级生产力(NPP)是衡量碳循环、指导土地利用、评估生态安全、指示环境变化、反映粮食安全等的重要参量,其估算受模型构建机理和生态系统关键地表参数输入的影响。近年来,随着遥感数据的不断丰富和遥感处理技术的快速发展,集成遥感数据的NPP估算模型相较于仅采用气候、土壤等传统观测数据的非遥感模型,在分析时空异质性等方面的优势日益凸显。本文基于Web of Science和CNKI两大数据库,采用文献统计分析方法,系统回顾NPP研究概况及国内外集成遥感数据的NPP估算模型的近期进展;并将集成遥感数据进行NPP估算的模型分为统计模型、光能利用率模型、过程模型及耦合模型四类;重点阐述了各类遥感估算模型的机理、差异性、适宜性及局限性;最后,在分析NPP遥感估算面临困境和科学挑战的基础上,从机理与影响因素、数据基础、参数反演、时空尺度拓展、软硬件支撑等方面对未来研究进行了展望。     

基于树轮资料重建森林净初级生产力的研究进展

森林净初级生产力(NPP)反映了森林植被固定和转换光合产物的能力,表示了森林碳汇功能强度,也是评价森林植被的演替状况以及陆地生态系统承载力的主要指标。基于遥感、清查资料等方法估算NPP已经取得了一些进展,但传统的研究方法受限于观测(调查)年份,难以有效获取长时间尺度的区域森林种群或群落年际NPP。树轮资料较为有效地反映了历史时期森林植被的逐年生长状况,从而在估算高精度且长时间尺度区域森林种群及群落NPP中具有较大的优势。本文对利用树轮资料重建区域森林NPP的两种主要方法进行了总结,第一种方法主要是依据树轮资料提供的立木逐年生长量进行生物量以及NPP的估算;第二种方法则是利用树轮指数与其他植被指数的相关性间接反演过去时间段区域森林群落NPP的变化。上述两种估算NPP的方法均存在较多的限制性,未来利用树轮资料估算NPP的时空精度仍有待提高。     

Predicting and assessing changes in NPP based on multi-scenario land use and cover simulations on the Loess Plateau

Land use/cover change(LUCC)is a major factor affecting net primary production(NPP).According to the LUCC of the Loess Plateau from 2005 to 2015,the LUCC patterns in 2025 in three scenarios were predicted by using the Future Land Use Simulation(FLUS)model.Furthermore,taking the average NPP of various land use/cover types in 16 years as the reference scale,the changes in NPP in multi-scenario simulations are predicted and an-alyzed,and the impact of different land use/cover transfers on NPP is quantified.The results are as follows:(1)The land use/cover changes greatly in the baseline and fast development scenarios,and changes relatively little in the ecological protection scenarios.(2)The changes in NPP in different scenarios reflected the significant difference in the ecological protection effect.All the three scenarios promote an NPP increase,but the ecological protection sce-nario can promote NPP increases the most.(3)The changes in NPP caused by LUCC in the three scenarios reflected the significant difference in the various land use/cover types pro-tection effect.Analyzing and predicting NPP changes in multi-scenario LUCC simulations in the future can provide a theoretical basis for decision makers to judge the future changes in ecological environments and ecological protection effects against different policy back-grounds.     

青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异

基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2×10¹² gC·yr^-1,单位面积年均植被NPP为120.8 gC·m^-2yr^-1;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC·m^-2yr^-1 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。     

中国典型自然保护区生境状况时空变化特征

中国已建立各类自然保护区2740个,占全国陆地面积的14.8%。本文以典型国家级自然保护区为例,基于遥感反演、模型模拟、空间分析等方法,获得植被覆盖度、净初级生产力（NPP）和土地覆被时空数据集,分析2000-2015年中国不同区域、不同类型自然保护区生境状况时空变化及人类扰动的影响,进而评估自然保护区在栖息地及生物多样性保护方面的效果。结果表明：2000-2015年,国家级自然保护区植被覆盖度从36.3%提高到37.1%,各类型自然保护区均有不同程度提高,其中森林类保护区年增速0.11%,草原草甸类0.84%,内陆湿地类0.21%,荒漠生态类0.09%,野生动物类和野生植物类则分别为0.11%和0.08%。草原草甸类、内陆湿地类、荒漠生态类、野生动物类自然保护区植被NPP年增速分别为2.06 g·m^-2、1.23 g·m^-2、0.28 g·m^-2、0.4 g·m^-2,而森林类和野生植物类则分别以3.45 g·m^-2和2.35 g·m^-2的年速率减少。近15年,国家级自然保护区内人类扰动呈现微弱变化,除青藏高原区和南亚热带湿润区内保护区人类扰动略微下降以外,其他区域均有所增强,特别是北亚热带和温带湿润区,其保护区人类扰动由4.70%明显增至5.35%。     

不同草地类型净初级生产力(NPP)模拟及其敏感性分析

气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战,受到国际社会越来越强烈的关注.全球气候变化深刻影响着草地生态系统,定量评估区域和不同类型草地生态系统的生产力,研究其对气候变化的敏感性可以为草地生态系统适应未来气候变化提供基础数据和理论依据.草原综合顺序分类系统(CSCS)将天然草原分为42类(其中中国包含41类),并...     

2000-2015年城市和工矿用地扩张对净初级生产力的影响

中国近15 a来快速的城市化和工业化对陆地净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是关系到碳循环和全球变化效应的重要问题。首先,本文基于VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型得到NPP数据,基于中国土地利用数据集（National Land Use Datasets of China（NLUD-China））获取2000-2015年城市和工矿用地数据,然后通过邻域替代法模拟2000-2015年间因中国城市和工矿用地扩张损失的陆地NPP。结果表明：2015年城市和工矿用地占中国国土总面积的1.2%,在2000-2015年间面积增加了70×10³ km²。城市和工矿用地扩张导致陆地NPP损失1.24 TgC·a^-1到3.14 TgC·a^-1,在2005-2010年损失NPP最多（3.14 TgC·a^-1）。耕地被建设用地占用是造成中国陆地NPP损失的重要原因,在2010-2015年共有13×10³ km²的耕地被城市和工矿用地占用,因此损失的NPP达1.51 TgC·a^-1,占中国城市和工矿用地扩张损失NPP总量的82%。从时空分布特征来看,21世纪初剧烈的城市扩张造成沿海和中部地区NPP损失严重（2000-2005年沿海地区主要因城市扩张损失NPP高达0.82 TgC·a^-1）,而2010-2015年主要因工矿用地扩张使西部地区NPP损失升高（在2010-2015年因工矿用地扩张损失NPP 0.46 TgC·a^-1,占中国NPP损失总量的30.81%）,NPP损失量呈现出从东高西低逐渐过渡到东西平衡的时空格局。从影响上分析,城市和工矿用地不透水地表比例（0.59±0.19）高于自然植被的不透水地表比例（0.29±0.14）,并且城市内部透水地表的平均标准化NPP（0.9）低于自然植被的平均标准化NPP（1.1）,是造成城市和工矿用地损失NPP的主要原因。     

1982～2010年中国东北地区植被NPP时空格局及驱动因子分析

应用逐像元线性回归模型方法,整合应用MODIS和AVHRR NDVI数据集,构建1982~2010年覆盖东北地区的8 km空间分辨率的NDVI数据集,进而应用CASA模型估算得到东北地区29 a NPP数据集,模拟精度在75%以上。29 a平均的东北地区植被NPP总量为6.5×108tC/a。植被NPP的分布受植被类型、气候、地形因素的综合影响。NPP地域差异明显,山地区植被>平原区植被>高原区植被,变化最大的植被类型为草地植被。过去29 a间,植被NPP呈显著上升趋势(P<0.01)。气候变化和土地利用变化均是影响植被时空格局的重要因素。     

中国陆地净初级生产力的季节变化研究

了解不同季节陆地净初级生产力(NPP)的变化及与气候的相互关系以及在不同地类的差异对深刻理解我国陆地生态系统对全球气候变化的响应和陆地碳循环研究具有重要意义。本文使用1981～2000年间GLO-PEM模型模拟的我国陆地NPP数据和同期气温、降水以及土地利用数据, 研究不同季节我国陆地植被NPP的变化。结果表明,在1981～2000年期间,四个季节的NPP都呈显著增加趋势,春季是NPP增加速率最快的季节,夏季是NPP增加量最大的季节。耕地在春、夏和秋季NPP增长和增长率最高,林地冬季NPP增长最多而水域冬季NPP增长率最高。夏季NPP增长最高的区域分布于我国东部的多数地区、内蒙古东部、四川盆地、贵州东部、藏南和新疆西部;夏季NPP降低最多的区域分布于在呼伦贝尔高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、青藏高原东部和新疆西北部。     

天山北麓山地-绿洲-荒漠生态系统净初级生产力空间分布格局及其季节变化

以天山北麓总面积达93 936 km~2的山地-绿洲-荒漠生态样带为例,利用生态-遥感光能利用率模型NPP-PEM,使用1 km分辨率SPOT/VEGETATION遥感等数据资料,估算了生态样带净初级生产力(NPP)空间分布及其季节变化.结果表明山地-绿洲-荒漠生态样带平均NPP为161.06 g C·m~(-2)·a~(-1),样带陆地生态系统年总碳吸收量或年总NPP累积量为15.081 Tg C(1Tg=10~(12)g),其中绿洲农田、山地草甸草原、平原荒漠草原和山地森林对的碳吸收贡献率分别为32.67%、28.16%、12.41%和9.15%.夏季是各类生态系统NPP增加量最大的季节,而沙漠由于早春短命植被覆盖而具有生长双峰现象.样带NPP空间分布及其季相变化特征是自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水热条件和基质是控制干旱区陆地生态系统NPP空间格局的决定因子.结果检验表明模拟效果较为合理,证明NPP-PEM模型在干旱生态系统的应用是可行的.研究为干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径,可为干旱区生态系统评估、监测和管理提供研究方法和参考依据.     

Spatiotemporal changes in vegetation coverage and its driving factors in the Three-River Headwaters Region during 2000-2011

The Three-River Headwaters Region (TRHR),which is the source area of the Yangtze River,Yellow River,and Lancang River,is of key importance to the ecological security of China. Because of climate changes and human activities,ecological degradation occurred in this region. Therefore,"The nature reserve of Three-River Source Regions" was established,and "The project of ecological protection and construction for the Three-River Headwaters Nature Reserve" was implemented by the Chinese government. This study,based on MODIS-NDVI and climate data,aims to analyze the spatiotemporal changes in vegetation coverage and its driving factors in the TRHR between 2000 and 2011,from three dimensions. Linear regression,Hurst index analysis,and partial correlation analysis were employed. The results showed the following:(1) In the past 12 years (2000-2011),the NDVI of the study area increased,with a linear tendency being 1.2%/10a,of which the Yangtze and Yellow River source regions presented an increasing trend,while the Lancang River source region showed a decreasing trend. (2) Vegetation coverage presented an obvious spatial difference in the TRHR,and the NDVI frequency was featured by a bimodal structure. (3) The area with improved vegetation coverage was larger than the degraded area,being 64.06% and 35.94%,respectively during the study period,and presented an increasing trend in the north and a decreasing trend in the south. (4) The reverse characteristics of vegetation coverage change are significant. In the future,degradation trends will be mainly found in the Yangtze River Basin and to the north of the Yellow River,while areas with improving trends are mainly distributed in the Lancang River Basin. (5) The response of vegetation coverage to precipitation and potential evapotranspiration has a time lag,while there is no such lag in the case of temperature. (6) The increased vegetation coverage is mainly attributed to the warm-wet climate change and the implementation of the ecological protection project.     

中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨

陆地生态系统在全球碳循环动力学中的作用受到越来越多的注意。目前中国森林覆盖率为1392% , 到本世纪末全国森林覆盖率将达到15% , 对全球碳平衡具有重要作用。但是,由于我国碳循环的基础研究比较落后,致使我国陆地生态系统的碳储量和净第一性生产力 （NPP） 碳量还没有被准确确定, 而且陆地生态系统的碳通量估计存在较大差异。     

内蒙古草地NPP变化特征及其对气候变化敏感性的CENTURY模拟研究

气候变化及其对植被净初级生产力的影响是全球变化研究的核心内容之一。基于空间化的CENTURY生物过程模型,分析1981-2010年内蒙古草地净初级生产力（NPP）的时空演变规律及其对关键气候因子的敏感性特征。结果表明：近30年内蒙古草地大部分区域NPP呈下降态势但趋势并不显著,全区平均降速约为1.17 g C/m²·a;NPP年代际变化时空差异较大,1980s至1990s约69.65%的区域NPP下降,1990s至2000s NPP下降加剧,下降面积较前者扩大了17.50%;NPP对降水与温度的敏感性特征空间异质性较强,但总体上区域降水减少可能是近30年内蒙古草地NPP下降的主要因素,温度升高同样会导致草地NPP下降,但作用程度较小。