玛纳斯绿洲农业植被总净初级生产力变化及影响因素分析

农业植被净初级生产力代表了农田生态系统固定CO2的能力，是陆地生态系统碳循环中最活跃的组成部分。过去50年中我国西北干旱区绿洲面积显著扩张了4倍，强烈的绿洲扩张活动也打破了已有的生态系统的结构与功能，对于干旱区CO2的收支评估具有直接而重要的影响作用。本项目拟选择建国后新疆绿洲开垦面积最大的玛纳斯绿洲为典型研究区，基于农田植被生理生态观测和实验对陆地生态系统模型（BIOME-BGC）进行必要的生态过程改进，增加灌溉和施肥管理模块，以及模型参数化和验证；利用遥感影像提取的6期（1960s、1970s、1980s、1990s、2000s和2010s）绿洲农田分布图，估算近半个世纪以来玛纳斯绿洲农业植被总净初级生产力，模拟历史气候变化、绿洲扩张和管理措施变化对玛纳斯绿洲农业植被总净初级生产力时空格局的演变规律，力求揭示干旱区气候变化和人类活动对干旱区绿洲农田生态系统碳收支的贡献和作用。

本研究基于长期的干旱区绿洲田间观测和试验，对Biome-BGC生态模型进行改进，增加了农作物的物候、光合同化产物分配以及田间管理的子模块，并对改进后的模型进行叶面积指数，地上各部分（叶片和茎杆）的生物量、净初级生产力以及蒸散发量等站点尺度的参数化和验证工作。结果表明改进后的Biome-BGC模型对绿洲管理过程响应较为敏感，可以较好的模拟干旱区绿洲典型农业植被（冬小麦和玉米）的观测生物量和田间耗水量。其次，利用ARCGIS和遥感技术，构建基于玛纳斯河流域尺度的绿洲农业植被碳、水循环模拟的空间地理数据库（包括：气象、土地利用\土地覆被、土壤属性、地形等要素）。同时，在Unix平台上搭建Biome-BGC模型区域尺度运行的计算环境。最后，基于站点尺度的改进后的模型和空间地理数据库，完成1970-2010年玛纳斯河绿洲农业植被总净初级生产力（TNPP）和总蒸散量（TET）的变化模拟分析。研究结果表明：近40年，玛纳斯河流域绿洲农业植被TNPP和TET分别增加了2.58倍和1.52倍。其中绿洲面积扩张对TNPP和TET的增加贡献了45%和55%，管理措施对TNPP和TET的增加贡献了36%和18%，而气候变化贡献率则最小。本研究成果表明：绿洲农田面积的增加和农田管理措施的集约化是导致干旱区绿洲农业植被TNPP和TET增加的主要因素。目前，本课题已发表论文6篇，其中SCI论文2篇，EI论文2篇，CSCD论文1篇，国际会议1篇，此外还有1篇论文在返修阶段。