1981-2015年神农架林区森林生态系统净初级生产力估算

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环 境 科 学 研 究
第 ３２ 卷
ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ２) ｍｏｄｅｌꎬ ｗｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ＮＰＰ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔｓ ｄｕｒｉｎｇ １９８１￣２０１５ꎬ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ
ｐａｒｔ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｅａｓｔ ａｒｅａ. (２) Ｔｈｅ ｍｅａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＰＰ ｗａｓ ２ ５８ ｇ∕(ｍ２ａ) (Ｒ２ ＝ ０ ６５ꎬ Ｐ<０ ００１) ｄｕｒｉｎｇ
１９８１￣２０１５ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｕｒｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ａｒｏｕｎｄ １９９８ ｕｓｉｎｇ Ｍａｎｎ￣Ｋｅｎｄａｌｌ ｍｅｔｈｏｄ. Ｔｈｅ ＮＰＰ ｓｈｏｗｅｄ ａｎ ｕｐｗａｒｄ ｔｒｅｎｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓꎬ
年被我国政府确立为国家自然保护区ꎬ２０１７ 年被确
ꎬ是研究气候变化对陆地生态
发的重点生态功能区. 目前关于神农架林区的研究
生产力) 为植被总光合作用减去自养呼吸的产量ꎬ反
映植被生产力状况
[１￣２]
系பைடு நூலகம்影响的一个重要指标
[３￣５]
. 森林作为陆地生态系
统最重要的碳库ꎬ在维持全球气候稳定及陆地生态系
统碳循环中具有举足轻重的作用
系统 ＮＰＰ 的主要影响因素.
关键词: 神农架林区ꎻ 森林生态系统ꎻ 净初级生产力( ＮＰＰ) ꎻ ＣＥＶＳＡ２ 模型ꎻ 气候因子
中图分类号: Ｘ８７ 文章编号: １００１￣６９２９(２０１９)０５￣０７４９￣０９
文献标志码: Ａ
ＤＯＩ: １０ １３１９８∕ｊ ｉｓｓｎ １００１￣６９２９ ２０１８ １１ １４
１.Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇｅｏｍａｔｉｃｓꎬ Ｘｉ′ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｘｉ′ａｎ ７１００５４ꎬ Ｃｈｉｎａ
２.Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇꎬ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈꎬ
摘要: 湖北省神农架林区是全国唯一以林区命名的行政单位ꎬ拥有全球中纬度地区唯一一块保存完好的原始森林ꎬ量化其森林
生态系统 ＮＰＰ( ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙꎬ 净 初 级 生 产 力) 对 县 域 生 态 系 统 评 估 工 作 十 分 重 要. 基 于 ＣＥＶＳＡ２ ( ｃａｒｂｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ
１.西安科技大学测绘科学与技术学院ꎬ 陕西 西安 ７１００５４
２.中国科学院地理科学与资源研究所ꎬ 生态系统网络观测与模拟重点实验室ꎬ 北京 １００１０１
３.中国科学院大学ꎬ 北京 １０００４９
４.中国科学院植物研究所ꎬ 植被与环境变化国家重点实验室ꎬ 北京 １０００９３
５.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所ꎬ 农业部旱作节水农业重点实验室ꎬ 北京 １０００８１
ｄａｔａ. Ｔｈｅｎ ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉｏ￣ｔｅｍｐｏｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＮＰＰ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃｌｉｍａｔｅ ｆａｃｔｏｒｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ: ( １) Ｔｈｅ
ａｖｅｒａｇｅ ＮＰＰ ｗａｓ ６２８ ２７ ｇ∕ｍ２ ｄｕｒｉｎｇ １９８１￣２０１５ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｓｐａｔｉａｌ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙꎬ ｌｏｗｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ Ｓｈｅｎｎｏｎｇｊｉａ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｈａｓ ａ ｗｅｌｌ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｐｒｉｍｅｖａｌ ｆｏｒｅｓｔ ａｔ ｔｈｅ ｍｉｄ￣ｌａｔｉｔｕｄｅ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ
ｗｏｒｌｄꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｏｎｌｙ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ ｕｎｉｔ ｎａｍｅｄ ｂｙ ｆｏｒｅｓｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ. Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ( ＮＰＰ ) ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ
ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｙ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＣＥＶＳＡ２ ( ｃａｒｂｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎꎬ ｓｏｉｌ
收稿日期: ２０１８￣０８￣０７ 修订日期: ２０１８￣１１￣０７
５.Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｄｒｙｌａｎｄ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１ꎬ Ｃｈｉｎａ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎꎬ ｓｏｉｌ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ２) 模型模拟 １９８１—２０１５ 年神农架林区森林生态系统 ＮＰＰꎬ并利用中国生态系统研究网络
神农架站观测数据和野外调查数据进行验证ꎬ进而分析其 ＮＰＰ 时空变化特征及其主要环境影响因子. 结果表明: ①１９８１—２０１５
ｂｕｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ７ ０１％ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｐｅｒｉｏｄ. (３) Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ ｎｏｒｔｈｅｒｎ ａｒｅａｓ ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ
(４￣６ ｇ∕(ｍ２ａ))ꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ａｎｄ ｅａｓｔｅｒｎ ｐａｒｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｄｏｗｎｗａｒｄ ｔｒｅｎｄｓ ( －３￣０ ｇ∕(ｍ２ａ)). Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ￣ａｎｎｕａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＰＰ
法发现ꎬ１９９８ 年前后是 ＮＰＰ 增长速率变化的突变点ꎬ虽然 １９９８ 年前后两个时段 ＮＰＰ 均呈上升趋势ꎬ但 １９９９—２０１５ 年 ＮＰＰ 增长
率较 １９８１—１９９８ 年下降了 ７ ０１％ꎻ从空间上来看ꎬ林区中部和北部 ＮＰＰ 增长率〔４ ~ ６ ｇ∕( ｍ２ａ) 〕 相对较高ꎬ南部和东部部分地区
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１０１ꎬ Ｃｈｉｎａ
３.Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９ꎬ Ｃｈｉｎａ
４.Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｈａｎｇｅꎬ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｏｔａｎｙꎬ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９３ꎬ Ｃｈｉｎａ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: Ｓｈｅｎｎｏｎｇｊｉａ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｄｉｓｔｒｉｃｔꎻ ｆｏｒｅｓｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍꎻ ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ( ＮＰＰ) ꎻ ＣＥＶＳＡ２ ｍｏｄｅｌꎻ ｃｌｉｍａｔｅ ｆａｃｔｏｒｓ
生态系统 ＮＰＰ ( ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙꎬ净初级
第 ３２ 卷 第 ５ 期
环 境 科 学 研 究
２０１９ 年 ５ 月
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ.３２ꎬＮｏ.５
Ｍａｙꎬ２０１９
１９８１—２０１５ 年神农架林区森林生态系统净初级生产力估算
李 敏１ꎬ２ ꎬ 姚顽强１ ꎬ 任小丽２∗ ꎬ 张 黎２ꎬ３ ꎬ 徐文婷４ ꎬ 顾峰雪５ ꎬ 何洪林２ꎬ３
年神农架林区森林生态系统年均 ＮＰＰ 为 ６２８ ２７ ｇ∕ｍ２( 以 Ｃ 计) ꎬ空间分布表现为中部较低、东部以及周边较高ꎬ具有明显的空间
异质性. ②１９８１—２０１５ 年神农架林区年均 ＮＰＰ 的增长速率为 ２ ５８ ｇ∕( ｍ２ａ) ( Ｒ２ ＝ ０ ６５ꎬＰ<０ ００１) ꎻ运用 Ｍａｎｎ￣Ｋｅｎｄａｌｌ 突变检验
Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎｅｔ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ
Ｓｈｅｎｎｏｎｇｊｉａ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｄｕｒｉｎｇ １９８１￣２０１５
ＬＩ Ｍｉｎ １ꎬ２ ꎬ ＹＡＯ Ｗａｎｑｉａｎｇ １ ꎬ ＲＥＮ Ｘｉａｏｌｉ ２∗ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ ２ꎬ３ ꎬ ＸＵ Ｗｅｎｔｉｎｇ ４ ꎬ ＧＵ Ｆｅｎｇｘｕｅ ５ ꎬ ＨＥ Ｈｏｎｇｌｉｎ ２ꎬ３
ｈａｄ ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎꎬ ｂｕｔ ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ￣ａｎｎｕａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＰＰꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ４３％ ( Ｐ<０ ０１). Ｉｎ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｃａｌｅꎬ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ￣ａｎｎｕａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＰＰ ｉｎ
ＮＰＰ 呈下降趋势ꎬ其变化速率在－３ ~ ０ ｇ∕( ｍ２ａ) 之间. ③神农架林区 ＮＰＰ 年际变化与年均温、总辐射年际变化均呈正相关ꎬ与年
降水量年际变化呈负相关ꎬ其中年均温年际变化对 ＮＰＰ 年际变化的解释率最高ꎬ为 ４３％ ( Ｐ<０ ０１) ꎻ在空间尺度上ꎬ林区森林生
态系统约 ６７ ８３％区域的 ＮＰＰ 年际变化由年均温年际变化控制ꎬ主要分布在林区中部和东南部ꎬ可见年均温是该地区森林生态
作者简介: 李敏(１９９４￣) ꎬ女ꎬ陕西西安人ꎬｌｉｍｉｎ＿ｘｕｓｔ＠ １６３.ｃｏｍ.
∗责任作者ꎬ任小丽(１９８４￣) ꎬ女ꎬ河北邢台人ꎬ助理研究员ꎬ博士ꎬ主要从事碳循环模型数据融合研究ꎬｒｅｎｘｌ＠ ｉｇｓｎｒｒ.ａｃ.ｃｎ
基金项目: 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 ( Ｎｏ. ２０１６ＹＦＣ０５００２０４ ) ꎻ 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( Ｎｏ. ３１７００４１７) ꎻ 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 项 目
( Ｎｏ.２０１５ＣＢ９５４１０２)
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｌａｎꎬ Ｃｈｉｎａ ( Ｎｏ.２０１６ＹＦＣ０５００２０４ ) ꎻ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
( Ｎｏ.３１７００４１７) ꎻ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ( Ｎｏ.２０１５ＣＢ９５４１０２)
ａｂｏｕｔ ６７ ８３％ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａꎬ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ａｎｄ ｓｏｕｔｈｅａｓｔｅｒｎ ｐａｒｔｓꎬ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ. Ｗｅ ｃａｎ ｓｅｅ ｔｈａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＮＰＰ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｈｅｎｎｏｎｇｊｉａ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ.