基于MODIS數(shù)據(jù)模擬龐泉溝國家自然保護區(qū)的土壤呼吸空間格局.pdf

1、陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間 CO2交換的一個重要環(huán)節(jié)。盡管目前土壤呼吸的野外觀測已經(jīng)從基于樣地尺度的實驗觀測轉(zhuǎn)向土壤呼吸大尺度的區(qū)域模擬，但是基于遙感影像數(shù)據(jù)模擬土壤呼吸的研究還相對較少。本研究從影響土壤呼吸的環(huán)境因子和生物因子入手，以土壤呼吸的野外測定為基礎(chǔ)，利用遙感數(shù)據(jù)獲取了與土壤溫度有關(guān)的地表溫度（LST）和與植被生長有關(guān)的植被指數(shù)（VI）、總初級生產(chǎn)力（GPP）、葉面積指數(shù)（L

2、AI），探討了這些基于遙感數(shù)據(jù)的地表參數(shù)在土壤呼吸模擬中的應(yīng)用，為遙感技術(shù)應(yīng)用于土壤呼吸的模擬提供一種思路和方法。
　　研究在龐泉溝國家自然保護區(qū)進行。試驗選取了保護區(qū)不同海拔、不同植被類型的31個樣地，對其土壤呼吸以及10 cm深度（T10）的土壤溫度進行了3個時期（7月、9月、11月）的野外觀測。同時下載了同期的MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)，包括地表溫度（LST）、植被指數(shù)（EVI和NDVI）、總初級生產(chǎn)力（GPP）和葉面積指數(shù)（L

3、AI）。通過相關(guān)分析和回歸分析篩選出與土壤呼吸關(guān)系最為密切的溫度和生物因素的指示因子，分別構(gòu)建了土壤呼吸的單因子模型與復(fù)合模型。利用評價指標選取了最優(yōu)的單因素模型和復(fù)合模型，并對模型的精度進行了驗證，對龐泉溝自然保護區(qū)的土壤呼吸進行了空間尺度的擴展。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）3個時期各樣地的土壤呼吸速率時空變異性基本一致。7月、9月、11月的平均值分別為8.70μmol CO2m-2s-1、6.65μmol CO2m-2s-1

4、、2.82μmol CO2m-2s-1；均值比較表明，3個時期的土壤呼吸差異極顯著（P<0.01）。7月、9月、11月土壤呼吸的變異系數(shù)分別為16.99％、26.19%和36.40%，隨著測定時間的變化，從7到11月土壤呼吸的空間變異程度增大。土壤溫度（T10）和地表溫度（LST）具有較強的相關(guān)性，表明LST在一定程度上可以替代土壤溫度用于土壤呼吸的模擬。
　?。?）3個時期土壤呼吸（Rs）與地表溫度（LST）、10 cm土壤溫度

5、（T10）都呈極顯著相關(guān)（P<0.01），且Rs與LST的相關(guān)系數(shù)（0.55~0.72）均高于與T10的（0.55~0.69）；在土壤呼吸與植物生長有關(guān)的遙感參數(shù)的關(guān)系分析中，土壤呼吸與植被指數(shù)（NDVI/EVI）的相關(guān)性最強，其中：7月份Rs與EVI極顯著相關(guān)、與NDVI相關(guān)不顯著；9月、11月土壤呼吸速率與NDVI和EVI都極顯著相關(guān)。單因素回歸分析進一步表明，土壤呼吸與LSTav的關(guān)系好于與兩個衛(wèi)星過境時的4個瞬時溫度的，與NDV

6、I的關(guān)系好于與 EVI的。因此，在建立土壤呼吸的復(fù)合模型時，地表溫度采用Aqua和Terra衛(wèi)星過境時4個瞬時溫度的平均值LSTav，植被指數(shù)采用NDVI。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于LSTav與NDVI雙變量的6個復(fù)合模型，通過R2、RMSE、AIC3種指標對模型進行評價，確定了雙變量線性模型為最優(yōu)模型。利用復(fù)合模型模擬的土壤呼吸與實測的土壤呼吸線性回歸方程的決定系數(shù)略高于單因素模型的，3種模型都可以用于龐泉溝自然保護區(qū)土壤呼吸的模擬。