利用多源遥感监测大气氮沉降对长江三角洲森林生态系统净初级生产力的影响

本课题将选择土地利用和土地覆盖变化剧烈、经济发展迅速、大气氮沉降时空格局变化明显的中国长江三角洲地区，通过AURA卫星中OMI传感器的遥感数据，监测大气二氧化氮柱浓度2005-2010年的变化，并结合地基氮沉降的监测，建立模型，反演区域氮沉降的时空变化。同时，利用LANSAT ETM+ 2009年遥感影像对该区域的植被进行分类，利用2005-2010年的MODIS遥感植被指数( NDVI)反演区域的净初级生产力（NPP）。配合遥感的结果，布置受控试验，模拟低氮、中氮和高氮沉降对2种代表的针叶树种（杉木与马尾松）和4种阔叶树种（木荷、青冈、香樟和山核桃）的高光谱特征和生产力的影响，并建立关键光谱波段和遥感植被指数（如NDVI等）和NPP的数学模型。分析大气氮沉降与森林植被恢复以及区域NPP变化的关系，揭示长江三角洲区域氮沉降影响森林生态系统NPP和碳汇能力时空动态和驱动过程。

长三角地区是我国大气氮沉降显著增加的代表性区域。如何从区域尺度上全面而准确地评估大气氮沉降水平及其时空格局，以及大气氮沉降水平如何影响区域生态系统，是当前亟待解决的问题。本研究利用对流层NO2柱浓度卫星数据和地面站点监测数据，研究了长三角地区1996~2011年不同形态无机氮的干、湿沉降水平，并分析了其时空格局。进一步地，分别从受控试验和区域尺度，探索了氮沉降对长三角地区典型亚热带森林生态系统的影响。主要形成如下新的认识：.（1）1996~2011年期间，大气无机氮（DIN）总沉降量平均值为78.07 kg N ha-1 yr-1，其中以干沉降（占DIN总沉降量的61.81%±10%）与铵态氮沉降（占DIN总沉降量的73.35%±5%）为主。时间变化上，在本研究期间（1996~2011）长三角大气无机氮沉降呈现显著增加的趋势，年增长速率为1.67 kg N ha-1yr-1，其中以硝态氮增加最为显著。空间变化上，长三角大气氮沉降呈现由西北向东南递减的变化特征，高值区(大于100 kg N ha-1 yr-1)分布在安徽宣州、浙江杭嘉湖平原以及上海以北区域，低值区(<40 kg N ha-1 yr-1)分布在浙江舟山群岛以南的近海地区。大气氮沉降年增长率具有明显的空间分布特征，其最大值分布在环太湖周边的城市地区，年增长大于4 kg N ha-1 yr-1；最小值分布在浙江中南部的森林地区，年增长小于1 kg N ha-1 yr-1。.（2）在营养元素方面，五种典型亚热带森林树种幼苗的叶片叶绿素含量增长率在中低氮输入梯度下最高，三种阔叶树种的叶片氮含量在中氮输入下最高。在光谱曲线分析方面，叶片尺度及冠层尺度的光谱反射率特征比较一致，可见光部分的光谱反射率均呈现降低趋势。短期的中低氮输入能够明显地促进两种针叶树种的生长，而对三种阔叶树种的促进作用不明显；持续的中低氮输入对三种阔叶树种和马尾松的生长具有明显的促进作用，对杉木的促进作用不明显；高氮输入能够显著抑制五种树种幼苗的生长。.（3）长三角地区森林生态系统氮饱和状态临界值（抛物线极值）为120±5 kg N ha-1 yr-1。根据这一临界阈值从空间上对长三角地区森林区域进行划分：达到氮饱和状态的森林区域分布在其北部城市和农田周边地区，其他森林区域尚未达到氮饱和状态。