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Spatio-temporal variation of net primary productivity in a rapidly expanding artificial woodland area based on remote-sensing data

DOI: 10.3112/erdkunde.2021.03.02
Year: 2021
Vol: 75
Issue: 3
Pages: 191-207
Summary:

The expansion of artificial woodlands in China has contributed significantly to regional land-cover changes and changes in the regional net primary productivity (NPP). This study used Ximeng County in the Yunnan Province as a case study to investigate the overall changes, associated amplitude, and spatio-temporal distribution of NPP from 2000–2015.The Carnegie-Ames-Stanford approach was used in the rapidly expanding artificial woodland area based on MODIS-NDVI data, meteorological data, and Landsat 5 TM data to calculate the NPP. The results show that (1) artificial woodlands experience a 10fold increase and account for 93 % of the land cover transfer, which was mainly from woodland areas. (2) The NPP was 906.2×109 gC·yr-1 in 2000 and 972.0×109 gC·yr-1 in 2015, presenting a total increase of 65.8×109 gC·yr-1 and a mean increase of 52.4 gC·m-2·yr-1 in Ximeng County. (3) The most notable NPP changes take place in the central and the western border regions, with the increasing NPP of artificial woodlands and arable land offsetting the negative effects of the decrease in woodland NPP. (4) The total NPP in the study area kept increasing, primarily due to the growing area of artificial woodlands as well as the stand age of the woods, whereas the mean value change of the NPP is mostly related to the increasing stand age. (5) The artificial woodlands increase the NPP value more than natural woodlands. While protecting and promoting ecologically valuable natural forests at the same time, it seems quite advantageous to establish regional plantations and coordinate their development on a scientific basis with a view to increasing NPP, economic development, but also the ecological stability of this mountain region. Our study reveals the changes in NPP and its distribution in a rapidly expanding area of artificial woodland in southwest China based on remote-sensing data and the CASA model, providing a decision-making basis for rational land-use management, the optimal utilization of land resources, and a county-scale assessment approach.

Zusammenfassung:

Die Zunahme der künstlich angelegter Wälder in China hat erheblich zu regionalen Veränderungen der Bodenbedeckung und der regionalen Nettoprimärproduktivität (NPP) beigetragen. In dieser Studie wurde der Bezirk Ximeng in der Provinz Yunnan als Fallstudie herangezogen, um die Gesamtveränderungen, die damit verbundene Amplitude und die räumlich-zeitliche Verteilung der NPP von 2000-2015 zu untersuchen. Der Carnegie-Ames-Stanford-Ansatz wurde in dem sich schnell ausbreitenden Kunstwaldgebiet auf der Grundlage von MODIS-NDVI-Daten, meteorologischen Daten und Landsat 5 TM-Daten zur Berechnung der NPP verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass (1) die künstlichen Wälder um das zehnfache zunahmen und 93 % der Landbedeckungsveränderung ausmachen, die hauptsächlich von Waldgebieten ausging. (2) Die NPP betrug 906,2×109 gC yr-1 im Jahr 2000 und 972,0×109 gC yr-1 im Jahr 2015, was einen Gesamtanstieg von 65,8×109 gC yr-1 und einen mittleren Anstieg von 52,4 gC m-2 yr-1 im Bezirk Ximeng bedeutet. (3) Die bemerkenswertesten NPP-Veränderungen finden in den zentralen und westlichen Grenzregionen statt, wobei die zunehmende NPP von angelegten Wäldern und Ackerland die negativen Auswirkungen des Rückgangs der NPP von Wäldern ausgleicht. (4) Die Gesamt-NPP im Untersuchungsgebiet nimmt weiter zu, was in erster Linie auf die wachsende Fläche der angelegten Wälder und das Bestandsalter der Wälder zurückzuführen ist, während die Mittelwertänderung der NPP hauptsächlich mit dem zunehmenden Bestandsalter zusammenhängt. (5) Die künstlichen Wälder erhöhen den NPP-Wert stärker als die natürlichen Wälder. Bei gleichzeitigem Schutz und Wiederherstellung ökologisch wertvoller Naturwälder erscheint es durchaus vorteilhaft, regionale Plantagen anzulegen und deren Entwicklung auf wissenschaftlicher Grundlage zu koordinieren, um die NPP, die wirtschaftliche Entwicklung, aber auch die ökologische Stabilität dieser Bergregion zu fördern. Unsere Studie zeigt die Veränderungen der NPP und ihrer Verteilung in einem sich rasch ausdehnenden Gebiet künstlicher Wälder im Südwesten Chinas auf der Grundlage von Fernerkundungsdaten und dem CASA-Modell auf und liefert damit eine Entscheidungsgrundlage für ein rationales Landnutzungsmanagement, die optimale Nutzung von Landressourcen und einen Bewertungsansatz auf regionaler Ebene.

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