基于MODIS数据的内蒙古草地光能利用率时空变化分析

doi:10.11849/zrzyxb.2010.06.012

自然资源学报 ›› 2010, Vol. 25 ›› Issue (6): 1001-1012.doi: 10.11849/zrzyxb.2010.06.012

基于MODIS数据的内蒙古草地光能利用率时空变化分析

李刚^1,2,3,王道龙³,张华³,张宏斌^1,2,3,辛晓平^1,2,3,杨桂霞^1,2,3

1. 呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站, 北京 100081;
2. 农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室, 北京 100081;
3. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 100081

收稿日期:2009-10-27 修回日期:2010-03-19 出版日期:2010-06-30 发布日期:2010-06-30
作者简介:李刚(1979- ),男,山东莱阳人,助研,博士,主要从事草地资源利用与保护、生态遥感方面的研究。E-mail:ligang2525@126.com
基金资助:
国家重点基础研究发展计划(2007CB106806);公益性行业科研专项(200903060);内蒙古自治区重大科技项目。

Spatiotemporal Variations Analysis of Grassland’s Light Use Efficiency in Inner Mongolia Based on MODIS Data

LI Gang^1,2,3,WANG Dao-long³,ZHANG Hua³,ZHANG Hong-bin^1,2,3,XIN Xiao-ping^1,2,3,YANG Gui-xia^1,2,3

1. Hulunbeier State Station of Grassland Ecosystem Field Observation and Scientific Research, Beijing 100081, China;
2. Key Lab of Resources Remote Sensing and Digital Agriculture, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;
3. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

Received:2009-10-27 Revised:2010-03-19 Online:2010-06-30 Published:2010-06-30

摘要/Abstract

摘要： 光能利用率(常以ε表示)直接影响草地植被的能量分配和光合速率,是影响NPP形成的重要参数之一。论文以MODIS数据及地面气象数据为数据源,在GIS和RS的支持下,研究了2003年内蒙古地区生长季草地的光能利用率(ε)及时空变化。结果表明,内蒙古地区生长季草地光能利用率(ε)在0~0.292 9 gC·MJ^-1之间,平均值为0.220 4 gC·MJ^-1。该地区草地生长季光能利用率空间分布规律明显,总体上呈由高纬度的东北部地区向低纬度的西南部地区逐渐降低的趋势,与该地区降雨空间分布相同。内蒙古地区生长季所有草地类型的平均光能利用率(ε)季节变化呈明显的单峰变化,其增长速率从5月开始为单调递减。

关键词: MODIS, 草地, 光能利用率, 内蒙古

Abstract: Light use efficiency (LUE, ε is often used to express LUE) impacts on the energy distribution of grassland vegetation and photosynthetic rate directly, and it’s one of the key essential parameters that monitors grassland NPP using remote sensing model. In this article, with the aid of GIS and RS processing software, based on MODIS and in situ meteorological data, we studied the spatial distribution of ε and its spatiotemporal variations in growing season in Inner Mongolia in 2003. The results show that ε varied between 0-0.2929 gC·MJ^-1, and the average ε was 0.2204 gC·MJ^-1 in growing season in Inner Mongolia. The ε spatial distribution rule was gradually declining from northeast to southwest, which is the same as the rainfall spatial distribution. The seasonal variation of average ε was obviously in a single peak, the growth rate of ε declined from May.

Key words: MODIS, grassland, light use efficiency (LUE), Inner Mongolia

中图分类号:

S812

李刚,王道龙,张华,张宏斌,辛晓平,杨桂霞. 基于MODIS数据的内蒙古草地光能利用率时空变化分析[J]. 自然资源学报, 2010, 25(6): 1001-1012.

LI Gang,WANG Dao-long,ZHANG Hua,ZHANG Hong-bin,XIN Xiao-ping,YANG Gui-xia. Spatiotemporal Variations Analysis of Grassland’s Light Use Efficiency in Inner Mongolia Based on MODIS Data[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2010, 25(6): 1001-1012.

参考文献

[1]. 李建龙, 黄敬峰, 王秀珍. 草地遥感[M]. 北京: 气象出版社, 1997: 124. [2]. 王宗明, 梁银丽. 植被净第一性生产力模型研究进展[J]. 西北林学院学报, 2002, 17(2): 22-25. [3]. 朱文泉, 陈云浩, 潘耀忠, 等. 基于GIS和RS的中国植被光利用率估算[J]. 武汉大学学报: 信息科学版, 2004, 29(8): 694-698. [4]. 彭少麟, 郭志华, 王伯荪. RS和GIS在植被生态学中的应用及其前景[J]. 生态学杂志, 1999, 18(5): 52-64. [5]. 彭少麟, 郭志华, 王伯荪. 利用GIS和RS估算广东植被光利用率[J]. 生态学报, 2000, 20(6): 903-909. [6]. Monteith J L. Solar radiation and productivity in tropical ecosystems [J]. Journal of Applied Ecology, 1972, (7): 747-766. [7]. Potter C S, Randerson J T, Field C B, et al. Terrestrial ecosystem production: A process model based on global satellite and surface data [J]. Global Biochemical Cycle, 1993, 7: 811-841. [8]. Field C B, Randerson J T, Malmstrom C M. Global net primary production: Combining ecology and remote sensing[J]. Remote Sensing of Environment, 1995, 51: 74-88. [9]. 赵育民, 牛树奎, 王军邦, 等. 植被光能利用率研究进展[J]. 生态学杂志, 2007, 26(9): 1471-1477. [10]. Monteith J L. Climate and efficiency of crop productivity in Britain [J]. Philosophical Transaction of the Royal Society of London, Ser. B, 1977: 277-294. [11]. Goetz S J, Prince S D. Remote sensing of net primary production boreal forest stands [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 1996, 78: 149-179. [12]. Turner D P, Gower S T, Cohen W B, et al. Effects of spatial variability in light use efficiency on satellite-based NPP monitoring [J]. Remote Sensing of Environment, 2002, 80: 397-405. [13]. ITO A, OIKAWAT. Global mapping of terrestrial primary productivity and light-use efficiency with a process-based model //Shiyomi M, et al. Global Environmental Change in the Ocean and on Land. Tokyo: Terrapub, 2004: 343-358. [14]. Running, SW, Nemani, RR, Heinsch, FA, et al. A continuous satellite-derived measure of global terrestrial primary production [J]. Bioscience, 2004, 54: 547-560. [15]. Hilker T, Coops N C, Wulder M A, et al. The use of remote sensing in light use efficiency based models of gross primary production: A review of current status and future requirements [J]. Science of the Total Environment, 2008, 404: 411-423. [16]. Ruimy A, Saugier B, Dedieu G. Methodology for the estimation of terrestrial net primary production from remotely sensed data [J]. Journal of Geophysical Research, 1994, 99: 5263-5283. [17]. Raymond E, Hunt J R. Relationship between woody biomass and PAR conversion efficiency for estimating net primary production from NDVI [J]. International Journal of Remote Sensing, 1994, 15: 1725-1730. [18]. Landsberg J J, Waring Rh. A generalized model of forest productivity using simplified concepts of radiation-use efficiency, carbon balance and partitioning [J]. Forest Ecology and Management, 1997, 95: 209-228. [19]. McCrady R L, Jokela E J. Canopy dynamics, light interception and radiation use efficiency of selected loblolly pine families [J]. Forest Science, 1998, 44(1): 64-72. [20]. Kinirya J R, Tischlera C R, Van Esbroeckb G A. Radiation use efficiency and leaf CO₂ exchange for diverse C₄ grasses [J]. Biomass and Bioenergy, 1999, 17: 95-112. [21]. Running S W, Thornton P E, Nemani R, et al. Global terrestrial gross and net primary productivity for the Earth Observing System //Sala O, Jackson R, Mooney H. Methods in Ecosystem Science. New York: Springer Verlag, 2000: 44-57. [22]. Tuner D P, Shawn Urbanski, Dale Bremer, et al. A cross-biome comparison of daily light use efficiency for gross primary production [J]. Global change Biology, 2003, 9: 383-395. [23]. Ahl D E, Gower S T, Mackay D S, et al. Heterogeneity of light use efficiency in a northern Wisconsin forest: Implications for modeling net primary production with remote sensing [J]. Remote Sensing of Environment, 2004, 93: 168-178. [24]. Still C J, Randerson J T, Fung I Y. Large-scale plant light-use efficiency inferred from the seasonal cycle of atmospheric CO₂ [J]. Global Change Biology, 2004, 10: 1240-1252. [25]. Van Oijen M, Dreccer M F, Firsching K H, et al. Simple equations for dynamic models of the effects of CO₂ and O₃ on light-use efficiency and growth of crops [J]. Ecological Modeling, 2004, 179: 39-60. [26]. Bartona C V M, Northb P R J. Remote sensing of canopy light use efficiency using the photochemical reflectance index model and sensitivity analysis [J]. Remote Sensing of Environment, 2001, 78: 264-273. [27]. Van Wijk M T, Bouten W M T. Simulating daily and half hourly fluxes of forest carbon dioxide and water vapor exchange with a simple model of light and water use [J]. Ecosystems, 2002, 5: 597-610. [28]. Green D S, Erickson J E, Kruger E L. Foliar morphology and canopy nitrogen as predictors of light-use efficiency in terrestrial vegetation [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2003, 115: 163-171. [29]. Bradford J B, Hicke J A, Lauenroth W K. The relative importance of light-use efficiency modifications from environmental conditions and cultivation for estimation of large-scale net primary productivity [J]. Remote Sensing of Environment, 2005, 96: 246-255. [30]. 吕军, 俞劲炎, 张连佳. 低山红壤地区粮食作物光能利用率和农田能流分析[J]. 生态学杂志, 1990, 9(6): 11-15. [31]. 张彦东, 卢伯松, 丁冰. 红松人工林能量环境与光能利用率的研究[J]. 东北林业大学学报, 1993, 21(1): 35-42. [32]. 裴保华, 袁玉欣, 贾玉彬, 等. 杨农间作光能利用的研究[J]. 林业科学, 2000, 36(3): 13-18. [33]. 王德禄. 对松嫩平原黑土区各主要作物的最大可能光能利用率的探讨[J]. 农业系统科学与综合研究, 2000, 16(4): 303-304, 311. [34]. 张娜, 于贵瑞, 于振良, 等. 基于3S的自然植被光能利用率的时空分布特征的模拟[J]. 植物生态学报, 2003, 27(3)325-336. [35]. 邢世和, 林德喜, 沈金泉, 等. 地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量和光能利用率估测中的应用[J]. 应用生态学报,2005, 16(10): 1805-1811. [36]. 郭志华, 彭少麟, 王伯荪. 基于NOAA-AVHRR NDVI和GIS的广东植被光能利用率及其时空格局[J]. 植物学报, 2001, 43 (8): 857-862. [37]. 朴世龙, 方精云, 郭庆华. 利用CASA 模型估算我国植被净第一性生产力[J]. 植物生态学报, 2001, 25(5): 603-608. [38]. 陈利军, 刘高焕, 励惠国. 中国植被净第一性生产力遥感动态监测[J]. 遥感学报, 2002, 6(2): 129-135. [39]. 李贵才. 基于 MODIS数据和光能利用率模型的中国陆地净初级生产力估算研究. 北京: 中国科学院研究生院, 2004. [40]. 朱文泉, 潘耀忠, 何浩, 等. 中国典型植被最大光利用率模拟[J]. 科学通报, 2006, 51(6): 700-706. [41]. Yuan Wen-ping, Liu Shu-guang, Zhou Guang-sheng, et al. Deriving a light use efficiency model from eddy covariance flux data for predicting daily gross primary production across biomes [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2007, 143: 189-207. [42]. 董云社, 章申, 齐玉春, 等. 内蒙古典型草地CO₂, N₂O, CH₄通量的同时观测及其日变化[J]. 科学通报, 2000, 45(3): 318-322. [43]. Thomas F Eck, Dennis G Dye. Satellite estimation of incident photosynthetically active radiation using ultraviolet reflectance [J]. Remote Sensing of Environment, 1991, 38: 135-146. [44]. Potter C S, Randerson J T. Terrestrial ecosystem production: A process model based on global satellite and surface data [J]. Global Biogeochemical Cycles, 1993, (7): 811-841. [45]. Thornthwaite C W. An approach toward a rational classification of climate [J]. Geographic Review, 1948, 38: 55-94. [46]. 徐丹. 基于CASA修正模型的中国植被净初级生产力研究. 北京: 北京师范大学, 2005. [47]. 李刚, 辛晓平, 王道龙, 等. 改进CASA模型在内蒙古草地生产力估算中的应用[J]. 生态学杂志, 2007, 26(12): 2100-2106. [48]. 朴世龙, 方精云, 贺金生, 等. 中国草地植被生物量及其空间分布格局[J]. 植物生态学报, 2004, 28(4): 491-498. [49]. 方精云, 刘国华, 徐嵩龄. 我国森林植被的生物量和净生产量[J]. 生态学报, 1996, 10(5): 497-508. [50]. 李文华, 周兴民. 青藏高原生态系统及优化利用模式[M]. 广州: 广东科技出版社, 1998:183-270.

基于MODIS数据的内蒙古草地光能利用率时空变化分析

Spatiotemporal Variations Analysis of Grassland’s Light Use Efficiency in Inner Mongolia Based on MODIS Data

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[1]	覃艺, 张廷斌, 易桂花, 魏澎涛, 杨达. 2000年以来内蒙古生长季旱情变化遥感监测及其影响因素分析[J]. 自然资源学报, 2021, 36(2): 459-475.
[2]	刘文斌, 陶建斌, 徐猛, 陈瑞卿, 郭洋. 基于人工神经网络多源数据融合的子像元冬油菜提取——以两湖平原为例[J]. 自然资源学报, 2019, 34(5): 1079-1092.
[3]	王浩, 罗格平, 王伟胜, PACHIKINKonstantin, 李耀明, 郑宏伟, 胡伟杰. 基于多源遥感数据的锡尔河中下游农田土壤水分反演[J]. 自然资源学报, 2019, 34(12): 2717-2731.
[4]	贺敏, 宋立生, 王展鹏, 辜清, 王大菊, 郭博. 基于多源数据的干旱监测指数对比研究——以西南地区为例[J]. 自然资源学报, 2018, 33(7): 1257-1269.
[5]	孙特生, 胡晓慧. 基于农牧民生计资本的干旱区草地适应性管理——以准噶尔北部的富蕴县为例[J]. 自然资源学报, 2018, 33(5): 761-774.
[6]	张蕊, 李飞, 王媛, 马丽娜, 桑潮, 王力, 郭瑞英, 赵学勇, 尚占环. 三江源区退化天然草地和人工草地生物量碳密度特征[J]. 自然资源学报, 2018, 33(2): 185-194.
[7]	吕鑫, 王卷乐, 康海军, 韩雪华. 基于遥感估产的2006—2015年青海果洛与玉树地区草畜平衡分析[J]. 自然资源学报, 2018, 33(10): 1821-1832.
[8]	张福平, 王虎威, 朱艺文, 张枝枝, 李肖娟. 祁连县天然草地地上生物量及草畜平衡研究[J]. 自然资源学报, 2017, 32(7): 1183-1192.
[9]	王凤杰, 冯文兰, 扎西央宗, 牛晓俊, 刘志红, 王永前. 基于FY-3A/VIRR和TERRA/MODIS数据藏北干旱监测对比[J]. 自然资源学报, 2017, 32(7): 1229-1239.
[10]	赵苗苗, 赵海凤, 李仁强, 张丽云, 赵峰侠, 刘丽香, 沈瑞昌, 徐明. 青海省1998—2012年草地生态系统服务功能价值评估[J]. 自然资源学报, 2017, 32(3): 418-433.
[11]	姜艳阳, 王文, 周正昊. MODIS MOD16蒸散发产品在中国流域的质量评估[J]. 自然资源学报, 2017, 32(3): 517-528.
[12]	朱桂丽, 李杰, 魏学红, 何念鹏. 青藏高寒草地植被生产力与生物多样性的经度格局[J]. 自然资源学报, 2017, 32(2): 210-222.
[13]	朱林富, 谢世友, 杨华, 马明国. 基于MODIS EVI的重庆植被覆盖变化的地形效应[J]. 自然资源学报, 2017, 32(12): 2023-2033.
[14]	曹建军, 许雪贇, 杨书荣, 李梦天, 龚毅帆, 周俊菊. 青藏高原不同草地利用方式产生的原因及其对社会-生态系统的影响研究进展[J]. 自然资源学报, 2017, 32(12): 2149-2159.
[15]	吕鑫, 王卷乐, 康海军, 赵强, 韩雪华, 王玉洁. 基于MODIS NPP的2006—2015年三江源区产草量时空变化研究[J]. 自然资源学报, 2017, 32(11): 1857-1868.