青藏高原草地产量与草畜平衡变化

深入了解青藏高原草地生产力与草畜平衡状态的变化,是青藏高原生态屏障建设和生态环境保护的基础。利用遥感植被指数和叶面积指数产品,基于VIP生态水文过程模型,模拟分析了青藏高原2000—2018年间草地生产力的时空格局,并结合同期农牧业统计资料,分析了青藏高原县域尺度草畜平衡状态的变化。结果表明:青藏高原草地多年平均净初级生产力(NPP)为158.4 g C·m^-2·a^-1;近20年来草地生产力上升趋势明显,显著上升面积的比例为44.7%。气候变暖、降水量增加、草本植物生长期延长和大气CO₂浓度升高是青藏高原草地生产力提高的主要驱动因素。基于草场产量估算的青藏高原平均理论载畜量为1.17 SU·hm^-2,年增长率为0.011 SU·hm^-2。2000年以来青藏高原草地超载情况总体趋于好转,严重超载县的面积比例已降至20%以下,其中超载程度较严重的地区,畜牧业的维持和发展主要依靠作物秸秆补饲。研究结果可为区域农牧业结构调整和生态环境保护提供科学依据。     

华北平原玉米田能量平衡、水分利用效率和表面阻力分析

根据华北平玉米田的观测结果,分析了地表／大气能量转化传输特征。结果表明,在作物生育期内,地表能量平衡过程受下垫面特征影响很大。潜热通量是地表／大气热量交换的主要分量;玉米生长的后期有热平流输入,日平均显热通量转为负值。表面阻力在生育期早期和后期较大,而在中期较小,显示了表面阻力对地表覆盖变化和叶片衰老的响应。农田水分利用效率在生长季呈逐渐增长的趋势。     

用GSVAT模型研究地表/大气界面传输

用麦男水分和能量平衡资料验证了包括地下水的土壤－植被－大气水热传输模型（ＧＳＶＡＴ）,结果显示,模型能较好地模拟地表／大气水热传输特征,以及土壤水分的动态变化。通过敏感性分析,探讨叶／气界面,土壤／空气界面的节水调控效应,结果发现这两个界面对水汽传输的交互影响显著,若同时增加它们的水汽传输阻力,节水效果尤其明显。     

中国根层与表层土壤水分关系分析

根层与表层土壤水分的关系, 是由较易获取的表层土壤水分信息去探讨较难获取的深层土壤水分信息的重要桥梁。已有的根层与表层土壤水分关系(简称根表关系)大都基于一种作物或一种生态系统。该文根据我国生态系统研究网络, 包括森林、草地、农田、荒漠和沼泽生态系统的31个站点109个观测场2006年全年3437对根层和表层土壤水分数据, 研究了根表关系以及生态系统、土壤质地、湿润度、植被、土壤厚度和土壤水分量级对根表关系的影响。研究发现, 表层和根层土壤水分存在着线性关系。森林和沼泽的根层与表层土壤水分相关程度较高, 无论是率定段还是校核段, 其决定系数(R²)均大于0.79。农田和草地生态系统的率定段相关性较好, R ²均大于0.80, 校核段相关性稍弱, R ²分别为0.70和0.50。荒漠生态系统的相关关系最弱, 率定段的R²为0.62, 校核段的R²为0.49。土壤质地和生态系统因素对根表关系的影响较为一致。半湿润带、半干旱带和干旱带的根表关系空间分异性最强; 十分湿润带的根表关系与壤土和森林生态系统的根表关系相对应。湿润带内部的根表关系较为一致。将植被对根表关系的影响分为4类, 前两类为根表关系微弱的植被, 由植被本身或者植被以外的地域因素导致, 不适合用根表关系去由表层推算根层土壤水分; 后两类为根表关系良好植被, 区别为服从和不服从关系总线, 可分别用各自的根表关系或者关系总线从表层土壤水分获取根层土壤水分。表层土壤水分与0-20、0-30、……、0-100 cm土层的土壤水分均分别具有较好的相关关系, 但二者的相关性随土层厚度的增加而降低。不过, 即使是土层厚度抵及100 cm, R ²仍能维持在0.79。通过将土壤水分分别除以所有观测数据的最大值(“标甲”法)和各个生态系统数据的最大值(“标乙”法), 发现根表关系不受土壤水分量级本身的影响。     

气候变化对无定河流域生态水文过程的影响

建立分布式生态水文过程模式,模拟分析了黄土高原无定河流域近40a来及未来气候变化情景下水循环和植被生产力的演变特征。结果显示,无定河流域近40a来温度上升,而降水量没有明显的下降趋势,但年际波动幅度变小。与之相应,地表蒸散量也没有明显的变化趋势。然而,因大气CO2浓度的上升,植被净生产力明显增加,速率约为0．6gCm^-2a^-1,水分利用效率随之提高。该流域生态系统对HadCM3气候变化情景的响应显著,蒸散、地表径流和植被净第一性生产力（NPP）均增加,植被水分利用效率明显提高。     

基于SVAT模型的冬小麦光合作用和蒸散过程研究

在已建立的土壤－植被－大气传输（SVAT）模型中,冠层光合作用／气孔导度耦合子模型可区分遮荫叶和受光叶光合作用强度的差异;作物生长模型考虑了生长呼吸和维持呼吸,模拟与实测结果对比发现,日总蒸散量实测和模拟的根均方差（RMSD）为0.65mm,平均绝对差（MAPD）为14％;对冠层上部净光合作用率日变化过程而言,实测和模拟结果具有较好的一致性。利用模型模拟了冬小麦全生育争光合作用率和蒸散的演变过程。最后,分析了冬小麦蒸散和水分利用效率对不同最大叶面积指数,大气CO2浓度和叶片N含量的响应。