黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

2000年来吕梁连片贫困区植被净初级生产力时空变化特征

多年来吕梁连片贫困区实施的生态恢复措施对其生态环境产生了较大影响,为掌握该区域在生态恢复措施实施(2000年)以来植被净初级生产力的变化状况,利用2000—2018年时序的遥感数据和基于光能利用率的CASA模型对其进行了模拟,并分析了导致其变化的主要控制因素,结果显示:(1)2000年以来吕梁连片贫困区NPP整体上升,其中93.46%的区域NPP呈增长状态,6.54%的区域呈减少状态,2010—2015年区域NPP出现下降。(2)受人类活动影响,过去18年来区域土地利用类型变化较为显著,耕地面积缩减,草地面积基本保持稳定,林地与城镇面积增加且城镇面积扩张迅速,不同土地利用下的NPP特征差异显著,耕地NPP年均值增长最为迅速,为5.9 gC m^-2 a^-1,林地最为平稳,为1.32 gC m^-2 a^-1。(3)研究区降水量波动对区域NPP的变化影响显著,未来气候变化中降水量的变化可能对区域NPP产生直接影响。研究结果将为区域生态恢复、精准扶贫及黄河中游地区的经济发展提供重要的理论支撑。     

中国陆地植被净初级生产力遥感估算

该文在综合分析已有光能利用率模型的基础上,构建了一个净初级生产力(NPP)遥感估算模型,该模型体现了3方面的特色:1)将植被覆盖分类引入模型,并考虑植被覆盖分类精度对NPP估算的影响,由它们共同决定不同植被覆盖类型的归一化植被指数(NDVI)最大值;2)根据误差最小的原则,利用中国的NPP实测数据,模拟出各植被类型的最大光能利用率,使之更符合中国的实际情况;3)根据区域蒸散模型来模拟水分胁迫因子,与土壤水分子模型相比,这在一定程度上对有关参数实行了简化,使其实际的可操作性得到加强。模拟结果表明,1989~1993年中国陆地植被NPP平均值为3.12 Pg C (1 Pg=10¹⁵ g),NPP模拟值与观测值比较接近,690个实测点的平均相对误差为4.5%;进一步与其它模型模拟结果以及前人研究结果的比较表明,该文所构建的NPP遥感估算模型具有一定的可靠性,说明在区域及全球尺度上,利用地理信息系统技术将遥感数据和各种观测数据集成在一起,并对NPP模型进行参数校正,基本上可以实现全球范围不同生态系统NPP的动态监测。     

中国北方草地土壤呼吸的空间变异及成因

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键指标,决定了土壤源二氧化碳(CO₂)进入大气的通量,对预测全球气候变化背景下区域乃至全球碳循环变化具有重要意义.本文通过室内短期培养试验测定了中国北方草地样带土壤样品的呼吸速率,研究了北方草地土壤呼吸的区域尺度格局及其与主要调控因子的关系.结果表明：土壤呼吸速率自西向东随年均降水量(MAP)增加呈逐渐增加的趋势,变化范围为0.35～2.09 μg CO₂C·g^-1·h^-1.其中,MAP<100 mm时,土壤呼吸速率为0.35～0.73 μg CO₂C·g^-1·h^-1;100 mm 2C·g^-1·h^-1;MAP>300 mm时,土壤呼吸速率为0.83～2.10 μg CO₂ C·g^-1·h^-1.土壤呼吸速率与年均降水量、地上生物量、土壤有机碳氮含量呈显著正相关,而与年均温和pH值呈显著负相关.增强回归树分析显示,年均降水量、地上生物量、土壤有机碳含量和土壤有机氮含量分别解释了土壤呼吸总变异的25.5%、23.6%、18.3%和12.5%,而土壤pH和年均温仅解释了10.8%和9.2%.     

锡林郭勒盟净初级生产力时空变化及其气候影响

净初级生产力(NPP)是表征生态系统质量与功能的核心指标,监测生态工程区NPP的时空变化是生态建设成效评估的重要内容。本文利用2000—2015年时序遥感数据与光能利用效率模型(CASA),分析了锡林郭勒盟NPP的时空变化以及气温与降水的影响。结果表明:2000—2015年锡林郭勒盟的NPP为108.66~359.74 g C·m^-2·a^-1,多年平均值为254.18 g C·m^-2·a^-1,年均增加13.47 g C·m^-2;锡林郭勒盟的NPP由东向西递减趋势明显,40.13%的区域NPP高于280 g C·m^-2·a^-1,且集中在太仆寺旗、多伦县、西乌珠穆沁旗和东乌珠穆沁旗等地区;相比2000年,2015年锡林郭勒盟有94.56%的区域NPP升高,其中33.95%的区域NPP增幅高于120 g C·m^-2;锡林郭勒盟的NPP与降雨量呈显著正相关,31.18%的区域NPP与气温呈正相关,NPP与年均气温及降水量的复相关系数为0.59。综合来看,锡林郭勒盟约55%的区域NPP明显受气候因素驱动,其生态修复治理应充分利用气候变化的积极影响,而其他区域则需注重施加生态工程措施。     

基于机载激光雷达的中亚热带常绿阔叶林林窗特征

机载激光雷达(LiDAR)是一种新型主动式遥感技术,能直接获取多尺度高精度的冠层三维结构信息,将其推广到森林干扰生态学领域,可为林窗研究提供应用支撑.以湖南中亚热带常绿阔叶林为研究对象,利用小光斑LiDAR数据进行林窗识别和几何特征估测.选择合适的分辨率和内插方法生成冠层高程模型,采用计算机图形学方法估测林窗面积、边界木高度和形状指数,并进行野外观测验证.结果表明: 林窗识别率为94.8%,主要影响因素是林窗面积和林窗形成木类型;估测的林窗面积和边界木高与野外观测值呈较强线性相关,R²值分别为0.962和0.878,其中估测的林窗面积平均比野外观测值高19.9%,估测的林窗边界木高度平均比野外观测值低9.9%;区域内林窗密度为12.8个·hm^-2,占森林面积13.3%;林窗面积、边界木高和形状指数的平均值分别为85.06 m²、15.33 m和1.71,区域内多为较小面积、边缘效应不太显著的林窗.
     

3PG碳生产模型在长白山阔叶红松林总初级生产力估算中的应用

利用ChinaFLUX长白山站阔叶红松林的通量观测数据以及同期卫星遥感数据,对3PG模型中的植被光合模型(VPM)、光能利用率模型(EC-LUE)、陆地生态系统模型(TEM)、卡内基-埃姆斯-斯坦福方法模型(CASA)4种模型进行参数重组,通过对比通量观测值与估算值的均方根误差、决定系数及平均误差确定模型的最适合参数;并利用实测的通量观测数据对优化后的模型进行拟合度验证,以提高其估算长白山阔叶红松林总初级生产力(GPP)的准确性.结果表明: 采用温度、增强植被指数、地表水分指数分别表征原模型中的温度限制因子、光合有效辐射吸收比例、水分限制因子估算长白山阔叶红松林GPP时,结果最优,优化后模型的精度(R²=0.948,RMSE=0.035 mol·m^-2·month^-1)明显优于原模型(R²=0.854,RMSE=0.177 mol·m^-2·month^-1),且能够有效改善原模型生长季明显高估的现象;通过敏感性分析可知,温度是对GPP估算不确定性影响最大的参数,其次为增强型植被指数和光合有效辐射,地表水分指数最小,且变量间的交互作用对GPP估算不确定性也存在影响.     

麦季牛场肥水灌溉对冬小麦-夏玉米产量与磷吸收利用及土壤剖面分布的影响

在华北平原灌溉区,采用冬小麦 夏玉米周年轮作田间试验,研究麦季牛场肥水灌溉对冬小麦和夏玉米产量、磷吸收量、磷累计利用率及土壤积累的影响.结果表明：麦季肥水灌溉能显著提高冬小麦和夏玉米产量,冬小麦产量随肥水带入磷的增加先增加后降低,肥水灌溉带入137 kg P₂O₅·hm^-2时冬小麦产量最高,磷的当季利用率较高,分别为7646.4 kg·hm^-2和24.8%,肥水灌溉带入过量磷会降低冬小麦产量和磷当季利用率;夏玉米产量和磷素吸收量随冬小麦季肥水灌溉带入磷量增加而增加,后季夏玉米产量增加2222.4～2628.6 kg·hm^-2,磷吸收量增加13.9～21.1 kg·hm^-2.农民习惯施肥处理夏玉米当季施磷88 kg P₂O₅·hm^-2时,与不施肥处理相比,夏玉米产量增加2235.0 kg·hm^-2.随着牛场肥水灌溉年限的推移,作物增产效果逐渐明显,冬小麦 夏玉米轮作体系作物累计磷利用率逐年升高,6季作物收获后,磷累计利用率达40.0%～47.7%.试验条件下,
冬小麦 夏玉米轮作体系进行2次肥水灌溉是较经济安全的灌溉模式.     

黄河流域生态功能区植被碳汇估算及其气候影响要素

基于改进的CASA模型和土壤呼吸模型,综合遥感数据、气象数据、植被数据等多源数据类型,以黄河流域为研究对象,估算生态功能区植被碳源/汇,探讨其时空变化及主要气候影响要素。结果显示：(1)黄河流域植被净初级生产力(NPP)在2000—2020年整体呈波动上升趋势,多年平均NPP值为317.18 gC m^-2 a^-1;林地>耕地>沼泽>草地,水体、戈壁、风蚀劣地和裸沙地的NPP总体处于较低值。空间尺度上,黄河流域NPP呈现出南高北低的分布特点,高值区集中在黄土高原农业与草原生态区与汾渭盆地农业生态区交界处,空间差异显著。(2)土壤微生物呼吸量极大值出现2018年,为15.82 gC m^-2 a^-1,最小值出现在2004年为14.34 gC m^-2 a^-1;空间上呈现从东南往西北、从东往西依次递减的空间分布格局。(3)黄河流域总体呈碳汇属性(碳汇区域超过60%),年均固碳量约为111.02 MgC/a,年均排碳量为-9.96 MgC/a,年均净...     

安徽省植被净初级生产力估算——基于改进的CASA模型

定量估算植被净初级生产力(NPP)对预测陆地碳循环趋势具有重要意义,目前广泛应用于NPP估算的CASA模型其精度仍有待提高。在已有CASA模型优化的基础上,考虑最大光能利用率(LUE_max)的动态变化来改进CASA模型,对改进前后的模拟结果进行比较,并利用改进后的模型估算2001—2020年安徽省植被NPP。结论如下：(1)改进的CASA模型可应用于研究区的植被NPP估算,NPP模拟值与实测值之间的相关性达到显著水平(R²=0.736,P<0.01)。(2)改进后模拟的安徽省植被NPP在空间表达上能够呈现更多细节,时间上较改进前在生长季NPP值更高,非生长季值更低,拉大了NPP的年内变化。(3)2001—2020年安徽省植被NPP整体呈波动上升趋势,多年平均值为547.61 gC m^-2 a^-1,年均增长量达2.18 gC m^-2 a^-1,2016—2020年间NPP增长最快。年内NPP具有明显的季节差异,表现为夏季>秋季>春季>冬...     

闽三角区域生态系统服务重要性评价及其空间分布

基于GIS及RS技术,选取研究区内最重要的水源涵养服务、水土保持服务、生物多样性保护服务、生态系统综合服务为研究对象,采用NPP定量指标评价方法,对4种生态系统服务的重要性进行评价,试图揭示闽三角区域各类生态系统服务重要性分级情况及其空间分布规律。同时,从土地利用以及主控因子识别两方面对形成闽三角区域生态系统服务各重要性级别区域的深层次原因做出科学分析。以最终闽三角生态系统综合服务为例,研究结果表明:(1)极为重要和高度重要的区域面积共占研究区总面积的30.39%,总体分布在闽三角中部偏西南地区的南靖县、平和县以及长泰县境内,其在海拔300—600 m以及坡度10°—20°的环境中面积占比较高。(2)一般重要和较为重要区域总体分布在闽三角东北部沿海地区的泉州市及厦门市范围内,其在海拔900—1800 m以及坡度40°的环境中面积占比较高。(3)随着重要性级别从一般重要到极为重要的提升,其相应重要性级别区域的地理中心由南安市境内出发,逐渐向西方向移动,后经由华安县境内转向西南方向,最终落在南靖县境内。(4)从一般重要区域到极为重要区域,林地和草地的面积占比显著增加,而城乡、工矿、居民用地、耕地以及水域的面积占比则出现明显降低。(5)一般重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、降水因子、土壤渗流能力因子,极为重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、海拔因子、降水因子。     

基于景观尺度过程模型的长白山地表径流量时空变化特征的模拟

运用已建立的景观尺度生态系统生产力过程模型EPPML对长白山自然保护区地表径流量的季节动态和空间分布特征进行了模拟,对其与环境因子间的相互关系进行了分析．模拟结果表明,长白山自然保护区地表径流量的季节进程表现出明显的三峰型,6月和9月出现低谷,8月达最大(2．58mm·d^-1),与土壤含水量的季节变化趋势十分相似．1995年地表径流量的模拟值平均为0．203m·年^-l,空间分布随海拔升高呈现明显增加的趋势,最高为高山流砾滩(0．619m·年^-1),最低为阔叶红松林(0．081m·年^-1)．年地表径流量与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关指数关系(R^2＝0．857)．年地表径流量与气温和总辐射呈负相关关系(R^2分别为0．965和0．836),与降水量、相对湿度和风速呈正相关关系(R^2均大于0．950),还与土壤特性密切相关。     

中亚热带米槠天然林土壤甲烷吸收速率季节变化

以福建省建瓯市万木林自然保护区米槠天然林为对象,定位观测了土壤甲烷吸收速率(V_CH4)的季节变化.结果表明：米槠天然林土壤V_CH4的季节变化表现出夏秋季高于冬春季的趋势,最大值(95.13 μg·m^-2·h^-1)出现在初秋(9月),最小值(9.13 μg·mμg·m^-2·h^-1)出现在初春(3月).土壤全年均为甲烷汇.随土壤温度和含水量的增加, V_CH4分别呈增加和降低趋势,但V_CH4与土壤温度和土壤含水量的相关性均不显著.米槠天然林土壤甲烷年通量为3.93 kg·hm^-2·a^-1,高于全球天然林土壤甲烷年通量的平均水平(2.4 kg·hm^-2·a^-1)和亚洲地区热带天然林土壤甲烷年通量(2.07 kg·hm^-2·a^-1),低于亚洲地区温带天然林的土壤甲烷年通量(8.12 kg·hm^-2·a^-1).     

祁连山青海云杉林生物量和碳储量空间分布特征

根据野外调查资料、祁连山地区青海云杉林相图和气象资料,在GIS技术的支持下估算了祁连山地区青海云杉林的生物量和碳储量及其空间分布.结果表明：2008年,研究区青海云杉林平均生物量为209.24 t·hm^-2,总生物量为3.4×10⁷ t;研究区水热条件的差异使青海云杉生物量在地理空间上存在较大的差异性;经度每增加1°,青海云杉生物量增加3.12t·hm^-2;纬度每增加1°,生物量减少3.8 t·hm^-2;海拔每升高100 m,生物量减少0.05 t·hm^-2;2008年,研究区青海云杉林碳密度在70.4～131.1 t·hm^-2,平均碳密度为109.8 t·hm^-2,幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的平均碳密度分别为83.8、109.6、122、124.2和117.1 t·hm^-2,研究区青海云杉林总碳储量为1.8×10⁷ t.     

Respiratory carbon losses and the carbon-use efficiency of a northern hardwood forest, 1999-2003

Quantitative assessment of carbon (C) storage by forests requires an understanding of climatic controls over respiratory C loss. Ecosystem respiration can be estimated biometrically as the sum (R Sigma) of soil (Rs), leaf (Rl) and wood (Rw) respiration, and meteorologically by measuring above-canopy nocturnal CO2 fluxes (Fcn). Here we estimated R Sigma over 5 yr in a forest in Michigan, USA, and compared R Sigma and Fcn on turbulent nights. We also evaluated forest carbon-use efficiency (Ec = P(NP)/P(GP)) using biometric estimates of net primary production (P(NP)) and R Sigma and Fcn-derived estimates of gross primary production (P(GP)). Interannual variation in R Sigma was modest (142 g C m(-2) yr(-1)). Mean annual R Sigma was 1425 g C m(-2) yr(-1); 71% from Rs, 18% from Rl, and 11% from Rw. Hourly R Sigma was well correlated with Fcn, but 11 to 58% greater depending on the time of year. Greater R Sigma compared with Fcn resulted in higher estimated annual P(GP) and lower annual Ec (0.42 vs 0.54) using biometric and meteorological data, respectively. Our results provide one of the first multiyear estimates of R Sigma in a forested ecosystem, and document the responses of component respiratory C losses to major climatic drivers. They also provide the first assessment of Ec in a deciduous forest using independent estimates of P(GP).     

鼎湖山针阔叶混交林水文学过程中总有机碳动态

2002年7月～2003年7月对鼎湖山针阔叶混交林生态系统水文学过程中总有机碳(TOC)总量和浓度进行了初步研究.结果表明,观测期间,林外大气降水输入的TOC总量为41.80kg·hm^-2·yr^-1,地表径流和地下水(50 cm土壤渗透水)输出分别为17.54和1.80kg·hm^-2·yr^-1,输入输出之差为22.4kg·hm^-2·yr^-1,系统TOC为正平衡.各类型水中TOC总量月动态基本上与大气降水月动态变化趋势一致.大气降水的TOC平均浓度为3.4 mg·L^-1.经过森林林冠淋洗和树干淋溶后,穿透雨和树干流中TOC的平均浓度分别比大气降水中TOC浓度增加了.10倍和7.39倍.地表径流、25 cm和50 cm土壤渗透水中TOC平均浓度分别为12.72、7.905和3.0 mg·L^-1.穿透雨和树干流中TOC浓度的月变化相似,生长季初(3月),TOC浓度开始增加,9月后逐渐下降,12月又有所回升.降水量较大的月份地表径流中TOC浓度较高.25 cm和50 cm土壤渗透水中TOC浓度无明显的月变化规律.不同树种树干流中TOC浓度差异很大.大气降水、穿透雨、25 cm和50 cm土壤水中TOC浓度随降水量的增加而规律性递减,树干流和地表径流中TOC浓度与大气降水量之间无明显相关关系;除树干流和土壤水外,水文过程各分量水中TOC浓度随着大气降水强度的变化呈现规律性波动.     

广西黄冕林场次生常绿阔叶林生物量及净第一性生产力

应用相对生长法和样方收获法,测定了广西黄冕林场天然次生常绿阔叶林的地上、地下生物量及林分净第一性生产力．阔叶林总生物量为99．96t·hm^-2,其中地上部分占69．41％,地下部分(根系)占30．59％．林分叶面积指数为6．50．全林净第一性生产力为24．65t·hm^-2·年^-1,其中地上部分占44．54％。根系占55．46％．     

Litter Decomposition and Nutrient Release in a Tropical Seasonal Rain Forest of Xishuangbanna,Southwest China1

We studied litter decomposition and nutrient release in a tropical seasonal rain forest of Xishuangbanna, Southwest China. The monthly decay rates (k) of leaf litter ranged from 0.02 to 0.21/mo, and correlated with rainfall and soil moisture. Annual k values for leaf litter (1.79/yr) averaged 4.2 times of those for coarse wood (2.5–3.5 cm in diameter). The turnover coefficients of forest floor mass (annual litterfall input/mean floor mass) were: 4.11/yr for flowers and fruits, 2.07/yr for leaves, and 1.17/yr for fine wood (≤2 cm in diameter), with resident time decreasing from fine woods (0.85 yr) to leaves (0.48 yr) and to flower and fruits (0.24 yr). Nutrient residence times in the forest floor mass were ranked as: Ca (1.0 yr) > P (0.92 yr) > Mg (0.64 yr) > N (0.36 yr) > K (0.31 yr). Our data suggest that rates of litter decomposition and nutrient release in the seasonal rain forest of Xishuangbanna are slower than those in typical lowland rain forests, but similar to those in tropical semideciduous forests.     

中亚热带常绿阔叶林林隙及其自然干扰特征的研究

通过对福建万木林中亚热带常绿阔叶林中96个林隙的调查,研究了中亚热带常绿阔叶林的基本特征和自然干扰规律,结果表明,在中亚热带常绿阔叶林中,扩展林隙(EG)和冠空隙(CG)在中亚热带常绿阔叶林景观中的面积比例分别为50．86％和16．66％,每年干扰频率分别为0．85％·年^-1和0．28％·年^-1,林隙干扰的返回间隔期约为357年．林隙形成方式由树木折干形成的最为普遍,占形成木总数58．04％。其次是由于掘根风倒而形成的,占33．48％．林隙大多由两株树木形成,平均每个林隙拥有形成木2．33株．扩展林隙的大小多在100～300m^2之间,其中以200～300m^2者所占的面积比例最大,而以100～200m^2者所占的数量比例最大,冠空隙的大小多在100m^2以下,其中50m^2以下所占的数量比例和面积比例都是最大的．林隙形成木分布最多的径级在20～30cm之间。     

土地利用转变与海拔高度协同作用黄土高原植被固碳变化特征

全球固碳释碳问题一直是近年来关乎民生的热点话题,区域碳源/碳汇对生态环境的重要性不言而喻。基于CASA模型估算黄土高原1990—2015年植被净初级生产力的年际变化,并分析土地利用变化、海拔高度及两者协同作用对其综合影响,结果表明：(1)黄土高原1990—2015年植被NPP与植被固碳总体呈增加趋势,年均NPP增速2.74 gC m^-2 a^-1,年均固碳增速1.13 TgC/a,研究区林地年均NPP(619.5 gC m^-2 a^-1)远超其他用地类型,固碳效果理想;(2)黄土高原年均NPP随高程的增加先降低后升高,年总NPP和固碳量随高程增加变化趋势相反;(3)研究区土地利用转变类型中退耕还林的植被固碳效果最好;而林地变为耕地或草地均不能达到固碳目的,此外,更推荐在研究区海拔低于1500 m变草为耕,海拔高于1500 m退耕还草,海拔高于3000 m变耕、草为林。以期为区域尺度的生态环境建设提供一定的参考和科学依据。