区域农田生态系统生产力的时空格局及其影响因子研究——以山东省为例

在统计数据的基础上,以山东省为例,利用模型量化了农田生态系统净初级生产力（NPP）,并研究了农田生态系统NPP的时空格局及其影响因素。研究发现,2000—2006年间,山东省农田生态系统NPP在时间序列上整体呈上升的趋势,由2000年的476.5g·m-2·a-1（以C计）上升到2006年的544.2g·m-2·a-1（以C计）。空间格局中以鲁东、鲁中和鲁南较高,鲁西南和鲁北较低。各地市中以枣庄最高,为691g·m-2·a-1（以C计）;东营最低,约424.4g·m-2·a-1（以C计）。另外,莱芜、临沂及菏泽等地也相对偏低。通过对影响农田生态系统NPP的自然因子和人为因子分别进行主成分分析发现：气候因子中对山东省农田生态系统NPP贡献最大的为降水;人为因子中以农膜的贡献最大,其次为农药、机械、化肥,而劳动力的贡献则随着科技的发展而降低,人口密度的过大对农田生态系统生产力具有较大的负面影响。     

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。     

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。     

2000—2018年云南省典型矿区植被生态时空变化特征——以临沧市为例

矿区植被生态恢复特征及其影响因素分析对矿区生态治理与植被恢复建设具有重要的参考价值和现实意义。以云南省典型矿区-临沧市为研究区,利用2000—2018年MODIS资料和气象观测数据,基于陆地生态系统碳通量TEC模型,结合趋势分析、相关分析等统计方法,揭示了2000年以来云南省典型矿区——临沧市的植被覆盖度、植被净初级生产力等时空变化特征及其与气候因子关系。结果表明,(1)矿区植被净初级生产力年均值为980.1 g·m~(-2)·a~(-1)(以C计,下同),2000年以来区域NPP总体呈增加的趋势,平均每年增加6.2g·m~(-2)·a~(-1);在空间分布上,有90.5%区域植被NPP呈增加趋势。(2)矿区植被覆盖度多年均值为67.3%,2000年以来呈显著增加的趋势,平均每年增加0.42%,有92.2%区域植被覆盖度呈增加趋势。(3)不同类型植被净初级生产力均呈增加的趋势,但变化趋势率存在一定的差异,其中常绿阔叶林、落叶阔叶林、灌丛、草地植被净初级生产力平均值最大。(4)矿区植被NPP与降水之间呈显著的正相关性,相关系数为0.737,但与气温、日照时数的相关性未达到显著水平;矿区植被覆盖度与各气象因子间的相关性也均未达到显著水平。2000年以来云南省典型矿区植被呈现向好趋势,说明近些年生态文明建设效果良好。     

京津冀植被净初级生产力时空分布及自然驱动因子分析

研究植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空分布及其影响机制对全球陆地生态系统的变化及碳平衡有着重要的意义.基于MOD17A3HGF数据,综合气候、地形、土壤和植被4个方面的自然因子,利用趋势分析、变异系数及地理探测器等方法,探讨了2000-2019年京津冀NPP时空演变特征及...     

天山植被NPP时空特征及其对气候要素的响应

为探讨近十几年来新疆天山地区植被净初级生产力时空格局及其对气候要素的响应机制,基于资源平衡的观点和光能利用率的概念,利用改进的光能利用率模型估算2001—2013年天山植被NPP,利用RS和GIS技术逐像元分析天山植被NPP时空分布特征及其与气候要素的相关关系,进而了解天山地区植被NPP对气候变化的响应机制,为天山地区生态环境保护和管理提供科学依据。具体方法包括:(1)将2001—2003年新疆地区MODIS-NDVI月产品数据、天山26个气象台站插值数据和2005年土地利用-覆盖数据进行预处理后作为参数输入到CASA模型中,估算出13 a天山地区植被NPP;(2)通过与其他研究NPP模拟结果进行对比,验证该文所采用的模型的模拟精度。研究结果表明,天山地区植被NPP总体呈西高东低,由北向南递减的空间分布特征;13 a平均植被NPP(以C计,下同)和NPP总量分别为156.63 g·m-2·a~(-1)、93.2 Tg·a~(-1)(1Tg=1012 g);2001—2013年天山植被NPP总体呈缓慢增长趋势,NPP快速增长区零星分布在天山北坡的林地和耕地区,增长速率为25~55 g·m~(-2)·a~(-1),草地NPP总量波动较为明显,林地和耕地NPP总量呈缓慢上升趋势,而荒漠NPP总量波动趋于平缓;植被NPP与年降雨量、年均温的平均相关系数分别为0.383和-0.189,天山地区植被NPP与年降雨量的相关性更强,降雨量是影响天山植被NPP的重要因子;不同类型植被NPP对气候要素的响应情况存在明显差异:天山林地、草地和荒漠植被NPP主要受降雨量影响,而耕地植被NPP同时受到降雨量和气温的限制。     

近50年贵州净生态系统生产力时空分布特征

利用大气植被相互作用模型AVIM2(Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2)估算分析了时间长度为50年、空间分辨率为0.02°×0.02°的贵州净生态系统生产力(NEP),分析了其对气候变化的响应。结果表明,(1) AVIM2模型能够模拟出贵州森林净初级生产力(NPP)的变化,模拟偏差随着树龄的增大而不断减小,其模拟效果优于综合模型。(2)1961-2010年,贵州NEP(以C计)平均值为23.9 g·m-2·a-1,碳源区面积比例仅为5%,且植被覆盖类型为南部部分常绿阔叶林。NEP总量的变动范围为-7.0~11.5 Tg ·a-1,平均每年吸收碳4.87Tg,碳汇量占中国区域的3~7%。(3)贵州境内31%的区域固碳能力下降明显(P<0.05)且主要集中在植被类型为常绿针叶林及农作物的北部地区,还有7%的区域固碳能力升高明显(P<0.05)且位于南部部分常绿阔叶林地区。(4)贵州NEP与气温显著负相关(P<0.01),与降水量显著正相关(P<0.05),气温对NEP的影响大于降水。     

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。     

广东省植被固碳量时空变化及气象贡献率研究

植被固碳能力对气象条件十分敏感,研究植被固碳量变化的气象贡献率,对提升生态环境质量、实现"碳中和"目标具有重要意义.文章基于植被净初级生产力数据和地面气象观测数据,利用相关性分析和模型模拟方法,分析广东省植被固碳量的时空分布特征及其对气象条件的响应规律,并定量研究植被固碳量变化的气象贡献率.结果表明,从空间分布而言,广...     

宝天曼木本植物群落数量排序与环境解释

研究选取14个分别代表植被群落、地形因子、土壤因子的指标,利用宝天曼自然保护区32块样地资料,研究了物种分布与环境之间关系。采用DCCA法可将该地区木本植物群落划分为3个类型;物种与9个环境因子之间存在显著的相关关系,前4轴可解释物种总变异的94.1%;海拔、坡度、土壤含水量、坡向是影响该地区物种分布的主要因子,其中海拔是指示物种分布变化的最敏感因子。不同指标集团的典型相关分析结果表明：地形与植被因子之间、土壤因子与植被因子之间第1对典范相关系数分别为0.712和0.783,存在着显著的相关关系,影响植被特征的最重要地形因子是海拔和坡度,土壤因子为土壤厚度和土壤含水量,而对地形和土壤反应最敏感的植被指标分别为林分密度和平均树高,群落分布状态是由地形和土壤因子共同作用所控制的。     

珠江三角洲森林的生物量和生产力研究

利用森林资源清查资料和经过实地校正的相关森林生物量和生产力估算方程,对珠江三角洲森林植被的生物量和生产力进行了研究。结果表明,珠江三角洲森林的生物量为132 404 963 t,总净生产量为26 273 769 t.a-1。区域森林生物量主要分布在珠江三角洲的外围,其中,马尾松林和常绿阔叶林的生物量占区域森林总生物量的52.18%;生态公益林的生物量只到达用材林的48.68%;中幼龄林生物量所占比例很大,总体质量不高,但如果现有森林得到更好地保护和管理,珠江三角洲地区的森林会有较大的发展潜力,并在维护区域生态环境上起着主导作用。     

1994—2008年河南省植被净第一性生产力及其时空变化

基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用地面气象数据、遥感数据和土地分类等数据,根据河南省实际植被覆盖和自然地理情况,应用改进的CASA模型估算了1994—2008年间河南省植被净第一性生产力及其时空变化。结果表明：河南省植被净第一性生产力与年均温度的相关性好于植被年净第一性生产力与年降水量和年均太阳辐射之间的相关性,温度是限制河南省植被净第一性生产力的主要因子;15年来河南省植被净第一性生产力呈增加趋势,但不明显;河南省主要植被类型的净第一性生产力从大到小依次为林地、灌丛、耕地、草地、其它植被,它们随时间的变化趋势极为一致。     

中国土地生产力变化的情景分析

中国土地生产力变化态势是当前国内外学术界、决策界关注的焦点问题之一.介绍了土地生产力估算系统(ESLP)的原理与功能模块并利用该系统研究了中国土地生产力的变化态势.ESLP是在气温、降水、辐射水平、土壤质地等自然因素控制下,受土地利用方向与强度影响的,考虑土地系统不同的投入水平和管理措施的区域土地生产力估算系统.ESLP关注土地生产力变化的时空动态,能表达出不同投入管理水平下土地生产力的时空变化.文章应用ESLP研究了1988年和2000年中国土地生产力变化及其空间分异特征,将估算结果与1988年和2000年全国分县粮食产量数据的比较与验证表明,基于ESLP估算的各县土地生产力与各县粮食总产量具有很高的相关性,在一定程度上反映一个区域的粮食生产能力.在此基础上,应用ESLP预测了2010与2020年在气候变化情景下土地生产力的变化,预测结果显示,虽然局部地区土地生产力有小幅减少趋势,但从全国来看,土地生产力增长趋势明显.平均来看,2010年比2000年增长4.4%,而到2020年,土地生产力的增长幅度达到10.7%.不过在各个农业生态分区上,不同年份土地生产力变化差异较大,在2010年和2020年长江中下游区土地生产力均呈一定幅度的下降,而甘新区和西藏区只在2010年土地生产力有小幅下降.该研究结论对我国编制土地利用规划与粮食生产方面的决策具有重要的参考价值.     

黄河三角洲生物多样性分析

黄河三角洲是我国东部最年轻的陆地,保存着中国暖温带地区最广阔、最完整、最年轻的湿地生态系统。鉴于已有的研究工作对黄河三角洲地区生物多样性通过黄河与周边地区的联系方面的研究相对薄弱,以现有研究工作为基础,以黄河的廊道作用为主线,并结合2003年9月和2004年10月两次实地地面植被调查,主要对黄河三角洲自然保护区的植物区系组成状况进行统计分析,总结出黄河三角洲地区生物多样性状况、植物区系组成的特点及其与周边地区的相互关系。黄河三角洲地区生物多样性主要表现出如下特点:植被结构简单、覆盖度低、生态系统年轻性特点和湿地生态系统特点明显;植物种类少、常具有抗盐、抗旱特性;旱生、中旱生植物以及与内蒙古共有植物种类多,充分体现了黄河的生物廊道作用;主要保护动物种类多,生物多样性保护意义重大。这些特征既反映了黄河三角洲新生陆地的盐化生境特点,同时也深刻揭示了河流通道对区域生物多样性形成的重要作用。     

氮沉降对华北落叶松叶特性和林下土壤特性的短期影响

以50 a生华北落叶松天然次生林为研究对象,采用全生长季野外多水平林地施氮对比试验的方法,结合树叶特性和林下土壤理化性质测定,设置对照（CK,0 g·m-2·a-1）、低氮（LN,8 g·m-2·a-1）、高氮（HN,15 g·m-2·a-1）3个施氮水平,进行短期氮沉降模拟试验,分析了短期氮沉降对华北落叶松针叶及林下0~10、10~20 cm两层土壤中土壤营养动态的影响,为华北落叶松林的群落结构优化调整、可持续经营管理提供理论依据。研究结果表明：为期一个生长季的短期施氮显著增加了华北落叶松林下0~20 cm土壤层中TOC、NH4＋-N、NO3–-N的含量,却未影响土壤pH值和TN含量,且对表层（0~10 cm）土壤的影响更明显,但整个生长季内月份间的变化较大。短期施氮也导致50 a生华北落叶松针叶的宽度（W）、长度（L）、氮含量（LN）、比叶面积（SLA）和投影面积（PA）显著增加,但未影响叶生物量（LM）和叶有机碳含量（LC）。同时,叶氮含量与0~20 cm层、10~20 cm层土壤中全氮含量以及10~20 cm层土壤中NH4＋-N含量显著正相关,叶有机碳含量则与0~20 cm层土壤有机碳含量和0~10 cm层土壤全氮含量亦呈正相关关系。以上结果说明,华北落叶松天然次生林处于氮限制状态,短期氮沉降可能会提高土壤肥力并促进树木的生长,有利于华北落叶松天然次生林生产力的提高。     

模拟氮沉降对入侵植物薇甘菊光合特性的影响

该文将探讨氮沉降对外来植物薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性的影响。在广州东北郊薇甘菊生长的木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,以NH4NO3作为氮源,设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）。在模拟氮沉降的26个月后,采用LI-6400便携式光合仪对不同氮沉降处理下薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性进行了测定,分析了不同氮沉降处理之间薇甘菊光合生理指标的差异。结果表明：在试验时间内,不同氮沉降处理之间的薇甘菊净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和水分利用效率（WUE）日均值的差异不显著（p〉0.05）,但这些光合生理指标的大小均表现为N10？N5？N0,氮沉降一定程度提高了薇甘菊的光合作用,可能加速薇甘菊的生物入侵。光合有效辐射（PAR）是影响薇甘菊净光合速率（Pn）的主导因子,其次为叶片温度（Tl）和大气温度（Ta）,它们均与Pn呈极显著正相关（p〈0.01）,而与空气相对湿度（RH）呈不显著的负相关（p？0.05）。氮处理对薇甘菊最大净光合速率（P′max）、表观量子效率（a）、暗呼吸速率（Rd）、光饱和点（LSP）和光补偿点（LCP）的影响不明显（p？0.05）。P′max、a、LSP和LCP分别介于21.21~22.07、0.058~0.059、1546.0~1653.3和8.0~9.3μmol·m-2·s-1之间,在氮沉降下薇甘菊表现出高光合潜力及强阳性植物的特征。该文可为研究氮沉降下薇甘菊入侵林地的机制提供有价值的参考。     

库布齐沙漠自然植被与人工植被土壤水盐的空间异质性比较研究

干旱半干旱地区土壤水盐的空间分布对土地利用和生态恢复具有重要作用。运用传统统计学和地统计学对库布齐沙漠5种自然植被和5种人工植被0～10和10～20cm深度土壤水分和盐分的空间异质性进行了小尺度比较分析。结果表明：9种群落的土壤水盐平均值下层大于表层,且盐分的空间相关性较水分更高;人工植被土壤水分（CV=5.3%～22.7%）和盐分（CV=15.7%～51.2%）具有空间分布均匀、层间差异不明显等特征,而自然植被水分（CV=9.9%～32.6%）和盐分的（CV=26.9%～180.0%）却与之相反;小尺度上,人工植被土壤不同层间的水分关系、盐分关系以及水盐关系可能随建植时间的增加会越来越不明显,格局强度将不断减弱,这也极有可能改变大尺度上的水盐运移状况,进而影响研究区生态系统的稳定性和安全性。     

不同载畜率对短花针茅荒漠草原土壤呼吸的影响

草地是我国最大的陆地生态系统,土壤呼吸是草地碳循环研究的重要内容,是土壤碳库输出的主要方式,影响大气中CO2浓度变化。放牧是草地主要利用方式之一,通过动物采食和践踏,改变植被冠层结构,对土壤理化性质、土壤有机质和土壤微生物产生影响,进而改变土壤呼吸速率。为探究不同载畜率对短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原土壤呼吸速率的影响,2011—2012年用Li-8100开路式碳通量测定系统,对生长季内（6—10月）4个不同载畜率处理下的土壤呼吸进行测定,测定周期为2周1次。辅助测定地下10 cm的土壤温度及土壤湿度,并分析土壤呼吸与土壤温、湿度的关系。结果表明：1）2011年不同载畜率对土壤呼吸速率无显著影响,表现为对照〉中度放牧〉轻度放牧〉重度放牧的变化趋势。2012年与对照（1.6μmol·m-2·s-1）相比,重度放牧（1.07μmol·m-2·s-1）显著降低土壤呼吸速率。总体而言,2011年土壤呼吸速率低于2012年,但差异不显著。2011年土壤温度（20.73℃）显著高于2012年（14.38℃）,不同处理间无显著差异,重度放牧区偏高。2012年土壤湿度（7.24%）显著高于2011年（4.11%）,对2年数据整体分析发现,轻度放牧区土壤湿度显著低于对照和中度放牧。2011年土壤湿度变化趋势为中度放牧〉对照〉重度放牧〉轻度放牧。2012年,轻度放牧土壤湿度最小,各处理间差异不显著。2）2011年,土壤呼吸与土壤温度月动态无明显规律,与土壤湿度呈现相反的变化趋势。2012年土壤呼吸的月动态与土壤温、湿度变化趋势相似。3）2011年,土壤呼吸速率随温度升高出现波动,与土壤湿度呈负相关。2012年,土壤呼吸速率随土壤温、湿度升高而增大。在干旱年份,降水减少会掩盖放牧对土壤呼吸的影响;在降雨较多的年份,重度放牧显著降低土壤呼吸速率。