NPP估算CASE模型【参考】.doc

第三章 长江上游初级生产力评估 植被既是重要的自然资源，又是自然条件（如地质、地貌、气候、土壤等）和人类开发利用资源状况的综合反映。随着全球变化的加剧及其对全球变化研究的不断深入，植被作为陆地生物圈的主体，在生态系统中的作用也日益受到重视，尤其是在全球物质循环、能量流动、调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升趋势以及维护全球气候稳定等方面具有不容忽视的意义。植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量，表现为光合作用固定的有机碳中扣除植物本身呼吸消耗的部分，这一部分用于植被的生长和生殖，也称净第一性生产力。NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统中碳源/碳汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。自20世纪60年代以来，各国学者对NPP的研究倍受重视，国际生物学计划（International Biological Programme，IBP，1965～1974）期间，曾进行了大量的植物NPP的测定，并以测定资料为基础联系气候环境因子建立模型对植被NPP的区域分布进行评估如Miami模型、Thornthwaite纪念模型、Chikugo模型等。建立于1987年的国际地圈——生物圈计划（International Geo-Biosphere Programme，IGBP）、全球变化与陆地生态系统（GCTE）和最近出台的京都协定（Kyoto Protocol）均把植被的NPP研究确定为核心内容之一（IGBP，1998）。 长江上游地区面积广大，地形复杂，气候多样，植被类型丰富，是我国生态屏障关键区，也是重要的生态脆弱区和气候变化敏感区。同时，它还是我国生物多样性和自然保护集中区和我国重要的森林分布区、草地分布区。长江上游陆地生态系统特殊的地理区位、复杂的资源体系决定着它在我国生态系统中不可替代的战略地位。长江上游山地垂直气候多样，孕育了丰富的森林植被，是我国第二大林区，其陆地生态系统生产力在我国陆地生态系统生产力中具有十分重要的作用。目前，长江上游地区正在大力进行封山育林、公益林和人工林基地建设和实施天然林保护工程、退耕还林工程。可以预计，随着森林面积的不断增加，长江上游地区陆地生态系统初级生产力在我国陆地生态系统初级生产力中的地位也会发生变化。因此开展长江上游植被NPP及其时空分布的研究，对于掌握该区域的生态系统质量状况和自然生产能力具有重要的意义。 第一节 NPP研究概述 人类研究陆地植被生产力及其地理分布有相当长的历史，有关学者从不同角度及学科对NPP的估算进行了深入细致的研究，取得了丰硕的成果。从空间尺度上来说，可分为NPP定位观测、区域NPP模拟估算和全球NPP模拟估算三种尺度。 对陆地植被初级生产力的研究方法主要有2种：野外收割实测法和利用模式模拟计算法。第一种方法就是在单位面积的土地上收割某种植物，晾干后称重计算该种植物的生产力。Wittaker等利用全球各种植被实测数据估算了全球陆地生态系统的净初级生产力为59 Pg/yr；第二种方法就是通过模式中的参数化方案来模拟各种植被的净初级生产力，该方法现已成为估算陆地生态系统生产力的主要手段。自Lieth发表了首张基于回归模型（Mi-ami模型）用计算机模拟的全球NPP分布图，全球陆地生态系统NPP的研究就成为全球碳循环研究的热点领域之一。Cramer对IGBP支持的17个模型统NPP年平均值为54. 9 Pg，其中最高的NPP出现在水热条件良好的热带地区（1000gC/m2/yr），温带地区的NPP居中（500~700 gC/m2/yr），NPP最低值出现在寒冷和干旱地区（20gC/m2/yr）。 基于地面的NPP定位观测，只能收集到数公顷面积的不同生态系统类型的实测数据，然后根据各种生态系统类型，用以点代面的办法外推区域及全球NPP总量。由于这些估算是基于空间实测数据，迄今仍被用作全球NPP估算的参照。在区域或全球尺度上，人们无法直接和全面地测量NPP，因此利用模型估算NPP已成为一种重要而且被打多数学者广泛接受的研究方法。现有的NPP模型大体分为气候生产力模型、生理生态过程模型、光能利用率模型和生态遥感耦合模型四类。 NPP估算模型的优缺点及适用条件如表3.1所示。 表3.1　不同NPP估算模型优缺点比较表 模型类型 模型举例 优点 缺点 适用条件 气候生产力模型 Miami Thornthwaite Chichugo (1)模型简单 (2)气候参数易获取 (1)生理生态机制不是很清楚 (2)估算结果以点代面 (3)估算误差较大，是一种潜在