气候变化对雌雄异株植物影响的研究进展

雌雄异株植物作为陆地生态系统的重要组成部分,在维持生态系统结构和功能稳定性方面发挥着关键作用。但是,由于雌雄异株植物的不同性别植株在形态特征、生理特征和资源分配等方面均存在明显差异,至今对全球气候变化背景下雌雄植物的性别差异响应机制的认识仍十分有限。本文综述了全球变暖、降水变化和大气CO2浓度升高等主要气候因子变化对雌雄异株植物的影响,探讨了雌雄异株植物对气候变化响应的性别差异,提出了未来雌雄异株植物与气候变化关系研究的重点,以期为揭示陆地生态系统结构和功能稳定性对气候变化的响应机制提供参考依据。     

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展

气候变化显著影响陆地生态系统生产力以及水分利用格局,而水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量生态系统碳水耦合关系的重要指标之一。研究陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应,有助于深入理解生态系统的变化规律,模拟和预测生态系统碳水过程的发展状况,从而为应对全球气候变化提供新的依据。为了更好地掌握生态系统水分利用效率研究现状以及其对温度、CO2等关键气候因子的响应情况,本文总结了陆地生态系统水分利用效率对气候变化响应的最新研究进展。首先介绍了相关的定义并归纳了两种不同计算方式的差异和特点;接着重点总结了陆地生态系统水分利用效率对大气温度、CO2、水分、干旱以及太阳辐射等影响因素的响应;最后文章总结了目前3个相关的研究态势,主要包括:(1)长时间序列水分利用效率与气候要素的关系研究;(2)土地利用/覆被变化对水分利用效率的影响及其对气候的反馈研究;(3)多尺度水分利用效率综合研究。本研究可为深入研究生态系统过程对气候变化的响应提供参考。     

全球气候变化下植物水分利用效率研究进展

气候变化是20世纪80年代以来全球最为关注的环境问题之一,显著影响着植物的生产力以及水分运移和利用格局,改变植物个体、群落及生态系统的水分利用效率（WUE）,最终影响植被分布格局和群落结构.开展植物WUE的研究有助于理解和预测陆地植被对全球变化的响应和适应对策,从而为应对全球变化提供新的依据.本文从叶片、个体、群体或生态系统等不同尺度简要介绍了植物水分利用效率的概念及测定方法,着重综述了气候变暖、CO₂浓度升高、降水变化和氮沉降等重要气候因子及其复合作用对植物WUE的影响研究进展,以及不同立地条件下植物WUE变化特征及生存适应策略,指出当前研究中存在的问题,并对全球气候变化下植物WUE的研究进行展望.     

中国东北样带（NECT）：十年集成与未来挑战

作为“国际地圈-生物圈计划(IGBP)”的15条陆地样带之一,中国东北样带(Northeast China Transect,NECT)在IGBP核心项目“全球变化与陆地生态系统(GCTE)”中已经建立10年之久。该样带位于中纬度温带半干旱地区,跨越北纬42~46,东经110~132,其主要全球变化驱动因素为降水,次要驱动因素为土地利用强度。在过去的10年里,中国东北样带的研究进展表现在以下几个方面:生态数据库发展、气候及其变异性、植物对环境的生态生理响应、植被和景观变化、生物多样性格局及其变化、植物功能型和植物性状及气候梯度分析、生产力和碳动态、花粉-植被相互关系、痕量气体放散、土地利用和土地覆盖变化以及生物地理和生物地球化学模拟。为达到更高水平的集成研究,中国东北样带今后需要:统一框架下的坚实的基础数据集、进一步的野外实验和观测、从斑块、景观到生物群区尺度的植被结构、过程和功能的集成模拟、样带内和与其他IGBP样带研究结果的相互比较、多学科交叉研究、国内和国际协作以及完整的科学计划和实施对策。     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。     

基于森林生态系统服务权衡与协同的森林可持续管理

森林是水库、钱库、粮库、碳库,提供多种生态系统服务,对缓解全球气候变化、维护国土生态安全和促进经济社会可持续发展具有基础性、战略性作用。科学认识不同森林生态系统服务间的权衡与协同对实现森林多重效益和开展森林可持续管理至关重要,但森林生态系统服务间的协同或权衡关系存在较大不确定性、因不同研究而异,导致如何通过森林经营实现森林生态系统多种服务成为关键挑战。全面梳理森林生态系统多种服务之间协调与权衡研究现状后发现：(1)研究聚焦森林碳汇、木材供应、生物多样性、森林游憩等多种服务之间的关系与影响因子;天然林的协同效应高于人工林,林龄、林分密度、树种组成、气温、海拔、社会偏好、管理政策等是主要驱动因素;(2)对比不同森林经营模式或管理措施对森林生态系统多种服务的影响,可持续经营是协同实现森林多种效益的有效途径;(3)气候变化与森林生态系统多种服务之间的相互作用取决于气候因子种类与变化程度、森林类型、森林管理方式、区域环境等,当前重点围绕IPCC发布的未来气候变化情景开展研究;(4)借助InVEST、FSOS、CASA等工具,模拟优化森林管理情景,探索兼顾森林多目标的管理方案。同时,系统总结现有研...     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

气候变化对作物矿质元素利用率影响研究进展

作物矿质元素利用率对气候变化的响应是目前全球变化研究中既重要、又复杂,且认知最少的科学领域。这个科学问题的研究关系到解密或预测陆地植物及农作物矿质胁迫对全球气候变化响应的机理,为将来农业投入提供理论依据,是应对气候变化的当务之急。目前只有少数研究,通过模拟试验,探索性地开展了CO_2浓度或温度升高的环境条件下,矿质元素在土壤-植物系统迁移、分布和储存特征的研究。从相关的文献报道来看,CO_2浓度升高环境条件下,小麦和水稻作物籽粒中大量和痕量元素的富集水平一般呈下降趋势。但温度升高情况下,作物各器官对对矿质元素的吸收情况则更为复杂。正由于气候因素与植物矿质元素利用率之间关系的复杂性,在气候变化背景下,解密作物矿质胁迫对全球气候变化响应的科学问题,尚需改进试验方法、手段,从土壤性质、作物生态生理,以及农业生态系统中矿质元素在土壤-作物系统中迁移转化的过程,全面考察作物矿质元素利用率对气候变化的响应机理。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下,北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象,但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larixsibirica)样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征及树木径向生长–气候的动态关系进行了分析。结果表明:生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子;树木径向生长与当年4月的气温显著负相关,与当年6–7月的气温显著正相关;研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6–7月的气温发生了分异现象,表现为随着气候变化,树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强,而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感,适合开展树木生长–气候变化的研究;检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

利用控制实验研究植物物候对气候变化的响应综述

物候是植物在长期适应环境过程中形成的生长发育节点。长时间地面物候观测数据表明,近50年全球乔木、灌木、草本植物的春季物候期受温度升高、降水与辐射变化等影响,以每10年2 d到10 d的速率提前。但因植物物候响应气候因子的机制仍不清楚,导致对未来气候变化情景下的植物物候变化预测存在较大的不确定性。在此背景下,控制实验成为探究气候因子对植物物候影响机制的重要手段。综述了物候控制实验中不同气候因子（温度、水分、光照等）的控制方法。总结了目前为止控制实验在植物物候对气候因子响应方面得到的重要结论,发现植物春季物候期（展叶、开花等）主要受冷激、驱动温度与光周期的影响,秋季物候期（叶变色和落叶）主要受低温、短日照与水分胁迫的影响。提出未来物候控制实验应重点解决木本植物在秋季进入休眠的时间点确定、低温和短日照对木本植物秋季物候的交互作用量化、草本植物春秋季物候的影响因子识别等科学问题。     

气候变暖对陆地植被-土壤生态系统的影响研究

由于自然因素及人类活动的长期影响,全球气候变化已经成为不容置疑的事实,并对陆地生态系统的植被及土壤产生了深远影响。陆地植被一土壤生态系统在全球气候变化中的反应与适应等过程已成为众多科学家所关注的问题。为更好地了解陆地植被一土壤生态系统对全球气候变化的响应机制,综述了气候变暖对植物的物候与生长、光合特征、生物量生产与分配,以及土壤呼吸等方面的影响,并对分析得到的结论进行了总结。分析指出,随着全球气候变暖,植物个体和群落特征以及土壤特性都会发生相应改变,高海拔地区的植被高度有增加趋势,而低海拔地区的植被可能出现矮化。然而,在以下方面还存有不确定性：（1）气候变暖导致的植被特征变化是否会减弱全球气候变化;（2）在较长时间尺度上气候变暖如何影响植物的物候和生长,特别是植物的体型;（3）高寒生态系统冬季土壤呼吸对气候变暖如何响应。     

Robust dynamics of Amazon dieback to climate change with perturbed ecosystem model parameters

Climate change science is increasingly concerned with methods for managing and integrating sources of uncertainty from emission storylines, climate model projections, and ecosystem model parameterizations. In tropical ecosystems, regional climate projections and modeled ecosystem responses vary greatly, leading to a significant source of uncertainty in global biogeochemical accounting and possible future climate feedbacks. Here, we combine an ensemble of IPCC‐AR4 climate change projections for the Amazon Basin (eight general circulation models) with alternative ecosystem parameter sets for the dynamic global vegetation model, LPJmL. We evaluate LPJmL simulations of carbon stocks and fluxes against flux tower and aboveground biomass datasets for individual sites and the entire basin. Variability in LPJmL model sensitivity to future climate change is primarily related to light and water limitations through biochemical and water‐balance‐related parameters. Temperature‐dependent parameters related to plant respiration and photosynthesis appear to be less important than vegetation dynamics (and their parameters) for determining the magnitude of ecosystem response to climate change. Variance partitioning approaches reveal that relationships between uncertainty from ecosystem dynamics and climate projections are dependent on geographic location and the targeted ecosystem process. Parameter uncertainty from the LPJmL model does not affect the trajectory of ecosystem response for a given climate change scenario and the primary source of uncertainty for Amazon ‘dieback’ results from the uncertainty among climate projections. Our approach for describing uncertainty is applicable for informing and prioritizing policy options related to mitigation and adaptation where long‐term investments are required.     

基于潜在植被的中国陆地生态系统对气候变化的脆弱性定量评价

 陆地生态系统对气候变化的响应及其脆弱性评价研究是当前全球变化领域的重要内容之一。该研究在生态系统过程模型的基础上,耦合了潜在 植被对气候变化的动态响应,模拟气候变化对潜在植被分布格局和生态系统主要功能的影响,以潜在植被的变化次数和变化方 向定义植被分布 对气候变化的敏感性和适应性,以生态系统功能特征量的年际变率及其变化趋势定义生态系统功能对气候变化的敏感性和适应性,进而对生态 系统的脆弱性进行定量评价,分析不同气候条件下我国陆地生态系统的脆弱性分布格局及其区域特点。结果表明,我国自然生态系统气候脆弱 性的总体特点为南低北高、东低西高,气候变化将会增加系统的脆弱性。采用政府间气候变化委员会排放情景特别报告国内和区域资源情景, 即IPCC-SRES-A2气候情景进行的预测模拟表明,到21世纪末我国不脆弱的生态系统比例将减少22%左右,高度脆弱和极度脆弱的生态系统所占的 比例较当前气候条件下分别减少1.3%和0.4%。气候变化对我国陆地生态系统的脆弱性分布格局影响不大。不同气候条件下,高度脆弱和极度脆 弱的自然生态系统主要分布在我国内蒙古、东北和西北等地区的生态过渡带上及荒漠-草地生态系统中。总体而言,华南及西南大部分地区的生 态系统脆弱性将随气候变化而有所增加,而华北及东北地区则有所减小。     

气候变化、火干扰与生态系统生产力

 综述了气候变化、火干扰与生态系统生产力之间的相互作用关系以及目前相关的研究进展。侧重介绍了气候变化与火干扰之间的相互作用关系以及火干扰对生态系统生产力的影响。气候变化通过作用于可燃物质数量、湿度和火灾天气来影响火干扰的发生频率和强度,而火干扰过程释放大量温室气体和烟尘物质反过来也会对气候变化产生影响。另外,火干扰过程改变了火烧迹地的土壤生物地球化学性质、养分循环和分配以及大气组成,进而对生态系统对CO2的吸收能力产生影响。正确理解三者之间的逻辑关系,对于我们有效地利用火管理提高区域生态系统碳吸收,减少碳排放,减缓全球变化速率,都具有重要的指导意义 。     

增温增水对草地生态系统碳循环关键过程的影响

生态系统碳循环是生态系统过程的重要组成部分,对碳循环关键过程机理的研究有助于更好地理解生态系统过程。目前,气候变化（全球变暖、降水时空格局变化）对草地生态系统过程产生了重要的影响。综述了气候变化（温度和降水变化）对草地生态系统碳循环关键过程（植物生产力、植物物候、植物根系周转、生态系统呼吸和生态系统净碳交换）的影响,在此基础上指出了目前气候变化（温度和降水变化）控制试验研究的不足,并进一步提出了今后应该加强研究的方向。     

亚高山森林生态系统过程研究进展

亚高山森林是以冷、云杉属为建群种或优势种的暗针叶林为主体的森林植被。亚高山森林在庇护邻近脆弱生态系统、保育生物多样性、涵养水源、碳吸存和指示全球气候变化等方面具有十分重要且不可替代的作用和地位,其多样化的植被和土壤组合为研究生态系统过程提供了天然的实验室。亚高山森林的群落演替与更新、生物多样性保育、水文生态过程、生物元素的生物地球化学循环以及亚高山森林生态过程对气候变化的响应等研究已取得了明显的进展。但有关全球变化条件下的亚高山森林土壤生物多样性和冬季生态学过程等研究明显不足。全球气候变化背景下的冬季生态学过程、极端灾害事件对亚高山森林生态系统过程的影响、亚高山森林生物多样性的保育机制、亚高山森林土壤生物多样性与生态系统过程的耦合机制等可能是未来研究的前沿科学问题。     

基于植被生产力的西南地区生态系统脆弱性特征

中国西南地区是全球生物多样性保护的重要地区之一.在全球气候变化背景下,该地区生态系统呈现出脆弱性增加的趋势.本研究基于生态系统总初级生产力(GPP),根据IPCC有关脆弱性的概念,计算西南地区生态系统的脆弱性,并分析了该区脆弱等级的空间分布格局,以及生态系统脆弱性与降水、温度、海拔、坡度和植被类型等因子间的相关性.结果表明: 西南地区生态系统脆弱性呈现由东南向西北逐渐增强的趋势,区域内多数地区为轻度、中度脆弱区(二者共占69%).脆弱等级随着区域内年平均降水量、多年平均温度的增加而减少,随着区域内海拔、坡度的增加而增加.西南喀斯特山区和西北山地农牧交错区呈现较高的脆弱性,更容易受气候变化或其他外界扰动的影响.针叶林、灌丛和草地的脆弱性相对较高,未来可能更容易受到气候变化的影响.     

A Synthesis of Climate and Vegetation Cover Effects on Biogeochemical Cycling in Shrub-Dominated Drylands

Semi-arid and arid ecosystems dominated by shrubs (“dry shrublands”) are an important component of the global C cycle, but impacts of climate change and elevated atmospheric CO₂ on biogeochemical cycling in these ecosystems have not been synthetically assessed. This study synthesizes data from manipulative studies and from studies contrasting ecosystem processes in different vegetation microsites (that is, shrub or herbaceous canopy versus intercanopy microsites), to assess how changes in climate and atmospheric CO₂ affect biogeochemical cycles by altering plant and microbial physiology and ecosystem structure. Further, we explore how ecosystem structure impacts on biogeochemical cycles differ across a climate gradient. We found that: (1) our ability to project ecological responses to changes in climate and atmospheric CO₂ is limited by a dearth of manipulative studies, and by a lack of measurements in those studies that can explain biogeochemical changes, (2) changes in ecosystem structure will impact biogeochemical cycling, with decreasing pools and fluxes of C and N if vegetation canopy microsites were to decline, and (3) differences in biogeochemical cycling between microsites are predictable with a simple aridity index (MAP/MAT), where the relative difference in pools and fluxes of C and N between vegetation canopy and intercanopy microsites is positively correlated with aridity. We conclude that if climate change alters ecosystem structure, it will strongly impact biogeochemical cycles, with increasing aridity leading to greater heterogeneity in biogeochemical cycling among microsites. Additional long-term manipulative experiments situated across dry shrublands are required to better predict climate change impacts on biogeochemical cycling in deserts.     

变化环境下火干扰研究进展

火是地球系统的重要过程,也是一种剧烈的环境干扰因素。火是生态系统变化的驱动力和催化剂,调节着生态系统的结构和功能,同时反馈给气候系统。近年来,世界多个国家相继爆发了历史上罕见的极端火事件,使得火干扰、气候变化和人类活动之间的相互作用关系得到了空前的关注。主要从3个方面回顾了变化环境下火干扰研究的进展,包括(1)火干扰的时空格局;(2)火干扰的驱动机制;(3)火干扰的生态效应。概括起来,遥感技术的发展使得火监测精度不断提高,对火时空格局的刻画由过去侧重火燃烧面积单一因素转向具有多重属性的火干扰体系。气候变化和人类活动共同决定着火干扰的分布格局、频率和强度,考虑气候的季节性能够提高火干扰的预测能力。火干扰调节着生态系统的草木平衡,对于生物多样性和生境的维持非常重要。此外,火干扰通过生物质燃烧释放的大量温室气体影响大气组成和空气质量,同时通过改变地表状况和陆-气相互作用来影响气候系统。正确理解气候-植被-火之间的相互作用和反馈机制有助于未来火干扰体系的预测。随着高温、大风、干旱等极端气候事件增多,未来全球大部分区域火发生的风险增加,但是人类活动可能会使火和气候之间的关系发生解耦。可持续的火管...