陆地植被净第一性生产力的研究

回顾了当前国内外陆地植被净第一性生产力（ＮＰＰ） 的研究现状，分析了３ 种生产力模型（ 气候相关模型、过程模型和光能利用率模型） 在应用于全球和区域生产力研究时的长处及不足：气候相关模型在气候变化研究中应用比较多，但计算的只是潜在ＮＰＰ；过程模型着重于植物生长的生理生态过程，但过于复杂，模型中的参数不易获得；光能利用率模型因为可直接利用遥感数据成为ＮＰＰ模型发展的一个主要方面．对国内ＮＰＰ的研究及遥感手段在ＮＰＰ研究中的应用进行了分析．     

中国陆地生态系统对全球变化的敏感性研究

根据自然植被净第一性生产力综合模型和农业净第一性生产力模型计算了我国自然植被及农作物的净第一性生产力,结果表明:在所有可能的气候条件下,我国陆地生态系统的生产力表现出由东南向西北递减的趋势及明显的条带状分布,并在新疆地区形成明显的低值区。在年平均气温升高2℃且降水不变的情况下,湿润地区生产力增加幅度最大,约增加1～2tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水增加20％的情况下,干旱、半干旱地区生产力增加幅度最大,约增加0.5～3.0tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水减少20％的情况下,湿润地区生产力提高约0.5～1.0tDW·hm~(-2)·a~(-1),干旱、半干旱地区生产力降低约0.5～2.0tDW·hm~(-2)·a~(-1)。     

四川植被净第一性生产力(NPP)对全球气候变化的响应

根据全球气候变化的趋势 ,利用生态信息系统 (EIS)技术 ,采用植被净第一性生产力模型 ,并结合海拔因素 ,模拟了四川植被净第一性生产力在未来气候 5种水热条件下空间分布格局的变化趋势。结果表明 ,当前四川植被的净第一性生产力 (NPP)从总体上沿东南向西北呈逐渐递减趋势。植被净第一性生产力与降水量呈明显正相关关系 ,二者曲线比较近似。与可能蒸散率呈明显负相关关系 ,与海拔关系比较复杂。在盆地内 ,NPP值主要取决于降水量的多少。在盆地向高原过渡地区和高山高原地区 ,植被净第一性生产力主要取决于可能蒸散率的大小。随着全球气候的变化 ,四川省的植被净第一性生产力将沿东南至西北方向发生面积和值的推移。当温度升高 2 5℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加13 76 % ,随着降水量增加到 2 0 % ,其值将进一步升高 ,达到 10 92 2TDM·hm-2 ·年 -1。当温度升高 4℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加 18 2 9% ,随着降水量减少到P 10 %时 ,其值将逐渐减少到 9 5 30TDM·hm-2 ·年-1。     

东亚地区陆地生态系统净第一性生产力时空格局

利用植被分类数据、NDVI数据、气象数据以及观测数据,基于CASA生态系统模型,估算了东亚地区(10～70°N,70～170°E)陆地生态系统植被净第一性生产力.结果表明:1982～1999年研究区总NPP呈现波动增加趋势,平均每年增加0.08833PgC.18a间NPP平均值为14.24 PgC,约占全球总NPP的22.6%～23.9%.研究区NPP年变化呈单峰曲线,最大值出现在7月份,达2.98PgC,全年中NPP积累主要发生在4～10月份,该时段内NPP总量占全年总量的86.81%.春、夏、秋、冬四季NPP平均总量分别为:2.31、8.16、2.79、1.10 PgC,分别占全年NPP平均总量的16.20%、57.27%、19.58%、7.73%.将NPP年平均值分成3个范围:低值区(7.82～300gC · m-2)、中值区(301～700 gC · m-2)、高值区(>700 gC · m-2),分别研究了其空间分布特征.     

自然植被净第一性生产力模型初探

本文根据植物的生理生态学特点及联系能量平衡方程和水量平衡方程的区域蒸散模式建立了联系植物生理生态学特点和水热平衡关系的植物的净第一性生产力模型：该模型的建立为宏观地确定地带性景观的生产潜力、植物净第一性生产力的区域分布和全球分布,以及全球变化的影响提供了理论基础,对于合理地利用气候资源,扬长避短,充分发挥气候生产潜力,最大限度地提高植物的产量具有重要的意义。     

遥感在植被净第一性生产力研究中的应用

植被净第一性生产力 (简称ＮＰＰ)是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累计的有机物数量 ,是由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。它直接反映了植物群落在自然环境条件下的生产能力。据研究 ,在假使生态系统的呼吸作用保持恒定的条件下 ,植被ＮＰＰ每增长 2 %就会净吸收 1Ｇｔ(10 15ｔ)的Ｃ(碳物质 ) [3 8] 。所以 ,近几年来各国学者对ＮＰＰ的研究倍受重视 ,尤其在国际生物学计划 (ＩＢＰ)期间进行了大量的植物ＮＰＰ的测定 ,并以测定资料为基础联系环境因子建立模型对植被ＮＰＰ的区域分布进行评估 ,极大地促进了…     

运用遥感估算中国陆地植被净第一性生产力

净第一性生产力 (NPP)研究方法很多 ,运用NOAA_AVHRR的可见光波段、近红外波段和热红外波段来提取和反演地面参数 ,进而准确估算陆地植被净第一性生产力 ,是一种全新的研究手段。利用遥感数据进行生物量和净第一性生产力的估算 ,主要是采用光能利用率模型 ,即通过NPP与植物吸收的光合有效辐射 (APAR)和植物将所吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率 (ε)的关系来实现的。用数学公式可表达为 :NPP =(FPAR×PAR)×[ε ×σT×σE×σS× (1-Ym)× (1-Yg) ]。在遥感和地理信息系统技术的支持下 ,以 1990年每旬的 8km分辨率的NOAA_AVHRR 1～ 5通道的影像为数据源 ,对中国每旬的陆地植被净第一性生产力进行估算 ,然后累加得出全年的NPP值。估算结果 :1990年中国陆地植被NPP总量为 6 .13× 10 9tC·a-1,NPP最高值为 1812 .9gC/m2 。根据计算的结果 ,对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。遥感模型能够以面代点 ,比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况 ,与中国植被分布的地理规律性相符 ,这是其他统计模型所无法比拟的。     

中国油松林净第一性生产力及其对气候变化的响应

本文利用中国油松林的净第一性生产力资料对周广胜和张新时所建立的自然植被的净第一性生产力模型进行了检验。利用该模型的结果将我国油松林分为高产、亚高产、中产和低产四个区,并研究了气候变化对我国油松林净第一性生产力的可能影响,结果表明：气温增加,降水也同时增加,有利于油松林生长,高产和亚高产区扩大,中产和低产区减小;气温增加,而降水同时减少,则将降低油松林生产力,高产区、亚高产区减小,中产区及低产区增大．     

全球气候变化的中国自然植被的净第一性生产力研究

本文根据已建立的植物生理生态学特点与水热平衡关系的植物净第一性生产力模型对中国自然植被的净第一性生产力现状及全球变化后的自然植被的净第一性生产力进行了分析,给出了中国陆地生态系统自然植被的净第一性生产力在全球气候变化条件下的变化图景,为合理开发、利用自然资源,以及监测和预测中国陆地生态系统自然植被净第一性生产力的变化及应采取的策略提供了科学依据。     

长江流域植被净第一性生产力及其时空格局研究

 基于生态过程模型——CASA模型,利用1982～1999年18年来8 km×8 km分辨率的遥感数据和匹配的温度、降水、太阳辐射资料以及植被和土壤信息,对长江流域的植被NPP及其时空分布格局进行了分析。主要结论如下：1) 18年来,长江流域年均NPP总量为0.46Pg C·a-1,占全国总量的27.22     

CO2排放承载力计算模型的构建与应用

针对现有生态足迹未考虑CO₂排放承载力的问题,从碳吸收角度将净初级生产力与生态足迹法相结合,构建了CO₂排放承载力计算模型,据此对吉林省近15年的CO₂排放承载力进行了动态分析。结果显示,1994～2008年,吉林省人均CO₂排放承载力从2.0345hm²减少到1.9504hm²,呈先升后降波动变化趋势。在CO₂排放承载力构成中,林地、耕地、草地是主体,三者合计占89.54%～94.43%;草地变化最大,从0.5692hm²减少到0.1857hm²,降幅达67.38%;低生产力土地面积和草地面积均与人均CO₂排放承载力呈极显著相关(R²=-0.806、0.716),低生产力土地扩张和草地退化是人均CO₂排放承载力下降的主要影响因素。研究表明,CO₂排放承载力模型反映了自然环境对能源废弃物的消纳能力,符合区域资源禀赋的实际情况。     

Drought effects on litterfall, wood production and belowground carbon cycling in an Amazon forest: results of a throughfall reduction experiment

The Amazon Basin experiences severe droughts that may become more common in the future. Little is known of the effects of such droughts on Amazon forest productivity and carbon allocation. We tested the prediction that severe drought decreases litterfall and wood production but potentially has multiple cancelling effects on belowground production within a 7-year partial throughfall exclusion experiment. We simulated an approximately 35-41% reduction in effective rainfall from 2000 through 2004 in a 1ha plot and compared forest response with a similar control plot. Wood production was the most sensitive component of above-ground net primary productivity (ANPP) to drought, declining by 13% the first year and up to 62% thereafter. Litterfall declined only in the third year of drought, with a maximum difference of 23% below the control plot. Soil CO2 efflux and its 14C signature showed no significant treatment response, suggesting similar amounts and sources of belowground production. ANPP was similar between plots in 2000 and declined to a low of 41% below the control plot during the subsequent treatment years, rebounding to only a 10% difference during the first post-treatment year. Live aboveground carbon declined by 32.5Mgha-1 through the effects of drought on ANPP and tree mortality. Results of this unreplicated, long-term, large-scale ecosystem manipulation experiment demonstrate that multi-year severe drought can substantially reduce Amazon forest carbon stocks.     

植物与微生物碳利用效率及影响因子研究进展

陆地生态系统碳循环是生物地球化学循环的关键过程之一。碳利用效率（carbon use efficiency,CUE）是描述生物用于形成生物量的碳占其所吸收总碳比例的一个定量指标,反映了生物的碳同化能力和固碳潜力,是研究生态系统碳循环中碳通量和碳分配模式的重要参数,能有效预测生物与周围环境之间的碳流通和碳反馈。目前,关于CUE的研究还不充分,尤其是对CUE及其影响因子的系统性综合论述还较少。为此,本文综述了国内外有关碳利用效率（植物碳利用效率（CUE_a）和微生物碳利用效率（CUE_h））的研究方法和研究进展,分析了CUE_a和CUE_h的异同、内在联系及作用机理。基于分析对今后的研究提出几点展望：（1）优化测量手段和计算方法,适当地调整参数,将模型方法与实测数据结合,使CUE的定量描述结果更准确;（2）结合不同尺度的研究结果,探究个体、种群、群落、生态系统等不同空间尺度和时间尺度上CUE的联系及变化规律,为碳循环和碳流通的时空变化规律提供新证据;（3）研究CUE对全球变化（如高温、干旱、CO₂浓度增加等）的响应,探讨CUE对未来气候情景的响应和适应机制;（4）开展有关物种丰富度或生物多样性的梯度变化对CUE的影响研究,阐释物种多样性减少或物种灭绝等现象对碳循环过程的影响,将生态系统物种多样性与生态系统功能相联系;（5）加强对CUE_h的研究,定量探究其与CUE_a的异同,并将二者结合起来,更全面地解释地上-地下生态系统碳的分配特征。同时适当开展动物CUE的研究,目前该类研究还缺乏系统性。     

CO2 balance of boreal, temperate, and tropical forests derived from a global database

Terrestrial ecosystems sequester 2.1 Pg of atmospheric carbon annually. A large amount of the terrestrial sink is realized by forests. However, considerable uncertainties remain regarding the fate of this carbon over both short and long timescales. Relevant data to address these uncertainties are being collected at many sites around the world, but syntheses of these data are still sparse. To facilitate future synthesis activities, we have assembled a comprehensive global database for forest ecosystems, which includes carbon budget variables (fluxes and stocks), ecosystem traits (e.g. leaf area index, age), as well as ancillary site information such as management regime, climate, and soil characteristics. This publicly available database can be used to quantify global, regional or biome‐specific carbon budgets; to re‐examine established relationships; to test emerging hypotheses about ecosystem functioning [e.g. a constant net ecosystem production (NEP) to gross primary production (GPP) ratio]; and as benchmarks for model evaluations. In this paper, we present the first analysis of this database. We discuss the climatic influences on GPP, net primary production (NPP) and NEP and present the CO₂ balances for boreal, temperate, and tropical forest biomes based on micrometeorological, ecophysiological, and biometric flux and inventory estimates. Globally, GPP of forests benefited from higher temperatures and precipitation whereas NPP saturated above either a threshold of 1500 mm precipitation or a mean annual temperature of 10 °C. The global pattern in NEP was insensitive to climate and is hypothesized to be mainly determined by nonclimatic conditions such as successional stage, management, site history, and site disturbance. In all biomes, closing the CO₂ balance required the introduction of substantial biome‐specific closure terms. Nonclosure was taken as an indication that respiratory processes, advection, and non‐CO₂ carbon fluxes are not presently being adequately accounted for.     

鼎湖山主要森林土壤CO2排放和CH4吸收特征

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)在2000~2001年期间土壤CO2排放和CH4吸收特征。季风林、混交林和马尾松林土壤CO2排放速率在研究期间的平均值分别为(kgCO2-C·hm-2·d-1):18.6±2.6,20.5±3.7和17.8±3.8,土壤CH4吸收速率则分别为(gCH4-C·hm-2·d-1):-5.5±1.8,-3.3±1.6和-7.7±1.8。土壤CO2排放速率和土壤CH4吸收速率在三种森林类型中均表现明显的季节性变化,且其季节性变化根据森林类型和年份不同而异。总的来说,土壤CO2排放速率在所有森林中均呈现夏季最高而冬季最低的变化,土壤CH4吸收速率的季节性变化则相反,基本上表现为冬季最高而夏季最低的变化。三种森林土壤的CO2排放速率和CH4吸收速率在两观测年间的差异均不显著。土壤CO2排放速率在不同森林类型间的差异也不显著,但土壤CH4吸收速率在马尾松林显著高于混交林。在两观测年中,土壤CO2排放速率与土壤CH4吸收速率之间在季风林呈现显著的负相关关系,在混交林和马尾松林中它们之间也趋向呈负相关关系,但未达显著水平。土壤CO2排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在其余森林(混交林和马尾松林)中它们之间的关系则不明显。     

Simulated chronic nitrogen deposition increases carbon storage in Northern Temperate forests

High levels of atmospheric nitrogen (N) deposition in Europe and North America were maintained throughout the 1990s, and global N deposition is expected to increase by a factor of 2.5 over the next century. Available soil N limits primary production in many terrestrial ecosystems, and some computer simulation models have predicted that increasing atmospheric N deposition may result in greater terrestrial carbon (C) storage in woody biomass. However, empirical evidence demonstrating widespread increases in woody biomass C storage due to atmospheric N deposition is uncommon. Increased C storage in soil organic matter due to chronic N inputs has rarely been reported and is often not considered in computer simulation models of N deposition effects. Since 1994, we have experimentally simulated chronic N deposition by adding 3 g N m⁻² yr⁻¹ to four different northern hardwood forests, which span a 500 km geographic gradient in Michigan. Each year we measured tree growth. In 2004, we also examined soil C content to a depth of 70 cm. When we compared the control treatment with the NO₃⁻ deposition treatment after a decade of experimentation, ecosystem C storage had significantly increased in both woody biomass (500 g C m⁻²) and surface soil (0–10 cm) organic matter (690 g C m⁻²). The increase in surface soil C storage was apparently driven by altered rates of organic matter decomposition, rather than an increase in detrital inputs to soil. Our results, for study locations stretching across hundreds of kilometers, support the hypothesis that chronic N deposition may increase C storage in northern forests, potentially contributing to a sink for anthropogenic CO₂ in the northern Hemisphere.     

鼎湖山苗圃和主要森林土壤CO2排放和CH4吸收对模拟N沉降的短期响应

研究了鼎湖山生物圈保护区苗圃(幼苗)、马尾松、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤CO2排放和CH4吸收的一些特征及其对模拟N沉降增加的响应.结果表明,土壤CO2日(白天)平均排放量的大小顺序为(平均值±标准误)苗圃(258±62mg·m-2·h-1)＞季风林(177±42 mg·m-2·h-1)＞马尾松林(162±39 mg·m-2·h-1)＞混交林(126±30 mg·m-2·h-1).土壤CH4日(白天)平均吸收量的大小顺序为马尾松林(-0.15±0.02 mg·m-2·h-1)＞季风林(-0.08±0.01 mg·m-2·h-1)＞混交林(-0.07±0.01 mg·m-2·h-1)＞苗圃(-0.05±0.01 mg·m-2·h-1).低N(50 kg N·hm-2·a-1)和中N(100kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃、马尾松林和混交林样地土壤CO2日平均排放量的影响均不明显,高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃土壤CO2的日平均排放量也无显著影响,但倍高N(300kg N·hm-2·a-1)处理显著促进苗圃样地土壤CO2的排放.然而,所有N(低N、中N和高N)处理均显著促进季风林土壤CO2日平均排放量,且这种促进作用随N处理水平的升高而增加.N处理显著促进季风林和马尾松林土壤对CH4吸收速率,但对混交林土壤CH4吸收则无明显的影响.在苗圃样地,除倍高N外,N处理对土壤CH4吸收速率也无显著作用,但倍高N处理使苗圃土壤发生功能转变,即从CH4汇转变为CH4源.     

近51年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应

本研究以分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据为驱动,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了祁连山地区1958~2008年植被净初级生产力(NPP),并对近51年来祁连山地区植被NPP对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近51年来祁连山植被(常绿针叶林、落叶针叶林、草地、灌木、农田)在气温升高和降水量增加的影响下,NPP总量呈增加趋势,且增加速率依次为:农田>常绿针叶林>落叶针叶林>草地>灌木。植被NPP的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系,且温度变化对植被NPP的影响大于降水,即温度变化是影响祁连山地区植被NPP变化的主导因素。从区域平均来看,气温年平均上升速率为0.043℃·a-1,降水量的平均增加速率为1.355mm·a-1,在气温和降水量的共同作用下,1958~2008年祁连山地区植被NPP总量呈增加趋势,平均增加速率为0.718g·m-2·a-1。