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黄土高原生态工程实施下基于日光诱导叶绿素荧光的植被恢复生产力效益评价
薛金儒, 吕肖良
植物生态学报    2022, 46 (10): 1289-1304.   DOI: 10.17521/cjpe.2022.0226
摘要   (463 HTML20 PDF(pc) (4438KB)(326)  

基于日光诱导叶绿素荧光(SIF)揭示黄土高原大面积实施生态工程后植被恢复区域的植被生产力效益。通过分析遥感观测的地表绿度特征变化和土地利用动态, 该研究首先识别了近20年来黄土高原植被恢复区域和原有植被的空间分布范围, 在此基础上, 使用SIF和气象数据, 根据改进机理光响应模型(rMLR)计算了植被总初级生产力(GPP), 对比分析了植被恢复区域绿度特征变化下GPP的差异。结果显示: 空间上, 由于生态工程的广泛实施, 黄土高原整体绿化情况得到了明显改善。在2001-2020年间, 黄土高原上林地恢复面积约3.5万km2, 占区域总面积的7.42%; 草地恢复面积11万km2, 约占区域总面积的25.25%。整体上, 林地恢复区域的光合能力和生产力水平均低于原有林地, 而草地恢复区域较原有草地高; 恢复林地的GPP相当于原有林地GPP的83.86%, 恢复草地的GPP相当于原有草地的121.10%。在相同的叶面积指数(LAI)等级下, 植被恢复区域与原有植被的生产力呈现不同的差异性, 当LAI较大时植被恢复区域与原有植被的GPP差距较大。由裸地转变而来的植被恢复区域生产力效益最差, 而林地生长区域和退耕还草的植被恢复区域分别是林地恢复和草地恢复中的最优模式。植被恢复区域的LAI增长速率和恢复年限也影响了生产力, LAI增长速率越大的区域生产力效益越高, 林地恢复年限越久越利于生产力的提升, 草地恢复年限较短的区域有较高的生产力。总体上, 由于生态工程的实施, 虽然黄土高原上的植被覆盖面积和生物量得到了显著提高, 但植被生产力(尤其是林地)并没有获得同等程度的恢复, 影响了生态工程的生态效益。



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图1 黄土高原地理位置。
正文中引用本图/表的段落
黄土高原位于黄河中游(33.72°-41.27° N, 100.90°-114.55° E), 属于温带季风气候区的边缘地带, 大陆性和季风不稳定性突出, 总面积约65万km2 (图1), 占据近7%的中国国土面积。黄土高原区域年降水量多在100-800 mm左右, 65%的降水集中在夏季且年变化大, 年平均气温为4-14 ℃ (尤南山等, 2020), 地下水埋藏很深, 多在50-60 m, 全年气候干燥(Su & Fu, 2013; 张家政等, 2022)。除部分石质山地外, 黄土高原大多被厚层黄土覆盖, 土层深厚, 地貌复杂, 水土流失严重, 经过长期的侵蚀以及人类活动对生态系统的不合理开发, 逐渐形成了千沟万壑、地形支离破碎的特殊自然景观, 生态环境恶劣, 是世界上水土流失最严重的地区之一(郭永强等, 2019)。
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