陆地生态系统碳水循环的相互作用及其模拟

回顾了近年来陆地生态系统碳循环与水循环相互作用及模拟方面的进展,指出了今后该领域研究的重点和发展方向。陆地生态系统碳水循环是两个相互耦合的生态学过程,二者及其相互作用均受气候、大气成分和人类活动的影响,并对气候系统具有强烈的反馈作用,因而成为当前全球变化研究的热点。近年来,国内外开展了大量观测和模拟研究,分析了碳循环和水循环在不同时空尺度上的相互作用及其对环境因子和土地利用/覆被变化的响应,发现土壤水分条件对陆地生态系统碳循环的主要分量（光合和呼吸）均具有显著作用,但作用的强度在不同的生态系统存在差异。精确模拟土壤水分动态及其对碳循环的影响是陆地生态系统碳收支估算的基础,碳循环和水循环的耦合模拟是生态和水文模型发展的方向。目前,大部分模型在模拟土壤水分动态时,未考虑地形对土壤水分水平移动的影响,土壤水分对土壤异养呼吸影响的模拟也多采用经验性模型,制约了碳收支模拟的精度,需要加以解决。     

生态相关水文指标的优选及其演变归因分析

河流生态系统健康是流域可持续发展的基础，水文情势自然变化是维持河流生态健康的关键因素，因此需进行变化环境下水文情势演变归因研究。以老哈河流域为例，基于1964-2016年水文气象资料，利用趋势及突变检验方法，确定径流序列突变点，划分研究期，并结合可变下渗容量模型重建天然径流；通过主成分分析法确定生态最相关水文指标(ERHIs)，并利用变化范围法评估水文指标的改变程度；基于"观测-模拟"对比分析法，定量评估气候变化和人类活动对河道径流和ERHIs的影响。结果表明：流域年径流序列呈现显著减少趋势，突变点为1979年和1999年，将研究期划分为基准期、变化期Ⅰ和变化期Ⅱ；筛选出7个ERHIs，分别为2月流量、6月流量、最大7日流量、年最小流量出现时间、低流量年内发生次数、高流量年内平均历时、上升率； 7个ERHIs中，大部分表现为下降趋势，综合改变度在变化期Ⅰ和变化期Ⅱ分别为0.45和0.74；定量归因结果表明，人类活动是影响ERHIs变化的主要因素，其在变化期Ⅱ对水文情势的影响较变化期Ⅰ更为剧烈。研究提供了生态相关水文指标优选及其演变归因的综合方法，揭示了不同时期流域ERHIs变化的主要驱动因子，为河流适应性管理提供科学依据。