高寒草甸草原净初级生产力对气候变化响应的模拟     

耿元波  王松  胡雪荻 《草业学报》2018,27(1):1-13

利用1957-2014年气象数据和1998-2014年实测数据驱动CENTURY模型模拟海北高寒草甸草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并利用典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景下5个大气环流模型的气候情景数据来模拟未来气候变化和CO₂浓度变化对草地生态系统ANPP的影响。结果表明:1)研究地点1998-2014年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.67,均方根误差为19.62 g·m^-2,CENTURY模型适用于模拟气候变化对高寒草甸草原影响的研究。2)过去50多年,高寒草甸草原的年平均最低气温、最高气温和年平均气温都呈极显著的波动上升趋势(P<0.01),年降水量年际波动特征比较明显,降水主要集中在植被的生长季。过去50多年,高寒草甸草原ANPP平均值达到271 g·m^-2,总体变化趋势为增加,但变化趋势不显著(P>0.05)。3)与基准时段(2001-2014年)相比,高寒草甸草原未来2030s(2015-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2099年)时段多模型年平均降水量、年平均温度、年平均最低和最高温度变化率均为正值。不考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.21%,11.53%,17.78%和8.34%,21.68%,40.32%;考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.89%,14.29%,24.28%和11.57%,31.74%,57.29%。考虑和不考虑CO₂肥效的情况下,5个大气环流模型引起的模拟结果的不确定性都在合理范围之内,多大气环流模型与CENTURY耦合模拟的ANPP结果较为一致。  相似文献   

典型草原净初级生产力对气候变化响应的模拟   总被引：1，自引：0，他引：1  

王松  耿元波  母悦 《草业学报》2016,25(12):4-13

本研究利用1953-2014年气象数据和1998-2013年实测数据驱动CENTURY模型模拟内蒙古典型草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并分析影响其动态变化的气象因素。结果表明,1)研究地点1998-2013年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.79,均方根误差为25.92 g/m²,CENTURY模型适用于模拟气候变化对内蒙古典型草原影响的研究。2)模型参数敏感性分析得出模型中的主要参数分别是研究地点土壤理化性质、草地植物生长的潜在生长力系数、植物生长最适和最高温度,这些参数的确定决定着模型模拟结果的准确度。3)1953-2014年,内蒙古锡林浩特的气温呈现极显著增加的趋势(P<0.01),主要是年平均最低气温明显上升;降水呈明显的年际波动,变异系数为30.2%。4)1953-2014年模拟的ANPP呈减少的趋势,但是变化趋势不显著(P>0.05)。通过相关性分析得到,降水是影响ANPP变化的主要因素,年降水量与ANPP的相关系数r值达到0.959(P<0.01),温度与ANPP呈弱相关性。  相似文献   

浑善达克沙地地上净初级生产力动态及对气候变化的响应     

李永利  张存厚  王英  张立  温建伟 《草业科学》2021,38(1):1-11

利用2004?2018年多伦县生态气象观测站牧草观测资料，对CENTURY模型进行参数初始化和适用性检验，模拟了浑善达克沙地1961?2018年地上净初级生产力(above-ground?net?primary?production, ANPP)动态。模型检验结果显示，观测值与模拟值的决定系数R2 = 0.78，斜率b = 1.04，P < 0.01，误差平方根值为25.23 g·m?2，平均绝对百分比误差为45.76%。检验结果表明，CENRUTY模型可以较好地模拟浑善达克沙地地上生物量的动态变化。通过对1961年以来研究区气候变化的分析，发现该地区年平均气温与年极端最高气温均呈增加态势，且增加趋势显著，增加速率分别为0.4和0.3 ℃·(10 a)?1。年降水量与生长季降水量年际波动较大，变化趋势均不明显。ANPP年际间波动明显，但无明显变化趋势。通过因子分析法发现，增温是沙地气候变化的主要特征；Pearson相关分析表明，ANPP与生长季降水量、年极端最高气温呈极显著相关关系，牧草主要生长季降水量与年极端最高温度是影响浑善达克沙地ANPP的关键气象因子。  相似文献   

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟     

李东  罗旭鹏  曹广民  吴琴  卓玛措  李惠梅  杨永梅  庞炳坤 《草业学报》2015,24(7):1-11

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。  相似文献   

祁连山北坡天然草地地上生物量及其与土壤水分关系的比较研究   总被引：9，自引：3，他引：6  

黄德青  于兰  张耀生  赵新全 《草业学报》2011,20(3):20-27

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这5种天然草地地上生物量观测结果显示,地上生物量在5类草地植物群落间差异显著(P＜0.05),其季节动态规律均表现为单峰型,在8月下旬达生物量峰值。5种草地类型地上生物量以山地草甸(100.24 g/m²)最高,其他依次为山地草甸草原(71.24 g/m²)、山地草原(70.20 g/m²)、高寒草原(52.40 g/m²)和山地荒漠草原(20.44 g/m²);用Logistic方程模拟的地上生物量增长曲线表明5类草地群落地上生物量均未达到其环境最大容纳量。不同草地类型地上生物量与降水量、土壤平均含水量的累加值均呈正相关关系。在各种类型草地中,不同土层含水量对地上生物量的影响均不同,根系主要分布层内的含水量与地上生物量显著相关(P＜0.05)。  相似文献   

祁连山北坡天然草地地下生物量及其与环境因子的关系   总被引：7，自引：1，他引：6  

黄德青  于兰  张耀生  赵新全 《草业学报》2011,20(5):1-10

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这五类天然草地地下生物量及与环境因子关系的分析结果显示,五类草地的地下生物量除山地草原、山地草甸草原和高寒草原无显著差异外,其他各类草地间差异显著(P＜0.05),均呈“T”形分布,且随土层深度的加深呈指数形式递减;地下生物量季节变化在高寒草原表现为“W”型变化规律,其他各类草地均呈“N”型变化规律,且随土层深度的加深依次减小;地下净生产量大小依次为山地草甸(546.84 g/m²)＞山地草甸草原(410.76 g/m²)＞山地草原(358.12 g/m²)＞高寒草原(301.33 g/m²)＞山地荒漠草原(81.68 g/m²),地下生物量的周转值均在45%以上;五类草地地下生物量与水热因子的关系为负相关关系,但均没有达到显著相关水平(P＞0.05)(除山地荒漠草原外), 但在水热条件较好的7-8月份,五类草地地下生物量与水热因子的相关性(正相关或负相关)均达极显著水平(P＜0.01),而在其他月份,不同类型草地地下生物量对环境因子的响应存在较大差异。  相似文献   

基于Daycent模型的三江源地区草地NPP估算及其对气候变化的响应     

朱美婷  张美玲  贾晓楠  聂雅梅  曹瑞红  罗上学  李晓娟 《草原与草坪》2023,(2):13-21

【目的】探求1971-2020年草地NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。【方法】基于Daycent模型估算三江源地区草地NPP,结合同期温度和降水数据,运用多元回归分析法进行分析。【结果】1)三江源地区草地NPP多年的年平均值为168.10 gC/m²,空间上呈现东高西低,南高北低的格局。2)高寒草甸类年均NPP为227.44 gC/m²,高寒草原类年均NPP为117.23 gC/m²。3)当降水量小于450 mm时,温度与草地NPP呈正相关;当降水量大于450 mm时,温度与草地NPP呈负相关。【结论】三江源地区草地NPP呈自东南向西北递减的空间格局;不同草地类型中,高寒草甸类年均NPP大于高寒草原类年均NPP,且高寒草原类年均NPP有显著的增加趋势;三江源地区的草地NPP与降水量呈显著相关关系,温度对该地区的草地NPP也有影响。  相似文献   

CENTURY模型在新疆天山山区的适用性分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

郭燕云  刘艳  李秋月  陈辰  王森 《草地学报》2020,28(1):252-258

利用模型评价气候变化对草地生产力的影响,对草地的可持续利用及防灾减灾具有重要意义。本文选取新疆天山山区乌鲁木齐市牧业气象试验站、昭苏、巴里坤为代表站点,基于各站多年围封草地观测资料,对草地生态系统模型（CENTURY模型）进行适用性分析。结果表明：CENTURY模型模拟的乌鲁木齐市牧业气象试验站、昭苏和巴里坤地上生物量模拟值与实测值呈显著相关（P<0.05）,决定系数（R²）分别为0.39,0.51,0.38,均方根误差（RMSE）分别为34.09,37.15,14.29 g C·m^-2,CENTURY模型可以用于气候变化对新疆天山山区草地生产力的影响研究。基于验证后的模型对1961-2016年地上生物量模拟显示：巴里坤呈显著减少趋势、昭苏呈极显著增加趋势、乌鲁木齐市牧业气象试验站呈波动减少趋势,但差异不显著。  相似文献   

甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应     

何国兴  柳小妮  张德罡  杜月红  李强  刘志刚  关文昊  杨军银  韩天虎  孙斌  潘冬荣 《草地学报》2021,29(4):788-797

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。  相似文献   

CENTURY模型在内蒙古草地生态系统的适用性评价     

陈辰  王靖  潘学标  魏玉蓉  冯利平 《草地学报》2012,20(6):1011-1019

基于草地生态系统模型评估气候变化对草地的影响及其适应对于草地的可持续利用和草地荒漠化的防治具有重要意义。本研究选择内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原及草原化荒漠4种主要草地类型的代表性站点-额尔古纳右旗、镶黄旗、乌审旗和苏尼特左旗,基于牧业气象试验站的长期围封草地生物量观测资料,对草地生态系统模型(CENTURY)进行了校正和验证。结果表明:CENTURY模型模拟的草甸草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠生长季地上部分生物量的模拟值与实测值变化趋势比较一致,决定系数(R²)分别为0.60, 0.60, 0.65和0.59,均方根误差(RMSE)分别为29.65, 31.45, 25.51和7.90 g C·m^-2,CENTURY模型能够模拟草地地上部分生物量对气候因子的响应,适用于气候变化对内蒙古草地生态系统的影响研究。模型参数敏感性分析表明:草地地上部分生物量敏感的生理参数是草地生长最适温度、最高温度及潜在生产力系数。对过去50年草地地上部分生物量的变化模拟显示:额尔古纳右旗与乌审旗的草地年累积地上部分生物量在近50年间呈现波动增加,镶黄旗与苏尼特左旗呈现波动减少,但统计上均不显著。  相似文献   

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系   总被引：4，自引：0，他引：4  

穆少杰  李建龙  杨红飞  刚成诚  陈奕兆 《草业学报》2013,22(3):6

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。  相似文献   

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响     

韩小雨  郭宁  李冬冬  谢明阳  焦峰 《草业学报》2022,31(1):13-25

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。  相似文献   

贺兰山不同海拔土壤颗粒有机碳、氮特征   总被引：2，自引：0，他引：2  

杨益  牛得草  文海燕  张宝林  董强  陈菊兰  傅华 《草业学报》2012,21(3):54-60

采用颗粒大小的物理分组方法,测定了贺兰山(西坡)不同海拔具有代表性的8个样地的草地土壤颗粒有机碳和颗粒有机氮含量,并且分析了土壤颗粒碳、氮分配比例与植被特征及环境因子的关系。结果表明,土壤颗粒碳、氮含量随海拔的降低而显著降低,随土层深度的增加而降低;在4个植被类型中,二者在高山草甸最高,在草原化荒漠最低。土壤颗粒碳、氮分配比例随海拔的降低表现出先降低后升高的趋势,在高山草甸最高,山地荒漠草原最低。土壤颗粒碳、氮分配比例与植被盖度、地上生物量、年均降水量呈极显著的正相关关系,与年均温呈极显著的负相关关系。  相似文献   

藏北典型高寒草甸地上生物量的遥感估算模型   总被引：4，自引：0，他引：4  

周宇庭  付刚  沈振西  张宪洲  武建双  李云龙  杨鹏万 《草业学报》2013,22(1):120-129

本研究利用2010和2011年6-9月高寒嵩草草甸群落地上生物量数据和同期的中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像数据,建立了西藏自治区拉萨当雄高寒草甸的地上生物量遥感估算模型。在探讨群落地上生物量与归一化植被指数(normalized difference vegetation indices,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation indices,EVI)以及地表水分指数(land surface water indices, LSWI)相关关系的基础上,构建了群落地上生物量与各指数的线性或非线性(包括对数函数、二次多项式、三次多项式、幂函数、增长曲线、指数函数)估算模型,并进行了模型验证。结果表明, 1)3个指数中EVI的模拟效果最好,NDVI次之,LSWI最差;2)所有模型中线性模型的模拟效果最好,EVI的线性模型为:y=174.225x,R²=0.975, P<0.001,NDVI的线性模型为:y=115.478x,R²=0.956, P<0.001;3)在预测效果方面,幂函数模型最好,线性模型次之,其平均误差分别仅为9.76%和10.8%,因此,两者都可以用于高寒草甸群落地上生物量的模拟。  相似文献   

呼伦贝尔草原净初级生产力时空变化及气候响应分析     

沈贝贝  丁蕾  李振旺  辛晓平  徐大伟  朱晓昱  王旭  陈宝瑞 《草业学报》2019,28(5):1-14

为了定量评估呼伦贝尔草原的生产能力,明确气候因子对草原生物量累积过程的影响,利用近18年中分辨率成像光谱仪(MODIS)净初级生产力(NPP)产品(MOD17A2H),结合同时期气象数据,基于像元定量分析了呼伦贝尔草原NPP的时空变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:2000-2017年呼伦贝尔草原净初级生产力(NPP)均值为306.97 g C·m^-2, 18年来NPP变化呈波动中增加的趋势,最低值为2001年的241.60 g C·m^-2,最高值为2014年的372.10 g C·m^-2。NPP高值区(>400 g C·m^-2)分布于低地草甸;中值区(250～400 g C·m^-2)分布于山地草甸和温性草甸草原;低值区(<250 g C·m^-2)出现在呼伦贝尔西部的温性草原,不同草地类型NPP值整体变化趋势表现为:低地草甸>山地草甸>温性草甸草原>沼泽类>温性草原。呼伦贝尔草原NPP与降水的相关性高于与温度的相关性,降水是NPP积累的主要影响因子,温性草甸草原和温性草原对气候因子变化的响应总体比低地草甸和山地草甸敏感。  相似文献   

施肥对贵南县轻度退化草甸植被特征的影响     

贾志锋  马祥  雷生春  徐成体  魏小星  刘文辉 《草地学报》2019,27(4):987-996

草地退化已严重影响青藏高原高寒牧区畜牧业的发展,施肥是改良轻度退化草地的常用措施。2011-2012年,本研究以贵南县轻度退化草地为研究对象,2011年施加不同氮肥量（0,60,105,150,195和240 kg·hm^-2）和菌肥（45 m³·hm^-2）,探讨施肥在退化草地治理过程中对草地群落盖度、高度和地上生物量的影响。结果表明：施肥处理能够有效提高轻度退化草地植被群落的盖度、高度和总地上生物量,且施肥后次年轻度退化草地群落的盖度、高度和总地上生物量显著（P<0.05）优于当年。45 m³·hm^-2菌肥处理在当年的效果较好,195 kg·hm^-2氮肥处理在次年更佳,2012年7-10月地上总生物量均为最高,分别比不施肥处理分别高出44.3%,97.1%,123.0%和135.4%。不同草种对施肥的响应也不同,195 kg·hm^-2氮肥处理下,2011年禾草地上生物量较高,2012年莎草生物量高于禾草。综上,195 kg·hm^-2尿素施用量配合围栏封育的措施可用于贵南县轻度退化草地的植被恢复。  相似文献   

基于XGBoost算法的草甸地上生物量的高光谱遥感反演     

张亦然  刘廷玺  童新  段利民  吴宇辰 《草业学报》2021,30(4):1-12

准确、高效获取草甸地上生物量信息,对牧区农牧业生产、草地资源管理、牧草可持续利用具有重要意义。本研究基于实地采集的牧草冠层光谱反射率及同期获取的地上生物量数据,运用互信息法分别分析了微分光谱、优化植被指数与草甸地上生物量的相关性,进一步构建了极限梯度提升（XGBoost）算法与不同阶光谱植被指数数据集的草甸地上生物量模拟估算模型,并与多元线性回归（MLR）和随机森林（RF）算法建立的模型进行对比。结果表明：对光谱反射率进行一阶、二阶微分与光谱植被指数变换协同应用,有助于提高冠层光谱与地上生物量的相关性;基于原始光谱植被指数与XGBoost算法构建的草甸地上生物量模拟估算模型效果最佳,均方根误差（RMSE）为140.26 g·m^-2,平均绝对误差（MAE）为97.20 g·m^-2,Nash效率系数（NSE）为0.81,一致性指数（d）为0.94,其次为基于RF算法构建的模型,MLR算法构建的模型精度较差。研究认为XGBoost算法可适用于草甸地上生物量模拟估算模型的建立,为快速准确的牧草高光谱遥感监测提供了技术和方法,为区域性草地高精度大面积生产力估算奠定了基础。  相似文献