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。     

陆地植被净初级生产力研究进展

 植被的净初级生产力(NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的碳总量，目前NPP研究是全球变化研究的重要内容之一。本文综述了近年来国内外在全球和区域陆地植被NPP的研究现状，对遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在NPP研究中的应用作了分析，并对国内外NPP研究的不足和发展趋势作了讨论。     

2000—2014年青藏高原植被净初级生产力时空变化及对气候变化的响应

青藏高原是全球气候变化最敏感的地区之一。计算青藏高原生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)对精确估算全球碳循环具有重要意义。基于CEVSA模型,利用M-K趋势检验法、Sen’s斜率估计法及Pearson相关系数法,分析了2000—2014年青藏高原生态系统的净初级生产力时空变化特征。结果表明:(1)青藏高原高寒生态系统净初级生产力在空间分布上表现出由东南向西北减小的趋势,在东部及东南部的森林区NPP在600～1 200 gC·m^-2·a^-1之间,中部草原和草甸区NPP在200～400 gC·m^-2·a^-1之间,西部和北部荒漠区,受水热条件的限制NPP很小,该趋势与水热分布趋势基本一致。(2)NPP年际变化与多年平均气温呈正相关,与降水量呈负相关。NPP与气温呈正相关的地区面积占研究区总面积的82.24%,与降水量呈负相关的地区面积占49.31%,表明气温是影响植被NPP空间分布的主要因子。(3)近15 a来,青藏高原NPP整体呈增加趋势,与气温趋势变化一致,...     

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LandsatTM/ETM+/OLI影像数据,估算官厅水...     

干旱对河西走廊植被净初级生产力的影响

干旱对生态系统碳循环具有重要影响,随着气候变暖,全球干旱事件频率不断上升,研究干旱对植被净初级生产力的影响具有重要意义.提高植被净初级生产力(NPP)的时间分辨率是认识干旱对其影响机制的重要途径.基于5天NDVI遥感数据,以河西走廊为研究区,利用CASA模型估算2010-2015年5天步长尺度的NPP,将5天降水为零定...     

土地利用和气候变化对区域净初级生产力影响

1IntroductionThe global change caused by the continuous increasing concentration of atmospheric greenhouse gases has threatened the existence of human beings, and the importance of carbon dioxide emissions as a major environmental issue of international concern has grown substantially in the world (IPCC, 2000). At the same time, the Kyoto Protocol, the first and only realistic plan for achieving a worldwide reduction in greenhouse gas emissions, has been passed. Since there are many uncertai…     

云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征

基于气候生产力模型,利用1960～2000年127个气象站气温、降水资料以及植被信息,对云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征进行了分析。结果表明:41a云南自然植被年均NPP为4.23×108tDM/a,约占全国自然植被年均NPP总量的11.4%;单位面积的平均NPP为10.64tDM/(hm2·a),是全国平均水平的2.8倍。云南自然植被NPP随着纬度、经度和海拔高度的增加均呈现下降趋势,变化总趋势为北部<中部<南部,东部<中部<西部。云南自然植被NPP在干季(11～4月)和雨季(5～10月)差异显著,6～8月最大;41a来云南大部分地区自然植被NPP呈现上升趋势,20世纪70、80年代比60年代有所下降,90年代有所上升。气温增加,降水增加或不变的情况下,滇西北和滇东北NPP增加幅度大于其他地区,说明这些地区气温是制约自然植被NPP的主要因素;气温增加,降水减少的情况下,几个少雨区和多雨区NPP降低幅度大于其他地区,表明在上述地区限制NPP的主要因素是水分。     

1960—2020年内蒙古荒漠草原连续无降水日变化特征分析

基于内蒙古荒漠草原9个气象站逐日降水和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)/美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)再分析资料,利用统计方法分析了该地区1960—2020年连续无降水事件变化特点及异常年份环流特征。结果表明:(1)连续无降水事件最多出现在夏季,但平均持续日数和最大持续日数在夏季最短,短期连续无降水事件和较长期降水事件相间出现是夏季降水分配格局,而其他季节则相反。(2)研究区年均无降水日数为304.1 d·a^?1,年均连续无降水事件次数为39.6次·a^?1,年均连续无降水事件平均持续日数为8.0 d·a^?1,年均最大持续日数为43.7 d·a^?1。(3)近61 a连续无降水事件3个参数变化不显著,但2005—2020年连续无降水事件次数显著增加而平均持续日数则显著减小。(4)年平均持续日数和最大持续日数均与连续无降水事件次数呈显著负相关关系,而平均持续日数和最大持续日数呈显著的正相关。(5)异常连续无降水事件期间对流层中高层有明显的温度、湿度和高度异常。     

三江平原沼泽湿地植被净初级生产力空间变化特征分析

基于EOS/MODIS卫星2000～2005年的MOD17A3数据集,分析21世纪初三江平原沼泽湿地植被净初级生产力(NPP)时间变化和空间分异特征及其与气候因子(气温和降水)的关系,并采用空间分析方法,分析道路、河流、居民点等因子对沼泽湿地生产力的影响.结果表明,三江平原沼泽湿地生产力(C)的变化范围为92.2～675 g/(m2·a),平均值为374.2 g/(m2·a).沼泽湿地生产力主要受三江平原综合水热条件控制,其与气温和降水显著复相关,复相关系数为0.49(n=6,p<0.05).低生产力沼泽湿地主要分布在三江平原西、北部地区,高生产力沼泽湿地主要分布在东、南部地区.河流在0～8 km的范围内对三江平原沼泽湿地生产力有一定促进作用,但影响不显著.居民点扩建,道路修筑等人类活动影响沼泽湿地分布,并导致沼泽湿地生产力下降,其有效影响范围分别是0～6 km区域和0～8 km区域.     

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.     

The aboveground biomass of desert steppe and its spatiotemporal variation in western Inner Mongolia

A precise understanding of the aboveground biomass of desert steppe and its spatio-temporal variation is important to understand how arid ecosystems respond to climate change and to ensure that scarce grassland resources are used rationally. On the basis of 756 ground survey quadrats sampled in western Inner Mongolia steppe in 2005–2011 and remote sensing data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)—the normalized difference vegetation index (NDVI) dataset for the period of 2001–2011—we developed a statistical model to estimate the aboveground biomass of the desert steppe and further explored the relationships between aboveground biomass and climate factors. The conclusions are as follows: (1) the aboveground biomass of the steppe in the research area was 5.27 Tg (1 Tg=10¹² g) on average over 11 years; between 2001 and 2011, the aboveground biomass of the western Inner Mongolia steppe exhibited fluctuations, with no significant trend over time; (2) the aboveground biomass of the steppe in the research area exhibits distinct spatial variation and generally decreases gradually from southeast to northwest; and (3) the important factor causing interannual variations in aboveground biomass is precipitation during the period from January to July, but we did not find a significant relationship between the aboveground biomass and the corresponding temperature changes. The precipitation in this period is also an important factor influencing the spatial distribution of aboveground biomass (R²=0.39, P<0.001), while the temperature might be a minor factor (R²=0.12, P<0.01). The uncertainties in our estimate are primarily due to uncertainty in converting the fresh grass yield estimates to dry weight, underestimates of the biomass of shrubs, and error in remote sensing dataset.     

内蒙古荒漠草原植被降水利用效率的时空特征

植被降水利用效率（PUE）是评价干旱、半干旱地区植被对降水响应的重要指标。利用1982—2015年GIMMS NDVI3g NDVI数据及同期气象数据反演内蒙古荒漠草原的PUE,研究荒漠草原不同植被类型、不同地区PUE时空变化,并分析了PUE 与气候因子的相关关系。结果表明：（1）1982—2015年间荒漠草原年均PUE为0.51 gC·m^-2·mm^-1,PUE的分布呈现出一定的空间异质性。荒漠草原PUE极显著增大和显著增大的面积分别占草原总面积的35.88%、55.41%,荒漠草原PUE极显著减小的面积占草原总面积的8.70%,荒漠草原PUE整体呈现增大趋势。（2）荒漠草原不同植被类型PUE均值范围0.34—0.56 gC·m^-2·mm^-1。各种植被类型中,东方针茅草原PUE最大,镰芒针茅草原PUE最小。除了镰芒针茅草原与其他植被类型差异显著以外,其他植被类型间差异不太显著。从PUE变化看,除了东方针茅草原PUE呈现下降趋势,其他植被类型PUE都呈现增大的趋势。（3）荒漠草原PUE与降水有很强的负相关性;草地年PUE与年均气温相关性不太明显;草地年PUE与年均太阳辐射呈正相关关系。     

基于遥感-生态过程的绿洲-荒漠生态系统净初级生产力估算

针对干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对于旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被光能吸收的估算问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以ERDAS IMAGINE为平台,实现了模型可视化模型界面,可用于中国西部干旱区山地-绿洲-荒漠生态系统年净第一性生产力的估算.由于考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结构与原理更加合理完善,为引入其他生态模型应用或移植到干旱区提供借鉴,从而为中国干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径.     

基于植被动态模式预估中国植被净初级生产力变化格局

本文选用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）提供的6个植被动态模式数据,对比遥感反演值计算了各模式在中国不同植被区的拟合优度,评估了模式的适用性;并提出了以拟合优度为权重的区域年均净初级生产力（NPP）算法,有效解决了已有研究由于数据和方法的不同而对中国NPP估算效果较差的问题。结合两种浓度路径下（RCP2.6和RCP6.0）的模式估算结果,评估了未来30 中国NPP的变化格局。结果表明：单个模式数据对中国大部分区域NPP的拟合效果较差（R² < 0.4）,所计算的中国平均NPP整体偏高33%~97%,但能较为准确地反映空间上从东南向西北递减的趋势。通过加权合成的新序列整体拟合优度为0.86,在单一植被区的拟合优度也基本大于0.3,能更好地反映未来NPP的变化格局。未来中国平均NPP仍将保持由东南向西北递减的分布,中国均值呈波动增长状态,在2035年达到8.8 μg/(m² s),2050年达到9.7 μg/(m² s)左右。随着时间的推移,RCP2.6路径下主要增长区将由南方地区向北偏移,在华北地区增长变显著,在西南、中南地区增速变慢,显著增长的面积变小;在RCP6.0路径下主要增长区将向东北、东南和西部地区退缩,中东部地区增长变不显著。研究发现高浓度路径对2016—2025年间植被NPP的增长主要起促进作用,但在2035—2050年间开始起抑制作用。同时,高浓度路径下NPP的空间分布将变得更加极端,特别是位于青藏高原西北部的高寒荒漠、温性荒漠及灌木半灌木荒漠将增长缓慢或不增长。     

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。     

Modeling net primary productivity of the terrestrial ecosystem in China from 1961 to 2005简

Net primary productivity （NPP） is the structure and function of the ecosystem. NPP can most important index that represents the be simulated by dynamic global vegetation models （DGVM）, which are designed to represent vegetation dynamics relative to environ- mental change. This study simulated the NPP of China＇s ecosystems based on the DGVM Integrated Biosphere Simulator （IBIS） with data on climate, soil, and topography. The appli- cability of IBIS in the NPP simulation of China＇s terrestrial ecosystems was verified first. Comparison with other relevant studies indicates that the range and mean value of simula- tions are generally within the limits of observations; the overall pattern and total annual NPP are close to the simulations conducted with other models. The simulations are also close to the NPP estimations based on remote sensing. Validation proved that IBIS can be utilized in the large-scale simulation of NPP in China＇s natural ecosystem. We then simulated NPP with climate change data from 1961 to 2005, when warming was particularly striking. The following are the results of the simulation. （1） Total NPP varied from 3.61 GtC/yr to 4.24 GtC/yr in the past 45 years and exhibited minimal significant linear increase or decrease. （2） Regional differences in the increase or decrease in NPP were large but exhibited an insignificant overall linear trend. NPP declined in most parts of eastern and central China, especially in the Loess Plateau. （3） Similar to the fluctuation law of annual NPP, seasonal NPP also displayed an insignificant increase or decrease; the trend line was within the general level. （4） The re- gional differences in seasonal NPP changes were large. NPP declined in spring, summer, and autumn in the Loess Plateau but increased in most parts of the Tibetan Plateau.     

内蒙古荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)、碱韭(Allium polyrhizum)和骆驼蓬(Peganum harmala)叶形态性状对土壤水氮耦合的响应

研究降水和氮沉降对荒漠草原植物叶形态性状的影响,对于预测未来全球变化下荒漠草原植物的生态适应具有重要意义.对增减雨(±50％)和氮添加(10 g·m-2.a-1)及其交互作用对乌拉特荒漠草原区优势植物叶形态性状的影响研究结果表明:(1)沙生针茅(Stipa glareosa)、碱韭(Allium polyrhizum)...     

Effects of fertilization on population density and productivity of herbaceous plants in desert steppe

In order to investigate the impacts of fertilization on population density and productivity on herbaceous plants in desert steppe, nitrogen （N）, phosphorus （P）, and N-P addition experiments were performed. Each fertilizer treatment included four addition levels, i.e., 0, 5, 10, and 20 g/m2. The results indicated that population density decreased as fertilization levels increased regardless of the sort of fertilizer. More specifically, total density as well as density ofArtemisia capillaris, Allium polyrhizum, and Enneapogon brachystachyus decreased significantly in 20 g/m2 treated plots, as compared with the control plots. Fertilization effects on aboveground and root biomasses were extremely similar to that found in population density; that is, both total aboveground biomass and aboveground biomasses for A. capillaris, A. polyrhizum, and E. brachystachyus were negatively correlated with increasing fertilization levels, with all determination coefficients （R2） greater than 0.80. Therefore, in the case of desert regions （annual precipitation 〈180 mm）, fertilization would inhibit population density and productivity of herbaceous plants.     

2000—2018年内蒙古长爪沙鼠疫源地地表景观特征及变化

鼠疫疫源地的环境变化对鼠疫的传播扩散具有重要影响。本文基于2000年、2005年、2010年、2015年及2018年五期土地利用和年最大化合成NDVI数据,选取斑块面积占比、景观形状指数、最大斑块比例和斑块破碎度、周长面积分维数、蔓延度指数、多样性指数、均匀指数及聚集指数,定量分析了内蒙古长爪沙鼠疫源地土地利用格局和植被格局的结构特征及演变规律。结果表明：① 2000—2015年,内蒙古长爪沙鼠疫源地内土地利用整体稳定,变化较小,2015年后变化较大,主要表现为不同草地之间的转换。② 2000年、2005年、2010年、2015年NDVI介于（0.056,0.37]的草地在疫源地内占据主体地位,面积占比分别为77.45%、83.61%、83.03%和82.47%。到2018年,该类草地面积显著减少,面积占比下降到48.44%。与之对应,2000—2015年,NDVI介于（0.37,0.83]的草地面积占比为22.54%、16.39%、16.96%和17.4%,而2018年,该类草地的面积显著增加到51.34%。③ 2000—2015年,各草地类别表现出类内高聚集分布,类间分界明显的特征。到2018年,各类别草地向多个方向扩散,并在整个疫源地内趋于均衡分布,植被类内连通性增加,类间分界逐渐平滑。该变化使得内蒙古鼠疫流行风险呈增加态势。本研究对厘清长爪沙鼠疫源地地表景观和生态环境的变化、预测鼠疫潜在风险、预防人间鼠疫暴发具有科学参考价值。