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净第一性生产力(NPP)在很大程度上决定着生态系统各营养层次之间物质迁移和能量转化的速率和方向,是能量转化研究的一个重要途径。喀斯特地区的生态环境脆弱,近几年来石漠化现象日益突出,定量研究喀斯特地区能量转化的规律,提高植被的能量利用率,成为改善喀斯特地区石漠化环境的关键点。
本研究依托遥感和地理信息系统手段,利用MODIS数据、气象数据及实验观测数据,在光能利用率模型的基础上,实现了喀斯特生态环境典型区——贵州省2001年植被净第一性生产力的估算;通过喀斯特地区与非喀斯特地区的对比,重点研究了喀斯特地区植被NPP的时空变化特征;分析了植被NPP与同期气温、降水的相关性,及对区域气候变化的响应机制,初步揭示了影响贵州植被NPP变化的气候驱动因子,得到以下主要结论。1.植被NPP光能利用率估算模型。在原光能利用率—过程混合模型的基础上,结合实际研究条件,对模型进行了简化;并与其它研究成果进行了对比,表明本研究的NPP估算模型能够比较真实地反映贵州省植被NPP的时空分布特征。
2.贵州省光合有效辐射的时空格局。通过对2005年8月—12月实验点辐射观测数据的统计分析,获得了光合有效辐射与太阳总辐射的比例关系为0.45;结合太阳总辐射的气候学估算模型,分析了贵州省2001年光合有效辐射量的时空变化特征。
3.贵州省植被NPP的时空格局。(1)2001年贵州省植被NPP的平均值为421.46gCm-2a-1,总量为7.41×107tC,占全国的3%左右。(2)植被NPP空间分布的纬度地带性和垂直地带性规律较明显,季节变化与当地气温及地表太阳辐射的季节变化基本相同,7月份最高约为71.1gCm-2,1月份最低约为12.8gCm-2。(3)喀斯特地区与非喀斯特地区的植被NPP在时空分布上存在明显差异,非喀斯特地区的植被NPP平均值高出喀斯特地区约13.3%;最高值和最低值均出现在7月和1月,但喀斯特地区比非喀斯特地区的整体波动性大。(4)喀斯特地区植被NPP的季相空间变化显著,石漠化较为严重的地区,其植被NPP明显小于其它地区,且季间差异较明显。
4.植被NPP与气候因子季节变化的相关性。NPP与气候因子季节变化的相关性很强。(1)NPP与温度的相关程度总体上北部高,南部低;喀斯特地区高,非喀斯特地区低;温度对西北部地区的植被生长具有较强的制约性。(2)NPP与降水的相关程度总体上贵州省东南部和西部相对较高;非喀斯特地区略高于喀斯特地区。(3)两种未来气候变化情景下,贵州植被NPP有不同程度的增减。在气温升高2℃,降水增加6%,太阳总辐射不变的情景下,NPP年总量由7.41×107tC减少到7.27×107tC;在太阳总辐射同时增加10%的情景下,植被NPP年总量则增加到7.94×107tC,增加了约7.2%;非喀斯特地区的变化量较喀斯特地区小,太阳总辐射不变时甚至出现负值;石漠化较为严重的中西部喀斯特山区,成为贵州省植被NPP增加程度最为明显的区域。