上海城市植被生态系统净第一性生产力动态模拟

摘要

植被作为陆地生态系统中不可或缺的一部分,在全球变化研究中占有举足轻重的地位。植被净第一性生产力(NPP)的研究有助于碳循环、碳动态和碳平衡的研究,其敏感性对全球气候系统有着重要的影响。随着RS,GIS和计算机技术的快速发展,利用遥感数据进行植被NPP的研究日趋成熟,成为研究的主导方向。这些技术的综合应用,不仅实现了植被NPP大范围快速监测,而且可以正确评价植物群落在自然条件下的生产能力,以便为有关部制定宏观调控政策及应急政策提供科学依据。
　　本文以过程机理模型为主要研究手段对上海城市植被生态系统净第—性生产力(NPP)的时空格局变化进行了动态模拟估算(以2006年为例),旨在通过研究探索上海城市植被生态系统NPP时空格局。依据这一研究目的,我们在GIS支持下通过上海市航片的解译和实地植被调查等步骤建立了上海城市植被数据库,参考TREEDYN模型和TREEDEV模型运用VB语言编写了光合生产模型,应用此数据库和模型,对2006年上海城市植被生态系统NPP的时空分布格局进行了较为全面的定量估算。利用Kriging插值法,在地理信息系统技术的支持下,对上海城市植被NPP状况进行了模拟估算。
　　通过研究,主要得到以下几方面的结论:
　　1、研究区航片植被分布情况和功能的解译,植被的解译工作是本文的前期基础工作。运用ArcGIS9.2数字化比例尺为1:5700的航片图统计分析得到上海市城市绿地总面积为139.11km~z,占研究区域总面积的20.2％;其中公园绿地、居住区绿地、单位附属绿地、道路绿地、沿岸绿地、生产绿地面积分别为18.46km~2、34.22km~2、56.28km~2、16.17km~2、3.36km~2、10.62km~2,占全部绿地面积的百分比分别为13.27%、24.6%、40.46%、11.62%、2.41%、7.63%。
　　2、以上海城市植被参数为状态变量,多年平均气候数据作为驱动变量运用光合生产模型对上海城市植被净第一性生产力状况进行了估算,模拟所选物种均为各群落类型的建群种,分别是香樟、悬铃木、水杉、雪松、夹竹桃、红叶李和竹。从单位面积NPP来讲,不同植被类型的NPP差异明显,其年NPP随常绿针叶林、落叶针叶林、落叶灌丛、常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿灌丛、竹灌丛依次上升。就上海市年内NPP来讲,年NPP总量为35.5Mt C,平均值为2552.98tC/(ha~*y)。其中,常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、落叶针叶林、常绿灌丛、落叶灌丛、竹灌丛NPP总量依次为16.1Mt C/y、11.77Mt C/y、0.23Mt C/y、0.64Mt C/y、5.34Mt C/y、0.97Mt C/y、0.47Mt C/y,占总年NPP的比例分别为45.3%、33.1%、0.6%、1.8%、15%、2.7%、1.3%。对上海城市植被全年NPP的贡献率来讲,常绿阔叶林和落叶阔叶林贡献最多,二者占78.4%,其次为常绿灌丛,其余的四种植被共贡献了6.6%,贡献最小。
　　3、上海城市植被年NPP分布情况是:年单位面积NPP为2552tC/(ha~*y),在对全年NPP的贡献率上,上海城市植被的净第一性生产力区域差异明显,最小值和最大值分别为459tC/(ha~*y)和2769tC/(ha~*y)。在宝山区东北部、浦东新区北部和东南部以及南汇区东北部最大,宝山区西南部、普陀区东北部、闸北区南部、虹口区西南部及浦东新区东北角的小部分区域为NPP,总量低值范围。
　　4、上海城市植被生态系统NPP的季节变化很明显,季节时空格局存在较大差异。在对全年NPP的贡献率上,主要体现在夏季,NPP极大值为16.4821MtC,占全年净初级生产力的46.4%。四季NPP依次为:夏季)秋季)春季)冬季,NPP分别为:16.4821MtC、10.7655MtC、7.448MtC、0.8188MtC,占全年净初级生产力的比例依次为:46.4%、30.3%、20.9%、2.3%。从空间分布来讲,四季NPP变化也同样显著。四季的单位面积NPP季节平均值分别为535.41tC/ha、1184.84tC/ha、773.89tC/ha、58.87tC/ha。其中,宝山区东北角和与其相邻的浦东新区西北角地区、浦东新区东南部和南汇区的外环以内部分是上海城市植被中净第一性生产力较高的区域,均大于各季节的平均值。而NPP最小的地区则为宝山区西南部、普陀区东北部以及普陀区和闸北区邻接处,四个季节的NPP都是整个研究区域内最小的,而且年内的NPP季节变化较其它区域也变化较小。

目录

摘要

ABSTRACT

1 研究背景与研究意义

1.1 净第一性生产力相关概念

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 研究意义

2 研究目标和研究内容

2.1 研究目标

2.2 研究内容

3 研究区域概况

3.1 地理位置和地形地貌特征

3.2 气候

3.3 植被及土壤

3.4 人口行政状况

4. 研究方法和技术路线

4.1 论技术路线图

4.2 研究方法

4.3 光合生产模型描述

4.3.1 模型结构

4.3.2 外源驱动变量

4.3.3 模型参数化

4.4 实验所需数据获取

4.4.1 叶面积指数(LAI)的测定

4.4.2 光衰减系数(Lext)的测量

4.4.3 优势物种光合作用测量

4.5 数据分析

4.5.1 植被数据处理和分类

4.5.2 空间插值处理

5 上海城市植被 NPP时空格局变化

5.1 上海城市植被数字化解译结果

5.2 不同群落类型净第一性生产力季节变化分析

5.3 上海城市植被年 NPP空间分布格局

5.4 上海城市植被生态系统 NPP季节动态分析

6 主要研究结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究工作的存在的问题和展望

附录

附表

硕士期间发表论文

硕士期间参与的科研项目

光合生产模型中涉及的常量及变量符号

参考文献

致谢