2000-2015年中国陆地生态系统蒸散时空变化及其影响因素

准确量化区域蒸散时空格局及其影响因素对理解陆地生态系统碳水循环具有十分重要的意义。近年来中国经历了严重的空气污染及气候波动,亟须探讨蒸散的时空变化及其影响因素。基于PT-JPL（Priestly-Taylor Jet Propulsion Laboratory）模型,集成遥感数据和气象数据模拟了中国陆地生态系统2000-2015年蒸散,并分析其时空变化及影响因素。结果表明：1）参数优化后PT-JPL模型可解释蒸散年际变化的68%,优于原始模型及MODIS蒸散产品;2）中国地区多年平均蒸散为440.16 mm/a,呈东南沿海到西北内陆逐渐递减的空间格局;3）2000-2015年蒸散整体呈轻微下降趋势（slope=6.48 Gt/a,P=0.17）,但具有年代际差异,2000-2010年中国地区蒸散呈显著下降趋势（slope=21.05,P < 0.01）,占全国蒸散总量45.05%的内蒙古地区、甘新地区、黄土高原地区及青藏地区解释了61.88%的年际变化;2010-2015年呈轻微上升趋势（slope=10.48,P=0.71）,各地区均无显著变化趋势;4）辐射主导了蒸散的年代际差异,分别解释了2010年前后蒸散下降及上升趋势的51.45%、85.26%。蒸散呈显著变化趋势的内蒙古地区、黄土高原地区及青藏地区主要受辐射控制,甘新地区主要受降水和温度的影响。     

鼎湖山不同演替阶段森林土壤水分时空变异研究

土壤水分作为森林生态系统水分蓄库的主体,森林土壤水分储量及其时空动态与变异对揭示区域植被恢复与气候变化背景下的森林生态系统水文过程响应与服务功能变化机制具有重要意义。本研究以南亚热带地区典型森林植被演替序列马尾松人工林（Pinus massoniana coniferous forest,PF）-马尾松针阔叶混交林（mixed Pinus massoniana/broad-leaved forest,MF）-季风常绿阔叶林（monsoon evergreen broad-leaved forest,MEBF）为研究对象,依托中国生态系统研究网络森林样地建设与监测统一规范对鼎湖山森林生态系统定位站站区内分布的上述森林类型土壤水分的长期定位观测（2005-2015年）,通过分析各演替阶段森林土壤不同土层（0-15、15-30、30-45、45-60、60-75和75-90 cm）土壤体积含水量观测数据,探究该区域森林植被恢复过程中的土壤水分变化及其时空变异。结果表明：在雨热同期且干湿季明显的南亚热带地区,鼎湖山森林土壤储水量及其时间动态受降雨量的影响显著,森林土壤层对降雨具有强烈的调蓄和稳定作用,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,调蓄水分能力逐步增强。林型间,由初期阶段PF到顶级群落MEBF,森林土壤水分储量逐渐提高,且演替后期林型相对于早期林型,土壤储水量均呈现为较小的年际与年内变幅。干、湿季而言,干季时林型间的土壤储水量差异大于湿季,干季时MEBF和MF土壤含水量分别是PF的1.33倍和1.11倍。从土壤含水量的干、湿季期间变异来看,不同林型各土层土壤含水量的变异系数大小均表现为干季大于湿季;垂直剖面方向上,突出表现为无论干湿季MEBF各层土壤含水量变异均比其他两种林型较为缓和,充分体现了MEBF优越的土壤水分时空调配能力。整体上,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,土壤水分储量及其稳定性逐步提升。     

退耕还林背景下黄土高原蒸散量时空演变特征及归因

受气候变化和人类活动影响,近几十年黄土高原地表环境和水碳通量发生显著变化,对区域水资源和生态系统格局产生深刻影响。基于植被界面过程(VIP)遥感蒸散发模型,对退耕还林(草)工程实施以来黄土高原蒸散量(ET)时空变化格局进行模拟研究,揭示了近20年黄土高原水碳通量时空演变特征及其原因。结果表明:(1) 2000-2019年黄土高原ET总体呈显著上升趋势(P < 0.05),倾向率为3.77 mm/a,其中黄河中游黄土丘陵沟壑区ET增长最为显著,而陕西关中平原东部、宁夏银川平原南部等农业区则呈显著下降趋势,倾向率为-5.68 mm/a;(2) 气候变量和归一化植被指数(NDVI)对ET显著上升区的区域平均贡献分别为14.7%和78.6%(其中人类活动贡献为70.5%),而对ET显著下降区的区域平均贡献分别为-58.4%和-31.5%(其中人类活动贡献为-31.6%),表明人类活动和气候变化分别主导了ET显著上升区和ET显著下降区的蒸散变化;(3) 在气候变化主导区域,气温和降水量分别为能量受限区和水分受限区ET增加的主导气象因子,而气溶胶浓度升高导致的日照时数和地表风速下降对作物碳同化和蒸腾具有显著的抑制作用,成为农业区ET下降的主导气象因子。     

土壤蒸发和植被蒸腾对三江源退化高寒草甸蒸散的影响

蒸散（ET）主要由土壤蒸发（E）和植被蒸腾（T）组成,然而难以把E与T从陆地生态系统ET中区分开。为阐明位于青海省境内的三江源区（89°24''—102°23''E,31°39''—36°16''N）高寒草甸E和T对生态系统ET的影响,利用小型蒸渗仪和微气象系统定量研究了三江源退化高寒草甸ET、E和T的变化,以及植被和环境因子对其的影响。结果表明：2017和2018年的ET分别为467.7 mm和479.2 mm,其中生长季（5—9月）约占72%,且E对生态系统ET的贡献（56%）大于T（44%）,年降水量（P）的90%以上通过ET返回大气（ET/P > 90%）。根据生长季中不同植被覆盖度的蒸渗仪观测结果发现,ET随植被覆盖度的降低而增加。逐步回归分析表明,净辐射（R_n）是驱动生态系统ET、E、T最主要的因子;另外,E对饱和水汽压差（VPD）的响应更敏感,而T受空气温度（T_a）的影响更大;土壤含水量（SWC₅）对蒸散的影响相对较小,可能由于研究区降水相对较多的原因。结果说明,草甸退化将加剧土壤蒸发,进而导致生态系统散失更多的水分。     

不同恢复阶段热带森林土壤nirS型反硝化微生物群落结构及多样性特征

探明热带森林土壤反硝化微生物群落结构及多样性，对于理解反硝化引起的N₂O排放及缓解全球变暖具有重要意义。本研究以西双版纳3个不同恢复阶段热带森林类型[即白背桐（Mallotus paniculatus，MP）、崖豆藤（Millttia leptobotrya，ML）群落、群落及高檐蒲桃（Syzygium oblatum，SO）群落]为研究对象，揭示土壤nirS型反硝化微生物群落组成及多样性的干湿季变化，分析热带森林恢复过程中土壤理化环境变化对nirS型反硝化细菌群落的影响。结果表明，变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度表现为恢复前期高于恢复后期，而脱氯单胞菌属（Dechloromonas）、嗜盐单胞菌属（Halomonas）和罗思河小杆菌属（Rhodanobacter）表现为恢复后期高于恢复前期；绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteria）均随恢复年限增加而增加，而贪铜菌属（Cupriavidus）和假单胞菌属（Pseudomonas）的相对丰度表现为随恢复年限增加而降低。9月份各样地新检测出的属数量表现为：SO （19种） > MP （13种） > ML （7种）。土壤nirS型反硝化微生物群落的Shannon多样性指数表现为：高檐蒲桃群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落，且9月（湿季） > 3月（干季）。相关分析表明，热带森林恢复引起土壤N库（全氮、NH₄⁺、NO₃^-）、C有效性（微生物量碳、易氧化碳）及微气候（土壤含水率与温度）的改变，能够显著影响nirS型反硝化细菌群落的结构及多样性。主成分分析结果表明，土壤硝态氮、微生物量碳、全氮及易氧化碳是调控不同恢复阶段热带森林土壤nirS型反硝化细菌群落结构及多样性变化的主控因子，其次为土壤水分、温度、水解氮、pH、铵态氮、有机碳、容重及C/N。     

水分梯度下荒漠植物多样性与稳定性对土壤因子的响应

荒漠生态系统多样性的研究对维持荒漠区群落稳定性有着重要意义。以艾比湖流域荒漠植物群落为研究对象,基于野外样方调查数据及实验分析,探讨不同水分梯度下植物多样性与稳定性的变化规律及土壤因子对二者的影响。结果表明：（1）随土壤水分含量下降,Shannon-Wiener多样性指数（H）、Simpson多样性指数（D）、Pielou均匀度指数（J）、Margalef丰富度指数（R）和种群密度稳定性（ICV）指数均呈下降趋势,且当土壤含水量低于4.65%时,荒漠植物多样性与群落稳定性总体显著降低（P<0.05）;（2）不同水分梯度下影响艾比湖流域植物多样性的土壤因子具有差异性,高水梯度为硝态氮与有机质,中水梯度下影响植物多样性的因子为pH,低水梯度为全氮和有机质;（3）仅在环境适宜的情况下,土壤因子（土壤含盐量与有机质）才能对群落稳定性产生显著影响（P<0.01）;（4）三种梯度下,物种多样性均对群落稳定性有显著性影响（P<0.001）,植物多样性与群落稳定性存在正相关关系。     

华北山区典型人工林土壤水势动态和水分运移规律

大规模植树造林工程有效缓解了我国北方水土流失等问题,但伴随植被生长和降水格局变化,水循环过程发生明显改变。土壤水分运动是水循环的关键过程,研究变化环境下人工林植被土壤水分运移规律,对植被生态恢复具有重要意义。基于2014-2018年多时间尺度（半小时、天、月和年）华北山区崇陵流域典型人工侧柏林和荒草土壤剖面水势监测数据,阐明不同植被覆盖下土水势动态变化规律,提出土壤水分运移和植被水分利用模式。研究结果表明：侧柏林土壤水势日变幅显著低于荒草植被,但土水势日变幅随土壤深度增加而减小的速率90 a侧柏依次大于60 a侧柏和荒草;月、年尺度侧柏林不同深度土水势变化对降水的响应大于荒草地,其中60 a侧柏林年均土水势与年降雨量显著线性相关（P<0.05）。由水势梯度和零通量面多年平均变化可知,90 a侧柏林0-50 cm土壤水呈下渗趋势,根系水力提升促使50-100 cm土壤水向上蒸散;60 a侧柏林0-20 cm、70-100 cm以及枯水年30-70 cm土壤水均以蒸散为主,根系可同时吸收利用表层和深层土壤水分;荒草地0-20 cm土壤水分蒸发强烈,且为根系主要吸水深度,20-100 cm土壤水稳定下渗。相比60 a侧柏林和荒草,90 a侧柏林的土壤调蓄能力增强,与荒草互被可减少植被间水分竞争,充分利用土壤水,从而减少流域内地表径流和土壤侵蚀量。     

林草交错区植被动态变化及其影响因子——以中国东北大兴安岭为例

东北大兴安岭林草交错区对气候变化和人类活动高度敏感是我国重要的生态脆弱区,研究表征生态环境变化的植被指数时空变化及驱动因子是制定政策、改善生态环境的理论基础。基于此,利用遥感区域分析和地面实证分析对大兴安岭林草交错区的植被变化趋势及影响因子进行分析,并通过重要性指标定量阐述环境因子和人类活动因子影响的相对重要性。结果表明：1982-2015年的植被呈退化趋势（-0.02/10a）,最低温度、平均温度和最高温度均呈增温趋势分别为0.13℃/10a、0.16℃/10a和0.20℃/10a,而年平均降水量呈下降趋势（-16.3 mm/10a）。植被NDVI随云量的增加而降低（R=-0.21）,并且显著负相关占总面积的24.98%。NDVI随最低温度、平均温度和最高温度的增加而增加（R_TMN=0.01、R_TMN=0.02和R_TMN=0.04）。潜在蒸散对NDVI的影响存在差异,降水量在200-400 mm NDVI与潜在蒸散显著负相关（占总面积18.60%）,400 mm以上显著正相关且占总面积16.01%。降水量与NDVI正相关（R=0.03）,其中显著正相关占总面积的19.55%,显著负相关仅占总面积的5.31%。降水量是陈巴尔虎旗、新巴尔虎左旗以及鄂温克族自治区西部植被（草地）的主导影响因子,云分量是东部林地的主导影响因子。此外,实证分析结果表明人类活动因子（家畜密度和开垦面积）对NDVI的解释率高于温度和降水,并且人类活动的平均重要性指标（VIP_{人类活动因子}=2.48）高于气候因子（VIP_气候因子=0.80）,气候因子中的降水解释率和重要性均高于温度。因此,气候变暖背景下,东北林草交错区气候呈变暖变干旱趋势,而人类活动因子对植被的影响作用不容忽视,合理调控农牧业是改善林草交错区植被生态系统稳定可持续的重要途径。     

1982-2020年安徽省净生态系统生产力时空格局变化及其成因

净生态系统生产力（NEP）是定量描述陆地生态系统与大气之间碳交换的重要指标。明确区域尺度NEP的时空格局及主导因子，有助于增强对区域碳循环变化机制的认知。基于BEPS （Boreal Ecosystem Productivity Simulator）模型模拟结果，评估了安徽省1982-2020年NEP时空格局，分析了安徽省NEP对主要环境植被因子的敏感性，并借助通径分析和贡献率分析探究了影响安徽省NEP时空变化的驱动因子。结果表明：（1）1982-2020年，安徽省多年年均NEP为651.14 gC/m²，线性趋势变化率为1.10 gC m^-2 a^-1，总体呈显著增加趋势（P<0.01）。在空间上，NEP表现为"南北部较高、中部较低"的分布，显著增加（P<0.05）的区域占52.77%，主要分布在北部和南部，显著减小（P<0.05）的区域占7.11%，主要分布在西部和东南部。NEP重心有显著的北移趋势（P<0.01）。（2） NEP对大气CO₂浓度变化最为敏感，对降水变化最不敏感。时间上，NEP对叶面积指数（LAI）（P<0.01）、CO₂（P<0.01）和饱和水汽压差（VPD）（P<0.05）的敏感性变化显著增强，对总辐射的敏感性变化显著减弱（P<0.01），对气温和降水的敏感性变化不显著（P>0.05）。空间上，NEP对各因子的敏感性有地区差异性。（3）所选环境植被因子综合解释了NEP 79%的时空变化。LAI与CO₂是安徽省NEP时空变化的主导因子，为正贡献，气候因子为次主导因子，为负贡献。空间上，LAI为主导因子的地区主要分布在安徽省北部、中西部的大部分地区，占49.65%，CO₂为主导因子的地区主要分布在安徽省西北部与东南部的大部分地区，占44.54%。     

川渝地区NDVI动态特征及其对气候变化的响应

四川、重庆位于我国西南、长江上游地区,地形条件复杂,区内生态环境对气候变化较为敏感,作为我国现代农业发展区和长江中上游重要生态屏障,探究区域植被覆盖与气候变化之间的关系对该地区生态文明建设与农业可持续发展具有重要意义。基于归一化差值植被指数（NDVI）和气象数据（气温、降水）,采用Sen趋势分析、MK检验和偏相关分析法,以农业地貌分区视角分析1999-2018年川渝地区植被覆盖的时空变化特征,以及植被NDVI与气温和降水之间的时空响应。研究结果表明：（1）川渝地区及各农业地貌分区植被NDVI在近20年均呈显著上升趋势,增长速率为盆周山地区（0.0073/a）>四川盆地区（0.0063/a）>川西南山地区（0.0050/a）>川西高山高原区（0.0026/a）,整体年际变化率为0.0047/a。（2）川渝地区91.51%的NDVI像元值变化为正,空间上呈现出东高西低的总体分布格局,其中盆周山地区NDVI值最高为0.60,川西高山高原区NDVI值最低为0.44。（3）川渝地区整体上NDVI与气温和降水呈正相关,且气温（r=0.707,P<0.01）强于降水（r=0.535,P<0.05）,空间上植被NDVI与气温和降水呈显著正相关区域分别占39.31%、18.92%。（4）不同农业地貌区植被生长与气候变化的响应关系呈现出明显差异。在川西高山高原区NDVI与气温呈显著的正相关关系,但与降水的关系不明显,其中阿坝-若尔盖-红原等高平原地区及西北部石渠等丘状高原地区受气温的显著正效应驱动尤为明显;在四川盆地区和盆周山地区NDVI与气温和降水均呈正相关,特别是东北部平行岭谷及低山丘陵区受气温和降水的正效应影响显著。研究有助于进一步理解川渝地区植被与气候变化的响应机制,并为促进川渝地区生态建设及发展提供参考依据。     

气候过渡带锐齿栎林土壤呼吸对降雨改变的响应

作为大气与陆地生态系统之间的第二大碳通量,土壤呼吸是评价陆地生态系统碳循环及碳汇能力的不确定性来源之一。降雨格局改变及其导致的土壤水分变化是调节土壤呼吸的重要驱动。气候过渡带的水热状况受全球降雨格局改变的影响更为明显,揭示该区域森林土壤呼吸对降雨改变的响应规律有助于改善碳循环模型的预测精度。然而,气候过渡区的土壤碳排放过程如何响应降雨格局改变尚不清楚。通过在亚热带-暖温带的过渡区(宝天曼)开展降雨改变实验,以阐明锐齿栎林土壤呼吸及其温度敏感性对降雨增加(50%)和减少(50%)的响应规律。结果表明,降雨增加显著提高土壤湿度(+8.92%)而不影响土壤温度。与对照相比,降雨增加导致土壤呼吸显著提高80.5%,其土壤呼吸的温度敏感性(4.07)显著高于对照样地(2.66)。增雨处理下的土壤呼吸与土壤湿度呈负相关。降雨减少则显著降低土壤湿度(-10.25%),并对土壤呼吸有促进趋势,然而,对土壤呼吸的温度敏感性(2.64)无显著影响。减雨处理下的土壤呼吸强度与土壤湿度呈正相关。这意味着在我国亚热带—暖温带过渡区,降雨增加或减少均对土壤呼吸有不同程度的刺激作用,进而很可能减弱该区域森林生态系统土壤的固碳潜力。     

祁连山排露沟流域典型植被类型的水源涵养功能差异

土壤水分是"绿水"重要的储存,连接植被与水文系统的纽带。水源涵养功能是山地生态系统重要的生态系统服务,这种功能主要体现是生态系统将水分保持在系统内的过程和能力,并受多种因素的影响(如植被类型、土壤类型和地形)。通过对祁连山排露沟流域的土壤属性、土壤温湿度和降雨2个生长季的野外调查与观测,以及计算水源涵养功能指标来评估3种典型植被类型土壤水分涵养能力的差异。研究结果:(1)灌丛和青海云杉林下有机质、粉粒和砂粒含量、田间持水量、饱和持水量和孔隙度等土壤属性值高于草地,而土壤容重和粘粒含量低于草地;(2)青海云杉林的根区土壤累计入渗量高于灌丛和草地,草地土壤水分损失较灌丛和青海云杉林更快;(3)整个生长季内青海云杉林和灌丛土壤湿度明显高于草地湿度,青海云杉林的水源涵养功能指标值多大于1。这些结果表明青海云杉林较灌丛和草地具有更强的水源涵养能力。因此,研究结果能为国内干旱区山地生态系统的流域生态系统管理与可持续发展提供科学参考。     

中亚热带不同森林更新方式生态酶化学计量特征

了解土壤生态化学计量特征对预测不同生态系统养分变化、功能以及植物生产力具有重要意义。森林更新是维持中亚热带森林生态系统可持续发展的重要手段。选取福建省三明市陈大林业采育场3种不同森林更新方式进行研究,包括米槠次生林（SF）、米槠人工促进天然更新林（AR）和杉木人工林（CF）,测定其土壤理化性质及土壤3种酶,计算酶化学计量。结果显示：1）AR的土壤总氮、全磷、铵态氮含量以及含水量最高（P < 0.05）,土壤有效磷的含量则是CF最高（P < 0.05）;2）生态酶化学计量结果表明AR的土壤微生物处于氮限制状态,CF的土壤微生物处于磷限制状态;3）冗余分析表明,土壤含水量和铵态氮是驱动不同森林更新方式土壤生态酶化学计量变异的重要环境因子。研究表明,人促更新方式更有利于土壤有效氮的积累,而人工林则有利于土壤有效磷积累,这可能与造林树种有关。土壤生态酶化学计量更易受到土壤含水量以及有效性养分的驱动,而与土壤化学计量未呈现良好的耦合性。     

Seasonal Changes in Soil Respiration with An Elevation Gradient in <i>Abies nephrolepis</i> (Trautv.) Maxim. Forests in North China

Soil respiration (Rs) plays an important role in regulating carbon cycle of terrestrial ecosystems and presents temporal and spatial heterogeneity. Abies nephrolepis is a tree species that prefers the cold and wet environment and is mainly distributed in Northeast Asia and East Asia. The Rs variations of Abies nephrolepis forests communities are generally environmental-sensitive and can effectively reflect the adaptive responses of forest ecosystems to climate change. In this study, the growing-seasonal variations of Rs, soil temperature, soil water content and soil properties of Abies nephrolepis forests were analyzed along an altitude gradient (2000, 2100, 2200 and 2300 m) over two years on Wutai Mountain in North China. As the main results showed, soil respiration keeps the same change trend as soil temperature and reached peaks in July at 2000 m in 2019 and 2020. During 26^th July to 25^th October in 2019 and 27^th May to 23^rd October in 2020, on the whole, the soil temperature independently explained 76.2% of Rs variations while the soil water content independently explained 26.8%. Soil temperature and soil water content jointly explained 81.8% of Rs variations. Soil properties explained 61.8% and 69.6% of Rs variation in 2019 and 2020, respectively. Soil organic carbon content and soil enzyme activity had the signifi- cant (P < 0.01) negative and positive relationships, respectively, with Rs variation. With altitudes evaluated from 2000 to 2300 m, soil respiration temperature sensitivity (Q₁0) and the soil organic carbon content increased by 12.4% and 10.4%, respectively, while invertase activity, cellulase activity and urease activity dropped by 41.2%, 29.45% and 38.19%, respectively. The results demonstrate that (1) soil temperature is the major factor affecting Rs variations in Abies nephrolepis forests; (2) weakened microbial carbon metabolism in high-altitude areas results in the accumulation of soil organic carbon; (3) with a higher Q₁, forest ecosystems in high-altitude areas might be more easily affected by climate change; (4) climate warming might accelerate the consumption of soil organic carbon sink in forest ecosystems, especially in high-altitude areas.     

Annual variation in soil respiration and its components in a coppice oak forest in Central Italy

In order to investigate the annual variation of soil respiration and its components in relation to seasonal changes in soil temperature and soil moisture in a Mediterranean mixed oak forest ecosystem, we set up a series of experimental treatments in May 1999 where litter (no litter), roots (no roots, by trenching) or both were excluded from plots of 4 m². Subsequently, we measured soil respiration, soil temperature and soil moisture in each plot over a year after the forest was coppiced. The treatments did not significantly affect soil temperature or soil moisture measured over 0–10 cm depth. Soil respiration varied markedly during the year with high rates in spring and autumn and low rates in summer, coinciding with summer drought, and in winter, with the lowest temperatures. Very high respiration rates, however, were observed during the summer immediately after rainfall events. The mean annual rate of soil respiration was 2.9 µ mol m^?2 s^?1, ranging from 1.35 to 7.03 µmol m^?2 s^?1. Soil respiration was highly correlated with temperature during winter and during spring and autumn whenever volumetric soil water content was above 20%. Below this threshold value, there was no correlation between soil respiration and soil temperature, but soil moisture was a good predictor of soil respiration. A simple empirical model that predicted soil respiration during the year, using both soil temperature and soil moisture accounted for more than 91% of the observed annual variation in soil respiration. All the components of soil respiration followed a similar seasonal trend and were affected by summer drought. The Q₁₀ value for soil respiration was 2.32, which is in agreement with other studies in forest ecosystems. However, we found a Q₁₀ value for root respiration of 2.20, which is lower than recent values reported for forest sites. The fact that the seasonal variation in root growth with temperature in Mediterranean ecosystems differs from that in temperate regions may explain this difference. In temperate regions, increases in size of root populations during the growing season, coinciding with high temperatures, may yield higher apparent Q₁₀ values than in Mediterranean regions where root growth is suppressed by summer drought. The decomposition of organic matter and belowground litter were the major components of soil respiration, accounting for almost 55% of the total soil respiration flux. This proportion is higher than has been reported for mature boreal and temperate forest and is probably the result of a short‐term C loss following recent logging at the site. The relationship proposed for soil respiration with soil temperature and soil moisture is useful for understanding and predicting potential changes in Mediterranean forest ecosystems in response to forest management and climate change.     

山西太岳山小流域土壤水分空间异质性及其影响因子

以山西太岳山华北落叶松林地为主的小流域作为研究对象,采用地统计学方法结合地理信息系统(GIS)技术手段,研究了接石沟小流域土壤水分(0—60cm)的空间变异特征,以及植被分布和地形因子对其影响规律。结果表明:在时间稳定性的前提下,土壤水分含量和变异系数随土层加深逐渐降低。三层土壤水分半方差函数的最优拟合模型为球状模型,变程范围在1.1—1.4 km,均具有强烈的空间自相关性,其中0—20 cm和20—40 cm层土壤水分的空间异质性程度高于40—60 cm土层,以中间层的结构因素占总变异比例最大。自然结构因素(地形、母质、植被和土壤等)对不同土层土壤水分的总空间变异性起主导作用(81.4%—91.3%),而随机因素(取样误差、人为干扰等)的影响相对较小(8.7%—18.6%)。沿着集水线由西-东方向,从边缘的土壤水分高值斑块区逐渐过渡到明显的低值斑块区,梯度变化明显。研究发现,在植被覆盖异质性小的山地,土壤水分的空间异质性主要由地形因素引起,具体表现为其与坡向指数(TRASP)、坡度、海拔和土壤有机碳、全氮呈极显著相关关系(P0.01),而与植被指数(NDVI)呈弱的负相关关系。叠加分析显示,在阴坡、坡度较缓(15°)及高海拔叠合的区域土壤水分含量较高。研究结果可为山地人工林构建和植被恢复中土壤水资源的利用以及水分管理策略的制定提供理论依据。     

Spatiotemporal variability of soil respiration in a seasonal tropical forest

We monitored soil CO ₂ effluxes for over 3 years in a seasonally wet tropical forest in Central Panama using automated and manual measurements from 2013 to 2016. The measurements displayed a high degree of spatial and temporal variability. Temporal variability could be largely explained by surface soil water dynamics over a broad range of temporal scales. Soil moisture was responsible for seasonal cycles, diurnal cycles, intraseasonal variability such as rain‐induced pulses following dry spells, as well as suppression during near saturated conditions, and ultimately, interannual variability. Spatial variability, which remains largely unexplained, revealed an emergent role of forest structure in conjunction with physical drivers such as soil temperature and topography. Mean annual soil CO ₂ effluxes (±SE ) amounted to 1,613 (±59) gC  m^?2 year^?1 with an increasing trend in phase with an El Niño/Southern Oscillation (ENSO ) cycle which culminated with the strong 2015–2016 event. We attribute this trend to a relatively mild wet season during which soil saturated conditions were less persistent.     

帽儿山3种森林生态系统土壤动物与土壤呼吸及其相互关系研究

土壤呼吸是森林生态系统碳循环的关键过程,土壤动物可通过自身代谢及影响微生物活动调控土壤呼吸,因此研究土壤动物与土壤呼吸的相互关系对进一步揭示生态系统碳循环的规律和机理具有重要意义。通过野外定点,以帽儿山3种森林生态系统的土壤呼吸及土壤动物为研究对象,探讨不同森林生态系统的土壤呼吸、土壤动物个体密度和生物量的时间变化规律及二者相互关系。结果表明:(1)3种森林生态系统土壤总呼吸速率与土壤异养呼吸速率均呈现先增强后减弱的时间动态变化(P<0.05),且不同森林生态系统土壤异养呼吸速率差异显著(P<0.05),表现为硬阔叶林最高,红松人工林最低;(2)3种森林生态系统土壤动物生物量也具有显著的时间动态变化(P<0.05),均在9月份达到最大,且不同森林生态系统土壤动物个体密度显著不同(P<0.05),蒙古栎林土壤动物个体密度显著小于红松人工林与硬阔叶林;(3)通过回归分析可得,土壤动物数量及生物量的增加抑制了土壤呼吸速率,尤其在生长季初期、末期。研究表明土壤动物可通过抑制微生物生命活动和降低根系呼吸从而对土壤总呼吸及异养呼吸产生负反馈作用,三者是不可分割的整体,与土壤温度、水分等环境因子共同调控着土壤呼吸。     

Temporal-spatial variation and controls of soil respiration in different primary succession stages on glacier forehead in gongga mountain, china

Soil respiration (SR) is an important process in the global carbon cycle. It is difficult to estimate SR emission accurately because of its temporal and spatial variability. Primary forest succession on Glacier forehead provides the ideal environment for examining the temporal-spatial variation and controlling factors of SR. However, relevant studies on SR are relatively scarce, and variations, as well as controlling factors, remain uncertain in this kind of region. In this study, we used a static chamber system to measure SR in six sites which represent different stages of forest succession on forehead of a temperate glacier in Gongga Mountain, China. Our results showed that there was substantial temporal (coefficient of variation (CV) ranged from 39.3% to 73.9%) and spatial (CV ranged from 12.3% to 88.6%) variation in SR. Soil temperature (ST) at 5 cm depth was the major controlling factor of temporal variation in all six sites. Spatial variation in SR was mainly caused by differences in plant biomass and Total N among the six sites. Moreover, soil moisture (SM), microbial biomass carbon (MBC), soil organic carbon (SOC), pH and bulk density could influence SR by directly or indirectly affecting plant biomass and Total N. Q(10) values (ranged from 2.1 to 4.7) increased along the forest succession, and the mean value (3.3) was larger than that of temperate ecosystems, which indicated a general tendency towards higher-Q(10) in colder ecosystems than in warmer ecosystems. Our findings provided valuable information for understanding temporal-spatial variation and controlling factors of SR.