植被净初级生产力对气候变化的响应研究——以黄土高原燕沟流域为例

Vegetation net primary productivity (NPP) is a sensitive indicator to characterize the response of terrestrial ecosystems to the climate change. Projections of the NPP changes of the Loess Plateau under future climate scenarios have great significances in revealing the interactions among terrestrial ecosystems and climatic systems, as well as instructing future vegetation construction of this region. Here, we carried out a case study on the Yangou watershed in the Loess Plateau. Using the vegetation-producing process model (VPP) established for such small watersheds, we simulated the NPP of the Yangou watershed under different scenarios of climate changes. The results showed that the NPP significantly increased with the precipitation increasing and evidently decreased with the temperature increasing where the climate change occurred in the whole year or in the summer half year. However, where the climate change occurred in the winter half year, the increased precipitation had little effect on the NPP, and the increased temperature significantly reduced the NPP. There were clear differences among the response sensitivities of different vegetation types with trees and shrubs were more sensitive to the changes in temperature and precipitation than crops and grasses. Currently, the most favourable climate change scenario to the NPP in the Yangou watershed was T0P15 under which the precipitation increased by 15% and the temperature did not changed, in the whole year; in the meantime, the most unfavourable climate change scenarios was T2P-15 under which the precipitation declined by 15% and the temperature increased by 2℃, in the whole year.     

Relationships between net primary productivity and stand age for several forest types and their influence on China's carbon balance

Affected by natural and anthropogenic disturbances such as forest fires, insect-induced mortality and harvesting, forest stand age plays an important role in determining the distribution of carbon pools and fluxes in a variety of forest ecosystems. An improved understanding of the relationship between net primary productivity (NPP) and stand age (i.e., age-related increase and decline in forest productivity) is essential for the simulation and prediction of the global carbon cycle at annual, decadal, centurial, or even longer temporal scales. In this paper, we developed functions describing the relationship between national mean NPP and stand age using stand age information derived from forest inventory data and NPP simulated by the BEPS (Boreal Ecosystem Productivity Simulator) model in 2001. Due to differences in ecobiophysical characteristics of different forest types, NPP-age equations were developed for five typical forest ecosystems in China (deciduous needleleaf forest (DNF), evergreen needleleaf forest in tropic and subtropical zones (ENF-S), deciduous broadleaf forest (DBF), evergreen broadleaf forest (EBF), and mixed broadleaf forest (MBF)). For DNF, ENF-S, EBF, and MBF, changes in NPP with age were well fitted with a common non-linear function, with R(2) values equal to 0.90, 0.75, 0.66, and 0.67, respectively. In contrast, a second order polynomial was best suitable for simulating the change of NPP for DBF, with an R(2) value of 0.79. The timing and magnitude of the maximum NPP varied with forest types. DNF, EBF, and MBF reached the peak NPP at the age of 54, 40, and 32 years, respectively, while the NPP of ENF-S maximizes at the age of 13 years. The highest NPP of DBF appeared at 122 years. NPP was generally lower in older stands with the exception of DBF, and this particular finding runs counter to the paradigm of age-related decline in forest growth. Evaluation based on measurements of NPP and stand age at the plot-level demonstrates the reliability and applicability of the fitted NPP-age relationships. These relationships were used to replace the normalized NPP-age relationship used in the original InTEC (Integrated Terrestrial Ecosystem Carbon) model, to improve the accuracy of estimated carbon balance for China's forest ecosystems. With the revised NPP-age relationship, the InTEC model simulated a larger carbon source from 1950-1980 and a larger carbon sink from 1985-2001 for China's forests than the original InTEC model did because of the modification to the age-related carbon dynamics in forests. This finding confirms the importance of considering the dynamics of NPP related to forest age in estimating regional and global terrestrial carbon budgets.     

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。     

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。     

多源数据支持下城市火灾风险评估及规划响应

为探析城市火灾风险的空间格局特征,提出科学的火灾防控体系,以合肥市为研究对象,基于火灾风险兴趣点(POI)数据、NPP/VIIRS夜间灯光影像数据、消防站与道路信息等多源数据,运用SAVEE模型和迭代方程评估城市火灾风险,并引入区位-配置(L-A)模型,从不同目标情境优化消防站点布局。研究表明:火灾高风险区主要集中于合肥市二环以内的建成区,尤其是老城区、合肥西站片区、政务区、科学城和东部新中心等区域;现有48座消防站对研究区内的POI覆盖效果较好,覆盖率为86.76%,而对NPP/VIIRS覆盖效果一般,覆盖率仅为55.94%,覆盖率在合肥市东北部、西北部和南部部分地区仍有不足;基于最大化覆盖模型,规划新增44座消防站,明显提升5 min响应时间的覆盖率,可进一步夯实城市消防安全。     

鄱阳湖典型苔草湿地生物量季节变化及固碳功能评价

为进一步评估鄱阳湖湿地碳平衡,量化湿地固碳功能,于2009年9月～2011年5月,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,选择以灰化苔草为建群种的洲滩湿地,采取收获法测定了灰化苔草4个生长季的地上、地下生物量及净初级生产力(NPP)。结果表明：1）苔草地上、地下生物量均具有明显的季节变化模式,变化范围分别为14608～1 77067 、1 80627～4 03256 g/m2;地下生物量与地上生物量的比例变化范围为208～1744,平均值为519。2）苔草地上地下生物量、NPP均表现为春季高于秋季。3）受洲滩淹水时间影响,苔草生物量、NPP具有显著的年际差异, 2010～2011年度苔草NPP仅相当于2009～2010年度的625%;NPP的下降地上部分较地下部分更明显。4）鄱阳湖湿地苔草固碳潜力巨大,2个年度固碳量分别为1 92383,1 23121 gC/m2     

黄河上游玛曲生态系统服务价值的估算和生态环境管理的政策设计

黄河上游玛曲草地生态系统的保护对整个黄河流域的生态安全意义重大。本文参考Costanza等人提出的方法和谢高地等人的研究成果估算了玛曲的生态系统服务价值，结果为96.25亿元／年，远高于经济产品1.93亿元／年的现价。基于草地资源可持续利用和牧民生活水平不断改善的要求，提出了以改变超载过牧为目标、以生态补偿为核心内容的草地生态系统管理的政策设计，生态补偿的标准应不少于0.93亿元／年。生态环境管理的政策内容主要包括：产业开发和产业转型、生态移民和牧民定居、草场管理、技术推广以及控制人口过快增长和促进社会进步等。     

基于GIS和RS的市域尺度下的植被NPP研究

在GIS和RS支持下,利用土地利用类型数据、地面气象数据和遥感影像数据,以青岛市为例,研究了市域尺度下的植被NPP空间分布特征.结果表明:青岛市NPP值为0~288 g·m-2·a-2,林地NPP值较高,耕地次之,建成区等区域最小.在小尺度区域内,NPP分布受土地利用类型影响较大,受气象因素影响较小.NPP模块在数据获取上比较容易,仅利用土地利用类型数据、地面气象数据和遥感数据就可以对陆地植被NPP进行计算,实际应用可操作性强.30 m分辨率植被NPP计算值更适宜于在市级小尺度区域内应用.     

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。     

西部生态脆弱区矿山不同开采强度下生态系统服务时空变化——以神府矿区为例

以神府矿区为例,选取土地利用、植被覆盖、土壤、气象等生态环境与统计数据指标,利用RS和GIS技术构建生态系统服务遥感测量评估指标体系,评估研究区2005-2015年生态系统服务变化及时空分布特征,进一步探究神府矿区不同开采强度对生态系统服务的影响并进行驱动力分析。研究结果表明:(1)2005年、2010年、2015年研究区的总生态系统服务分别为1.598×1010元、1.905×1010元、2.134×1010元,呈现逐年递增的趋势;(2)生态系统服务功能中水土保持价值比例最大,草地的单位面积生态系统服务价值最高,耕地、草地生态系统为该地区贡献了最多的生态系统服务价值;(3)研究区生态系统服务分布表现为由东北向西南逐渐降低的趋势,不同开采强度下的生态系统服务增长变化较为相似,煤炭开采区域生态系统服务未显著下降,整体较为平稳。对生态系统服务变化的驱动分析表明在近年来相对改善的气候环境与人工修复共同作用下,神府矿区生态系统服务未发生明显的缩减。此类半干旱生态脆弱矿区国土空间生态修复适宜通过主动的"保护性开发"以及"人工诱导+自然修复"为主的方式,避免大范围与高强度的水土扰动型治理,通过适度...