濕地系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力遙感調(diào)查技術(shù)與方法_濱海濕地固碳能力

濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）遙感調(diào)查，是以各類濕地景觀類型及濕地植被類型的分布單元為遙感反演的基本空間單元，以定量遙感反演方法為主要手段，以長時(shí)間序列的MODIS遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過定量遙感反演研究區(qū)植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、光合有效輻射PAR以及植被光合有效輻射吸收系數(shù)FPAR等遙感參數(shù)，并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，采用基于遙感的光能利用模型（改進(jìn)的CASA模型）計(jì)算方法，對(duì)整個(gè)濱海濕地區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力（初級(jí)生產(chǎn)力，NPP）進(jìn)行遙感調(diào)查和計(jì)算，并通過野外實(shí)際調(diào)查進(jìn)行驗(yàn)證，最終形成濱海濕地系統(tǒng)在主要植被生長期多時(shí)相的凈第一性初級(jí)生產(chǎn)力的分布（圖3－1）。

上述方法中，濕地系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）遙感調(diào)查的基本原理是借助于遙感技術(shù)來獲取植物光合有效輻射吸收分量（FPAR），以得到植被吸收的光合有效輻射，進(jìn)而估算出生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）。CASA模型中，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力主要通過光合有效輻射（PAR）、光合有效輻射分量和光能轉(zhuǎn)化率來實(shí)現(xiàn)，其理論構(gòu)架可表示為下式：

NPP（x，t）＝APAR（x，t）×ε（x，t）

APAR（x，t）＝PAR（x，t）×FPAR（x，t）

圖3－1　濕地生態(tài)系統(tǒng)NPP遙感調(diào)查技術(shù)路線示意圖

ε（x，t）＝Tg1（x，t）×Tg2（x，t）×Wg（x，t）×εmax

式中，t表示時(shí)間；x表示空間位置；εmax為最大光能轉(zhuǎn)化率；Tg1和Tg2為溫度脅迫系數(shù)；Wg為水分脅迫系數(shù)。

上述模型中，有關(guān)參數(shù)的解決方法如下。

（1）光合有效輻射：植被吸收的光合有效輻射取決于太陽總輻射和植被對(duì)光合有效輻射的吸收分量，用下列公式表示：

APAR（x，t）＝PAR（x，t）×FPAR（x，t）

APAR（x，t）＝Rs（x，t）×0．5×FPAR（x，t）

式中，Rs（x，t）是t月份像元x處的太陽總輻射量；0．5表示植被所能利用的有效輻射占太陽總輻射的比例，主要集中在波長范圍0．38～0．76μm的可見光。

（2）光合有效輻射吸收分量：光合有效輻射吸收分量是植被光合作用對(duì)光合有效輻射的吸收比例。研究表明，光合有效輻射吸收分量與NDVI存在線性關(guān)系，可以根據(jù)某一植被類型NDVI的最大值和最小值以及所對(duì)應(yīng)的光合有效輻射吸收分量最大值和最小值來確定：

式中，NDVIi，max和NDVIi，min分別對(duì)應(yīng)第i種植被類型的NDVI的最大值和最小值。

（3）光能轉(zhuǎn)化率：光能轉(zhuǎn)化率是植被通過光合作用將吸收光合有效輻射轉(zhuǎn)化成干物質(zhì)總量的能力，通常用gC/MJ來表示，它代表植被將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率。Potter等（1993）認(rèn)為在理想條件下植被具有最大光能轉(zhuǎn)化率，而在現(xiàn)實(shí)條件下的光能轉(zhuǎn)化率受到環(huán)境因子如氣溫、水分狀況以及大氣水汽壓差等因素的影響，因此利用溫度、大氣及水分的可利用程度來調(diào)節(jié)。其公式為：

ε（x，t）＝Tg1（x，t）×Tg2（x，t）×Wg（x，t）×εmax

式中，Tg1（x，t）和Tg2（x，t）為溫度脅迫系數(shù)；Wg（x，t）為水分脅迫系數(shù)；εmax為理想條件下植被的最大光能轉(zhuǎn)化率。其中：溫度脅迫系數(shù)（Tg1）代表低溫和高溫條件下，植物內(nèi)在生化作用對(duì)光合作用的限制，用下式計(jì)算：式中，Topt為區(qū)域年內(nèi)NDVI達(dá)到最高時(shí)的月份的平均氣溫，認(rèn)為此溫度為植被生長的最適溫度，當(dāng)某一月平均溫度小于或等于－10℃時(shí)，Tg1取0，認(rèn)為此時(shí)光合生產(chǎn)為零。

Tg1（x）＝0．8＋0．02Topt（x）－0．000　5Topt（x）2

溫度脅迫系數(shù)（Tg2）表示氣溫從最適宜溫度Topt向高溫和低溫變化時(shí)對(duì)光能轉(zhuǎn)化率的影響，這種條件下，光能轉(zhuǎn)化率逐漸降低：

若某月平均氣溫比最適宜溫度高10℃或低13℃時(shí)，該月的Tg2值等于月平均氣溫為最適宜溫度Topt時(shí)的Tg2值的一半。

水分脅迫系數(shù)（Wg）反映了水分條件對(duì)光能轉(zhuǎn)化率的影響，隨著環(huán)境中有效水分的增加，Wg逐漸增大，由下式計(jì)算：

Wg（x，t）＝0．5＋0．5EET（x，t）/PET（x，t）

式中，PET為潛在蒸散量；EET為實(shí)際蒸散量。這兩個(gè)指標(biāo)已經(jīng)在2013年的調(diào)查工作中完成調(diào)查。

（4）太陽總輻射：太陽總輻射是地球上的一切生命過程的基本能量來源，是氣候形成的能量基礎(chǔ)，直接影響植物體的熱量平衡及各種生理活動(dòng)的進(jìn)行，關(guān)系到植被的光合生產(chǎn)。采用?ngstr?m－Prescott模型和日照時(shí)數(shù)來估算太陽總輻射：

式中，n為實(shí)際日照時(shí)數(shù)；N為潛在日照時(shí)數(shù)；Ra為境外輻射；a和b為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通過歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行較正獲得。