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陆地生态系统生产力和河流有机碳的研究,是评价全球和区域初级生产力、模拟作物生长、研究陆面碳水过程以及与气候的相互作用和预测生态环境的变化等的重要手段;是陆地生态系统中碳循环和水循环研究的重要内容。随着温室效应等气候与环境问题的日益突出,以及联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的外交谈判中对碳循环科学依据的客观需要,致使从整体上了解区域陆地生态系统碳收支的时空格局及其变化,具有科学与政治的双重意义。本文主要运用地理信息系统和遥感技术,利用MODIS多时相遥感数据、气象数据、河流有机碳数据等相关的植被生理生态统计资料,分析了渭河流域2007年6月份到2008年5月份一个整年度的NPP和河流有机碳的变化规律,初步揭示了渭河流域系统有机碳的收支状况。
1.以遥感数据和气象数据为驱动,利用地理信息系统技术将遥感数据和各种观测数据集成在一起,并对参数做了一定的修正,构建了基于光能利用率并结合遥感数据为基础的渭河流域植被净初级生产力(NPP)估算模型,避免了统计模型的简单和过程模型的复杂,同时根据植物生长规律在描述过程中又有了一定的精度,利用遥感数据和气象数据来详细的描述了生态系统中的一些作用过程,使模型的理论依据更强,与其它模型的模拟结果进行对比分析表明了模拟结果具有一定的可靠性。
2.对于不同植被覆盖类型和不同土地覆盖类型的NPP分布分析得到:研究区内不同生态系统的平均NPP呈现:无植被地段61 gC/m2·a<草地376 gC/m2·a<农业植被440 gC/m2·a<灌丛483 gC/m2·a<森林692 gC/m2·a。而不同生态系统总NPP则呈现:无植被地段23484×106gC<灌丛3962528×106gC<草地8094103×106gC<森林15924145×106gC<农业植被36975210×106gC;森林生态系统在单位面积上对研究区碳库的贡献最大,但其总量没有农业系统的高,这说明流域内农业发达,人类活动对研究区碳库干扰强烈。
3.NPP时空分布特征为:渭河陆地生态系统的NPP均普遍表现出因气候因子的周期变化而变化的时间季节变化规律。一般来说,4~5月开始进入生长季,NPP逐渐升高;6~8月为植被的生长旺盛期,NPP达到最高值:9~10月份NPP均逐渐下降;11月~2月为NPP达到最低值。NPP的空间分布特点来看,基本是北部和西北部的黄土高原低,中部六盘山、子午岭和南部秦岭高,NPP低值主要分布在北部西北部的黄土高原,NPP中值区主要分布在渭河的冲积平原上。
4.从气候因子对NPP的影响分析表明:温度变化后的NPP进行统计,结果表明:当气温升高1℃时(其它参数不变),流域NPP平均减20.51%,NPP平均值为471.26gC/m2·a,NPP总值为64651174×106gC;当气温降低1℃时(其它参数不变),流域NPP平均增加0.39%,NPP平均值为475.52gC/m2·a,NPP总值为65234793×106gC;对降水量变化估算的NPP值进行统计,结果表明:当降水量增加20%时(其它参数不变),流域NPP平均增加2.29%,NPP平均值为484.51gC/m2·a,NPP总值为66468751×106gC;当降水量减少20%时(其它参数不变),流域NPP平均降低3.31%,NPP平均值为458gC/m2·a,NPP总值为62829726×106gC。这充分说明了降水是研究区陆地生态系统净第一性生产力的主要决定因素。
5.渭河干流水体TOC的含量从空间上看,整个流域总有机碳含量趋势是从上游到下游逐渐增高,12个月的平均TOC含量从上游的5.14mg/l逐渐增加到入黄口的16.34mg/l;从季节变化来看,渭河流域丰水期TOC含量比枯水期要小。
南部支流水体有机碳含量比较低;渭河北部支流流经黄土高原,流域土壤侵蚀强烈,其TOC含量变化和渭河主流变化量基本一致。入黄口TOC含量和北部支流的相关系数达到了0.7以上,这说明渭河北部支流TOC的变化控制着整个渭河主流的TOC变化。
6.整个渭河流域有机碳收支为:渭河流域陆地净第一性生产力为64979470×106gC,渭河流域有机碳输出量在6.158×1011~24.839×1011gC之间,渭河流域有机碳通量为4.57~18.43g/m2·a,渭河流域有机碳输出量约占渭河流域陆地生态系统净第一性生产力的1%~3%。
7.随着流域上游到下游人类活动的增强,渭河流域碳固定和碳流失过程受人类活动影响明显。