太湖梅梁湾浮游植物叶绿素a和初级生产力

1998年5月～1999年8月对太湖梅梁湾4站点进行了每季1次、为期1年的初级生产力及相关因子研究,分析了梅梁湾叶绿素a含量和初级生产力的时空分布特征．结果表明,梅梁湾的叶绿素a含量、初级生产力均存在明显的季节变化和空间差异,春、夏季浮游植物叶绿索a含量和初级生产力要比秋、冬季高,空间上位于污染严重的直湖港口6#点叶绿索a含量和初级生产力要高,并大致呈现从湾内向湾口递减的趋势;在春、夏、秋季光照较强时,初级生产力最大指值出现在水下20～50cm处。到冬季垂直差异不明显;10～30℃之间初级生产力基本上随温度的上升而呈指数增加趋势．浮游植物生物现存量与初级生产力存在显著的正相关．营养盐与初级生产力相关性变化很大．光照显著地影响初级生产力的日变化。春、夏季强光作用下表面光抑制现象比较明显．     

基于叶面积指数估算植被总初级生产力

长时间序列的陆地碳通量数据在全球生态环境变化研究中具有重要意义。采用MODIS GPP(Gross Primary Productivity)算法,基于GIMMS LAI3g,MODIS15和Improved-MODIS15三种叶面积指数(LAI),估算了全球2000至2010年的植被总初级生产力(GPP)。该估算的GPP数值经过全球20个通量站点的验证,并结合MODIS17分析了它们在时空变化上的异同。结果表明:(1)4种GPP精度如下:GPP_(MOD17)GPP_(impro_MOD15)GPP_(LAI3g)GPP_(MOD15)。(2)4种GPP整体上具有一致的季节波动,冬季和夏季整体好于春季和秋季。GPP_(LAI3g)的4个季节精度较相近,而GPP_(MOD17)除了春秋季外其它季节都较好。(3)GPP_(LAI3g)在中等GPP值分布区的估值相对较高,其全球总GPP大体为(117±1.5)Pg C/a,GPP_(MOD17)和GPP_(impro_MOD15)相近且都低于该值。(4)GPP_(LAI3g)和GPP_(impro_MOD15)在大约63.29%的陆面上呈显著(P0.05)的正相关关系,它们和GPP_(MOD17)在LAI不确定性小的地区呈显著的正相关关系。GPP_(LAI3g)和GPP_(MOD15)正相关分布面积占比为40.61%。     

陕北黄土高原植被净初级生产力的估算

基于MODIS和地面气象数据,利用改进的CASA模型,模拟分析了2005年陕北黄土高原地区的植被净初级生产力(NPP)及其时空分布.结果表明:1)根据生态生理过程模型针对不同土地覆被类型选择不同的月平均最大光能利用率,比传统CASA模型中使用固定的全球月平均最大光能利用率进行NPP估算,更符合陕北黄土高原地区的实际情况;在估算植被参数时引入植被覆盖分类,以及利用陕北黄土高原2005年时序NDVI进行土地覆被分类的同时,结合1:100万中国植被图和实地调查情况对分类结果进行修正,可提高分类的精度,从而提高模型估算的精度.2)通过不同模型之间和与陕北部分地区实际调查数据进行比较,显示改进后的CASA模型对区域陆地植被NPP的模拟效果较好,可应用于陕北黄土高原乃至周边地区NPP的计算中.3)2005年陕北黄土高原植被净第一性生产量估计值为4.76×10~(13) g C,约占全国总NPP的1.5%,植被平均NPP为447.3 g C·m~(-2)·a~(-1),高于1992-2000年全国陆地NPP平均值323.8 g C·m~(-2)·a~(-1).4)在NPP的空间分布上,总体趋势是由东南向西北递减,其中最高值出现在东南部的黄龙山次生林区(1087g C·m~(-2)·a~(-1));西北部的荒漠植被覆盖度极低,平均NPP仅为205.0 g C·m~(-2)·a~(-1).5)陕北黄土高原NPP的季节变化明显,其中4月中旬至10月中旬6个月生长季时间里的NPP可占到全年的91.5%,而7月中旬至8月中旬间该区的净初级生产力达到年内的极大值,可占全年的37.8%.

Abstract：

Based on the data from MODIS (Moderate-resolution Imaging Speetroradiometer) and meteorological observatories, and by using improved CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach) model, the vegetation net primary productivity (NPP) and its spatiotemporal distribution on the North Shaanxi Loess Plateau in 2005 were simulated and analyzed. Comparing with the traditional CASA model which only uses a universal mean annual maximum light use efficiency (LUE), the estimated regional NPP by the improved CASA model was more precise, because this improved model used the LUE parameters of different vegetation covers. The detailed land cover classifica-tion also contributed to the increase of the precision via introducing the time-series Normalized Different Vegetation Index (NDVI) and ground survey data to modify and adjust the original clas-sification system based on vegetation map (1: 1000000). The testing of the simulation results from different models with the ground survey data in North Shaanxi showed that the estimation by the modified CASA model was much closer to the real survey data, implying the potential practi-cal significance of this model in estimating the vegetation NPP in North Shaanxi Loess Plateau and its adjacent areas. In 2005, the NPP in North Shaanxi was estimated as 4. 76×1013 g C, ac-counting for about 1.5% of China' s terrestrial total NPP, and the mean NPP was 447.3 g C·m~(-2)·a~(-1), being much higher than that of China' s terrestrial vegetation (323.8 g C·m~(-2)·a~(-1)) in 1982-2000. The spatial distribution pattern of the vegetation NPP showed an apparently declining trend from the southeast to the northwest, with the highest value of 1087 g C·m~(-2)a~(-1) occurred in the broadleaved-and conifer-mixed forests of Huanglong Mountain in southeast part of the region. The mean NPP of desert vegetation in the whole region was the lowest, only about 205.0 g C·m~(-2) ·a~(-1). An obvious seasonal variation of the NPP was observed. The NPP in growth season (from April to October) took about 91.5% of the total in the year, and the peak occurred in mid-July to mid-August, amounting to 37.8% of the total.     

基于CASA模型研究祁连山地区植被净初级生产力的时空变化

基于2003~2012年的遥感数据及DEM高程模型校准后的气候数据,利用CASA模型估算了祁连山地区植被净初级生产力(NPP),并对NPP的年内、年际变化以及时空分布规律和变化趋势进行分析。结果表明:(1)祁连山地区年内NPP集中在6~8月,占全年NPP总量的86.39%;2003~2007年,NPP年均值在165.28~192.75g·m-2·a-1之间小幅波动;2007~2009年呈现出较明显的下降趋势,由168.63g·m-2·a-1下降到153.17g·m-2·a-1;2009~2012年表现出明显的上升趋势,最大值达207.13g·m-2·a-1。(2)祁连山地区的NPP东西部分布差异大,东部地区大多在200~400g·m-2·a-1之间,部分地区可达500g·m-2·a-1之上;中部地区存在较明显的南北差异,南部大多地区在100~300g·m-2·a-1之间,北部大多地区在100~400g·m-2·a-1之间;西部广大地区大多在0~100g·m-2·a-1之间,荒漠和高山冰雪覆盖区域生物量最低。(3)近十年来,祁连山地区的NPP呈波动增加趋势,增加面积约9 867km2,约占植被总面积的21.19%,减少面积约8 173km2,约占植被总面积的17.52%,表明祁连山的生态健康水平总体在改善但局部在恶化。     

三峡水库香溪河库湾基于初级生产力的渔产潜力估算

于20132014 年在三峡水库香溪河库湾开展了浮游植物初级生产力的调查, 并分别采用营养动态模型、Cushing 模型、Tait 模型和Downing 模型计算了该库湾滤食性鱼类的渔产潜力, 以此来评估其水体承载量。结果表明, 香溪河库湾初级生产力具有显著的时空异质性;据此计算的渔产潜力显示了空间差异和季节动态;高岚河水域的渔产潜力较其他水域要大;夏季渔产潜力最大, 从大到小依次为春季、秋季、冬季。上述方法计算的滤食性鱼类渔产潜力分别为7.3103、1.046104、1.256104 和2.064106 kg/y。除了Downing模型外, 其他方法的估算结果较接近渔业资源量的真实状况。以3 个模型计算的渔产潜力为核算依据, 确认该库湾滤食性鱼类的水体承载量约为104 kg, 最大持续捕捞量可达5103 kg/y。研究结果可为三峡水库支流库湾渔业资源的可持续利用提供必要的技术支撑。       

盐碱池塘浮游植物初级生产力日变化的研究

用黑白瓶测氧法对盐碱池塘浮游植物初级生产力的日变化进行了研究．结果表明,盐碱池塘浮游植物初级生产力存在着明显的日变化,其分布规律与光照、温度、浮游植物现存量等环境因子的变化是相关的．用黑白瓶法连续曝光24h测定初级生产力结果大大偏低于每次曝光2h的全天累积结果．对养鱼池而言,在10：00—14：00时曝光4h再推算全天的初级生产力较为适当．     

基于耦合模型的干旱区植被净初级生产力估算

净初级生产力是陆地生态系统物质与能量运转研究的基础, 在干旱区生态环境演变及其与气候相互作用和影响方面极为敏感,是揭示干旱区生态环境特征的重要指标.本研究基于RS和GIS技术,利用地面气象数据、涡度相关数据、Landsat 8数据和MODIS数据,通过SEBAL模型和光能利用率模型的耦合,估算了新疆玛纳斯河流域植被净初级生产力(NPP),分析了其空间格局及与高程和坡度的关系.结果表明: SEBAL模型与光能利用率模型的耦合对玛纳斯河流域山地-绿洲-荒漠生态系统植被NPP的模拟效果较合理,能较好地反映植被净初级生产力的实际情况;2013年,玛纳斯河流域植被NPP总量为7066.72 Tg C·a^-1,平均值为278.06 g C·m^-2·a^-1,总体分布趋势是自南向北先增加后减少再增加最后减少,随着地貌和土地利用类型的变化呈现明显的分布规律,且其月变化比较明显,7—8月达到最大值,占总量NPP的52.2%;植被净初级生产力随海拔和坡度的增加整体呈下降趋势,但随海拔增加植被NPP出现3次波动.这些波动主要由地表植被覆盖类型和环境因素所引起.     

基于VPM模型的甘肃省植被总初级生产力动态变化

基于光能利用率模型(vegetation photosynthesis model,VPM)对2005-2017年甘肃省植被总初级生产力(gross primary productivity,GPP)进行估算,并对植被GPP的时空变化特征、不同植被区划的GPP变化趋势以及影响因素等进行探究.结果表明:(1)2005-2...     

基于多源遥感数据的草地净初级生产力质量评价

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)的遥感估算与分析对全球生态系统具有重要指导意义,不同尺度的遥感影像上占主导地位的地物景观信息是不同的,现代生态研究多尺度分析至关重要。以青海省海北藏族自治州为研究区,使用Landsat 8 OLI遥感影像、天宫二号宽波段成像仪影像、融合影像(Landsat8 OLI影像和天宫二号宽波段成像仪影像融合)联同MODIS影像,作为CASA模型的输入参数,探究不同尺度下的研究区域NPP的空间分布情况,并对比分析不同数据源数据在估算NPP时的精度。结果表明:(1)Landsat 8 OLI数据的NPP值位于150—200 g C m^-2 a^-1所占比例最高;天宫二号宽波段成像仪影像数据和融合后影像的NPP值位于50—100 g C m^-2 a^-1所占比例最高;MODIS数据的NPP值位于小于50 g C m^-2 a^-1比例最高。(2)天宫二号宽波段成像仪影像数据的均方根误差(RMSE)、平均绝对误...     

基于MODIS序列的北京市土地利用变化对净初级生产力的影响

了解土地利用变化对区域净初级生产力(NPP)的影响,对于综合理解区域植被的固碳能力及其与土地利用变化的关系,以及维持区域生态安全均具有重要意义。以北京市为例,基于2000—2012年MODIS NPP遥感影像和土地利用类型数据,利用同期Landsat TM影像(分辨率30 m)对MODIS NPP数据进行降尺度计算的基础上,分析北京市区域NPP的时空分布特征,探讨土地利用变化对植被固碳能力的影响。结果表明:研究期内Landsat NDVI与NPP数据的线性关系显著(R~2为0.22—0.68,P0.01),基于该线性关系可实现对MODIS NPP的降尺度重计算。土地利用面积分配和景观格局的变化均显著影响NPP。13年间,北京市林地和草地面积增加而耕地面积迅速减少,NPP总量由123万t C增长至190万t C,其中66%的NPP由林地贡献,其次为耕地(26%),草地最低(8%)。2000—2006年,面积变化促进了NPP的增加,贡献率为34%;而2006—2012年,面积变化则抑制区域NPP的增加,贡献率降低至27%。同时,研究区域内斑块聚集度的降低,斑块密度及丰富度的增加均有利于其NPP的增加。提高研究区植被固碳能力,需要在维持区域当前植被数量和质量的基础上,增加区域景观的异质性和多样性。     

Evaluation of chronic toxicities from sediments before and after ecological project in Meiliang Bay, Lake Taihu, using cell bioassays

An ecological project for water purification was conducted in Meiliang Bay, Lake Taihu, which supplies one-third of the drinking water for Wuxi City, China. Sediment dredging was employed. The floating-leaf and floating macrophytes were planted, combined with wave-attenuating, algal bloom blocking to improve the water quality. At the same time, large amounts of fish net were placed in the experimental zone, to which massive periphytes adhere. To evaluate the effectiveness of remediation, many studies were based on chemical analysis or acute toxicity test. In this study, chronic toxicities before and after the ecological project in Meiliang Bay, Lake Taihu, China, were evaluated based on a battery of in vitro bioassays, including EROD bioassay, recombined yeast assay, as well as umu test for detection of Ah-receptor (AhR) agonists, estrogenic chemicals and genotoxic chemicals, respectively. Before remediation, AhR effect, estrogenic effect and indirect genotoxicity were all detected in sediments of Meiliang Bay, Taihu Lake. After amelioration, levels of AhR agonists decreased by 42.3–80.7%, estrogenic chemicals decreased by 71.6–93.9% and indirect genotoxic chemicals decreased by 23.2–75.0%. Results showed that the ecological project effectively removed the chronic toxicants from the sediments.     

太湖梅梁湾冬季水-气界面二氧化碳通量日变化观测研究

应用静态箱式法对太湖梅梁湖区冬季(2003年12月23日8:00~26日6:00)的水气界面CO2通量进行了昼夜连续观测,共测得60组数据,分析了梅梁湾湖区CO2通量的冬季日变化规律。结果表明,在光照条件较好,风速较小情况下,白天梅梁湾湖区为CO2的汇,极大值出现在14:00时,其平均CO2通量为-3.01 mg.m-2.h-1;夜间梅梁湾湖区CO2通量值为-0.897~1.006 mg.m-2.h-1,其平均通量为-0.02 mg.m-2.h-1;在阴天、风速较大时,湖区CO2通量日变化与前面有较大差异,表现为CO2的强源,最大CO2通量达到76.53 mg.m-2.h-1。     

流沙湾海草床海域浮游植物的时空分布及其影响因素

2008年2月至11月对广东省流沙湾海草床海域的浮游植物进行了周年的季节调查,结果共检出浮游植物151种:冬季57种、春季66种、夏季73种、秋季66种,其中硅藻门44属123种,占浮游植物种类数的81.4%;甲藻门11属26种,占浮游植物种类数的17.2%;绿藻门和蓝藻门各1属1种,各占浮游植物种类数的0.7%。优势种共有26种,主要为夜光藻Noctiluca scintillans、威氏角毛藻Chaetoceros weissflogii、圆海链藻Thalassiosira rotula、菱形海线藻Thalassionema nitzschioides等,都是链状群体或个体较细长或较大的种类,没有个体较短小的优势种群;各季节间共有种类数在22-43种,Jaccard种类相似性指数范围在0.211-0.448,多样性指数和均匀度平均值分别为2.12和0.35,群落结构较脆弱;细胞丰度在0.24×10⁴-5.72×10⁴ 个/L,秋季最高,夏季次之,冬季最低,属季节单峰型变化,与一般亚热带春、秋季出现丰度高峰不一致。相关性分析发现,浮游植物丰度与活性硅酸盐呈极显著的正相关,与盐度呈显著的负相关,与其他因子不存在明显的相关性;叶绿素a浓度与水温呈极显著的负相关,与浮游动物丰度呈显著的负相关。从浮游植物吸收N、P的配比分析,N为四季的营养限制因子,但从N、P的绝对值看,N和P都是全年的营养限制因子,因此其水质营养类型属于亚热带贫营养型。     

Legacies of precipitation fluctuations on primary production: theory and data synthesis

Variability of above-ground net primary production (ANPP) of arid to sub-humid ecosystems displays a closer association with precipitation when considered across space (based on multiyear averages for different locations) than through time (based on year-to-year change at single locations). Here, we propose a theory of controls of ANPP based on four hypotheses about legacies of wet and dry years that explains space versus time differences in ANPP–precipitation relationships. We tested the hypotheses using 16 long-term series of ANPP. We found that legacies revealed by the association of current- versus previous-year conditions through the temporal series occur across all ecosystem types from deserts to mesic grasslands. Therefore, previous-year precipitation and ANPP control a significant fraction of current-year production. We developed unified models for the controls of ANPP through space and time. The relative importance of current-versus previous-year precipitation changes along a gradient of mean annual precipitation with the importance of current-year PPT decreasing, whereas the importance of previous-year PPT remains constant as mean annual precipitation increases. Finally, our results suggest that ANPP will respond to climate-change-driven alterations in water availability and, more importantly, that the magnitude of the response will increase with time.     

连续提取和液体磷核磁共振表征太湖梅梁湾沉积物中磷的剖面分布

应用连续提取法(SMT)和液体磷核磁共振(³¹PNMR)技术研究了太湖北部梅梁湾沉积物中磷形态和组成的剖面变化。结果表明,铁/铝磷是沉积物中磷的主要形态,约占总磷含量的44.0-54.6%。总磷、无机磷、有机磷和铁/铝磷含量均随沉积深度增加呈降低趋势,至18cm以下略有增加,而钙磷却在柱样下部随沉积深度增加呈累积趋势。³¹PNMR显示,沉积物磷主要由正磷酸盐(72.0-99.2%)和磷酸单酯(0.8-25.9%)构成,磷酸二酯、膦酸盐和焦磷酸盐的相对含量非常低,分别为1.0%、0.4-1.0%和 0.1%。正磷酸盐含量在沉积物表层9cm内减少了65%,9cm以下波动变化,但总体呈降低趋势。这些特征表明沉积物中磷对梅梁湾上覆水体具有强烈的释放潜力,是太湖富营养化发生的重要因素。     

Inter-annual,seasonal and spatial variability in nutrient limitation of phytoplankton production in a river impoundment

We characterize seasonal and spatial patterns in phytoplankton abundance, production and nutrient limitation in a mesotrophic river impoundment located in the southeastern United States to assess variation arising from inter-annual differences in watershed inputs. Short-term (48 h) in situ nutrient addition experiments were conducted between May and October at three sites located along the longitudinal axis of the lake. Nutrient limitation was detected in 12 of the 18 experiments conducted over 2 years. Phytoplankton responded to additions of phosphorus alone although highest chlorophyll concentrations were observed in enclosures receiving combined (P and N) additions. Growth responses were greatest at downstream sites and in late summer suggesting that those populations experience more severe nutrient limitation. Interannual variation in nutrient limitation and primary production corresponded to differences in the timing of hydrologic inputs. Above average rainfall and discharge in late-summer (July–October) of 1996 coincided with higher in-lake nutrient concentrations, increased production, and minimal nutrient limitation. During the same period in 1995, discharge was lower, nutrient concentrations were lower, and nutrient limitation of phytoplankton production was more pronounced. Our results suggest that nutrient limitation is common in this river impoundment but that modest inter-annual variability in the timing of hydrologic inputs can substantially influence seasonal and spatial patterns.     

2000年以来中国潜在植被净初级生产力的时空分布模拟

潜在植被的净初级生产力(PNPP)是在无人类干扰情况下,立地所能发育形成最稳定成熟植被的净初级生产力,PNPP能够直接反映自然生态系统的质量状况,是分离人类活动对生态环境影响的重要指标。研究改进了CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,引入潜在光合有效辐射吸收比例(PFPAR)模拟了2000—2020年中国植被PNPP的时空分布格局。结果表明：中国PNPP空间分布差异较大,东南沿海和东北大、小兴安岭地区PNPP较高,新疆、西藏等西部干旱、高寒地区PNPP较低,呈现以400 mm等降水量线为界的空间分异格局。2000—2020年,中国PNPP总体上呈现递增趋势,年际波动小,PNPP减少的区域与增加的区域面积基本相等。PNPP波动较大的地区主要位于青藏高原、四川盆地和贵州高原。研究结果量化了气候变化背景下真实的生态状况和潜在生态状况的差异,可分离出人类活动对自然生态系统的直接影响,为制定针对性的生态修复对策提供了科学依据。     

基于遥感数据的东海浮游植物生物量时空变化研究

基于地理位置、纬度和生态特征的不同在东海选取了9个面积相同的子区域,采用1997-2015年由SeaWiFS(Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor)和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)传感器获得的叶绿素a浓度资料,对我国东海浮游植物生物量的时空变化和藻华现象进行了分析。通过高斯曲线模型拟合,得到了藻华爆发的起始时间、峰值时间、结束时间及持续时间。研究表明东海浮游植物生物量在空间上的分布规律为:外海浮游植物生物量小于近岸;长江口和台州列岛海域的浮游植物生物量较大,近黄海海域的两个区域次之,较小的位于南麂列岛海域和台湾海峡,越靠近南部海域浮游植物生物量越低。藻华发生的规律为:以南麂列岛为分界线,由高纬度到低纬度,浮游植物到达藻华发生峰值的时间持续推后,爆发持续时间增长。     

黑龙江流域积雪覆盖时空变化遥感监测

利用MODIS双星数据对黑龙江流域2003—2012年的积雪覆盖面积进行提取和验证,然后基于合成的数据分析研究区积雪覆盖面积的季节和年际变化.结果表明: 双星合成降低了云的影响,总体精度>91%,可以满足分析和研究需求.研究期间,黑龙江流域积雪覆盖面积存在显著的季节变化,7、8月的积雪最少,几乎为零,1月积雪覆盖面积最大,占流域的80%以上.2003—2004、2009—2010年冬季积雪覆盖面积较高(>180×10⁴ km²),2011年冬季最大积雪覆盖面积较低(150×10⁴ km²).积雪覆盖的年际变化与年平均气温和平均降水量的波动存在一定的对应关系:积雪覆盖面积较低年份对应的年降水量较少、平均气温较高,反之亦然.2003—2012年,研究区5、6月的积雪覆盖面积呈减少趋势,降水量增加和气温的升高与积雪覆盖面积减少紧密相连.