浅水湖泊浮游植物初级生产力的遥感估算——以太湖为例

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liouxing1984
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初级生产力是指浮游植物利用太阳光将无机物固定为有机物的过程,它是碳、氮等生源要素的生物地球化学循环和生态系统的能量流、物质流基础,在某种程度上影响着生态系统的结构和功能[1]。传统方法测定初级生产力一般采用黑白瓶溶氧法或碳同位素法,这些方法的测定结果相对准确但费时费力,而且无论是时间上还是空间上都是离散的[2]。因此,基于现场实测的手段无法有效反映大尺度下的初级生产力时空变化过程,而利用遥感手段进行初级生产力的估算研究便显得尤为必要。  本研究应用MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrorad-iometer)影像反演得到的太湖水域表面叶绿素a浓度、水表面温度及真光层深度等数据,在初级生产力垂向归纳模型(VerticallyGeneralized Production Model: VGPM)的支持下估算太湖水域2003年-2013年的浮游植物日初级生产力,并基于逐日初级生产力数据得到了太湖全湖及各分区湖泊浮游植物初级生产力的年际变化、季节变化、月际变化及空间变化,从不同的尺度对太湖浮游植物初级生产力的时空演变规律进行分析,并对其时空演变的机制进行分析。研究内容主要包括以下三个方面。(1)通过将太湖长期实测数据与VGPM模型的估算数据进行对比,探讨海洋浮游植物初级生产力估算模型VGPM模型在大型浅水湖泊浮游植物初级生产力估算的适用性。(2)在VGPM模型的支持下得到2003-2013年太湖逐日浮游植物初级生产力,基于估算结果分析太湖浮游植物初级生产力的时空分布规律。(3)分析太湖浮游植物初级生产力时空变化的原因,主要包括营养盐、叶绿素a浓度、温度及典型风浪过程对浮游植物初级生产的影响。  结果表明:(1)基于VGPM模型的太湖浮游植物初级生产力与黑白瓶法实测数据呈现较好的相关性(R2=0.753,p<0.001,n=63),验证结果表明VGPM模型能够用于估算太湖浮游植物初级生产力而且能客观反映太湖浮游植物初级生产力的时空分布。(2)从估算总量上看,2003-2013年太湖全湖多年平均日初级生产力为1094.06±720.74mg·C·m-2·d-1,对比大部分一类水体和二类水体显示出较高的浮游植物初级生产量。(3)从时空分布上来看,太湖浮游植物初级生产力在空间上呈现从湖湾到湖心递减的趋势,2003-2013年太湖浮游植物初级生产力经历了三个明显的变化,分别是从2003至2005年的缓慢下降过程、从2005到2007年的急剧上升过程以及2007年之后的下降过程。2003-2013年太湖浮游植物初级生产力在季节分布方面呈现夏秋高、冬春低的特点,而月际分布则呈现明显的双峰分布格局。(4)太湖浮游植物初级生产力的时空分布格局是多种因素作用的结果,其中营养盐浓度、温度、叶绿素a浓度、风浪等因素是影响太湖浮游植物初级生产力时空分布格局的重要因素。
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