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基于MODIS数据的内蒙古陆地植被净第一性生产力遥感估算研究

包刚  
【摘要】: 植被是陆地生物圈的主体。植被净第一性生产力(Net Primary Productivity,简称NPP)是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量[2-3],是光合作用所固定的有机碳总量和自养呼吸消耗量之差,它不仅直接反映着植被群落在自然环境条件下的生产能力,而且还反映植被通过光合作用对大气中CO2的固定能力。因此NPP一直被认为是陆地生态系统碳循环和碳平衡的重要环节,判定生态系统碳汇和调节生态过程的主要因子和重要指标。内蒙古自治区位于我国北部边疆,总面积约118万km2,草地资源丰富,是我国面积最大的草原牧区。在过去的半个世纪中,由于人类活动和自然灾害的双重影响,致使该区草地严重退化,植被迅速减少,土地荒漠化,水土流失加剧,鼠虫灾害频发,沙尘暴肆虐,生态系统功能严重失调以及生产力不断下降等一系列重大环境问题日益突出,已对本地区人类生存及其可持续发展和我国西部大开发战略的实施构成严重威胁。 本文以光能利用率模型CASA模型为基础,利用2002~2006年间月最大值拟合的MODIS/NDVI数据、地面气象观测资料(月均温度、月降水量、月太阳总辐射)以及植被类型数据,在地理信息系统的支持下,对近五年生长季(4~8月份)内蒙古陆地生态系统植被净第一性生产力进行了遥感估算和评估研究。得到了以下主要结论: 1、从近五年(2002~2006年间)生长季(4~8月份)内蒙古陆地生态系统植被平均净第一性生产力的空间分布格局来看,内蒙古的陆地NPP是东高西底、北高南低,自西南向东北NPP呈逐级递增的分布趋势,这与该地区的水热条件和植被分布基本一致。NPP最高值主要分布在东北大兴安岭、赤峰西部和南部部分落叶阔叶林地区和与它相邻的草原地区以及兴安盟北部林区,NPP在450 gC/m2/yr以上。最低值主要分布在阿拉善盟隔壁和沙漠地区和水域区域,NPP只有0~50 gC/m2/yr之间,并很多地区的值都接近0。 2、从内蒙古陆地生态系统植被净第一性生产力的时间分布格局来看,自2002~2006年近五年(每年选用了4~8月份的NPP作为全年NPP进行分析)以来,生长季内积累的NPP总量总体上呈现出逐渐减少的趋势,但减少速度并不明显,属于短期波动。这主要可能与每年选用的5个月降水量有关,2004、2005和2006年5个月总降水量明显低于2002和2003年,NPP年际波动还受着其它很多各种自然和社会因素。每年4至8月份单位平均NPP基本在0~751.72 gC/m2/yr(单位应为gC/m2/5month,但由于每年5各月的NPP来代表全年NPP,因此本文生产力单位将选用gC/m2/yr)内波动,2002~2006年间,全区平均NPP值在209.01~257.32 gC/m2/yr之间,NPP总量在0.241~0.296 Pg C/yr(1Pg= 1015g)之间波动,平均总量为0.273 Pg C/yr。其中,2002和2003年的NPP总量最高,分别为0.296 Pg C/yr和0.295Pg C/yr,这两年NPP总量几乎相等,NPP总量最低值出现在2004年,为0.241 Pg C/yr。从月际变化来看,4~7月分的NPP的增长速度比较快,7月达到NPP的最高值,8月份的NPP较7月份低,只有7和8月积累的NPP占年度NPP总量的61.92%。 3、由不同植被类型的NPP来看,单位平均NPP值最高的为落叶阔叶林,达到了516.45 gC/m2/yr,其次是落叶针叶林,为386.44 gC/m2/yr,接着是疏林、农业植被、灌丛等,单位平均NPP都300 gC/m2/yr以上,常绿针叶林和草原的分别约为278.63 gC/m2/yr和262.05 gC/m2/yr,平均值最小为荒漠,只有52.43 gC/m2/yr。虽然近五年单位平均NPP从森林、农业植被、草原到荒漠地区有减少趋势的空间分布,但由于所覆盖的面积不同,NPP总量最高的是草原(面积最大),为1.52×1014gC/yr,占总量全区的55.68%。整个森林生态系统(落叶针叶林、常绿针叶林、落叶阔叶林和疏林)的总量为6.03×1013gC/yr,占总量的22.09%。从不同植被类型NPP年际变化特征来看,落叶针叶林和落叶阔叶林NPP有增长趋势,常绿针叶林、疏林、草原、灌丛和农业植被均有减少趋势。


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