基于MODIS的大别山区NPP及NDVI时空动态及相关性研究

利用2000—2019年MOD13Q1 NDVI和MOD17A3 NPP遥感数据，在GIS空间分析技术支持下，利用相关分析、回归分析等方法，分析了该时段内大别山区归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)与植被净初级生产力NPP(Net Primary Productivity)的时空变化特征，探讨了该区NPP与NDVI之间的相关性。研究结果表明：(1)近20年来大别山区NDVI变化于0.73～0.81,多年均值为0.78,空间分布上呈现出由中心向四周边缘递减的趋势，大别山区在研究时段内植被NDVI呈现出波动上升的趋势，78.88%的大别山区植被处于改善趋势。(2)NPP均值为497 g/(m²·a),变化于402～576 g/(m²·a),整体上呈现出“中间高、边缘低”的空间分布特征。自2000年以来，大部分区域的NPP都呈增加的趋势。(3)NPP与NDVI在时间变化上呈显著正相关，空间分布上绝大部分区域呈正相关，但不同植被类型上相关系数有所差别，其中针叶林的最高，其次为阔叶林、灌...     

基于CASA模型长江流域植被NPP时空演变及与地形因子的关系

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)是评价生态系统固碳能力的重要指标。长江流域作为中国重要的农业生产区和生态安全屏障，深入开展长江流域植被NPP时空变化特征的研究，对了解流域植被生长情况和生物固碳能力具有重要意义。基于CASA模型，反演长江流域植被NPP,分析长江流域2001—2018年不同时空尺度下的植被NPP的演变特征以及与地形因子的关系。结果显示：CASA模型对于长江流域植被NPP的反演效果较好，可以反映研究区的植被NPP的实际状态，长江流域多年植被NPP为572.72 gC/(m²·a)。时间上，长江流域植被NPP年际变化可分为2个阶段，2001—2007年NPP年均值变化明显，呈波动式上升；2008—2018年相对变化趋于平稳，植被NPP年内变化层次感比较明显，夏半年(4—9月)NPP月均值较高，对全年NPP总量的贡献率为77.61%。长江流域植被NPP空间格局上具有明显的差异性，总体呈现自西北向东南递增，长江流域在18年间植被NPP增加的面积大于减少的面积，NPP增加趋势主要分布在岷沱江水系南部、嘉陵江水系西部...     

河北省2001-2010年植被NPP时空变化及与气候因子相关性分析

利用中分辨率成像光谱仪MODIS (moderate resolution imaging spectroradiometer)的MOD17A3数据集及气象数据,采用一元线性回归法及相关系数法对河北省2001-2010年植被净初级生产力(NPP)时空动态变化及与气候因子的相关性进行了分析.结果表明:河北省植被NPP多集中在200～400 g/(m2·a).从时间上看,10年间NPP年均值和最大值呈现一定的波动性变化,并呈下降趋势.2004年NPP均值最大,为356.42g/(m2·a),其次是2008年,为314.87 g/(m2·a),2001年最小,为225.13 g/(m2·a).从空间上看,河北省北部年均NPP值呈现从东向西递减、西部从南向北递减的趋势,中部太行山东部分布有1个NPP高值带.2001-2010年10年间河北省植被NPP在0.01检验水平下呈减少趋势的区域占全区植被面积的48.79％,增加的区域占45.54％,大部分地区呈减少趋势.NPP与气温和地温主要为负相关,与降水主要为正相关.总体上看,NPP与地温的相关性最高,与气温的相关性最低,但在局部地区并非如此.     

基于RS和GIS的楚雄州森林植被净第一性生产力估算

基于RS、GIS技术和TM影像,采用中国天然森林植被净第一性生产力模型,估算楚雄州森林植被NPP数值及其时空分布变化,结果表明=1990年楚雄州森林植被NPP的值为9．12×/t DW／a,分布比较均匀;2000年楚雄州森林植被NPP的值为2．68×107tDW／a,分布呈现从西北向东南递减的趋势;2000年整个楚雄州森林植被NPP值都小于1990年,单位面积的平均NPP最高值相差约25tDW／（hm2·a）,总量相差为6．44×107tDW／a,表明楚雄州森林植被净第一性生产力在这10年里下降了。     

夏热冬冷地区绿化屋顶节能与生态效益研究

【目的】研究夏热冬冷地区绿化屋顶的节能效益,分析包括固碳释氧、空气净化、水源涵养和节能减排4个方面的生态效益。【方法】以无锡地区有无绿化的屋顶为研究对象,对比绿化屋顶的保温隔热及节电效果,并进行屋顶绿化生态效益的量化分析。【结果】在冬季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别高2.5 ℃和5.5 ℃,通过屋顶的热流相对减少36.4%,绿化房间空调日平均节电量为0.90(kW·h); 在夏季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别低3.1 ℃、5.6 ℃,通过屋顶的热流相对减少48.6%,日平均空调节电量为4.23(kW·h)。计算可得,绿化屋顶每年可节约空调用电量15.39(kW·h)/m²; 佛甲草屋顶绿化可创造的固碳释氧效益为1.887元/(m²·a),净化空气效益为2.45×10^-2元/(m²·a),涵养水源效益为0.957元/(m²·a),节能效益可达到12.875元/(m²·a),减排效益达9.613元/(m²·a),综合生态效益是25.357元/(m²·a),动态投资回收期为7 a。【结论】屋顶绿化在冬季可提高屋顶内外表面温度,在夏季降低屋顶内外表面温度,减少通过屋面的热流,达到保温隔热和降低空调能耗的节能效果。屋顶绿化的生态效益显著,投资回收期短,应予以政策鼓励和支持。     

茂兰喀斯特原生林细叶青冈树干液流环境响应特征

【目的】研究喀斯特森林细叶青冈树干流特征及其与环境因子的关系。【方法】基于热扩散技术的液流探针和Campbell自动气象站,测定了贵州茂兰地区2012年3月至2014年2月喀斯特原生细叶青冈林(Cyclobalanopsis gracilis)的树干液流和气温、降水等环境因子。分析液流速率在不同天气(晴天、阴天和雨天)、不同季节条件下的变化过程及特征,及其对环境因子的响应。【结果】整个观测期内,青冈日平均液流速率(5.78±0.19)g/(m²·s),不同天气日平均液流速率(g/(m²·s))依次为:晴天(10.35)>阴天(3.28)>雨天(3.16)。青冈日平均液流通量(3.37±0.11)kg/d,阴天和雨天日液流通量分别仅为晴天(6.03 kg/d)的31.7%和30.6%。各季节的日平均液流速率(g/(m²·s))表现为:夏季(8.28±0.38)>秋季(6.75±0.38)>春季(6.11±0.34)>冬季(1.91±0.15)。空气相对湿度(RH)与液流速率呈负相关,光照、饱和水汽压差(VPD)、气温(Ta)、土壤含水量等与液流速率呈正相关。【结论】在不同天气条件或季节,各环境因子对液流速率的影响程度不同。光照、VPD、RH、Ta是影响细叶青冈液流速率最主要的因子,土壤轻度干旱对细叶青冈液流速率没有影响。     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

黑龙江省气象因子插值优化及与落叶松NPP相关性分析

【目的】通过比较不同插值方法模拟黑龙江省气象因子,利用最佳插值结果,探寻落叶松样地气象因子与森林植被净初级生产力(NPP)的关系,为黑龙江省落叶松林的生产经营和管理提供科学参考。【方法】以黑龙江省2010年生长季(5—9月)气象因子(日平均气温、日降水量)及1 521块落叶松林固定样地数据为数据源,分别使用反距离加权(IDW)、普通克里金(OK)、多元线性回归(MLR)和混合插值法(包括回归反距离加权(RIDW)和回归克里金(RK))5种插值方法对生长季月均气温和月均降水量进行插值及比较,以最佳插值方法得到黑龙江省2010年生长季月均气温和月均降水量空间分布。根据东北地区树种生物量异速模型估算落叶松样地单位面积森林地上生物量(AGB)和净初级生产力,并与样地气象因子进行相关性分析。【结果】5种插值方法中RK的生长季月均气温和月均降水量均方根误差(RMSE)分别为0.420和10.110,均优于其他插值方法。生长季月均气温由南至北降低的同时落叶松NPP随之降低,月均降水量自西向东增大,落叶松NPP随之升高。生长季月均气温、月均降水与NPP的Pearson相关系数分别为0.221和0.241,二者P值都小于0.01,呈极显著相关。【结论】考虑地形因子和多元回归模型结果残差的RK方法可以更好地模拟黑龙江省生长季月均气温和月均降水量。生长季落叶松NPP在经、纬度方向上分布趋势与气温、降水量相同,且落叶松NPP与生长季月均气温和月均降水量均有一定相关性,其中与降水量相关性更为明显。     

苏南城市中心区屋顶绿化适建性及生态价值评价

【目的】评估城市屋顶资源进行绿化建设的可行性并评价其生态价值,从可持续角度安全地开展屋顶绿化建设,帮助规划与管理者进行屋顶绿化的管理与决策。【方法】以江苏省常州市新北中心区为例,构建屋顶绿化适建性指标体系,运用遥感影像收集指标数据,应用Arcmap软件的叠图法和重分类法进行屋顶绿化的适建性评估; 使用市场价值法评价屋顶绿化的空气质量、固碳释氧、降温节能、雨洪调节4方面的生态价值。【结果】研究区域内15.05 万m²的屋顶面积中7.26万m²适建屋顶绿化,其中适建密集型1.96万m²,混合式约4万m²,拓展型约1.3万m²; 研究区屋顶绿化生态功能价值为16.87元/(m²·a)。【结论】该评估方法能够全面分析研究区域内屋顶绿化建设的可行性与可持续性,有助于提高城市建筑屋顶的使用效率。     

漓江上游水源林地区植被净初级生产力的时空变化

为了定量评估漓江上游水源林地区植被的恢复状况,在森林叶面积指数、生物量等观测数据的基础上,提出多植被指数和地形因素输入神经网络估算山区复杂地形森林叶面积指数方法,修正BEPS模型参数,利用模型和Landsat卫星时序数据估算年净初级生产力NPP,并分析时空变化规律.结果表明,2000～2016年研究区植被NPP整体保持较高数值,年NPP均值在400～500g C/(m~2·a),以阔叶林最高,次之为竹林,针叶林远低于阔叶林.随高程的上升,NPP呈先增后减的变化趋势,在海拔1 300m～1 400m达到最高值.高程每上升100m,年均NPP在海拔400～1 200m增加约10g C/(m~2·a),在海拔1 600～1 800m、1 800～2 100m分别减少约15g C/(m~2·a)、20g C/(m~2·a).归一化年NPP在0.7～1.0的高值区面积比例由2000年的26.9%逐渐上升,到2010年达到43.3%后略有下降,维持在40%左右,而数值在0～0.4的低值区面积比例由15.3%逐渐下降,保持低于10%.年太阳辐射的增加,年降水量的减少,将导致年NPP的增加,且年太阳辐射的影响强于年降水量.研究区森林植被尤其是部分阔叶林逐渐得到恢复.     

基于森林资源清查数据的江西省主要森林类型净生产力研究

【目的】基于江西省2011年和2016年的森林资源清查数据,分别估算不同森林类型的净生产力,为森林资源科学经营提供依据。【方法】以江西省2011年和2016年两期森林资源清查数据为样本,采用生物量回归模型法,在样木水平上计算单木生物量、累计样地水平生物量并扩大到总体水平,测算乔木层生物量的生长量和枯损量,结合乔木层生物量结果估测灌木层和草本层,并估算不同森林类型的净生产力。【结果】综合考虑森林乔木层生长与枯损、林下灌木层、草本层生物量,基于复位样木,由单木生物量模型得到样地生物量,进而计算江西省主要森林类型的净生产力,得出阔叶混交林的净生产力最高,针阔混交林次之,而针叶林和阔叶纯林的净生产力较低。2011—2016年,江西省森林平均净生产力为7.28 t/(hm²·a),阔叶混交林净生产力最高为11.26 t/(hm²·a)。【结论】在国家标准框架下的森林净生产力估算模式,可为更大范围内、统一标准下客观准确评估森林净生产力提供参考。     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

长江流域安徽段生态系统服务价值与景观生态风险时空演变及其关联分析

【目的】综合运用生态系统服务价值和景观生态风险评估,更好地为长江流域安徽段可持续发展提供决策支持,也为跨江区域生态环境管护提供一定参考。【方法】基于1995年、2005年和2015年安徽省土地利用数据,采用生态系统服务价值评估、景观生态风险评估和双变量空间自相关模型等方法,分析长江流域安徽段生态服务价值、生态风险时空变化及其关联特征。【结果】①1995—2015年研究区总生态系统服务价值呈减少趋势,减少率为0.54%;研究区以较高和中等生态服务价值等级为主,主要分布在长江沿岸、大别山区及皖南山区。②近20年长江流域安徽段生态风险整体呈升高趋势,以中、较低和低生态风险等级为主;空间上,较高和高风险区主要分布在长江沿岸及巢湖区域,并由集聚分布趋于连片扩张。③长江流域安徽段单位面积生态系统服务价值与生态风险之间存在空间正相关性,主要关系为高价值-高风险相关,即生态服务价值高的区域也是生态环境比较脆弱的区域,应特别关注。【结论】必须重视对湿地和林草景观的保护,加强以长江沿岸、巢湖区域为主的湿地生态保护和对大别山、皖南山区自然山体林草景观的保护与修复,将对提高长江流域安徽段生态系统服务功能和保护长江生态环境起着重要作用。     

2000年—2015年长江流域植被GPP时空变化特征及其驱动因子

长江流域生态系统环境脆弱敏感,该区域植被变化受到气候变化以及人类活动等多种因素的影响.基于MODIS GPP数据,运用一元线性回归趋势分析方法对2000年—2015年长江流域植被GPP时空变化趋势进行了研究,并结合气象数据、土地利用变化数据等探讨了其驱动因素.结果表明：1) 长江流域GPP整体呈现西低东高的空间分布格局.2000年—2015年长江流域GPP在整体上呈波动增加趋势,年际变化介于919.90～ 1 051.48 g C·m－2·a－1之间,多年均值为985.11 g C·m－2·a－1.2) GPP增加区占流域总面积的4.69%,主要集中分布在甘肃省南部、陕西省南部、河南省西南部、湖北省西北部、云南省和贵州省交界地带等;GPP减少区占流域总面积的1.28%,主要集中分布在长江入海口周围的苏南地区及上海市,长江沿线的大城市,如重庆市、武汉市及周围地区,GPP退化较显著;汉江、金沙江石鼓以下、嘉陵江3个二级流域的GPP增加明显,太湖水系和湖口以下干流区域GPP则降低明显.3) 耕地转化为建筑用地是GPP损失的主要土地利用转移方式,草地转化为林地则是GPP增加的主要土地利用转移方式.该研究将对长江流域生态环境建设和可持续发展起到一定指导作用.     

喀斯特断陷盆地土地利用对生态系统生产力的影响

为了客观地评估断陷盆地土地利用对生态环境的影响, 从生态系统服务变化反映更深层次的人地之间复杂关系, 本文基于断陷盆地多时间序列土地利用数据和陆地植被净生产力(NPP), 阐明断陷盆地NPP时空变化趋势, 揭示多年间土地利用变化的地类层次变化特征; 运用生命周期评估方法, 定量地分析土地占用和土地转化对石漠化地区陆地植被净生产力的影响, 探讨石漠化治理的生态效益。结果表明: 1) 2000—2015 年间, 断陷盆地大部分区域NPP变化不显著, 少部分区域变化显著, 以上升趋势为主; 2) 在6种地类中, 林地变化平稳, 建设用地增加趋势活跃且强烈, 草地减少趋势活跃且强烈; 3) 林地占用潜在植被生产力与现有NPP之间的差值由西向东逐渐增加, 与林地占用面积减少的空间分布一致, 林地分布影响林地植被净生产力水平; 4) 研究区北部植被自然生长情况较好, 东部地区六盘水市、普安县和陆良县石漠化区域林地植被存在一定程度的天然退化, 林地生态恢复工程效果不明显; 5) 研究区80%的土地转化类型使得NPP增益, 其中使NPP明显提升、有效而普遍的方式是草林转换和退耕还林; 林地转为建设用地则对NPP的损害最大。     

长白山阔叶红松林净初级生产力对气候变化的响应: 基于BIOME-BGC模型的分析

为了分析气候变化和大气CO₂浓度增加对长白山阔叶红松林净初级生产力(NPP)的影响, 运用本地参数化后的BIOME-BGC模型进行模拟, 并以实测NPP和增强型植被指数(EVI)进行验证。模拟结果表明, 长白山阔叶红松林NPP均值为611.71 gC/(m²•a), 1960-2011年年际间的波动范围是473.28~703.44 gC/(m²•a)。模拟结果与基于样地实测的NPP (均值为594.66 gC/(m²•a))相似; 同时, BIOME-BGC模型模拟的NPP年际间变化趋势与EVI的波动趋势相似, 二者间存在显著的相关关系, 表明模型能较好地模拟生产力的时间动态。模拟表明, 红松的NPP与降水关系更为密切, 而阔叶树NPP与温度、降水都呈显著的正相关。模型预测, 在未来CO₂浓度加倍和温度、降水同时增加的场景下, 长白山阔叶红松林NPP将显著增加, 其中阔叶树和红松的NPP将分别增加27.87%和23.96%。单独增加温度(2℃)或单独增加降水(12%)都能促进阔叶树和红松NPP的增加, 其中降水的作用弱于温度的作用, 而单独CO₂浓度的倍增对阔叶树和红松的NPP没有明显的影响。     

湖南省县域森林生态安全评价与时空分析

【目的】评价湖南省县域森林生态系统的安全程度,为生态保护政策制定提供依据。【方法】以湖南省122个区县为样本,运用模糊物元法和空间相关分析,并采用ArcGIS软件和GeoDA软件评价湖南省2000年、2005年、2010年和2015年的森林生态安全。【结果】从空间分布来看,森林生态安全等级最高区域一般分布在湖南省西北部和东南部,而最差区域一般分布在湖南省北部洞庭湖平原一带; 从总体趋势来看,湖南省森林生态安全形势不容乐观,原因在于能源消耗量居高不下; 从时间变化来看,湖南省97.54%的县域森林生态安全指数都呈现比较明显的下降趋势; 从空间相关性来看,湖南省各区县森林生态安全指数呈现比较显著的集聚性,森林ESI(生态安全指数)的高值区县被周围高值区县包围(high-high)的集聚区县一般分布在湖南省南部和东部,而低值区县被低值区县包围(low-low)的集聚区县一般分布在湖南省北部。【结论】针对以上的空间分布结构,各地政府可以采取相应政策:在high-high集聚区县严格限制高污染、高能耗的产业发展; 在low-low集聚区县应加强森林植被的恢复工作; 在低值区县被高值区县包围(low-high)的集聚区域应积极开展森林保护和自然保护区的建设等工作; 在高值区县被低值区县包围(high-low)的集聚区县可因地制宜发展林木产品加工业。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤微生物群落特征的影响

【目的】探究氮沉降增加对阔叶红松(Pinus koraiensis)混交林土壤微生物群落特征的影响。【方法】对阔叶红松林进行模拟氮沉降实验,设置对照(N0,0 kg/(hm²·a))、低氮(N1, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N2, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N3, 120 kg/(hm²·a))共4组处理,在实验样地内采集0～10 cm、≥10～20 cm土层中的土壤,测定土壤微生物生物量碳(SMBC)及土壤微生物生物量氮(SMBN)含量及变化。【结果】① 模拟氮沉降未改变SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的垂直分布; SMBC、SMBN在生长季月动态曲线均为以8月中旬为峰值的单峰型曲线,SMBC/SMBN的曲线波动较大,0～10 cm土层以N0处理的结果波动范围最小(2.83～6.97)。② 模拟氮沉降仅对0～10 cm土层6、8月中旬的SMBC以及5、6、8月中旬的SMBC/SMBN有显著影响(P<0.05),而对SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的生长季平均值无显著影响。【结论】模拟氮沉降对阔叶红松林土壤微生物生物量的影响仅在个别月份中表现明显,而对于整个生长季而言,更长时间的模拟氮沉降实验才可能对土壤微生物生物量产生明显的影响。     

碳氮比改变对崇明东滩湿地反硝化与硝态氮氨化的影响

【目的】分析自然和人为活动加速影响下沿海湿地土壤碳氮比变化对硝态氮还原过程的影响。【方法】以崇明东滩典型滨海湿地为例,采集4种不同覆被类型下沉积物样品,添加C₆H₁₂O₆或KNO₃溶液,使沉积物有机碳与硝态氮比例($C/NO_3^--N$)增大30%和减小30%,借助 ¹⁵N同位素稀释技术,研究反硝化(Den)与硝态氮氨化(DNRA)的变化特征。【结果】$C/NO_3^--N$的升高或降低均引起芦苇和互花米草覆被下沉积物Den和DNRA速率的显著下降(P<0.05)。芦苇覆被下Den速率从原土的10.1 μg/(kg·h)降至1.0~3.1 μg /(kg·h),互花米草覆被下Den速率从原土的3.4 μg /(kg·h)降至0.3~0.4 μg /(kg·h)。相比较而言,芦苇植被下DNRA速率从原土的21.9 μg /(kg·h)降至12.7~14.5 μg /(kg·h),互花米草覆被下从原土的42.6 μg /(kg·h)降至3.1~5.8 μg /(kg·h)。【结论】4种覆被下沉积物DNRA/Den值均大于1,表明DNRA是湿地硝态氮还原的主要途径。与$C/NO_3^--N$减小相比,$C/NO_3^--N$增大使$NO_3^--N$的还原更趋向DNRA过程。崇明东滩湿地$C/NO_3^--N$的波动(±30%)可能并不会导致沉积物N₂O排放的显著增加。