古尔班通古特沙漠稀疏固沙植被NPP对水热条件变化的响应

Sparse sand-fixing vegetation plays a key role in breaking wind and fixing sand and stabilizing oasis in Gurbantunggut desert. Understanding the mechanisms and responses of sparse sand-fixing vegetation net primary productivity (NPP) to hydrothermal changes is one of the challenges to stabilize desert and quantitatively monitor sparse sand-fixing vegetation by remote sensing. Under the background of climate change in arid region, we plan to study NPP of sparse sand-fixing vegetation using methods of control experiment, belt-transects investigation, technology of UAV, remote sensing inversion and model simulation. The contents of our study include describing spatial pattern of hydrothermal condition, analyzing transportation law of soil moisture over different underlying surface (shrubs, herbaceous, bare land), analyzing impact of hydrothermal conditions on the characteristics of sparse vegetation communities, explicating relationships between eco-physiological indexes and soil moisture and temperature, parameterizing key indicators of soil moisture, community characteristics and physiological characteristics, depending on the advantages of remote sensing data acquisition of surface parameters, constructing process-based model to estimate NPP of sparse sand-fixing vegetation, as well as elaborating the response of sparse sand-binding vegetation NPP to hydrothermal change. Our research would contribute to understanding mechanisms and responses of sand-fixing vegetation NPP to hydrothermal change and drawing on the experience of key technologies of remote sensing simulation, and supply reliable theory basis for vegetation restoration, ecological reconstruction and management in desert zone.

古尔班通古特沙漠稀疏固沙植被是防风固沙、稳定绿洲关键所在。净植被生产力(NPP)是定量表征稀疏固沙植被重要指标，那么稀疏固沙植被NPP对水热条件变化响应机理的认识已经成为固沙植被稳定及定量遥感动态监测固沙植被的瓶颈。在气候变化的背景下，以古尔班通古沙漠稀疏固沙植被NPP为研究对象，采用控制试验、样带调查、无人机技术、遥感反演和模型模拟的方法，在水热条件空间格局分析基础上，解析在不同下垫面（灌木、草本、裸地）的土壤水运移规律，分析水热条件对稀疏植被群落特征影响，明确土壤水分、气温与稀疏固沙植被生理指标关系，参数化土壤水分、群落特征和生理特征的关键指标，依托遥感数据获取地表参数的优势，构建基于过程的稀疏固沙植被的NPP模型，阐明稀疏固沙植被NPP对水热条件变化响应机理。以期增加国内稀疏固沙植被NPP机理和遥感模拟关键技术的积累，为沙漠区稀疏固沙植被恢复和生态重建及管理提供可靠的理论依据。

陆地植被NPP不仅反映了气候变化对植被的影响，又影响到全球碳循环和气候。古尔班通古特沙漠稀疏固沙植被是荒漠防风固沙、绿洲稳定发展的关键所在。以古尔班通特沙漠稀疏固沙植被NPP为研究对象，采用Meta分析、样带调查、无人机技术、遥感反演和模型模拟的方法，在遥感反演土壤水分的基础上，分析土壤水分时空变化，解析气温、降水、地形、土壤、下垫面（灌木、草本、裸地）对土壤水运移影响，分析水热条件对植被盖度、生物量的影响，明确降水、气温对光合速率的定量关系，构建稀疏植被NPP模型，探讨稀疏固沙植被NPP对水热条件变化响应机理。重要结果如下，TVDINDVI模型能更好地反映沙漠土壤水分,其在季节上呈湿季显著高于干季。湿季土壤水受1-4月累计降水和月均气温影响，干季土壤水受前15天累计降水和日均气温影响。地形和植被交互作用、地形和土壤交互作用均对土壤水分有极显著影响，其它交互作用无显著影响。基于无人机遥感反演梭梭株高和冠冠幅面积，建立其单株地上生物量模型"AGB=0.3628×" 〖"CH" 〗^"0.9605" ，R2=0.83。在BEPS模型基础上，完善土壤水分运移模块，双源蒸散模型。近20年间NPP年际变化总体呈上升趋势（0.56 gC m-2 a-1），年内呈夏季（19.60 ± 1.80 gC m-2 a-1）>春季（14.14 ± 6.66 gC m-2 a-1）>秋季（11.68 ± 4.19 gC m-2 a-1）分布，空间上呈西低东高、北低南高的格局，气候变化下沙漠腹地稳定，四周活跃。在空间上NPP与降水呈正相关区域（65.92%）大于呈负相关的区域（34.08%），与气温正相关区域（75.65%）明显大于呈负相关的区域（24.35%）。NPP受水热因素共同作用，降水气温（0.9304）大于高程降水（0.9220）、高程温度（0.8104）。水热对不同稀疏植被NPP作用阈值不同，年均温>7.5℃，日温>10℃对深根系植被敏感且正响应，年均温>6.2℃-6.5℃,日温>5℃对浅根系植被敏感且正响应。年降水>250mm,日降水>12-15mm对深根系植被有显著影响，年降水>130mm，日降水>10mm对浅根系植被有显著影响。在全球气候变化背景下，干旱区植被 NPP 对水热条件变化的响应机理的认识对稀疏植被定量遥感动态监测、固沙植被稳定和中国“双碳”工作推进有重要意