全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 34 卷 第 2 期摇 摇 2014 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
连续免耕对不同质地稻田土壤理化性质的影响 龚冬琴,吕摇 军 (239)…………………………………………
下辽河平原景观格局脆弱性及空间关联格局 孙才志,闫晓露,钟敬秋 (247)……………………………………
完全水淹环境中光照和溶氧对喜旱莲子草表型可塑性的影响 许建平,张小萍,曾摇 波,等 (258)……………
赤潮过程中“藻鄄菌冶关系研究进展 周摇 进,陈国福,朱小山,等 (269)……………………………………………
盐湖微微型浮游植物多样性研究进展 王家利,王摇 芳 (282)……………………………………………………
臭氧胁迫对植物主要生理功能的影响 列淦文,叶龙华,薛摇 立 (294)……………………………………………
啮齿动物分子系统地理学研究进展 刘摇 铸,徐艳春,戎摇 可,等 (307)…………………………………………
生态系统服务制图研究进展 张立伟,傅伯杰 (316)………………………………………………………………
个体与基础生态
NaCl胁迫下沙枣幼苗生长和阳离子吸收、运输与分配特性 刘正祥,张华新,杨秀艳,等 (326)………………
不同生境吉首蒲儿根叶片形态和叶绿素荧光特征的比较 向摇 芬,周摇 强,田向荣,等 (337)…………………
小麦 LAI鄄2000 观测值对辐亮度变化的响应 王摇 龑,田庆久,孙绍杰,等 (345)…………………………………
K+、Cr6+对网纹藤壶幼虫发育和存活的影响 胡煜峰,严摇 涛,曹文浩,等 (353)…………………………………
马铃薯甲虫成虫田间扩散规律 李摇 超,彭摇 赫,程登发,等 (359)………………………………………………
种群、群落和生态系统
莱州湾及黄河口水域鱼类群落结构的季节变化 孙鹏飞,单秀娟,吴摇 强,等 (367)……………………………
黄海中南部不同断面鱼类群落结构及其多样性 单秀娟,陈云龙,戴芳群,等 (377)……………………………
苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 陈小华,李小平,王菲菲,等 (390)………………
盐城淤泥质潮滩湿地潮沟发育及其对米草扩张的影响 侯明行,刘红玉,张华兵 (400)…………………………
江苏省农作物最大光能利用率时空特征及影响因子 康婷婷,高摇 苹,居为民,等 (410)………………………
1961—2010 年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的模拟分析 曹摇 阳,杨摇 婕,熊摇 伟,等 (421)………………
黑龙江省 20 世纪森林变化及对氧气释放量的影响 张丽娟,姜春艳,马摇 骏,等 (430)…………………………
松嫩草原不同演替阶段大型土壤动物功能类群特征 李晓强,殷秀琴, 孙立娜 (442)…………………………
小兴安岭 6 种森林类型土壤微生物量的季节变化特征 刘摇 纯,刘延坤,金光泽 (451)…………………………
景观、区域和全球生态
黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应 徐建文,居摇 辉,刘摇 勤,等 (460)…………………………
我国西南地区风速变化及其影响因素 张志斌,杨摇 莹,张小平,等 (471)………………………………………
青海湖流域矮嵩草草甸土壤有机碳密度分布特征 曹生奎,陈克龙,曹广超,等 (482)…………………………
基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹 曹黎明,李茂柏,王新其,等 (491)……………………………
研究简报
荒漠草原区柠条固沙人工林地表草本植被季节变化特征 刘任涛,柴永青,徐摇 坤,等 (500)…………………
跨地带土壤置换实验研究 靳英华,许嘉巍 ,秦丽杰 (509)………………………………………………………
SWAT模型对景观格局变化的敏感性分析———以丹江口库区老灌河流域为例
魏摇 冲,宋摇 轩,陈摇 杰 (517)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*288*zh*P* ¥ 90郾 00*1510*29*
室室室室室室室室室室室室室室
2014鄄01
封面图说: 高原盐湖———中国是世界上盐湖分布比较稠密的国家,主要分布在高寒的青藏高原以及干旱半干旱地区的新疆、内
蒙古一带。 尽管盐湖生态环境极端恶劣,但它们依然是陆地特别是高原生态系统中十分重要的组成部分。 微微型
浮游植物通常是指粒径在 0. 2—3 滋m之间的光合自养型浮游生物。 微微型浮游植物不仅是海洋生态系统中生物量
和生产力的最重要贡献者,也是盐湖生态系统最重要的组成部分。 研究显示,水体矿化度是影响微微型浮游植物平
面分布及群落结构组成的重要因子,光照、营养成分和温度等也会影响盐湖水体中微微型浮游植物平面分布及群落
结构组成(详见 P282)。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 34 卷第 2 期
2014年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.2
Jan.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(42171217); 国家自然科学基金重点资助项目(41030743)
收稿日期:2013鄄04鄄28; 摇 摇 修订日期:2013鄄12鄄28
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zlj19650205@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201304280861
张丽娟, 姜春艳, 马骏, 张安康, 姜蓝齐, 吴霜.黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响.生态学报,2014,34(2):430鄄441.
Zhang L J,Jiang C Y,Ma J,Zhang A K,Jiang L Q,Wu S.Forest change and its impact on the quantity of oxygen release in Heilongjiang Province during the
Past Century.Acta Ecologica Sinica,2014,34(2):430鄄441.
黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响
张丽娟*, 姜春艳, 马摇 骏, 张安康, 姜蓝齐, 吴摇 霜
(黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室,哈尔滨师范大学, 哈尔滨摇 150025)
摘要:随着对大气环境质量研究的深入,大气中氧气含量变化也引起了关注。 森林是固碳释氧的重要生态系统,黑龙江省近百
年来,森林面积减少了 37.163%,估算由此导致的森林氧气释放量变化,对研究大气氧气含量变化具有重要意义。 以黑龙江省
1900年、1949年、1986年和 2009年为时间断面,采用 C鄄FIX模型及碳氧平衡方法,模拟并分析了 20 世纪黑龙江省森林氧气释
放量及其变化。 结果表明:(1)黑龙江省 20 世纪森林面积减少了 106667.570 km2,森林覆盖率减少了 23.568%。 除樟子松
(Pinus sylvestris var. mongolica)林、针阔混交林面积有所增加外,其它树种的森林面积均减少,其中云冷杉(Picea asperata and
Abies nephrolepis)林及红松(Pinus koraiensis)林面积减少超过 80%,空间上以松嫩平原及三江平原减少最为显著;(2)森林年氧
气释放量百年来减少了 5621.560万 t,减少近三分之一,其空间变化明显,西南部森林氧气释放量由百年前的最高区域变为最
低区域,三江平原释放氧气的森林区域明显减少;(3)百年来各行政区森林年氧气释放量除伊春微弱增加外,其余均呈减少趋
势。 其中大庆市、齐齐哈尔市减少显著,减少了 90%以上;(4)控制实验表明,森林面积变化导致黑龙江省区域森林年氧气释放
量减少了 50%。 人类活动引起的森林面积减少,是导致黑龙江省森林氧气释放量减少的主要因素。
关键词:森林变化;氧气释放量;百年变化;黑龙江省
Forest change and its impact on the quantity of oxygen release in Heilongjiang
Province during the Past Century
ZHANG Lijuan*,JIANG Chunyan,MA Jun,ZHANG Ankang,JIANG Lanqi,WU Shuang
Key Laboratory of Remote Sensing Monitoring of Geographic Environment,College of Heilongjiang Province,Harbin Normal University,Harbin 150025,China
Abstract: Through recent extensive studies on air quality, researchers have paid more attention to changes in oxygen
content in the atmosphere. Studies show atmospheric oxygen in the lower atmosphere has a slow diminishing trend. The forest
ecosystem is an important source of carbon sequestration and oxygen release, so, oxygen content is directly impacted by the
change of forest area. Therefore, it is essential to examine the deforestation process and evaluate its impact on the changes of
oxygen content in the atmosphere. Heilongjiang Province is the area in China primarily focused on forest resources and
coverage, however, during the past century approximately 37.163% of the forest area has been converted to other land uses.
We selected Heilongjiang Province as the research area, as it provided greater significance to study the variation of oxygen
content in the atmosphere due to the estimated change of oxygen release caused by deforestation. According to historical
references and remote sensing image data, we rebuilt the forest spatial distribution of Heilongjiang Province in 1900, 1949,
1986 and 2009. Using the C鄄FIX Model and carbon鄄oxygen balance method, this research simulated and analyzed the
quantity and changes of oxygen released by the forest ecosystemof Heilongjiang Province.Analyses of the results suggest four
major conclusions. First, the forest area of Heilongjiang has decreased by 106667.570 km2, or approximately 23. 568%
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during the last century (1900—2009). Except for Pinussylvestris var. mongolica forest and Coniferous and broad leaved
mixed forest, the geographic areas of all other forest types have decreased, within which the areas of Piceaasperata and
Abiesnephrolepis forest and Pinuskoraiensis forest have decreased by more than 80%.Spatially, significant forest loss can be
found in the Songnen and Sanjiang Plains. Second, during the last century, the quantity of oxygen released has been
reduced by 56.2156 million tons, or approximately one鄄third of that in 1900. The oxygen production in the Southwest was
the highest in 1900, but became the area with the lowest production in 2009. Moreover, a significant decrease of forest
oxygen production occurred in the Sanjiang Plain. Third, the quantity of oxygen released from almost all administrative
regions of Heilongjiang presents a decreasing trend, with the exception of Yichun. Among these regions, the quantity of
oxygen released has reduced more than 90% in Daqing City and Qiqihar City; over 50% in Jiamusi City, Suihua City, and
Jixi City; over 25% in Shuangyashan City, Qitaihe City and Heihe City; less than 10% in Daxinganling Region and
Mudanjiang City. Fourth, during the past century,the total amount of oxygen released by Picea asperataand Abies nephrolepis
forest has reduced by 91.855%, 78.905% by Pinuskoraiensis forest, and by 25.043% and 23.936% by deciduous mixed
forest and Larixgmelini forest, respectively. However, the total amounts of oxygen released by Coniferous and broad leaved
mixed forest and Pinus sylvestris var. mongolica forest increased by 20.356% and 48.209%,respectively. Piceaasperataand
Pinus koraiensis forest released the most amount of oxygen per unit area; Larixgmelini forest and Pinus sylvestris var.
mongolica forest released less. Finally, the results of the control experiments suggest that forest oxygen production in
Heilongjiang is only approximately half of the amount in 1900.Moreover, forest degradationdue to human activities is one of
the major factors that leads to the decrease of the quantity of oxygen released.
Key Words: forest change; quantity of oxygen release; centennial change; Heilongjiang Province
摇 摇 随着对大气环境质量研究的深入,大气中氧气
含量变化也越来越受到关注。 研究表明,越往前追
溯,地球大气含氧量就越高,大多数科学家都认同史
前大气平均含氧量在 30%至 35%之间,而目前只有
21%。 在一些污染严重、人口密度较大的城市和工
业园区,大气含氧量只有 15%甚至更低[1鄄4]。 测量数
据表明,低层大气氧气含量水平正在以平均每年 2
mg / m3的速率缓慢减少[5鄄6],北半球与南半球大气中
的氧气不但逐年减少,而且会随季节变化[7]。 大气
中含氧量低于 19.5%时,人就会产生缺氧症状,人类
所有的慢性疼痛以及疾病均由细胞缺氧引起[8鄄9]。
对于大气中氧气含量的研究,国内外学者除了
通过测定化石气泡中的氧气含量[10]、直接监测[6鄄7]、
及建立生物化学模型估算大气中氧气含量[11鄄13]的方
法外,运用碳氧平衡法,依据植物生产力估算区域氧
气释放量,间接揭示大气氧气含量变化,此类研究在
国内外也有较多报道[14鄄19]。 其研究方法可概括为两
种:一是通过估算区域氧气消耗量,折算出区域氧气
释放量[20];二是通过估算区域内绿色植物生产的有
机碳量,按有机碳与氧气的质量比,计算区域氧气释
放量。 比较而言,第一种方法主观性较强,所以运用
第二种方法的研究成果较多。 所不同的是,有的学
者依据植被初级生产力(GPP) [21鄄22]推算,有的学者
依据净初级生产力(NPP) [23鄄25]推算。 GPP 是植物
通过光合作用生产的初始有机碳量,NPP 是考虑了
植物自养呼吸后剩余的有机碳量。 由于依据不同,
估算出的氧气释放量差异较大。 相比 GPP 和 NPP,
NEP 是净初级生产力减去异养呼吸消耗的同化产
物,是考虑了呼吸消耗后的净光合产量[26鄄27],因此依
据 NEP 估算得出的为氧气净释放量,更能准确指示
区域大气中氧气含量的变化。 而目前相关研究还较
少,已有研究也很少结合遥感及 GIS 技术,分析区域
绿色植被氧气释放量空间分布及变化特征。
绿色植被面积减少会导致氧气释放量减少[1]。
森林是陆地绿色生态系统的重要组成部分,具有固
碳释氧的重要生态功能[25],地球上 60%以上的氧气
来自森林生态系统[20]。 黑龙江省是中国森林资源
最丰富的省份,森林面积约占全国森林总面积的
1 / 7。 其广袤的森林是氧气生产源,二氧化碳汇,对
调节区域生态环境起着重要作用。 但 20 世纪百年
间,由于人类活动影响,黑龙江省森林面积减少了
37郾 163%,森林面积减少所引起的区域氧气释放量
134摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
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变化,此类研究还未见报道。
本文以 1900年、1949年、1986年和 2009年黑龙
江省森林覆盖信息为依据,采用 C鄄FIX 模型模拟森
林净生态系统生产力(NEP),基于碳氧平衡原理,运
用 GIS空间分析方法,模拟了黑龙江省区域 20 世纪
森林氧气释放量的时空变化,为探索人类活动对生
态环境的影响提供依据。
1摇 研究区概况
黑龙江省(121毅11忆—135毅05忆 E,43毅26忆—53毅33忆
N)是全国最大的林业省份之一,林业生态地位十分
重要。 森林类型主要有:北温带落叶针叶林,分布在
大兴安岭山地北部,树种以兴安落叶松 ( Larix
gmelini)为主;中温带针阔叶混交林,分布于小兴安
岭和东部山地。 黑龙江省属大陆性季风气候,年平
均气温在-4—5 益。 气温由东南向西北逐渐降低,
南北差近 10 益。 全省年平均降水量多介于 400—
650 mm。 太阳辐射资源比较丰富,年太阳辐射总量
在 46伊108—50伊108 J / m2之间。 其中,5—9月的太阳
辐射总量占全年的 54%—60%。 全省日照时数在
2300—2800 h,其中生长季日照时数占总量的
44%—48%。 土壤有机质含量高于全国其它地区,黑
土、黑钙土和草甸土等占耕地的 60%以上,是世界著
名的三大黑土带之一[28]。
2摇 资料来源与处理
2.1摇 森林覆盖信息
(1) 1900、1949、1986 年黑龙江省森林空间分
布。 李景文等 1993 年编辑出版的《黑龙江省森林》
中,附有清末民初(1896 年)、1949 年、1986 年 1颐300
万比例尺的黑龙江省森林分布纸质图[29]。 该系列
图件描绘了 20世纪 80年代前黑龙江省森林类型及
其空间分布状况。 本文将森林分布纸质图扫描,与
具有地理坐标系统的图件进行坐标配准,通过定义
地理数据库的属性表及点、线、面矢量化跟踪,完成
此系列纸质图的矢量化(图 1—图 3)。
(2)2009年黑龙江省森林空间分布。 依据 2009
年 9月 ETM+遥感影像(覆盖黑龙江省共 39 景影像,
条带号为 113—123),采用监督分类法将土地利用类
型分为 6类:耕地、有林地、草地、水域、建设用地和
未利用地,提取有林地覆盖图(图 4)。 ETM+遥感影
像从中国科学院遥感研究所购买。
图 1摇 1900年黑龙江省森林覆盖空间分布
Fig.1摇 Spatial distribution of forest covers of the Heilongjiang
Province in 1900
图 2摇 1949年黑龙江省森林覆盖空间分布
Fig.2摇 Spatial distribution of forest covers of the Heilongjiang
Province in 1949
2.2摇 气温和辐射数据获取
为保证模拟结果具有可比性,并减少异常年份
波动影响,月平均气温、地面辐射通量分别采用附近
5年月均值代替。 如 1900 年 7 月的平均气温、辐射
采用 1900—1905年 7月均值代替。
(1)月平均气温摇 资料来源于英国东英吉利大
学气候研究所(CRU)提供的 0.5毅伊0.5毅逐月网格数
据。 CRU气候要素资料是根据陆面实际观测资料插
234 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 3摇 1986年黑龙江省森林覆盖空间分布
Fig.3摇 Spatial distribution of forest covers of the Heilongjiang
Province in 1986
图 4摇 2009年黑龙江省森林覆盖空间分布
Fig.4摇 Spatial distribution of forest covers of the Heilongjiang
Province in 2009
值到 0.5毅伊0.5毅的经纬度网格数据。 CRU 资料在中
国区域尺度上,与实际观测资料序列吻合得很好,通
过了显著性检验[30]。 本文提取 1900—1905 年、
1949—1953 年、1986—1990 年、2005—2009 年覆盖
黑龙江省及附近的网格资料共 256 个点,采用
Kriging插值方法,将各年、各月图层叠加,并进行栅
格运算,得到 1900年、1949 年、1986 年、2009 年黑龙
江省 3—11月气温 1 km伊1 km栅格图共 36幅。
(2)月地面辐射通量摇 因 CRU 资料中没有地面
辐射要素,需要依据云量和天文辐射估算[31]:
Sg,d = CaSo,d (1)
式中,Sg,d为地面辐射日总量(MJ m
-2 d-1);Ca 为地
面总辐射与天文辐射的比例[31];S0,d为天文辐射日
总量(MJ m-2 d-1)。
首先计算各纬度天文辐射日总量( Sg,d ) [32],然
后提取 1900—1905 年、1949—1953 年、1986—1990
年、2005—2009年上述 256个网格点的云量资料,按
式(1)计算各网格地面太阳辐射通量,用 Kriging 插
值方法,将图叠加平均后,得到 1900 年、1949 年、
1986年、2009年 3—11月地面辐射通量 1 km伊1 km
栅格图共 36幅。
图 5摇 1900年 7月 NDVI分布图
Fig.5摇 NDVI distribution map of the Heilongjiang Province in
July 1900
2.3摇 黑龙江省森林植被指数(NDVI)获取
(1)1986 年、2009 年森林植被指数(NDVI)获
取。 1984—1988 年、2005—2009 年 3—11 月植被指
数(NDVI)从美国航天局 NASA 网站下载,分辨率
1 km伊1 km。 图层叠加平均后,与黑龙江森林分布图
叠加,得到 1986年、2009年黑龙江省 3—11 月 NDVI
分布图共 18幅。
(2)1900 年、1949 年森林植被指数(NDVI)获
取。 将 1986年黑龙江省森林分布图与 1986 年各月
森林 NDVI图进行叠加,提取各纬度不同林型 3—11
月份 NDVI(表 1,以 48毅—49毅N 为例),再按纬度按
林型赋值到 1900 年、1949 年森林分布图中,得到
1900年、1949年黑龙江省 3—11月 1 km伊1 km森林
NDVI栅格图 18幅(以 7月份为例,图 5—图 6)。
334摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
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表 1摇 48毅—49毅N各月森林 NDVI
Table 1摇 Monthly NDVI of different forest types in the latitude of 48毅—49毅N
林型 Forest type
月份 Month
3 4 5 6 7 8 9 10 11
红松林 Pinus koraiensis forest 0.2912 0.3482 0.6096 0.8571 0.8328 0.7749 0.7090 0.4707 0.3321
落叶松林 Larix gmelini forest 0.1928 0.2681 0.5413 0.8523 0.8350 0.7745 0.6786 0.3715 0.2269
云冷杉林 Picea asperata and Abies nephrolepis forest 0.2527 0.3365 0.6008 0.8526 0.8447 0.7649 0.6993 0.4452 0.3111
樟子松林 Pinus sylvestris var. mongolica forest 0.2598 0.3229 0.5840 0.8461 0.8187 0.7596 0.6921 0.4434 0.2915
针阔混交林 Coniferous and broad leaved mixed forest 0.2818 0.3388 0.5956 0.8548 0.8292 0.7733 0.7038 0.4530 0.3108
落叶混交林 Deciduous mixed forest 0.1725 0.2601 0.5318 0.8308 0.8282 0.7672 0.6711 0.3713 0.2214
图 6摇 1949年 7月 NDVI分布图
Fig.6摇 NDVI distribution map of the Heilongjiang Province in
July 1949
3摇 研究方法
3.1摇 运用 C鄄FIX 模型模拟森林净生态系统生产力
(NEP)
C鄄FIX模型,是 Veroustraete在 2002 年提出的网
格化光能利用率模型,作者通过对模型进行多次验
证和参数修正,使之可以在区域尺度上估算 2 个基
本的碳循环分量(GPP、NPP、NEP)。 该模型的优点
是要求输入的参数少、计算效率高、输出结果的时空
分辨率高[26]。 对于每一给定的网格,C鄄FIX 模型使
用以下公式来逐步计算每天的 GPP、NPP 和 NEP
值,单位为 gC m-2 d-1,下标 d代表日值:
GPP d = p T( )atm 伊CO2 fert伊着伊fAPAR伊c伊Sg,d
NPP d =GPP d伊 1-A( )d
NEP d =NPP d-Rh,
ì
î
í
ï
ï
ïï
d
(2)
式中,p(Tatm)为归一化气温依赖因子,取值[0,1];
CO2 fert为归一化施肥效应因子;fAPAR 为植被可吸
收的光合作用有效辐射比例(系数),取值[0,1]。
p(Tatm) =
e C1-
驻Ha,P
Rg·
( )T
1 + e
驻S·T-驻Hd,P
Rg·
( )T
(3)
CO2 fert =
CO[ ]2 -
O[ ]2
2子
CO[ ]2 ref-
O[ ]2
2子
Km 1+
O[ ]2
K
æ
è
ç
ö
ø
÷
0
+ CO[ ]2 ref
Km 1+
O[ ]2
K
æ
è
ç
ö
ø
÷
0
+ CO[ ]2
(4)
Km = Ae
-Ea / Rg( )T (5)
式中,Km 为核糖 1,5二磷酸羧化氧化酶与 CO2 的结
合能力; K0 为 O2 的阻止力常数;Ea 为气体常数
(KJ / mol);A为常数。
如果 T逸15 益 (288. 13 K),那么 Ea1 = 59. 4
kJ / mol,且 A1 = 2.419伊1013。
如果 T < 15 益 (288. 13 K),那么 Ea2 = 109. 6
kJ / mol,且 A2 = 1.976伊1022。
计算 K0时,A0 = 8240,Ea0 = 13.9135 kJ / mol。
子 = A子e
-Ea子 / Rg( )T (6)
其中,At = 7.87伊10
-5,Ea t = -42.8969 kJ / mol。
fAPAR= 1.1638伊NDVI-0.1426 (7)
Ad = (7.825+1.145Ta) / 100 (8)
Rh,d = ks ,y·QTa / 1010 (9)
ks,y =
移
365
d = 1
GPP d
by
移
365
d = 1
p (Tatm) d
(10)
式中,Ad 为植被自养呼吸率;Rh,d为土壤异养呼吸通
量(gC m-2 d-1);Ks,y为全年日平均异养呼吸效率(gC
m-2 d-1)。
上述式中还未说明的参数的定义和单位如表 2
所示。
434 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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除表 2中已赋值的参数外,日平均气温、日地面
辐射通量、大气 CO2混合浓度、NDVI 是需要输入的
参数,Km、K0等为中间计算参数。
表 2摇 C鄄FIX模型中参数的描述
Table 2摇 Description of parameters in the C鄄FIX model
参数
Parameter
意义
Significance
取值
Value
单位
Unit
参数
Parameter
意义
Significance
取值
Value
单位
Unit
e 光能利用率 1.10 [gC / MJ] [CO2] 目前测定的大气 CO2混合浓度 mg / m3
c 气候效率因子 0.48 [O2] 目前测定的大气 O2混合浓度 20.9 mg / m3
C1 常数 21.77 [CO2] ref 基准大气中 CO2混合浓度 285 mg / m3
DHa,P 有活力分子能量 52750 J / mol NDVI 植被归一化指数
T 日平均气温 K Ta 日平均气温 益
DS CO2平衡熵 704.98 J K-1 mol-1 Q10 每升高 10益,植物异氧呼吸相对增加的倍数 1.5
DHd,P 惰性分子能量 211000 J / mol by 土壤异养呼吸年平均标定系数 1.0
Rg 普适气体常数 8.31 J K-1 mol-1
3.2 摇 通过净生态系统生产力(NEP)估算氧气释
放量
植物光合作用是植物叶绿素在阳光照射下吸收
空气中二氧化碳(CO2)和水(H2O),并将其转化成
有机物(C6H12O6)和氧气。 同时,植物还通过呼吸作
用消耗有机物和氧气,去掉呼吸消耗后剩余的有机
碳量,称为净生态系统生产力(NEP,gC m-2 d-1)。
NEP 所对应的氧气量即为植物所释放的净氧气量,
NEP 与氧气质量比为 1颐2.667。
3.3摇 空间分析方法
采用 ArcGIS 空间叠加、栅格计算、空间统计等
分析方法,计算黑龙江省及各行政区内森林变化及
各月、年森林氧气释放量。
3.4摇 控制实验模拟方法
为研究森林变化对森林氧气释放量的影响,设
计控制实验:假设百年森林覆盖性质不变,采用 1900
年森林覆盖信息及 NDVI、 2009 年气候要素驱动
C鄄FIX模式,得到控制实验下的森林氧气释放量模拟
值。 将此模拟值减去 2009 年实际森林氧气释放量
模拟值,所得到的差值为百年森林变化引起的森林
氧气释放量变化值,表达式为:
驻 forest = O2,control - O2,2009 (11)
式中,驻 forest表示森林变化引起的氧气释放变化量,
O2,contro1为控制实验氧气释放量模拟值,O2,2009为 2009
年实际森林氧气释放量模拟值。
4摇 结果与分析
4.1摇 黑龙江省百年森林面积及空间变化
黑龙江省 1900—2009 年森林面积呈持续减少
趋势。 森林总面积减少了 10.667 万 km2,森林覆盖
率减少了 23.568%,大庆市森林面积减少最多,约减
少了 94.673%(表 3)。 空间上以松嫩平原和三江平
原减少显著(图 7)。
表 3摇 黑龙江省森林面积变化
Table 3摇 Change of forest areas in the Heilongjiang Province
行政区
Administrative
division
面积 Areas / km2
1900 1949 1986 2009
减少率
Decrease
rate / %
行政区
Administrative
division
面积 Areas / km2
1900 1949 1986 2009
减少率
Decrease
rate / %
大兴安岭 56729.425 56664.340 52146.890 44655.934 -21.283 双鸭山 12987.010 9166.865 7328.386 7922.788 -38.995
伊春 30257.183 30670.840 23754.310 24930.616 -17.604 鸡西 14263.712 7333.390 5761.247 6083.324 -57.351
哈尔滨 32686.656 25756.552 20537.158 22529.469 -31.074 佳木斯 14885.318 7195.127 5539.874 3873.499 -73.978
鹤岗 7554.764 6218.768 5254.766 4922.680 -34.840 绥化 16161.840 6674.070 4380.125 4618.782 -71.422
牡丹江 33394.696 30228.604 26929.261 26768.776 -19.841 齐齐哈尔 7695.127 1144.739 913.706 906.444 -88.221
黑河 49803.650 36879.624 29326.712 30194.296 -39.373 大庆 6412.986 36879.624 99.703 341.615 -94.673
七台河 4192.208 3440.762 2873.710 2608.782 -37.771 全省 287024.575 221840.900 176920.400 180357.005 -37.163
摇 摇 表中减少率为 1900—2009年森林面积变化率
534摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
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摇 摇 黑龙江省 1900—1986 年除樟子松林、针阔混交
林面积有所增加外,其它林型面积均减少,其中云冷
杉林及红松林面积减少超过 80%(表 4)。
表 4摇 黑龙江省不同林型面积及其变化 / km2
Table 4摇 Change of area for different forest types in the Heilongjiang province
年份 Year
云冷杉林
Picea asperata
and Abies
nephrolepis forest
樟子松林
Pinus sylvestris
var. mongolica
forest
红松林
Pinus koraiensis
forest
落叶松林
Larix gmelini
forest
落叶混交林
Deciduous
mixed forest
针阔混交林
Coniferous and broad
leaved mixed forest
1900 15891.118 3172.865 37302.785 61797.674 153505.370 15354.759
1949 8252.843 2664.037 19197.128 58991.116 109969.639 22766.157
1986 1125.928 3419.048 7035.549 42777.445 105461.010 16303.671
减少率 / %
Decrease rate
-92.915 7.759 -81.139 -30.778 -31.298 6.180
4.2 摇 黑龙江省 20 世纪森林氧气释放量模拟结果
分析
4.2.1摇 森林氧气释放量变化及空间分布
将 1900年、1949年、1986年及 2009年日平均气
温、日平均辐射(均用月平均值代替)、CO2浓度[33]
(用年平均浓度代替)及其它参数输入 C鄄FIX 模型,
计算 NEP,换算成氧气释放量。 采用 ArcGIS 空间统
计功能计算出各月及年森林氧气释放量(表 5),年
氧气释放量空间分布如图 8—图 11。
表 5摇 黑龙江省百年森林氧气释放量模拟结果(万 t)
Table 5摇 Simulated results of oxygen release in forests of the Heilongjiang Province in 1900—2009
年份
Year
月份 Month
3 4 5 6 7 8 9 10 11
年总量
Annual total
1900 67.622 403.793 2209.667 4951.906 5229.030 4836.383 2739.034 475.995 58.474 20971.907
1949 45.431 354.483 2288.604 4602.830 4760.323 3766.342 1629.043 369.017 40.805 17856.964
1986 30.709 261.387 1733.546 3928.202 3740.356 3099.180 1681.427 271.543 28.501 14776.054
2009 49.522 313.586 1917.915 3334.077 3968.617 3615.644 1846.385 269.542 35.054 15350.343
摇 摇 表中各年的 1—2月、12月黑龙江森林 NDVI近似为 0,故森林氧气释放量为 0
图 7摇 黑龙江省 1900—2009年百年森林面积变化
Fig.7摇 Change of forest area in the Heilongjiang Province from
1900 to 2009
图 8摇 黑龙江省 1900年森林氧气释放量年总量空间分布
Fig.8摇 Spatial distribution of total annual oxygen release of the
Heilongjiang Province in 1900
634 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 9摇 黑龙江省 1949年森林氧气释放量年总量空间分布
Fig.9摇 Spatial distribution of total annual oxygen release of the
Heilongjiang Province in 1949
图 10摇 黑龙江省 1986年森林氧气释放量年总量空间分布
Fig.10摇 Spatial distribution of total annual oxygen release of the
Heilongjiang Province in 1986
可见,20世纪百年间黑龙江省全年森林氧气释放量
呈减少趋势,2009 年较 1900 年减少了 5621.564 万
t,占 1900年的 26.805%。 全年森林氧气释放量空间
分布趋势基本一致,均呈现南高北低趋势;但空间变
化明显,1900年全省范围内均有森林覆盖,尤其是西
南部有面积广泛的森林能释放氧气,其氧气释放量
也最高,而到 1949 年后其森林基本消失,变为全省
最低区域,基本为 0;同样特征也出现在三江平原。
4.2.2摇 各行政区森林氧气释放量变化
黑龙江省各行政区百年间森林氧气释放量除伊
图 11摇 黑龙江省 2009年森林氧气释放量年总量空间分布
Fig.11摇 Spatial distribution of total annual oxygen release of the
Heilongjiang Province in 2009
春微弱增加外,其余行政区均呈减少趋势(表 6)。
其中大庆市、齐齐哈尔市减少显著,超过 90%。 将
1900年及 2009年各行政区氧气释放量进行显著性
检验,其概率检验值为 0.000,说明百年来黑龙江省
森林氧气释放量减少极显著。
4.2.3摇 黑龙江省百年不同林型氧气释放量变化
黑龙江省近百年间(1900—1986 年),由云冷杉
林释放的氧气量减少了 91. 855%,红松林减少了
78郾 905%,落叶混交林、 落叶松林分别减少了
25郾 043%、23.936%;针阔混交林、樟子松林氧气生产
量有所增加。 单位面积云冷杉林、红松林释放氧气
量最多,落叶松林、樟子松林稍低(表 7)。
4.3摇 黑龙江省百年森林变化对氧气释放量影响
控制实验结果表明,O2,contro1为 25952.407 万 t,
O2,2009为 15350.343 万 t,驻 forest为-10602.060 万 t,相
当于 1900年氧气释放量的 50.554%,说明百年来森
林面积变化导致黑龙江省区域年氧气释放量减少了
约 50%。
将 2009 年氧气释放量分布图与控制试验模拟
值分布图叠加相减,得到森林面积变化影响下森林
氧气释放量空间变化图(图 12)。 对比图 7,氧气释
放量增加区域与森林面积不变或增加区域吻合,减
小区域与森林面积减少区域吻合;而 1900—2009 年
黑龙江省年平均温度提高了 1.15 益,年平均辐射量
增加 0.0186 MJ m-2 a-1,大气中 CO2浓度增加了 84
mg / m3,气候变化有利于森林氧气释放量增加,表7
734摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
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表 6摇 黑龙江省各行政区百年森林氧气释放量变化
Table 6摇 Changes of oxygen release in different administrative divisions in the Heilongjiang Province during the Past Century
行政区
Administrative
division
氧气释放量 Oxygen release(伊104 t)
1900 1949 1986 2009
减少率
Decrease
rate / %
行政区
Administrative
division
氧气释放量 Oxygen release / (伊104 t)
1900 1949 1986 2009
减少率
Decrease
rate / %
大庆 582.904 0 10.109 20.423 -96.496 黑河 3829.228 3181.917 2523.555 2833.676 -25.999
齐齐哈尔 664.312 109.100 81.141 72.433 -89.097 鹤岗 578.123 543.311 450.333 441.986 -23.548
佳木斯 1072.91 623.271 472.252 330.655 -69.182 哈尔滨 2701.851 2379.568 1880.472 2255.278 -16.528
绥化 1386.593 628.530 406.911 482.854 -65.177 大兴安岭 3037.534 3409.736 3295.367 2754.864 -9.306
鸡西 1030.339 641.479 483.237 510.848 -50.419 牡丹江 2544.448 2599.748 2298.391 2385.527 -6.246
双鸭山 921.746 790.335 602.377 680.901 -26.129 伊春 2311.748 2651.208 2026.009 2351.636 1.725
七台河 310.171 298.761 245.900 229.262 -26.085 全省 20971.907 17856.964 14776.054 15350.343 -26.805
表 7摇 各林型单位面积氧气释放量
Table 7摇 The unit area oxygen release of different forest types
年份
Year
云冷杉林
Picea asperata
and Abies
nephrolepis forest
樟子松林
Pinus sylvestris var.
mongolica forest
红松林
Pinus koraiensis
forest
落叶松林
Larix gmelini
forest
落叶混交林
Deciduous mixed
forest
针阔混交林
Coniferous and broad
leaved mixed forest
1900 7.922 5.221 7.765 5.878 7.760 7.207
1949 9.062 5.747 8.890 6.431 8.640 8.553
1986 9.107 7.180 8.686 6.459 8.466 8.169
平均 Average 8.697 6.049 8.447 6.256 8.289 7.976
中结果也说明各林型单位面积氧气释放量呈增加趋
势)。 由此可见,20 世纪由于人类活动引起的森林
面积减少,是影响黑龙江省森林氧气释放量减少的
主要因素。
图 12摇 百年森林面积变化对森林氧气释放量的影响模拟
Fig. 12 摇 Simulated effects of forest area change during a
hundred years on quantity of oxygen release
5摇 讨论
(1)较多学者采用碳氧平衡法对不同区域森林
年氧气释放量进行了估算。 如张颖[22]等根据 GPP
估算出郑州市 2010年森林年氧气释放量为 24.07 t /
hm2;彭江颖等、管东生等按 NPP 估算森林年释放氧
气 12.70、10.59 t / hm2 [23鄄24];苏继申等利用 NPP 估算
阔叶混交林、针叶混交林年氧气释放量分别为
12郾 52、13.51 t / hm2 [34];邓毅等估算出常绿阔叶林、落
叶阔叶林、北方针叶林年释放氧气为 18.53、17.11、
11.39 t / hm2 [35];Nakazawa等认为阔叶林年放出氧气
18.25 t / hm2 [36];Berbigier 等估算法国森林年氧气释
放量为 11.468 t / hm2 [37];本文依据 NEP 模拟的黑龙
江省森林年氧气释放量为 8.055 t / hm2,不同林型介
于 6.049—8.697 t / hm2之间。 由于研究区域及依据
不同,以上结果在数量上虽有所差异,但均处于同一
量级;基于 GPP 或 NPP 估算结果,由于没有充分考
虑呼吸消耗,因此数量上比本文模拟结果偏大;不同
学者采用不同方法模拟 NPP(如采用森林蓄积量、生
物量、文献查阅及经验估算等),是产生氧气释放量
差异的原因。 本文模拟结果表明,云冷杉林、红松林
年氧气释放量最多,这一结果与苏继申研究结果相
吻合[34]。
(2)近几年来,C鄄FIX 模型较多地被国内外学者
应用。 如 Veroustraete 等使用 NOAA / AVHRR 的
NDVI数据分别对比利时、全欧洲植被 NPP 和 NEP
834 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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进行了模拟[38鄄39];卢玲使用 SPOT / VEGETATION 遥
感数据估算了中国西部地区 NPP 和 NEP [26];张冬有
利用 C鄄FIX 模型较好地模拟了黑龙江省森林
NPP [28]。 结果表明,C鄄FIX 模型能较好地模拟区域
植被各级生产力。 本文采用 C鄄FIX 模型模拟了黑龙
江省森林 NEP,其精确性与森林氧气释放量模拟值
的精度密切相关。 因此,对模拟精度进行了检验。
利用伊春 1986年森林资源清查的蓄积量数据,在伊
春区域随机抽取 37个样区,根据蓄积量—生产力关
系模型[40],计算出 NPP,再采用东北地区土壤异养
呼吸模型[41],计算出相应样区的 NEP,并将单位换
算为 gC m-2 a-1。 与本文相应样区 NEP 模拟值进行
对比,均方差根 ( RMSE) 为 16. 33,为原始值的
3郾 8%—5.0%,模型拟合度较高。 另外,由于黑龙江
省年平均气温较低,本文模拟的黑龙江省森林 NEP
年均值为 316.727 gC m-2 a-1,略低于国内模拟的各
种林型 NEP 平均值(578 gC m-2 a-1) [42],结果合理。
(3)1900年、1949年和 1986 年黑龙江森林分布
图是本文模拟森林生产力的基础图件,因此需对其
矢量化精度进行检验。 淤20 世纪 80 年代末黑龙江
省政府及省测绘局对全省森林资源野外普查,将其
分为 96 种林型并对其空间分布进行了详细记录。
因此,以 1986年为例,使用 ArcGIS中 Fishnet工具创
建该年森林分布 10 km伊10 km 格网,全省共生成
10692个格网,其中含有林地格网共 2088 个,随机选
择 100个格网的森林类型与实际普查进行对比,吻
合率近 100%;于1949 年、1986 年矢量化的森林面
积,与历史文献中[43]森林清查数据分别相差-2.093
万 hm2、1.921万 hm2,占总量的 10%左右,误差较小。
但历史文献中关于清末民初森林面积记载数据相差
较大,如 1917年满铁调查机构根据地面典型调查和
实地调查,认为黑龙江省森林面积为 3301. 73 万
hm2[44],与本文矢量化结果相差 4.315 万 hm2,而文
献[29]记载黑龙江省清末民初森林面积为 4692.9 万
hm2,其面积大于黑龙江省行政区面积,也远大于
1917年调查数据。 分析其原因可能是历史文献中记
载的清末民初森林面积,包括了山地坡地上的森林
面积,而本文矢量化数据统计过程中,对坡地森林面
积统计有所遗漏。 盂本文对 1949年、1986 年各行政
区矢量化森林面积与文献[29]记载数据也进行了对
比,除大兴安岭和黑河市误差较大外,其他行政区误
差均在 10%之内,而历史文献中记载的大兴安岭及
小兴安岭的森林面积均是估计值[43]。 综合以上结
论,本文对黑龙江省历史时期森林分布矢量化精度
是可信的。
(4)在模拟过程中,NDVI 是输入参数之一,而
1900年、1949年没有 NDVI数据源,因此如何获取成
为关键。 陈云浩等指出,虽然 NDVI 是多种因素(气
象、水文、地貌)综合作用的结果,但在中国东北,地
形变化和植被类型是影响 NDVI变化的主要因素,气
候变化对中国东北大面积地带性植被 NDVI 变化没
有明显影响[44]。 本文随机选择落叶松林、红松林、
落叶混交林为代表,在 1982—2009 年 8 月 NDVI 图
层中,随机各提取 10 个样本进行平均,分析得出近
30 年来森林 NDVI 年变化很小,变异系数分别为
0郾 0028、0.0021 和 0.0028。 因此,本文依据近代森林
与 NDVI数据源,提取不同纬度各林型 NDVI,然后按
同纬度同林型赋值到历史时期森林分布图中,获取
历史时期森林 NDVI。 具体操作见 2.3。
用两种方法对历史时期 NDVI 进行检验。 淤采
用赋值法重建 2009 年森林 NDVI,与网站下载同期
NDVI比较。 在每个纬度内随机选取同一林型 NDVI
样本共 50 个,其平均值相差很小,落叶松林、红松
林、落叶混交林、樟子松林、云冷杉林、针阔混交林分
别为 - 0. 00019、 - 0. 00125、 - 0. 0001、 - 0. 001333、
0郾 0002、0.00347,其样本间标准差分别为 0.002456、
0郾 002174、0. 000604、0. 00265、0. 005293、0. 00264,说
明样本间差异很小。 于以 1986 年为例,分别按实际
NDVI和赋值 NDVI,计算了黑龙江省全年森林氧气
释放量,仅相差 12.369万 t,占总量的 0.084%。 以上
说明本文所提出的对历史时期森林 NDVI赋值方法,
对森林氧气释放量模拟值影响很小。
(5)本文没有考虑森林林分状况及林龄等森林
性质对氧气释放量的影响,而森林处于不同林龄期,
NDVI可能相同,在同样气候条件下,其碳积累速率
及积累量有可能不同,最终会导致氧气释放量不同。
这些生理因素对森林氧气释放量的影响需要今后更
深入的研究加以说明。 此外,本文仍然具有较多的
不确定性。 比如历史时期黑龙江省森林分布图,是
目前能获取到的描述历史时期黑龙江省森林分布最
详细的图件,但是该图的精度可能值得商榷;纸质图
件矢量化及遥感影像解译过程中,会出现图形纠正、
934摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
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边界跟踪、误判等人为误差;在图层转化、叠加、裁
切、拼接等过程中,也会出现界线对接、空间统计等
误差。 以上因素都会给模拟结果带来误差。
6摇 结论
本文利用历史文献及遥感影像资料,重建了 20
世纪黑龙江省 4 个时间断面的森林空间分布图,基
于 C鄄FIX模型及碳氧平衡方法,模拟并分析了 20 世
纪黑龙江省森林氧气释放量及其时空变化趋势,为
研究过去百年黑龙江省森林变化及由此引起的生态
环境效应提供了基础数据,为更进一步研究人类活
动对区域环境变化的影响提供了依据。
黑龙江省百年森林面积呈持续减少趋势,森林
总面积减少了 10. 667 万 km2,森林覆盖率减少了
23郾 568%;各行政区森林面积均呈减少趋势,大庆市
森林面积减少最多,约减少了 94.673%,空间上以松
嫩平原和三江平原减少显著;除樟子松林、针阔混交
林面积有所增加外,其它林型面积均减少,其中云冷
杉林、红松林减少率在 80%以上;黑龙江省百年来森
林年氧气释放量呈减少趋势,共减少 5621.564 万 t,
约占 1900年的 26.805%;百年来各行政区森林年氧
气释放量除伊春微弱增加外,其余行政区均呈减少
趋势,其中大庆市、齐齐哈尔市减少显著,减少了
90%以上;人类活动引起的森林面积减少是影响黑
龙江省森林氧气释放量减少的主要因素。
Referencess:
[ 1 ]摇 Chen Y W. For safety and health of human survival atmosphere
“oxygen exhaustion冶 causes than “global greenhouse effect冶 more
serious consequences. China Population, Resources And
Environment, 2008,18:286鄄289.
[ 2 ] 摇 Bekker A, Holland H D, Wang P L, Rumble D, Stein H J,
Hannah J L, Coetzee L L, Beukes N J. Dating the rise of
atmospheric oxygen. Nature, 2004, 427(6970): 117鄄120.
[ 3 ] 摇 Goldblatt C, Lenton T M, Watson A J. Bistability of atmospheric
oxygen and the Great Oxidation. Nature, 2006, 443 ( 7112):
683鄄686.
[ 4 ] 摇 Lenton T M. The coupled evolution of life and atmospheric oxygen.
New York: Academic Press, 2003: 4鄄5.
[ 5 ] 摇 Kasting J F. Earth忆 s early atmosphere. Science, 1993, 259
(5097): 920鄄926.
[ 6 ] 摇 Manning A C, Keeling R F, Katz L E, Paplawsky W J, Mcevoy
E M. Interpreting the seasonal cycles of atmospheric oxygen and
carbon dioxide concentrations at American Samoa Observatory.
Geophysical Research Letters, 2003, 30(6): 1328鄄1333.
[ 7 ] 摇 Keeling R F, Shertz S R. Seasonal and interannual variations in
atmospheric oxygen and implications for the global carbon cycle.
Nature, 1992, 358(6389): 723鄄727.
[ 8 ] 摇 Jacobsen D. Low oxygen pressure as a driving factor for the
altitudinal decline in taxon richness of stream macroinvertebrates.
Community Ecology, 2008, 154(4): 795鄄807.
[ 9 ] 摇 Zhou H F. Discussion in synthetic index of climatic change
influence on human health. Climatic and Environmental Research,
1999,4 (1):121鄄126.
[10] 摇 Sun J M. The oxygen content in the atmosphere in eighty million
years is more than its today.Fossil, 1988, (3): 29鄄29.
[11] 摇 Claire M W, Catling D C, Zahnle K J. Biogeochemical modelling
of the rise in atmospheric oxygen. Geobiology, 2006, 4 ( 4):
239鄄269.
[12] 摇 Sreenivas B, Murakami T. Emerging views on the evolution of
atmospheric oxygen during the Precambrian. Journal of
Mineralogical and Petrological Sciences, 2005, 100 ( 5 ):
184鄄201.
[13] 摇 Santilli R M. Alarming oxygen depletion caused by hydrogen
combustion and fuel cells and their resolution by magnegas.
International Hydrogen Energy Forum, Munich, Germany, 2000:
1鄄15.
[14] 摇 Shen X. Retrospect of photobiology in China. Acta Biophysica
Sinica, 2010, 26(11): 942鄄949.
[15] 摇 Francis S, Johnson C. The balance of atmospheric oxygen and
carbon dioxide. Biological Conservation, 1970, 2(2): 83鄄89.
[16] 摇 Johnson F S. The oxygen and carbon dioxide balance in the earth忆s
atmosphere / / The Changing Global Environment. Netherlands:
Springer, 1975, 76: 49鄄56.
[17] 摇 IPCC. Climate Change 1995鄄The science of climate change:
Contribution of Working Group I to the Second Assessment Report
of the Intergovernmental Panel on Climate Change. New York:
Cambridge University Press, 1996: 3鄄4.
[18] 摇 Bbortkovskii R S, Egorov B N, Kattsov V M, Pavlova T V. Model
estimates for the mean gas exchange between the ocean and the
atmosphere under the conditions of the present鄄day climate and its
changes expected in the 21st century. Izvestiya, Atmospheric and
Oceanic Physics, 2007, 43(3): 378鄄383.
[19] 摇 Cai W J, Pomeroy L R, Moran M A, Wang Y. Oxygen and carbon
dioxide mass balance for the estuarine鄄intertidal marsh complex of
five rivers in the southeastern U.S. Limnology and Oceanography,
1999, 44(3): 639鄄649.
[20] 摇 Wu Z Q. The research on the oxygenous regional eco鄄compensation
and its model construction [ D]. Chengdu Southwest University,
2009.摇
[21] 摇 Chen B, Shan L. Valuing ecological services of green space of
west lake scenic area in Hangzhou. Journal of Zhejiang University
(Agriculture and Life Sciences),2009, 35 (6):686鄄690.
[22] 摇 Zhang Y, Wang Q, Li B J, Wang W M. Study on forecasting
ecological land demand with carbon鄄oxygen balance method. China
Land Science,2007, 21 (6):23鄄28.
[23] 摇 Peng J Y. Roles of vegetation on balance of carbon and oxygen in
the pearl river delta. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis
Sunyatseni,2003, 42 (5):105鄄108.
[24] 摇 Guan D S, Chen Y J, Huang F F. The storage and distribution of
carbon in urban vegetation and its roles in balance of carbon and
oxygen in Guangzhou. China Environmental Science, 1998, 18
(5):437鄄441.
[25] 摇 Ma J Y, Yin K, Lin T. Analysis of the carbon and oxygen balance
of a complex urban ecosystem: A case study in the coastal city of
Xiamen. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011, 31 ( 8): 1808鄄
1816.摇
[26] 摇 Lu L. In the western of China, net primary productivity and carbon
cycle research[D]. Chinese Academy of Sciences, Beijing,2003.
[27] 摇 Lu L, Li X, Veroustraete F. Terrestrial net primary productivity
044 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
and its spatial鄄temporal variability in western China. Acta
Ecologica Sinica, 2005,25(5):1026鄄1032.
[28] 摇 Zhang D Y. Estimation of forest net primary productivity in
Heilongjiang province based on remote sensing[D]. Beijing Forest
University, Beijing,2009.
[29] 摇 Li J W. The forest of Heilongjiang Province. Harbin: Northeast
Forestry University Press,1993.
[30] 摇 Fang X Q, Zhang X Z, Dai Y J, Li B B, Hou G L.
Regionalization of winter temperature change over mainland of
China during 1951—2005. Scientia Geographica Sinica,2010, 30
(4):571鄄576.
[31] 摇 Huang Z Z, Pan Y Q. A statistics鄄based method for hourly sun
radiation calculation / / A Collection of Papers of the 2008
Academic annual Meeting by the Chinese Association of
Refrigeration. Beijing: Chinese Architectural Press, 2008: 105鄄
109.摇
[32] 摇 Zhou S Z, Zhang R Y, Zhang C. Meteorology and Climatology.
Beijing: Higher Education Press,2003.
[33] 摇 Yan K. Research on tendency equation about the concentration
data of carbon dioxide in the atmosphere over the past 60 years.
Progress in Geophysics,2009, 24 (5):1665鄄1670.
[34] 摇 Su J S, Zhuang J Y, Gu Y, Min J J. Benefit assessment of carbon
fixation and manfacturing oxggen of urban forests in Nanjing city.
China Forestry Science and Technology,2010,24(3):49鄄52.
[35] 摇 Deng Y, Gong Z X. Research on the calculate methods of urban
ecological park忆 s utility function capabitity. Sichuan Buliding
Science,2010, 36(3):304鄄307.
[36] 摇 Nakazawa T. Variation and carbon dioxide and methane in the
atmosphere and their global cycles. Global Environment Research,
1997, 2: 5鄄14.
[37] 摇 Berbigier P, Bonnefond J M, Mellmann P. CO2 and water vapour
fluxes for 2 years above Euroflux forest site. Agricultural and
Forest Meteorology, 2001, 108(3): 183鄄197.
[38] 摇 Veroustraete F, Patyn J, Myneni R B. Estimating net ecosystem
exchange of carbon using the normalized difference vegetation
index and an ecosystem model. Remote Sensing of Environment,
1996, 58(1): 115鄄130.
[39] 摇 Sabbe H, Eerens H, Veroustraete F. Estimation of the carbon
balance of European terrestrial ecosystems by means of the C鄄FIX
model / / The 1999 EUMETSAT Meteorological Satellite Data
User忆s Conference. Copenhagen: EUMETSAT, 1999: 271鄄278.
[40] 摇 Fang J Y, Liu G H, Xu S L. Biomass and net production of forest
vegetation in China. Acta Ecologica Sinica, 1996, 16 ( 5 ):
497鄄508.
[41] 摇 Zhou T, Shi P J, Sun R, Wang S Q. The impacts of climate
change on net ecosystem production in China. Acta Geographica
Sinica,2004, 59(3):357鄄365.
[42] 摇 Zhang J, Yuan W G, Ge Y, Jiang B, Zhu J R, Shen A H,
Chang J. Carbon storage and its sequestration potential by
ecological service forest in Zhejiang. Acta Ecologica Sinica,2010,
30(14):3839鄄3848.
[43] 摇 Wu Q J. Looks at Heilongjiang Province forest vicissitude from the
forest area examination and explanation. 2006 Doctoral Forum of
China,2006:1621鄄1626.
[44] 摇 Chen Y H, Li X B, Chen J, Shi P J. The change of ndvi time
series based on change vector analysis in china, 1983—1992.
Journal of Remote Sensing,2002, 6 (1):12鄄19.
参考文献:
[ 1 ]摇 陈一文. 对人类持续安全健康生存, 大气“氧气枯竭冶 造成比
“全球温室效应冶更为严重恶果. 中国人口·资源与环境,
2008, 18: 286鄄289.
[ 9 ] 摇 周后福. 气候变化对人体健康影响的综合指标探讨. 气候与
环境研究, 1999, 4(1): 121鄄126.
[10] 摇 孙家明. 八千万年前大气中的氧含量比现在高. 化石, 1988,
(3): 29鄄29.
[14] 摇 沈恂. 中国光生物学研究的历史回顾. 生物物理学报, 2010,
26(11): 942鄄949.
[20] 摇 吴中全. 氧气区域生态补偿及其模型构建研究 [D]. 成都:西
南大学, 2009.
[21] 摇 陈波, 卢山. 杭州西湖风景区绿地生态服务功能价值评估. 浙
江大学学报: 农业与生命科学版, 2009, 35(6): 686鄄690.
[22] 摇 张颖, 王群, 李边疆, 王万茂. 应用碳氧平衡法测算生态用地
需求量实证研究. 中国土地科学, 2007, 21(6): 23鄄28.
[23] 摇 彭江颖. 珠江三角洲植被对区域碳氧平衡的作用. 中山大学学
报: 自然科学版, 2003, 42(5): 105鄄108.
[24] 摇 管东生, 陈玉娟, 黄芬芳. 广州城市绿地系统碳的贮存鄄分布
及其在碳氧平衡中的作用. 中国环境科学, 1998, 18( 5):
437鄄441.
[25] 摇 马巾英,尹锴,吝涛. 城市复合生态系统碳氧平衡分析———以
沿海城市厦门为例. 环境科学学报, 2011, 31(8): 1808鄄1816.
[26] 摇 卢玲. 中国西部地区净初级生产力及碳循环研究 [D]. 北京:
中国科学院研究生院, 2003: 25鄄29.
[27] 摇 卢玲, 李新, Frank V. 中国西部地区植被净初级生产力的时
空格局. 生态学报, 2005, 25(5): 1026鄄1032.
[28] 摇 张冬有. 黑龙江省森林植被净初级生产力遥感估算研究 [D].
北京: 北京林业大学, 2009: 94鄄95.
[29] 摇 李景文. 黑龙江森林. 哈尔滨: 东北林业大学出版社, 1993.
[30] 摇 方修琦, 张学珍, 戴玉娟, 李蓓蓓, 侯光良. 1951—2005年中
国大陆冬季温度变化过程的区域差异. 地理科学, 2010, 30
(4): 571鄄576.
[31] 摇 黄治钟, 潘毅群. 一种基于统计的逐时太阳辐射数据计算方
法 / / 中国制冷学会 2008 年学术年会论文集. 北京: 中国建
筑出版社, 2008: 105鄄109.
[32] 摇 周淑贞, 张如一, 张超. 气象学与气候学. 北京: 高等教育出
版社, 2003: 156鄄156.
[33] 摇 阎坤. 60 年来大气中二氧化碳浓度数据的趋势方程研究. 地
球物理学进展, 2009, 24(5): 1665鄄1670.
[34] 摇 苏继申, 庄家尧, 顾叶, 闽俊杰. 南京市城市森林固碳制氧效
益研究. 林业科技开发, 2010, 24(3): 49鄄52.
[35] 摇 邓毅, 龚兆先. 城市生态公园使用功能总容量的计算方法研
究. 四川建筑科学研究, 2010, 36(3): 304鄄307.
[40] 摇 方精云, 刘国华, 徐嵩龄. 我国森林植被的生物量和净生产
量. 生态学报, 1996, 16(5): 497鄄508.
[41] 摇 周涛, 史培军, 孙睿, 王绍强. 气候变化对净生态系统生产力
的影响. 地理学报, 2004, 59(3): 357鄄365.
[42] 摇 张骏, 袁位高, 葛滢, 江波, 朱锦茹, 沈爱华, 常杰. 浙江省
生态公益林碳储量和固碳现状及潜力. 生态学报, 2010, 30
(14): 3839鄄3848.
[43] 摇 伍启杰. 从森林面积的考释看近代黑龙江省森林的变迁. 2006
年全国博士生学术论坛, 2006: 1621鄄1626.
[44] 摇 陈云浩, 李晓兵, 陈晋, 史培军. 1983—1992年中国陆地植被
NDVI演变特征的变化矢量分析. 遥感学报, 2002, 6( 1):
12鄄19.
144摇 2期 摇 摇 摇 张丽娟摇 等:黑龙江省 20世纪森林变化及对氧气释放量的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 34,No. 2 Jan. ,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Effects of soil texture on variations of paddy soil physical and chemical properties under continuous no tillage
GONG Dongqin,L譈 Jun (239)
………………………
………………………………………………………………………………………………………
Evaluation of the landscape patterns vulnerability and analysis of spatial correlation patterns in the lower reaches of Liaohe River
Plain SUN Caizhi, YAN Xiaolu,ZHONG Jingqiu (247)……………………………………………………………………………
Effects of light and dissolved oxygen on the phenotypic plasticity of Alternanthera philoxeroides in submergence conditions
XU Jianping, ZHANG Xiaoping, ZENG Bo, et al (258)
……………
……………………………………………………………………………
A review of the relationship between algae and bacteria in harmful algal blooms
ZHOU Jin, CHEN Guofu,ZHU Xiaoshan, et al (269)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Biodiversity and research progress on picophytoplankton in saline lakes WANG Jiali, WANG Fang (282)……………………………
Effects of ozone stress on major plant physiological functions LIE Ganwen, YE Longhua, XUE Li (294)……………………………
The current progress in rodents molecular phylogeography LIU Zhu, XU Yanchun, RONG Ke, et al (307)…………………………
The progress in ecosystem services mapping: a review ZHANG Liwei, FU Bojie (316)………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Growth, and cationic absorption, transportation and allocation of Elaeagnus angustifolia seedlings under NaCl stress
LIU Zhengxiang, ZHANG Huaxin, YANG Xiuyan, et al (326)
…………………
……………………………………………………………………
Leaf morphology and PS域chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Sinosenecio jishouensis in Different Habitats
XIANG Fen, ZHOU Qiang,TIAN Xiangrong, et al (337)
………………
…………………………………………………………………………
Response of change of wheat LAI measured with LAI鄄2000 to the radiance
WANG Yan, TIAN Qingjiu, SUN Shaojie, et al (345)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of K+ and Cr6+ on larval development and survival rate of the acorn barnacle Balanus reticulatus
HU Yufeng, YAN Tao, CAO Wenhao, et al (353)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata, adults in field LI Chao, PENG He, CHENG Dengfa, et al (359)……
Population, Community and Ecosystem
Seasonal variations in fish community structure in the Laizhou Bay and the Yellow River Estuary
SUN Pengfei, SHAN Xiujuan, WU Qiang, et al (367)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Variations in fish community structure and diversity in the sections of the central and southern Yellow Sea
SHAN Xiujuan, CHEN Yunlong, DAI Fangqun, et al (377)
……………………………
………………………………………………………………………
Research on the difference in eutrophication state and indicator threshold value determination among lakes in the Southern Jiangsu
Province, China CHEN Xiaohua, LI Xiaoping, WANG Feifei,et al (390)………………………………………………………
Effection of tidal creek system on the expansion of the invasive Spartina in the coastal wetland of Yancheng
HOU Minghang, LIU Hongyu, ZHANG Huabing (400)
…………………………
……………………………………………………………………………
The spatial and temporal variations of maximum light use efficiency and possible driving factors of Croplands in Jiangsu Province
KANG Tingting, GAO Ping, JU Weimin, et al (410)
……
………………………………………………………………………………
Simulation of summer maize yield influenced by potential drought in China during 1961—2010
CAO Yang,YANG Jie, XIONG Wei,et al (421)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
Forest change and its impact on the quantity of oxygen release in Heilongjiang Province during the Past Century
ZHANG Lijuan,JIANG Chunyan,MA Jun,et al (430)
……………………
………………………………………………………………………………
Soil macro鄄faunal guild characteristics at different successional stages in the Songnen grassland of China
LI Xiaoqiang, YIN Xiuqin, SUN Lina (442)
……………………………
………………………………………………………………………………………
Seasonal dynamics of soil microbial biomass in six forest types in Xiaoxing忆an Mountains, China
LIU Chun, LIU Yankun, JIN Guangze (451)
……………………………………
………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Variation of drought and regional response to climate change in Huang鄄Huai鄄Hai Plain XU Jianwen,JU Hui,LIU Qin,et al (460)…
Wind speed changes and its influencing factors in Southwestern China
ZHANG Zhibin,YANG Ying,ZHANG Xiaoping,et al (471)
…………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Characteristics of soil carbon density distribution of the Kobresia humilis meadow in the Qinghai Lake basin
CAO Shengkui, CHEN Kelong, CAO Guangchao, et al (482)
…………………………
……………………………………………………………………
Life cycle assessment of carbon footprint for rice production in Shanghai CAO Liming, LI Maobai, WANG Xinqi, et al (491)………
Research Notes
Seasonal changes of ground vegetation characteristics under artificial Caragana intermedia plantations with age in desert steppe
LIU Rentao, CHAI Yongqing, XU Kun, et al (500)
……
………………………………………………………………………………
The experimental study on trans鄄regional soil replacement JIN Yinghua,XU Jiawei,QIN Lijie (509)…………………………………
Sensitivity analysis of swat model on changes of landscape pattern: a case study from Lao Guanhe Watershed in Danjiangkou
Reservoir Area WEI Chong, SONG Xuan, CHEN Jie (517)………………………………………………………………………
625 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34 卷摇
《生态学报》2014 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 34 卷摇 第 2 期摇 (2014 年 1 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 34摇 No郾 2 (January, 2014)
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