内蒙古典型草原初级生产力的补偿性与稳定性

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《2024年锡林郭勒盟草原生态补偿问题研究》范文

《锡林郭勒盟草原生态补偿问题研究》篇一一、引言随着人类社会经济的发展，自然资源的开发与利用带来了显著的生态环境问题。

特别是作为我国重要生态屏障的草原，其生态环境的保护与恢复显得尤为重要。

锡林郭勒盟作为我国北方重要的草原生态区，其草原生态补偿问题研究具有深远的理论意义和实践价值。

本文旨在分析锡林郭勒盟草原生态补偿的现状、问题及原因，提出针对性的策略建议，以期为当地草原生态补偿的推进与完善提供参考。

二、锡林郭勒盟草原概况锡林郭勒盟位于内蒙古高原的东南部，拥有广袤的草原资源。

这里的草原不仅是牧民的重要生产资料，也是我国北方重要的生态屏障。

近年来，随着全球气候变化和人类活动的增加，锡林郭勒盟草原面临着严峻的生态环境问题，如草原退化、沙化等。

三、锡林郭勒盟草原生态补偿现状为了保护和恢复草原生态环境，我国政府实施了一系列生态补偿政策。

在锡林郭勒盟，政府通过财政转移支付、生态保护工程、草畜平衡政策等措施，对草原进行了一定的生态补偿。

这些措施在一定程度上减缓了草原退化的速度，提高了牧民的生活水平。

然而，仍然存在一些问题亟待解决。

四、锡林郭勒盟草原生态补偿存在的问题及原因（一）问题1. 补偿机制不完善：当前的生态补偿政策缺乏系统性和可持续性，未能全面覆盖所有需要保护的区域和群体。

2. 资金投入不足：尽管政府已经加大了对草原生态补偿的投入，但与实际需求相比仍存在较大差距。

3. 政策执行不力：部分地区政策执行力度不够，存在资金滥用、挪用等现象。

（二）原因1. 制度设计不够科学：生态补偿政策的制定缺乏科学依据和评估机制，导致政策实施效果不佳。

2. 资金来源单一：目前生态补偿资金主要依赖政府投入，缺乏多元化的资金来源。

3. 政策宣传和执行力度不够：部分地区对生态补偿政策的宣传不够，导致牧民对政策了解不足，同时执行力度不够也影响了政策的实施效果。

五、锡林郭勒盟草原生态补偿的改进策略（一）完善政策制度1. 建立科学的评估机制：对生态补偿政策进行定期评估，根据评估结果调整政策内容和方向。

内蒙古典型草原小叶锦鸡儿灌丛化对水分再分配和利用的影响

内蒙古典型草原小叶锦鸡儿灌丛化对水分再分配和利用的影响彭海英;李小雁;童绍玉【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2014(034)009【摘要】灌丛化是全球草原地区存在的主要环境问题.通过对内蒙古典型草原区小叶锦鸡儿灌丛和草地斑块冠层降雨再分配、地表径流、土壤含水量的对比观测,研究了小叶锦鸡儿灌丛化对该区水分再分配和利用的影响.结果表明,灌丛和草地斑块的冠层截留量分别占降雨量的20.86％和7.88％,灌丛和草地斑块的平均地表径流系数分别为5.95％和17.19％.土壤含水量观测结果显示,0-60 cm土层中,降雨事件过程中,灌丛斑块较草地斑块能捕获更多水分,灌丛斑块植被冠层下方土壤含水量高于草地斑块;而在雨后无有效降水补充土壤水分的前提下,0-60 cm土层中,灌丛斑块土壤水分蒸散发量高于草地斑块,其中0-10cm土层中灌丛斑块土壤水分蒸散发速率低于草地斑块,10-60 cm土层中灌丛斑块土壤水分蒸散发速率高于草地斑块.研究认为,在水分为关键性限制因子的干旱半干旱区,小叶锦鸡儿灌丛化过程增加草原生态系统中水分分布的空间异质性,灌丛斑块能捕获、利用更多水分以维持更多的生物量.【总页数】10页(P2256-2265)【作者】彭海英;李小雁;童绍玉【作者单位】云南财经大学国土资源与持续发展研究所,昆明650221;北京师范大学资源学院,北京100875;北京师范大学资源学院,北京100875;云南财经大学国土资源与持续发展研究所,昆明650221【正文语种】中文【相关文献】1.内蒙古典型草原小叶锦鸡儿灌丛地上净初级生产力和种群结构对火烧的响应 [J], 林燕;白永飞2.内蒙古典型草原灌丛化对生物量和生物多样性的影响 [J], 彭海英;李小雁;童绍玉3.内蒙古半干旱草原灌丛化过程中小叶锦鸡儿引起的土壤碳、氮资源空间异质性分布 [J], 熊小刚;韩兴国4.围封年限对内蒙古灌丛化草原小叶锦鸡儿灌丛结构及群落种间关联的影响 [J], 董轲;丁新峰;郝广;王金龙;赵念席;高玉葆5.小叶锦鸡儿灌丛对土壤水分下渗及优势流的影响 [J], 李柳;郑肖然;李小雁;张思毅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

小红, 王永芳, 郭恩亮, 等. 2024. 干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响[J]. 气候与环境研究, 29(1): 90−102.　XIAO Hong, WANG Yongfang, GUO Enliang, et al. 2024. Effects of Drought on Net Primary Productivity of Vegetation in the Xilingol Grassland [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 29 (1): 90−102. doi:10.3878/j.issn.1006-9585.2023.22108干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响小红 1　王永芳 1, 2, 3　郭恩亮 1, 2　包玉海 1, 4　康尧 1　美丽 11 内蒙古师范大学地理科学学院，呼和浩特 0100222 内蒙古自治区蒙古高原灾害与生态安全重点实验室，呼和浩特 0100223 蒙古高原气候变化与区域响应高校重点实验室，呼和浩特 0100224 内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室，呼和浩特 010022摘　要　为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）的影响，本文基于2000~ 2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）和同一时期的MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）NPP数据，运用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析，并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。

结果表明：锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势，东部较西部更为明显；NPP呈增加趋势，由东北向西南递减；SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%，说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转；时间上，SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关，其中相关性最大的是典型草原；干旱的发生会造成NPP损失，其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。

呼伦贝尔沙化草地系统退化特征及围封效应研究

呼伦贝尔沙化草地系统退化特征及围封效应研究一、本文概述本文旨在对呼伦贝尔沙化草地系统的退化特征进行深入研究，并探讨围封措施对退化草地系统的恢复效果。

呼伦贝尔草原作为中国北方重要的天然草原之一，近年来受到自然和人为因素的双重影响，草地沙化现象日益严重。

这不仅影响了草原生态系统的稳定性和生物多样性，也对当地畜牧业生产和生态环境造成了严重威胁。

本文的研究具有重要的理论和实践意义。

本文将对呼伦贝尔沙化草地系统的退化特征进行详细分析。

通过收集历史资料和现场调查数据，研究草地沙化的空间分布、时间演变以及影响因素，揭示草地沙化的主要驱动力和机制。

同时，通过对草地植被、土壤理化性质、生物多样性等方面的综合分析，评估草地生态系统的健康状况和退化程度。

本文将探讨围封措施对退化草地系统的恢复效果。

围封作为一种有效的草地管理措施，可以通过减少人为干扰、促进植被恢复、改善土壤质量等方式，促进退化草地生态系统的恢复和重建。

本文将通过对比实验和长期监测数据，分析围封措施对草地植被、土壤、生物多样性等方面的影响，评估围封措施的恢复效果和可持续性。

本文将对呼伦贝尔沙化草地系统的退化特征和围封效应进行综合分析，提出针对性的草地管理和生态恢复建议。

通过本文的研究，可以为呼伦贝尔草原的生态保护和可持续发展提供科学依据和技术支持，同时也为其他类似地区的草地沙化防治和生态恢复提供借鉴和参考。

二、研究区域概况呼伦贝尔草原位于中国内蒙古自治区东北部，地处大兴安岭西麓，地理坐标介于东经115°31′~126°04′，北纬47°05′~53°20′之间。

这片广袤的草原是中国乃至世界上著名的天然草原之一，总面积约为10万平方公里。

呼伦贝尔草原以其独特的地理位置、丰富的生物多样性和重要的生态功能，成为了生态学、地理学、环境科学等多个领域研究的热点地区。

该区域的气候属于寒温带大陆性气候，冬季漫长且寒冷，夏季短暂而温暖。

不同轮割制度对内蒙古大针茅草原群落组成的影响

2007-0243(1)　北京师范大学学报(自然科学版)Journal of Beijing Normal University (Natural Science )83　不同轮割制度对内蒙古大针茅草原群落组成的影响3刘美玲1)　宝音陶格涛2) 杨　持2)　张新时1)(1)北京师范大学资源学院,100875,北京;2)内蒙古大学生命科学学院,010021,呼和浩特)摘要　野外试验设计结合室内分析,探讨了以大针茅(S ti pa g randis )为建群种的锡林郭勒典型草原区不同轮割制度对割草场产量、物种组成、群落结构及营养状态的影响.一年割2次的利用方式在短期内生物量收获较大,但这种状态较难持续;完全围封不利用也不利于草场恢复;一年割1次的适度刈割制度在当地较为合理,但是连年刈割会导致草场营养贫瘠,植物补偿现象减弱.越高频刈割对大针茅和羊草(L ey mus chinensis )种群的影响越严重,产量明显减少,重要值下降,而糙隐子草(Cleistogenes squarrosa )种群则相反;随刈割频度的增高根茎禾草在群落中的相对生物量上升,丛生禾草下降,二者明显互补.刈割对土壤和植物的N 素质量分数影响最明显,连续刈割3年的土壤有效N 质量分数较对照区降低18.62%,且达到显著水平,有效P ,K 质量分数也分别下降8.79%和1.93%.关键词　大针茅草原;轮割制度;地上生物量;群落组成;营养元素质量分数3国家自然科学基金资助项目(30460086,40571057)通讯作者收稿日期:2006206205 有关刈割对植物群落的影响,国内外的研究较多地针对于人工草地[125],但在内蒙古的广大牧区,为了使牲畜能安全过冬,每年都要从天然草场割取大量的牧草以备冬春补饲.,这些牧草中所含的营养元素也被带走、转化成畜产品并流出生态系统.而从整个系统营养平衡理论来讲,草场上这些流失掉的养分应及时予以补充,以便来年植物生长所用.据多年草场资源的调查发现,当地的割草地除了留茬部分和根系凋落物经过分解补充过一定的营养元素之外,几乎从未人为地给草场补充过其他营养物质,这使得天然割草地生产力日益下降,且出现退化,养分供需出现了矛盾.本文以大针茅(S ti p a g randis )为建群种的锡林郭勒草原区为背景,研究几种轮割制度对割草场产草量、群落功能群组成及草地品质的影响.1　研究地区概况研究点设在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场的中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,原羊草样地西部新围封围拦内(1998年围封).样地的地理坐标为43°38′N ,116°42′E ,海拔1265m 左右,在锡林河南岸二级玄武岩台地的平缓坡地上,属温带草原区栗钙土亚区,中温带半干旱草原气候.年降水量为350mm 左右,年蒸发量1600～1800mm ,是降水量的4～5倍,≥0℃的年积温约为2410℃.该地区水热同期,有利于植物生长.土壤为暗栗钙土[6].研究区虽与1979年围封的羊草样地仅一线之隔,但是从地形及土壤状况上2样地存在着较大差异,研究样地位于原羊草样地的中上坡位置,地表径流较强,截流雨水少,土壤机械组成上砾石质质量分数也较高,因此研究区的群落组成中大针茅占绝对优势,形成大针茅+羊草(L ey m us chi nensis )+糙隐子草(Cleistogenes squarrosa )群落.在物种丰富度上也相差甚远,不足前者的40%,且禾本科植物占绝对优势.可以看出新围栏样地仍处于群落恢复演替的前期.前人的研究成果[729]多集中于以羊草为建群种,物种丰富度很高的羊草样地.本研究则针对于典型草原区的大针茅群落,探讨了不同轮割制度对该群落组成的影响.2　试验设计及研究方法2.1　割草样地的布置　根据典型草原区群落的物候期以及当地打草习惯,设计了一年割2次(6月23日和9月12日,分别是抽穗期和营养末期)、一年割1次(8月16日,结实期后,也是当地的打草开始时间)和不割草对照3种轮割制度.对比法布置小区试验,每个试验小区的面积为600m 2(20m ×30m ),4次重复.于2001—2003年进行了3a 的实地调查取样分析.2.2　生物量测定　按设计的刈割时间,进行分种测产.记录每个样方内物种的个体数(或株丛数)、自然高度(营养苗与生殖苗),称鲜质量,然后在65℃烘箱内烘干,称干质量,对应记录.2.3　分析样品的取样与测定　用于分析营养元素质　84　北京师范大学学报(自然科学版)第43卷　量分数的植物样品首先在105℃下杀青10min,然后在65℃下烘干,粉碎,然后在硝化处理后分别采用凯氏定N法测定植物全N,钼锑抗比色法测定全P,火焰光度法测定全K.土壤样品采用对角线取样法均匀布点,取0～20cm表层土样进行分析有效N,P,K的质量分数,测定方法如上.2.4　计算及分析方法2.4.1　补偿生长的计算　Belsky等[10]采用被刈割植株与刈割对照植株的干质量比值作为刈割后植物的反应指标,陈红等[11]将该比值定义为补偿指数(C).补偿指数结合统计分析,如果C>1,且P<0105,则为超补偿;若C>1,但P>0.05,或者C=1则为等补偿;若C<1,则为不足补偿或部分补偿.2.4.2　重要值的计算　分别计算3种主要种群在群落中的重要值,计算公式[12]为:I V=(d+H r+B r)/3,式中I V,d,H r,B r分别为重要值、相对密度、相对高度和相对生物量.2.4.3　数据分析　运用Excel软件作图,SPSS11.0统计软件进行方差分析.3　结果与分析3.1　不同轮割制度对割草地植物群落地上生物量的影响　产草量是评价打草场状态的重要指标之一,在此用群落地上生物量来表示产草量(见表1).表1中C02/01和C03/01分别代表2002年和2003年产草量相对2001年的补偿指数.由表1可以看出:一年割2次中,虽然群落地上生物量从2001年到2003年有持续增长趋势,但从统计分析结果来看,并不存在显著的产量提高和牧草的补偿效应(P<0.05),且长期的高频刈割会显著降低割草场的产量[9];一年割1次中牧草在被刈割后表现出的补偿现象是最明显的,其补偿指数也是最高的;不割草对照居中.3.2　不同轮割制对割草地群落中主要功能群的影响3.2.1　不同轮割制度对群落中3个主要种群的影响　对3种群生物量的影响:研究区大针茅生物量最高(见图1),样地在多年放牧利用后虽经过几年的围封恢复,但是优势种羊草的相对生物量仍低于较低矮的疏丛型的糙隐子草.羊草在一年割1次的轮割制度下有增多的趋势.而建群种大针茅的生物量在不同轮割制度下,随着时间的推移,刈割频度越高,生物量下降越快.相反,糙隐子草却会因为自身矮小又柔韧等特点而“躲过”刈割,所以从图1中都可以看出糙隐子草随着刈割频度的增加,相对生物量均表现出明显的增加,而在不割草对照中其相对生物量变化很小.对3种群重要值的影响:从2001—2003年,在一年割1次中,3种群的重要值呈递减排序,为大针茅、羊草、糙隐子草(见图2),且随刈割的进行大针茅的重要值总体呈降低趋势,而羊草和糙隐子草的重要值缓慢上升;在一年割2次中,3种群的重要值排序为大针茅、糙隐子草、羊草,3年的高频刈割使得羊草在群落中的重要值小于糙隐子草;在不割草对照区,3种群的重要值变化都较微弱,其重要值排序仍然是大针茅、羊草、糙隐子草.对3种植物营养元素质量分数的影响:分析一年割1次处理与不割草对照情况下牧草的N,P,K质量分数变化,从图3中可看出,在不割草对照中,羊草、大针茅和糙隐子草的N质量分数很相近,但在刈割处理后,羊草和大针茅等高大禾草的N质量分数出现较不割草对照降低的现象,而糙隐子草的N质量分数却出现上升的趋势.说明连续刈割又不给被刈割牧草及时补充养分会造成这些高大禾草的营养元素质量分数降表1　2001—2003年不同轮割制度下群落地上生物量( x±s E)及其补偿指数(C)年份200120022003C02/01P sig C03/01P sig一年割2次154.41Aa±30.11173.48Aa±17.51186.94Aab±22.66 1.1240.290 1.2110.087不割草对照149.10Aa±16.48240.97Bb±26.18178.01Cb±17.16 1.6160.00033 1.1940.0763一年割1次106.26Ab±15.91191.05Bb±10.70154.52Ca±10.11 1.7980.00033 1.4540.00033 A,B,C为同行(同一种轮割制度内不同年间)相比的显著性差异标志;a,b,c为同列(同一年内不同轮割制度间)有显著差异(P<0.05).　第1期刘美玲等:不同轮割制度对内蒙古大针茅草原群落组成的影响85图2　不同轮割制度对3个种群重要值的影响图3　不同轮割制度对3个种群营养元素质量分数的影响　低,尤其在N素质量分数上表现得更明显.高大牧草的被刈导致对原有资源出现不完全利用,这样糙隐子草在资源享有上得到便利条件,从而提高其体内营养元素质量分数,如N素. 在2种处理中,3种植物的P质量分数均表现出一年割1次高于不割草对照的现象.植物在被刈割后,其生长受到刺激,促进新生茎叶的生长,加快从土壤中吸收P元素,说明刈割能在一定程度上促进植物对P 素的吸收,也在一定程度上说明,仅2年的刈割对土壤的P库影响较小,没有出现显著的缺P现象.同时,草原区土壤的K库储量较大,在短期刈割处理下,还没有出现显著的缺K状态(见图3).3.2.2　不同轮割制度对主要生活型功能群生物量的影响　生活型功能群主要划分为3类:多年生丛生禾草、多年生根茎禾草和杂类草.这是因为在研究样地内群落地上生物量组成中,多年生丛生禾草和多年生根茎禾草发挥了更大作用,占据了群落90%以上的生物量.群落的初级生产力主要受这2个植物类群的制约.从图4中可以看出丛生禾草在刈割处理下生物量表现出下降趋势,而根茎禾草整体上有增加的趋势.其中2002年由于在生长季之前和之间降水量较充沛,所以总体表现出较高的现象.尤其在杂类草上表现更明显,因为在该样地中杂类草中大部分是有一年生的藜科植物,如刺穗藜(Chnopl di um arist at um)和猪毛菜(S alsol av alli ra)之类,在水分供应充足的情况下,能快速生长完成生活史,在3年的生物量年际变化上表现得尤为突出.从图4中还可看出,多年生丛生禾草与多年生根茎禾草在群落中的相对生物量之间存在着明显的互补效应,这是因为二者是构成群落生物量的主体,在资源竞争中必然存在着一定的消长效应.在受到外界干扰(如刈割)时,任何受影响大的一方空出部分资源必然　86　北京师范大学学报(自然科学版)第43卷　被另一方利用.3.3　不同轮割制度对割草地土壤养分质量分数的影响　针对一年割1次与不割草对照2种处理进行了土壤养分质量分数的分析,发现前者较后者的土壤营养元素质量分数有降低现象,其中有效N 、有效P 和有效K 分别下降了1191,0108和3181g ・kg -1,较不割草对照下降了18162%,8179%和1193%,经方差分析得出,只有有效N 质量分数的下降达到了显著水平(P <0105).可见,土壤有效N 质量分数对割草干扰最敏感,也就是说刈割带走的营养元素中,N 流失的最快,而P ,K 流失的较慢,K 相对流失慢也可能是由于K 库较N 库较大的原因所致.图5　刈割造成的土壤有效养分质量分数的变化　4　讨论适度刈割不仅能保证畜牧业发展,还能在一定程度上刺激植物的再生生长潜力,有助于植物的更新演替.但是,长期只取不予的利用方式是不利于草场的维护与可持续发展的,大量的养分流出系统必然造成土壤养分的贫瘠,需要进行相应肥料的补给.高频刈割在典型草原区是不可行的,虽然短期内能收获较多的草量,但是长期如此利用将会降低草场的产量[13215];相反,完全不利用也不利于草场的恢复演替,长期围封会导致积累过厚的枯枝落叶覆被层,不仅其自身分解消耗能量,而且阻碍绿色植物吸收养分和水分.过厚的凋落物层还增加了土壤呼吸,呼吸过程也会消耗系统的能量.同时地被物过厚也会使很大一部分种子得不到与土壤接触的机会,从而影响种子的萌发,尤其是一些一、二年生的植物会因此逐渐从群落中消失,这些都会影响到群落的稳定性和草地的生产力水平.相关研究结果[16]也标明,长期刈割或持续高牧压下,大针茅群落的组成将发生质的变化,糙隐子草会成为群落的优势种,群落会演变成糙隐子草占优势的小禾草草原,这与本试验的结果是一致的.这种状态继续退化就会进而演变为以冷蒿为建群种的群落,更严重者则会退化到星毛委陵菜群落,成为几乎失去利用价值的草场类型[17219].可见在人口增长、草场退减的状况下,科学利用草场有着很重要的意义.5　参考文献[1]　孙德智,李凤山,杨恒山,等.刈割次数对紫花苜蓿翌年生长及草产量的影响[J ].中国草地,2005,27(5):33[2]　戎郁萍,韩建国,王培,等.刈割强度对新麦草产草量和贮藏碳水化合物及含氮化合物影响的研究[J ].中国草地,2000,22(2):28[3]　钟小仙,江海东,曹卫星,等.施肥和刈割日期对杂交狼尾草钙、磷、镁含量的影响及其与家畜需要的关系[J ].草业学报,2005,14(5):87[4]　Hassink J.Effects ofsoiltexture andgrasslandmanagement on soil organic C and N and rates of C and N mineralization[J ].Soil Biology and Biochemistry ,1994,26(9):1221[5]　Joseph C B ,Douglas S C ,David P B ,et 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content of S ti p a g randis grassland of typical steppe is designed and analyzed.The result s show t hat t he standing crop s of community mowed twice one year is higher in short period,but can’t be persistent in long run,and t he yield of no mowing control plot s is also low,so t he system of mowing once a year is reasonable for local grassland correspo ndingly.But t he grassland mowed wit h t his f requency for a long time must also be degenerate,especially deficit soil nut rient content.For example,Compared to cont rol plot,soil nitrogen content of plot s mowed once a year can be reduced significantly by18.62%in t hird year.Tall grasses mowed wit h high2frequency will be seriously affected,such as S ti p a g randis and L ey m us chi nensis,concrete p henomenon is showed as following:t he standing crop s of S ti p a g randis reduced,tall grass (S ti p a g ran dis and L ey m us chi nensis)standing crop s percentage in community decreased too,important value lessened,and nutrient content is deficient.While t he sit uation of Cleistogenes squarrosa is reverse.And for t he two f unctional group s of life forms,rhizome grass and bunch grass,high f requent mowing could make much higher standing crop s percentage of rhizome grass and less of bunch grass,t he two f unctional group s have significant compensating action,and t hey have negative correlatio n.K ey w ords　S ti p a g randis community;mowing system;standing crop s;plant community co mposition; nut rient element s co ntent。

《2024年干旱与氮沉降对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响》范文

《干旱与氮沉降对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响》篇一摘要：本文研究了干旱和氮沉降对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响。

通过对内蒙古地区连续多年不同环境条件的实地观测，综合运用生物生态学和气候学知识，探讨二者分别与协同作用下对碳循环和生态系统的影响。

文章指出，气候变化下内蒙古典型草原面临着氮沉降和干旱双重胁迫的严峻形势，对其生态系统碳通量有深远的影响。

一、引言近年来，随着全球气候变化的影响，干旱和氮沉降成为影响内蒙古典型草原生态系统的重要环境因素。

内蒙古作为我国重要的草原区，其生态系统的稳定性和碳循环过程对于区域乃至全球气候具有重要影响。

因此，研究干旱与氮沉降对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响，对于理解草原生态系统的动态变化和应对气候变化具有重要意义。

二、研究区域与方法本研究选取内蒙古典型草原为研究对象，通过连续多年的实地观测和数据分析，综合运用生态学、气候学和地球系统科学等学科知识，研究干旱和氮沉降对草原生态系统碳通量的影响。

研究方法包括野外实地观测、实验室分析以及模型模拟等。

三、干旱对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响（一）干旱对植物生长的影响干旱会导致植物生长受阻，叶片光合作用减弱，进而影响整个生态系统的碳固定能力。

研究发现，干旱条件下植物生物量减少，生态系统净初级生产力（NPP）下降。

（二）干旱对土壤碳储量的影响干旱会影响土壤的水分平衡和土壤微生物活动，从而影响土壤碳的固定和分解。

长时间干旱可能导致土壤有机碳的减少，进而降低整个生态系统的碳汇能力。

四、氮沉降对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响（一）氮沉降对植物生长的影响适量的氮沉降能够促进植物的生长和光合作用，提高生态系统的碳固定能力。

然而，过量的氮沉降会导致植物过度生长，破坏生态系统的平衡。

（二）氮沉降对土壤碳储量的影响氮沉降会影响土壤的氮含量和微生物活动，从而改变土壤碳的循环过程。

适量的氮沉降可以促进土壤有机质的形成和固定，但过量的氮沉降则可能导致土壤有机碳的损失。

我国草原生态补偿制度探析

我国草原生态补偿制度探析我国拥有草原亿亩，占国土面积的／。

据统计，目前我国％以上的草原都处于不同程度的退化中，草场退化面积达亿亩。

草原生态系统功能的恢复离不开生态补偿机制，本文阐述了我国建立草原生态补偿制度的必要性以及草原生态补偿机制中存在的问题，并就如何完善草原生态补偿机制提出了五点建议，希望能对草原生态补偿立法和制定相关政策有所帮助。

关键词：草原；生态补偿；草原生态补偿f－一、为什么要建立草原生态补偿制度我国有亿亩草原，约占世界草原面积的／左右，居世界第二位，是国土面积的／，是我国耕地面积的.倍、森林面积的.倍。

由于我国牧区属于典型的干旱、半干旱气候，草原生态系统极为脆弱。

据统计，目前我国％以上的草原都处于不同程度的退化中，草场退化面积达亿亩，占荒漠化地区草场面积的.％，致使养羊的数量每年减少多万只。

草原地区的生态系统退化的主要原因就是草原承载力超支，这一观点主要源于美国的草原学家克莱门兹(clements )的植物演替模型理论。

自年以来，我国草原人口增加了倍多，草地牲畜增加了倍多，草地面积却不断减少，世纪年代，每头草地牲畜占有的草地面积比世纪年代减少了％~％。

而现在，全国草地平均超载量约％，部分地区超载量大于％。

过度追求经济效益使得草原不堪重负，生态环境和生态系统都急剧恶化。

相反，新中国成立后年间支援牧业的总资金为.亿元，占牧业产值的.％，产出与投入之差十分巨大。

因此，草原生态效益补偿是确保草原生态系统功能恢复的必要保证。

生态补偿制度作为环境法的一项基本制度，在我国起步于世纪年代。

年代前期，生态补偿的方式是由环境的破坏者进行赔偿。

到了年代后期，生态补偿的权利主体才逐渐转向了生态环境的保护者。

我国最早的生态补偿政策应从天然林保护工程时算起，退耕还林还草工程生态补偿政策得以逐步规范。

生态补偿概念原属于生态学范畴，它侧重于生态系统自我功能的研究。

世纪年代初期，生态补偿的概念引入经济领域，其含义也发生了变化，生态补偿就是利用经济手段来保护生态环境。

基于CASA 模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

植物生态学报 2008, 32 (4) 786~797Journal of Plant Ecology (Chinese V ersion)基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟张峰周广胜*王玉辉(中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京 100093)摘要植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。

在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。

结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m–2·a–1, 变化范围为145.80~502.84 g C·m–2·a–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。

关键词CASA模型植被净初级生产力内蒙古典型草原DYNAMICS SIMULATION OF NET PRIMARY PRODUCTIVITY BY A SATEL-LITE DATA-DRIVEN CASA MODEL IN INNER MONGOLIAN TYPICAL STEPPE, CHINAZHANG Feng, ZHOU Guang-Sheng*, and WANG Yu-HuiState Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, ChinaAbstract Aims Vegetation net primary productivity (NPP) and its responses to global change have been focuses of global change research. Accurately estimating the spatial patterns and temporal dynam-ics of net primary productivity (NPP) of terrestrial ecosystems is of great interest to human society and is necessary for understanding the carbon cycle of the terrestrial biosphere. But only a few evidences in various biomes are available on the performance of global models of terrestrial net primary productivity (NPP) at ecosystem level.Methods Vegetation net primary productivity (NPP) derived from a carbon model (Carnegie-Ames- Stanford Approach, CASA) and its inter-annual change at ecosystem level in Inner Mongolian typical steppe, China, are investigated in this study using 1982~2002 time series data sets of normalized differ-ence vegetation index (NDVI) at 8 km spatial resolution and paired ground-based information on vege-tation, climate, soil, and solar radiation, after CASA model is validated by the aboveground biomass of13 years’ continuous observation.Important Findings Results show that 21-year averaged annual NPP is 290.23 g C·m–2·a–1, ranging between 145.80 g C·m–2·a–1 and 502.84 g C·m–2·a–1. From 1982 to 2002, annual NPP shows a slightly increasing trend, while from 1982 to 1999 a significant increase (p<0.01) is observed, and the increased NPP is mainly due to the increases of the amplitude of the NPP annual cycle. Annual precipitation significantly affects the variation of NPP, and there is no significant positive correlation between NPP and annual mean temperature.Key words CASA model, net primary productivity, Inner Mongolian typical steppe——————————————————收稿日期: 2007-09-03 接受日期: 2008-02-18基金项目: 国家自然科学基金(40601014)、中国科学院知识创新工程交叉型重要方向项目(KSCX2-SW-133)和国家杰出青年科学基金(40625015) 感谢中国科学院植物研究所袁文平博士在本项研究气象数据的准备中所给予的帮助* 通讯作者Author for correspondence E-mail: gszhou@张峰等: 基于CASA模型的内蒙古典型草原植被4期净初级生产力动态模拟DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.007 787 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.007植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)是绿色植物在单位时间、单位面积由光合作用所产生的有机物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分, 它作为地表碳循环的重要组成部分, 不仅直接反映植物群落在自然环境条件下的生产能力, 表征陆地生态系统的质量状况, 也是判定生态系统的碳源/汇和调节生态过程的主要因子, 因而在全球变化以及碳循环中扮演着重要的角色(Ruimy & Saugier, 1994; Field et al., 1998)。

2000-2019 年内蒙古地区植被初级净生产力时空变化及影响因素分析

11EXPERIENCE区域治理作者简介：凯歌，生于1981年，博士研究生，副教授，研究方向为生态经济统计研究、草原生态动力系统建模与分析。

基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：11902163）；中国博士后科学基金项目（项目编号：2020T130328，2019M660003XB）；内蒙古自治区高等学校科学研究项目（项目编号：NJZY20159）2000-2019年内蒙古地区植被初级净生产力时空变化及影响因素分析*凯歌1,2,3，唐国力1，姬茹11.内蒙古财经大学统计与数学学院；2.内蒙古工业大学材料科学与工程学院；3.内蒙古经济数据分析与挖掘重点实验室（大数据应用研究协同创新中心）摘要：本文在基于对远红外遥感数据和信息的全球大气体生态系统CASA模型的验证研究基础上,利用对内蒙古典型草原连续20年(2000-2019年)地上微小动物量数据资料,对内蒙古典型草原2000-2019年植被净初级生产能力( net primary productivity ,NPP)的时空频率变异情况和它们对影响的因子做出深入的分析。

结果显示:1)内蒙古典型草原NPP虽然显现出一定的增加趋势,但并没有在生长期内达到一定的显著性水平;2)内蒙古典型大陆性草原地带NPP与年平均降水量之间呈现出一种极显著的密切相关关系,年平均降水量对NPP的变异有着显著的影响,而年均气温和NPP之间几乎无显著密切相关的关系。

关键词：植被净初级生产力；植被生态系统；草地生态系统中图分类号：X171.1文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）28-0011-0001一、引言草原生态系统作为全球陆地植被生态系统的重要组成部分，是我国面积最大的陆地生态系统。

本文通过对2000-2019年内蒙古植被净初级生产力的时间序列分析，寻找植被净初级生产力合适的模型，预测内蒙古草地未来的发展趋势，为政府部门治理草原生态提供科学的指导依据。

添加氮磷与菌根抑菌剂对荒漠草原草地净初级生产力的影响

添加氮磷与菌根抑菌剂对荒漠草原草地净初级生产力的影响丁琴;何嘉;郭文龙;白皓天;张建军;杨鑫;沈月【期刊名称】《中国草地学报》【年(卷),期】2024(46)4【摘要】采用原位控制试验的方法,以宁夏东部温性荒漠草原植物群落为研究对象,解析氮、磷添加与菌根抑菌剂对草原植物净初级生产力(NPP)的影响。

结果表明:氮、磷添加与菌根抑菌剂显著提高地上净初级生产力(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)与NPP(P<0.01)。

磷与菌根抑菌剂添加的拮抗效应显著改变ANPP与NPP;施磷处理下菌根抑菌剂添加极显著增加ANPP与NPP(P<0.01);不施磷处理下菌根抑菌剂添加对ANPP与NPP无显著影响。

氮、磷添加对ANPP、BNPP与NPP无显著交互作用。

氮添加显著增加10~30 cm土层BNPP(P<0.01)。

磷添加显著促进0~10 cm、10~30 cm与30~40 cm土层BNPP(P<0.01)。

施磷处理下菌根抑菌剂添加显著增加深根型植物地上生物量(P<0.01)。

深根型植物地上生物量占比与BNPP呈极显著正相关关系(P<0.01)。

磷添加通过提高深根型植物地上生物量占比,进而促进BNPP增加。

本研究结果表明,宁夏东部温性荒漠草原初级生产力受到氮、磷添加与菌根抑菌剂的影响;与氮、菌根抑菌剂添加相比,磷添加对NPP的作用强度更高。

【总页数】8页(P25-32)【作者】丁琴;何嘉;郭文龙;白皓天;张建军;杨鑫;沈月【作者单位】宁夏大学林业与草业学院;宁夏生态草牧业工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】S812【相关文献】1.不同放牧率对内蒙古典型草原牧草地上现存量和净初级生产力及品质的影响2.基于整合分析的氮添加对草地植被多样性、生物量及净初级生产力影响3.氮添加对宁夏荒漠草原植物初级生产力的影响机制4.2000—2017年内蒙古荒漠草原植被物候变化及对净初级生产力的影响5.混合放牧对荒漠草原群落生物量及地下净初级生产力的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

草原生态系统的特点与现状

标志之二是牧草质量上的变化，可食性牧草减少，毒草和杂草增加，使牧场的使用价值下降。例如，青海果洛地区，草原退化前，杂、毒草仅占全部草量的１９％～３１％，退化后增加到３０％～５０％，优质牧草则由
３３％～５１％下降到４％～１９％。草原退化，植被疏落，导
我国是世界上沙漠化受害最重的国家之一。我国北
方地区沙漠化面积已近１８万平方公里，从２０世纪５０年代末到７Ｏ年代末的２Ｏ年间，因沙漠化已丧失了３．９万平方公里的土地资源。草原鼠害也日益严重，据１９８２年全国草原灭鼠会议反映，全国草原牧
分不足的温带干旱地区却只有１００～４００克／平方米・
年，水分较充足的亚热带草原，可提高到６００～ｌ５００克／平方米・年。草原生态系统净初级生产力的最高
一
水平可达３０００～４５００克／平方米・年。草原生态系统的初级生产力中，地下部分的生物量所占的比例较大。我国草甸草原初级生产力的分配是地下／地上＝２．２９。
般地讲，草原初级生产力在所有陆地生态系统中
我国草原的类型较多，从整体上看，内蒙古草原以多年生、旱生低温草本植物占优势，建群植物主要是禾本科草类，其中以针茅和羊草最有代表性。前者为丛生禾草，后者为根茎禾草，根茎发达，对防风固沙起着重要作用；我国中部为稀疏草原，以大针茅为主；西部为荒漠草原，以丛生戈壁针茅为主。草原对大自然保护有很大作用，是阻止沙漠蔓延的天然防线，起着生态屏障作用。另外，草原也是人类发展畜牧业的天然基地。草原生态系统所处地区的气候大陆性较强、降水量较少，年降水量一般都在２５０～４５０毫米，而且变

【国家自然科学基金】_贝加尔针茅_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
科研热词贝加尔针茅草原牧草生长季温性草甸草原氮素损失氮素存留氮素回收气候变化土壤微生物量土壤微生物群落功能多样性内蒙古东部休牧 biolog eco 15n
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 23 24 25 26 27 28
科研热词退化阶段退化系列赛罕乌拉贝加尔针茅草原贝加尔针茅+线叶菊草甸草地退化草原胁迫系数灌丛气候变化植被森林放牧强度放牧土壤温度土壤有机碳土壤无机碳土壤微生物土壤呼吸土壤含水量半干旱草原动态模型净初级生产力农垦内蒙古典型草原 biome-bgc
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
2011年科研热词推荐指数序号贝加尔针茅草原 4 1 呼伦贝尔 4 2 植物多样性 3 3 放牧强度 3 4 pcr-dgge 3 5 放牧干扰 2 6 土壤酶活性 2 7 土壤细菌群落 2 8 土壤理化性状 2 9 土壤微生物 2 10 载畜量 1 11 草甸草原 1 12 草地类型 1 13 草地生产力 1 14 草地基况 1 15 草地地境 1 16 草地 1 17 群落特征 1 18 物种多样性 1 19 牧压梯度 1 20 点格局 1 21 温带草地针茅属(stipal.) 土壤呼吸 1 季节变化年际变异 22 年排放量 q10土壤水分植被特征 1 23 根系生物量 1 24 根系分布 1 25 放牧梯度 1 26 放牧 1 27 土壤微生物量 1 28 土壤养分 1 29 围封 1 初级生产力 1 刈割 1 dna提取 1

《2024年不同季节放牧对内蒙古草原生产力影响机制的研究》范文

《不同季节放牧对内蒙古草原生产力影响机制的研究》篇一一、引言内蒙古草原作为我国最大的天然草原之一，其生产力及生态环境的稳定对全国乃至全球的气候环境有着重要的影响。

放牧作为内蒙古草原主要的人为活动之一，对草原生产力有着深远的影响。

本文旨在探讨不同季节放牧对内蒙古草原生产力影响机制的研究，为科学合理地管理草原资源提供理论依据。

二、研究区域与方法（一）研究区域本研究选取内蒙古典型草原区为研究对象，包括呼伦贝尔、锡林郭勒等地区。

（二）研究方法1. 文献综述：通过查阅国内外相关文献，了解放牧对草原生产力的影响及机制。

2. 实地调查：对研究区域进行实地调查，收集气候、土壤、植被等数据。

3. 实验设计：设置不同季节的放牧强度梯度，观察草原生产力的变化。

4. 数据处理与分析：运用统计分析方法，对收集的数据进行处理与分析。

三、不同季节放牧对内蒙古草原生产力的影响（一）春季放牧春季是草原植被恢复的重要时期，此时放牧会对草原生产力产生一定的影响。

适度放牧可以促进草原植被的更新，但过度放牧会导致草原植被受损，影响草原生产力。

（二）夏季放牧夏季是草原生长的旺季，此时放牧对草原生产力的影响较小。

然而，如果放牧强度过大，仍会对草原植被造成一定的压力，影响其正常生长。

（三）秋季放牧秋季是草原植被积累养分的重要时期，此时放牧会对草原生产力产生较大的影响。

过度放牧会破坏草原植被的结构，影响其养分的积累和储存。

（四）冬季放牧冬季草原植被进入休眠期，此时放牧对草原生产力的影响相对较小。

然而，如果过度放牧，仍会对草原土壤和植被造成一定的破坏。

四、影响机制分析（一）直接影响放牧活动直接对草原植被造成压力，包括踩踏、饲料消耗等。

过度放牧会导致草原植被受损，影响其正常生长和繁殖。

（二）间接影响放牧活动还会间接影响草原生态环境，如改变土壤结构、影响土壤水分等。

这些因素都会对草原生产力产生影响。

五、结论与建议（一）结论通过对不同季节放牧对内蒙古草原生产力的研究，发现不同季节的放牧活动都会对草原生产力产生影响。

《2024年内蒙古典型草原区人工草地生产力和氮素分配对水分响应研究》范文

《内蒙古典型草原区人工草地生产力和氮素分配对水分响应研究》篇一一、引言内蒙古作为我国典型的草原区，其人工草地的发展对于区域生态保护和农业可持续发展具有重要意义。

水分作为草地生态系统的重要限制因子，对人工草地的生产力和氮素分配具有显著影响。

因此，本文以内蒙古典型草原区人工草地为研究对象，探讨生产力和氮素分配对水分的响应机制，以期为该区域的草地管理和水资源利用提供科学依据。

二、研究区域与方法（一）研究区域概况本研究选取内蒙古典型草原区作为研究区域，该区域具有丰富的草地资源和独特的气候条件，为人工草地的种植提供了良好的基础。

（二）研究方法本研究采用野外调查与室内分析相结合的方法，通过设置不同水分梯度的试验区，分析人工草地的生产力和氮素分配对水分的响应。

三、试验设计与实施（一）试验设计根据水分梯度设置试验组，包括湿润、中度干旱和严重干旱三个水平。

每组设置三个重复，以减小误差。

（二）试验实施在试验区域内种植人工草地，定期进行灌溉和施肥，记录生长情况和产量数据。

同时，采集草地样品进行氮素含量和分配的测定。

四、结果与分析（一）人工草地生产力对水分的响应结果表明，随着水分梯度的增加，人工草地的生产力呈现先增加后稳定的趋势。

在湿润条件下，草地生产力达到最高值；而在严重干旱条件下，生产力显著降低。

这说明水分是影响人工草地生产力的关键因素。

（二）氮素分配对水分的响应氮素分配受到水分的影响，呈现出一定的规律性。

在湿润条件下，氮素更多地分配给生长旺盛的植物组织；而在干旱条件下，氮素分配更加均匀，以应对环境压力。

这表明植物在干旱条件下通过调整氮素分配来提高生存能力。

（三）讨论本研究发现，水分对人工草地的生产力和氮素分配具有显著影响。

在湿润条件下，草地的生产力和氮素利用率达到最高；而在干旱条件下，植物通过调整生长策略和氮素分配来应对环境压力。

这提示我们在实际生产中，应根据当地的气候条件和水分状况，合理调整人工草地的管理和灌溉策略，以提高草地的生产力和氮素利用效率。

内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算

第!"卷!第#$期%&'(!"!)&(#$草!地!学!报*+,**-./0,1*01)1+*!$!#年!#$月!234(!!!$!#!"#!#$(##566"7(899:(#$$5;$<6=(!$!#(#$($#"内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算何!源李星锐杨晓帆唐海萍"#北京师范大学地理科学学部自然资源学院$北京#$$>5=&摘要为了评价不同放牧强度对草原固碳量及固碳潜力的影响$本研究采用系统动力学建模方法耦合+*0*光合利用率模型(0M 8R &C 8放牧模型(.G 83M 土壤呼吸模型等模型$建立了基于系统动力学库;流思路的碳循环模型$该模型包含6个子系统(<个碳库'结果表明!#"">至!$#=年$在内蒙古锡林郭勒盟的温度降低(降水量增加的背景下$净初级生产力呈现升高的趋势$典型草原土壤固碳量呈现下降趋势%放牧强度在6羊-公顷^#下净生态系统初级生产力最低$固碳潜力最大$分别为^#Z (!D +-C ^!和!<(><,D +'因此$建议内蒙古锡林郭勒盟典型草原西部#阿巴嘎旗(那仁宝力格站&的放牧强度不宜超过#(=羊-公顷^#%东部#多伦县(东乌珠穆沁(西乌珠穆沁(锡林浩特站&不宜超过<(=羊-公顷^#'关键词典型草原%放牧强度%系统动力学模型%碳循环模型中图分类号 0#==(<`5文献标识码 *文章编号 #$$5;$<6=#!$!#&#$;!!5<;#!V 6.I )3#%'3#"*"+9231'L '*!0"3.*3#'L $'(:"*/.Y 1.)3('3#"*#*V <&#2'L /3.&&.#*\#L #*-"L $"1*3<$X **.(Q "*-"L #'F /c A G :$H 1@8:D ;P A 8$c *)-@8G &;O G :$,*)-F G 8;U 8:D"#03M &&'&O)G 4A P G '.B 9&A P 3B 9$T G 3A '4R &O-B &D P G U M 83G '038B :3B $J B 878:D )&P C G 'I :8S B P 984R $J B 878:D #$$>5=$+M 8:G &9:)3('23!1:&P Q B P 4&G 99B 994M B 8:O 'A B :3B &O D P G X 8:D 8:4B :984R 4&D P G 99'G :Q G 34A G 'G 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94B P :4R U 83G 'D P G 99'G :Q &O @8'8:-&'#)G C V G &'8D B 94G 48&:$H B G D A B &8:1::B PK &:D &'8G 9M &A 'Q :&4B Y 3B B Q #(=9M B B U-M G ^#$G :Q 4M B D P G X 8:D 8:4B :984R 8:4M B B G 94B P :4R U 83G 'D P G 99'G :Q #_A &'A :+&A :4R $/G 94I 7A C 3M 8:$?B 94I 7A C 3M 8:$@8'8:;M &4&9M &A 'Q:&4B Y 3B B Q <(=9M B B U-M G ^#(;.<5"(!)!,R U 83G 'D P G 99'G :Q %-P G X 8:D 8:4B :984R %0R 94B C G 483Q R :G C 83C &Q B '%+G P V &:3R 3'BC &Q B '收稿日期 !$!#;$!;!6 修回日期 !$!#;$<;$=基金项目国家自然科学基金面上项目#6#"5!"<=&资助作者简介何源##"">;&$男$汉族$北京人$硕士研究生$主要从事生态系统建模研究$/;C G 8'!RA G :MB !C G 8'(V :A (B Q A (3:%"通信作者*A ;4M &P O &P 3&P P B 9U &:Q B :3B $/;C G 8'!4G :D M U!V :A (B Q A (3:!!草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分$约占全球陆地面积的五分之一$碳储量约占世界土壤碳储量的!$\$约占陆地生态系统碳储量的!6\$净初级生产力#)B 4U P 8C G P RUP &Q A 348&:$)L L &约占陆地总生产力的三分之一)#*'因此$草地生态系统在调节全球生态系统的碳收支平衡过程中十分重要)!;Z *'放牧是草地生态系统中人类活动的主要形式)5*$但过度放牧使得我国大面积草地退化严重$植被覆盖度下降$草地的生态服务功能下降$中国约"$\的草地处于退化之中$中国北方干旱(半干旱地区约"$\的草地均已严重退化)>;#$*'研究表明放牧导致内蒙古草原生物量降低了>6(>\)##*$在连续=年的重度放牧下$内蒙古沙质草地的牧草产量降低了">(Z \)#!*'草地目前已经成为受人类活动影响较严重的陆地生态系统之一)#6*$阻碍了区域的可持续发展)5$#$*'退化草地的固碳潜力指的是从中度退化草地恢复到未退化草地的总固碳量$相当于草地退化导致的有机碳的损失量)#<*'固碳量和固碳潜力的估算受到许多不同因素的影响$如气候变化(生态系统类型(土壤类型等'目前$野外观测试验是评价放牧扰第#$期何!源等!内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算动对碳储量的影响的主要方式$但是野外试验不适用于大尺度的定量观测$大尺度下的固碳量与固碳潜力的定量评估方法仍然较为缺乏)<$#=;#Z*'目前$很多研究表明)L L和净生态系统初级生产力#)B4 B3&9R94B C U P&Q A348S84R$)/L&能够定量分析草地的碳源"汇情况$其中)/L表示生态系统中的固碳量$是表征生态系统碳收支的重要指标)#5;#>*$因此通过模拟)/L可以表征区域的固碳潜力'目前很多区域尺度的碳循环模型已用于草地生态系统$如+*0*#+G P:B D8B G C B994G:O&P Q G U; U P&G3M&)#"*$+/),I.c)!$*$T%0#T&P B94S B D B4G48&: 08C A'G4&P&)!#*$+J K;+T06#+G P V&:V A Q D B4C&Q B'&O 4M B3G:G Q8G:O&P B949B34&P&)!!*$+2!T1@)!6*等模型'基于现有碳循环模型$研究者开展了大量相关的研究' T B:D)!<*使用+*0*模型$发现中国在!$$$至!$$>年实行的退耕还林工程使得黄土高原从碳源逆转为碳汇%0M8R&C8)!=*基于系统动力学模型的概念$建立了内蒙古锡林郭勒盟的经验模型$评价了放牧对地上生物量的影响$该模型虽然成功地模拟了内蒙古锡林郭勒盟草原季节性的碳动态变化$但是忽略了地下过程#例如微生物分解过程(土壤呼吸作用等&对地下生物量的贡献$这使得模型存在一定局限性%+M B:提出了人类和自然的耦合系统#+F*)0&)<$!Z;!5*$并提出了结合J/L0模型(-'&V;T1.K模型和0M8R&C8模型量化人类活动的碳循环模型$评价了欧亚草原的放牧压力及固碳量$并提出了相应的草原管理建议'为了更精确地模拟典型草原不同放牧强度下的固碳量及固碳潜力$本研究基于系统动力学模型的库;流思路$在各碳库中耦合了以往研究中表现较好的模型$例如$+*0*模型)!>*(.G83M土壤呼吸模型)!"*(0M8R&C8放牧模型)!=*'最终集成构建了#"">至!$#=年内蒙古锡林郭勒盟典型草原的系统动力学模型'基于模型结果$本研究旨在分析!锡林郭勒盟气候变化背景下典型草原固碳量的时空变化%不同人为活动方式#放牧强度&对典型草原碳循环影响的差异'=!材料与方法=8=!研究区概述内蒙古锡林郭勒盟位于内蒙古中部#<#n6=k" <Z n<Z k)$###n$"k"##"n=>k/&$其主要的草地生态系统类型为温带禾草(杂草类草甸草原(温带丛生禾草典型草原和温带丛生矮禾草(矮半灌木荒漠草原'锡林郭勒盟中部的温性典型草原$建群种以羊草#:"678/%+$,",/$/&(大针茅#12$<&(.&,#$/&(黄囊苔草#*&."S)./+$,/S6$&为主)6$*'内蒙古锡林郭勒盟是牧业发达的地区$但由于放牧对草原的破坏$导致草地大面积退化$自!$$6年起$+退牧还草,工程启动$禁牧(休牧(划区轮牧等多种放牧政策开始在该地区实施)6#*'图#展示了锡林郭勒盟的草原分类状况$温带丛生禾草典型草原是内蒙古锡林郭勒盟草原的主体$也是本研究探讨的主要的草原类型'图=!内蒙古锡林郭勒盟草原分类图T8D(#!,M B+'G998O83G48&:C G U&O D P G99'G:Q4R U B98:@8'8:D&'+&A:4R$1::B PK&:D&'8G=5!!草!地!学!报第!"卷=8>!数据来源本研究使用的气象数据来自中国气象数据网#M44U!""Q G4G(3C G(3:"&发布的#"">至!$#5年内蒙古及周边省市65个气象站的月值站点数据作为模型的输入数据$包括温度(降水和日照时数等指标'此外$本研究还使用了归一化植被指数#)&P;C G'8X B QQ8O O B P B:3B S BD B4G48&:8:Q B Y$)_%1&数据集$该数据集来源于*%F..发布的>]C数据集$主要用于计算+*0*模型中的光合利用效率#H I/&模型中的植被限制因素'数据集列表见表#'温度(降水和)_%1在典型草原站点处的数据被用作本研究中模型的输入数据'气温和降水的年动态时间趋势反映了典型草原地区的气候变化情况$结果在!(!中展示'表=!本研究中的数据集列表,G V'B#!,M B Q G4G9B48:4M8994A Q R数据集_G4G9B49时空尺度03G'B分辨率.B9&'A48&:来源.B O B P B:3B 温度,B C U B P G4A P B#"">.!$#5站点1:;984A国家科学气象数据中心降水L P B38U84G48&:#"">.!$#5站点1:;984A国家科学气象数据中心日照时数0A:9M8:B Q A P G48&:#"">.!$#5站点1:;984A国家科学气象数据中心归一性植被指数)_%1#">!.!$#Z>]C*%F..中国植被图!$$##]C资源环境数据云平台=8C!方法=(C(=!碳循环模拟及验证方法!本研究基于U R4M&:6平台$根据系统动力学建模中的库;流思路构建典型草原碳循环模型'运用系统动力学方法解决具体问题是一个反复循环(逐渐深化的过程'建模过程遵循系统动力学建模的基本步骤$即系统分析(结构分析(建立规范的变量关系式(模型模拟和模型检验与评估'本研究中$系统内部为内蒙古锡林郭勒盟草地生态系统$结构包括<个碳库$其中草地模块的碳库包括生物量碳库和立枯凋落物碳库$生物量碳库通过经验参数分割成地上生物量和地下生物量子碳库$牲畜模块和土壤模块中分别包含牲畜碳库和土壤碳库$以方框的形式在图!中体现'各个碳库之间通过流变量连接$+*0*模型描述了植被的固碳过程$.G83M土壤呼吸模型描述了从立枯凋落物和生物量碳库转移到土壤碳库的碳传递过程$0M8R&C8放牧模型描述了碳从地上生物量子碳库以牲畜进食和踩踏途径进入土壤碳库的过程$流变量的变量关系式见方法#(6(6'本研究将放牧活动导致的有机碳从一个碳库流向其他碳库的量定义为碳损失'图>!碳循环模型框架T8D(!!,M BC&Q B'94P A34A P B&O3G P V&:3R3'B注!黑色框分割系统内外%红色框中表明输入变量%绿色框表示地上草地模块%蓝色框表示牲畜模块%棕色框表示土壤模块%立方体表示碳库%圆角矩形表示系统内的流变量%云朵表示从系统内部输入到系统外部的流变量)&4B9!,M BV'G3]P B34G:D'B9U'8494M B8:98Q BG:Q&A498Q B&O9R94B C(,M BP B QP B34G:D'B C B G:98:U A4S G P8G V'B9(,M B D P B B:P B34G:D'B C B G:9 G V&S B D P&A:Q D P G99'G:Q9B34&P(,M B V'A B P B34G:D'BC B G:9'8S B94&3]9B34&P(,M B V P&W:P B34G:D'BC B G:99&8'9B34&P(,M B3A V BC B G:94M B3G P; V&:94&3](,M B P&A:Q B Q P B34G:D'BC B G:94M B O'A YS G P8G V'B8:98Q B4M B9R94B C%,M B3'&A QC B G:94M B O'A Y O P&C8:98Q B4&&A498Q B4M B9R94B C Z5!!第#$期何!源等!内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算!!不同地域和条件的限制导致轻度放牧(中度放牧和重度放牧的强度范围也不同)6!*'因此$本研究定义了<种不同的放牧强度情景$围栏封育(轻度放牧#小于6羊-公顷^#&(中度放牧#小于Z 羊-公顷^#&(重度放牧#大于Z 羊-公顷^#&$并取等间隔的放牧强度$分别为$羊-公顷^##围栏封育&(#(=羊-公顷^#(6羊-公顷^#(<(=羊-公顷^#(Z 羊-公顷^#(5(=羊-公顷^#和"羊-公顷^#作为模型输入情景进行计算'模型模拟的多项结果分别与文献结果进行验证'基于不同研究者的野外调查研究$本研究搜集了相关文献并引用其公开结果进行验证'=(C (>!内蒙古锡林郭勒盟气候变化特征!在内蒙古锡林郭勒盟典型草原一共包含Z 个站点$即东乌珠穆沁(西乌珠穆沁(锡林浩特(阿巴嘎旗(多伦县和那仁宝力格'图6展示了典型草原气象站点的时间分布特征$其中星标实线表示气温$浅色柱状图表示降雨量'图6中趋势线结果表明$在#"">至!$#=年中$气温呈现下降的趋势$降雨量呈现小幅度上升的趋势'典型草原从!$$=年后$气候变化幅度变大$!$$5年和!$#!年平均气温分别呈现极大值和极小值$!$#<年又迅速增高%对降水量来说$降水量总体呈现与气温相反的趋势$#"">年(!$$6年(!$$>年和!$#!年的降水出现明显的峰值'图C !锡林郭勒盟典型草原A 个站点年平均气温和降水量的时间变化趋势T 8D (6!,M B 4P B :Q&O G S B P G D B 4B C U B P G 4A P B G :Q U P B 38U 84G 48&:8:98Y 94G 48&:9&O@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G =(C (C !流变量描述!#&+*0*模型草地生态系统)L L 是草地光合作用固碳和其自养呼吸的差)66;6<*')L L 是反映陆地生态系统过程的重要指标$同时也可以反映生态系统的固碳能力)6=*'L &44B P 和T 8B 'Q )6Z *在#""6建立了基于K &:4B 84M 公式的+*0*模型$该模型在很多研究中均已被证实是合理有效的评价)L L 的H I /模型)65;<#*'计算)L L 的主控方程)65*如下所示!)L L h*L *.[##&其中)L L 表示净初级生产力$单位为D +-C ^!%*L *.表示吸收性光合有效辐射$单位为K N -C ^!%.表示光合利用效率#H 8D M 4A 9B B O O 838B :3R$H I /&$单位为D +-K N ^#'其中参数方程同朱文泉)65*的算法及设置'!&.G 83M 土壤呼吸模型源于土壤微生物呼吸的+2!排放通量的评价基于.G 83M )!"*提出的半经验半机理土壤呼吸模型'相比于机理模型$.G 83M 土壤呼吸模型的参数较少$且均通过全球范围内的土壤呼吸与温度(降水的拟合结果得到$因此该模型可模拟区域尺度的土壤呼吸变化'公式如下所示!D /V =X"Z X C &X B B W G#!&公式中D /表示+2!通量$单位为D +-C ^!Q ^#%=$Z 和G 分别表示月平均气温为$i 时的土壤呼吸速率(温度敏感性系数和降水重要性指数$一般均为常数$本研究取=$Z 和G 分别为#(!=$$$($=<=!和<(!=")!5*%B 表示月平均降雨量$单位为3C 'H G C V B P 4R 建立了土壤微生物呼吸和土壤异养呼吸的经验函数关系$戴尔阜)#5*基于该函数关系在内蒙古地区应用该模型建立了土壤异氧呼吸D +和土壤呼吸D /的经验关系$公式如下所示!':D +V $I !!W $I >5X ':D /#6&该公式中$D +表示土壤异氧呼吸导致的碳消耗量$单位为D +-C ^!-G ^#%D /表示土壤呼吸导致的碳消耗量$单位为D +-C ^!-G^#'6&0M 8R&C 8放牧模型0M 8R&C 8模型中用基于饲料有效性的分段函数表征牲畜啃食所致的地上生物量碳损失)!=*'模型55!!草!地!学!报第!"卷对地上生物量的!种情况进行考虑!即当可食用的地上生物量是足够牲畜食用的情况$和可食用的地上生物量不够牲畜食用的情况#牲畜会从立枯凋落物中选择部分食用&'除了对生物量的碳消耗分析$模型还考虑了牲畜增重及呼吸过程对碳损失的间接影响'该模型在锡林郭勒盟和温带欧亚草原均取得了很好的模拟结果$因此在研究牲畜模块选择用0M8R&C8模型)<$!=*$其主控方程如下所示!G V,X R X Q X!X$I<5=#<&K(V,X R X Q X"X$I<5=$K B B'GK(V K B B&9)3"X$I!$K B B#4G#=&:(V,X R X##'Q&X.X$I<5=#Z&公式中K(表示)L L总量中由于牲畜啃食导致的碳损失$单位为D+-C^!%,表示放牧强度$单位为羊-公顷^#%R表示牲畜单位体重$单位为D%Q表示动物啃食的地上生物量的比例%P表示牲畜对可食用植物的吸收率%$(<5=是生物量与)L L的转换系数)<$<!*%:(表示有牲畜啃食立枯凋落物的碳损失$单位为D+-C^!%参数设置同0M8R&C8)!=*'<&净生态系统初级生产力估算净生态系统生产力是表征生态系统碳收支的重要指标$反映了该地区在较大空间尺度上碳的吸收和排放能力$在一段时间内$当)/L大于$时$生态系统总体呈现吸收碳的趋势$即碳汇)#5$<6;<=*%反之则呈现排放碳的趋势$即碳源')/L的变化是评价内蒙古锡林郭勒盟的生态系统固碳能力及固碳潜力的重要指标'在考虑放牧的前提下$)/L的评估不再是)L L和异氧呼吸的简单差值$而是考虑了牲畜啃食和排泄物分解的过程$公式如下!)/L h)L L^K B B(.&E"U D+W K B B"P$#"%)7#5&公式中$)/L表示净生态系统生产力$单位为D+-C^!%D M是由.G83M土壤呼吸模型计算得到$单位为D+-C^!-Q^#%)L L$K B B(.&E"和K B B"P$#"%)7分别表示净初级生产力(放牧损失的地上生物量(立枯凋落物的净初级生产力和排泄物分解进入土壤的净初级生产力$单位为D+-C^!%.M代表土壤异氧呼吸$单位为D+-C^!'=&固碳潜力估算本研究采用单位面积下$围栏封育与不同放牧强度下的典型草原固碳量差值来代表固碳潜力$公式如下!B V K5B[U K5B$#>&公式中$B是固碳潜力$单位为D+-C^!$)/L[是围封#放牧强度为$&下的净生态系统初级生产力$)/L$指的是放牧强度为$时的净生态系统生产力$两者单位均为D+-C^!'>!结果与分析>8=!模型验证由图<和图=所示$=个验证样点区域#即东乌珠穆沁(二连浩特(阿巴嘎旗(西乌珠穆沁和锡林浩特&的模型验证结果$其中$样点实测数据为E M G&)6!*的研究结果'图<表明在东乌珠穆沁$生物量的差异较小$但变化幅度更大%其他验证点变化趋势相似$但模拟生物量显著高于观测值'由图=所示$观测值与5种放牧强度下的拟合结果$Y轴为=个地区地上生物量的观测结果$R轴为模型模拟的站点处地上生物量$拟合结果略显高估$但总体验证结果较好'由表!可知$模型结果与文献数据在内蒙古锡林郭勒盟的验证结果'结果表明$实测的地上生物量结果在模型模拟结果的变化范围中$即模型结果能够真实反映实际地上生物量的变化%从模型比较结果来看$本研究中的耦合模型与+*0*模型相差较小$且在5种放牧强度下$该模型涵盖了J/L0模型评价的)/L变化范围$故模型结果具有真实性'> 5 ! !第#$期何!源等!内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算图D !内蒙古E 个区域#东乌珠穆沁+二连浩特+阿巴嘎旗+西乌珠穆沁和锡林浩特%分别在>??E $>?=>年的观测数据与E 个样点站模型模拟结果的时间趋势验证T 8D (<!,M B 48C B 9B P 8B 9S G '8Q G 48&:&O =P B D 8&:98:1::B PK &:D &'8G #/G 94I 7A C 3M 8:$/P B :M &4$*V G D GV G ::B P $?B 94I 7A C 3M 8:$@8'8:M &4&O P &C!$$=^!$#!图E !内蒙古E 个区域#东乌珠穆沁+二连浩特+阿巴嘎旗+西乌珠穆沁和锡林浩特%分别在>??E $>?=>年的观测数据与E 个样点站模型的拟合结果T 8D (=!,M B 93G 44B P S G '8Q G 48&:&O =P B D 8&:98:1::B PK &:D &'8G #/G 94I 7A C 3M 8:$/P B :M &4$*V G D GV G ::B P $?B 94I 7A C 3M 8:$@8'8:M &4&O P &C!$$=^!$#!>8>!放牧扰动下草原土壤固碳量时空变化由图Z 所示$不同的放牧强度设置下$内蒙古锡林郭勒盟典型草原在#"">至#"""年(!$#!到!$#6年$)/L 的变化范围在$附近$因此不同的放牧强度会影响该地区的碳源"汇转化$其他放牧强度##(=""羊-公顷^#&下$#"""至!$#!年和!$#6至!$#=年均属于碳源%碳源效果在!$$$年最强')L L 和D +的变化趋势相似$在)L L 较高的年份$D +也较高$)/L 的变化范围也更大'图5的)L L $D +和)/L 的季节趋势表明$)L L 和D +呈现相同的季节趋势$)L L 和)/L 总体呈现相反的趋势'由图5所示$在围封情景下$#$月为碳源最强的月份%在放牧情境下$全年除#月和!月外$该地区均为碳源$5月为)L L 最高的月份$同时也是该地区生态系统释放碳最多的月份$碳损失最大'因此$放牧破坏了自然状态下的净生态系统初级生产力季节模式$将#$月为最强(<月为次强的多谷值的季节格局变为5月最强("月次强的季节格局'表>!内蒙古锡林郭勒模型验证结果,G V 'B !!,M B S G '8Q G 48&:P B 9A '498:@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G 年份c B G P方法K B 4M &Q 9变量%G P 8G V 'B 9验证集S G '8Q G 48&:模拟结果08C A 'G 48&:参考.B O B P B :3B!$$$;!$###生长季-P &W 8:D 9B G 9&:&野外调查T 8B 'Q 8:S B 948DG 48&:地上生物量*V &S B D P &A :QV 8&C G 99"D-C ^!#6(="!6<(<>#!(>Z "!Z Z (<=H 1$B 4G ')<$*!$$=;!$#<+*0*年均)L Lc B G P 'R )L L "D+-C ^!#Z #(!6#=>("5E F *2$B 4G ')<#*最大光合利用效率-K G Y 8C A CH I /"D +-K N ^#$(=6"$(=<##""";!$$5#内蒙古1::B PK &:D&'8G &J /L 0净生态系统初级生产力-)/L "D+-C ^!#=("5##($";!<(>!+F /)$B 4G ')<*"5!!草!地!学!报第!"卷图A !内蒙古锡林郭勒盟M 00和@种放牧强度下M I 0的时间变化趋势T 8D (Z !,M B 48C B 9B P 8B 9&O)L LG :Q)/L 8:9B S B :D P G X 8:D 8:4B :9848B 98:@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G (注!5种放牧强度下的)/L 变化范围以灰色阴影区域形式体现)&4B 9!,M B P G :D B &O)/LS G P 8G 48&:A :Q B P 5D P G X 8:D 8:4B :9848B 9W G 99M &W :W 84M 4M B D P B R M G 43M P B D8&:图@!内蒙古锡林郭勒盟M 00和@种放牧强度下M I 0的季节趋势T 8D (5!,M B 9B G 9&:G '4P B :Q&O)L LG :Q)/L 8:9B S B :D P G X 8:D 8:4B :9848B 98:@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G 注!绿灰色阴影区域表示季节性)/L 变化范围)&4B 9!-P B R M G 43M P B D8&:C B G :94M B B Y 4B :4&O 9B G 9&:G ')/L !!)/L 空间分布#图>&表明$锡林郭勒盟东北部草原属于碳汇$西部均属于碳源%)/L 整体呈现从西到东的递增趋势%随着放牧强度的递增$典型草原)/L 整体呈现微弱的递减趋势$东部固碳量减少最明显$但在放牧强度高于Z 羊-公顷^#时呈现上升趋势'其中从围封到轻度放牧的)/L 变化最大$当放牧强度高于6羊-公顷^#时$大部分地区)/L 逐渐趋于稳定$空间模式基本无变化$当放牧强度更高时$典型草原东北部(草甸草原南部出现局部的变低$当放牧强度为6羊-公顷^#时$)/L 最低$为^#Z (!D +-C ^!'此外$放牧具备逆转碳汇为碳源的作用'图"中$蓝色的柱形表示围栏封育下的)/L $橘色的柱形表示碳损失$当该数字大于#时表示碳汇逆转为碳源$如果放牧的碳消耗量高于)/L $在这些区域就可以逆转碳汇为碳源'从整体上看$围封下的内蒙古锡林郭勒盟典型草原在#"">到#"""年(!$#!到!$#6年为碳汇$当放牧强度为6"Z 羊-公顷^#时$#"""年的碳汇逆转为碳源$其他强度下#"""年的"$\碳汇作用被放牧消耗'$>!!第#$期何!源等!内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算图B !锡林郭勒盟@种放牧强度下M I 0的空间分布T 8D (>!,M B 9U G 48G 'U G 44B P :&O)/LA :Q B P 9B S B :D P G X 8:D 8:4B :9848B 98:@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G 注!-1表示放牧强度$羊-公顷^#%红旗为气象站点位置)&4B 9!-189D P G X 8:D 8:4B :984R $9M B B U -M G ^#%P B Q O 'G D 894M B '&3G 48&:&OC B 4B &P &'&D83G '94G 48&:图N !=N N B 到>?=E 年内蒙古锡林郭勒盟不同放牧强度下碳损失对M I 0的影响T 8D ("!,M B 8C U G 349&O 3G P V &:'&99A :Q B P Q 8O O B P B :4D P G X 8:D 8:4B :9848B 94&)/L O P &C#"">4&!$#=8:@8'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G 注!上标数字表示碳损失占)/L 的比例$\%-1表示放牧强度$羊-公顷^#)&4B 9!,M B 9A U B P 93P 8U 4:A C V B P 9C B G :94M B P G 48&&O 3G P V &:'&994&)/L $\%-1C B G :9D P G X 8:D 8:4B :984R $9M B B U-M G ^#!!气候影响下随着放牧强度的增加$典型草原的固碳量呈现下降的变化趋势'表6表明$多伦县(西乌珠穆沁降雨量较大且)/L 较高$属于碳汇%锡林浩特在围栏封育下呈现碳汇%随着降雨量的降低$)/L 越来越低%围封下)/L 变化率最大(值最高'在不同放牧强度下$从围封到6羊-公顷^#$)/L 随放牧强度增加而逐渐下降$当放牧强度高于6羊-公顷^#时$)/L 变化率逐渐降低$但是)/L 逐渐上升$当放牧强度为6羊-公顷^#时$变化率最小$)/L 最小%变化率基本维持稳定'#>!!草!地!学!报第!"卷表C !典型草原@种放牧强度下M 00和M I 0及其变化率,G V 'B 6!,M B)L L $)/LG :Q 4M B 8P P G 4B &O 3M G :D B 9A :Q B P 5D P G X 8:D 8:4B :9848B 9&O 4R U 83G '94B U UB 站点04G 48&:净初级生产力)L L 不同放牧强度下)/L )/L 8:Q 8O O B P B :4D P G X 8:D 8:4B :984R围封/:3'&9B 轻度放牧H 8D M 4D P G X 8:D中度放牧K &Q B P G 4B D P G X 8:D 重度放牧F B G S RD P G X 8:D $#(=6<(=Z 5(="多伦县_A &'A :+&A :4R#>=(Z!Z ("#<(<##(>##(!#6(=#=(=#=(6西乌珠穆沁B 94I 7A C 3M 8:#5"(<66(6!#(##5("#>(!#"(>!#(Z !#(5锡林浩特@8'8:M &4#<=(<`!("^5("^"(=^>(Z ^Z ("^Z (<^Z (5东乌珠穆沁/G 94I 7A C 3M 8:##=(<^!!(6^6#(5^6#(6^6$(6^!"(5^!"("^6$(#阿巴嘎旗*V G D GV G ::B P "Z (5^6"(=^^<5(=`^<Z (6`^<=(Z `^<=(5`^<=("`^<Z (!`那仁宝力格)G P B :V G &'8DB >"(5^66(<^<$(=`^6"(5`^6"(!`^6"(!`^6"(=`^6"(5`净生态系统生产力)/L "D +-C ^!G ^##6=(<^=(6^#=(<^#Z (!^#=(5^#<(5^#<(#^#<(6净生态系统生产力变化率)/L D P G Q 8B :4$(<>^$(Z <^$(Z =^$(=!^$(Z 6^$(Z 6^$(Z 6^$(Z 6!!注!站点按降雨量从大到小排序%`"^表示)/L 变化趋势通过了"$\的显著性检验)&4B !,M B 94G 48&:9G P B 9&P 4B QV R 4M B U P B 38U 84G 48&:#C C &O P &C4M B 'G P D B 944&9C G ''B 94%`"^P B U P B 9B :494M B)/L D P G Q 8B :4U G 994M B "$\98D ;:8O 83G :44B 94>8C !草原土壤最大承载放牧强度与固碳潜力评估草原土壤固碳潜力是退化草地恢复到退化前的土壤有机碳水平的过程中所固定的土壤有机碳总量'内蒙古锡林郭勒盟的固碳潜力见图#$和表<所示'随着放牧强度的增加$典型草原东部呈现先增加后降低的趋势$在<(=羊-公顷^#下达到最大$且东部(东北部草原的固碳潜力增长更快%西部对放牧的承载力较弱$固碳潜力降低的趋势意味着碳消耗从地上生物量转移到立枯凋落物的过程'图=?!内蒙古锡林郭勒盟=N N B 到>?=E 年草原土壤固碳潜力T 8D (#$!,M B 9U G 48G 'U G 44B P :&O U &4B :48G '3G P V &:9B b A B 94P G 48&:&O 94B U U B 9&8'O P &C#"">4&!$#=8:@'8:D &'+&A :4R $1::B PK &:D&'8G 注!-1表示放牧强度$羊-公顷^#%红旗为气象站点位置)&4B 9!-1C B G :9D P G X 8:D 8:4B :984R $9M B B U -M G ^#%P B Q O 'G D C B G :94M B '&3G 48&:&OC B 4B &P &'&D83G '94G 48&:!!固碳潜力的变化呈现出先升高再降低的过程$潜力升高表示目前放牧碳损失在一定期间内可以恢复$降低的过程表明放牧对碳循环过程产生了不可逆的影响'表<展示的不同放牧强度下固碳潜力的值$站点顺序按降水量从大到小排序$最大固碳潜力用黑体标注$可以发现随着降雨量的降低$不同放牧强度下$各个站点的固碳潜力也越来越低$即典型草原能承受的最大放牧强度也越低$东乌珠穆沁(那仁宝力格(阿巴嘎旗从#(=羊-公顷^#恢复到围封的固碳潜力最大$往后随着放牧强度的增加在Z 羊-公顷^#达到最小$然后又有所回升%西乌珠穆沁和锡林浩特在6羊-公顷^#下固碳潜力最大%对多伦县来说$在<(=羊-公顷^#下固碳潜力最大'总固碳潜力表明6羊-公顷^#下$固碳潜力最高'因此围封状态下强碳汇地区可承载更大的放牧强度'综上$内蒙古锡林郭勒盟典型草原平均情况下$最大承受放牧强度约为6羊-公顷^#$典型草原土壤固碳潜力约为!<(><,D+'!>!!第#$期何!源等!内蒙古锡林郭勒盟典型草原固碳量及固碳潜力估算表D!内蒙古锡林郭勒盟A个站点样点尺度典型草原土壤固碳潜力,G V'B<!,M B U&4B:48G'3G P V&:9B b A B94P G48&:&O4R U83G'94B U U B&O98Y94G48&:98:@8'8:D&'+&A:4R$1::B PK&:D&'8G放牧强度"羊-公顷^#-P G X8:D8:4B:984R"0M B B U-M G^#围封/:3'&9B)/L轻度放牧H8D M4D P G X8:D中度放牧K&Q B P G4B D P G X8:D重度放牧F BG S RD P G X8:D#(=6<(=Z5(="单位面积草原土壤固碳潜力,M B U&4B:48G'3G P V&:9B b A B94P G48&:多伦县_A&'A:+&A:4R!Z("!!=($$!5!(!6!>#("!!<#(Z>!$<(>$!$"($$&O94B U U B9&8'"D+-C^!西乌珠穆沁B94I7A C3M8:66(6!!$(#"!55(#<!5!(56!<6(6"!#$(6#!$>(56锡林浩特@8'8:M&4!("#"<(Z<!!6("#!$5(=Z#55(5$#Z>(6!#5!(=6东乌珠穆沁/G94I7A C3M8:^!!(6#5$(6>#Z#(Z6#<<(5<#6!(>>#65($"#<#(6$阿巴嘎旗*V G D GV G::B P^6"(=#<<(#>#!!(>###$(=<###(Z6##=(><#!$($=那仁宝力格)G P B:V G&'8D B^66(<#!>($$##6(<6#$6("$#$=(!<#$"(<=##6(Z Z 平均*S B P G D B S G'A B"D+-C^!^=(6!#>$(<$#"=(#"#>Z("$#Z>(5=#=5(Z6#Z$(>>总固碳潜力,&4G'U&4B:48G'3G P V&:9B b A B94P G48&:",D"!!("Z!<(><!6(5"!#(<>!$($Z!$(<> !!注!站点顺序按降雨量从大到小排序)&4B!,M B94G48&:9G P B9&P4B QV R4M B U P B38U84G48&:#C C&O P&C4M B'G P D B944&9C G''B94C!讨论C8=!模型的不确定性及不足模型模拟的不确定性来自于6个方面!输入数据(模型结构和模型参数'数据的不确定性源于空间降尺度和数据缺失问题'空间栅格数据通过空间数据降尺度到至样点尺度会导致失真%在牲畜模块中$放牧强度的资料尚没有准确的时空数据集$因此在本研究中放牧强度仅设置为一组常数$而没有考虑空间异质性$从而导致模型结果与真实情景间存在差异'在模型结构方面$水(热量和植被是植被固碳能力主要的影响因素$在现有的模型结构中$实际蒸散发和潜在蒸散发分别通过区域实际蒸散发模型)<=*和,M&P:4M W G84B的植被;气候方法)<Z*计算$但是土壤水分限制被证明对植被的固碳能力也存在着重要的影响作用)<5;<>*'目前改进的+*0*模型通过添加土壤水分模块提高了模拟精度!c A;+*0*模型)<"*修正了土壤湿度模块提高了+*0*模型在东亚模拟的精度%J G&)=$*提出基于H0?1的+*0*模型$用地表水指数#H0?1&替代了最大光和利用效率#.C G Y&$提高了在温带欧亚草原的模拟精度'此外$其他来源的人类活动造成的碳损失也需关注$例如社会经济因素(火灾)<$=#;=!*(农业活动)=6*(放牧强度的空间分布等'上述自然(社会因素是本模型仍然缺失考虑的地方'在模型参数方面$基于经验公式拟合的恒定参数是参数本地化的重要方式$恒定参数导致很多潜在的生物地球化学过程难以在本模型中描述$目前很多研究都指出了上述问题)6;<$!"*'例如在牲畜模块$本研究假设牲畜的日消化率为常数$然而这忽略了急剧的气候变化会影响牲畜的日消化率从而导致死亡率的提高)<*%在土壤模块$微生物在地下的过程机理模型研究目前较为缺乏)6;<*$微生物分解方程还依赖于二级动力学方程$这使得本模型对凋落物(立枯凋落物的分解过程的评估现在仍不准确%对土壤呼吸模型来说$.G83M模型最初应用于全球尺度评价)!"*$局地的经验参数未经过准备的验证'因此在样点尺度下参数的本地化及使用物理模型替代经验公式仍然是本研究难以解决的问题'C8>!固碳量及固碳潜力评估国内的观测资料显示$中国典型草原$"6$3C 深土壤在围封下固碳潜力约为$(<54+-M C^!$ !$$$.!$$"年锡林郭勒盟典型草原的固碳潜力为#(<<4+-M C^!-G^#)=<*'本研究计算得到的#"">.!$#=年范围内$典型草原围封下的固碳潜力最大约为#"=(#"D+-C^!#表6&$约为#(=>"#("= 4+-M C^!$!$$$.!$$"年锡林郭勒盟典型草原固碳潜力约为$("$"#($"4+-M C^!$略低于锡林郭6>!!。

气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响

第31卷第11期V o l .31 No .11草地学报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2023年 11月N o v . 2023d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2023.11.023引用格式:常屹冉,张弛,魏嘉诚,等.气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响[J ].草地学报,2023,31(11):3444-3452C HA N G Y i -r a n ,Z HA N GC h i ,W E I J i a -c h e n g ,e t a l .I m p a c t so fC l i m a t eC h a n gea n d H u m a nA c t i v i t i e so nt h eN e t P r i m a r y P r o d u c t i v i t y o fV e g e t a t i o n i n I n n e rM o n g o l i a [J ].A c t aA gr e s t i aS i n i c a ,2023,31(11):3444-3452气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响常屹冉1,2,张弛2,魏嘉诚2,李显巨1*,嘎毕日2(1.中国地质大学(武汉),湖北武汉430074;2.内蒙古自治区测绘地理信息中心,内蒙古呼和浩特010050)收稿日期:2023-05-04;修回日期:2023-06-24基金项目:内蒙古科技重大专项项目(K J B 2016034);内蒙古自治区科技创新引导资金项目(K C B J 2018072;K C B J 2018069)资助作者简介:常屹冉(1988-),男,汉族,山东济宁人,副高级工程师,主要从事土地利用/土地覆被变化与地理信息系统研究,E -m a i l :70170568@q q .c o m ;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :d d w h l x j @c u g.e d u .c n 摘要:为探究内蒙古植被净初级生产力(N e t p r i m a r yp r o d u c t i v i t y ,N P P )的时空格局及其与气候变化的关系㊂本文利用MO D I SN P P 数据分析内蒙古2001 2020年植被N P P 的时空变化,利用T h o r n t h w a i t e 纪念模型和差值比较法分离气候变化和人类活动对于该地区N P P 的影响㊂结果表明:(1)2001 2020年研究区N P P 呈显著的增加趋势(3.29g C ㊃m -2㊃a -1),N P P 总体呈东高西低的空间分布格局,且99.1%的区域N P P 呈升高趋势㊂(2)在植被改善的地区中,大兴安岭地区㊁研究区西南部主要是由人为主导,研究区中部包括通辽赤峰和锡林郭勒等地区主要由气候主导,其他地区由两者共同作用㊂在土地退化的区域,多为人为主导㊂其中,森林主要受人类活动的影响,草地主要受气候变化的影响㊂(3)人类活动影响的N P P (H u m a nn e t p r i m a r yp r o d u c t i v i t y ,HN P P )总体呈正值,即人类活动抑制了植被生长,高值区主要分布在研究区的南部,这些地区人为活动对植被的生长抑制更大㊂关键词:净初级生产力;植被变化;相对贡献度;主导因素;内蒙古中图分类号:P 429 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2023)11-3444-09I m p a c t s o fC l i m a t eC h a n ge a n dH u m a nA c t i v i t i e s o n t h eN e t P r i m a r y P r o d u c t i v i t y o fV e g e t a t i o n i n I n n e rM o n go l i a C HA N G Y i -r a n 1,2,Z H A N GC h i 2,W E I J i a -c h e n g 2,L IX i a n -ju 1*,G AB i -r i 2(1.C h i n aU n i v e r s i t y O fG e o s c i e n c e s ,W u h a n ,H u b e i P r o v i n c e 430074,C h i n a .2.I n n e rM o n g o l i aA u t o n o m o u sR e gi o n S u r v e y i n g a n d M a p p i n g G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o nC e n t e r ,H o h h o t ,I n n e rM o n go l i a 010050,C h i n a )A b s t r a c t :T o e x p l o r e t h e s p a t i o t e m p o r a l p a t t e r no fN e t P r i m a r y P r o d u c t i v i t y (N P P )i n I n n e rM o n g o l i a a n d i t s r e l a t i o n s h i p w i t hc l i m a t e c h a n g e ,t h e s p a t i a l a n d t e m p o r a l c h a n g e s o fN P P i n I n n e rM o n go l i a f r o m2001t o 2010w e r e c a l c u l a t e du s i n g MO D I SN D V I d a t a i n t h i s p a p e r .A n d t h e e f f e c t s o f c l i m a t e c h a n g e a n dh u -m a na c t i v i t i e so n N P Pi nt h er e g i o n w e r e i n v e s t i g a t e db y T h o r n t h w a i t e M e m o r i a lM o d e l a n dD i f f e r e n c e C o m p a r i s o n M e t h o d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t (1)t h eN P Pi nI n n e r M o n g o l i ae x h i b i t e das i gn i f i c a n t i n -c r e a s i n g t r e n d (3.29g C ㊃m -2㊃a -1)f r o m2001t o 2020.T h e o v e r a l l s pa t i a l d i s t r ib u t i o n p a t t e r n o fN P P i n I n n e rM o n g o l i aw a s h i g h i n t h e e a s t a n d l o w i n t h ew e s t .R e g a r d i n g s pa t i a l v a r i a t i o n ,99.1%o f I n n e rM o n -g o l i ad i s p l a y e d a n i n c r e a s i n g t r e n do fN P P ,o fw h i c h56.4%w e r e s i g n i f i c a n t (P <0.01).(2)A m o n g th e a r e a sw i t h i m p r o v e dv e g e t a t i o n ,t h eD a x i n g a n l i n g a r e aa n dt h es o u t h w e s t e r n p a r to f t h es t u d y ar e aw e r e m a i n l y d o m i n a t e db y h u m a na c t i v i t i e s .T h e c e n t r a l p a r t o f t h e s t u d y a r e a ,i n c l u d i n g T o n g l i a o ,C h i f e n g an d X i l i n g o l ,w a sm a i n l y d o m i n a t e db y c l i m a t e c h a n ge ,w h i l eb o t hd o m i n a t e d t h e o t h e r a r e a s .A n d i n t h e a r e a s of l a n d d eg r a d a t i o n i sm o s t l yh u m a n a c ti v i t i e s -l e d .I n t e r m s o f v e g e t a t i o n t y p e ,f o r e s t sw e r em a i n l y a f f e c t e d b y h u m a n a c t i v i t i e sw h i l e g r a s s l a n d sw e r em a i n l y a f f e c t e d b y c l i m a t e c h a n g e .(3)T h e o v e r a l l po s i t i v e v a l u e o f a n t h r o p o g e n i cH u m a n N e tP r i m a r y P r o d u c t i v i t y (H N P P )m e a n s t h a ta n t h r o p o ge n i ca c t i v i t i e sr e s t r i c t第11期常屹冉等:气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响v e g e t a t i o n g r o w t h.T h eh i g h-v a l u e a r e a s a r em a i n l y l o c a t e d i nt h e s o u t h e r n p a r t o f t h e s t u d y a r e a,w h e r e a n t h r o p o g e n i c a c t i v i t i e s r e s t r i c t e d t h e g r o w t ho f v e g e t a t i o nm o r e.K e y w o r d s:N e t p r i m a r y p r o d u c t i v i t y;V e g e t a t i o n c h a n g e s;R e l a t i v e c o n t r i b u t i o n;L e a d i n g f a c t o r;I n n e rM o n g o l i a植被是陆地生态系统的主体,在全球气候变化中具有重要的作用[1]㊂气候不仅可以影响地表植被的生长,影响群落的组成,反过来,植被也可以通过影响地表的反照率以及蒸腾来改变地表能量的分配进而影响局地及区域的气候[2]㊂因此在全球气候变化的背景下,植被对气候的响应研究亟待探究㊂植被净初级生产力(N e t p r i m a r yp r o d u c t i o n,N P P)是光合作用生产的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分,是地表碳循环的重要组成部分,也是描述植被生长状况的重要指标之一[3-4],近年来在植被生长[5-7]㊁陆地碳循环[8]等方面得到了广泛的应用㊂随着遥感技术的发展,基于植被指数的大区域植被N P P变化成为研究热点[9-11]㊂研究表明黄土高原地区植被N P P总体呈波动上升趋势,降水和气温的耦合作用是该地区N P P变化的主要因素㊂从植被类型来看,干旱对于河西走廊林地N P P影响最大,草地次之;从不同季节来看,干旱对夏季N P P影响最大[12]㊂施红霞等[13]的研究表明,相较于1986 2005年,21世纪北半球中高纬度地区陆地N P P呈增加趋势,且在高排放情境下(R C P8.5),增加更明显㊂21世纪北半球中高纬度地区N P P受辐射和降水显著影响的地区在增大,而受温度显著影响的地区在减少㊂内蒙古地区位于中国北部,是干旱半干旱典型区㊂植被对于气候变化和人类活动极为敏感㊂近年来,该地区呈显著的增温趋势,其中内蒙古中部升温趋势在0.44ħ/10a以上[14],显著高于全球平均水平[15]㊂此外,人类活动对于该地区的草地生态系统也具有不同程度的影响[16-17]㊂因此,该地区气候变化和人类活动对于植被N P P的影响研究就极为重要㊂研究表明干旱对于锡林郭勒草原植被N P P会造成不同程度的抑制作用[4]㊂而除了降水外,放牧是锡林郭勒草原植被N P P变化的主要驱动因素[18]㊂高艺宁等[19]的结果也表明内蒙古荒漠草原植被N P P与降水的相关系数更高㊂滑永春等[20]的结果表明,降水对于内蒙古草原N P P的驱动力更大,其结果也表明人类活动对于草原的恢复有正向作用㊂然而气候变化和人类活动对于植被N P P的共同影响以及定量关系还有待研究㊂这对于内蒙古地区生态建设和农业可持续发展具有重要意义㊂本文基于MO D I S N P P数据分析2001 2020年内蒙古地区植被N P P的时空变化特征,利用气象数据,通过主导因素分析㊁贡献度分析㊁偏相关分析等方法,探究气候要素和人类活动对于研究区植被N P P的影响,量化气候变化和人类活动对于植被N P P的影响程度,为内蒙古地区生态屏障的建设以及农牧业的可持续发展提供依据㊂1数据与方法1.1研究区概况内蒙古地区位于我国北部边疆,位置介于37ʎ24'~53ʎ23'N,97ʎ12'~126ʎ04'E之间㊂总体呈东北西南走向,东西跨越2400多千米,南北跨越1700多千米[14]㊂其北部与蒙古国㊁俄罗斯接壤,横跨东北,华北和西北三大区㊂国内与黑龙江省㊁吉林省㊁辽宁省等8个省区相接,面积为118.3ˑ104k m2,是中国第三大省区[21]㊂内蒙古位于蒙古高原的南部㊁气候为大陆性气候,由于较高的纬度和较少的降水,对于气候变化极为敏感,是中国北方的重要生态屏障㊂植被类型主要有针叶落叶林㊁草甸草原㊁典型草原㊁荒漠草原等,植被类型较多样[22]㊂图1研究区概况图F i g.1 O v e r v i e w m a p o f t h e s t u d y a r e a1.2数据来源及处理1.2.1遥感数据 N P P是反映植被生长状况的重要指标,本文从N A S A官网(h t t p s://s e a r c h.e a r t h-d a t a.n a s a.g o v/)下载了MO D17A3产品㊂该产品5443草地学报第31卷为全球2000年以来的植被指数产品,具有1k m的空间分辨率,时间分辨率为年㊂下载了2001 2020年的数据㊂通过MR T软件进行影像的拼接和裁剪并提取其中的N P P数据集㊂通过E N V I软件进行影像的合成,最终得到逐年的N P P数据集㊂1.2.2气象数据气象数据下载自国家气象科学数据中心(h t t p://d a t a.c m a.c n/d a t a),本文下载了2001 2020年内蒙古地区119个气象站点气温和降水的月数据集(图1)㊂以研究区的气象站点的经纬度数据为基础,利用A n u s p l i n软件,考虑高程要素进行了气象要素空间化,进而获取气象要素的栅格数据,并将其空间分辨率与MO D17A3数据保持一致㊂同时,计算得到研究区时间序列的年均降水与气温㊂1.3植被类型数据植被类型数据同样下载于N A S A官网(h t-t p s://s e a r c h.e a r t h d a t a.n a s a.g o v/),本文下载了MO D I S产品M C D12C1,该产品为每年的全球植被类型数据,空间分辨率为0.05ʎ,包括地圈生物圈计划(I G B P),马里兰大学分类法(UM D),植被指数法(L A I)等,本文选取了常用的I G B P分类数据,下载了2020年的分类数据,通过分类将植被分类为森林㊁草地㊁灌丛㊁城镇㊁农田和荒漠(图1)㊂通过E N-V I软件裁剪得到研究区植被类型图㊂由于除荒漠外,森林和草地面积占研究区的92.5%,因此植被分类分析部分聚焦于这两种类型㊂1.3试验方法1.3.1S e n趋势分析S e n的趋势分析是一种用于检测趋势的稳健非参数统计方法,广泛用于气象㊁水文和植被数据,这种斜率方法的一个主要优点是它不需要遵循特定的分布[23]㊂此外,应用M a n n-K e n d a l l 显著性检验,该检验已被发现能够对水文气象系列的趋势进行稳健量化[24-25]㊂本研究中的S e n趋势分析用于了解N P P等相关指标的变化情况㊂1.3.2偏相关分析偏相关分析是在简单相关系数的基础上,排除其它影响因素的干扰,计算某两个影响因素之间的相关性[26]㊂其计算公式如下:r123=r12-r13r231-r2131-r223(1)式中:r123为控制第三个变量,第一个变量和第二个变量的偏相关系数;r12为第一个变量和第二个变量的简单相关系数;r13为第一个变量和第三个变量的简单相关系数;r23为第二个变量和第三个变量的简单相关系数,并利用T检验进行显著性检验㊂1.3.3差值比较法基于N P P的差值比较法能够真实的反映植被的变化情况,该方法是探究植被变化因素的有效手段[27]㊂假设在未受人类活动,植被N P P仅受气候驱动的生产力为潜在净初级生产力(P o t e n t i a l n e t p r i m a r yp r o d u c t i v i t y P N P P),P N P P 与实际的N P P的差为人类活动影响下的N P P (H u m a nn e t p r i m a r yp r o d u c t i v i t y,H N P P),其计算方法如下:H N P P=P N P P-N P P(2)当H N P P为正值时,表示人类活动导致N P P 下降,当HN P P为负值时表示人类活动导致N P P 升高㊂此外,根据周妍妍等[28]的研究方法,将H N P P的正负变化与变化趋势进行叠加,从而得到人类活动对N P P的影响㊂P N P P的估算方法主要利用T h o r n t h w a i t e纪念模型,基于N P P数据与气温㊁降水数据的最小二乘法得出[29]㊂计算公式如下:P N P P=3000ˑ1-e-0.0009695ˑv-20(3)v=1.05r1+1+1.05r/L2(4) L=3000+25t+0.05t3(5)其中,v为年实际蒸散发量(m m),r为年总降水量(m m),L为年蒸散发量(m m),t为年平均气温(ħ)㊂1.3.4相对贡献度分析为了区别气候变化和人类活动对于植被N P P的相对贡献率,通过N P P及变化量ΔP N P P,ΔH N P P的计算得到[29],具体公式如下:C c l i m a t e=ΔP N P PΔP N P P+ΔHN P Pˑ100%(6) C h u m a n=ΔHN P PΔP N P P+ΔHN P Pˑ100%(7)其中,C c l i m a t e为气候变化对于N P P的相对贡献,而C h u m a n为人类活动对于N P P的相对贡献㊂2结果与分析2.1内蒙古植被N P P及P N P P时空变化为验证P N P P模拟的准确性,本文以气候变化主导区域(图6)的N P P来验证P N P P,共提取514个栅格的N P P值以及所对应的P N P P值,结果如图6443第11期常屹冉等:气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响2所示㊂由图可知,P N P P 与气候变化主导区N P P的相关系数(C o r r e l a t i o nC o e f f i c i e n t ,C C )㊁相对偏差(B I A S )和均方根误差(R o o t m e a ns qu a r ee r r o r ,R M S E )分别为0.81,13.16%和32.30g C ㊃m -2,由此可见P N P P 与气候变化主导区N P P 的一致程度较高且相对偏差小于15%㊂因此,T h o r n t h w a i t e 纪念模型能够较好地模拟气候变化主导区的N P P ,在内蒙古地区适用性良好㊂图2 基于气候变化主导区N P P 对H N P P 模拟性能的检验F i g.2 V e r i f i c a t i o no fHN P Ps i m u l a t i o n p e r f o r m a n c e b a s e do n r e g i o n a lN P Pd o m i n a t e db y c l i m a t e c h a n ge 图3为研究区2001 2020年植被N P P 和P N P P年际变化㊂20年间,植被N P P 总体在156~242gC ㊃m -2之间,平均为208.65g C ㊃m -2,最大值年份为2017年,最小值年份为2001年㊂从变化趋势来看,植被N P P 呈极显著的增加趋势(3.29g C ㊃m -2㊃a-1,P <0.01)㊂此外,在2014年之后,植被N P P 具有一定的波动,上升趋势不明显㊂P N P P 明显高于N P P ,平均为461.07g C ㊃m -2㊂P N P P 上升趋势较为显著(4.19g C ㊃m -2㊃a -1,P <0.05)但波动较大㊂图3 2001 2020年研究区植被N P P 年际变化F i g .3 I n t e r a n n u a l v a r i a t i o no f v e ge t a t i o nN P Pa n d P N P P i n I n n e rM o n go l i a f r o m2001t o 2020 研究区20年N P P 和P N P P 的时空变化如图4所示㊂可以看到整个研究时段内,植被N P P 总体呈东高西低的空间分布格局㊂植被N P P 最高的地区主要分布在大兴安岭地区,部分地区植被N P P 高于500g C ㊃m -2㊂植被N P P 最低的地区主要分布在二连浩特㊁包头北部和鄂尔多斯西部等地区,部分地区的植被N P P 在100g C ㊃m -2以下㊂此外由于研究区西部为荒漠沙漠地区,植被极少,因此西部地区植被N P P 并未计算㊂研究区植被N P P 总体呈上升的趋势(图4c ),研究区均值为4.33g C ㊃m -2㊃a-1㊂上升明显的地区主要分布在大兴安岭的东侧地区,部分地区上升趋势可达6g C ㊃m -2㊃a -1以上㊂N P P 呈减少趋势的地区较小,不到研究区的1%,且分布比较零散㊂从变化的显著性来看,研究区植被生长总体呈改善趋势(图4e ),其中,呈不显著改善的地区占18.4%,呈显著改善的地区占24.3%,呈极显著改善的地区占56.4%㊂极显著改善的地区主要分布在研究区的东部如大兴安岭地区和兴安盟地区㊂退化地区仅占研究区的0.9%,分布较为零散㊂研究区P N P P 同样呈东南高西北低的空间分布(图4b ),P N P P 值较高的地区主要分布在研究区东南部例如通辽㊁赤峰以及呼伦贝尔的东部,部分地区P N P P 在600g C ㊃m -2以上㊂P N P P 值较低的地区主要分布在研究区的西部阿拉善地区,部分地区P N P P 在200g C ㊃m -2以下㊂P N P P 同样呈明显的上升趋势(图4d ),其中上升明显的地区主要分布在通辽㊁赤峰㊁呼伦贝尔西部以及锡林郭勒南部,部分地区上升趋势在6g C ㊃m -2㊃a -1以上,下降地区极小(<0.01%)㊂从显著性来看,研究区P N P P 主要呈上升趋势,其中不显著上升地区占79.60%,显著上升地区占20.06%,其它类别占比较小㊂2.2 气温㊁降水时空变化以及与N P P 的偏相关气温和降水的时空变化以及与植被N P P 的空间偏相关性如图5所示㊂气温总体呈东北低,东南和西部高的空间分布㊂其中大兴安岭北部平均温度最低,西部阿拉善地区,乌海,鄂尔多斯温度最高㊂从变化趋势来看,研究区总体呈明显的升高趋势(图5c),其中西部阿拉善地区和大兴安岭地区上升趋势较明显,部分地区趋势大于(0.3ħ)㊃(10a )-1㊂在鄂尔多斯的西部也存在温度降低的趋势,但面积较小且降低趋势不明显㊂气温与植被N P P 的偏相关性总体较低(图5e ),其中不显著正相关的地区占研究区的55.9%,主要分布在研究区的大兴安岭西7443草地学报第31卷部㊁兴安盟东部㊁以及研究区的南部㊂而不显著负相关的地区占研究区的41.6%,主要分布在呼伦贝尔市的中东部,锡林郭勒盟的大部㊂显著及极显著正相关的面积较小㊂图4 内蒙古地区植被N P P ,潜在N P P (P N P P )空间变化及显著性F i g .4 S p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n s o f v e g e t a t i o nN P Pa n dP N P Pa n d t h e i r s i g n i f i c a n c e i n I n n e rM o n go l i a 降水总体呈东高西低的空间分布,其中大兴安岭及其东部降水最高,部分地区超过500m m ㊂西部阿拉善地区降水最少,部分地区小于50m m ㊂从变化趋势来看,研究区降水总体呈上升趋势,其中东部降水增加较快,通辽赤峰和兴安盟部分地区增加趋势在(60m m )㊃(10a)-1以上㊂西部降水增加较少㊂阿拉善大部分地区降水增加在(10m m )㊃(10a)-1以内㊂降水与植被N P P 总体呈明显的正相关关系(图5f ),其中呈不显著正相关的地区占研究区的22.3%,主要分布在研究区的北部和西南部㊂呈显著正相关的地区占研究区的30.0%,极显著正相关的地区占研究区的46.1%㊂两类地区主要分布在研究区兴安盟的大部以及中部㊂不显著负相关的地区主要分布在研究区的大兴安岭北部,占研究区的1.3%㊂8443第11期常屹冉等:气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响图5 内蒙古地区气温、降水时空变化及与植被N P P 的偏相关关系F i g .5 S p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n s o f t e m p e r a t u r e ,p r e c i p i t a t i o n a n d t h e i r p a r t i a l c o r r e l a t i o nw i t hv e g e t a t i o nN P P i n I n n e rM o n go l i a 2.3 植被N P P 变化的主导因素分析利用相对贡献分析,我们得到了研究区不同地区植被N P P 变化的主导因素(图6)㊂可以看到,在植被改善的地区,气候变化主导植被N P P 改善的面积最大,主要分布在研究区的中部,包括呼伦贝尔的西部㊁兴安盟的中东部㊁通辽㊁赤峰㊁锡林郭勒盟㊁乌兰察布㊁呼和浩特㊁包头和巴彦淖尔市㊂而人类活动主导的地区主要分布在大兴安岭地区以及鄂尔多斯的中部㊂共同主导的地区主要分布在大兴安岭的两侧以及研究区的南部,包括赤峰市南部㊁锡林郭勒盟南部㊁乌兰察布市南部㊁呼和浩特市南部和鄂尔多斯市大部㊂植被退化地区面积较小且分布零散,可以看到,总体呈绿色,即人类活动对于植被N P P 的影响占主导㊂为了定量分析研究区不同植被所受人类活动和气候变化的影响面积,本文选取了占研究区面积较大的森林和草地进行分析㊂森林和草地地区植被N P P 改善和退化影响因素和面积如表1所示㊂可以发现,森林和草地受到的人类活动和气候变化影响并不相同㊂从植被改善地区来看,人类活动是主导森林地区植被变化的主要因素(占65.09%),气候变化占主导的占30.37%,共同主导地区面积较小㊂草地地区主要受人类活动和气候变化的共同作用(占70.02%),此外也有24.15%的地区主要受气候变影响㊂从植被退化地区来看,虽然面积较小,但草地地区(占99.66%)和森林地区(占100%)均主要受人类活动的影响㊂9443草地学报第31卷图6 植被改善和退化区N P P 的影响因素F i g .6 I n f l u e n c i n g f a c t o r s o fN P P i nv e g e t a t i o n i m p r o v e m e n t a n dd e gr a d e da r e a s 表1 森林和草地地区植被N P P 改善和退化影响因素和面积T a b l e 1 F a c t o r s a n da r e a s i n f l u e n c i n g N P P i m p r o v e m e n t a n dd e g r a d a t i o no f v e ge t a t i o n i nf o r e s t a n dg r a s s l a n dA r e a s 植被变化总面积人类活动主导占比/%气候变化主导占比/%共同主导占比/%森林植被改善区2.54ˑ1051.66ˑ10565.097.72ˑ10430.371.16ˑ1044.54植被退化区2.44ˑ1032.44ˑ103100----草地植被改善区1.02ˑ1065.97ˑ1045.832.48ˑ10524.157.18ˑ10570.02植被退化区7.34ˑ1037.31ˑ10399.66140.19110.15注:面积单位为k m2N o t e :T h e u n i t o f a r e a i s k m22.4 气候变化和人类活动对于植被N P P 的相对影响通过相对贡献度分析,得到了气候变化和人类活动对于森林和草地植被N P P 的相对贡献率(表2)㊂在森林植被改善的地区,气候变化的贡献率为16.5%,而人类活动贡献率高达83.5%,是森林地区植被改善的主要原因㊂而在退化地区,也是人类活动占主要作用㊂草地改善地区主要收到气候变化的影响(79.33%),而人类活动的贡献率相对较小(20.67%)㊂在退化地区,主要是受人类活动的影响㊂表2 气候变化和人类活动对于不同植被N P P 的相对贡献率T a b l e 2 R e l a t i v e c o n t r i b u t i o n r a t e o f c l i m a t e c h a n ge a n d h u m a na c t i v i t i e s t od if f e r e n t v e ge t a t i o nN P P 气候变化相对贡献率/%人类活动相对贡献率/%森林植被改善区16.5083.50植被退化区0100草地植被改善区79.3320.67植被退化区0.2099.802.5 人类活动对于植被N P P 的影响99.7%的地区H N P P 呈正值(图7a),其中高值区主要分布在通辽㊁赤峰和鄂尔多斯,部分地区在500g C ㊃m -2以上㊂这表明上述地区人类活动导致N P P 明显降低㊂而负值较高的地区主要分布在河套平原,部分地区在-100g C ㊃m -2以上㊂这表明在该地区,人类活动导致N P P 的升高㊂从变化趋势来看(图7b ),H N P P 总体呈增加趋势,其中增加明显的地区主要分布在通辽㊁赤峰和锡林郭勒,部分地区上升趋势在3g C ㊃m -2㊃a -1以上㊂而减小明显的地区主要分布在乌兰察布㊁呼和浩特以及鄂尔多斯的南部,部分地区减小趋势大于3g C ㊃m -2㊃a-1㊂叠加H N P P 的正负与变化趋势可以发现(图7c ),研究区H N P P 为正值且呈上升趋势的地区占研究区的79.9%,这些地区随着人类活动的不断加剧,人类对N P P 影响增大㊂而橙色地区H N P P 为正值,但呈降低趋势,这表明人类活动强度在降低,有利于植被的恢复,这些地区主要分布在大兴安岭东部和北部,以及研究区的西南部,占研究区面积的19.7%㊂在河套平原的西部,该地区H N P P 为负,变化趋势为正,这表明人类活动对于该地区的植被N P P 有正向作用且正向作用在增大㊂543第11期常屹冉等:气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响图7 内蒙古地区H N P P 时空变化以及对于N P P 的影响F i g .7 S p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o no fHN P Pa n d i t s i m p a c t o nN P P i n I n n e rM o n go l i a 注:(c )中图例为HN P P 均值与H N P P 趋势的正负叠加,其中正正表示H N P P 均值为正且H N P P 变化趋势为正N o t e :T h e l e g e n d i n (P a n e l c )s h o w s t h e p o s i t i v e a n dn e ga t i v e v a l u e s o fm e a na n d t r e n do fHN P Po v e r l a i d ,w h e r eb o t h p o s i t i v e v a l u e s i n d i -c a t e s a p o s i t i v eHN P Pa nd a p o s i t i v eH N P P t re n d3 讨论从年均N P P 来看,内蒙古草地地区N P P 多集中在200~400g C ㊃m -2,这与穆少杰等[30]的2001 2010年草地平均N P P281.3g C ㊃m -2较为接近㊂图3中四子王旗荒漠草原N P P 主要分布在100~200g C ㊃m -2之间,这与高艺宁等[19]的四子王旗荒漠草原N P P (144.52g C ㊃m -2)值也较为接近㊂这表明MO D I SN P P 数据具有较好的精度,能够满足研究的需要㊂而从时间变化来看,整个研究区99%以上的地区植被N P P 呈上升趋势,这与其他人的结果较为一致[19-20,30]㊂近年来,随着气候变化和人类活动的加剧,内蒙古地区的生态发生了明显的变化㊂从本文结果来看,人类活动和气候变化对于该地区的植被N P P 具有重要的影响,而且在不同地区,两者的影响大小不同㊂从本文的结果来看,大兴安岭地区以及鄂尔多斯地区受近年来退耕还林,草地保护等政策,植被恢复明显[31-32],因此人类活动的影响较气候影响大㊂而在草原地区(包括呼伦贝尔草原㊁锡林郭勒草原等)植被N P P 受人类活动和气候变化的共同影响㊂从上世纪以来,随着内蒙古地区人口增加,人地关系紧张,草原生态受到严重影响㊂但近年来由轮牧改为定牧以及退耕还草等政策使得草地得到了恢复,生态得到了改善㊂在气象要素中,降水是影响草地N P P 的主要影响因素,这与他人的结果一致[19-20,33]㊂另外,在森林和草地退化的地区,人类活动是占主导地位的(表1,表2),这也表明了人类活动对于生态系统负面作用㊂该研究采用T h o r n t h w a i t e 纪念模型来模拟P N P P ,与N P P 的差值来量化人类活动对N P P 的影响,结果表明99.7%的区域人类活动对N P P 增加起到抑制作用,即内蒙古地区人类活动影响降低区域N P P ㊂但T h o r n t h w a i t e 纪念模型引用的是经验参数,未来可以尝试通过遥感影像来获取T h o r n t h -w a i t e 纪念模型的实际蒸散量以更好地模拟内蒙古地区的H N P P 提高大尺度监测模拟的准确性㊂此外,人类活动对内蒙古地区N P P 影响程度受多种因素的限制,量化气候变化和人类活动对内蒙古地区N P P 变化的影响仍是一个巨大的挑战㊂4 结论本研究利用MO D I SN P P 产品㊁气象数据和土地覆被类型数据,通过主导因素分析㊁相对贡献度分析㊁偏相关分析等,计算了内蒙古N P P 的时空变化1543草地学报第31卷规律以及气候变化和人类活动对于N P P的影响,结果表明:近20年来内蒙古N P P的平均值为208.65 g C㊃m-2,N P P总体呈东高西低的空间分布格局,高值区主要分布在大兴安岭地区,与水热分布的趋势基本吻合㊂大兴安岭地区温度适宜㊁降水充沛,水热条件较好,多年平均值普遍高于500g C㊃m-2,低值区主要分布在二连浩特㊁包头北部和鄂尔多斯西部等地区,这些地区降水稀少,多数地区N P P在100g C㊃m-2以下㊂受气候变化和人类活动的影响,在植被改善的地区中,大兴安岭㊁鄂尔多斯主要是由人为主导,通辽赤峰和锡林郭勒等地区主要由气候主导,其他地区由两者共同作用㊂在土地退化的地区,多为人为主导㊂此外,内蒙古99.7%区域H N P P为正值,即人类活动抑制植被的生长,高值区主要分布在研究区的南部,这些地区人为活动对植被的生长抑制更为严重㊂河套平原的西部以及阿拉善的西北部,人类活动导致N P P的升高,但是趋势在降低,表明近年来人类活动对于该地区植被的恢复能力逐渐下降㊂参考文献[1]郭铌,朱燕君,王介民,等.近22年来西北不同类型植被N D V I变化与气候因子的关系[J].植物生态学报,2008,(2):319-327 [2]曹永强,李晓瑞,张亮亮.2000 2014年辽宁省植被动态演变特征分析[J].水利水电技术,2017,48(11):48-56 [3]朱文泉,潘耀忠,张锦水.中国陆地植被净初级生产力遥感估算[J].植物生态学报,2007(3):413-424[4]杜波波.2001 2018年锡林郭勒草原干旱对植被净初级生产力的影响[D].呼和浩特:内蒙古师范大学,2020:1-3 [5]何国兴,柳小妮,张德罡,等.甘肃省草地N P P时空变化及对气候因子的响应[J].草地学报,2021,29(4):788-797 [6]殷欢欢.干旱高温对中国植被总初级生产力的影响[D].兰州:西北师范大学,2021:1-2[7]任涵玉,温仲明,刘洋洋,等.我国北方草地净初级生产力时空动态特征及其与水热因子的关系[J].草地学报,2021,29(8): 1779-1792[8]吴梦月.中国西南地区生态系统碳循环对干旱的响应[D].西安:西安科技大学,2021:1-2[9]冯险峰,孙庆龄,林斌.区域及全球尺度的N P P过程模型和N P P对全球变化的响应[J].生态环境学报,2014,23(3):496-503 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n g p r e s s u r e i n d e x[J].E c o l o g i c a l I n d i-c a t o r s,2018(88):372-383[19]高艺宁,王宏亮,赵萌莉.内蒙古荒漠草原植被N P P时空变化及气候因子分析:以四子王旗为例[J].中国农业大学学报, 2020,25(8):100-107[20]滑永春,萨如拉,王冰.内蒙古草原N P P时空变化及驱动力[J].中国沙漠,2021,41(5):130-139[21]孙晓瑞,高永,丁延龙,等.内蒙古积雪时空分布特征及其与气候因子的相关性[J].内蒙古林业科技,2017,43(2):10-15 [22]薛海源,陈海山,华文剑.内蒙古地区植被对气候变化的响应[J].气象与减灾研究,2015,38(2):8-15[23]T H I E L H.Ar a n k-i n v a r i a n tm e t h o do f l i n e a r a n d p o l y n o m i a lr e g r e s s i o na n a l y s i s,I,I I,I I I.[J].P r o c e e d i n g so f t h eK o n i n a l i-j k eN e d e r l a n d s eA k a d e m i e v a n W e i n e n s c h a t p e n,1950,53:386-392,521-525,1397-1412[24]H A M E DKH,R A OAR.Am o d i f i e dM a n n-K e n d a l l t r e n d t e s t f o r a u-t o c o r r e l a t e d d a t a[J].J o u r n a l o fH y d r o l o g y,1998,204(1-4):182-196[25]Z HA N G Q,S I N G H V P,P E N G J,e ta l.S p a t i a l-t e m p o r a lc h a n g e s o f p r e c i p i t a t i o n s t r u c t u r e a c r o s s t h eP e a r l R i v e r b a s i n,C h i n a[J].J o u r n a l o fH y d r o l o g y,2012(440-441):113-122[26]任福栋,张宏烈,孙景峰,等.简单相关分析与偏相关分析在高考成绩相关性分析中的对比研究[J].高师理科学刊,2014,34(2):24-27[27]马启民,贾晓鹏,王海兵,等.气候和人为因素对植被变化影响的评价方法综述[J].中国沙漠,2019,39(6):48-55 [28]周妍妍,朱敏翔,郭晓娟,等.疏勒河流域气候变化和人类活动对植被N P P的相对影响评价[J].生态学报,2019,39(14): 5127-5137[29]李诗瑶,丛士翔,王融融,等.气候变化和人类活动对盐池县植被净初级生产力的影响[J].干旱区地理,2022,45(4):1186-1199 [30]穆少杰,李建龙,杨红飞,等.内蒙古草地生态系统近10年N P P时空变化及其与气候的关系[J].草业学报,2013,22(3):6-15 [31]浮媛媛,赵建军,张洪岩,等.基于生态地理分区的大兴安岭植被物候时空变化[J].应用生态学报,2016,27(9):2797-2806 [32]胡君德,李百岁,萨楚拉,等.2000 2012年鄂尔多斯高原植被动态及干旱响应[J].测绘科学,2018(4):1-13 [33]包刚,包玉海,覃志豪,等.近10年蒙古高原植被覆盖变化及其对气候的季节响应[J].地理科学,2013,33(5):613-621(责任编辑刘婷婷)2543。

主要草原生态系统生产力对气候变化响应的模拟

主要草原生态系统生产力对气候变化响应的模拟莫志鸿;李玉娥;高清竹【摘要】Based on the calibrated and validated CENTURY model, aboveground net primary production ( ANPP) in alpine meadow ( AM, Haibei alpine meadow ecosystem research station of CAS in Qinghai province) , temperate meadow steppe ( TM, Yaojingzi grassland reserves in Jilin province) , temperate steppe ( TS, Inner Mongolia grassland ecosystem research station of CAS) and temperate desert ( TD, Alashanzuo banner in Inner Mongolia autonomous region) were simulated by using observed climatic data (1961 -2010) and projected climatic data (1961 -2100) by PRECIS model under A2 and B2 scenarios. Therefore, the effects of climate change on ANPP in four types of grassland ecosystems were analyzed with or without considering the enhanced atmospheric CO2 concentration under A2 and B2 scenarios. The results indicated that; (1) In the past 50 years, the trend of ANPP in AM ascended significantly ( P < 0.01) mainly affected by minimum temperature increase, and each ANPP in other three types of grassland ecosystems showed large inter-annual variation with no significant trend. The positive correlation between ANPP and precipitation in TM, TS and TD were extremely significant ( P < 0. 01 ) , while the correlation between ANPP and temperature in TM, TS and TD were relatively weaker. (2) Without considering the enhanced atmospheric CO2 effect, the average changes of ANPP in four types of grassland ecosystems in 2020s, 2050s and 2080s compared to baseline (1961 - 1990)would increase by 4. 9% , 12. 0% , 18. 6% and 3. 0% , 6. 6% , 8. 9% under A2 and B2 scenarios, respectively. Thernincrease rate of ANPP isTS >TD >TM > AM. (3) With considering the enhanced atmospheric CO2 effect, ANPP in four types of grassland ecosystems could increase significantly and the average changes of ANPP in 2020s, 2050s and 2080s would be 20. 0% , 31. 8% , 45. 6% and 9. 0% , 13. 7% , 18. 0% under A2 and B2 scenarios, respectively. The increase rate of ANPP is TS > AM > TD > TM.%利用历史气候数据(1961-2010年)和气候情景数据(1961-2100年)驱动CENTURY模型模拟高寒草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠4类主要草原生态系统的地上净初级生产力(ANPP),分析考虑和不考虑大气CO2浓度增加的直接效益(以下简称“CO2增益”)未来气温和降水量变化对ANPP的影响.结果表明:(1)1961-2010年,高寒草甸的ANPP呈极显著增加趋势(P＜0.01),与生长季内最低气温上升密切相关；温性草甸草原、温性草原和温性荒漠的ANPP变化趋势不显著,但年际波动较大,均与同期降水量具有极显著的正相关(P＜0.01),而与同期气温的相关性较弱.(2)若不考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s(2011-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2100年)时段该4类草原生态系统的ANPP相对于基准时段(1961-1990年)的平均增幅分别为4.9％、12.0％、18.6％和3.0％、6.6％、8.9％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸的ANPP有增有减,变幅较小.(3)若考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段该4类草原生态系统的ANPP较不考虑大气CO2增益均有显著增加(P＜0.05),平均增幅分别为20.0％、31.8％、45.6％和9.0％、13.7％、18.0％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草甸草原的ANPP增幅稍小.【期刊名称】《中国农业气象》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】10页(P545-554)【关键词】气候变化;地上净初级生产力;CENTURY模型;草原生态系统【作者】莫志鸿;李玉娥;高清竹【作者单位】中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境重点实验室,北京100081;中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境重点实验室,北京100081;中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P467;Q149草原作为陆地生态系统的重要组成部分，其面积约占世界农业生产可利用面积的70%［1］。

2025届高考地理一轮复习：自然环境的特征专题练习题汇编(含答案解析)

2025届高考地理一轮复习：自然环境的特征专题练习题汇编一、单选题大四铁路位于内蒙古库布齐沙漠南缘，长期受风沙危害。

当地采用工程防护与植物防护相结合的措施，效果良好。

下图为某研学小组绘制的“大四铁路某路段风沙防护条带布局平面示意图”。

完成下题。

1．大四铁路沿线不同路段植物防护带的植被类型不同，分别为“乔木及灌木林”“灌木林”“种草”三种类型，防护林带植被类型设置主要考虑当地的( )A.水分B.日较差C.光照D.气温2．大四铁路两侧中间隔离带内各设一条通道，纵向每300m左右交错设置横向通道，其目的是( )A.便于排水B.旅游观光C.运输货物D.植物养护盐壳是盐分在地表集聚形成的坚硬壳状物质（如图），是盐碱化的极端表现。

研究表明，有盐壳的地方土壤温度偏低。

据此完成下面小题。

3．盐壳的形成是由于( )①地下水埋藏浅①蒸发强烈①地表径流多①植被茂盛A.①①B.①①C.①①D.①①4．有盐壳的地方土壤温度偏低是因为( )A.地面反射率高B.大气逆辐射弱C.地面辐射增强D.太阳辐射减弱川藏公路是国道G318线的成都至拉萨段,东起成都市衣冠庙,西止拉萨市川藏公路纪念碑,全长约2155km,是连接内地与西藏最为重要的通道。

该公路自东向西需要翻越12座海拔4000m以上的高山垭口,路况险峻且通行难度大,但因为公路两旁密集分布着绝美的高品质自然景观和独特的藏地文化景观,川藏公路也被称为“最美国道”。

下图示意川藏公路区位。

据此完成下面小题。

5．川藏公路沿线最独特的自然景观是( )A.庙宇B.盐湖C.日照D.雪山6．川藏公路的车流滞留性高,主要原因是( )A.沿途景观优美,游客停留时间较长B.公路建设标准低,车流通过率低C.受自然环境影响,车辆被迫大幅减速D.沿途补给站集中,造成车辆滞留植物水分利用效率指植物消耗单位水量生产出的干物质量，光合作用是植物干物质生产中重要的水消耗环节，大气环境、土壤、植物和基因等的影响都会影响植物的水分利用效率。

《内蒙古农牧交错带草地植被NPP时空动态及其影响因素》范文

《内蒙古农牧交错带草地植被NPP时空动态及其影响因素》篇一一、引言内蒙古作为我国重要的农牧交错带，其草地植被的净初级生产力（NPP）不仅关系到区域生态平衡，也是衡量农牧业发展的重要指标。

近年来，随着气候变化和人类活动的双重影响，该地区草地植被的NPP时空动态呈现出明显的变化趋势。

因此，深入研究该地区草地植被NPP的时空动态及其影响因素，对于理解区域生态环境演变、优化资源管理、制定合理的农牧业发展策略具有重要价值。

二、研究区域与方法（一）研究区域本研究以内蒙古农牧交错带为研究对象，该区域具有典型的草原生态系统特征。

（二）研究方法本研究采用遥感技术结合地理信息系统分析方法，利用长时间序列的卫星遥感数据，计算并分析草地植被的NPP时空动态。

同时，结合气象数据和社会经济数据，综合分析影响NPP变化的因素。

三、草地植被NPP的时空动态（一）时间动态通过对卫星遥感数据的分析，发现内蒙古农牧交错带草地植被的NPP在近二十年内呈现出先增加后减少的趋势。

这主要与气候变化和人类活动强度的变化有关。

（二）空间分布在空间分布上，NPP高值区主要分布在草原区的中部和东部，而西部和北部由于气候条件和地形条件限制，NPP相对较低。

四、影响NPP变化的因素（一）气候变化因素气候因素对NPP的影响主要体现在气温和降水两个方面。

气温的升高有利于植物的生长，而降水的增加则直接促进了植被的生长和NPP的提高。

然而，极端气候事件如干旱和洪涝等则会对草地植被造成严重的损害，导致NPP下降。

（二）人类活动因素人类活动对NPP的影响主要体现在土地利用方式和土地利用强度的变化上。

随着人口的增长和经济的发展，过度开垦、过度放牧等现象加剧了土地退化，导致了NPP的降低。

同时，人为因素引发的环境问题如沙尘暴、土壤盐渍化等也对草地植被造成了严重的影响。

五、结论与建议本研究表明，内蒙古农牧交错带草地植被的NPP在时间和空间上均呈现出明显的变化趋势，其变化受气候变化和人类活动双重因素的影响。

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1． 2 样地与方法 1980 年，在内蒙古草原生态系统结构与功能的研究中，刘钟龄等开展了一些基础性动态研究［18，19］，其
中包括围封一些典型植被，如原生的典型草原—羊草（ Leymus chinensis）与大针茅（ Stipa grandis）草原植物群落，在禁牧条件下，进行生物生产力年度与季节动态的长期测定，以便探索草原演替的内在机制。该动态监测数据是文中研究工作的数据来源。
均数，它是离均差平方和平均后的方根，用 σ 表示。标准差能反映一个数据集的离散程度。公式如下：
n
槡 S =
∑（
i =1
Xi
－
X）
2
n －1
（ 1）
式中： S 为标准差，Xi 为每年 8 月初的地上生物量，X 为 24 年样地地上生物量的平均值，n 为年数。
变异系数（ C． V．）又称" 标准差率" ，是衡量各观测值变异程度的另一个统计量。表示为：
第1 期
李素英等内蒙古典型草原初级生产力的补偿性与稳定性
·3·
数的比值（相对值）来比较。变异系数可以消除单位
和（或）平均数不同对两个或多个资料变异程度比较
的影响。可以从图 1 看出，降水量的变异系数（ 0．
332）大于生物量的变异（ 0． 203），说明后者波动性更
能上起主要作用，其年季间生物量的变异性小将有利
于维持整个群落的稳定性。此外，还有一些相对生物
量较小、波动性较强的植物种类，它们往往可以减缓
群落优势种生物量巨大波动对整个草原生产力的冲
图 1 生物量与 4 － 8 月累计降水量的变异
击，从一定程度上，这些物种的快速繁殖缓冲了整个 Fig． 1 The CV map of the 4 － 8 precipitation and the biomass
1 研究区概况与方法
1． 1 研究区概况研究区位于内蒙古锡林河流域，属于温带蒙古草原区典型草原栗钙土亚区，地理位置为北纬 43°26' ～
* 收稿日期： 2012 － 12 － 17；修回日期： 2013 － 2 － 14。基金项目：国家自然科学基金（ 31060078 ）；内蒙古自然科学基金（ 2010BS1003 ）；内蒙古大学高层次人才引进科研启动项目（ Z20090141）资助。作者简介：李素英（ 1970 －），女，内蒙古锡林浩特人，博士，主要从事草地遥感方面的研究。E － mail： lisuying70@ yahoo． com． cn
的定点监测数据，分析草原地上生物量与研究区 10 类气候因子的回归关系，结果表明 4 － 8 月的累计降水量对
草原生物量的影响最大，降水量仅能解释生物量的 13% 左右。草原地上生物量随降水量年际间变动而波动，
其波动幅度不如降水量波动幅度大，说明群落生物量具有相对稳定性。进一步分析 24 年样方中出现 77 种植
选用每年的 7 月底或是 8 月初测的生物量作为样地的生物量，来研究 24 年植物生长盛期的草地群落生产
力维持相对稳定的机制。
文中对比分析了降雨量与草原地上生物量的均值、标准差与变异系数，来说明草原初级生产力的相对
稳定性。标准差（ Standard Deviation），也称均方差（ Mean Square Error），是各数据偏离平均数的距离的平
地处半干旱地区的典型草原地带，年季间降水量的波动性很强，其密切地影响着草原生物量。降水量更多地增加了草原的不稳定性，为了研究生物量随降水量波动的变异性，文中研究分别计算了 24 年间生物量和 4 ～ 8 月累积降水量的均值、标准差与变异系数。从图 1 可以看出，24 年降雨量平均值略高于生物量的均值。
内蒙古典型草原是中国北方温带草原中最具代表性、典型性和分布面积最广泛的植被类型之一［6，17 － 19］，是中国北方重要的畜牧业基地。由于地处半干旱气候区，研究区年际间降水变化幅度较大，所以草原生态系统的初级生产力波动也较大，而从长期的时间序列来看，又具有相对的稳定性，揭示其稳定性维持的种群生态学机制，有助于了解草原生态系统种群间的功能协调，为中国北方草地管理与建设提供理论依据。
平水年的生产力时，其他物种的生产力相对的增多，弥补了由于该物种生产力波动引起的群落总生产力的波
动，从而相应地维持了草原生态系统的相对稳定性。总而言之，典型草原生物量随降水量的波动性较强，而其
生产力能够长期维持相对稳定性依赖于群落中植物种类之间的补偿性。
关键词：羊草和大针茅草原；生物量；降水量；稳定性；补偿性
存在着负相关的物种之间［6］。为此，文中对
24 年中出现常见的 77
种植物的相对生物量
进行 Pearson 相关分
析，种对之间没有相关关系的占 91． 43% ，也
图 2 相对生物量与变异系数分布图 Fig． 2 The relative biomass and the its coefficient of variation of the species
9 月中旬，每隔 15 天收获一次地上生物量（齐地分种剪下样方中所有植物的地上生物量），即每半个月做
20 个 1m × 1m 的样方（ quadrat），收获下来的每种植物被烘干、称重，平均这 20 个样方每种植物的地上生
物量作为该样地群落的生物量。因为研究区生物量于 7 月底到 8 月初达到生长季的最大，所以文中研究
草原群落生物量的不稳定性，维持了草原生态系统的
稳定。
2． 2 草原群落生产力的补偿性
典型草原的生产
力之所以随降水量波
动性不是非常强烈，可
能物种之间存在着某
种补偿机制以减轻草
原生态系统的不稳定
性，而这些补偿最有可
能存在于相对生物量
李素英1 ，刘钟龄2 ，常英1 ，任丽娟1 ，王冉1 ，武晓霞1 ，樊强1
（ 1．内蒙古工业大学能动学院环境科学系，呼和浩特 010051； 2．内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特 010021）
提要：降水量引起草原群落生产力的年际间波动，而典型草原系统又维持着相对稳定的生产力，其稳定
的机制如何，是目前草原生态研究急需探讨的问题。文中研究根据中国北方广泛分布的羊草大针茅草原 24 年
为和缓，也就是草原生物量随降水量年际间波动的同
时，可以维持生物量的相对稳定，而这种稳定性是通
过群落中植物种群间的相互补偿来完成的。
文中进一步分析了草原群落的பைடு நூலகம்物量稳定性维
持。从典型草原的 24 年定位观测数据看出（图 2），
物种（如羊草、大针茅）的相对生物量越大，变异性越
小，这说明作为群落的优势种与亚优势种，在群落功
C． V．（ % ） = 标准差 / 平均值 × 100%
（ 2）
此外，为了研究羊草－大针茅群落中植物种的补偿性，文中计算了所有植物种的相对生物量（ % ），利用相关系数的正负来检测两个物种之间是否存在补偿。
2 结果与分析
2． 1 草原生物量的相对稳定性首先分析了羊草草原生物量与气候因子的关系，用 20 个样方的平均数作为该样地群落的地上生物
中图分类号： S812
文献标识码： A
草地植被生产力是草地生态系统结构和功能的综合体现，是植物生物学特性和外界环境条件共同作用的产物。在干旱半干旱地区，年季间波动巨大的降水量成为影响植被生产力的关键因素之一［1］。大量研究表明，年降水量与草原植被生产力之间关系表现出明显的区域性、时间性，不同的研究区与研究时段的降水与植被生产力间关系可能有所不同［2 － 4］。虽然诸多研究已分析了植被生产力随降雨量的波动性［5］，尚少研究时间序列上植物群落还存在着一定的相对稳定性［6］，这是通过补偿效应实现的［7 － 10］，就是说在波动的环境中，一物种增加其丰富度与另一物种的减少，称之为补偿性［7，11］。目前，有不少研究工作是在人工控制的试验地上，从生理生态角度进行补偿性生长研究［12 － 14］。白永飞等［15，16］已经注意到天然草原生态系统中功能群间的补偿。因而进一步研究种群间的补偿性机制，将有助于解释草原生态系统稳定性维持的自组织机制。
该样地约 25hm2 （ 500m × 9500m），是内蒙古草原生态系统研究站的长期观测地，位于中国北方内蒙古
锡林河中游。该样地的建群植物种为根茎型的羊草和丛生型的大针茅，该群落类型代表亚洲中部草原区分布最广泛的草原群落类型之一［6，8，18］。每年 5 月初到 9 月下旬为该研究区的生长季，所以从 5 月中旬到
chinensis）、大针茅（ Stipa grandis）、西伯利亚羽茅（ Achnatherum sibiricum）、糙隐子草（ Cleistogenes squarro-
sa）、黄囊苔草（ Carex korshinshyi）、冷蒿（ Artemisia frigida）、小叶锦鸡儿（ Caragana microphylla）等为主。
物的相对生物量，结果表明相对生物量大的物种，其生物量的变异系数小，就是说草原群落优势种年际间的生
产力波动性较小，这有利于维持系统的稳定性；相关分析显示 31 种植物之间存在着负相关，这些种之间可能存
在着生物量的补偿性。通过分析这些植物种间的补偿性，可以看出优势种与亚优势种，优势种与其他非优势
种，非优势种之间均存在着补偿性，这表明在草原生态系统中，当一个物种由于水分的限制使其生产力低于其
量，与本区域不同周期的累积降水量做回归分析，包括累积降水量（前一年 10 月～现 4 月、前一年 10 月～当年 5 月、前一年 10 月～当年 7 月、前一年 10 月～当年 8 月、前一年 10 月～当年 9 月、当年 1 月～ 7 月、当年 4 月～ 7 月、当年 4 月～ 8 月、当年 4 月～ 9 月）和年降水量。相比较而言，当年 4 ～ 8 月降水量对典型草原生物量的影响最大（Ｒ2 = 0． 123），这也说明前一年降水量虽然对当年生物量的生成有一定的影响，但远不如当年的生长期累计降水量对生物量形成的影响大。