文献综述

一、国内研究现状

陆地生态系统GPP不仅能反映陆地生态系统植被的生长状况，也能反映大气与陆地生态系统之间的碳交换过程，是全球变化以及碳循环的一个重要研究对象。因此，GPP成为众多研究者所关注的对象。目前，国内有众多研究者对GPP进行了估算与分析：王昭生(2012)^[1]对1949-2008年东亚区域陆地生态系统GPP的时空变化进行了分析，发现1949-2008年间东亚区域陆地生态系统GPP平均值为1085.3 gCm^-2a^-1，GPP最大值是4438.6gCm^-2a^-1，年平均总量为28PgCm^-2a^-1。GPP的分布特征与植被覆被类型分布具有高度一致性。在中国区域内，GPP高值主要分布在东南和西南省份;GPP的低值主要分布在西北、内蒙古西南部和青藏高原西北部。何勇等(2007)^[2]基于 2000-2005年MODIS GPP数据发现，中国年均GPP的变化范围为0-3252.6gCm^-2a^-1，平均为491.1 gCm^-2a^-1。GPP的高值区域主要分布在我国的云南南部、海南、台湾和东南沿海部分地区;GPP的低值区域主要分布在新疆、青藏高原、内蒙古西部等寒冷、干旱地区。

目前，中分辨率成像光谱仪（MODIS）作为美国 AQUA 和 TERRA卫星搭载的主要传感器之一，是陆地遥感探测的重要数据来源。Wang等利用MODIS数据和气象数据研究了长三角地区GPP与ET和WUE之间的关系及其规律^[3]；张继平等^[4]结合土地利用数据及土壤有机碳密度分布数据,对三江源地区2000─2010年草地生态系统碳储量时空变化特征进行了分析,同时,基于MODIS GPP数据及China FLUX和America FLUX数据,建立草地生态系统呼吸估算模型,对其碳汇量的时空变化特征进行了分析；王鹤松等^[5]通过集成TerraMODIS卫星影像数据与地面通量台站的观测数据,改进了基于遥感的VPM光能利用率模型,模拟了我国北方地区2008年陆地生态系统总初级生产力(GPP)的空间分布与季节变化，发现了我国北方地区植被GPP在空间分布上表现为东高西低的特征，北方地区主要植被类型的GPP有较强的季节动态,大体上都表现出单峰变化趋势；刘敏等^[6]利用基于光能利用率理论的碳通量估算模型-植被光合模型(VPM)、MODIS产品数据、区域气象空间化数据和区域地表草地覆盖状况信息，估算了我国青藏高原草地生态系统总初级生产力，对青藏高原草地样带GPP的空间分布规律及季相变化规律进行了研究；伍卫星等^[7]整合卫星遥感和田间通量观测，基于涡度相关通量观测系统提供的生态系统与大气间的碳交换通量数据，利用MODIS影像数据和气候数据模拟中国内蒙古草原生态系统总初级生产力，从而研究发现植被光合模型可以准确模拟研究时间段内总初级生产力的季节动态；Wang等利用MODIS数据和气象数据研究了长三角地区GPP与ET和WUE之间的关系及其规律^[7]。

二、国外研究现状

目前，许多研究利用模型分析区域和全球陆地生态系统GPP的时空变化特征(Running et al., 2004; Li et al., 2013; Piao et al., 2005)^[8-10]，但由于模型、输入数据、参数和时空分辨率的不同，这些研究得到的GPP总量及其时空变化特征存在明显的差异(Anav et al, 2015 )^[11]，其中不同研究利用遥感信息计算的中国陆地生态系统GPP差异显著：Piao et al. (2005)^[10]利用CASA模型估算的中国1982-1999年均GPP为2.88 PgC yr^-1；Li et al. (2016)^[12]通过5个DGVMs模型估算的1982-2010中国年均GPP是7.97 PgC yr^-1。

陆地生态系统GPP受到众多因素的影响，在自然因素中，气候、大气CO₂浓度、植被类型和叶面积指数等因子都会影响陆地生态系统的GPP，这些因子对GPP的控制作用在不同的时间尺度存在差异(Yu et al.,2006; Baldocchi., 2008; Chapin et al., 2011)^[13-15]。众多的研究者对GPP与这些影响因子的关系进行了研究：基于全球通量观测数据的研究表明，全球森林生态系统的GPP随平均温度和降水量线性增加(Luyssaert et al., 2007 )^[16]。 Yu et al. (2013)^[17]整合中国通量观测数据的研究发现，年平均温度和降水量可以很好地揭示GPP的空间变化特征，但GPP对温度和降水量变化的敏感性与植被类型有关。Chen et al. (2013)^[18]基于东亚的通量观测数据的研究也得到了类似的结论。太阳辐射是植被进行光合作用的能量来源，随辐射的增加，GPP上升，但是过强的辐射有可能导致GPP降低( Law et al., 2002 )^[19]。GPP同时受辐射总量和散射辐射比例的影响，在同等辐射总量条件下，散射比例的上升引起GPP的上升(Gu et al., 2003 ) ^[20]。

干旱和高温等极端气候事件严重影响陆地生态系统的GPP，因为干旱和高温发生时植被叶片气孔导度下降，光合作用所需的CO₂供应不足。2003年欧洲发生的大范围干旱导致GPP明显降低(Ciais et al., 2005)^[21]。全球通量网络观测数据显示，干旱期间GPP和呼吸ER (Ecosystem respiration)一般都会下降(Ciais etal.,2005; Baldocchi,2008; Schwalm et al., 2010)^[22]，干旱导致的 GPP下降幅度大于ER，随着干旱强度的上升，这种差异更加明显(Shi et al., 2014)^[23]。千旱导致的GPP下降幅度与植被对土壤水分胁迫的生理响应特征、植被结构变化(如叶面积减少和根系垂直分布变化)、森林年龄(Meir and Woodward, 2010; van der Molen et al., 2011; Yan et al., 2013)^[24-26]等有关。

参考文献