三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳源時(shí)空格局

沈鵬

摘 要：植被凈初級生產(chǎn)力NPP，在全球變化及碳平衡中扮演重要作用。本文利用遙感影像數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、輻射數(shù)據(jù)，結(jié)合CASA模型模擬2001-2016年三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)NPP，分析草地碳源的時(shí)空格局和年際變化規(guī)律。結(jié)果表明，2001-2016年，三江源區(qū)草地NPP平均值為237.89 gC/m2，總量為1225.16Tg C，三江源區(qū)草地平均NPP總體呈現(xiàn)出由東南向西北依次遞減的空間分布格局;年際變化上，NPP平均值和NPP年總量逐年依次遞減。

關(guān)鍵詞：碳源;植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）

0 引言

草地在全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)尤其是碳匯過程中扮演著重要角色。中國草地面積約占世界草地面積的10%，碳儲量約占世界草地碳儲量的9%～6%。目前，大量的研究表明凈初級生產(chǎn)力（Net primary productivity， NPP）可以很好地表征草原生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)，是定量化分析草地生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯的重要科學(xué)指標(biāo)，草地生態(tài)系統(tǒng)NPP研究是全球碳循環(huán)變化研究的主要內(nèi)容之一。因此，研究三江源區(qū)草地碳源（NPP）的時(shí)空格局對理解全球碳循環(huán)和全球氣候環(huán)境變化的影響具有重要的科學(xué)意義。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 MSDIS NDVI數(shù)據(jù)

采用NASA的地球觀測系統(tǒng)EOS/MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的MOD13A1級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，時(shí)間序列為2001-2016年，時(shí)間分辨率為16d，空間分辨率為500m×500m。獲取的NDVI數(shù)據(jù)都經(jīng)過了幾何糾正、輻射校正、大氣校正等預(yù)處理，且都已經(jīng)采用了最大值合成法以減少云、大氣、太陽高度角等的影響，在ArcGIS10.2軟件下對NDVI 影像進(jìn)行了投影轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一采用WGS_1984 地理坐標(biāo)系統(tǒng)，Albers Equal-Area Conic投影。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

本研究的氣象數(shù)據(jù)采用中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的2001-2016年三江源區(qū)18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象站點(diǎn)的月平均溫度和月降水量數(shù)據(jù)。根據(jù)各氣象站點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程信息，采用ArcGIS10.2的Geostatistical Analyst模塊對氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行空間Kriging插值，最終得到與NDVI數(shù)據(jù)投影和分辨率一致的氣象數(shù)據(jù)柵格影像。

1.3 植被覆蓋類型數(shù)據(jù)

研究區(qū)植被類型數(shù)據(jù)采用空間分辨率為500m的MCD12Q1產(chǎn)品。MCD12Q1產(chǎn)品采用IGBP分類系統(tǒng)將全球分成17種土地覆蓋類型，本研究將其重分類為與NRED（中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心）分類系統(tǒng)相對應(yīng)的6類，具體分類如下：水域、森林、草地、耕地、城市及建設(shè)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過程模型，模型通過遙感數(shù)據(jù)中提取的植被指數(shù)來估算太陽輻射中被植被吸收的光合有效輻射 （APAR），結(jié)合植被對于到達(dá)地表的光合有效輻射的利用效率 （ε） 來估算植被凈初級生產(chǎn)力 （NPP） 。

CASA模型所估算的植被凈初級生產(chǎn)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月份的實(shí)際光能利用率（g C/MJ）。本文中光能利用率ε（x， t）取值參考朱文泉（2005）推算得到的溫帶草原的平均月最大光能利用率，光能利用率ε（x， t）取值為0.542gC/MJ。

2 三江源區(qū)草地碳源的時(shí)空動態(tài)變化特征分析

2.1 三江源區(qū)草地NPP時(shí)空格局特征

由2001-2016年三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)NPP年平均值的空間分布可知（圖1），三江源區(qū)草地NPP總體呈現(xiàn)出由東南向西北依次遞減的空間分布格局。該地區(qū)的NPP平均值為237.89 gC/m2，2001-2016年三江源區(qū)的NPP總量為1225.16Tg C。其中，東部以及中部地區(qū)草地NPP值最大，草地NPP最大值為643.86 gC/m2，由東向西依次遞減，西北部草地NPP值最小為0.69 gC/m2。東南部為黃河流域，草地以草甸草原為主，NPP生產(chǎn)力高，而西北部昆侖山脈和可可西里自然保護(hù)區(qū)則以荒漠化草原為主，NPP最低。

三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)NPP年平均值總體呈現(xiàn)出隨年際變化依次下降的趨勢（表1），其中2001-2007年草地NPP值總體上起伏不大，NPP年平均值在230～250 gC/m2之間;2008年到2011年草地NPP值相比前幾年就下降了很多，2011年NPP值最低，為216.28 gC/m2;2012年草地NPP值則驟然上升，達(dá)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值總體上是趨于平穩(wěn)的。

3 結(jié)論

三江源區(qū)草地平均NPP總體呈現(xiàn)出由東南向西北依次遞減的空間分布格局，年際變化上，NPP平均值和NPP年總量逐年依次遞減。2001-2016年，三江源區(qū)草地NPP平均值為237.89 gC/m2，總量為1225.16Tg C。 其中，東部以及中部地區(qū)草地NPP值最大，草地NPP最大值為643.86 gC/m2，由東向西依次遞減，西北部草地NPP值最小為0.69 gC/m2，但是年NPP值總體上是趨于平穩(wěn)的。

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