遥感GPP模型在中亚干旱区4个典型生态系统的适用性评价

总初级生产力（GPP）是全球生态系统碳循环的重要组成部分,对全球气候变化有重要影响。目前有多种遥感模型可以模拟总初级生产力,比较不同遥感模型在中亚干旱区上的适用性对推进全球干旱区碳收支估算具有重要意义。基于涡度协相关技术观测的四个地面站数据验证MOD17、VODCA2、VPM、TG、SANIRv五种模型的模拟精度。结果表明：（1）基于光能利用率理论的MOD17、VPM模型模拟咸海荒漠植被和阜康荒漠植被GPP的精度最高（R²分别为0.52和0.80）,但在模拟草地、农田生态系统生产力时存在较明显的低估（RE>20%）;基于植被指数的遥感模型TG模型、SANIRv模型模拟巴尔喀什湖草地生态系统和乌兰乌苏农田生态系统GPP的精度最高（R²分别为0.91和0.81）,同时模拟值与实测值的相对误差也较低;基于微波的VODCA2模型模拟各生态系统生产力的效果最差。（2）水分亏缺是限制植被GPP的主要因素,因此是否合理考虑水分胁迫是影响GPP模型在中亚干旱区适用性的重要因素。研究揭示了遥感GPP模型在中亚干旱区的应用潜力,为推进全球植被碳通量的准确估算提供参考。     

甘南地区二氧化碳施肥效应对生态系统的影响

陆地生态系统是全球第二大碳库,其碳收支一直是气候变化研究的热点领域,而研究二氧化碳（CO₂）施肥效应又是全球变化碳循环领域较为关注的前沿部分。CO₂与生态系统关系复杂,当前仍无法厘清CO₂对陆地生态系统碳循环的影响作用。基于太阳辐射数据、气温数据及归一化植被指数数据等,利用光能利用率遥感模型,模拟2019年甘南地区的碳循环,选取三个指标,即GPP （陆地生态系统总初级生产力）、NPP （净初级生产力）和NEP （净生态系统生产力）来分析甘南地区植被固碳的时空变化特征及CO₂施肥效应。结果表明：（1）甘南地区2019年植被固碳总量约为2611 tC。甘南地区生态系统GPP、NPP和NEP季节性特征明显,其值均在夏季达到最高;而在空间上,GPP、NPP表现为东高西低的特征,NEP呈现出北高南低的分布特征。（2） CO₂对GPP、NPP存在正向的施肥效应,分别增加了14.4%和14.3%;而对NEP具有负向反馈效应,使其减少了0.3%,并且CO₂对NEP的影响整体也表现为北高南低的特征。研究揭示出：虽然CO₂在提升GPP和NPP时,正向的施肥效应明显,但是对甘南地区的NEP,即固碳量来说,CO₂的影响却很有限。因此在研究CO₂施肥效应时不应一概而论,生态地理环境对其的影响不可忽视。研究可以为揭示陆地生态系统碳循环的动态机制提供一定的理论依据。     

基于集成生物圈模型的南岭不同植被类型碳收支研究

广东南岭保存着世界上同纬度带上最完整的亚热带植被,森林资源丰富,具有巨大的固碳潜力。然而,目前该地区不同森林植被类型的碳收支年积累量特征及月动态规律尚不明确。选择广东南岭国家级自然保护区内沟谷常绿阔叶林、山地常绿阔叶林、针阔叶混交林和山顶常绿阔叶矮林4种典型森林植被为研究对象,运用集成生物圈模型(IBIS)对其2020年总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)、净生态系统生产力(NEP)和土壤异养呼吸(R_h)进行模拟,利用样地调查数据对NPP模拟结果进行验证,分析该地区不同植被类型的碳收支年积累量特征及月变化特征。研究结果表明,2020年南岭不同植被类型GPP、NPP、NEP和R_h的平均值分别为1.709、0.718、0.596和0.123 kg C m^-2 a^-1,4种植被类型中GPP最高的是沟谷常绿阔叶林,NPP、NEP最高的是山地常绿阔叶林,山顶常绿阔叶矮林的GPP、NPP和NEP均相对较低。南岭不同植被类型全年各月均表现出碳汇(NEP>0),逐月NPP和NEP均表现为双峰变化规律...     

基于参数优化的人工灌丛生态系统碳水通量模拟

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径。利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力（Gross primary productivity,GPP）和蒸散（Evapotranspiration,ET）。结果表明：（1）参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;（2）基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;（3）宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m^-2 a^-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势。     

武夷山不同海拔森林表层土壤轻组有机质特征

土壤轻组有机质是土壤有机质的重要组分,研究轻组有机质在不同森林生态系统土壤中的变化规律对理解土壤有机质形成与转换具有重要意义。以福建省武夷山国家级自然保护区不同海拔的常绿阔叶林（海拔600 m）、针阔混交林（海拔1000 m）和针叶林（海拔1400 m）为研究对象,利用密度分组方法分离了表层（0-5 cm和5-10 cm）土壤轻组有机质,研究了不同海拔森林土壤轻组有机质特征及其影响因素。结果表明：针阔混交林表层土壤的轻组有机质含量大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且轻组有机碳的含量变化亦是如此（P < 0.05）,而轻组有机氮的含量无显著差异（P > 0.05）。表层土壤对应土层的轻组C：N大于土壤C：N,针阔混交林轻组C：N和土壤C：N均大于其他林分类型。0-5 cm与5-10 cm土层针阔混交林的轻组有机碳、氮储量均大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且针阔混交林的轻组有机碳、氮储量所占土壤有机碳与总氮的比重均大于其余两种林分。0-10 cm土层针叶林土壤有机碳与总氮含量与储量最高,并随海拔降低而减小,但差异不显著（P > 0.05）。相关分析结果表明,轻组有机碳、氮储量与SOC、DOC、MBC和细根生物量具有显著相关关系（P < 0.05）,而与年凋落物量无关（P > 0.05）,说明地下细根可能是土壤轻组有机质的重要来源。因此,在未来气候和植被变化共同作用下,地下细根对土壤轻组有机质的形成可能具有不可忽视的作用。     

基于模型数据融合的长白山阔叶红松林碳循环模拟

 充分、有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型, 是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。该研究以2003~2005年长白山阔叶红松林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础, 利用马尔可夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数(即碳滞留时间)进行了反演, 进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定性。反演结果表明, 长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短, 为2~6个月; 其次是叶和细根生物量碳, 二者的平均滞留时间为1~2 a; 慢性土壤有机碳的平均滞留时间为8~16 a; 碳在木质生物量和惰性土壤有机质库中的滞留时间最长, 平均滞留时间分别为77~109 a和409~1 879 a。模拟结果显示, 碳库和累积碳通量模拟值的不确定性将随着模拟时间的延长而增大。当气温升高10%和20%时, 长白山阔叶红松林总初级生产力年总量将分别增加6.5%和9.9%, 净生态系统生产力(NEP)年总量的变化取决于土壤温度的变化。若土壤温度保持不变, NEP年总量将分别增加11.4%~21.9%和17.6%~33.1%; 若土壤温度也相应升高10%和20%, NEP年总量的增幅反而下降甚至低于原来的水平。假设气候和植被保持在2003~2005年的状态, 2020年长白山阔叶红松林NEP年总量为(163±12) g C·m^–2·a^–1, 土壤呼吸年总量为(721±14) g C·m^–2·a^–1。马尔可夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法, 但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的不确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究, 以进一步提高碳循环模拟的准确性。     

干旱对土壤剖面不同深度土壤CO2通量的影响

由于全球气候变化,预计未来我国亚热带地区干旱频率和持续时间将会增加。森林土壤CO₂的释放是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,然而,有关不同深度土壤CO₂通量对干旱响应的理解仍相当有限。选择武夷山针叶林（Coniferous Forest,CF）和常绿阔叶林（Evergreen Broadleaved Forest,EBF）为研究对象,于2014年6月至2015年12月,采用梯度法计算10、30 cm和50 cm深度各层土壤CO₂通量,探讨模拟干旱对其影响。结果表明：CF和EBF样地土壤CO₂浓度均随土壤深度的增加而升高。CF和EBF样地对照（CK）处理10 cm深度土壤CO₂生产量分别占总CO₂生产量的53.5%和55.7%,表明土壤CO₂生产量主要来源于浅层土壤,这可能与浅层土壤有高的有机碳含量及细根生物量主要分布区有关。干旱处理使CF和EBF样地不同深度土壤CO₂通量均显著减少。在两个样地土壤CO₂通量的温度敏感性（Q₁₀）值均随着土壤深度的增加而减少。干旱处理显著减少了CF样地浅层土壤的Q₁₀值（P=0.02）,对深层土壤影响不显著（30 cm：P=0.30;50 cm：P=0.23）;而在EBF样地干旱处理显著减少了深层土壤的Q₁₀值（30 cm：P=0.02;50 cm：P=0.01）,对浅层土壤影响不显著（P=0.32）。     

基于EALCO模型对中亚热带人工针叶林CO2通量季节变异的模拟

 EALCO模型是一个基于生理生态学过程,模拟生态系统下垫面与大气之间水、热和碳通量交换的综合模型。将该模型应用在亚热带常绿针叶林, 对其生态系统过程进行了模拟,以深入探讨季节性干旱对生态系统过程的影响。对EALCO模型进行了参数化与初始化并对模型的光合作用时段和 落叶机制进行了改进,以更好地模拟亚热带人工针叶林生态系统。千烟洲通量观测站自2002年底开始应用涡度相关技术对中亚热带人工针叶林 生态系统进行通量观测,该站点2003年经历了一次较严重的季节性干旱(由高温与少雨综合作用造成),降水量仅为多年平均值的65%,而2004年 的年降水量与多年平均值较为接近,利用该站点2003和2004年特殊的气候条件,使用其通量观测数据对模型的模拟效果进行检验。从模拟结果 的总体趋势来看,模型能较好地从半小时、日及年尺度上反映两年内土壤-植被-大气之间的碳交换状况。总初级生产力(Gross primary production, GPP)在一年中呈现单峰型变化,遇高温及干旱胁迫GPP值下降。由于受到干旱胁迫的影响,2003年GPP值比2004年偏低12.9%。模拟 结果显示,2003年GPP值比2004年偏低11.2%。观测数据与模拟结果均显示,水分胁迫期间净碳交换量(Net ecosystem production, NEP)模拟值 与实测值的日变化均呈现一种“偏态",即一天中生态系统碳交换量最大值出现在上午某一时刻,之后逐渐降低。 模拟结果显示,水分匮缺对 光合能力的影响比对生态系统呼吸作用的影响更为强烈,因而导致了净生态系统生产力的降低。进一步分析表明,水分匮缺期间,晴天正午之 前,深层土壤( >20 cm) 水分的匮缺抑制了光合作用能力,正午之后,高温与深层土壤水分匮缺共同削弱光合作用能力,影响各占一半。     

通量季节变异的模拟

EALCO模型是一个基于生理生态学过程,模拟生态系统下垫面与大气之间水、热和碳通量交换的综合模型。将该模型应用在亚热带常绿针叶林, 对其生态系统过程进行了模拟,以深入探讨季节性干旱对生态系统过程的影响。对EALCO模型进行了参数化与初始化并对模型的光合作用时段和 落叶机制进行了改进,以更好地模拟亚热带人工针叶林生态系统。千烟洲通量观测站自2002年底开始应用涡度相关技术对中亚热带人工针叶林 生态系统进行通量观测,该站点2003年经历了一次较严重的季节性干旱(由高温与少雨综合作用造成),降水量仅为多年平均值的65%,而2004年 的年降水量与多年平均值较为接近,利用该站点2003和2004年特殊的气候条件,使用其通量观测数据对模型的模拟效果进行检验。从模拟结果 的总体趋势来看,模型能较好地从半小时、日及年尺度上反映两年内土壤-植被-大气之间的碳交换状况。总初级生产力(Gross primary production, GPP)在一年中呈现单峰型变化,遇高温及干旱胁迫GPP值下降。由于受到干旱胁迫的影响,2003年GPP值比2004年偏低12.9%。模拟 结果显示,2003年GPP值比2004年偏低11.2%。观测数据与模拟结果均显示,水分胁迫期间净碳交换量(Net ecosystem production, NEP)模拟值 与实测值的日变化均呈现一种“偏态",即一天中生态系统碳交换量最大值出现在上午某一时刻,之后逐渐降低。 模拟结果显示,水分匮缺对 光合能力的影响比对生态系统呼吸作用的影响更为强烈,因而导致了净生态系统生产力的降低。进一步分析表明,水分匮缺期间,晴天正午之 前,深层土壤( >20 cm) 水分的匮缺抑制了光合作用能力,正午之后,高温与深层土壤水分匮缺共同削弱光合作用能力,影响各占一半。     

福建三种常绿阔叶林碳氮磷生态化学计量特征

为探明福建三种常绿阔叶林生态系统的养分循环状况及其主要影响因素,采用样地调查采样法,研究了福建武夷山自然保护区甜槠（Castanopsis eyrei）林、天宝岩自然保护区刨花润楠（Machilus pauhoi）林和虎伯寮自然保护区薄叶润楠（Machilus leptophylla）林的植物、凋落物和表层土壤（0-10 cm）碳（C）、氮（N）、磷（P）含量、化学计量特征及其与环境因子的相关性。结果表明：（1）比较3个样点同组分C、N和P含量,除了乔木层的N含量外,虎伯寮植物和凋落物层C、N和P含量均显著高于天宝岩和武夷山;武夷山表层土壤的C和N含量显著高于虎伯寮和天宝岩,P含量排序为天宝岩>武夷山>虎伯寮。（2） P是福建天然林植物生长的主要限制因子,土壤P的缺乏是影响福建常绿阔叶林养分循环的重要因素。（3）植物叶片与凋落物中的养分含量及化学计量比呈极显著正相关,与表层土壤呈极显著负相关,可见福建常绿阔叶林生态系统养分循环过程中,土壤养分消耗速率超过了凋落物的养分供给速率,导致生态系统养分循环缓慢。（4）气温和土壤C ∶ N是影响常绿阔叶林生态系统养分循环的关键环境因子。     

基于FLUXNET观测数据与VPM模型的森林生态系统光合作用关键参数优化及验证

生态系统总初级生产力(GPP)是全球生态系统碳循环研究的重要组成部分.植被最大光能利用率(ε_max)是陆地生态系统GPP模拟的关键参数.本文基于植被光合模型(VPM)和全球通量网(FLUXNET)40个站点(179条站点年数据)的涡度相关通量观测数据,采用单因素轮换法对VPM模型进行参数敏感性分析,并利用交叉验证法对全球森林生态系统的光合作用关键参数进行优化和验证.结果表明:森林生态系统GPP模型受ε_max、光合最高温度(T_max)以及光合最适温度(T_opt)的影响最大;优化后的ε_max在不同植被类型之间存在明显差异,介于0.05～0.08 μmol CO₂·μmol^-1 PAR,常绿阔叶林>常绿针叶林>混交林>落叶阔叶林;优化后的森林生态系统T_max为38～48 ℃,T_opt为18～22 ℃;利用分植被类型优化后的模型关键参数,VPM模型可较好地模拟全球主要森林生态系统GPP的季节和年际变化.     

仪器的加热效应校正对生态系统碳水通量估算的影响

涡度相关技术的广泛应用为获取生态系统碳、水通量提供了可能,但在开路式涡度相关系统中,仪器的加热效应增大了观测数据的不确定性。为了衡量仪器的加热效应,以ChinaFLUX3个典型生态系统(长白山温带针阔混交林(CBS)、海北灌丛草甸(HBGC)、鼎湖山亚热带常绿阔叶林(DHS))为研究对象,就仪器的加热效应校正对碳、水通量估算的影响进行分析。结果表明:加热校正没有改变生态系统的能量闭合特征,也没有对水汽通量的估算产生影响,但显著减小了CBS和HBGC非生长季的净生态系统生产力(NEP),进而减少了NEP的年总量,对DHS没有显著影响。NEP减小幅度受到温度的强烈影响,CBS为7.7%～10.4%,远小于HBGC的76.6%～85.2%,HBGC的NEP大幅降低主要是由夜间NEP的改变导致生态系统呼吸(RE)的增大而引起。因而,在温带生态系统中,充分考虑加热校正对于准确估算生态系统的碳收支具有重要作用。     

浙江省生态公益林碳储量和固碳现状及潜力

生态公益林是为保护和改善人类生存环境,维持生态平衡而建立的。以浙江省的生态公益林为研究对象,共调查和估算了全省21个县149个样地(年龄从5a到50a),包括常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松林和杉木林4种主要林型的碳储量和碳平衡。结果说明:浙江省生态公益林生态系统碳密度的加权平均值为164.43tC.hm-2;其中常绿阔叶林生态系统碳储量最高,达216.18tC.hm-2;针阔混交林其次,达181.36tC.hm-2;针叶林最低。浙江省森林以幼龄林(小于30a的占87.5%)和马尾松林(大于55%)为主离成熟状态还相差很远,尤其是针叶林远低于全国平均水平和中高纬度地区碳密度。全省生态公益林净生态系统生产力加权平均得0.08tC.hm-.2a-1,在碳积累上还有很大的潜力。通过封育改造、择伐补阔或以灌促阔等森林管理措施,加快针叶林向针阔混交林直至常绿阔叶林演替,将最大化中国亚热带地区的幼林或受干扰森林的未来碳储量(最高增长31.44%),并成为较大的碳汇。     

Water-use efficiency of forest ecosystems in eastern China and its relations to climatic variables

Carbon (C) and water cycles of terrestrial ecosystems are two coupled ecological processes controlled partly by stomatal behavior. Water-use efficiency (WUE) reflects the coupling relationship to some extent. At stand and ecosystem levels, the variability of WUE results from the trade-off between water loss and C gain in the process of plant photosynthetic C assimilation. Continuous observations of C, water, and energy fluxes were made at three selected forest sites of ChinaFLUX with eddy covariance systems from 2003 to 2005. WUE at different temporal scales were defined and calculated with different C and water flux components. Variations in WUE were found among three sites. Average annual WUE was 9.43 mg CO(2) g(-1) H(2)O at Changbaishan temperate broad-leaved Korean pine mixed forest, 9.27 mg CO(2) g(-1) H(2)O at Qianyanzhou subtropical coniferous plantation, and 6.90 mg CO(2) g(-1) H(2)O at Dinghushan subtropical evergreen broad-leaved forest. It was also found that temperate and subtropical forest ecosystems had different relationships between gross primary productivity (GPP) and evapotranspiration (ET). Variations in WUE indicated the difference in the coupling between C and water cycles. The asynchronous response of GPP and ET to climatic variables determined the coupling and decoupling between C and water cycles for the two regional forest ecosystems.     

Climate-Induced Changes in Spring Snowmelt Impact Ecosystem Metabolism and Carbon Fluxes in an Alpine Stream Network

Although stream ecosystems are recognized as an important component of the global carbon cycle, the impacts of climate-induced hydrological extremes on carbon fluxes in stream networks remain unclear. Using continuous measurements of ecosystem metabolism, we report on the effects of changes in snowmelt hydrology during the anomalously warm winter 2013/2014 on gross primary production (GPP), ecosystem respiration (ER), and net ecosystem production (NEP) in an Alpine stream network. We estimated ecosystem metabolism across 12 study reaches of the 254 km² subalpine Ybbs River Network (YRN), Austria, for 18 months. During spring snowmelt, GPP peaked in 10 of our 12 study reaches, which appeared to be driven by PAR and catchment area. In contrast, the winter precipitation shift from snow to rain following the low-snow winter in 2013/2014 increased spring ER in upper elevation catchments, causing spring NEP to shift from autotrophy to heterotrophy. Our findings suggest that the YRN transitioned from a transient sink to a source of carbon dioxide (CO₂) in spring as snowmelt hydrology differed following the high-snow versus low-snow winter. This shift toward increased heterotrophy during spring snowmelt following a warm winter has potential consequences for annual ecosystem metabolism, as spring GPP contributed on average 33% to annual GPP fluxes compared to spring ER, which averaged 21% of annual ER fluxes. We propose that Alpine headwaters will emit more within-stream respiratory CO₂ to the atmosphere while providing less autochthonous organic energy to downstream ecosystems as the climate gets warmer.     

甘肃白龙江流域净生态系统生产力时空变化

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源、碳汇的重要指标。以甘肃白龙江流域为研究区,结合MODIS与气象数据对2000—2013年的流域净生态系统生产力时空变化进行了研究,并探讨了典型地形因子对NEP的影响。结果表明:(1)2000—2013年甘肃白龙江流域单位面积NEP平均为226.65 g C m~(-2)a~(-1),碳汇区主要分布在白龙江上游两岸、岷江西岸、白水江南岸、大团鱼河两岸的山地林区,碳源区主要分布在武都区、迭部县北缘的高寒草甸区等。(2)从不同植被类型上看,常绿阔叶林、常绿/落叶阔叶混交林单位面积NEP最高,高寒草地单位面积NEP最小,且耕地单位面积NEP增加最明显,常绿/落叶阔叶混交林单位面积NEP降低最明显。(3)2000—2013年研究区单位面积NEP总体上呈增加的趋势,增加明显的地区分布在流域的中部和西北部,4—9月为流域碳汇季节。(4)地形因子对甘肃白龙江流域NEP有明显影响,海拔4200 m以下多为碳汇区;陡坡区的碳汇能力的增长趋势低于缓坡区;阴坡的碳汇能力高于阳坡区。     

浙江天童地区常绿阔叶林退化对土壤养分库和碳库的影响

为了解常绿阔叶林退化对土壤碳库和养分库的影响,采用空间代替时间的研究方法,以常绿阔叶林顶级群落为参照,选择了次生常绿阔叶幼年林、次生针阔混交林、次生针叶林、灌丛和灌草丛代表不同的退化类型,分别对其土壤氮磷养分库、碳库进行了调查和分析。结果表明：土壤氮库贮量从大到小依次为,成熟常绿阔叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、次生针叶林、灌草丛和次生针阔混交林;土壤总磷含量也是在成熟林最高,次生针阔混交林和次生针叶林的总磷含量显著高于次生常绿阔叶幼年林和灌丛;土壤有机碳含量从高到低依次为：成熟常绿阔叶林,次生针叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、灌草丛和次生针阔混交林;土壤铵态氮在成熟林、灌丛和灌草丛的库容量最大,其次分别为次生幼年常绿阔叶林、次生针阔混交林,最小的为次生针叶林;硝态氮则在灌草丛的库容量最大,其次分别为次生针叶林、次生针阔混交林和成熟林针叶林,最小的为次生常绿阔叶幼年林和灌丛。统计显示,常绿阔叶林退化不仅导致土壤有机碳库含量的显著下降,也使得土壤氮磷养分库含量显著下降。可以认为,砍伐导致的大量生物量输出和森林管理措施的影响,植物种类组成的改变,土壤物理性质的改变以及养分和有机碳的主要生物化学转化环节发生改变是导致此类变化的主要因素,常绿阔叶林顶极群落土壤是该地区土壤的最大养分库和碳库。     

亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林叶片热值比较研究

植物干重热值(GCV)是衡量植物生命活动及组成成分的重要指标之一,反映了植物光合作用中固定太阳辐射的能力。利用氧弹量热仪测定了亚热带和暖温带两个典型森林生态系统常见的276种常见植物叶片的干重热值,探讨了亚热带和暖温带植物热值分布特征,以及不同生活型、乔木类型间植物热值的变化规律。实验结果发现:亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林叶片热值的平均值分别为17.83 k J/g(n=191)和17.21k J/g(n=85),整体表现为亚热带植物暖温带植物。不同地带性植被的植物叶片热值在不同生活型间表现出相似的规律,其中亚热带常绿阔叶林表现为:乔木(19.09 k J/g)灌木(17.87 k J/g)草本(16.65 k J/g);暖温带落叶阔叶林表现为:乔木(18.41 k J/g)灌木(17.94 k J/g)草本(16.53 k J/g);不同乔木类型间均呈现常绿乔木落叶乔木、针叶乔木阔叶乔木的趋势。落叶阔叶乔木表现为亚热带暖温带,而常绿针叶乔木则呈现亚热带暖温带的趋势。此外,我们对于两个分布区域内的4种针叶树种叶片热值进行了比较,发现华北落叶松(19.32 k J/g,暖温带)杉木(19.40 k J/g,亚热带)马尾松(19.82 k J/g,亚热带)油松(20.95 k J/g,暖温带)。亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林植物热值的特征及其变化规律,为森林生态系统的能量流动提供了理论基础。     

南亚热带典型森林演替类型粗死木质残体贮量及其对碳循环的潜在影响

森林生态系统中的粗死木质残体(Coarse woody debris, CWD)不仅能够为其它生物提供生境,维持森林结构,而且对生物地球化学循环起着不可忽视的作用,CWD作为森林生态系统中重要的结构和功能元素,已经引起广泛关注。然而,华南地区典型亚热带森林生态系统中CWD的结构和功能方面的研究很少。该文报道了鼎湖山自然保护区内典型南亚热带森林生态系统中CWD的贮量及其特征,所选择的森林包括马尾松(Pinus massoniana)林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林,它们分别代表该气候区域内处于森林演替早期、中期和后期3个阶段的森林类型。其中马尾松林和针阔叶混交林都起源于20世纪30年代人工种植的马尾松纯林,由于长期受到包括收割松针、CWD和林下层植物等在内的人为活动的干扰,到2003年调查时马尾松林仍属于针叶林;而混交林样地自种植之后就未受到人为活动的干扰,自然过渡为针阔叶混交林类型。人为干扰对马尾松人工林的结构和功能产生了巨大的影响,马尾松林的生物量仅为针阔叶混交林生物量的35%。组成马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林CWD的树种数量分别为7、18和29;马尾松林中几乎没有CWD存在(贮量仅为0.1 Mg C·hm^-2),针阔叶混交林CWD的贮量为8.7 Mg C·hm^-2,季风常绿阔叶林CWD的贮量为13.2 Mg C·hm^-2,分别占地上部分生物量的9.1%和11.3%;针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中只有将近10%的CWD以枯立的方式存在。该区域内CWD的分解速率较快,在区域碳循环中将扮演重要角色,保留林地中的CWD是维持本区域森林生产力和森林可持续管理的重要举措。     

Reconciling Carbon-cycle Concepts, Terminology, and Methods

Recent projections of climatic change have focused a great deal of scientific and public attention on patterns of carbon (C) cycling as well as its controls, particularly the factors that determine whether an ecosystem is a net source or sink of atmospheric carbon dioxide (CO₂). Net ecosystem production (NEP), a central concept in C-cycling research, has been used by scientists to represent two different concepts. We propose that NEP be restricted to just one of its two original definitions—the imbalance between gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER). We further propose that a new term—net ecosystem carbon balance (NECB)—be applied to the net rate of C accumulation in (or loss from [negative sign]) ecosystems. Net ecosystem carbon balance differs from NEP when C fluxes other than C fixation and respiration occur, or when inorganic C enters or leaves in dissolved form. These fluxes include the leaching loss or lateral transfer of C from the ecosystem; the emission of volatile organic C, methane, and carbon monoxide; and the release of soot and CO₂ from fire. Carbon fluxes in addition to NEP are particularly important determinants of NECB over long time scales. However, even over short time scales, they are important in ecosystems such as streams, estuaries, wetlands, and cities. Recent technological advances have led to a diversity of approaches to the measurement of C fluxes at different temporal and spatial scales. These approaches frequently capture different components of NEP or NECB and can therefore be compared across scales only by carefully specifying the fluxes included in the measurements. By explicitly identifying the fluxes that comprise NECB and other components of the C cycle, such as net ecosystem exchange (NEE) and net biome production (NBP), we can provide a less ambiguous framework for understanding and communicating recent changes in the global C cycle.