APP下载

锡林郭勒盟地区不同草地类型生物量的年际变化规律研究

2014-08-15王晶杰王保林

安徽农业科学 2014年18期
关键词:第一性草甸降雨量

王晶杰,王保林

(内蒙古草原勘察规划院,内蒙古呼和浩特 010051)

植被生物量是绿色植物通过光合作用固定太阳能,单位面积干物质重量或总内能的储存量[1]。生物量作为地表碳循环的重要组成部分,不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力,而且表征陆地生态系统的质量状况[2-3]。近几年来生物量建模及其应用得到迅速发展,生物量由净第一生产力(Net Primary Productivity,NPP)可得出,一系列大尺度的生物量估算模型相继出现[4],其中基于资源平衡理论的以CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型为代表的光能利用率模型由于与卫星遥感技术相联系而成为NPP模型研究的一个主要发展方向。CASA模型是一个充分考虑降雨、日照等条件和植被本身特征的光能利用率模型。植被NPP的时空变化受气候、人类活动等因素的强烈影响。近年来对NPP的研究取得了很大进展,如赵俊芳等[5]利用FORCCHN优化模型模拟了我国东北地区森林生态系统NPP;赵国帅等[6]等利用GLOPEM-CEVSA模型对东北地区植被NPP变化的时空特征及主要影响因素进行分析;高清竹等[7]对1981~2004年的藏北地区NPP时空变化及制约因素做了系统分析;吴楠等[8]分析了不同植被类型NPP的年际变化规律。

锡林郭勒地区是内蒙古自治区的主要畜牧业生产基地,该地区生态系统较脆弱[9-10]。近年来,由于自然和人为因素的双重影响,草地大范围退化,产量下降,已成为当地经济、社会、生态发展的制约因素[11-14]。为此,笔者采用遥感模型——CASS模型估算该地区草地植被净第一性生产力,分析其变化规律,以期为锡林郭勒地区草地资源的可持续利用、改善和保护草地生态环境、气候变化等研究提供理论依据[15]。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 锡林郭勒草原位于内蒙古中部,包括我国地带性草原及隐域性草原的大部分类型,是欧亚草原区亚洲中部亚区蒙古高原草原区域的一个重要组成部分,是内蒙古草原的主体,又是生态环境敏感和脆弱的地区,也是土地退化现象较严重的地区。该地区属中温带干旱、半干旱大陆性气候。

1.2 数据来源及前期处理

1.2.1 气象数据。由于锡林郭勒地区气象站少,该研究利用全国700个气象站点多年(2009~2013年)逐月降水量、气温和日照时数,进行空间插值来获得气象数据空间分布图,然后得出该地区的气象数据。

1.2.2 遥感数据。模型中的FPAR和NDVI数据采用MODIS提供的产品数据集,对其进行月最大值合成,并进行投影使其符合内蒙古植被类型图的坐标。

1.3 生物量计算 地上生物量计算公式为:

式中,NPP由CASS模型模拟计算得出,可视为已知;LBGB为活根系生物量占总根系生物量的比例,可视为已知;对于BGB和ANPP,一般可根据草地类型分别设定其数值,因此可视为已知。

2 结果与分析

2.1 生物量年际变化与降雨量关系分析 由图1可知,前3年生物量变化幅度不大,2010和2011年基本维持在一个水平线上,2012和2013年变化幅度较大,2012年生物量处于最高;生物量变化规律和降雨量曲线变化规律基本一致,说明生物量和降雨量有很强的相关性。

图1 2009~2013年生物量与降雨量变化规律

由表1可知,2009~2013年草甸草原的生物量都是最高的,典型草原次之,荒漠草原最低。典型草原生物量在2012年处于最高水平,2010和2011年变化幅度很小;草甸草原的生物量在2013年处于最高,逐年递增;荒漠草原的生物量和典型草原的生物量变化规律一致,但是除2012年外,其他4年的生物量值很接近。2009与2011年,草甸草原的生物量分别是典型草原的1.84、1.88倍,较接近;而2009和2010年草甸草原生物量分别是荒漠草原的2.58、2.59倍,基本相同;2010和2012年典型草原的生物量是荒漠草原的1.54倍,处于一个水平线上。

表1 2009~2013年不同草地类型的生物量变化规律 kg/a

图2 不同草地类型生物量与降雨量的变化规律

2.2 不同草地类型的生物量与降雨量的关系分析 由图2可知,三大草地类型(典型、草甸、荒漠草原)生物量与降雨量有密切联系,二者的波动趋势处于一致,降雨量的地域性差异显著,草甸草原的生物量在2013年最高,其余草地类型的生物量都是在2012年处于最高水平。

3 结论与讨论

生物量可以反映植被结构与功能的变化,生物量的研究一直受到许多学者的重视。利用遥感模型估算生物量具有方便快捷的优点,研究区地形复杂多变,易形成小气候,生物量研究易受局部地形的影响。不同草地类型的生物量在2009~2013年的变化幅度不尽相同,降雨量是影响其变化的重要因子之一。该研究未涉及温度、地形等因子的影响,从而在一定程度上降低了估算生物量的精确度。

生物量与降雨量关系密切,生物量的年际波段趋势与降雨量一致,草地类型间的生物量变化规律与降雨量也有密切联系。草甸草原的生物量值在2013年处于最高,其余类型的生物量在2012年均处于最高水平。

[1]孙睿,朱启疆.中国陆地植被净第一性生产力及季节变化研究[J].地理学报,2000,55(1):36 -44.

[2]沈禹颖,阎顺国,朱兴运,等.河西走廊几种盐化草地第一性生产力的研究.地上生物量与地下生物量季节动态及分配[J].草业学报,1995,4(2):44-50.

[3]周广胜,张新时.自然植被净第一性生产力模拟初探[J].植物生态学报,1995,19(3):193 -200.

[4]刘明春,马兴祥,尹东,等.天祝草甸草原草场植被生物量形成的气象条件及预测模型[J].草业科学,2001,18(3):65 -68.

[5]赵俊芳,延晓冬,贾根锁.1981-2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟[J].应用生态学报,2009,20(2):241 -249.

[6]赵国帅,王军邦,范文义,等.2000-2008年中国东北地区植被净初级生产力的模拟及季节变化[J].应用生态学报,2011,22(3):621 -630.

[7]高清竹,万运帆,李玉娥,等.基于CASA模型的藏北地区草地植被净第一性上产力及其时空格局[J].应用生态学报,2007,18(11):2526-2532.

[8]吴楠,高吉喜,苏德毕力格,等.长江上游植被净初级生产力年际变化规律及其对气候的响应[J].长江流域资源与环境,2010,19(4):390-396.

[9]吴新宏,董永平,刘同海,等.草原生态保护与建设的综合分区与规划研究[J].中国草地,2004(5):49-53.

[10]TUCKER C J,VANPRAET C L,SHARMANM J.Satellite remote sensing of total herbaceous biomass production in the Senegalese Sahel:1980-1984[J].Remote Sensing of Environment,1985,17:233 -249.

[11]黄德华,陈佐忠,张鸿芳.贝加尔针茅、克氏针茅、线叶菊草原地下生物量的比较研究[C]//内蒙古草原生态系统定位站.草原生态系统研究(2).北京:科学出版社,1988:122 -131.

[12]陈世,李银鹏,孟军,等.内蒙古几种针茅特性和生态地理分布的研究[J].内蒙古农牧学院院报,1997,18(1):40 -46.

[13]HUI D F,JACKSON R.Geographical and interannual variability in biomass partitioning in grassland ecosystems:asynthesis of field data[J].New Phytologist,2006,169:85 -93.

[14]CAIRNS M A,BROWN S,HELMER E H,et al.Root biomass allotation in the world's upland forests[J].Oecologia,1997,111:1 -11.

[15]王宗明,梁银丽.植被净第一性生产力模型研究进展[J].西北林学院学报,2002,17(2):22 -25.

猜你喜欢

第一性草甸降雨量
The world's narrowest river
青藏高原高寒草甸的空气动力学粗糙度特征
山地草甸
降雨量与面积的关系
AuBe5型新相NdMgNi4-xCox的第一性原理研究
SO2和NO2在γ-Al2O3(110)表面吸附的第一性原理计算
武功山山地草甸的成因调查
W、Bi掺杂及(W、Bi)共掺锐钛矿TiO2的第一性原理计算
缺陷和硫掺杂黑磷的第一性原理计算
洞庭湖区降雨特性分析