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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 19 期摇 摇 2012 年 10 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国野生东北虎数量监测方法有效性评估 张常智,张明海,姜广顺 (5943)……………………………………
城市居民食物氮消费变化及其环境负荷———以厦门市为例 于摇 洋,崔胜辉,赵胜男,等 (5953)………………
珠江口水域夏季小型底栖生物群落结构 袁俏君,苗素英,李恒翔,等 (5962)……………………………………
2010 年夏季雷州半岛海岸带浮游植物群落结构特征及其与主要环境因子的关系
龚玉艳,张才学,孙省利,等 (5972)
……………………………
……………………………………………………………………………
阿根廷滑柔鱼两个群体间耳石和角质颚的形态差异 方摇 舟,陈新军,陆化杰,等 (5986)………………………
黄河三角洲滨海草甸与土壤因子的关系 谭向峰,杜摇 宁,葛秀丽,等 (5998)……………………………………
盘锦湿地净初级生产力时空分布特征 王莉雯,卫亚星 (6006)……………………………………………………
菜豆根瘤菌对土壤钾的活化作用 张摇 亮,黄建国,韩玉竹,等 (6016)……………………………………………
花生植株和土壤水浸液自毒作用研究及土壤中自毒物质检测 黄玉茜,韩立思,杨劲峰,等 (6023)……………
遮荫对金莲花光合特性和叶片解剖特征的影响 吕晋慧,王摇 玄,冯雁梦,等 (6033)……………………………
火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响 顾摇 韩,牟长城,张博文,等 (6044)……………
古尔班通古特沙漠南部植物多样性及群落分类 张摇 荣,刘摇 彤 (6056)…………………………………………
黄土高原樟子松和落叶松与其他树种枯落叶混合分解对土壤的影响 李摇 茜,刘增文,米彩红 (6067)………
长期集约种植对雷竹林土壤氨氧化古菌群落的影响 秦摇 华,刘卜榕,徐秋芳,等 (6076)………………………
H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 刘洪庆,车永梅,赵方贵,等 (6085)………………………………………
北京山区防护林优势树种分布与环境的关系 邵方丽,余新晓,郑江坤,等 (6092)………………………………
旱直播条件下强弱化感潜力水稻根际微生物的群落结构 熊摇 君,林辉锋,李振方,等 (6100)…………………
不同森林类型根系分布与土壤性质的关系 黄摇 林,王摇 峰,周立江,等 (6110)…………………………………
臭氧胁迫下硅对大豆抗氧化系统、生物量及产量的影响 战丽杰, 郭立月,宁堂原,等 (6120)…………………
垃圾填埋场渗滤液灌溉对土壤理化特征和草本花卉生长的影响 王树芹,赖摇 娟,赵秀兰 (6128)……………
稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响 郑建初,张岳芳,陈留根,等 (6138)………………
不同施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及 CO2 排放量的影响 张俊丽,高明博,温晓霞,等 (6147)…………
北方农牧交错区农业生态系统生产力对气候波动的响应———以准格尔旗为例
孙特生,李摇 波,张新时 (6155)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
辽宁省能源消费和碳排放与经济增长的关系 康文星,姚利辉,何介南,等 (6168)………………………………
基于 FARSITE模型的丰林自然保护区潜在林火行为空间分布特征 吴志伟,贺红士,梁摇 宇,等 (6176)……
不同后作生境对玉米地天敌的冬季保育作用 田耀加,梁广文,曾摇 玲,等 (6187)………………………………
云南紫胶虫种群数量对地表蚂蚁多样性的影响 卢志兴,陈又清,李摇 巧,等 (6195)……………………………
阿波罗绢蝶种群数量和垂直分布变化及其对气候变暖的响应 于摇 非,王摇 晗,王绍坤,等 (6203)……………
专论与综述
海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式 蒲新明,傅明珠,王宗灵,等 (6210)……………………………
海草场生态系统及其修复研究进展 潘金华,江摇 鑫,赛摇 珊,等 (6223)…………………………………………
水华蓝藻对鱼类的营养毒理学效应 董桂芳,解绶启,朱晓鸣,等 (6233)…………………………………………
环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响 江志坚, 黄小平,张景平 (6242)……………………
生态免疫学研究进展 徐德立,王德华 (6251)………………………………………………………………………
研究简报
喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因 宋摇 敏,彭晚霞,邹冬生,等 (6259)……………
准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨特征 吕朝燕,张希明,刘国军,等 (6270)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄10
封面图说: 岸边的小白鹭———鹭科白鹭属共有 13 种,其中有大白鹭、中白鹭、白鹭(小白鹭)、黄嘴白鹭等,体羽皆是全白,世通
称白鹭。 夏季的白鹭成鸟繁殖时枕部着生两条狭长而软的矛状羽,状若双辫,肩和胸着生蓑羽,冬季时蓑羽常全部
脱落,白鹭虹膜黄色,嘴黑色,脚部黑色,趾呈黄绿色。 小白鹭常常栖息于稻田、沼泽、池塘水边,以及海岸浅滩的红
树林里。 白天觅食,好食小鱼、蛙、虾及昆虫等。 繁殖期 3—7月。 繁殖时成群,常和其他鹭类在一起,雌雄均参加营
巢,次年常到旧巢处重新修葺使用。
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 32 卷第 19 期
2012 年 10 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 19
Oct. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:辽宁省教育厅科学研究一般项目(L2010226);教育部人文社会科学研究青年基金项目(10YJCZH156);教育部人文社会科学重点研究
基地项目(08JJD790142)
收稿日期:2011鄄08鄄29; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄01
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wlw9585@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201108291258
王莉雯,卫亚星.盘锦湿地净初级生产力时空分布特征.生态学报,2012,32(19):6006鄄6015.
Wang L W, Wei Y X. Variation analysis about net primary productivity of the wetland in Panjin region. Acta Ecologica Sinica,2012,32(19):6006鄄6015.
盘锦湿地净初级生产力时空分布特征
王莉雯1,2,3,*,卫亚星1,2,3
(1. 辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心,大连 摇 116029;
2. 辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室,大连摇 116029; 3. 辽宁师范大学城市与环境学院,大连摇 116029)
摘要:主要采用中巴地球资源卫星(CBERS)、合成孔径雷达(SAR)和数字高程模型(DEM)数据,通过主成分变换融合算法、分
类回归树 CART算法和混合像元分解模型结合神经网络算法,进行了盘锦湿地土地覆盖类型分类。 充分考虑湿地生态系统的
典型特征,将盐分胁迫因子作为估算湿地耐盐植被净初级生产力(NPP)的环境影响因子之一,构建了基于光能利用率和遥感数
据的湿地植被净初级生产力模型。 分析了盘锦湿地植被 NPP 的时空分布特征,并研究了盘锦湿地植被 NPP 对气温和降水的响
应特征。 结果表明:2009年盘锦市植被净初级生产力介于 0—1175 gC·m-2·a-1 之间,平均值为 553 gC·m-2·a-1。 盘锦市植被 NPP
空间分布规律呈东北向西南逐渐递增的趋势。 在湿地植被分类类型中,芦苇的单位面积平均 NPP 最高,达到 1016 gC·m-2·a-1。
2004—2009 年盘锦植被单位面积平均 NPP 值在缓慢上升,湿地已呈现缓慢恢复的趋势。 总体上气温对盘锦湿地主要植被类型
芦苇月平均 NPP 的影响要强于降水。 2004—2009 年降水对盘锦地区植被年平均 NPP 的影响强于气温。
关键词:湿地;净初级生产力;遥感;盘锦
Variation analysis about net primary productivity of the wetland in Panjin region
WANG Liwen1,2,3,*, WEI Yaxing1,2,3
1 Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
2 Liaoning Key Laboratory of Physical Geography and Geomatics, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
3 College of Urban and Environmental Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
Abstract: In this paper, in order to improve wetland classification precision, firstly extracted wetland type, then classified
other land cover type, by these two steps fulfilled land cover type classification in study area. Using hydrological and
topographic parameter data, SAR data, and CBERS data to fusion by adopting principal component transform algorithm,
and adopting classification regression tree CART algorithm to construct decision tree, extracted the wetland type in study
area. Adopting mixed pixel decomposed model combined with neutral network method, classified other land cover types in
study area. After adequately considering wetland ecosystem representative feature, in our paper, constructed wetland
vegetation net primary productivity model based on light use efficiency and remote sensing data. Genetic algorithm was
adopted to confirm max value of maximum light use efficiency model. Linear method was adopted to calculate FPAR value
from NDVI value. Terrestrial ecological model was adopted to calculate temperature stress factor. Simpler evaporating ratio
was adopted to calculate moisture stress factor. By establishing quantitative relationship between spectral feature band and
land surface parameter, estimated salinity stress factor of wetland salt鄄resistant vegetation. Spatio鄄temporal distribution
feature of Panjin wetland vegetation NPP was analyzed. According to observed data of temperature and precipitation from
weather stations in study area in 2004—2009, separately analyzed correlation relationship between temperature and
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precipitation with month average NPP of main vegetation type reed in Panjin wetland during growth season, as well as
correlation relationship between temperature and precipitation with annual average NPP of Panjin vegetation in 2004—
2009, acquired respond trend of wetland vegetation NPP towards temperature and precipitation. Results showed: wetland
area in Panjin (including water body, wet meadow, saline seepweed, paddy, reed, and pond, which were classified in this
paper) about account for 77. 2% of total area of Panjin City. Main vegetation in Panjin wetland coved ( including wet
meadow, Saline Seepweed, paddy, and reed, which were classified in this paper) about 51. 6% area of Panjin City. In
2004—2009, among different land cover types of wetland, the area of water body and wet meadow is decreasing, and the
area of paddy, reed, saline seepweed, and pond is obviously increasing. Among these land cover types, the increased area
of paddy is the biggest (155. 19 km2), followed by saline seepweed (24. 18 km2), pond (21. 50 km2), and reed (10. 75
km2). Slowly recovery trend has appeared in Wetland. In 2009, vegetation net primary productivity in Panjin City is
between 0—1175 gC·m-2·a-1, and average value is 553 gC·m-2·a-1 . In general, spatial distribution of vegetation NPP in
Panjin City show gradually increased trend from northeast to southwest. The high value region of vegetation NPP mainly
concentrate in Shuangtaizi River, and Big Liao River watershed, where reed and paddy widely spreaded. Among different
wetland vegetation types, average NPP in unit area of reed is the highest, up to 1016 gC·m-2·a-1, thereafter is paddy (464
gC·m-2·a-1 ), saline seepweed (377 gC·m-2·a-1 ), and wet meadow (357 gC·m-2·a-1 ). From 2004 to 2009 average
vegetation NPP value in unit area in Panjin region is slowly rising. Among them average vegetation NPP in unit area of
Panjin City is the biggest in 2009, up to 553 gC·m-2·a-1, and the average NPP value is the smallest(511 gC·m-2·a-1) in
2007. In general the influence of temperature to NPP of reed which is the main vegetation type in Panjin wetland is greater
than precipitation. With month forward, correlation relationship between NPP with temperature and precipitation is
gradually decreasing. In 2004—2009 the influence of precipitation to annual average vegetation NPP in Panjin region is
greater than temperature.
Key Words: wetland; net primary productivity; remote sensing; Panjin
湿地是地球上最具生产力的生态系统之一,也是最富生物多样性的生态系统之一,它不仅能为人类的生
产、生活提供多种资源,同时还具有很高的经济价值、独特的环境调节功能和生态效益[1鄄4]。 由于近几十年来
人类活动日益频繁,使得我国湿地资源急剧减少,以有效监测与合理保护湿地为目的的湿地监测及其相关研
究已成为湿地研究领域的一个重要研究方向[5鄄8]。
目前国内外湿地生产力研究普遍都采用了遥感技术[9鄄14]。 但是,近年来对湿地生产力的研究主要集中在
对湿地植被生物量的估算上,而对湿地植被 NPP 的研究多出现在大尺度区域对多种地表植被覆盖类型 NPP
的粗略估算上,这些研究大都将湿地划分为一个类,没有进一步考虑湿地具体的植被组成状况和水文生态环
境特点。 因此需要根据具体的水文生态环境特点,改进湿地主要植被 NPP 的估算方法,以提高湿地植被 NPP
的估算精度。
本文为了提高湿地分类精度,先提取了湿地分类类型,再进行其他土地覆盖类型分类。 将水文地形参量
数据、SAR数据与 CBERS数据采用主成分变换算法进行融合,再采用分类回归树 CART算法构建的决策树进
行研究区湿地分类类型提取。 在此基础上,充分考虑湿地生态系统的典型特征,构建了基于光能利用率和遥
感数据的湿地植被净初级生产力模型。
1摇 研究区概况
盘锦湿地地处 40毅39忆—41毅27忆N,121毅25忆—122毅31忆E,位于辽河三角洲核心位置,代表着整个辽河三角洲
的总体特征。 它濒临渤海湾,属于暖温带大陆性半湿润季风气候,年平均气温 8. 6 益,年降水量为 611. 6—
640. 0 mm。 该地区在大辽河、双台子河、大凌河等河流和海洋的交互作用下形成了面积巨大的湿地生态系
统。 土壤有草甸土、盐土、沼泽土、水稻土等类型。 土壤质地以壤性土分布最广,土壤中盐分含量呈现从沿海
7006摇 19 期 摇 摇 摇 王莉雯摇 等:盘锦湿地净初级生产力时空分布特征 摇
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向内陆递减的趋势。 湿地植被主要有芦苇、翅碱蓬等天然湿地植物群落,以及水稻田、虾蟹田等人工湿地类
型。 盘锦市是全国最大湿地之一,是亚洲第二大的芦苇生产基地,也是辽宁主要商品粮的优质大米出口
基地[15]。
2摇 数据来源与预处理
2. 1摇 遥感数据
采用的 CBERS 数据是由中国资源卫星应用中心提供的 CCD 图像数据,空间分辨率为 20m,时相为
2004—2009 年。 本文选取的 CBERS 影像覆盖了盘锦湿地区域,轨道号分别为 368 / 54、369 / 54。 研究采用
ENVI软件的 FLAASH模块,对 CBERS影像进行了大气校正。 从研究区 1 颐10000 地形图上选取了 30 个地面控
制点,采用二次多项式模型和双线性内插法,对图像进行了几何精校正和配准。
本文采用的 SAR数据是由中国科学院对地观测与数字地球科学中心的对地观测数据共享计划所支持的
ERS2 影像数据,分别为 2006 年 5 月 10 日、2007 年 8 月 8 日、2008 年 8 月 27 日、2009 年 9 月 16 日 4 个时相数
据,所选图像覆盖了研究区盘锦湿地。 ERS2 SAR数据空间分辨率为 12. 5 m伊12. 5 m,工作波段为 C 波段,极
化方式为 VV极化。 以配准好的相近时相 CBERS图像为基准影像,对各个时相的 SAR影像进行几何精校正
和配准。
研究使用的 DEM数据是全球 GDEM 30 m数字高程数据,来自于中国科学院计算机网络信息中心国际科
学数据服务平台。 ASTER GDEM的垂直精度为 20 m,水平精度为 30 m。
2. 2摇 气象数据
研究使用的 2004—2009 年降水量、平均气温、日照时数、气压、平均风速、平均空气相对湿度等气象数据,
来自盘锦地区的大洼、盘锦、盘山气象观测台站的观测数据。
2. 3摇 野外实验数据
实验时间选在 8 月份(盘锦湿地植被生长状况最好的季节)进行,植被实验对象为湿地主要植被类型芦
苇(Phragmites communis)、水稻、翅碱蓬(Suaeda heteroptera)等。 实验使用的仪器包括 LAI鄄 2000 叶面积指数
仪、ASD便携式光谱仪、LI鄄6400 便携式光合仪、GPS、数字式热偶点温计和 SUNSCAN 冠层分析仪。 采样点的
布设依据遥感影像解译、土壤类型、植被类型等因素确定。 实验观测内容主要包括光能利用率、大气温度、地
表温度、相对空气湿度、光合有效辐射、FPAR(由测量数据计算获得)、叶面积指数、光谱数据等。 同时,记录
了采样点经纬度坐标,采集土壤和植株样本,记录植被类型和植被覆盖状况。 将采集的样本带回实验室,测定
土壤含盐量和植株鲜干生物量。
3摇 研究方法
3. 1摇 湿地土地覆盖分类方法
本文参照了《湿地公约》分类系统[16],采用了 CBERS、SAR 和 DEM 数据。 为了提高湿地分类精度,本研
究按先提取湿地分类类型、再进行其他土地覆盖类型分类这两个步骤,完成研究区的土地覆盖类型分类。
研究区湿地分类方法:首先,基于水文信息是湿地识别的重要特征,采用 ArcGIS 水文分析模块的模拟结
果生成水文地形参量数据。 该模块的数据源主要是 DEM数据,利用水文分析工具提取水流方向(基于 D8 算
法)、汇流累积量。 其次,将水文地形参量数据、SAR数据与 CBERS 数据采用主成分变换算法进行融合,取第
一主成分,做纹理分析。 计算得到的反映纹理特征的均值、方差、均匀度、对比度、非相似度、熵、角二阶矩、相
关度,作为特征因子。 连同 CBERS多光谱波段、SAR数据和 DEM数据,也作为湿地识别与提取的特征层。 最
后,在实地考察和 google earth遥感图像作参考的基础上,在 ENVI软件中,利用 ROI工具分别选取各湿地分类
类型的样点数据,计算样点数据在各个特征层上的统计数据,利用分类回归树 CART 算法构建的决策树进行
研究区湿地分类类型提取。
研究区其他土地覆盖类型分类方法:首先,将分类得到的湿地类型在融合后图像上做掩膜处理。 其次,为
解决混合像元的存在而导致图像分类精度不高的问题,采用混合像元分解模型结合神经网络法。 由融合后图
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像的散点图得到水体、植被、建设用地和裸地三大类的光谱特征端元。 再由图像中混合像元反射率和各端元
在各波段的反射率通过混合像元分解方程可获得各组分丰度的分类特征,将混合像元归到组分丰度最大的一
类中。 最后,采用监督分类方法,将植被大类进一步分为旱地、林地和草地,另外对建设用地和裸地大类进行
细分。
3. 2摇 湿地植被 NPP 估算
最初由 Monteith提出的原理认为在水分充足、温度适合的条件下,植被的 NPP 与它所吸收的太阳能量线
性相关,并进一步提出了光能利用效率模型概念[17]。 基于此理论,在充分考虑湿地生态系统典型特征的基础
上,本文构建了基于光能利用率和遥感数据的湿地植被净初级生产力模型:
NPP = 着max 伊 PAR 伊 FPAR 伊 T 伊 W 伊 S
式中, 着max 为最大光能利用率,单位为 gC / MJ;PAR为光合有效辐射,单位为 MJ / m2;FPAR为植被层对入
射光合有效辐射(PAR)的吸收分量,无量纲;T 为温度胁迫因子,无量纲;W 为水分胁迫因子,无量纲;S 为盐
分胁迫因子,无量纲。
3. 2. 1摇 最大光能利用率估算
植被最大光能利用率是指植被在没有任何限制性的理想条件下对光合有效辐射的利用率,不同植被类型
的光能利用率具有明显的差异。 如果通过野外实验和文献资料能够确定相应植被类型的 NPP、PAR、FPAR、
T、W、S数值,那么可以估算出该植被类型最大光能利用率的取值:
着max =
NPP
PAR 伊 FPAR 伊 T 伊 W 伊 S
本文采用遗传算法来确定上式估算最大光能利用率模型的最大值。 遗传算法是一种通过模拟自然进化
过程搜索最优解的方法,研究选用了 MATLAB软件来实现。 程序取运算精度为 0. 0001,初始种群为 50,进化
代数为 45,交配概率为 0. 90,变异概率为 0. 09。
3. 2. 2摇 PAR估算
依次计算大气上界太阳辐射、陆表太阳辐射,再计算陆表太阳辐射中 0. 4—0. 7滋m波长的辐照强度,即为
PAR值[18鄄19]。
3. 2. 3摇 FPAR估算
本文根据 NDVI 值采用线性方法计算 FPAR 值。 NDVI 的最低值取 0. 05,是因为裸露土壤的平均 NDVI
值为 0. 05。 而 NDVI的最高值取 0. 63,是因为在生长季湿地内芦苇生长最为茂密,其 NDVI值最高可达 0. 63。
NDVI值为 0. 05 时,植被对光合有效辐射的吸收比例为 0% ;NDVI值为 0. 63 时,植被对光合有效辐射的吸收
比例为 96% 。 具体 FPAR的计算公式如下:
FPAR=1. 69伊NDVI-0. 08
3. 2. 4摇 温度胁迫因子估算
本研究采用陆地生态模型中的方法来计算温度胁迫因子[20]:
Ts =
(T - Tmin)(T - Tmax)
(T - Tmin)(T - Tmax) - (T - Topt) 2
式中,T为大气温度,Tmin、Topt 和 Tmax 分别为光合作用的最低、最适和最高温度。 如果大气温度低于 Tmin 或高
于 Tmax,将 Ts 定为 0。 在本研究中,Tmin 和 Tmax 分别被定为 0 和 37益。 同时,假设植物已经适应了其所生长的
环境的温度,Topt 可定为生长季的长期平均温度。
3. 2. 5摇 水分胁迫因子估算
湿地环境是由湿地水分、湿地生物地球化学和生物对环境的适应和改造而形成的,湿地水分条件从根本
上控制着湿地的物质循环和能量平衡[21]。 湿地有着不同于森林、荒漠等生态系统的特点,表现在湿地生态系
统地表状态复杂,存在干燥、湿润或过湿状态的空间和时间分布差异。 因此,采用传统的水分胁迫因子计算方
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法,难以适合有着特殊水文生态环境的湿地来估算水分对 NPP 的影响。 本文采用较为简单易行的蒸发比
(EF)来计算水分胁迫因子[22鄄24]:
EF = 1
茁 + 1
式中, 茁为波文比,其值等于感热通量与潜热通量的比值。
3. 2. 6摇 盐分胁迫因子估算
本文采用建立光谱特征波段与地表参数的定量关系的方法来实现。 具体步骤是:在研究区内采集土壤样
本并同时测量土壤的光谱数据,采集的样本采用常规分析法确定土壤各离子组成,计算出相应的土壤盐分含
量。 找出土壤盐分含量的敏感波段范围,发现 CBERS的 Band1 和 Band2 波段与土壤盐分含量变化相关性强,
因此建立了 Band1、Band2 反射率数据与土壤盐分含量数据的线性回归方程。 最后,计算土壤盐分含量与耐盐
植被的耐盐能力值的偏移程度,即为盐分胁迫因子。
3. 3摇 湿地植被 NPP 对气温降水的响应
气候变化对湿地生态系统具有显著影响,气候因子与植被 NPP 的相关关系也一直受到诸多研究的关注。
本文根据研究区气象台站提供的 2004—2009 年气温和降水量的观测数据,分别对盘锦湿地主要植被类型芦
苇生长季内的月平均 NPP 与气温和降水的相关关系,以及 2004—2009 年盘锦植被年平均 NPP 与气温和降水
的相关关系进行了分析,以获得湿地植被 NPP 对气温和降水的响应趋势。
4摇 结果与分析
图 1摇 2009 年盘锦市土地覆盖分类图
Fig. 1摇 Land cover map of Panjin Prefecture in 2009
4. 1摇 湿地土地覆盖分类结果
2009 年盘锦市土地覆盖分类结果如图 1 所示。 盘
锦湿地面积(包括本文分类结果中的水体、湿草甸、翅
碱蓬、水稻、芦苇和养殖塘) 约占盘锦市总面积的
77郾 2% 。 盘锦湿地主要植被覆盖面积(包括本文分类
结果中的湿草甸、翅碱蓬、水稻和芦苇)约占盘锦市总
面积的 51. 6% 。 其中, 水稻覆盖面积比例最大
(29郾 0% ),其后依次为芦苇(20. 2% )、翅碱蓬(1. 4% )、
湿草甸(1郾 0% )。 由图 1 可知,盘锦湿地主要植被空间
分布特征是:淤芦苇主要分布于大辽河流域的张家塘、
碾房、林苇、荣滨、辽河地区,双台子河流域的赵圈河乡、
兴海、兴隆台区、东郭镇地区,饶阳河流域的羊圈子镇地
区等;于翅碱蓬普遍分布于盐度较高的潮滩上,尤其是
滨海潮沟两侧更适宜生长,主要集中在双台子河口左岸
接官厅至二界沟、双台子河口右岸三道沟等处;盂湿草
甸多分布于盘锦市境内双台子河、大辽河、饶阳河等河流的河漫滩,以及地势低洼的沟谷处;榆水稻种植地主
要集中在大洼县,其次为盘山县,兴隆台区和双台子区的水稻种植面积较少。
2004 年与 2009 年盘锦市土地覆盖分类结果对比表明(表 1):非湿地分类类型中,草地和旱地所占面积有
所减少,减少量分别为 12. 55 km2 和 24. 37 km2,而建设用地和林地所占面积增加量分别为 7. 32 km2 和 22. 5
km2。 建设用地以市区为中心在不断扩张,呈现放射状零星分布。 这是因为人口数量的急剧增加,随之带来
了村镇居民用地的扩展、高速公路的兴建和石油开采的增多所致。 在湿地分类类型中,水体和湿草甸所占面
积在减小,变化量分别为 195. 68 km2 和 8. 84 km2。 水稻、芦苇、翅碱蓬和养殖塘的面积都明显增加。 水稻作
为一种人工湿地类型,面积增加量最大,达到 155. 19 km2。 近年来保护措施的实施和人工种植的增多,使得
翅碱蓬的面积增加量居于其次(24. 18 km2)。 其后分别为养殖塘(21. 50 km2)和芦苇(10. 75 km2)。 由此可
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见,随着双台子河口国家自然保护区的建立、湿地保护对策的制定和湿地保护意识的增强,湿地已呈现缓慢恢
复的趋势。
4. 2摇 湿地 NPP 时空分布特征
4. 2. 1摇 湿地植被 NPP 的空间分布
2009 年盘锦市植被 NPP 的空间分布见图 2。 统计结果表明,2009 年盘锦市植被净初级生产力介于 0—
1175 gC·m-2·a-1 之间,平均值为 553 gC·m-2·a-1。 总体来看,盘锦市植被 NPP 空间分布规律呈东北向西南逐
渐递增的趋势。 植被 NPP 值高的区域主要集中在双台子河、大辽河流域广泛分布芦苇和水稻的区域,包括兴
隆台区、赵圈河乡、东郭镇、羊圈子镇、唐家乡、西安镇等区域。 需要注意的是,在双台子河口国家自然保护区
内植被 NPP 值较高,一般在 490—950 gC·m-2·a-1 之间。 这反映出在该区域内由于保护措施的实施,广泛分布
的湿地植被生长状况较好。
表 1摇 研究区土地覆盖分类结果统计表
Table 1 摇 Statistic table of land cover classification results in study
region摇
代码
Code
植被类型
Vegetation types
面积 Area / km2
2004 年 2009 年
1 水体 1109. 65 913. 97
2 湿草甸 48. 09 39. 25
3 草地 57. 92 45. 37
4 翅碱蓬 34. 21 58. 39
5 林地 68. 19 75. 51
6 水稻 1023. 43 1178. 62
7 芦苇 812. 73 823. 48
8 旱地 185. 78 161. 41
9 建设用地 622. 47 644. 97
10 养殖塘 108. 63 130. 13
图 2摇 2009 年盘锦市植被 NPP空间分布
Fig. 2 摇 Spatial distribution map of vegetation NPP in Panjin
Prefecture in 2009
图 3 显示了盘锦市各种植被类型 NPP 及其总量的分布特征。 非湿地植被分类类型中,单位面积平均
NPP 最高的为林地(812 gC·m-2·a-1),其次为旱地(623 gC·m-2·a-1),再次为草地(304 gC·m-2·a-1)。 在湿地植
被分类类型中,芦苇的单位面积平均 NPP 最高,达到 1016 gC·m-2·a-1。 其后,依次为水稻(464 gC·m-2·a-1)、
翅碱蓬(377 gC·m-2·a-1)、湿草甸(357 gC·m-2·a-1)。 NPP 总量为各种植被类型的单位面积平均 NPP 乘以它
们各自所占的面积。 2009 年 NPP 总量最大的为芦苇(0. 84 TgC / a)(1Tg=1012g),其次为水稻(0. 55 TgC / a)。
其后依次为旱地(0. 10 TgC / a)、林地(0. 06 TgC / a)、翅碱蓬(0. 02 TgC / a)、湿草甸和草地(均为 0. 01 TgC / a)。
整个湿地生态系统(包括本文分类结果中的湿草甸、翅碱蓬、水稻和芦苇)的年 NPP 总量为 1. 42 TgC / a,约占
2009 年盘锦市 NPP 总量的 89. 3% 。 由此可见,湿地生态系统在区域生态中蕴含高份额的能量,是盘锦地区
最富生产力的生态系统。
4. 2. 2摇 湿地植被 NPP 的时相变化
盘锦湿地主要植被类型芦苇在生长季的 NPP 变化如图 4 所示。 4—9月为盘锦湿地植被的生长季。 4 月
是芦苇刚萌发新芽开始生长的时期。 2009 年 4 月的芦苇平均 NPP 值较高,达到了 149 gC / m2,比 5 月份芦苇
平均 NPP 值高出了 12 gC / m2。 主要因为这一年与往年相比平均降水量显著增大,充沛的降水量提供了芦苇
快速生长的有利水分条件。 6—7月水分和光热条件充分保证的情况下,是芦苇生长最为快速的时期,其中 6
月份芦苇平均 NPP 值迅速增加至 207 gC / m2。 而 7 月份芦苇群落株高达到最高,平均 NPP 值也达到了最大
值,为 236 gC / m2。 7 月之前芦苇光合作用产物主要分配在地上部分。 7 月之后芦苇叶片的脱落使单株叶重
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图 3摇 2009 年盘锦市各植被类型的 NPP及其总量
摇 Fig. 3 摇 NPP and its gross of various vegetation type in Panjin
Prefecture in 2009
逐渐降低,而且单位面积内芦苇株数也在减少,芦苇营
养生长缓慢,芦苇的 NPP 值迅速下降并趋于稳定。 8
月芦苇平均 NPP 为 120 gC / m2。 8—9月芦苇的光合产
物一部分用于抽穗,一部分向地下转移。 9 月之后光合
作用产物主要向地下部分分配,有助于营养物质的贮
存,以干物质的形式储存用于第 2 年萌发。 9 月芦苇平
均 NPP 迅速降至 98 gC / m2。 可以看出,生长季是芦苇
NPP 的主要积累期,这 6 个月的 NPP 占了年度 NPP 总
量的 93. 2% 。
图 4 显示了盘锦湿地主要植被类型翅碱蓬 NPP 的
生长季变化情况。 普遍生长在盘锦海岸带滩涂上的翅碱蓬生育期主要在 4—9月的生长季。 4 月份平均气温
达 10 益,10 cm土温稳定在 9 益时,翅碱蓬开始出苗生长,进入幼苗期,此时平均 NPP 为 51 gC / m2。 在进入 5
月后植株开始出现分枝,这时地温回升加快,营养生长速度也加快,但由于相比 2009 年 4 月降水量的降低,当
月翅碱蓬平均 NPP 也略有降低,为 40 gC / m2。 6—7月是翅碱蓬生长最快时期,6 月翅碱蓬平均 NPP 快速增
长至 74 gC / m2。 7 月翅碱蓬平均 NPP 达到最大值(82 gC / m2)。 8 月翅碱蓬生长速度明显下降,平均 NPP 仅
为 39 gC / m2。 8 月末至 9 月上中旬翅碱蓬开花,进入生殖生长期,此时营养生长较为缓慢,平均 NPP 约为 34
gC / m2。 4—9月的生长季,翅碱蓬 NPP 的积累量占了年度 NPP 总量的 84. 8% 。
图 4摇 盘锦湿地主要植被类型芦苇、翅碱蓬生长季内的 NPP变化
摇 Fig. 4 摇 NPP variation of main vegetation type Phragmites
communis and Suaeda heteroptera in growth season in
Panjin wetland
本文采用所构建的湿地植被 NPP 估算模型,得到
了 2004—2009 年盘锦市植被 NPP 的统计值(表 2)。
2009 年盘锦市植被单位面积平均 NPP 最大,达到 553
gC·m-2·a-1。 2007 年 NPP 平均值最小(511 gC·m-2·
a-1),可能受降水量较低的影响,2007 年全年降水量总
合只达到 508 mm,约低于 6a 平均降水量 100 mm。 总
体来看,6a以来研究区植被单位面积平均 NPP 值在缓
慢上升。 基于表 2 中的 NPP 数据,采用统计软件绘制
折线图,得到的图表也清晰地表明一个上升的趋势。 在
图表中添加线性趋势线,得到该趋势线的回归公式为
y = 6. 257x + 505. 6。
表 2摇 2004—2009 年盘锦市植被 NPP统计值
Table 2摇 Statistic value of vegetation NPP in Panjin Prefecture in 2004—2009
年份
Year
最小值 / (gC·m-2·a-1)
Minimum
最大值 / (gC·m-2·a-1)
Maximum
平均值 / (gC·m-2·a-1)
Mean
标准差
Standard deviation
2004 0 998 520 312
2005 0 993 518 281
2006 0 1006 523 294
2007 0 982 511 279
2008 0 1103 540 309
2009 0 1175 553 318
4. 3摇 湿地植被 NPP 对气温和降水的响应特征
对盘锦湿地主要植被类型芦苇在生长季内的月平均 NPP 与当月平均气温和降水进行相关分析表明(图
5),总体上盘锦地区气温对芦苇 NPP 的影响要强于降水。 并且随着月的推进,NPP 与气温和降水的相关系数
在逐渐减少。 这一结论与我国东部地区的研究结论不尽相同[25],可能受湿地生态系统独特的水文周期的影
2106 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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响。 5 月芦苇月平均 NPP 与气温的相关系数最大(0. 81),在 9 月份二者的相关系数最小(0. 40)。 芦苇月平
均 NPP 与降水相关系数的最大值出现在 4 月份(0. 70),二者相关系数的最小值出现在 8 月份(0. 39)。
图 6 显示了 2004—2009 年盘锦植被年平均 NPP 与当年气温和降水的相关系数。 从图中可以看出,降水
对盘锦地区植被年平均 NPP 的影响强于气温。 2007 年盘锦植被平均 NPP 与降水的相关系数最大(0. 78),
2005 年二者的相关系数最小(0. 55)。 盘锦植被平均 NPP 与气温的最大相关系数是 2007 年的 0. 71,二者的
最小相关系数是 2006 年的 0. 48。
摇 图 5摇 盘锦湿地主要植被类型芦苇生长季内的月平均 NPP 与气
温和降水的相关系数
Fig. 5 摇 The correlation coefficient between monthly mean NPP
and temperature & precipitation for the reed that is the main
vegetation type in Panjin wetland during growth season
摇 图 6摇 2004—2009 年盘锦植被 NPP与气温和降水的相关系数
Fig. 6 摇 The correlation coefficient between vegetation NPP in
Panjin and temperature & precipitation in 2004—2009
5摇 结论与讨论
(1)盘锦湿地面积约占盘锦市总面积的 77. 2% ,盘锦湿地主要植被覆盖面积约占盘锦市总面积的
51郾 6% 。 2004—2009 年在湿地分类类型中,水体和湿草甸所占面积在减小,水稻、芦苇、翅碱蓬和养殖塘的面
积都明显增加,湿地已呈现缓慢恢复的趋势。
(2)2009 年盘锦市植被净初级生产力介于 0—1175 gC·m-2·a-1 之间,平均值为 553 gC·m-2·a-1。 总体来
看,盘锦市植被 NPP 空间分布规律呈东北向西南逐渐递增的趋势。 在湿地植被分类类型中,芦苇的单位面积
平均 NPP 最高,达到 1016 gC·m-2·a-1。
(3)2004—2009 年盘锦植被单位面积平均 NPP 值在缓慢上升。 其中,2009 年盘锦市植被单位面积平均
NPP 最大,达到 553 gC·m-2·a-1,2007 年 NPP 平均值最小(511 gC·m-2·a-1)。
(4)总体上气温对盘锦湿地主要植被类型芦苇 NPP 的影响要强于降水。 并且随着月的推进,NPP 与气
温和降水的相关系数在逐渐减少。 2004—2009 年降水对盘锦地区植被年平均 NPP 的影响强于气温。
将合成孔径雷达 SAR数据与多光谱 CBERS数据融合,可以充分将它们各自在湿地植被信息分析中的优
点结合起来。 CBERS图像的第四(0. 77—0. 89滋m)波段较图像的其它短波段来说受大气影响较轻,并且对植
被及其含水量、水体检测效果较好的特性,使它对湿地植被的分析是比较有利的。 合成孔径雷达 SAR 是
CBERS数据的极好补充信息源,SAR 对含水量和地表物质纹理敏感,能够提供更多地形特征。 一些研究表
明,C波段 VV极化雷达数据适合探测以草本植被为主的湿地地区。 另外,湿地的水文特征至关重要,它的变
化会引起湿地生态系统结构、功能以及生态特征发生改变。 因此,在雷达数据与光学数据融合的过程中,将水
文地形参量作为多源数据之一引入融合算法中。 总之,这些技术在本文湿地分类方法中的采用,可以增强对
湿地植被类型的识别能力,提高湿地的分类精度,取得最佳的监测效果。
根据研究区盘锦湿地主要植被类型芦苇沼泽群落、翅碱蓬群落等的耐盐特点,将盐分胁迫因子作为这些
耐盐植被光能利用率的环境影响因子之一。 在此基础上构建的基于光能利用率的盘锦湿地 NPP 遥感估算模
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型,能够充分考虑研究区湿地生态系统的典型特点,因此提高了盘锦湿地 NPP 的估算精度。
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5106摇 19 期 摇 摇 摇 王莉雯摇 等:盘锦湿地净初级生产力时空分布特征 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 19 October,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Assessment of monitoring methods for population abundance of Amur tiger in Northeast China
ZHANG Changzhi, ZHANG Minghai, JIANG Guangshun (5943)
…………………………………………
…………………………………………………………………
Changes of residents nitrogen consumption and its environmental loading from food in Xiamen
YU Yang,CUI Shenghui,ZHAO Shengnan, et al (5953)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Analysis of the meiobenthic community in the Pearl River Estuary in summer
YUAN Qiaojun, MIAO Suying, LI Hengxiang, et al (5962)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Community characteristics of phytoplankton in the coastal area of Leizhou Peninsula and their relationships with primary environ鄄
mental factors in the summer of 2010 GONG Yuyan, ZHANG Caixue, SUN Xingli, et al (5972)………………………………
Morphological differences in statolith and beak between two spawning stocks for Illex argentinus
FANG Zhou, CHEN Xinjun, LU Huajie, et al (5986)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Relationships between coastal meadow distribution and soil characteristics in the Yellow River Delta
TAN Xiangfeng, DU Ning, GE Xiuli, et al (5998)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Variation analysis about net primary productivity of the wetland in Panjin region WANG Liwen, WEI Yaxing (6006)………………
Mobilization of potassium from Soils by rhizobium phaseoli ZHANG Liang, HUANG Jianguo, HAN Yuzhu, et al (6016)……………
Autotoxicity of aqueous extracts from plant, soil of peanut and identification of autotoxic substances in rhizospheric soil
HUANG Yuqian, HAN Lisi, YANG Jinfeng, et al (6023)
……………
…………………………………………………………………………
Effects of shading on the photosynthetic characteristics and anatomical structure of Trollius chinensis Bunge
LV Jinhui,WANG Xuan, FENG Yanmeng, et al (6033)
…………………………
……………………………………………………………………………
Short鄄term effects of fire disturbance on greanhouse gases emission from hassock and shrubs forested wetland in Lesser Xing忆an
Mountains, Northeast China GU Han,MU Changcheng, ZHANG Bowen, et al (6044)…………………………………………
Plant species diversity and community classification in the southern Gurbantunggut Desert ZHANG Rong, LIU Tong (6056)…………
Effects of mixing leaf litter from Pinus sylvestris var. mongolica and Larix principis鄄rupprechtii with that of other trees on soil
properties in the Loess Plateau LI Qian,LIU Zengwen,MI Caihong (6067)………………………………………………………
Effects of long鄄term intensive management on soil ammonia oxidizing archaea community under Phyllostachys praecox stands
QIN Hua, LIU Borong, XU Qiufang, et al (6076)
…………
…………………………………………………………………………………
Hydrogen peroxide participates symbiosis between AM fungi and tobacco plants
LIU Hongqing,CHE Yongmei, ZHAO Fanggui, et al (6085)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between dominant arbor species distribution and environmental factors of shelter forests in the Beijing mountain
area SHAO Fangli, YU Xinxiao, ZHENG Jiangkun, et al (6092)…………………………………………………………………
Analysis of rhizosphere microbial community structure of weak and strong allelopathic rice varieties under dry paddy field
XIONG Jun, LIN Huifeng, LI Zhenfang, et al (6100)
……………
……………………………………………………………………………
Root distribution in the different forest types and their relationship to soil properties
HUANG Lin, WANG Feng, ZHOU Lijiang,et al (6110)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of silicon application on antioxidant system, biomass and yield of soybean under ozone pollution
ZHAN Lijie, GUO Liyue, NING Tangyuan, et al (6120)
………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of landfill leachate irrigation on soil physiochemical properties and the growth of two herbaceous flowers
WANG Shuqin,LAI Juan,ZHAO Xiulan (6128)
………………………
……………………………………………………………………………………
Nitrous oxide emissions affected by tillage measures in winter wheat under a rice鄄wheat rotation system
ZHENG Jianchu, ZHANG Yuefang, CHEN Liugen, et al (6138)
………………………………
…………………………………………………………………
Effects of different fertilizers on soil enzyme activities and CO2 emission in dry鄄land of maize
ZHANG Junli, GAO Mingbo, WEN Xiaoxia,et al (6147)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
The response of agro鄄ecosystem productivity to climatic fluctuations in the farming鄄pastoral ecotone of northern China: a case
study in Zhunger County SUN Tesheng, LI Bo, ZHANG Xinshi (6155)…………………………………………………………
The relationship between energy consumption and carbon emissiont with economic growth in Liaoning Province
KANG Wenxing,YAO Lihui,HE Jienan,et al (6168)
………………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution characteristics of potential fire behavior in Fenglin Nature Reserve based on FARSITE Model
WU Zhiwei, HE Hongshi, LIANG Yu, et al (6176)
……………………
………………………………………………………………………………
Chill conservation of natural enemies in maize field with different post鄄crop habitats
TIAN Yaojia, LIANG Guangwen, ZENG Ling, et al (6187)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Effect of population of Kerria yunnanensis on diversity of ground鄄dwelling ant
LU Zhixing, CHEN Youqing, LI Qiao, et al (6195)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Response of Parnassius apollo population and vertical distribution to climate warming
YU Fei,WANG Han,WANG Shaokun,et al (6203)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health: framework and method
PU Xinming,FU Mingzhu, WANG Zongling, et al (6210)
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Seagrass meadow ecosystem and its restoration: a review PAN Jinhua,JIANG Xin,SAI Shan,et al (6223)……………………………
Nutri鄄toxicological effects of cyanobacteria on fish DONG Guifang, XIE Shouqi, ZHU Xiaoming, et al (6233)………………………
Effect of environmental stress on non鄄structural carbohydrates reserves and transfer in seagrasses
JIANG Zhijian,HUANG Xiaoping,ZHANG Jingping (6242)
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Advances in ecological immunology XU Deli, WANG Dehua (6251)……………………………………………………………………
Scientific Note
The causes of spatial variability of surface soil organic matter in different forests in depressions between karst hills
SONG Min, PENG Wanxia, ZOU Dongsheng, et al (6259)
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Characteristics of seed rain of Haloxylon ammodendron in southeastern edge of Junggar Basin
L譈 Chaoyan, ZHANG Ximing, LIU Guojun, et al (6270)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究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;新书评介和学术、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,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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第 32 卷摇 第 19 期摇 (2012 年 10 月)
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