黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation—Soil—Integrated—Model,VSIM)。该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好．主要植被类型LAI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨一产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合一低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合一高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合一低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在欠水年表现为明显的亏缺。     

黄土高原森林草原区6种植物光合特性研究

 对黄土高原森林草原区6种不同植物的生理生态学特性进行了一个生长季的野外观测。测定了2002年生长季早、中、晚期植物叶片的光合、蒸腾速率及相应的微气象因子和土壤水分的含量。在此基础上,采用机理性生理生态学模型对黄土高原森林草原区6种植物净光合速率和气孔导度与环境因子的关系进行了分析,净光合速率模型和气孔导度模型分别能够解释57%～79% 和40%～59% 生长季中净光合速率和气孔导度的日变化。在此基础上根据拟合得到的参数计算了典型7月份天气的净光合速率的日变化。模拟的结果表明：沙棘(Hippophae rhamnoides L. subsp. sinensis Rousi)的生物化学光合能力最强,茵陈蒿（Artemisia capillaris）的光呼吸速率最低,这两种植物的净光合速率高于其它植物种。刺槐（Robinia pseudoacacia）、铁杆蒿 (Artemisia gmelinii)、茵陈蒿和沙棘在午后出现的净光合速率下降主要是由气孔导度减小引起的,而苹果 (Malus pumila) 和柠条 (Caragana korshinskii)午后净光合速率的降低与叶肉细胞酶的活性降低有关。这些结论为未来的实验室测定提供了野外观测佐证。     

半干旱地区3种植物叶片水平的抗旱耐旱特性分析——两个气孔导度模型的应用和比较

在对半干旱区3种植物进行生理生态特性测定的基础上,应用两种气孔导度模型进行参数的非线性拟合,BBL模型平均可以解释77.6%的结果,Gao模型平均可以解释59.3%的结果。但Gao模型作为一个机理性的模型,其参数具有明确的物理意义。模型的行为和敏感性分析结果说明,用BBL计算的气孔导度一般大于Gao模型。BBL模型对于干旱胁迫下的土壤水分亏缺没有响应, 因而不适合用作干旱半干旱区的植物生理生态学分析和生态系统模拟。而Gao模型可以描述在各种水分条件下植物气孔导度的响应。Gao模型的结果说明,与油松 (Pinus tabulaeformis) 和中间锦鸡儿 (Caragana intermedia) 比较,小叶杨 (Populus simonii) 具有最小的抗旱和耐旱能力,油松具有最好的叶片水平的耐旱和抗旱特性,但其气孔导度对土壤水分的不敏感意味着在干旱条件下维持光合作用的同时,也可能会导致过多的水分损失。中间锦鸡儿具有很强的耐旱性,且其气孔导度对土壤水分的变化敏感,二者相结合,中间锦鸡儿可以在土壤水分条件较好的情况下,维持较大的气孔导度以满足光合作用的需要,但在土壤水分胁迫严重的时候能迅速降低气孔导度以保持土壤水分。     

皇甫川流域柠条林地水分动态模拟——坡度、坡向、植被密度与土壤水分的关系

在皇甫川流域,随着林草覆盖度的增加,植被与水的矛盾日益突出,其中一个重要的问题就是植被密度与土壤水分之间的矛盾。土壤水分的降低影响了植被的生长,甚至导致了部分植被的死亡,因此对土壤水分与植被密度之间的关系进行研究非常重要,有助于合理造林密度的确定。在已有研究及实验观测的基础上,建立了柠条(Caragana intermedia)林地土壤水分动态模拟模型,模型考虑了主要的土壤、植物过程,包括土壤性状、降雨入渗、植物蒸腾、地表蒸发等;模拟了从1971至2000年,30年里各种立地条件(不同盖度、坡向和坡度)下的柠条林地土壤水分、蒸腾和蒸发等的日动态过程。通过比较不同立地条件下的土壤水分动态,研究了皇甫川流域典型柠条林地土壤水分与植被盖度、坡向和坡度之间的关系,并得出了它们之间的关系式。由得到的平地上柠条的适宜密度,同时结合上述关系式,得出了不同坡度、坡向的适宜密度。坡度小于10°时,适宜造林密度对坡度反应敏感,在10°~30°时,适宜盖度对坡度反应不敏感。对于小于10°的坡地,植被建设时要特别注意设计合理的植被密度。     

植物同化物分配及其模型研究综述

目前生态系统模型模拟中所用的大多数同化物分配模型是经验性的。同化物分配对植物的生长、竞争及结构的形成有重要的影响,是植物生长的关键,也是植物生长模型中的薄弱环节。总结了影响同化物分配的因素：生理过程和环境因子。指出植物作为一个有机的整体,所有的生理过程都对其有影响,维管束作为各器官间的连接系统,以及同化物的运输管道,其性质对同化物分配有重要的影响。综述了环境因子特别是环境水分条件对同化物分配的影响。总结了以往研究中发现的、主要的同化物分配规律,指出同化物分配的模式极其复杂,分配过程完全是根据环境以及生长阶段变化而变化的、随机应变的过程。 对于同化物分配模型按照经验模型,目的性模型,源汇关系模型进行了总结归纳,分析指出：经验性模型应用最多但机理性差;功能平衡模型在模拟营养生长阶段同化物在条与根之间的分配很成功,但应用于其它器官之间很困难;最优化模型适于模拟平衡态下同化物的分配;源汇关系模型机理性最强,可模拟任何器官间的同化物分配,应用范围最广泛。 同化物研究取得了很大的进展,但研究中仍存在很多不足：对于各相关过程的研究存在不平衡性;整体水平上同化物分配的机理仍缺乏深入研究;同化物分配对于环境的响应方面的研究相对较弱;缺乏多环境因素的研究;缺乏长期的实验观测研究。作者认为环境与同化物分配相互关系的研究将成为日后研究中的热点问题。     

气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力的影响模拟

以黄土丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟流域为例,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动植被净第一性生产力模型VSIM,模拟气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力（NPP）的影响.结果表明：（1）流域NPP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感,土壤水分状况受降雨变化影响显著,温度升高后流域土壤水分也明显下降.（2）草本和半灌木群落的NPP由于温度升高降低最多,沙棘灌丛的NPP受降雨变化影响最为明显,而刺槐林、苹果林和柠条灌丛对降雨变化反应不敏感;（3）综合降雨和气温都增加的情况,流域NPP仍呈下降趋势,只有沙棘灌丛因降雨的增加NPP减小的程度明显降低;（4）大部分植被类型在降雨和温度升高后水分利用效率降低,只有沙棘灌丛和铁杆蒿群落在降雨增加后有所提高,除铁杆蒿群落外,降雨减少使得大部分植被类型的水分利用效率提高.