我国北方地区植被总初级生产力的空间分布与季节变化

本研究通过集成Terra MODIS卫星影像数据与地面通量台站的观测数据, 改进了基于遥感的VPM光能利用率模型, 模拟了我国北方地区2008年陆地生态系统总初级生产力 (GPP) 的空间分布与季节变化。研究表明: (1) 我国北方地区植被GPP在空间分布上表现为东高西低的特征, 年均值为518.36 g/m2 (C重量, 下同)。 (2) 我国北方地区主要植被类型的GPP有较强的季节动态, 大体上都表现出单峰变化趋势。GPP值按照由大到小顺序依次为: 夏绿阔叶林 (DBF)>针阔混交林 (MF)>农田 (Crop)>落叶针叶林 (DNF)>常绿针叶林 (ENF)>草地 (Grass)>稀疏灌丛 (Oshrub)>裸地或稀疏植被 (BSV)。(3) 整个区域的GPP季相变化表现为: 夏季最高, 达到32.80 g?m-2?(8 d)-1, 为全年最大值; 春季GPP为5.67 g?m-2?(8 d)-1, 与秋季的5.08 g?m-2?(8 d)-1较为接近, 冬季GPP最弱, 仅为0.07 g?m-2?(8 d)-1。与通量台站实测值及前人研究结果的比较表明, 本文所模拟的GPP与观测值之间的相对误差绝对值多小于15%, 表明模拟结果具有较好的可靠性。这说明通过集成遥感观测数据与台站观测数据的方法来模拟GPP, 可以较准确地模拟区域尺度的GPP空间分布与时间变化, 这为深入研究陆气相互作用提供了重要研究手段。     

Ocean–atmosphere Teleconnections Play a Key Role in the Interannual Variability of Seasonal Gross Primary Production in China

Since the 1950s, the terrestrial carbon uptake has been characterized by interannual variations, which are mainly determined by interannual variations in gross primary production (GPP). Using an ensemble of seven-member TRENDY (Trends in Net Land–Atmosphere Carbon Exchanges) simulations during 1951–2010, the relationships of the interannual variability of seasonal GPP in China with the sea surface temperature (SST) and atmospheric circulations were investigated. The GPP signals that mostly relate to the climate forcing in terms of Residual Principal Component analysis (hereafter, R-PC) were identified by separating out the significant impact from the linear trend and the GPP memory. Results showed that the seasonal GPP over China associated with the first R-PC1 (the second R-PC2) during spring to autumn show a monopole (dipole or tripole) spatial structure, with a clear seasonal evolution for their maximum centers from springtime to summertime. The dominant two GPP R-PC are significantly related to Sea Surface Temperature (SST) variability in the eastern tropical Pacific Ocean and the North Pacific Ocean during spring to autumn, implying influences from the El Ni?o–Southern Oscillation (ENSO) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO). The identified SST and circulation factors explain 13%, 23% and 19% of the total variance for seasonal GPP in spring, summer and autumn, respectively. A clearer understanding of the relationships of China’s GPP with ocean–atmosphere teleconnections over the Pacific and Atlantic Ocean should provide scientific support for achieving carbon neutrality targets.     

内蒙古白音查干银多金属矿床原生晕评价指标研究

内蒙古白音查干银多金属矿床是近年来在大兴安岭中南段西坡最重要的多金属找矿新发现,具有成为大型银多金属矿床的潜力。通过矿床原生晕研究,确定矿床元素轴向分带序列(自上而下)为:Mo-F-As-Sb-Hg-B-Au-Bi-Cu-Ag-Pb-Zn-Cd-P-Ni-Co-Fe-W-Sn,提出(As×Hg)/(W×Sn)元素累乘比值可用来判断矿体剥蚀状况,并应用此比值预测I-0勘探线-500m以下发现的盲矿体向深部有很大的延伸,预测结果在进一步勘探中得到证实。     

Quantitative Assessment of the Effects of Climate Change and Human Activities on Grassland NPP in Altay Prefecture

Grassland degradation in Altay Prefecture is of considerable concern as it is a threat that hinders the sustainable development of the local economy and the stable operation of the livestock industry. Quantitative assessment of the relative contributions of climate change and human activities, which are considered as the dominant triggers of grassland degradation, to grassland variation is crucial for understanding the grassland degradation mechanism and mitigating the degraded grassland in Altay Prefecture. In this paper, the Carnegie-Ames-Stanford Approach model and the Thornthwaite memorial model were adopted to simulate the actual net primary productivity (NPP_A) and potential net primary productivity (NPP_P) in the Altay Prefecture from 2000 to 2019. Meanwhile, the difference between potential NPP and actual NPP was employed to reflect the effects of human activities (NPP_H) on the grassland. On this basis, we validated the viability of the simulated NPP using the Pearson correlation coefficient, investigated the spatiotemporal variability of grassland productivity, and established comprehensive scenarios to quantitatively assess the relative roles of climate change and human activities on grassland in Altay prefecture. The results indicate three main points. (1) The simulated NPP_A was highly consistent with the MOD17A3 dataset in spatial distribution. (2) Regions with an increased NPP_A accounted for 70.53% of the total grassland, whereas 29.47% of the total grassland area experienced a decrease. At the temporal scale, the NPP_A presented a slightly increasing trend (0.83 g C m^?2 yr^?1) over the study period, while the trends of NPP_P and NPP_H were reduced (?1.31 and ?2.15 g C m^?2 yr^?1). (3) Compared with climate change, human activities played a key role in the process of grassland restoration, as 66.98% of restored grassland resulted from it. In contrast, inter-annual climate change is the primary cause of grassland degradation, as it influenced 55.70% of degraded grassland. These results could shed light on the mechanisms of grassland variation caused by climate change and human activities, and they can be applied to further develop efficient measures to combat desertification in Altay Prefecture.     

近百年海螺沟冰川退缩区域土壤CO2排放规律

贡嘎山东坡海螺沟冰川退缩地植被原生演替系列的样地调查基础上,用光合作用测定仪(美国产CI-301PS)的闭路方法测定土壤呼吸,并测定相关的生态因子。对植被原生演替过程中草本群落,川滇柳,冬瓜杨小树林,冬瓜杨中龄林,冬瓜杨成熟林,针阔混交林,云冷杉中龄林和云冷杉成熟林7个阶段的土壤呼吸速率进行连续3a的测定,它们的土壤CO2排放通量分别是51 67、39 70、56 45、58 89、85 22、120 26和158 65kgCO2/hm2·d-1。建立了7个阶段的土壤呼吸速率与温度的相关关系,认为未来大气温度升高将对同一气候区内的草地土壤呼吸影响最大,对演替过程中的落叶阔叶林土壤呼吸影响次之,对云冷杉林土壤呼吸影响最小。样地的形成年龄、生物量和净初级生产力这些与演替进程植物群落新陈代谢水平呈正相关的因素,才是决定样地土壤呼吸速率的主要因素,也是各样地之间土壤呼吸速率存在差异的主要原因。并将植被原生演替序列土壤CO2排放通量与国内外测定不同类型土壤呼吸速率的结果进行比较,认为Raich等人对温带针叶林土壤排放CO2通量的估测值偏低,对全球不同生态系统类型土壤排放CO2通量的差异估测不足。     

基于逐级递减法的洞庭湖区晚稻生产潜力模拟与预测

洞庭湖区是中国的重要商品粮基地,也是长江流域重要的农产品产业区。本文利用2003~2007年气象数据及全国第二次土壤普查相关资料,按照光、温、水、土逐级递减的过程,采用逐级递减法,对水稻生产力不同预测方法进行了对比研究。结果显示:2003~2007年实际产量均值为5904 kg/hm²,逐级计算光温潜力法所得的均值为7808.072 kg/hm²;而基于FAO-AEZ方法计算的晚稻生产力5年均值仅为5687.45 kg/hm²,小于实测产量。基于逐级计算光温潜力的预测模型比较适合洞庭湖区域的晚稻生产潜力预测。晚稻生产力空间分布研究结果表明,洞庭湖区晚稻生产潜力呈现由西北向东南递减的过渡趋势,中高产区主要集中于常德市所属的澧县、安乡、汉寿和临澧一带,低产区则多分布于长沙市、益阳市和岳阳市等几个区域所属县市;洞庭湖区整体的水稻生产潜力偏低,低产潜力区域达到45%,通过各种耕作措施进一步增产的空间较大。     

江苏省粮食单产空间差异的因素分解

区分粮食单产空间差异的来源,是粮食单产空间特征和成因机制研究的一个基础问题,可以为粮食促产政策的制定提供较为可靠的依据。基于粮食作物配置的视角,以江苏省为例,运用因素分解法,探讨粮食单产空间结构及单产变化空间差异的贡献因素。结果表明:1)当前江苏省粮食作物配置结构的空间差异可以说明近80%的粮食单产的空间差异,而江苏省粮食生产力的空间分布与粮食单产空间差异仅低度相关。2)1990s中期以来,江苏省粮食单产增幅有南弱北强的倾向,主要来源是生产力效应,结构效应对这种空间分化起到强化作用。因此,相对于笼统的粮食单产指标,排除结构因素的粮食生产力因素能更为准确地体现粮食现实生产力的变化。     

中国粮食生产潜力和化肥增产效率 的区域分异

根据我国各地区1990－1998年化肥施用量和作物产量，以粮食作物为主要研究对象，从不同年份单位播种面积的粮食产量和肥料施用量变化，求出相应的单位播种面积可能达到的粮食生产潜力，并以此为基础计算出该地区单位播种面积的粮食的增产潜力。研究表明：我国粮食单产大多在3500－5250kg/hm^2范围，粮食单产增产潜力一般在300－600kg/hm^2左右，增施化肥的增产效果一般在5－10kg/kg（粮食／化肥）范围，但是各地区的差异较大，对不同地区的比较研究表明：我国粮食单产（5372kg/hm^2)和生产潜力（7462kg/hm^2)均东部地区（高施肥水平）最高，中部地区（中等施肥水平）的粮食单产和生产潜力居中，分别为4940kg/hm^2和7216kg/hm^2，西部地区（低施肥水平）的粮食单产和生产潜力最低，分别为3844kg/hm^2和5470kg/hm^2，按播种面积计算，粮食单产的增产潜力以西部地区最高，平均达948kg/hm^2，东部地区局中，平均为754kg/hm^2，中部地区则相应较低，为714kg/hm^2，化肥增产效率（增施单位化肥的粮食增产量）以西部地区最高，达9．41kg/kg(粮食／化肥），中部地区居中，为7．17kg/kg(粮食／化肥）；而东部地区最低，为－11．1kg/kg(粮食／化肥），从全国来看，东部地区虽然粮食生产潜力大，但是增产潜力很小，由于施肥量较大，增施化肥的增产效果不明显，因此，今后我国的化肥应该重点考虑投向中部和西部地区。     

印度洋海温异常对南亚区域净初级生产力影响的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋-大气-动态植被耦合气候模式 (GOALS-AVIM) 的模拟结果, 分析了印度洋海表温度 (SST) 变化及其与南亚陆面净初级生产力 (NPP) 的关系。模式连续运行50年, 取后40年结果分析。对模拟的印度洋海表温度距平 (SSTA) 的经验正交分解 (EOF) 进行分析, 发现第一特征向量在全区域表现为一致变化的趋势, 表明在春夏秋冬四季中印度洋海温都有一致增暖或降温的趋势, 同时赤道印度洋海温一致变化与赤道太平洋Niño3指数有滞后的正相关, 太平洋的Niño3指数变化超前印度洋海温一致变化8个月左右。第二特征向量则表现为热带印度洋SST存在着东西方向振荡的偶极子型振荡特征, 而且偶极子强度有明显季节变化, 并有很明显的季节相位锁定。印度洋SSTA的一致变化的异常趋势与南亚地区的季节和年平均NPP变化表现出很强的同期和滞后相关性; 与南亚地区年平均NPP相关性较高的印度洋夏季SST的EOF第一模态正负相位对应着不同的850 hPa流场、 500 hPa高度场以及南亚地区降水场的异常。分析表明, 印度洋及南亚地区的夏季风加强或减弱导致受南亚地区降水异常, 并使该地区NPP产生异常的增加或减少。     

全球植被与大气之间碳通量的模式估计(英文)

用大气植被相互作用模式（AVIM）模拟了全球陆地植被的净初级生产力（NPP）。AVIM由相互耦合的两部分组成：物理过程，包括陆地表面水分和能量在土壤、植被与大气之间的传输；以及生理生态过程，如：光合、呼吸、干物质分配、凋落和物候等。全球的植被分为13类，土壤按质地分为6类。用EMDI提供的全球1637个包括不同植被类型的NPP观测点数据对模型进行了检验。NPP模拟的结果表明：全球陆地植被的平均NPP为405.13gCm-2yr-1，不同植被类型的平均 NPP变化范围在99.58 g Cm-2yr-1（苔原）到996.2 g Cm-2yr-1（热带雨林）之间。全球年总NPP为60.72GtCyr-1，其中最大的部分为热带雨林，15.84GtCyr-1，占全球的26.09％。最大的碳汇是在北半球的温带。模式模拟的NPP在全球的空间和季节分布是合理的。