青藏高原植被降水利用效率的空间格局及其对降水和气温的响应

植被降水利用效率(precipitation use efficiency, PUE)是反映生态系统水、碳循环相互关系的重要指标。该文利用GLOPEM-CEVSA模型模拟了青藏高原2000-2008年植被净初级生产力(net primary production, NPP), 以97个野外草地样点实测地上净初级生产力(above-ground net primary productivity, ANPP)对模拟NPP进行验证, 模拟NPP与ANPP线性显著相关(R ² = 0.49, p < 0.001)。利用降水量空间插值数据, 分析了近9年青藏高原植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE及其与降水量之间的变化关系。结果表明: 2000-2008年青藏高原地区植被年平均PUE沿东南向西北递减, 降水量和气温对植被PUE有着重要的影响; PUE在不同植被类型间差异较大, 其中农田PUE最高, 高寒草甸PUE高于高寒草原。在不同降水区域植被PUE与降水量的关系不同, 降水量低于90 mm的区域, 植被PUE值最低((0.026 ± 0.190) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动最大(变异系数CV = 721%), 与降水量和气温不相关(p = 0.38)。降水量为90-300 mm的地区, 植被PUE较低((0.029 ± 0.074) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动较大(CV = 252%), 与降水量和气温显著相关(p < 0.001), 降水量和气温能够解释PUE空间变化的43.4%, 其中降水量的影响是气温的1.7倍。降水量为300-650 mm的区域占整个研究区的45%, 主要植被类型为高寒草原, 植被PUE较高((0.123 ± 0.191) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差), CV为155%; 植被PUE的空间变化与降水量和气温极显著相关(p < 0.001), 降水量和气温能够解释植被PUE空间变化的97.8%, 但以气温影响为主导, 其影响是降水量的1.5倍。降水量为650 mm的区域, 植被PUE达到最高(0.26 g C·m ^-2·mm ^-1)。降水量为650-845 mm的区域主要是西藏林芝地区, 植被以常绿针叶林为主, PUE最高((0.210 ± 0.246) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动最小(CV = 117%); 降水量和气温可解释植被PUE空间变化的93.1% (p < 0.001), 降水量的影响是气温的3.5倍, 但其影响为负。     

中国北方植被水分利用效率的时间变化特征及其影响因子

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

Temporal changes of vegetation water use efficiency and its influencing factors in Northern China

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

晋西黄土区典型乔灌木短期水分利用效率对环境因子的响应

为明确晋西黄土区植物的水分利用规律及对半干旱区的适应策略, 提高黄土地区植被建设效益, 该研究对该地区典型乔灌木短期水分利用效率随环境因子的变化进行了探究。以典型乔木油松(Pinus tabuliformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)及其林下灌木黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)为研究对象, 测定叶片可溶性糖稳定碳同位素比值(δ¹³C_leaf)与枝条渗出液稳定碳同位素比值(δ¹³C_branch), 使用δ¹³C_leaf推导计算7-10月叶片尺度下植物短期水分利用效率(WUE_leaf)变化趋势, 使用δ¹³C_branch明确植物光合作用后分馏情况, 确定半干旱区植物在生长季的水分变化规律对环境因子变化的响应。结果表明: (1) 7-10月4种植物δ¹³C_leaf总体呈现降低趋势, δ¹³C_branch呈现先升高后降低趋势。δ¹³C_leaf在种间和生活型中均存在差异。具体表现为: 灌木>乔木, 常绿乔木(油松) >落叶乔木(刺槐)。研究过程中未发现明显的碳同位素在光合作用后发生分馏的情况。(2) 4种植物WUE_leaf在7-8月保持稳定, 9-10月逐渐升高。21.5 ℃、0.9 kPa、52.4%分别为WUE_leaf随温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、相对湿度(RH)变化的突变点, 突变点之后4种植物WUE_leaf均表现出稳定的变化趋势, 不再随T_a、VPD、RH升高而降低。(3) WUE_leaf与T_a、RH、VPD之间存在显著负相关关系, T_a通过非气孔因素, 即酶的作用改变光合速率, 引起WUE_leaf变化。RH、VPD等水分因子则通过改变气孔开度, 影响蒸腾, 进而改变WUE_leaf。随着土壤含水量(SWC)的升高, WUE_leaf呈现先升高后降低的趋势。油松林和刺槐林在SWC分别达到15%-18%、13%-14%时, WUE_leaf达到最高值。经过混合线性模型(LMM)分析得到, 油松和刺槐WUE_leaf主导环境因子分别为RH和VPD, 黄刺玫和杠柳WUE_leaf主导环境因子均为T_a。该研究得到了黄土地区典型乔灌木生长季水分利用效率变化的规律和主要环境影响因子, 明确了黄土地区植物对气候因子变化的适应机制。     

内蒙古植被降水利用效率的时空格局及其驱动因素

植被降水利用效率(precipitation-use efficiency, PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。该研究利用光能利用率CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001-2010年内蒙古地区植被净初级生产力(net primary productivity, NPP), 结合降水量的空间插值数据, 分析了近10年内蒙古地区植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明: 2001-2010年内蒙古地区所有植被的平均PUE为0.94 g C·m^-2·mm^-1, 且在105-120° E地带性规律明显,PUE上升速率为每10° 0.55 g C·m^-2·mm^-1。各植被类型间PUE差别较大, 其中灌丛PUE最高, 荒漠PUE最低。在不同的降水量区域, 植被PUE的空间分布与气候因子的关系有较大差别, 0-75 mm降水量区间内, PUE随降水量、气温的升高显著下降(R² = 0.226, p < 0.05); 175-300 mm降水量区间内, 植被 PUE的空间变化与降水量和气温呈极显著相关关系(R² = 0.878, p < 0.001), 且随降水量的增加显著上升( R² = 0.94, p < 0.001), 变化速率约为每100 mm降水0.57 g C·m ^-2·mm^-1; 在降水量大于475 mm的区域, 植被PUE的空间分布与降水量、气温的相关性显著(R² = 0.19, p < 0.05), 且随着气温的上升、降水量的下降而增加, 其中气温的贡献是降水量的8.61倍。在不同的降水量区域, 植被 PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别, 对于年降水量0-220 mm的地区, PUE的年际波动与降水量呈正相关性、与气温呈负相关性; 在年降水量为220-310 mm的地区, PUE的年际波动主要受降水量的控制, 受气温影响较小; 在年降水量>310 mm的地区,PUE的年际波动与降水量、气温均呈正相关关系, 但在降水量越高的地区, PUE的年际波动与降水量的相关性越弱, 与气温的相关性越强。植被覆盖度与PUE的空间分布极显著相关(R² = 0.73, p < 0.001), 且与 PUE的年际波动也存在线性相关关系(R² = 0.11, p < 0.001); 叶面积指数( LAI)与PUE的年际波动呈线性相关关系(R² = 0.42, p < 0.001), 而当 LAI < 3.15时, PUE的空间分布随LAI增加而呈线性增加。     

Responses of ecosystem carbon exchange to multi-level water addition in an alpine meadow in Namtso of Qinghai-Xizang Plateau,China

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对青藏高原草地生态系统的影响及其生态适应机制,利用1982~1999年间的NOAA/AVHRR NDVI数据和对应的气候资料,研究了近20年来青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系。结果表明,18年来研究区生长季NDVI显著增加(p=0.015),其增加率和增加量分别为0.41% a^-1和0.001 0 a^-1。生长季提前和生长季生长加速是青藏高原草地植被生长季NDVI增加的主要原因。春季为NDVI增加率和增加量最大的季节,其增加率和增加量分别为0.92% a^-1和0.001 4 a^-1;夏季NDVI的增加对生长季NDVI增加的贡献相对较小,其增加率和增加量分别为0.37% a^-1和0.001 0 a^-1。3种草地(高寒草甸、高寒草原、温性草原)春季NDVI均显著增加(p<0.01;p=0.001; p=0.002); 高寒草甸夏季NDVI显著增加(p=0.027),而高寒草原和温性草原夏季NDVI呈增加趋势,但都不显著(p=0.106; p=0.087);3种草地秋季NDVI则没有明显的变化趋势(p=0.585; p=0.461; p=0.143)。3种草地春季NDVI的增加是由春季温度上升所致。高寒草地(高寒草甸和高寒草原)夏季NDVI的增加是夏季温度和春季降水共同作用的结果。温性草原夏季NDVI变化与气候因子并没有表现出显著的相关关系。高寒草地植被生长对气候变化的响应存在滞后效应。     

非生长季降水对青藏高原高寒草甸优势种生物量稳定性的影响

受全球气候变化的影响,青藏高原在过去的几十年间整体上呈现暖湿化的趋势,相比于年际之间温度和降水的变化外,生长季和非生长季气候变化模式的差异可能会对生态系统产生更重要的影响,但相关的研究尚不充分。以青藏高原东部的高寒草甸为研究对象,基于2001年至2017年17年的野外观测数据,包括优势植物紫花针茅的高度、多度以及生物量、次优势物种洽草的生物量,结合生长季和非生长季平均温度和降水量的变化,通过线性回归以及结构方程模型,探究生长季/非生长季不对称气候变化对于青藏高原高寒草甸优势物种生物量稳定性的影响。研究结果表明：1)青藏高原东部年均温和年降水在过去的17年间显著增加,呈现暖湿化的趋势,但是非生长的降水却变化不明显;2)紫花针茅的高度、多度以及生物量在过去17年没有显著的趋势,但是洽草的生物量稳定性显著减少;3)非生长降水结合紫花针茅的高度、多度以及洽草的生物量稳定性促进了紫花针茅的生物量稳定性。研究结果可以为青藏高原高寒草甸在未来气候变化的背景下合理保护与利用提供科学依据。     

西南高山亚高山区植被水分利用效率时空特征及其与气候因子的关系

水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水碳循环及其耦合关系的重要指标。为了揭示气候变化背景下区域尺度不同植被类型的响应和适应特征, 对中国西南高山亚高山地区2000-2014年的9种植被类型的WUE时空特征及其影响因素进行探究。该研究基于MODIS总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)数据和气象数据, 估算西南高山亚高山区植被WUE, 采用趋势分析及相关分析等方法, 分析了研究区植被WUE与气温、降水及海拔的关系。主要结果: (1)西南高山亚高山区2000-2014年植被WUE多年均值为0.95 g·m^-2·mm^-1, 整体呈显著增加趋势, 增速为0.011 g·m^-2·mm^-1·a^-1; 空间上WUE呈东南高西北低的分布, 85.84%区域的WUE呈增加趋势。(2)西南高山亚高山区各植被类型WUE多年均值表现为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地; 时间上, 各植被类型WUE均呈上升趋势。(3)西南高山亚高山区89.56%区域的WUE与气温正相关, 92.54%区域的WUE与降水量负相关; 各植被类型中, 草地WUE与气温的相关性最高, 有林草原WUE与降水量的相关性最高。(4)西南高山亚高山区典型的地带性顶极植被常绿针叶林的WUE具有较强的海拔适应性及应对气候变化的能力。     

青藏高原纳木错高寒草甸生态系统碳交换对多梯度增水的响应

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

Spatio-temporal characteristics of vegetation water use efficiency and their relationships with climatic factors in alpine and subalpine area of southwestern China

水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水碳循环及其耦合关系的重要指标。为了揭示气候变化背景下区域尺度不同植被类型的响应和适应特征, 对中国西南高山亚高山地区2000-2014年的9种植被类型的WUE时空特征及其影响因素进行探究。该研究基于MODIS总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)数据和气象数据, 估算西南高山亚高山区植被WUE, 采用趋势分析及相关分析等方法, 分析了研究区植被WUE与气温、降水及海拔的关系。主要结果: (1)西南高山亚高山区2000-2014年植被WUE多年均值为0.95 g·m^-2·mm^-1, 整体呈显著增加趋势, 增速为0.011 g·m^-2·mm^-1·a^-1; 空间上WUE呈东南高西北低的分布, 85.84%区域的WUE呈增加趋势。(2)西南高山亚高山区各植被类型WUE多年均值表现为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地; 时间上, 各植被类型WUE均呈上升趋势。(3)西南高山亚高山区89.56%区域的WUE与气温正相关, 92.54%区域的WUE与降水量负相关; 各植被类型中, 草地WUE与气温的相关性最高, 有林草原WUE与降水量的相关性最高。(4)西南高山亚高山区典型的地带性顶极植被常绿针叶林的WUE具有较强的海拔适应性及应对气候变化的能力。     

中国西北部草地植被降水利用效率的时空格局

植被降水利用效率(PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。利用光能利用率CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001—2010年中国西北七省草地植被净初级生产力(NPP),结合降水量的空间插值数据,分析了近十年草地植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明:(1)2001—2010年西北七省草地植被的平均PUE为0.68 g C m~(-2)mm~(-1)。在温带草地各类型中,PUE的大小顺序为草甸草原灌丛典型草原荒漠草原荒漠,各类型草地PUE之间差异显著;对于高寒草地而言,高寒草原的PUE显著高于高寒草甸;(2)温带草地PUE的空间分布与年降水量的关系呈抛物线形状(R~2=0.65,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=472.9 mm的地区;荒漠地区植被PUE的空间分布与年降水量的关系同样呈抛物线形状(R~2=0.63,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=263.2mm的地区;对于高寒草地而言,年降水量100 mm以下地区植被PUE变异较大,年降水量大于100 mm的地区植被PUE的空间分布随降水量的变化呈抛物线形状(R~2=0.47,P0.001),PUE峰值出现在P=559.2 mm的地区;(3)不同降水量区域,植被PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别。在年降水量为200—1000 mm的地区,草地PUE的年际波动与年降水量的变化呈正相关;在年降水量高于1050 mm的地区,草地PUE的年际波动与年均温的相关性较强,相关系数最高可达到0.4。     

油蒿资源利用效率在生长季的相对变化及对环境因子的响应

为了探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)叶水平资源利用效率的相对变化及对环境因子的响应机制, 该研究于2018年5-10月, 使用LI-6400XT便携式光合仪测定了毛乌素沙地油蒿叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)、叶表面光合有效辐射(PAR_l)、叶表面温度(T_l)、叶表面相对湿度(RH_l), 在实验室计算叶片单位面积氮含量(N_area), 分析了叶片氮利用效率(NUE)、水分利用效率(WUE)、光利用效率(LUE)与环境因子之间的关系及NUE、WUE、LUE之间的相对变化。研究结果表明, 在充足且稳定光强下油蒿的P_n主要受温度的影响, NUE、WUE与VPD_l、T_l之间具有显著负相关关系, NUE、WUE与LUE间为正相关关系, NUE、WUE和LUE最大值分别发生在5、7和9月, 分别为9.43 μmol CO₂·g^-1·s^-1、3.86 mmol·mol^-1、0.04 mol·mol^-1, 资源利用效率的变化主要受P_n的影响。温度通过影响植物N分配来改变P_n, 进而影响着资源利用效率, WUE与LUE显著正相关, 对构建荒漠区生态系统能量交换过程模型有重要意义。     

帽儿山17个种源落叶松针叶的水分利用效率比较

研究环境变化下的树木水分利用效率对探讨森林生态系统碳水耦联关系及其对气候变化的响应和适应对策具有重要意义。落叶松(Larix gmelinii)为我国北方森林的建群种之一。将水热条件不同的17个种源落叶松种植在帽儿山森林生态系统研究站的同质园内30年后, 测定其针叶水分利用效率(WUE)及其相关因子。结果表明: WUE、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、比叶面积(SLA)和叶片氮含量(N_L)均存在显著的种源差异(p < 0.05)。WUE和G_s呈显著指数相关关系, 当G_s < 0.2时WUE随G_s的增大而明显增大, 而当G_s > 0.2时WUE趋于稳定。WUE和SLA及N_L分别呈线性负相关和正相关关系, 且随种源原地的干燥度指数(AI)的增大其相关性明显增强。WUE和种源原地年平均气温、平均年降水量及AI分别呈线性负相关、负相关和正相关关系, 并且相关系数依次增大; T_r则仅和种源原地年平均气温呈线性正相关关系, 而P_n和种源原地AI呈线性正相关关系。不同种源落叶松由于对种源原地环境条件的适应而存在针叶结构和生理特征的显著差异, 并因此引起针叶水分利用效率的差异。     

中国北方草原植被对气象因子的时滞响应

利用1982~1997年的气温、降水和1983~1997年生长季的NOAA/AVHRR的归一化植被指数(Normalized differential vegetation index, NDVI)遥感数据,分析了中国北方温带草原植被生长对气象因子的时滞响应。根据4个时间尺度(1~4个月)和4个时滞期(前0~3个月)将降水数据进行16种组合方式,计算了植被的NDVI与同期及前期(前1~6个月)降水之间的相关系数。同时,计算了植被的NDVI与同期和前一个月气温之间的相关系数。结果表明:1)中国北方温带草原植被的NDVI与同期降水和气温的显著相关。2)植被的NDVI对前一个月降水的时滞响应最强烈,植被的NDVI与当月降水和前两个月降水的累积量相关性最强。3)在生长季的起始阶段,去冬、今春的降水总量对草甸草原植被的生长有重要的作用。在生长季的中期和后期,当月和前一、二个月的降水对典型草原和荒漠草原的植被有显著影响。4)在草甸草原、典型草原区,生长季早期的气温均对植被生长的影响较为显著。在荒漠草原区,气温不仅在生长季初期与植被的NDVI呈现正相关,而且在生长季的中后期,气温与植被的NDVI呈现负相关性。     

不同幅度的实验增温对藏北高寒草甸净生态系统碳交换的影响

全球气候变暖将对陆地生态系统(尤其是高寒草甸生态系统)碳循环产生深远影响。该研究依托中国科学院地理科学与资源研究所藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同增温幅度实验, 模拟未来2 ℃增温和4 ℃增温的情景, 探究不同增温幅度对青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)的影响。研究结果显示: 1)在2015年生长季(6-9月), 不增温和2 ℃增温处理下NEE小于0, 总体表现为碳汇, 而4 ℃增温处理下NEE大于0, 总体表现为碳源; 2)在生长季的6月、8月及整个生长季, 与不增温相比, 4 ℃增温处理显著提高了NEE, 而2 ℃增温处理没有显著改变NEE; 7月, 2 ℃和4 ℃增温处理均显著提高了NEE; 3)在半干旱的高寒草甸生态系统, 土壤水分是决定NEE的关键因素, 增温通过降低土壤水分而导致高寒草甸生态系统碳汇能力下降。该研究可为青藏高原高寒草甸生态系统应对未来气候变化提供基础数据和理论依据。     

毛乌素沙地油蒿叶建成成本及相关叶性状沿降水梯度的变化

干旱区植物在如何提高水分利用效率与降低叶建成成本之间可能存在一种权衡。我们假设: 与湿润区植物相比, 干旱区植物能通过调节叶功能性状之间的关系(如通过提高单位面积叶氮含量(N_area)), 实现在相同的叶建成成本下具有更高的水分利用效率。为了验证这一假设, 该研究以毛乌素沙地的广布物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象, 分析了油蒿叶建成成本沿降水梯度的变化规律及其与比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)、N_area和叶碳稳定同位素比率(δ ¹³C)的关系。结果表明: 油蒿单位质量叶建成成本(CC_m)在不同降水条件下差异不显著, 而单位面积叶建成成本(CC_a)在不同降水条件下虽有显著差异, 但并未随降水减少而明显增加。油蒿CC_m与SLA无显著相关性, 与叶δ ¹³C值呈显著正相关关系。油蒿叶建成成本与N_area呈显著正相关关系, 但这种关系格局在低降水量(264 mm)区与高降水量(310-370 mm)区之间存在策略位移现象——即在相同叶建成成本下, 低降水量区植物比高降水量区植物具有更高的N_area。以上结果表明, 尽管高水分利用效率与高叶建成成本相关, 但与高降水量区植物相比, 低降水量区植物具有较高的N_area并没有导致其叶建成成本增加。     

青藏高原两种高寒草地植被变化及其水温驱动因素分析

高寒草甸和高寒草原作为青藏高原两种重要植被类型,研究其植被变化与气候变化相关性,有助于为青藏高原两种高寒草地生态系统应对全球气候变化管理提供参考。以位于同纬度的三江源高寒草甸和阿里高寒草原为研究对象,基于植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化表征植被变化,利用NPP数据和气象数据,分别分析两地2000—2017年植被NPP、降水和气温时空变化差异;利用Sen+Mann-Kendall趋势检验,研究两种高寒草地气候与植被净初级生产力变化趋势;以县域统计年鉴牛羊肉产量表征放牧强度,研究放牧活动对高寒草地植被变化的影响;通过Pearson相关和偏相关分析方法,分别研究降水和气温对两种高寒草地植被NPP变化影响差异。研究结果表明:(1)2000—2017年三江源高寒草甸和阿里高寒草原区年平均气温以0.085℃/a和0.084℃/a的趋势上升,降水以平均每年3.87 mm和2.23 mm的趋势增加,高寒草甸区变暖变湿速率较高寒草原区快。(2)三江源高寒草甸和阿里高寒草原植被NPP均呈现由东南向西北逐渐降低空间格局;2000—2017年高寒草甸区57.7...     

降水变化对藏北高寒草原化草甸降水利用效率及地上生产力的影响

降水总量、分配方式及其发生时间共同决定了青藏高原植被生长的水分条件,而降水利用效率(PUE,地上生产力与降水量的比值)是评估降水与植被生产力关系的有效指标.本研究以藏北当雄高寒草原化草甸为研究对象,利用多年生物量采样数据与同期遥感EVI植被指数建立线性模型,反演了2000-2016年地上净初级生产力(ANPP),结合同时期气象数据,以生长季降水量(GSP)表征降水总体状况,改进的降水集度指标(PCI)表征生长季降水分配,降水重心(PC)表征降水集中时间,并结合生长季均温(GST),利用结构方程分析了气候因子对当雄草地降水利用效率和地上生产力的影响.结果表明: 当雄草地ANPP主要受生长季降水影响,GSP与ANPP呈显著正相关,而GST与PUE、ANPP无显著相关关系;PCI与PUE呈显著正相关,表明降水集中分布有利于PUE增加;PCI与ANPP相关的间接系数大于直接系数,表明PCI通过PUE影响ANPP;降水集中时间(PC)变化则对PUE和ANPP没有显著影响.在青藏高原显著的气候变暖背景下,降水量和降水集度的变化都将会对藏北高寒草地的地上生产力产生重要影响.