F5000论文 | 内蒙古荒漠草原植被物候变化及对净初级生产力的影响

论文导读

植被物候对全球气候变化响应敏感，影响了陆地生态系统的初级生产力和碳循环，是揭示生态系统对气候等环境要素变化响应的关键线索。近年来，内蒙古草原区植被生态主要研究方向有地上生物量的变化、植物群落演替、草原退化、植物春季物候变化以及对气候变化的响应等。荒漠草原是内蒙古草原区的重要组成部分，是草原向荒漠过渡的旱生性草原生态系统。荒漠草原分布于干旱区和半干旱区，对气候变化的响应极为敏感，但由于调查和观测数据匮乏，到目前为止，对荒漠草原植被物候等问题的研究还很薄弱。鉴此，中国科学院地理科学与资源研究所戴君虎研究员带领团队利用遥感数据分析2000—2017年荒漠草原区植被物候变化，基于CASA模型估算了植被NPP，并初步分析气候变化背景下植被物候与NPP之间的关系，希望对了解荒漠草原区植被物候与净初级生产力时间序列趋势及相互关系有所帮助，为区域生态系统管理提供理论依据。论文发表于《地理科学进展》2020年1期，入选2022年度“领跑者5000——中国精品科技期刊顶尖学术论文”（简称F5000）。

1  植被物候变化及其与主要气象要素的关系

内蒙古荒漠草原的平均生长季始期（SOS）在第120~130 天，呈显著提前趋势，提前幅度为0.88 d/a；平均生长季末期（EOS）在第290~300天，提前趋势为0.13 d/a；平均生长季长度为170~180 d，生长季长度（LOS）呈显著延长趋势，延长幅度为0.76 d/a(图1、图2)。

图1 内蒙古荒漠草原植被物候期年际变化

图2 内蒙古荒漠草原植被物候变化趋势空间分布

生长季始期受2—4月平均气温和季前1个月(4月)累积降水量的影响较大，生长季末期主要受季前1个月(9月)平均气温和7—9月累积降水量的影响(表1)。

表1 植被物候期与气候因子的偏相关系数

2  植被净初级生产力变化及其与主要气象要素的关系

内蒙古荒漠草原区多年平均植被NPP为104.71 gC/(m²·a)，有自东向西逐渐降低的区域差异；在研究时段内，春、夏季和生长季的NPP呈不显著增加趋势，秋季NPP有不显著减少趋势；生长季降水量增加有利于生长季NPP的积累(图3、图4)。

图3 植被平均NPP空间分布(左）及变化趋势（右）

图4 内蒙古荒漠草原植被NPP时间变化趋势

3  荒漠草原植被物候与NPP的关系

内蒙古荒漠草原植被物候期和NPP的关系表现为：生长季始期与春季NPP呈不显著负相关，生长季末期与秋季NPP呈显著正相关。生长季长度的延长促进了NPP的累积。

具体来说，内蒙古荒漠草原区植被SOS与春季NPP呈负相关，但未达到显著水平(P>0.05)，一定程度上表明内蒙古荒漠草原地区春季返青期提前，有利于植被NPP 的累积，主要原因可能是春季气温升高，促进植被光合速率上升，春季植被NPP 得到累积；植被EOS 与秋季NPP 呈极显著正相关关系，表明内蒙古荒漠草原区植被秋季黄枯期推迟，有利于秋季生产力的积累，在满足植物生长所需的热量条件下，降水增多可以改善土壤水分对植被的供给，促进光合速率上升，从而提高植被的生产力；LOS 和生长季NPP 呈显著正相关关系(图5)。说明生长季长度的延长，尤其是秋季物候推迟，有助于提高生长季NPP的积累；夏秋季降水的增加延缓植被进入黄枯期，从而提高植被的生产力。

图5 植被物候期与NPP的相关性分析

与估算荒漠草原植被生产力的其他研究相比，本文结果处于较合理范围内。据本文估算，近20年内蒙古荒漠草原植被NPP多年平均值约为104.71 gC/(m²·a)，与其他估算结果比较一致。比如，与MODIS NPP数据产品(https://ladsweb.nascom.nasa.gov/search)结果相比(图6)，二者在像元尺度的数值显著相关(P<0.05)，本文估算略高于数据产品的结果，或因后者低估了灌丛、草地、荒漠的生产力水平所致。本文估算值略低于穆少杰等(2013)和潘萌甜等(2018)的结果。这与估算模型选择、数据源和参数处理方案不同有很大关系。希望本文结论对认识荒漠草原生态系统的结构和功能，对区域生态保护与管理的实践均有帮助作用。

图6 内蒙古荒漠草原CASA模拟的NPP与MOD17A3 NPP产品结果相关性分析

图7  内蒙古荒漠草原景观图

作者简介

董晓宇，1995年9月生，硕士，2020年6月毕业于长安大学自然地理学专业，研究方向为物候学；现任中国石油大学（北京）克拉玛依校区组织人事部职员。

E-mail：dong_xy228@163.com

戴君虎，自然地理学专业，中国科学院地理科学与资源研究所研究员、综合自然地理研究室主任、中国物候观测网副主任；中国科学院大学岗位教授，资源与环境学院自然地理教研室常务副主任。1999年毕业于北京大学，获博士学位。主要从事全球变化、植被物候、植物地理和陆地碳循环等研究。近年分别主持国家重点研发计划项目、科技支撑计划项目课题、国家重点基础研究发展计划（973计划）项目课题、中国科学院重要方向项目课题和国家自然科学基金项目等研究任务。在相关研究领域发表论文160余篇，参与编写专著10余部。担任International Journal of Biometeorology, Advances in Climate Change Research, Agronomy, Plos One 、《资源科学》和《全球变化数据学报》（中英文版）等国内外学术期刊编委。社会兼职有中国地理学会地理大数据工作委员会委员、中国环境学会环境建模专业委员会副主任委员、中国生态文明研究与促进会理事，中国生态学学会教育工作委员会、生态气象专业委员会委员和北京生态学学会理事等。

E-mail：daijh@igsnrr.ac.cn

《地理科学进展》创刊于1982 年，现为月刊，是中国科技核心期刊(CSTPCD)、中国科学引文数据库核心期刊（CSCD）、中文社会科学引文索引（CSSCI）来源期刊、中文核心期刊（北大）、中国知网（CNKI）核心期刊、中国人文社会科学A刊引文数据库(CHSSACD)核心期刊。国外收录的数据库包括Scopus、GeoBase、JST等。

近年，在主管单位、主办单位的领导以及编委会、广大科研人员的支持下，《地理科学进展》的学术影响力得到有效提升。主要奖项包括：“中国精品科技期刊”、“中国国际影响力优秀学术期刊”、中国地理学会第四届“优秀地理期刊”等。

    网址： 

    http://www.progressingeography.com 

    电话：010-64889313，64854170 

    邮箱：dlkxjz@igsnrr.ac.cn

    竭诚欢迎国内外广大专家、学者踊跃赐稿，欢迎国家重大科研项目、重要学术会议等组织专辑/专栏。

欢迎扫码关注