大气气溶胶对青海省主要农作物GPP和产量的影响

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青海省地处青藏高原东北部,是我国太阳辐射资源最大,大气气溶胶污染最轻的区域之一,大气气溶胶对太阳辐射存在一定影响,进而影响到农作物光合作用过程。目前关于大气气溶胶对农作物影响的研究多集中在我国中东部粮食产区,但此类研究区域也受大气气溶胶污染严重,无法全面评价大气气溶胶对农田生态系统的影响。本研究基于多元遥感数据,设计了青海省主要农作物产区的识别和提取方法,提取了2003-2017年青海省主要农作物产区的空间分布信息,通过MODIS卫星遥感产品和实际统计数据得到了青海省主要农作物产区生育期内AOD、GPP、NPP、PAR和作物产量数据,研究了它们的之间的时空分布特征和相关关系,在此基础上研究了大气气溶胶对主要农作物GPP和产量的影响。主要研究结果如下:(1)识别提取得到的青海省主要农作物产区时空分布符合实际统计,农作物遥感提取面积和实际统计面积显著相关,R~2分别能达到0.56(小麦)和0.84(其他作物)(P<0.05),春小麦主要分布在省会西宁周边区域,冬小麦分布在青海省东部气候条件优越区域,而其他作物主要分布在青海湖沿岸及以东区域和中部、南部的零星区域。(2)2003~2017年青海省主要农作物生育期内,全省大于0.05的AOD区域仅分布在柴达木盆地和青海省东部地区,GPP和NPP高值区域分布在东部农业区和青南高原牧区,PAR全省水平较高,高值区分布在柴达木盆地和玉树、果洛中部地区。其中春小麦、冬小麦、其他作物生育期内的AOD都呈先上升后下降的变化趋势,GPP、NPP、PAR都不具有明显年际变化。三类作物生育期内AOD与GPP呈显著正相关(r=0.60、0.58、0.61,P<0.05),表明大气气溶胶的散射施肥等效应对高原农作物生长发育具有积极影响。(3)三类农作物种植典型县,不同农作物生育期内AOD与GPP也具有正相关关系。其中贵德县冬小麦、门源县其他作物的AOD和GPP呈显著正相关(r=0.56、0.78,P<0.05),主要原因为青海省农业产区大气气溶胶升高会引起的散射施肥效应和作物水分胁迫降低,但春小麦不显著。同时AOD与三类农作物产量的相关性系数仅为0.17、0.15、-0.23,表明大气气溶胶并不是产量的决定性因素,农作物产量更多受气候因子、品种、以及灌溉施肥等其他田间管理因素的影响。
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