内蒙古植被降水利用效率的时空格局及其驱动因素

植被降水利用效率(precipitation-use efficiency,PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。该研究利用光能利用率CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001–2010年内蒙古地区植被净初级生产力(net primary productivity,NPP),结合降水量的空间插值数据,分析了近10年内蒙古地区植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明:2001–2010年内蒙古地区所有植被的平均PUE为0.94 g C·m–2·mm–1,且在105–120°E地带性规律明显,PUE上升速率为每10°0.55 g C·m–2·mm–1。各植被类型间PUE差别较大,其中灌丛PUE最高,荒漠PUE最低。在不同的降水量区域,植被PUE的空间分布与气候因子的关系有较大差别,0–75 mm降水量区间内,PUE随降水量、气温的升高显著下降(R2=0.226,p<0.05);175–300 mm降水量区间内,植被PUE的空间变化与降水量和气温呈极显著相关关系(R2=0.878,p<0.001),且随降水量的增加显著上升(R2=0.94,p<0.001),变化速率约为每100 mm降水0.57 g C·m–2·mm–1;在降水量大于475 mm的区域,植被PUE的空间分布与降水量、气温的相关性显著(R2=0.19,p<0.05),且随着气温的上升、降水量的下降而增加,其中气温的贡献是降水量的8.61倍。在不同的降水量区域,植被PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别,对于年降水量0–220 mm的地区,PUE的年际波动与降水量呈正相关性、与气温呈负相关性;在年降水量为220–310 mm的地区,PUE的年际波动主要受降水量的控制,受气温影响较小;在年降水量>310 mm的地区,PUE的年际波动与降水量、气温均呈正相关关系,但在降水量越高的地区,PUE的年际波动与降水量的相关性越弱,与气温的相关性越强。植被覆盖度与PUE的空间分布极显著相关(R2=0.73,p<0.001),且与PUE的年际波动也存在线性相关关系(R2=0.11,p<0.001);叶面积指数(LAI)与PUE的年际波动呈线性相关关系(R2=0.42,p<0.001),而当LAI<3.15时,PUE的空间分布随LAI增加而呈线性增加。

内蒙古典型草原不同群落净生态系统生产力的动态变化

净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)是反映生态系统碳源汇功能的重要指标。本研究选取内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落为对象,利用BIOME-BGC模型模拟了4个草地群落年际间和年内逐日NEP动态变化,分析了4个草地群落对降水量的响应特征和可能机制,并且探讨气候变化背景下4个草地群落水分胁迫系数、降水利用率和碳转化效率的变化规律。结果表明:1954—2012年贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落的多年平均NEP分别为11.41、-7.82、-5.03和9.30 g C·m-2·a-1。总体来看,4种草地群落多年平均日NEP的年内季节动态均呈先释放、后固碳、再释放的变化特征。4种草地群落多年平均水分胁迫系数由高到低分别为:贝加尔针茅>羊草>大针茅>克氏针茅;多年平均降水利用效率由高到低分别为:贝加尔针茅>克氏针茅>大针茅>羊草;多年平均碳素转化效率由高到低分别为:贝加尔针茅>克氏针茅>大针茅>羊草。4种草地群落NEP与年降水量均存在显著的相关性,NEP为0时,4种草地群落年降水量平均值为295.76 mm,说明在年降水量大于该值时NEP多为正值,而小于该值时NEP多为负值。