锡林郭勒盟地区不同草地类型生物量的年际变化规律研究

王晶杰，王保林

(内蒙古草原勘察规划院，内蒙古呼和浩特 010051)

植被生物量是绿色植物通过光合作用固定太阳能，单位面积干物质重量或总内能的储存量［1］。生物量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，而且表征陆地生态系统的质量状况［2－3］。近几年来生物量建模及其应用得到迅速发展，生物量由净第一生产力(Net Primary Productivity，NPP)可得出，一系列大尺度的生物量估算模型相继出现［4］，其中基于资源平衡理论的以CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型为代表的光能利用率模型由于与卫星遥感技术相联系而成为NPP模型研究的一个主要发展方向。CASA模型是一个充分考虑降雨、日照等条件和植被本身特征的光能利用率模型。植被NPP的时空变化受气候、人类活动等因素的强烈影响。近年来对NPP的研究取得了很大进展，如赵俊芳等［5］利用FORCCHN优化模型模拟了我国东北地区森林生态系统NPP;赵国帅等［6］等利用GLOPEM-CEVSA模型对东北地区植被NPP变化的时空特征及主要影响因素进行分析;高清竹等［7］对1981～2004年的藏北地区NPP时空变化及制约因素做了系统分析;吴楠等［8］分析了不同植被类型NPP的年际变化规律。

锡林郭勒地区是内蒙古自治区的主要畜牧业生产基地，该地区生态系统较脆弱［9－10］。近年来，由于自然和人为因素的双重影响，草地大范围退化，产量下降，已成为当地经济、社会、生态发展的制约因素［11－14］。为此，笔者采用遥感模型——CASS模型估算该地区草地植被净第一性生产力，分析其变化规律，以期为锡林郭勒地区草地资源的可持续利用、改善和保护草地生态环境、气候变化等研究提供理论依据［15］。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 锡林郭勒草原位于内蒙古中部，包括我国地带性草原及隐域性草原的大部分类型，是欧亚草原区亚洲中部亚区蒙古高原草原区域的一个重要组成部分，是内蒙古草原的主体，又是生态环境敏感和脆弱的地区，也是土地退化现象较严重的地区。该地区属中温带干旱、半干旱大陆性气候。

1.2 数据来源及前期处理

1.2.1 气象数据。由于锡林郭勒地区气象站少，该研究利用全国700个气象站点多年(2009～2013年)逐月降水量、气温和日照时数，进行空间插值来获得气象数据空间分布图，然后得出该地区的气象数据。

1.2.2 遥感数据。模型中的FPAR和NDVI数据采用MODIS提供的产品数据集，对其进行月最大值合成，并进行投影使其符合内蒙古植被类型图的坐标。

1.3 生物量计算 地上生物量计算公式为:

式中，NPP由CASS模型模拟计算得出，可视为已知;LBGB为活根系生物量占总根系生物量的比例，可视为已知;对于BGB和ANPP，一般可根据草地类型分别设定其数值，因此可视为已知。

2 结果与分析

2.1 生物量年际变化与降雨量关系分析 由图1可知，前3年生物量变化幅度不大，2010和2011年基本维持在一个水平线上，2012和2013年变化幅度较大，2012年生物量处于最高;生物量变化规律和降雨量曲线变化规律基本一致，说明生物量和降雨量有很强的相关性。

图1 2009～2013年生物量与降雨量变化规律

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年处于最高水平，2010和2011年变化幅度很小;草甸草原的生物量在2013年处于最高，逐年递增;荒漠草原的生物量和典型草原的生物量变化规律一致，但是除2012年外，其他4年的生物量值很接近。2009与2011年，草甸草原的生物量分别是典型草原的1.84、1.88倍，较接近;而2009和2010年草甸草原生物量分别是荒漠草原的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，处于一个水平线上。

表1 2009～2013年不同草地类型的生物量变化规律 kg/a

图2 不同草地类型生物量与降雨量的变化规律

2.2 不同草地类型的生物量与降雨量的关系分析 由图2可知，三大草地类型(典型、草甸、荒漠草原)生物量与降雨量有密切联系，二者的波动趋势处于一致，降雨量的地域性差异显著，草甸草原的生物量在2013年最高，其余草地类型的生物量都是在2012年处于最高水平。

3 结论与讨论

生物量可以反映植被结构与功能的变化，生物量的研究一直受到许多学者的重视。利用遥感模型估算生物量具有方便快捷的优点，研究区地形复杂多变，易形成小气候，生物量研究易受局部地形的影响。不同草地类型的生物量在2009～2013年的变化幅度不尽相同，降雨量是影响其变化的重要因子之一。该研究未涉及温度、地形等因子的影响，从而在一定程度上降低了估算生物量的精确度。

生物量与降雨量关系密切，生物量的年际波段趋势与降雨量一致，草地类型间的生物量变化规律与降雨量也有密切联系。草甸草原的生物量值在2013年处于最高，其余类型的生物量在2012年均处于最高水平。

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