MODIS数据在山西高原灌丛土壤呼吸模拟中的应用

来源 :山西大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:himiro
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土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中的一个重要环节。遥感技术在估算净初级生产力、总初级生产力的研究中已得到广泛的应用,但却很少用于土壤呼吸的研究中。本文以山西高原天龙山自然保护区灌木群落为研究对象,利用野外多年来(2005—2015)实测的土壤呼吸(Rs)、10 cm深度的土壤温度(Ts)和010 cm深度的土壤水分(Ws)数据集,结合遥感反演的陆地表面辐射温度(LSTd和LSTn分别为Terra卫星10:30和22:30过境时的瞬时温度,LSTav为LSTd和LSTn的算术平均值)、归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、绿边叶绿素指数(CIgreen)及植被供水指数(VSWI)的数据集,探讨了遥感参数在灌木群落土壤呼吸模拟中的适用性。结论如下:Rs春冬两季较低,夏秋两季较高,变化趋势大体呈开口向下的抛物线形式。年平均Rs的最大值出现在2005年(5.20±4.02μmol CO2 m-2 s-1),最小值出现在2015年(2.70±1.86μmol CO2 m-2 s-1);11年Rs的平均值为3.59±2.86μmol CO2 m-2 s-1,低于生长季的平均值(4.70±3.16μmol CO2 m-2s-1)。LST和Ts具有比较明显的季节变化规律,变化趋势大致呈抛物线形,呈基本对称的单峰曲线,冬春季较低,夏秋季较高。相关分析表明,LSTn可以解释Ts季节变化的81%,高于LSTd和LSTav的解释能力(69%和78%)。这一结果表明LSTn可以替代Ts用于土壤呼吸的模拟。Ws和VSWI的季节变化呈高低交替变化的波动状态,基本表现为春末夏初较低、夏秋季及冬初较高。相关分析表明,VSWI可以解释Ws季节变化的39%。植被指数的季节变化趋势呈基本对称的单峰曲线,变幅较大,冬春季较低,夏秋季较高,最大值出现在7-8月份,最小值多出现在12月和1月。对单个测定年的数据进行指数回归分析表明,除个别年份外,Rs与LSTn的决定系数R2都高于与Ts、LSTd和LSTav的决定系数。采用11年全部测定数据分析表明,LSTn可以解释土壤呼吸季节变化的23%,高于Ts(22%)、LSTd(11%)和LSTav(17%)的解释能力。生长季的Rs与Ws和VSWI的拟合方程在大多数测定年均达到极显著水平(P<0.01),Ws和VSWI分别可以解释生长季Rs的60%和32%(线性模型)、62%和40%(指数模型)。归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、绿边叶绿素指数(CIgreen)解释Rs的季节变化的比例没有显著差异,在36%37%之间。与单因素模型相比,基于实测的Ts、Ws、NDVI和LSTn、Ws、NDVI的复合模型的R2均有不同程度的提高。6种复合模型中模型Rs=a+b*(T*Ws*VI),Rs=a*eb T*Wsc*ed VI和Rs=a*eb T*Wsc*VId的决定系数高于方程Rs=a*eb T+c Ws+d VI、Rs=a+b*T+c*Ws+d*VI和Rs=a*eb T+c Ws*VId的决定系数。以上分析初步表明山西高原灌木群落的土壤呼吸主要受温度、水分和生物因子的共同影响,基于遥感反演的陆地表面辐射温度、植被指数可以用于土壤呼吸的模拟。
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