2000-2015年宁夏草地净初级生产力时空特征及其对气候变化的响应

2000-2015年宁夏草地净初级生产力时空特征及其对气候变化

的响应

草地生态系统作为全球分布最广最脆弱的的生态系统,一直受到学者们的高度重视。宁夏境内半数区域为草地,草地作为宁夏重要的战略资源及特色养殖畜牧业的基础,在社会发展中发挥重要作用。

另外,宁夏位于干旱半干旱过渡带上,草地生态系统尤为脆弱,因此从上世纪80年代便有学者注意到宁夏草地退化、沙化、生物多样性减小的诸多草地发展趋势。利用遥感技术手段对宁夏草地生产力进行大尺度长时序的准确监测,从而掌握宁夏草地生态系统的发展状况对草原利用和保护具有重要的意义。

本文采用Anusplin、反距离权重和样条函数三种插值方法对气象因素进行空间化,并对比其插值精度,将CASA模型作为草地NPP估算手段,分别引入了草地多年实测数据和MOD17A3数据对估算结果进行可靠性检验,并在此基础之上,分析了 2000-2015年宁夏草地的多年变化趋势及其对气温、降水变化的响应,以探究草地生长的主要限制因素。研究得出主要结论如下:(1)三种插值方法中反距离权重插值法出现了“牛眼效应”,其他两种插值法能较好模拟宁夏气温降水的空间梯度分布特征;而Anusplin气象要素插值法明显具有较高的插值精度,其中气温插值精度最高,空间变化最为细腻。

(2)基于Anusplin插值法的CASA模型与基于IDW插值法的CASA模型均能对宁夏草地NPP进行良好的估算;基于Anusplin插值法的CASA模型估算值与多年实测均值及全区总产草量的相关性最高,其估算值更接近实际情况,进而说明提高气象要素的插值精度在一定程度上能提高CASA模型NPP的估算精度。(3)将MOD17A3NPP数据作为验证数据,对不同类型草地NPP的基于Anusplin插值法的

CASA估算精度进行检验,结果显示干草原、灌丛草原、干荒漠类草原及荒漠草原具有较好的估算精度,沼泽类草地及山地草甸估算结果误差较大,精度有待提高。

(4)近16 a宁夏草地估算结果分析显示,全区多年草地NPP均值为

148.28g·Cm-2·a-1,空间分布格局为南北高中间低,而不同类型的草地间的NPP 差异较大,山地草甸类草地是宁夏草地NPP最高的草地类型,NPP值为518.34 g·Cm-2·a-1。(5)变化趋势特征分析表明:近16 a的宁夏草地年均NPP处于波动上升的态势,线性增长率为3.84 g·Cm-2·a-1(P<0.01)。

其中NPP≤100 g·Cm-2·a-1的草地面积呈波动中逐渐减小,而NPP≥

300g·Cm-2·a-1的草地面积在波动中不断增加。空间上,宁夏草地年均NPP增率自南向北递减,90%的草地呈上升趋势,61%草地的NPP上升趋势明显

(P<0.05),包括荒漠草原、干草原、灌丛草甸、草甸草原4种草地类;Hurst 指数分析发现宁夏大部分草地的NPP变化趋势具有较强持续性。

(6)草地NPP与气象因素相关性分析结果表明:像元尺度上,宁夏草地年NPP 主要受年降水量的影响,南部与中部地区草地对年降水量的响应最为强烈;生长季草地NPP与月总降水量的相关性不存在时间滞后性,而与月均温存在1个月的时间滞后性。