三江源区草地生态系统碳源时空格局

    沈鹏

    

    

    摘 要：植被净初级生产力NPP，在全球变化及碳平衡中扮演重要作用。本文利用遥感影像数据、气象数据、辐射数据，结合CASA模型模拟2001-2016年三江源区草地生态系统NPP，分析草地碳源的时空格局和年际变化规律。结果表明，2001-2016年，三江源区草地NPP平均值为237.89 gC/m2，总量为1225.16Tg C，三江源区草地平均NPP总体呈现出由东南向西北依次递减的空间分布格局;年际变化上，NPP平均值和NPP年总量逐年依次递减。

    关键词：碳源;植被净初级生产力（NPP）

    0 引言

    草地在全球陆地生态系统碳循环尤其是碳汇过程中扮演着重要角色。中国草地面积约占世界草地面积的10%，碳储量约占世界草地碳储量的9%～6%。目前，大量的研究表明净初级生产力（Net primary productivity， NPP）可以很好地表征草原生态系统对气候变化的响应，是定量化分析草地生态系统的碳源/汇的重要科学指标，草地生态系统NPP研究是全球碳循环变化研究的主要内容之一。因此，研究三江源区草地碳源（NPP）的时空格局对理解全球碳循环和全球气候环境变化的影响具有重要的科学意义。

    1 数据来源及研究方法

    1.1 MSDIS NDVI数据

    采用NASA的地球观测系统EOS/MODIS NDVI数据中的MOD13A1级数据产品，时间序列为2001-2016年，时间分辨率为16d，空间分辨率为500m×500m。获取的NDVI数据都经过了几何纠正、辐射校正、大气校正等预处理，且都已经采用了最大值合成法以减少云、大气、太阳高度角等的影响，在ArcGIS10.2软件下对NDVI 影像进行了投影转换，统一采用WGS_1984 地理坐标系统，Albers Equal-Area Conic投影。

    1.2 气象数据

    本研究的气象数据采用中国气象科学数据共享服务网提供的2001-2016年三江源区18个标准气象站点的月平均温度和月降水量数据。根据各气象站点的经纬度和高程信息，采用ArcGIS10.2的Geostatistical Analyst模块对气象数据进行空间Kriging插值，最终得到与NDVI数据投影和分辨率一致的气象数据栅格影像。

    1.3 植被覆盖类型数据

    研究区植被类型数据采用空间分辨率为500m的MCD12Q1产品。MCD12Q1产品采用IGBP分类系统将全球分成17种土地覆盖类型，本研究将其重分类为与NRED（中国科学院资源环境数据中心）分类系统相对应的6类，具体分类如下：水域、森林、草地、耕地、城市及建设用地、永久冰雪、裸地。

    1.4 CASA模型

    CASA （Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型是基于光能利用率原理的过程模型，模型通过遥感数据中提取的植被指数来估算太阳辐射中被植被吸收的光合有效辐射 （APAR），结合植被对于到达地表的光合有效辐射的利用效率 （ε） 来估算植被净初级生产力 （NPP） 。

    CASA模型所估算的植被净初级生产力估算公式如下：

    NPP（x，t）=APAR（x，t）×ε（x，t）

    式中，APAR （x， t）表示像元x在t月份吸收的光合有效輻射（g C/m2），ε（x， t）表示像元x在t月份的实际光能利用率（g C/MJ）。本文中光能利用率ε（x， t）取值参考朱文泉（2005）推算得到的温带草原的平均月最大光能利用率，光能利用率ε（x， t）取值为0.542gC/MJ。

    2 三江源区草地碳源的时空动态变化特征分析

    2.1 三江源区草地NPP时空格局特征

    由2001-2016年三江源区草地生态系统NPP年平均值的空间分布可知（图1），三江源区草地NPP总体呈现出由东南向西北依次递减的空间分布格局。该地区的NPP平均值为237.89 gC/m2，2001-2016年三江源区的NPP总量为1225.16Tg C。其中，东部以及中部地区草地NPP值最大，草地NPP最大值为643.86 gC/m2，由东向西依次递减，西北部草地NPP值最小为0.69 gC/m2。东南部为黄河流域，草地以草甸草原为主，NPP生产力高，而西北部昆仑山脉和可可西里自然保护区则以荒漠化草原为主，NPP最低。

    三江源区草地生态系统NPP年平均值总体呈现出随年际变化依次下降的趋势（表1），其中2001-2007年草地NPP值总体上起伏不大，NPP年平均值在230～250 gC/m2之间;2008年到2011年草地NPP值相比前几年就下降了很多，2011年NPP值最低，为216.28 gC/m2;2012年草地NPP值则骤然上升，达到了248.57 gC/m2;但是2013-2016年的NPP值相比2012年就下降了很多，但是年NPP值总体上是趋于平稳的。

    3 结论

    三江源区草地平均NPP总体呈现出由东南向西北依次递减的空间分布格局，年际变化上，NPP平均值和NPP年总量逐年依次递减。2001-2016年，三江源区草地NPP平均值为237.89 gC/m2，总量为1225.16Tg C。 其中，东部以及中部地区草地NPP值最大，草地NPP最大值为643.86 gC/m2，由东向西依次递减，西北部草地NPP值最小为0.69 gC/m2，但是年NPP值总体上是趋于平稳的。

    参考文献

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    [5] 朱文泉. 中国陆地生态系统植被净初级生产力遥感估算及其与气候变化关系的研究[D]. 北京师范大学， 2005.