干旱對(duì)草地生產(chǎn)力影響的定量評(píng)估研究

雷添杰

1. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038； 2. 北京師范大學(xué)，北京100875

干旱對(duì)草地生產(chǎn)力影響的定量評(píng)估研究

雷添杰1,2

1. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038； 2. 北京師范大學(xué)，北京100875

全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容。內(nèi)蒙古草原位于中國(guó)東北樣帶環(huán)境敏感區(qū)，干旱發(fā)生頻繁，強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生了重大影響。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，干旱的變化趨勢(shì)是發(fā)生更加頻繁，等級(jí)更高和持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，可能超出生態(tài)系統(tǒng)能夠承受的壓力閾值，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的影響。長(zhǎng)期以來(lái)，如何科學(xué)評(píng)估干旱對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力造成的影響是比較棘手的問(wèn)題。本文研究以不同草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，以NPP(net primary production)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于植被生長(zhǎng)機(jī)理的動(dòng)態(tài)模型Biome-BGC和SPI(standardized precipitation index)干旱指數(shù)，在通量數(shù)據(jù)和模型優(yōu)化的基礎(chǔ)上，模擬內(nèi)蒙古近50(1961—2012)年不同類型草地(荒漠、典型和草甸草地)植被的生長(zhǎng)過(guò)程，采用正常年多年NPP的平均值作為干旱影響的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，研究了不同等級(jí)干旱事件對(duì)不同類型草地NPP變化的定量影響及其響應(yīng)關(guān)系，探討了氣候變化背景下近50年干旱單因子對(duì)草地生產(chǎn)力的凈影響。主要結(jié)論及創(chuàng)新如下：

(1) 不同等級(jí)干旱對(duì)草地生產(chǎn)力造成了不同程度的影響，且對(duì)不同類型草地生產(chǎn)力的影響程度存在較大差異。研究發(fā)現(xiàn)干旱是造成草地NPP年際波動(dòng)的主要脅迫因子之一。不同等級(jí)的干旱對(duì)同一類型草地的影響存在顯著差異，同一等級(jí)干旱對(duì)不同類型草地生態(tài)系統(tǒng)的影響也存在較大差異。中等干旱事件所造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均損失分別為21.15、20.38和9.51 gC/m2/a；嚴(yán)重干旱事件造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均損失分別為32.99、36.29和14.57 gC/m2/a；極端干旱事件造成的草甸、典型和荒漠草原NPP的平均損失分別為49.16、52.61和59.82 gC/m2/a。不同類型草地NPP的變化隨著中等-嚴(yán)重-極端干旱等級(jí)的變化呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。在發(fā)生中等和嚴(yán)重等級(jí)干旱時(shí)，荒漠草原NPP對(duì)干旱的響應(yīng)速率低于草甸和典型草原NPP的變化速率；但是在極端干旱條件下，荒漠草原NPP對(duì)干旱的響應(yīng)速率高于草甸和典型草原NPP的變化速率。

(2) 近50年干旱對(duì)草地生產(chǎn)力凈影響顯著，且對(duì)不同類型草地生產(chǎn)力的影響存在較大差異。剔除了氣候變化(降水和溫度)因子的交互作用對(duì)干旱影響的干擾，進(jìn)一步厘清了近50年干旱對(duì)草地NPP的凈影響。在區(qū)域尺度上，近50年干旱單一因子造成的NPP總凈影響在-1 140.30～15 003.30 gC/m2/52 a范圍內(nèi)變化。干旱對(duì)不同草地類型NPP的影響存在差異，對(duì)草甸、典型和荒漠草原NPP損失(NPP變化為正值時(shí))較為嚴(yán)重的區(qū)域面積百分比分別約為95.4%、91.6%和36.8%；干旱造成草地NPP增加(NPP變化為負(fù)值時(shí))的區(qū)域面積百分比分別為為4.6%、8.4%和63.2%。近50年干旱對(duì)草甸、典型和荒漠草原NPP的區(qū)域平均凈影響分別為7 005.73、8 466.10和4 753.25 gC/m2/52 a。干旱單因子對(duì)草地生產(chǎn)力NPP的凈影響程度，沿草甸草原—典型草原—荒漠草原的梯度變化呈現(xiàn)出“兩頭低，中間高”的現(xiàn)象。在內(nèi)蒙古地區(qū)，干旱對(duì)草地生產(chǎn)力的影響主要是由降水虧缺引起的，但溫度和降水對(duì)干旱的影響存在顯著干擾(p<0.05)，而且降水對(duì)NPP的負(fù)影響大于溫度所施加的正作用。

Author： LEI Tianjie(1984—),male, engineer, received his doctoral degree on June 2015 from Beijing Normal University, majors in grassland carbon cycling.

E-mail： ltj348@126.com

Quantitative Assessment of the Impacts of Droughts on Grassland Productivity

LEI Tianjie1,2

1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research (IWHR),Beijing 100038,China； 2. Beijing Normal University, Beijing 100875, China

雷添杰.干旱對(duì)草地生產(chǎn)力影響的定量評(píng)估研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(1)：134.

10.11947/j.AGCS.2017.20160484. LEI Tianjie.Quantitative Assessment of the Impacts of Droughts On Grassland Productivity[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(1):134. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160484.

P228

D

1001-1595(2017)01-0134-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(41601569)；中國(guó)博士后科學(xué)基金(2016M591214)

2016-10-09

雷添杰(1984—)，男，工程師，2015年6月畢業(yè)于北京師范大學(xué)，獲理學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)老師：武建軍教授)，研究方向?yàn)椴莸靥佳h(huán)。