江苏省植被NPP时空特征及气候因素的影响

利用2000—2006年的EOS/MODIS卫星遥感资料,对江苏省植被净初级生产力（NPP）时空特征及气候变化对其影响进行分析。在ArcGIS软件中,建立线性回归方程获得NPP的变化斜率,分析7 a间各像元NPP的空间变化趋势。计算各像元的NPP数值与气候要素的线性相关系数,为定量阐述气候变化对植被生长的影响提供依据。结果表明,江苏省植被NPP 7 a平均值为506.6 g.m-2.a-1（以C计）,比全国同期NPP数值高出约40%。NPP表现出明显的年际变化,2004年植被年均NPP最大为530.6 g.m-2.a-1（以C计）,2000年最小,为481.1 g.m-2.a-1（以C计）。空间分布上NPP表现为东南高于西北,沿海高于内陆。2000—2006年江苏省有76%的区域植被NPP表现为显著增加,仅江苏南部少数区域表现出减少的趋势。除苏南少数区域外,气候因素控制着NPP的时空变化规律。其中气温的升高和太阳辐射的增加促进NPP提高,而降水量的增加引起NPP的降低。     

CO_2倍增和气候变化对北京山区栓皮栎林NPP影响研究

应用生物地球化学过程模型BIOME-BGC估算了1977—1992年北京妙峰山栓皮栎（Quercus variabilis）林的净第一性生产力（NPP）,并分析气候对NPP年际变化的影响以及未来气候变化情景下对NPP的影响。结果表明：1977—1992年15年间栓皮栎的NPP（以C计）平均值为340.17g·m-2·a-1,NPP（以C计）变化在143.56～431.56g·m-2·a-1之间,并无明显的整体变化趋势,但表现出明显的年际变化,年际变动率达18%。在这段时间内降水量成为控制栓皮栎林NPP年际变化的主要气候因子。通过设置18种不同未来气候方案进行栓皮栎林NPP模拟表明,CO2浓度加倍会降低栓皮栎林的NPP但降低幅度较小。在CO2浓度不变的情况下,温度升高2.0℃和降水的协同增加以及单个因子的增加都有利于NPP的积累,但协同增加不如单个因子的增加对NPP的积累效应明显;在CO2和气候同时改变的情况下,CO2浓度加倍、温度升高2.0℃和降水的协同增加有利于NPP的积累且协同增加比单个因子的增加对NPP的积累效应明显,但各因子之间交互作用较弱。     

菌根类型对森林树木净初级生产力的影响

菌根是土壤真菌与植物根系形成的共生体,存在于绝大多数植物（90%）的根系和生境中。菌根共有7种类型,在生态系统的过程和功能方面都扮演着十分重要的角色。为了增强对菌根在森林生态系统中重要功能的理解,文章基于全球森林数据库,在全球尺度上研究了不同菌根类型对森林树木净初级生产力（NPP）的影响。结果表明,森林树木NPP随菌根类型的不同而不同,AM类型菌根森林的NPP[679.49 g.m-2.a-1（以C计）]要显著高于含ECM类型菌根的森林[479.00 g.m-2.a-1（以C计）];菌根类型的不同对森林树木地上和地下及其各组分NPP的影响和贡献也存在着显著的不同,AM类型菌根对地下NPP的贡献要高于ECM菌根,而ECM菌根对地上NPP的贡献则较大。菌根类型对地上、地下NPP组分的影响分析则表明,AM类型的菌根对树叶和细根NPP的贡献较大,而ECM类型菌根则对树木主干和枝NPP的贡献较大。可见,森林树木总体NPP及其各组分NPP都随着菌根类型的不同而存在显著的差异。     

基于MODIS GPP/NPP数据的三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化研究

陆地生态系统碳循环研究是全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,准确地评估陆地生态系统碳储量和碳汇量是估算未来大气 CO2浓度,预测气候变化及其对陆地生态系统影响的关键。已有相关研究多集中于对区域生态系统碳储量和碳汇量的量的估算,而缺乏针对时间尺度上的变化过程的分析,以及对变化特征空间差异性的分析。本研究基于MODIS NPP数据,结合土地利用数据及土壤有机碳密度分布数据,对三江源地区2000─2010年草地生态系统碳储量时空变化特征进行了分析,同时,基于MODIS GPP数据及China FLUX和America FLUX数据,建立草地生态系统呼吸估算模型,对其碳汇量的时空变化特征进行了分析,以期明确该地区的碳储存能力及其变化过程,为该区域草地生态系统保护和管理提供科学依据。研究结果表明：（1）三江源地区草地生态系统总碳储量为53.38×108 t,平均碳密度为14.94 kg·m-2（以C计）。土壤和植被碳储量分别为53.07×108 t和0.31×108 t,平均碳密度分别为14.85 kg·m-2和86.77 g·m-2。（2）近10多年来,三江源地区草地生态系统多年平均碳汇量为0.4×108 t,单位面积平均碳汇量为86.80 g·m-2·a-1（以C计）,表明该地区草地生态体统是一个碳汇。（3）2000年以来,三江源地区草地生态系统总碳储量及总碳汇量均呈波动增加趋势,碳汇功能有所增强。（4）三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量的空间分布格局及其变化趋势的空间分布均呈现明显的空间差异性。（5）MODIS GPP/NPP数据能够支撑较大尺度草地生态系统碳储量及碳汇量格局与变化趋势分析,较传统方法更为便捷高效。     

气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响模拟

为了揭示气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响,应用生物物理/动态植被模式SSi B4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSi B4T/TRIFFID进行西南亚高山区的梭磨河流域不同气候情景下[背景条件(控制试验)、增温2℃(T+2)、增温5℃+增雨40%(T+5,(1+40%) P)]植被与碳水平衡的动态模拟。控制试验结果显示,流域蒸散在流域为苔原灌木覆盖时达到最大而径流深最小;T+5,(1+40%) P试验流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,由于森林、苔原灌木和C3草地3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5,(1+40%) P试验,森林蒸散从388.1 mm·a-1增加到802.9 mm·a-1,径流深从298.0 mm·a-1减小到157.9 mm·a-1,径流系数从0.43减小到0.16;森林净初级生产力NPP从1 025.5 g·m-2·a-1增加到1 199.5 g·m-2·a-1,净生态系统生产力NEP从476.8g·m-2·a-1增加到650.8g·m-2·a-1。NPP和NEP增加幅度低于蒸散增加的幅度,表征碳水耦合关系的水分利用效率WUE随温度增加而明显减小。WUE和森林-径流关系随海拔高度变化,西南山区气候的垂直地带性分布控制了水分利用效率和森林-径流关系的空间变化。     

1982-2010年呼伦贝尔植被净初级生产力时空格局

利用遥感和气象资料,基于Arcmap软件平台和改进的光能利用率模型,研究1982-2010年呼伦贝尔市植被净初级生产力(NPP)格局和动态,分析气候因素对其时空格局的影响.29 a的单位面积NPP均值分析表明,大兴安岭林区NPP明显较高,单位面积NPP多大于450 g·m-2(以C计,下同);呼伦贝尔草原较低,单位面积NPP多年均值为0～350g·m-2;岭西林草交错区和岭东农牧交错区介于林区和草原区之间,单位面积NPP多年均值为＞350 ～450 g· m-2.在气候暖干化背景下,呼伦贝尔境内像元尺度的NPP格局动态变化区域差异明显.随降水量下降和气温升高,呼伦贝尔草原区单位面积NPP呈下降趋势,且越向西部下降趋势越明显;随气温升高,大兴安岭林区北部单位面积NPP呈弱增长趋势,而南部林区为弱下降趋势;大兴安岭东部农林交错区单位面积NPP也呈弱下降趋势.     

扎龙湿地NPP时空格局及其对气候因子变化的响应

植被净初级生产力(NPP)是表征陆地生态系统对气候变化响应的重要指标,扎龙湿地是全球气候变化敏感区域湿地生态系统的典型代表,基于遥感资料和气候资料,借助GIS、RS技术和地理探测器方法,估算了2000-2017年扎龙湿地植被NPP时空分布特征,探索了植被NPP空间异质性及气候因素对其动态变化的影响,为研究气候变化背景下湿地碳循环的响应过程与驱动机制提供参考。结果表明,2000-2017年,扎龙湿地植被NPP年平均值为478.30 g·m~(-2)·a~(-1)(以C计,下同),其中有水草甸为483.33 g·m~(-2)·a~(-1),无水草甸为485.99 g·m~(-2)·a~(-1),农作物为448.70 g·m~(-2)·a~(-1),有水草甸和农作物的NPP年平均值均呈显著增加趋势。扎龙湿地核心区NPP年平均值最高,为513.75 g·m~(-2)·a~(-1);试验区NPP平均值最低,为422.80 g·m~(-2)·a~(-1)。水分因子对植被NPP的总体影响力大于温度因子,对水分的依赖程度由大到小排序依次为无水草甸、农作物、有水草甸,对温度的依赖程度由大到小排序依次为无水草甸、有水草甸、农作物。气候因子两两交互作用对自然植被NPP动态变化的总体影响显著大于农作物,其中4-10月EI和年平均气温的协同作用对无水草甸NPP动态变化的贡献率达37.85%,4-10月日较差和年平均气温的协同作用对有水草甸NPP动态变化的贡献率达31.14%,年平均气温和无霜期的协同作用对农作物NPP动态变化的贡献率达29.00%。     

基于HASM的中国植被NPP时空变化特征及其与气候的关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,直接反映植被的生产力和地表质量状况,对于研究全球气候变化具有重要意义。为更好地了解近年来中国陆地植被NPP时空分布格局,探讨其对气候因子响应的空间分异规律,利用高精度曲面建模方法(HASM),结合LPJ-GUESS动态植被过程模型和MOD17A3NPP遥感数据产品估算2001-2015年中国陆地生态系统植被NPP的时空分布特征,并根据气候要素和土壤质地特点分区探讨其与气候因子的关系。结果表明,(1)近15年全国植被平均NPP空间分布地域性明显,总体上沿水热梯度由西北向东南呈逐渐增加的趋势。其中西北沙漠和青藏高原腹地的植被NPP值最小,在100 g·m~(-2)(以C计,下同)以下,西北内陆向东南沿海过渡带植被NPP值在300-600 g·m~(-2)之间,四川盆地大部分地区以及海南省和东北平原局部植被NPP值在700g·m~(-2)以上。(2)近15年全国植被NPP均值为376 g·m~(-2)·a~(-1),变化范围为1.9~(-1) 131 g·m~(-2)·a~(-1)。青藏区面积和植被NPP总量占全国的比例最大,均为23%,甘新区面积占全国的23%,年均NPP总量只占全国的10%;西南区、东北区和长江中下游区植被丰富,年均NPP总量占比大于面积占比。其他地区面积和年均NPP总量占全国的比例相当。(3)近15年全国有65.29%的区域植被NPP呈增加趋势,最大增速为72.64 g·m~(-2)·a~(-1),平均增速为2.29 g·m~(-2)·a~(-1),以青藏部分地区、黄土高原区、海南大部和台湾北部地区增幅最大。(4)近15年来全国有79.26%的地区年平均NPP与年平均降水之间呈显著正相关,而年平均NPP与年平均温度这一比例仅为8.71%,分布在青藏高原部分地区。     

基于MOD17A3的中国陆地植被NPP变化特征分析

净初级生产力(Net Primary Productivity,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。基于MOD17A3的NPP数据、地表覆盖类型MCD12Q1数据,采用趋势线分析法对中国2000—2015年陆地植被NPP时空格局、变化规律进行研究。结果表明,(1)2000—2015年,全国陆地植被平均NPP为273.5 g·m~(-2)·a~(-1),变化速率为1.415 g·m~(-2)·a~(-1),变化百分率为8.8%,全国植被NPP线性增长趋势达到显著水平(P0.05)。中国陆地植被NPP年总量在2.406~2.811 Pg·a~(-1)之间波动,平均值为2.635 Pg·a~(-1)。(2)中国平均植被NPP分布呈现西北低东南高、北方低南方高的基本格局。全国大部分区域,植被NPP水平较低,61.0%的区域植被NPP低于300 g·m~(-2)·a~(-1)。森林、草原、农田平均植被NPP分别为575.5、204.2和388.40 g·m~(-2)·a~(-1)。(3)中国大部分地区年NPP变化趋势不明显,占79.9%的陆地区域植被NPP变化趋势不明显,18.4%的陆地区域植被NPP呈显著增加趋势,仅1.7%的陆地区域植被NPP呈显著减少趋势。(4)占中国陆地总面积59.1%的区域植被NPP增减速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以内,33.4%的区域植被NPP增加速率在2 g·m~(-2)·a~(-1)以上,仅7.4%的区域植被NPP下降速率超过2 g·m~(-2)·a~(-1)。(5)中国大部分地区陆地植被NPP的增长百分率在5%以上,占陆地总面积48.1%,变化不大(变化百分率率在-5%~5%之间)的区域占41.0%,陆地植被NPP的降低率在5%以上的面积占10.8%。该研究对中国各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

2000—2020年北方农牧交错区植被生态功能变化及驱动因子分析

中国北方农牧交错区是种植业和草地畜牧业交错的生态过渡区,也是生态脆弱和生态敏感带,在中国生态环境保护中具有重要战略地位。为探讨2000—2020年中国北方农牧交错区植被生态功能变化趋势及其驱动因子,以北方农牧交错区的植被生态功能为研究对象,利用卫星遥感和气象观测数据,选择植被净初级生产力(NPP)、水源涵养能力和水土保持等指标来量化植被生态功能,采用空间叠加分析、趋势分析和相关分析等方法探索了植被生态功能长期变化趋势,分析气候和人为活动对植被生态功能变化的驱动作用。结果显示,2000—2020年北方农牧交错区95%以上区域的植被生态功能呈现变好趋势。其中,NPP、水土保持和水源涵养能力的提升幅度分别为57.1%、57.3%和86.7%。植被NPP由2000年的502.6 g·m~(-2)·a~(-1)(以C计,下同)增加到2020年的789.6 g·m~(-2)·a~(-1);水土保持量由2000年的473.5 t·hm~(-2)·a~(-1)增加到2020年的744.9 t·hm~(-2)·a~(-1);水源涵养能力指数由2000年的42.7增加到2020年的79.7。NPP、水土保持功能和水源涵养能力指数明显提高预示该区域生态系统向良性发展。其中,年降水量增加是驱动植被生态功能变化的关键气候因素。人类的生态保护措施使林地和草地等生态用地面积大幅度上升是促进生态功能提高的主要人为因素。     

A holistic approach to the development of sustainable agriculture: application of the ecosystem health model

Serious resource depletion has made sustainable agriculture an important and pressing issue for scientists, policy makers, and stakeholders worldwide, particularly in developing countries. Researchers have focused on methods to assess agriculture correctly, and to introduce sound solutions for sustainability, but have reached no agreement. In this paper, we introduce the theoretical framework of the agro-ecosystem health model, a new holistic approach, and apply it at a regional scale using four aspects (4S): sound structure, stable function, safe service, and sustainable development. We examine how 12 indicators of an agro-ecosystem health assessment (AHA) were selected using three dimensions based on this theoretical framework. In an AHA, we used an amoeba approach to examine a high-yield agro-ecosystem in Huantai County, Shandong Province, China. The results indicate that this model of ecosystem health can reflect the complex ecological, economic, and human conditions of an agro-ecosystem and evaluate these conditions using perspectives pertinent to system structure, function, and responses (services).     

50年长江源区域植被净初级生产力及其影响因素变化特征

基于长江源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照时数等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了50年植被净初级生产力,分析其年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明：1959—2008年间,研究区年降水量呈增加趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率每10年为5.685~13.047 mm,春夏季增幅较大;年平均气温呈极显著上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率每10年在0.240~0.248℃之间,增温率以秋冬季最大;最大蒸散呈增加趋势,年最大蒸散变化曲线线性拟合倾向率每10年在5.073~5.366 mm,春季增幅最大;地表湿润指数也呈增加趋势,年地表湿润指数变化曲线线性拟合倾向率每10年为0.013~0.020,冬季增幅最大,在10年周期时间频率附近,出现了6~8个干湿交替期,20世纪90年代之后为偏湿期,在低频区,1998—2005年有偏干振荡;近50年年NPP变化呈显著上升趋势,NPP变化曲线线性拟合倾向率每10年在97.901~197.01 kg.hm-2之间,2001—2008年NPP较高。影响长江源区NPP变化的主要气候因子是降水量、最大蒸散量和平均最低气温。     

山东省濒危物种多样性调查与评价

以县级行政区域为单元,调查了山东省高等动植物濒危物种的种类、濒危等级及其县域分布状况,建立了各县域濒危物种名录,计算了各县域濒危物种丰度指数,分析了濒危物种空间分布格局,提出了濒危物种保护对策。结果表明：山东省濒危野生高等动物物种有80种,其极危、濒危、易危和近危物种种类分别为3、11、34和32种。濒危野生维管束植物物种有24种,其极危、易危和近危物种种类分别为1、6和17种。濒危野生高等动物在全省120个县域均有分布,物种种类在21．50之间变化;濒危野生维管柬植物仅分布在74个县域,物种种类变化范围在1-18之间。山东省濒危物种丰度指数较小,各县域濒危物种丰度指数变化范围在3．75％-6．76％之间。濒危物种多样性空间分布规律反映了山东省实际情况。     

Net primary production of Chinese croplands from 1950 to 1999.

Considerable efforts have been made to assess the contribution of forest and grassland ecosystems to the global carbon budget, while less attention has been paid to agriculture. Net primary production (NPP) of Chinese croplands and driving factors are seldom taken into account in the regional carbon budget. We studied crop NPP by analyzing the documented crop yields from 1950 to 1999 on a provincial scale. Total NPP, including estimates of the aboveground and belowground components, was calculated from harvested yield data by (1) conversion from economic yield of the crop to aboveground mass using the ratio of aboveground residue production to the economic yield, (2) estimation of belowground mass as a function of aboveground mass, and (3) conversion from total dry mass to carbon mass. This approach was applied to 13 crops, representing 86.8% of the total harvested acreage of crops in China. Our results indicated that NPP in Chinese croplands increased markedly during this period. Averaging for each decade, the amount of NPP was 146 +/- 32, 159 +/- 34, 260 +/- 55, 394 +/- 85, and 513 +/- 111 Tg C/yr (mean +/- SD) in the 1950s, 1960s, 1970s, 1980s, and 1990s, respectively. This increase may be attributed to synthetic fertilizer application. A further investigation indicated that the climate parameters of temperature and precipitation determined the spatial variability in NPP. Spatiotemporal variability in NPP can be well described by the consumption of synthetic fertilizer and by climate parameters. In addition, the total amount of residue C and root C retained by the soils was estimated to be 618 Tg, with a range from 300 to 1040 Tg over the 50 years.     

山东省自然保护区建设及生物多样性保护问题

论述了山东省生物多样性现状及受危原因，讨论了自然保护区的建设对生物多样性保护的作用和存在的不足，对山东省自然保护区的发展及生物多样性保护对策进行了初步探讨。     

辽宁省能源足迹变动的分析

采用生态足迹模型与分解分析模型,定量核算了1990-2006年辽宁省能源足迹,分析了其变动趋势及其影响因素.结果表明,1990-2006年,辽宁省能源足迹呈不断增大趋势,总量由3508万hm~2增加到6491万hm~2,人均值则由0.896hm~2扩大到1.542 hm~2,增加了将近1倍,在区域生态压力中的贡献额为30%.在各类贡献因素中,经济发展对能源足迹的贡献远高于其他因素,其次为能源结构效应、人口规模效应,能源强度效应最低.虽然能源强度不断下降,但其对区域生态压力下降的贡献不足于抵消由能源结构不合理和消费水平的提高造成的生态影响,导致辽宁省能源足迹持续增加.     

吉林省城市大气降水pH值时空分异及成因

通过对吉林省８个代表城市１９９２－１９９７年大气降水观测数据的统计分析,对大气降水ＰＨ值的时空分异进行了探讨。结果表明：吉林省中西部城市大气降水基本呈中性;东部的图们,珲春两市大气降水酸化亚得,多年平均降水ＰＨ分别为５．１２和５．３８;全省碱性降水多集中在吉林市。     

The spatial pattern of nitrogen cycling in the Adirondack Park, New York

Maps of canopy nitrogen obtained through analysis of high-resolution, hyperspectral, remotely sensed images now offer a powerful means to make landscape-scale to regional-scale estimates of forest N cycling and net primary production (NPP). Moreover, recent research has suggested that the spatial variability within maps of canopy N may be driven by environmental gradients in such features as historic forest disturbance, temperature, species composition, moisture, geology, and atmospheric N deposition. Using the wide variation in these six features found within the diverse forest ecosystems of the 2.5 million ha Adirondack Park, New York, USA, we examined linkages among environmental gradients and three measures of N cycling collected during the 2003 growing season: (1) field survey of canopy N, (2) field survey of soil C:N, and (3) canopy N measured through analysis of two 185 x 7.5 km Hyperion hyperspectral images. These three measures of N cycling strongly related to forest type but related poorly to all other environmental gradients. Further analysis revealed that the spatial pattern in N cycling appears to have distinct inter- and intraspecific components of variability. The interspecific component, or the proportional contribution of species functional traits to canopy biomass, explained 93% of spatial variability within the field canopy N survey and 37% of variability within the soil C:N survey. Residual analysis revealed that N deposition accounted for an additional 2% of variability in soil C:N, and N deposition and historical forest disturbance accounted for an additional 2.8% of variability in canopy N. Given our finding that 95.8% of the variability in the field canopy N survey could be attributed to variation in the physical environment, our research suggests that remotely sensed maps of canopy N may be useful not only to assess the spatial variability in N cycling and NPP, but also to unravel the relative importance of their multiple controlling factors.     

In-between soil erosion and sustainable land management: climate aridity and vegetation in a traditional agro-forest system (Costiera Amalfitana,southern Italy)

The delineation of bioclimatic areas is a key tool in informing sustainable land management strategies, especially in the light of climate change. It requires an in-depth analysis of climate data but also of the physical and biological factors that affect the distribution of natural vegetation. The present study applies an exploratory data analysis aimed at defining bioclimatic conditions in an area characterized by steep slopes and prone to soil erosion (Amalfi Coast, southern Italy). To this end, we analyzed long-term (1959–1999) monthly rainfall and temperature data measured at 28 gauging stations within the study area using a geographic information system and multivariate statistical tools. Then, we analyzed how the spatial distribution of rainfall and temperature data relates to topography, vegetation cover, and soil erosion. We also derived bioclimatic indicators from the geostatistical analysis. We then identify and comment on drawbacks found in the procedure used in the present study, discussing possible solutions to overcome such problems. We finally discuss the potential contribution of this study to the development of sustainable land management policies for socio-ecological systems with complex topography.