基于观测数据的物候变化对草地生产力影响研究

Large amount of ground plant phenology and biomass data of grassland has been accumulated by agrometeorological observation since 80s of the last century, which made it possible to study the impact of plant phenological change on grassland productivity by the observation data. Based on these observation data combed with remote sensing and eddy covariance technique, this project intended .to analysis the temporal and spatial variation characteristics of plant phenology in the northern China grassland; explore the impact mechanism and inner driving mechanism of plant phenological change on the grassland productivity (net primary productivity NPP, net ecosystem productivity NEP, gross ecosystem productivity GEP) in the northern China, which would provide a theoretical basis for the management of grassland ecosystem carbon. In this study, a long time series of ground grassland observation data would be used firstly.to explain effect of plant phenological change on grassland productivity, which would break the bottleneck of ground observation data insufficiency in this field. By multi-source data (ground observation, remote sensing, eddy covariance) to study plant phenological change on grassland productivity would help us to understand the response and adaptation mechanism between climate change and grassland ecosystem carbon cycle better.

上世纪80年代以来我国农业气象积累了大量的地面牧草物候和生物量观测资料，为基于观测数据研究物候变化对草地生态系统生产力的影响提供了有效的数据支持。本项目拟以北方草地生态系统为研究对象，以地面牧草物候和生物量观测资料为主要数据源，结合遥感和涡度相关技术，分析气候变化背景下我国北方草地物候的时空变化特征；深入探讨物候时空格局的改变对北方草地生产力（净初级生产力NPP、净生态系统生产力NEP、总生态系统生产力GEP）的影响机理及其内在驱动机制，为草地生态系统的碳管理提供理论依据。本研究首次将长时间序列的地面牧草观测数据用于物候变化对草地生产力影响的研究，突破了长期以来该领域地面观测资料不足的瓶颈；利用多源数据（地面观测、遥感、涡度相关）开展物候变化对草地生产力的研究将有助于我们更好地了解气候变化与草地生态系统碳循环间的响应与适应机制。

上世纪80年代以来我国农业气象积累了大量的地面牧草物候和生物量观测资料，为基于观测数据研究物候变化对草地生态系统生产力的影响提供了有效的数据支持。本项目以北方草地生态系统为研究对象，以长时间序列地面牧草物候和生物量观测资料为主要数据源，结合遥感和碳通量数据，详尽地分析了中国北方4种代表性草地类型（温带草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原及高寒草甸草原）优势牧草关键物候期的变化趋势和时空差异特征；分草地类型探讨了优势牧草关键物候期变化的气候驱动因子，物候变化对生产力的影响机理、敏感性差异及其内在驱动机制；基于多源数据（遥感、碳通量、气象数据）研究确定了适用于北方草地的关键物候期参数提取阈值，并对未来气候变化情景下北方草地物候变化进行了初步预测。.研究表明：近35年来不同草地类型优势牧草关键物候参数（返青期SOS、黄枯期EOS、生长季长度GSL）变化趋势差异显著，表明气候变暖背景下降水是牧草物候变化中不容忽视的因素。温带荒漠草原和高寒草甸草原优势牧草GSL 均随气候变暖显著延长；而温性典型草原优势牧草GSL呈显著缩短趋势，夏秋两季急剧升温和降水减少造成的水分亏缺是主要原因。除温性典型草原物候事件与生产力相关性较差外，其余3种草地类型在不同水分梯度下SOS提前和GSL延长均利于ANPPmax提高，且ANPPmax对SOS变化的敏感性高于GSL。EOS对4种草地类型ANPPmax的影响明显偏弱、且不稳定。海北和内蒙古草地碳物候阈值年际变异明显，观测期内海北草地碳物候SOS和EOS阈值多年均值分别为0.14和0.29；内蒙古草地阈值多年均值分别为0.17和0.2。本研究首次将长时间序列的地面牧草观测数据用于物候变化对草地生产力影响的研究，突破了长期以来该领域地面观测资料不足的瓶颈。此外，项目部分研究成果还尝试应用于内蒙古兴安盟草原生态景观旅游气象服务预报，具有业务应用价值。