生态系统净生产力（生态系统净生产力指什么）

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本文目录一览：

• 1、生态学中的GPP,NPP,NEP,NEE是什么
• 2、PNAS | 青藏高原的碳（C）固定量不会因为气候变暖而减少
• 3、NPP与NEP变化趋势相反的原因
• 4、陆地生态系统中净初级生产力最高的是沼泽湿地还是热带雨林？
• 5、陆地生态系统中哪种净初级生产力最大？
• 6、【急求！】有关测定生态系统初级生产力的方法

生态学中的GPP,NPP,NEP,NEE是什么

GPP (gross primary productivity) 总初级生产力.单位时间内生物通过光合作用途径所固定生态系统净生产力的光合产物量或有机碳总量,又称总第一性生产力或总生态系统生产力(GEP),是生态系统C循环生态系统净生产力的基础.
NPP (net primary productivity) 净初级生产力
植物光合作用所固定生态系统净生产力的光合产物中扣除植物自身的呼吸消耗部分,也称第一性生产力
NPP=GPP-植物自养呼吸
NEP (net ecosystem productivity) 净生态系统生产力
指净第一生产力中再减去异养呼吸所消耗的光合产物
NEP=NPP-异养呼吸
NEE (net ecosystem exchange ) 净生态系统碳交换量
陆地与大气系统间的CO2通量与生态系统的GPP,NPP,NEP,NBP,在某些假定条件下所观测的CO2通量与其中的某个概念是一致的.一般与NEP 相同,当植被相当繁茂,土壤呼吸相对较小时,可以近似看作为生态系统的NPP.

PNAS | 青藏高原的碳（C）固定量不会因为气候变暖而减少

高纬度和高海拔冻土是碳（C）的存储库，而青藏高原拥有陆地生态系统中最大的C储存量。但是近年来，由于全球温室效应，青藏高原的永久冻土融化，这可能导致二氧化碳从冻土层释放出来，但是另一种猜测是，温度升高、植被增加有助于二氧化碳固定，这可以减轻甚至抵消冻土层二氧化碳的丢失。一篇发表在PNAS上标题为《 Plant uptake of CO2 outpaces losses from permafrost and plant respiration on the Tibetan Plateau 》的研究对上述问题进行了探讨，其 研究结果表明植物对CO2的固定将超过气候变化带来的CO2损失。

研究过程

该研究收集了从2003年到2019年 32个站点 的涡度协方差（eddy covariance）数据集。分析了以海拔为主的空间格局驱动因素，用涡度协方差数据集约束基于过程的模型，并预测在典型浓度路径(RCP)下（RCP 2.6-8.5）二氧化碳平衡的未来变化，这里用了18个（CMIP5）模型进行温度和降水预测。通过研究青藏高原上的16个人工模拟实验， 探索 了CO2交换对气候变化的反应。最后，将涡度协方差数据集、基于过程的模型和实验联系起来，分析 青藏高原在快速变化的气候下是否会继续起到CO2汇的作用 （CO2汇：指在碳循环中,能把二氧化碳固定为有机碳的物质）。

高寒永久冻土区的净CO2汇

2002年至2020年间，在32个高寒生态系统的涡度协方差站点中（图Fig 1），26站点报告了一个净CO2汇，并且CO2交换显示出强烈的年际变化，每年有4个点从CO2汇到源之间变化，而12个点一直是净CO2汇。

此外，涡度协方差数据表明高寒沼泽地的净生态系统生产力（NEP）最高，其次是高寒草地，高寒草原和灌木丛（Fig 2A），而NEP在连续和非连续多年冻土无显着差异。将涡度协方差数据集的结果与两个独立的数据集，即机器学习FluxCom数据集和Multiscale Synthesis and Terrestrial Model Inter-comparison Project (MsTMIP) 进行比较，结果表明， 21世纪初，青藏高原高山生态系统的CO2汇被严重低估。 就季节变化而言，根据涡度协方差数据， 冬季CO2损失仅为夏季CO2增加的三分之一。 涡度协方差数据集还显示了生长季节早期和晚期的净CO2损失，但是FluxCom或MsTMIP数据集都没有捕捉到这一点（Fig 2B）。

净CO2汇的空间格局

整个青藏高原高寒多年冻土区的净CO2汇表现出强烈的海拔依赖性，而不是纬度。 总初级生产力（GPP，或称总光合作用，指在测定阶段，包括生产者呼吸作用中被消耗的有机物质在内的光合作用的总速率）和生态系统呼吸都与海拔呈负相关。GPP和生态系统呼吸的海拔依赖模式与土壤含水量（SWC）呈负相关。然而， 净生态系统生产力（NEP）在海拔4,000 m左右最强，年平均气温在一定程度上解释了NEP海拔高度的独特格局。

众所周知，高寒地区（海拔 4,000 m）的植物生长受到寒冷气候和养分（如有效氮）供应的限制。假设 温暖环境中植物和土壤的呼吸作用可能消耗了大部分 C，会导致碳利用效率较低(CUE=NEP/GPP) 。 沿着海拔线对CUE的进一步分析证实了这个假设。随着海拔的升高，CUE呈正增长（Fig 3B）。分析还表明，不同地点冬季CO2损失的温度敏感性与海拔高度呈负相关。即夏季对变暖的二氧化碳 吸收 （Q10=1.54） 比 在漫长干燥的冬季（Q10=1.33）对二氧化碳的 流失更敏感 。

对于青藏高原的地面和卫星观测记录了高原植物生长随海拔高度的变化，该研究发现了NEP的独特海拔依赖模式，NEP沿海拔梯度的高度依赖模式与沿纬度梯度的大尺度模式相似——即 高寒生态系统的中纬度CO2汇与较强的中纬度CO2汇相似。

变暖和变湿对净CO2汇的影响

16个短期模拟实验表明， 升温对净CO2汇有益 ，但升温2 C时，相对于对照来说，NEP降低了（Fig 4A）。不过，以目前的情况来看，2 C的升温大概会出现在本世纪末，目前的升温速度为0.26 C decade-1。另一方面，SWC决定了变暖对NEP阈值和海拔模式的影响（Fig 4B），即干燥土壤变暖（SWC20%）增加CO2汇。较湿润的土壤主要是高寒沼泽地或草地（在西藏高原东部海拔较低的地方），而较干燥的土壤则对应于高寒草原和沙漠（在青藏高原中西部海拔较高的地方）。NEP对变暖的响应具有明显的生态系统依赖模式（Fig 4C），其中高海拔（4,500 m 海拔）高寒草原植物的生长受到土壤水分供应限制的影响，导致NEP减少，而低海拔的高山草地和高山沼泽地的NEP得益于变暖。 研究结果强调了SWC在未来变暖气候变化下对NEP的决定的作用。即随着降水显着增加（特别是青藏高原中西部）变暖引起的干旱可能得以补偿，有利于植物生长。

使用CMIP5模型模拟RCP 2.6到RCP 8.5（Fig 5）的CO2平衡的变化。结果表明，暖湿气候导致过去40年NEP净增加率为3.71 TgCy-2，21世纪初（2000年至2018年）CO2净汇为152.4 30.3 TgCy-1，总体上与基于涡度协方差观测的同期估计一致。 到 2090 年代 ，未来气温将增加1.5至5.5 C，而与基线期（2006年至2015年）相比，降水将增加30至80毫米，即 青藏高原将经历持续暖湿气候。

RCP2.6到RCP 8.5模拟结果显示，在本世纪末，NEP将从178.1增加至317.9ThCy 1。然而，在RCP 8.0下，当2070年后，温度升高超过3.0 C时，NEP将达到稳定状态，这主要是由于植物生长的减少以及多年冻土和植物呼吸中大量CO2的损失。

敏感性分析、人工田间实验和模型模拟都一致表明，在当前条件下，植物对CO2的固定超过了永久冻土中CO2的潜在损失和加速的植物呼吸。 植被对CO2的固定也导致青藏高原表层土壤CO2的积累，所以，变暖会使得CO2增加，而不是净CO2损失。

结 语

虽然，该研究数据覆盖范围仍然存在不确定性；比如，缺乏青藏高原西部和北部沙漠和贫瘠地区数据，不过这些地区的生物量和碳存储量都比较低，说明高山荒漠和贫瘠地区可能在CO2平衡中起次要作用，影响不大。虽然，青藏高原地区的气候变暖0.3 C decade 1远高于全球平均值0.12 C decade 1，但该研究的结果表明， 暖湿气候对植物生长的促进作用超过了冻土植物呼吸解冻造成的CO2损失，也就是说，青藏高原C固定量不会因为气候变暖而减少。

原文链接：

https://www.pnas.org/content/118/33/e2015283118

end

NPP与NEP变化趋势相反的原因

可以参考以下资料
生态系统净初级生产力(NPP)、净生态系统生产力(NEP)和净生物群系生产力(NBP)的概念与碳通量相似，可以直接反映生态系统或生物群落的陆地-大气间的净碳交换量。在一定假设条件下，NPP、NEP和NBP都可以利用生态系统生物量变化动态监测数据进行估算。NPP的测定主要有两种基本的方法，一种方法就是测定生物量(植物体干重)变化的方法，称为堆积法，堆积法又叫收获法或现存量法。宏观上NPP相当于生态系统植物生长量，即单位时间生态系统生物量的增长量。可利用生态系统生物量的时间变化数据来推算，这是一种较为广泛使用的方法，另一种方法就是着眼于光合量和呼吸量，构筑理论方面的数理模型然后进行计算的方法。

陆地生态系统中净初级生产力最高的是沼泽湿地还是热带雨林？

热带雨林更大生态系统净生产力，平均每平方米每年的净初级生产力约为2200克生态系统净生产力，而沼泽湿地约为2000克。

自然植被净第一性生产力是植物自身生物学特性与外界环境因子相互作用的结果，它是评价生态系统结构与功能特征和生物圈的人口承载力的重要指标。

自然植被净第一性生产力作为表征植物活动的关键变量，是陆地生态系统中物质与能量运转研究的重要环节，其研究将为合理开发、利用自然资源及对全球变化所产生的影响采取相应的策略和途径提供科学依据。

扩展资料

净第一性生产力由光合能量决定，也受温度、水分、营养状况制约，缺少任何一种都会影响其产量。当增加群体中的CO2浓度时（如进行CO2施肥），群体的净生产力将成倍增长。影响海洋植物净生产力的主要因素是光线不足、水中含氧量少和缺乏营养（特别是缺氧和磷）。

不同的地区有不同的净第一性生产力平均值（单位：克/米²·年），常见的如下：

陆地-780生态系统净生产力；海洋-147；荒漠、冻土带-0～250；热带萨瓦那草原地带-250～1000；温带森林地区-1000～2000；热带森林地区-2000～3000；热带、温带农业-250～1500；甘蔗-1725～6700。

参考资料来源：百度百科-净第一性生产力

陆地生态系统中哪种净初级生产力最大？

在初级生产量中生态系统净生产力，有一部分被植物自己生态系统净生产力的呼吸所消耗生态系统净生产力，剩下的部分才以可见有机物质的形式用于植物的生长和生殖，生态系统净生产力我们称这部分生产量为净初级生产量（net primary production, NPP），而包括呼吸消耗的能量（R）在内的全部生产量称为总初级生产量（gross primary production, GPP）。 按我们生态学的书上说(作者是孙儒泳),初级生产力最大的陆地生态系统是湿地,其次是热带雨林,再然后各种森林按纬度往下排,然后才轮到草原.水体最高生产力的地方在河口处

【急求！】有关测定生态系统初级生产力的方法

初级生产的基本概念
生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对太阳能的固定。因为这是生态系统中第一次能量固定，所以植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量。
在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可以用于植物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产量（NP）。而包括呼吸（R）在内的全部生产量，称为总初级生产量（GP）。三者之间的关系是：
GP = NP + R
式中三个量的单位都是 J / (m2·a)。
净初级生产量是可供生态系统中其他生物利用的能量。生产量通常用每年每平方米所生产的有机物质干重 [ g / (m2·a) ] 或每年每平方米所固定能量 [ J / (m2·a) ] 表示。所以初级生产量也可称为初级生产力，它们的计算单位是完全一样的，但在强调“率”的概念时，应当使用生产力。但生产量和生物量是两个不同的概念，生产量含有速率的概念，是指单位时间单位面积上的有机物质生产量，而生物量是指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物质量，单位是干重 g / m2 或 J / m2。
初级生产量的测定方法
初级生产量的测定方法有很多，这里简列几种：
（1）收获量测定法
用于陆地生态系统。定期收割植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物质重量来表示。取样测定干物质的热量，并将生物量换算为 g / (m2·a) 。
（2）氧气测定法
多用于水生生态系统，即黑白瓶法。用三个玻璃瓶，其中一个用黑胶布包上，在包以铅箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶（初始瓶）以测定水中原来溶氧量。根据初始瓶、黑瓶、白瓶溶氧量，即可求得净初级生产量、呼吸量、总初级生产量。
（36）CO2 测定法
用塑料帐将群落的一部分罩住，测定进入和抽出空气中 CO2 含量。如氧气测定法中的黑白瓶法比较水中溶氧量那样，本方法也要用暗罩和透明罩，也可用夜间无光条件下的 CO2 增加量来估计呼吸量。
（4）放射性标记物测定法
把放射性 14C 以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过短时间培养，确定光合作用固定的碳量。因为浮游植物在暗中也能吸收 14C 因此还要用“暗呼吸”作校正。
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