錫林郭勒盟地區(qū)不同草地類型生物量的年際變化規(guī)律研究

王晶杰，王保林

(內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

植被生物量是綠色植物通過(guò)光合作用固定太陽(yáng)能，單位面積干物質(zhì)重量或總內(nèi)能的儲(chǔ)存量［1］。生物量作為地表碳循環(huán)的重要組成部分，不僅直接反映了植被群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力，而且表征陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況［2－3］。近幾年來(lái)生物量建模及其應(yīng)用得到迅速發(fā)展，生物量由凈第一生產(chǎn)力(Net Primary Productivity，NPP)可得出，一系列大尺度的生物量估算模型相繼出現(xiàn)［4］，其中基于資源平衡理論的以CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型為代表的光能利用率模型由于與衛(wèi)星遙感技術(shù)相聯(lián)系而成為NPP模型研究的一個(gè)主要發(fā)展方向。CASA模型是一個(gè)充分考慮降雨、日照等條件和植被本身特征的光能利用率模型。植被NPP的時(shí)空變化受氣候、人類活動(dòng)等因素的強(qiáng)烈影響。近年來(lái)對(duì)NPP的研究取得了很大進(jìn)展，如趙俊芳等［5］利用FORCCHN優(yōu)化模型模擬了我國(guó)東北地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)NPP;趙國(guó)帥等［6］等利用GLOPEM-CEVSA模型對(duì)東北地區(qū)植被NPP變化的時(shí)空特征及主要影響因素進(jìn)行分析;高清竹等［7］對(duì)1981～2004年的藏北地區(qū)NPP時(shí)空變化及制約因素做了系統(tǒng)分析;吳楠等［8］分析了不同植被類型NPP的年際變化規(guī)律。

錫林郭勒地區(qū)是內(nèi)蒙古自治區(qū)的主要畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)較脆弱［9－10］。近年來(lái)，由于自然和人為因素的雙重影響，草地大范圍退化，產(chǎn)量下降，已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)發(fā)展的制約因素［11－14］。為此，筆者采用遙感模型——CASS模型估算該地區(qū)草地植被凈第一性生產(chǎn)力，分析其變化規(guī)律，以期為錫林郭勒地區(qū)草地資源的可持續(xù)利用、改善和保護(hù)草地生態(tài)環(huán)境、氣候變化等研究提供理論依據(jù)［15］。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 錫林郭勒草原位于內(nèi)蒙古中部，包括我國(guó)地帶性草原及隱域性草原的大部分類型，是歐亞草原區(qū)亞洲中部亞區(qū)蒙古高原草原區(qū)域的一個(gè)重要組成部分，是內(nèi)蒙古草原的主體，又是生態(tài)環(huán)境敏感和脆弱的地區(qū)，也是土地退化現(xiàn)象較嚴(yán)重的地區(qū)。該地區(qū)屬中溫帶干旱、半干旱大陸性氣候。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及前期處理

1.2.1 氣象數(shù)據(jù)。由于錫林郭勒地區(qū)氣象站少，該研究利用全國(guó)700個(gè)氣象站點(diǎn)多年(2009～2013年)逐月降水量、氣溫和日照時(shí)數(shù)，進(jìn)行空間插值來(lái)獲得氣象數(shù)據(jù)空間分布圖，然后得出該地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)。

1.2.2 遙感數(shù)據(jù)。模型中的FPAR和NDVI數(shù)據(jù)采用MODIS提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)集，對(duì)其進(jìn)行月最大值合成，并進(jìn)行投影使其符合內(nèi)蒙古植被類型圖的坐標(biāo)。

1.3 生物量計(jì)算 地上生物量計(jì)算公式為:

式中，NPP由CASS模型模擬計(jì)算得出，可視為已知;LBGB為活根系生物量占總根系生物量的比例，可視為已知;對(duì)于BGB和ANPP，一般可根據(jù)草地類型分別設(shè)定其數(shù)值，因此可視為已知。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量年際變化與降雨量關(guān)系分析 由圖1可知，前3年生物量變化幅度不大，2010和2011年基本維持在一個(gè)水平線上，2012和2013年變化幅度較大，2012年生物量處于最高;生物量變化規(guī)律和降雨量曲線變化規(guī)律基本一致，說(shuō)明生物量和降雨量有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖1 2009～2013年生物量與降雨量變化規(guī)律

由表1可知，2009～2013年草甸草原的生物量都是最高的，典型草原次之，荒漠草原最低。典型草原生物量在2012年處于最高水平，2010和2011年變化幅度很小;草甸草原的生物量在2013年處于最高，逐年遞增;荒漠草原的生物量和典型草原的生物量變化規(guī)律一致，但是除2012年外，其他4年的生物量值很接近。2009與2011年，草甸草原的生物量分別是典型草原的1.84、1.88倍，較接近;而2009和2010年草甸草原生物量分別是荒漠草原的2.58、2.59倍，基本相同;2010和2012年典型草原的生物量是荒漠草原的1.54倍，處于一個(gè)水平線上。

表1 2009～2013年不同草地類型的生物量變化規(guī)律 kg/a

圖2 不同草地類型生物量與降雨量的變化規(guī)律

2.2 不同草地類型的生物量與降雨量的關(guān)系分析 由圖2可知，三大草地類型(典型、草甸、荒漠草原)生物量與降雨量有密切聯(lián)系，二者的波動(dòng)趨勢(shì)處于一致，降雨量的地域性差異顯著，草甸草原的生物量在2013年最高，其余草地類型的生物量都是在2012年處于最高水平。

3 結(jié)論與討論

生物量可以反映植被結(jié)構(gòu)與功能的變化，生物量的研究一直受到許多學(xué)者的重視。利用遙感模型估算生物量具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，研究區(qū)地形復(fù)雜多變，易形成小氣候，生物量研究易受局部地形的影響。不同草地類型的生物量在2009～2013年的變化幅度不盡相同，降雨量是影響其變化的重要因子之一。該研究未涉及溫度、地形等因子的影響，從而在一定程度上降低了估算生物量的精確度。

生物量與降雨量關(guān)系密切，生物量的年際波段趨勢(shì)與降雨量一致，草地類型間的生物量變化規(guī)律與降雨量也有密切聯(lián)系。草甸草原的生物量值在2013年處于最高，其余類型的生物量在2012年均處于最高水平。

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