基于遥感的上海崇明东滩湿地典型植被净初级生产力估算

湿地是具有丰富的生物多样性和较高生产力的生态系统,在全球碳循环中占有重要地位。湿地植被净初级生产力（NPP）是衡量湿地生态系统健康状况的重要指标。以上海崇明东滩湿地3种典型植被--芦苇、海三棱藨草、互花米草为研究对象,结合实地调查、实验室测定和遥感技术进行湿地植被净初级生产力估算研究。首先,设置湿地3种典型植被样方,测量植被鲜重、高度、密度、盖度和叶面积指数（LAI）等反映植被生物学特性的特征参数,按不同植被类型分别建立基于LAI的样方NPP回归模型;其次,利用一景相近时相的SPOT5影像,经过几何纠正和辐射定标后,采用面向对象分类方法对影像分类,同时,计算出能较好地反映植被特征和消除土壤背景影响的修正土壤调节植被指数（MSAVI）,建立了基于MSAVI的3种典型植被LAI遥感估测模型;最后,分别根据样方3种典型植被的NPP估测模型以及LAI遥感估测模型,进行尺度化转换,估算出崇明东滩湿地典型植被净初级生产力。模型简单可行,精度较高,可为快速定量评估湿地植被碳贡献及碳储量提供依据     

人工园林大面积种植区植被净初级生产力时空变化研究

云南西南地区自然资源丰富,近年来,随着社会经济的快速发展,橡胶、茶园和桉树等人工园林大规模种植主要占用了天然林和耕地,土地利用结构和空间布局发生了很大变化。为了探讨土地利用/覆被变化对植被净初级生产力（NPP）的影响,以人工园林大面积种植区西盟县为研究区,运用综合模型、CASA模型和MODIS产品（BIOME-BGC模型）,对西盟县2000年、2005年、2010年和2015年各地类NPP的时间变化和空间分布特征进行分析。结果表明：（1）2000~2015年,CASA模型模拟的西盟县NPP呈先减少后增加的趋势,MODIS模型模拟的NPP值变化趋势与CASA模型一致,综合模型则呈现逐年增加的趋势;（2）西盟县NPP的空间分布形态从西至东均呈“低值-高值-低值-高值-低值”（“M”）变化,与西盟县水热资源的分布特征和土地利用/覆被变化有关,西盟县NPP空间变化主要集中于人工园林种植区;（3）3种模型中,CASA模型和MODIS产品（BIOME-BGC模型）比综合模型更适用于地形气候复杂多样的山区NPP的模拟计算,其中CASA模型空间精度更高。     

长江上游植被净初级生产力年际变化规律及其对气候的响应

在GIS系统支持下,利用遥感和气象资料,构建了基于光能利用率的植被净初级生产力（NPP）模型,估算了1981~2000年长江上游地区植被年NPP分布。分析了不同植被类型NPP的年际变化规律,基于像元空间尺度讨论了植被NPP对气候的响应关系。结果表明：除农作物外,各植被类型NPP均呈增长趋势,其中针叶林增幅最大。NPP出现较明显变化地区可能主要与人为因素作用有关。长江上游年降水量和年均温分布均与年NPP分布相似,从西北向东南逐步递增趋势。长江上游NPP与降水和均温的年际相关性整体不强。呈强正相关性（相关系数大于0.2）的区域,其面积均占据了总面积的近一半,其分布呈现互补关系。呈强负相关性（相关系数小于-0.2）的区域面积较小。随地理位置的不同,气候因子（降水、气温）对NPP的年际变化的驱动作用（强度、方向）不同.     

近40年气候变化对江西自然植被净第一性生产力的影响

根据全球气候变化的趋势,采用植被净第一性生产力模型,对江西省南昌、吉安、赣州3地近40年气候变化对自然植被净第一性生产力（NPP）的影响进行研究,并模拟了3地自然植被NPP在未来气候3种水热条件下的变化趋势。此外还以1980年江西全省自然植被NPP为例分析了自然植被NPP的区域分布特征,结果表明：3地近40年自然植被NPP平均值分别为1319 、1311和1320 t/hm2〖DK1〗·a,总体上都呈上升的趋势。 当年均气温增加2℃且降水量增加20%时,NPP值增加了149%~1585%;随着年均气温增加2℃且降水量减少20%,NPP减少了477%~516%;当年均气温增加2℃且降水量不变时,NPP增加了530%~569%。江西自然植被NPP区域分布特征由东、南、西3个方向向北呈放射状分布,随着地形由高山向丘陵、平原的方向变化而减小。     

长江中下游湖区浮游植物初级生产力估算

长江中下游是我国淡水湖泊最集中的区域,也是富营养化较为严重的地区。作为湖泊系统初级生产力的主要影响因子氮、磷等营养元素增加,会显著影响湖泊系统的初级生产力。近几十年来越来越多的学者运用模型来模拟湖泊等水体的初级生产力。而VGPM模型和Talling模型综合考虑了水温、光合有效辐射、湖泊叶绿素浓度和真光层深度等因素,能较准确地模拟水柱初级生产力。1987~1991年、2001～2005年长江中下游湖区湖水中TP浓度分别为0059～0105和0070~0167 mg/L,湖泊TP浓度升高,导致湖泊藻类初级生产力增大。15 a间湖区的初级生产力由0139～0381 gC/(m2〖DK〗·d)上升到0128～0504 gC/(m2〖DK〗·d)。在VGPM模型1987～1991年、2001～2005年湖区固碳量由3 32125 tC/d上升到3 76502 tC/d,增加1336%;在Talling模型中湖区固碳量由2 39964 tC/d上升到3 27242 tC/d,增加3637%     

湿沉降对湖泊水质及初级生产力的影响

研究大气湿沉降对湖泊水质及初级生产力的影响对于探讨湖泊富营养化形成机理及其治理和修复具有重要意义。通过控制其是否接受湿沉降来探讨其对湖泊水质及初级生产力的影响,结果表明：(1)湿沉降以N沉降为主,两次湿沉降中N沉降分别占9912%和9893%,其中N沉降中NH4+ N含量较高,分别为190和269 mg/L,P沉降以及Si沉降相对较少;(2)湿沉降所携带的高浓度NH4+ N使得接受湿沉降围隔水体中NH4+ N浓度在降雨前后变化十分显著,在两次湿沉降中分别增长了231倍和187倍,而风浪促使沉积物DSi释放使得未接受湿沉降围隔水体中DSi浓度在降雨前后变化显著,在两次湿沉降中分别增长了158倍和162倍;(3)正常接受湿沉降围隔组在降雨前后其初级生产力有显著差异,初级生产力增长明显：第一次湿沉降实验中,3个时间段分别增长了19130%、5208%和10000%,第二次湿沉降中,3个时间段的初级生产力分别增加了10542%、7396%和6162%;而未接受湿沉降的围隔组其初级生产力变化无显著性差异。分析结果表明大气湿沉降对湖泊水体水质、初级生产力及其日变化影响显著     

生态足迹研究现状及基于净初级生产力的计算方法初探

生态足迹是一种有效的再生资源更新能力的定量测度方法,其主要用于评估给定年,给定技术条件下生物圈的再生能力能否满足人类消费需求。本研究对国内外生态足迹模型的理论假设、生态足迹、生物承载力、生态盈余、生态赤字进行了简要介绍;在对国际组织发布的生态足迹报告以及生态足迹文献发表情况进行统计的基础上,回顾了国内外的生态足迹计算方法——基于净初级生产力的计算方法,并与现有的基于全球农业生态区的计算方法进行了比较,探讨了两种方法的优缺点;最后对生态足迹今后的研究重点提出了一些看法和展望。     

2000～2015年江汉平原区域植被NPP时空特征及其对气候变化的响应

植被NPP对气候变化的响应是全球变化与陆地生态系统碳循环研究的重要核心内容之一。利用CASA模型估算了2000~2015年江汉平原植被NPP,并利用线性回归与逐像元相关性分析方法定量研究了江汉平原植被NPP的时空变化特征及其与气候因素的相关性。结果表明：（1）16年来江汉平原植被NPP的年总量在25.43~29.76 TgC之间,呈波动增加趋势;（2）江汉平原NPP的空间分布格局具有明显的不均匀特征,形成一系列的高值中心和低值中心,符合“丘陵-平原-河流-城市”的衰减趋势;（3）江汉平原NPP与年降水量、年均温的相关系数分别为0.183 7和0.498 5;经显著性检验可知,江汉平原NPP的产量与年降水量相关性较弱,而与年均温则呈较强的正相关关系;（4）植被NPP与年降水量、年均温呈正相关的像元面积分别占总面积的69.19%和83.41%,主要分布在江汉平原腹部的农耕区域,说明江汉平原农耕区NPP的产量对年降水量与年均温的依赖性较强。     

湖北省植被覆盖度时空变化特征与影响因素分析

湖北省植被结构变化受自然和人类活动因素的影响较大,揭示湖北省植被变化的空间特征对其生态环境改善具有重要意义.基于MOD13Q1 NDVI数据计算湖北省的植被覆盖度,结合气象、DEM数据分析湖北省2000～2020年植被覆盖度的时空变化及分布格局,并探讨了其对气候变化、人类活动的响应.结果 表明:(1)2000～2020年湖北省植被覆盖度总体呈现增加的趋势,增大区域集中在湖北省的西北部,十堰、神农架林区和随州周围;(2)局部地区存在植被退化现象,退化面积呈先减小后增加的趋势.2000～2005年植被恢复区域主要集中在西北部和西南部,退化区域分布在武汉、襄阳、仙桃和黄石等地区;2005～2010年湖北省整体植被覆盖状况相对较差,退化区域分布在西北部和东南部,十堰和武汉较为明显,改善区域集中湖北省中部、神农架林区、襄阳、随州和天门;2010～2015年湖北省植被退化面积减少,分布在东部和西北部;2015～2020年植被覆盖度整体呈现下降趋势;(3)湖北省的东北部、西南部以及襄阳等地区的植被覆盖度与气温、降水呈现正相关,随着海拔的升高,气温、降水及风速和植被覆盖度正相关和负相关所占比重逐渐减少;(4)人类因素对湖北省的生态环境有正影响,对植被恢复有促进作用;负影响主要集中在武汉周边城市、襄阳、荆州等区域.     

三峡水库香溪河库湾夏季水华期间浮游植物的初级生产力

用黑白瓶法调查了香溪河库湾夏季水华期间浮游植物的初级生产力,探讨了浮游植物初级生产力的分布格局、光照强度对初级生产力的影响以及香溪河库湾浮游植物群落的代谢类型。结果表明:河口、峡口、吴家湾和平邑口总初级生产力最大值分别为6.33、3.89、6.51和4.67 gO2/(m2.d);平邑口、吴家湾、峡口、河口0~5 m水柱日生产量分别为6.95、6.78、5.17和4.65 gO2/(m2.d)。除平邑口的最大生产力出现在水下0.5 m以外,其余3个样点的生产力垂直变化均表现为表层最高,随水深增加而逐渐降低。吴家湾、峡口、河口三位点总初级生产力和净初级生产力与相对应水层的平均光照强度呈显著正相关,而平邑口位点相关性不明显。香溪河库湾1 m水深以内的群落代谢率平均值为4.0,推测夏季水华期间该水体1 m水深以内的浮游植物群落为自养代谢类型。     

1996～2015年云贵川草地生态系统生产力的时空格局

云贵川草地是中国草地的重要组成部分,在我国生态文明建设和响应全球气候变化中具有重要的地位,分析其净初级生产力（NPP）变化格局具有重要意义。利用研究区的AVHRR、MODIS遥感影像等数据及周边地区的气象资料,结合改进的CASA模型,对云贵川地区草地1996～2015年20 a间的NPP及草地植被相关生态特征进行估算,并对其时空特征及影响因素进行分析。结果表明：（1）20 a间云贵川草地NDVI值变化规律性明显,97.18%的草地面积年平均NDVImax呈现增加趋势。（2）20 a间云贵川草地NPP总体上呈现出“西北低、西南高、东部居中”的空间格局,年均NPP值为420.85 gC·m-2。 （3）时间格局上,20 a间整个云贵川区域逐年平均NPP值虽然有一定的波动性,但仍以7.2322 gC·m-2·a-1的速率在增加。20 a间夏季NPP平均值最高,为160.25 gC·m-2;春季次之,NPP平均值为 109.10 gC·m-2;秋季与春季相比,NPP值稍低,为106.10 gC·m-2;冬季最低,为54.03 gC·m-2。     

三峡库区森林植被分布的地形分异特征

基于森林植被GIS数据库和群落调查,对三峡库区森林植被分布的地形分异特征进行分析。结果表明：（1）三峡库区森林植被主要分布在海拔400~1200 m,随海拔上升和坡度增大,森林覆盖率逐步提高,海拔为400 m以下区间森林覆盖率最低。（2）不同海拔级的优势森林类型分别为灌木林（400 m以下、1 200~1 600 m、1 600~2 000 m和2 000 m以上）、马尾松林（400~800 m和800~1 200 m）。各森林类型分布面积占该类型总面积百分比在不同海拔级上的分布都为单峰型,海拔由低到高出现峰值的森林类型依次为竹林、经济林和柏木林（800 m以下）、暖温性针叶林（1 600 m以下）、针叶混交林和针阔叶混交林（400~1 600 m）、阔叶林（800~2 000 m）、温性针叶林（1 200~2 000 m）。（3）柏木林、马尾松林、杉木林、温性松林、针叶混交林及针阔混交林主要分布在坡度低于35°区域,竹林和经济林主要分布在坡度小于25°区域。在坡度低于5°、6°~15°和16°~25°的区域,马尾松面积均最大,在坡度为26°以上的区域,灌木林分布面积均最大。（4）各类植被类型在各个坡向上分布面积变化不大。研究结果为三峡库区生态规划和建设提供科学依据.     

基于SPEI的湖北省近52年干旱时空格局变化

根据湖北省及周边地区40个气象台站1960~2012年实测气象资料,基于多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),选取干旱频率、干旱站次比和干旱强度等评估指标,研究结果表明:湖北省干旱影响范围总体较大,全域性干旱年份达54%;但干旱强度偏轻,平均干旱强度为0.65,近52a来仅有两次重旱年,干旱强度在中旱及以下的年份占85%,且年际差异较大;省内干旱强度和站次比变化趋势基本一致,近52a来,总体均呈不明显上升趋势,趋势率分别为0.041/10a和3.692/10a,20世纪80年代前后呈先下降后上升趋势;湖北省总体干旱发生频率较小,52a平均干旱频率在16.5%~18.2%之间,空间分布特征呈现东高西低的特征;干旱发生频率呈先下降后上升的趋势,20世纪70、80年代最低;2000年以后干旱强度、站次比和频率均达到最高,并且有持续上升趋势。     

基于高频溶氧的浮游植物初级生产力季节变化及驱动因子——以神农南坡香溪河库湾为例

2017年7月至2018年6月,利用高频溶氧仪直接获取水体溶解氧数值的方法估算了香溪河浮游植物初级生产力的状况,探讨了香溪河浮游植物初级生产力季节变化及其驱动因子.结果 表明:一年四季当中初级生产力(GPP、NPP、R)数值大小趋势均一致,都为夏季最高,春季次之,随之是秋季,最后冬季最低,GPP、NPP、R在四季之间均存在显著差异(Mann-Whitney U检验,P＜0.001).GPP变化范围为0.04～24.28 mg O2 L-1 d-1;NPP变化范围为-3.78～4.92 mg O2 L-1 d-1;R变化范围为0.01～16.87 mgO2L-1d-1.广义线性模型结果表明:叶绿素a(Chl a)、总氮(TN)与总初级生产量(GPP)存在正相关关系,而可溶性硅(DSi)与总初级生产量(GPP)则是负相关关系;叶绿素a(Chla)、水温(WT)与呼吸消毛量(R)存在正相关关系,而可溶性硅(DSi)与呼吸消耗量(R)则是负相关关系;没有发现与净初级生产量(NPP)显著相关的变量.     

基于改进模型的区域生态足迹动态分析——以江苏省南通市为例

20世纪90年代以来,生态足迹模型作为定量化可持续评价的重要理论方法得到了广泛的应用。基于传统生态足迹模型,结合遥感产品净初级生产力数据,构建了基于净初级生产力的生态足迹模型,调整了均衡因子和产量因子,并增加了污染物账户。在此基础上,应用传统模型和改进后的模型分别计算了南通市2000~2013年的生态足迹。结果表明:(1)传统生态足迹模型和改进模型下的南通市2000~2013年人均生态足迹都是稳步增长的,改进后的模型变化较小;(2)南通市2000~2013年生态承载力虽有所波动,但整体上呈下降趋势;(3)南通市连续14年出现生态赤字,从2000年的0.308 6 hm~2/人上升到0.587 7 hm~2/人,生态系统处于不安全状态,生态系统的稳定性降低。可见,改进的生态足迹模型能更准确地反映研究区自然资源利用状况。最后,针对南通市生态不安全状况,从土地结构、能源消费等方面提出减少生态足迹的建议。     

干旱对生态系统脆弱性的影响研究——以长江中下游地区为例

将干旱作为定性事件,以长江中下游地区为研究对象,基于生态系统过程模型的动态模拟,根据IPCC有关脆弱性的概念,以生态系统功能特征量偏离多年平均状况的程度及其变化趋势分别定义生态系统对降水变化的敏感性和适应性,在生态系统的尺度上评估其对干旱的脆弱性。结果表明,长江中下游区域生态系统对降水脆弱性的空间分布有较为明显的区域差异。轻度脆弱及以下的生态系统占区域总面积的65%,主要分布在区域的中南部。重度脆弱和高度脆弱区域约占20%,主要分布在长江中下游的西北部。区域内生态系统对降水变率的平均脆弱度为轻度脆弱。干旱会显著增加研究区生态系统的脆弱性,具体表现为干旱导致原本不脆弱的生态系统脆弱度增加,而对脆弱度较高的生态系统的脆弱性影响不大。不同类型生态系统对干旱的响应稍有差异,干旱导致森林生态系统和农业生态系统的脆弱性均有所增加,但农业生态系统对干旱的脆弱性更高于森林生态系统。在研究区内,干旱对生态系统的影响会持续一段时间,但在干旱过后一年,不论是农业生态系统还是森林生态系统的脆弱性均有进一步上升,但相对多年平均水平没有显著差异     

基于MODIS的雅鲁藏布江流域干旱动态监测及对植被胁迫作用的研究

基于MODIS数据利用垂直干旱指数模型和重心模型分析了2011年4月~2012年4月的雅鲁藏布江流域干旱动态变化,并就干旱对植被的胁迫作用做了进一步探讨。研究发现：（1）干旱强度减弱区主要分布于雅鲁藏布江流域的中部,而干旱强度增强区则主要集中于该流域的上游及下游地区;（2）2012年4月份雅鲁藏布江流域的总体干旱强度相比2011年4月有所加重,轻度干旱、重度干旱区均有所增长,而湿润区则有一定减小。干旱强度加重较大的区域主要分布于拉萨河流域及＞3 000～4 000 m、＞4 000～5 000 m高度带;（3）雅鲁藏布江流域的NDVI与PDI的重心迁移具有很好的负相关性,说明其干旱动态变化对植被具有较明显的胁迫作用     

植被净初级生产力对极端寒冷天气事件的响应——以2008年贵州省凝冻为例

为揭示区域植被净初级生产力(NPP)对极端寒冷天气事件的响应及恢复过程,以2008年初发生在中国南方的特大凝冻事件为例,基于GIS空间分析技术,以贵州高原为研究对象,利用MODIS250m分辨率NDVI生成的NPP数据,探讨了不同岩性、地貌、植被类型的NPP对极端寒冷天气事件的时空响应特征。结果表明:1)本次凝冻事件导致贵州NPP共损失0.77×106t C,主要分布黔中、黔南和黔西南等喀斯特集中连片区;2)喀斯特岩性区受损程度较非喀斯特岩性区明显严重,受损率分别为28.62%、21.92%,恢复程度差,恢复率分别为91.29%、95.76%;3)在不同喀斯特地貌区内,岩溶高原受损最严重,岩溶槽谷区受损最小,受损率分别为33.00%、21.40%,岩溶断陷盆地恢复最好,岩溶槽谷恢复最差,恢复率分别为106.65%、88.41%;4)各植被类型中灌丛损失最大,混交林最小,损失率分别为28.49%和21.79%,草丛恢复程度最好,灌丛最差,恢复率分别为97.63%、91.33%。综上所述,不同植被在不同岩性、地貌条件下,对极端寒冷天气事件的时空响应特征明显不同,其恢复过程也存在巨大差异。     

我国南方不同类型草地生产力及对气候变化的响应

为进一步明晰南方不同类型草地的碳源汇关系,预测未来气候情景下可能的碳循环特征,利用本地参数化的BIOME-BGC模型对2001~2010年低山丘陵草原化草甸、典型草山草坡和典型山地草甸样地净初级生产力(NPP)与净生态系统生产力(NEP)进行了模拟估算。不同类型草地的NPP和NEP 10年间变化趋势不同,低山丘陵草原化草甸、典型草山草坡和典型山地草甸的NPP平均值分别为357.17、232.4和191.96gC/(m2·a);NEP的平均值分别为3.25、21.28和81.96gC/(m2·a)。3种类型草地NPP与温度之间存在显著的正相关关系,NEP与温度之间存在着显著的负相关关系;本模型模拟的NPP和NEP与年平均降水量之间相关性不明显。未来气候情景C1P-1T1下(CO2浓度倍增,年均温增加2℃,降水减少10%),低山丘陵草原化草甸样地NPP增加26.93%,NEP增加160%;典型草山草坡样地NPP增加62.20%,NEP增加153%;典型山地草甸样地NPP增加135%,NEP增加206%。3种南方草地类型在未来气候情景下都将有一定的碳汇增长潜力,其中以典型山地草甸的碳汇潜力最为明显,与降水量相比受温度变化的影响相对较大。