黄河上游不同干湿气候区植被对气候变化的响应

 研究气候变化背景下植被变化趋势及其与水热因子的关系, 对于黄河源区的生态恢复和生态建设具有重要意义。采用基于FAO Penman-Monteith的降水蒸散比来描述区域的干湿状况, 划分了黄河上游地区的干湿气候区。在此基础上, 利用AVHRR归一化植被指数(NDVI)和GLOPEM净初级生产力(NPP)数据集和同期的气候资料, 分析了黄河上游植被覆盖、植被生产力和气候变化的趋势, 探讨了不同干湿气候区影响植被变化的主要气候因子。结果表明, 研究区域东南部为半湿润气候区, 其余为半干旱气候区, 干湿气候分界线与450 mm降水等值线较接近; 1981–2006年区域气候趋于干暖化, 尤其是气温的升高趋势明显; 半湿润地区NDVI和NPP显著增加, 半干旱地区略有增加; 半湿润地区的NDVI多与气温显著正相关, 与降水量的相关性较弱, 气温是植被生长的主要气候制约因素; 半干旱地区的NDVI则与降水量的正相关性更强, 对降水量的变化较为敏感。NPP对气候变化的响应模式与NDVI相似。植被对气候变化的响应部分依赖于研究区域所具备的水热条件, 干湿气候划分有助于更好地解释植被对气候变化响应的空间差异。     

陇中黄土高原末次冰盛期以来的植被演替及其气候响应

末次冰盛期以来,地球系统经历了一次从冷到暖完整的气候旋回,是过去全球变化研究的一个重要时段。本文基于陇中黄土高原会宁硝沟剖面河湖相-水下黄土沉积序列的高分辨率地层孢粉记录,探讨该区末次冰盛期以来的植被演替及其气候响应模式,旨在为黄土高原生态环境建设的战略部署提供科学依据,且对进一步探讨区域气候演化机制、预测未来气候环境变化趋势具有重要意义。硝沟剖面的孢粉记录揭示,末次冰盛期以来该区的植被演替过程为:荒漠草原(寒冷的盛冰期)→针叶疏林/森林草原(逐渐增温的冰消期)→针阔叶混交林为主的森林草原→针阔叶混交林(温暖的盛间冰期)→针叶疏林草原→干草原/荒漠草原;相应的气候变化模式为:冷干→较温湿→较暖湿→暖湿→温凉偏干→较冷干。总体来看,末次冰盛期以来,研究区植被对气候环境变化的响应非常敏感,随着气候的冷暖干湿变化,森林/疏林草原带自东南-西北发生多次进退;区域顶极植物群落为中全新世气候最适宜期发育的针阔叶混交林,研究区早中全新世较长时期都有较大面积的针阔叶混交林发育;晚全新世植被退化为干草原/荒漠草原,一方面可能是气候持续变干的自然响应,另一方面可能也与此时强烈的人类活动对自然森林/草原植被的破坏导致的恶性循环有关。     

黄土高原半干旱区云雾山封禁草原30年植被恢复对气候变化的响应

植被是区域气候与环境的综合反映,研究特定地区草地植被与气候变化的关系,寻找影响植被变化的关键因子,是植被重建和生态环境恢复的前提。利用1957-2008年的气候数据和1982-2008年的植被定位监测资料,分析了黄土高原半干旱区的宁夏云雾山植被动态变化规律及其与温度和降水的关系。结果表明:51a来,该区年平均温度明显升高,而年平均降水量总体呈减少趋势,显示黄土高原地区气候暖干化趋势明显。统计分析表明,研究区年平均温度对植被的重要值年际变化有极显著影响(P0.01),而年降水量与植被的重要值呈极显著正相关(P0.01),表明气候持续干旱化对该区植被的生长有较大影响,该区降水的多寡是直接影响植被生长优劣的决定性因子,改善区域水分状况和封禁是推进植被恢复与重建的主要措施。     

中国西南干旱河谷植物群落的数量分类和排序分析

中国西南干旱河谷植被是我国西南横断山区特有的植被类型,目前关于西南干旱河谷植被还没有整体性的群落类型划分研究。根据对甘肃、四川、云南三省九条主要河流的干旱河谷段野外调查和文献来源的1,339个植物群落样方数据,采用自适应仿射传播聚类方法,对我国西南干旱河谷的植物群落进行数量分类,并采用典范对应分析方法进行排序分析。结果表明:(1)调查样方的植物群落分为7个植被型(稀树草原、肉质灌丛、常绿阔叶灌丛、暖性落叶阔叶灌丛、常绿硬叶林、落叶阔叶林和暖性针叶林),24个群系,31个群丛类型。暖性落叶阔叶灌丛是本植被区的代表性植被类型;分布最广的群系为鞍叶羊蹄甲灌丛(Form.Bauhinia brachycarpa,样方比例50.9%)、黄茅灌草丛(Form.Heteropogon contortus,样方比例11.9%)、孔颖草灌草丛(Form.Bothriochloa pertusa,样方比例5.6%)、黄荆灌丛(Form.Vitex negundo,样方比例4.2%)、知风草灌草丛(Form.Eragrostis ferruginea,样方比例3.8%)、车桑子灌丛(Form.Dodonaea viscosa,样方比例3.4%)、云南松疏林(Form.Pinus yunnanensis,样方比例3.3%)。(2)冬季低温和降水的季节性是限制干旱河谷植物群落分布的主要气候因子。稀树草原、肉质灌丛是典型的干热河谷植被类型;暖性落叶阔叶灌丛、常绿硬叶林、常绿阔叶灌丛是干暖河谷植被的优势类型;暖性针叶林、落叶阔叶林则主要在干温河谷环境占优势。     

浙江省植被NDVI动态及其对气候的响应

利用GIMMS和MODIS两种归一化植被指数(NDVI)资料反演了1982—2010年浙江植被覆盖状况,结合同期研究区63个气象站点的气温、降水和湿润指数等气候指标,分析了该地区植被年际变化、月际变化及其对气候要素的响应特征。结果表明:(1)研究期间,浙江气候总体呈暖干化趋势,植被覆盖缓慢下降,主要是由于森林植被遭破坏,农业生产活动受抑制影响所致,其中NDVI显著减少的地区约占全省陆域面积的29.1%,主要发生在6—11月;(2)降水量及干湿程度对浙江植被NDVI年变化起着决定性作用。植被与气候要素年变化相关分析发现,NDVI与湿润指数关系较降水、气温更为密切,两者相关及偏相关系数均通过0.05水平的置信度检验,这表明在年际尺度上,湿度的增加增大了植被的生长势,有利于植被生长;(3)植被与气候要素月变化分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长的重要因子,而植被变化对夏季降水和干湿程度的最大响应为滞后两个月;(4)农业生产水平的提高使得农作物种植区NDVI有所增加,人类活动对浙江植被覆盖的影响不可忽视。     

碳氮稳定同位素技术在青藏高原高寒草甸生态系统研究中的应用:进展与展望

碳氮稳定同位素技术在草地生态系统研究中的应用日渐广泛,本文针对其在青藏高原高寒草甸生态系统中的研究与应用进行了总结。首先,探讨了环境因子(海拔、水肥、草地退化、温度)对青藏高原高寒草甸碳氮同位素组成(δ~(13)C、δ~(15)N)的影响:高寒草甸植物δ~(13)C值与海拔呈正相关,与大气压强、草地退化和温度均呈负相关,与降水的关系尚有争议;土壤δ~(13)C值与海拔和草地退化呈正相关;植被的δ~(15)N值与水肥呈正相关,土壤的δ~(15)N值与草地退化呈负相关。其次,综述了近年来该技术在高寒草甸植物光合型鉴定、植物水分利用、食物链营养关系、碳氮循环等方面的研究进展。最后,对碳氮稳定同位素技术在研究高寒草甸土壤有机碳与土壤呼吸、重现植被类型更替和气候演化历史、土壤N_2O溯源、探究高寒草甸退化的原因、藏药与动物食品产地溯源等方面的应用前景进行了展望,以期进一步发挥其在青藏高原高寒草甸研究中的潜力。     

秦岭地区15kaBP以来的植被与环境

通过对秦岭海拔2200m-山间盆地沼泽沉积剖面的花粉分析和^14C年代测定,结合对该区植被与表土花粉的研究,认为秦岭的暗针叶林带15ka BP以来植被和环境经历了4个发展阶段：(1)约15450～6760a BP,植被为冷杉(Abies)-云杉(Picea)林,气候寒冷潮湿;(2)约6760～2940a BP,沉积物中花粉稀少,以冷杉、云杉、桦(Betula)、栎(Quercus)为主,出现了喜暖型植物桤木(alnus),气候暖湿;(3)2940～40a BP,植被为冷杉林,气候冷湿;(4)0～40a BP,植被为桦、栎、榛(Corylus)、桤木、铁杉(Tsuga)和小片状分布的冷杉,松(Pinus)的数量极少,气候向暖干方向发展,这是近期人为活动干扰的结果。     

高寒草甸植物碳氮组成及其稳定同位素特征

采用稳定同位素质谱仪Isoprime100,对采自黄河源区典型高寒草甸和人工改良草地的主要植物进行了碳、氮组成及其稳定同位素丰富度测定,判断植物光合类型,探讨稳定碳氮同位素丰富度对草地植被演替的响应。结果表明:(1)研究区58种主要植物碳元素含量在28.64%~51.55%之间,氮元素含量介于0.89%~4.04%,δ13 C值变化范围介于-29.50‰~-24.69‰,δ15 N值介于-4.57‰~8.32‰。(2)不同样地植物碳含量的大小顺序为人工草地(45.54%)未退化草甸(43.18%)轻度退化草甸(42.18%)严重退化草甸(39.68%),氮元素含量顺序为未退化草甸(2.30%)人工草地(2.28%)轻度退化草甸(2.13%)严重退化草甸(2.10%),表明草甸退化会引起植物碳氮含量的降低。(3)未退化草甸、人工草地、轻度退化草甸和严重退化草甸的δ13 C值依次为-25.63‰、-26.57‰、-26.76‰和-27.91‰,δ15 N值依次为-0.63‰、0.32‰、2.76‰和0.26‰。研究认为,黄河源区高寒草甸和人工改良草地的58种主要植物均属C3植物,没有发现C4和景天酸代谢(CAM)植物,低的年均气温可能是制约该区C4植物分布的主要因素;植物δ13 C值随草地退化程度加剧而逐渐降低,但δ15 N值的变化无规律性趋势。     

云南鹤庆盆地末次盛冰期的孢粉记录与古季风

通过研究相当于末次盛冰期鹤庆古湖泊沉积物4．6－9．0m段的孢粉记录,对该区末次盛冰期阶段的植被与古季风变迁模式进行了恢复。该区末次盛冰期冷湿的气候特点与同时东部干旱的草原植被、青藏、高原的荒漠植被和黄土高原区风尘堆积存在明显差异,而与滇池的气候记录有较好的一致性。冰期内部的气候波动与深海氧同位素记录有较好的可比性。冰期冷锋强度的增加,与北方冬季风的经常入侵和冰期青藏高原的冷源效应有关。     

长江源区土地覆盖变化与草地退化格局的时空分异

基于野外调查、遥感影像和统计资料,分析了1987-2007年长江源头地区土地覆盖变化和草地退化格局的时空分异特点,并从海拔、坡度和坡向3方面探讨了导致长江源区草地生态环境变化的主要自然因素.结果表明:研究期间,长江源头地区土地类型破碎化整体呈增加趋势,自然地理条件和气候变化是导致土地格局变化的主要驱动因素;不同海拔草地退化面积差异显著,研究区草地退化主要发生在海拔4800～5100 m范围内,且退化面积随海拔的升高呈增加趋势,退化面积比重在不同坡度和坡向的差异较大.1987-2007年,长江源头地区气候呈暖干化趋势,区域土地覆盖类型空间结构变化明显;不同坡向、坡度和海拔的草地退化分布格局与高寒环境和人为干扰的格局基本一致,高寒环境和气候演化对草地生态系统格局起决定作用.     

Behavioral buffering of global warming in a cold‐adapted lizard

Alpine lizards living in restricted areas might be particularly sensitive to climate change. We studied thermal biology of Iberolacerta cyreni in high mountains of central Spain. Our results suggest that I. cyreni is a cold‐adapted thermal specialist and an effective thermoregulator. Among ectotherms, thermal specialists are more threatened by global warming than generalists. Alpine lizards have no chance to disperse to new suitable habitats. In addition, physiological plasticity is unlikely to keep pace with the expected rates of environmental warming. Thus, lizards might rely on their behavior in order to deal with ongoing climate warming. Plasticity of thermoregulatory behavior has been proposed to buffer the rise of environmental temperatures. Therefore, we studied the change in body and environmental temperatures, as well as their relationships, for I. cyreni between the 1980s and 2012. Air temperatures have increased more than 3.5°C and substrate temperatures have increased by 6°C in the habitat of I. cyreni over the last 25 years. However, body temperatures of lizards have increased less than 2°C in the same period, and the linear relationship between body and environmental temperatures remains similar. These results show that alpine lizards are buffering the potential impact of the increase in their environmental temperatures, most probably by means of their behavior. Body temperatures of I. cyreni are still cold enough to avoid any drop in fitness. Nonetheless, if warming continues, behavioral buffering might eventually become useless, as it would imply spending too much time in shelter, losing feeding, and mating opportunities. Eventually, if body temperature exceeds the thermal optimum in the near future, fitness would decrease abruptly.     

Different responses of ecosystem carbon exchange to warming in three types of alpine grassland on the central Qinghai–Tibetan Plateau

Climate is a driver of terrestrial ecosystem carbon exchange, which is an important product of ecosystem function. The Qinghai–Tibetan Plateau has recently been subjected to a marked increase in temperature as a consequence of global warming. To explore the effects of warming on carbon exchange in grassland ecosystems, we conducted a whole‐year warming experiment between 2012 and 2014 using open‐top chambers placed in an alpine meadow, an alpine steppe, and a cultivated grassland on the central Qinghai–Tibetan Plateau. We measured the gross primary productivity, net ecosystem CO₂ exchange (NEE), ecosystem respiration, and soil respiration using a chamber‐based method during the growing season. The results show that after 3 years of warming, there was significant stimulation of carbon assimilation and emission in the alpine meadow, but both these processes declined in the alpine steppe and the cultivated grassland. Under warming conditions, the soil water content was more important in stimulating ecosystem carbon exchange in the meadow and cultivated grassland than was soil temperature. In the steppe, the soil temperature was negatively correlated with ecosystem carbon exchange. We found that the ambient soil water content was significantly correlated with the magnitude of warming‐induced change in NEE. Under high soil moisture condition, warming has a significant positive effect on NEE, while it has a negative effect under low soil moisture condition. Our results highlight that the NEE in steppe and cultivated grassland have negative responses to warming; after reclamation, the natural meadow would subject to loose more C in warmer condition. Therefore, under future warmer condition, the overextension of cultivated grassland should be avoided and scientific planning of cultivated grassland should be achieved.     

Diverging shrub and tree growth from the Polar to the Mediterranean biomes across the European continent

Climate warming is expected to enhance productivity and growth of woody plants, particularly in temperature‐limited environments at the northernmost or uppermost limits of their distribution. However, this warming is spatially uneven and temporally variable, and the rise in temperatures differently affects biomes and growth forms. Here, applying a dendroecological approach with generalized additive mixed models, we analysed how the growth of shrubby junipers and coexisting trees (larch and pine species) responds to rising temperatures along a 5000‐km latitudinal range including sites from the Polar, Alpine to the Mediterranean biomes. We hypothesize that, being more coupled to ground microclimate, junipers will be less influenced by atmospheric conditions and will less respond to the post‐1950 climate warming than coexisting standing trees. Unexpectedly, shrub and tree growth forms revealed divergent growth trends in all the three biomes, with juniper performing better than trees at Mediterranean than at Polar and Alpine sites. The post‐1980s decline of tree growth in Mediterranean sites might be induced by drought stress amplified by climate warming and did not affect junipers. We conclude that different but coexisting long‐living growth forms can respond differently to the same climate factor and that, even in temperature‐limited area, other drivers like the duration of snow cover might locally play a fundamental role on woody plants growth across Europe.     

1961-2005年西藏飞蝗潜在分布的变化

青藏高原是气候变暖的敏感地区,温度是影响青藏高原昆虫分布的重要因素.作为青藏高原的本地物种的蝗虫,西藏飞蝗Locusta migratoria tibetensis Chen对高原升温的反应就是获得的有效积温增加,分布范围扩大.为了准确估计西藏飞蝗发生面积,以期为西藏飞蝗监测、预警及控制提供依据,本研究以1961-20...     

增温对青藏高原高寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究

低温被广泛认为是高寒草甸生态系统首要限制性因子,因此增温可能会在某种程度上促进初级生产力,但是也可能由于土壤水分、N素营养状况的改变形成新胁迫而抑制生产力提高。此外,生态系统呼吸由于增温而提高的幅度也可能高于初级生产力提高的幅度,造成总碳库平衡的改变。利用青藏高原海北高寒草甸实测数据对生态系统过程模型Biome-BGC(V.4.2)进行了参数化,并利用研究区实测土壤水分(0-40 cm)和其它观测数据对模型进行了检验,证明模型模拟结果较为可靠。模型使用2005-2008年的海北气象站实测气象数据包括气温、降水等作为驱动数据,模拟了增温1.2-1.7℃下青藏高原海北定位站高寒草甸生态系统碳通量的变化,并整合分析增温试验平台上已发表的试验,与模拟结果进行对比,探讨增温对海北高寒草甸生态系统碳收支的可能影响。结果表明:2005-2008年青藏高原高寒草甸生态系统为弱的碳汇,短期增温导致系统净碳固定增加。增温直接影响系统碳通量,也通过土壤水分和土壤矿化氮变化间接影响碳通量,相比土壤水分和氮素,增温对影响碳通量变化过程中的效应更大;研究也揭示,在增温条件下,植物对土壤矿化氮的吸收量小于有机质分解产生的土壤矿化氮量,土壤矿化氮含量增加。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

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。     

藏北高寒草甸群落结构与物种组成对增温与施氮的响应

气候变暖和氮沉降增加作为全球环境问题,将严重影响陆地生态系统的结构与功能.研究发现,近几十年来青藏高原增温显著,其中冬季升温最明显.而已有的研究更多关注全年增温,对冬季增温研究较少.本文基于高寒草甸地区增温和氮素添加影响研究的不足,在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温和氮添加试验,研究长期增温与氮添加对高寒草甸群落结构与物种组成的影响.试验布设于2010年7月,地点在西藏当雄高寒草甸区,共有3种增温方式:对照、全年增温、冬季增温;每种增温处理下设置5个氮素添加梯度:0、10、20、40、80 kg N·hm^-2·a^-1,系统研究气候变暖与氮添加对高寒草甸生态系统群落结构与物种组成的影响.结果表明: 2012—2014年,增温与施氮处理均显著影响群落总盖度:全年增温处理降低了群落总盖度;在不施氮处理下,冬季增温降低了群落盖度,但在施氮处理下,随着氮剂量的提高群落盖度逐渐升高.增温与施氮对不同功能群植物的影响不同,增温处理降低了禾草与莎草植物盖度,而施氮提高了禾草植物盖度.相关分析表明,植被群落总盖度与生长旺盛期土壤含水量呈正相关关系,推测在降雨较少的季节增温导致的土壤含水量降低是群落盖度降低的主要原因.半干旱区高寒草甸土壤水分主要受降雨的调控,未来气候变化情景下,降雨时空格局的改变会显著影响植被群落盖度及组成,且大气氮沉降的增加对植被群落的影响也依赖于降雨条件的变化.     

Ring widths of Rhododendron shrubs reveal a persistent winter warming in the central Himalaya

Himalayan Mountains provide unique opportunities for the extension of shrub-ring based dendroclimatology beyond the upper tree limit. However, little is known about limiting climate factors of shrub growth under harsh environmental conditions. We established a new ring-width chronology of a Himalayan shrub rhododendron (Rhododendron campanulatum D. Don) at the upper Krummholz treeline in the Mt. Gaurishankar massif, central Himalaya, Nepal. Bootstrapped correlation analysis showed positive relationships between radial growth and temperatures of all months from previous November to current October. Correlations were the highest with winter (December-February) minimum temperature (r = 0.781, p < 0.001), indicating that radial growth of R. campanulatum is strongly sensitive to winter minimum temperature. The linear regression model explained 61 % of the actual winter minimum temperature variance during the calibration period 1960–2013. Periods of low and high minimum winter temperatures in the central Himalaya were consistent with cool and warm episodes found by other regional winter temperature reconstructions from the Himalayas and the Tibetan Plateau. Spatial correlation analysis with land surface temperatures revealed the spatial representativeness of our reconstruction for a larger geographical territory over the Himalayas and the Tibetan Plateau. Furthermore, winter temperature in the central Himalaya is teleconnected with the December-February India-Burma trough. The persistent increasing winter temperature in recent decades in the central Himalaya coincides with continental-scale warming. Alpine vegetation in humid regions of the Himalayas may benefit from winter warming via an earlier start and extension of the growing season, as long as moisture availability is sufficient.