秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

内蒙古典型草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台1994～2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟内蒙古典型草原1953～2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,模拟值与观测值之间的相关系数为R2=0.66,斜率b=0.95,误差平方根值为50.51g.m-2,平均绝对百分比误差为44.19%。结果表明:(1)CENTURY模型能比较准确地模拟这类草原的季节动态和年际变化;在过去的58年中,内蒙古典型草原温度增加,降水减少,ANPP下降;ANPP变化趋势与降水量相似。(2)用实际气象观测资料模拟获得的ANPP随气温和降水的变化呈现出明显的变化规律,生长季内地上生物量对降水和温度的季节性分布也非常敏感;相关分析进一步表明,ANPP对生长季内降水量和极端高温非常敏感,而与年极端最低气温、平均地面温度、日照时数、平均风速和最大积雪深度无显著相关关系;过去58年研究区ANPP下降是降水减少、温度升高以及干旱事件频发共同作用的结果。(3)根据预测,在SRES B2情景下,未来50～100年内蒙古典型草原生长季平均最高气温和最低气温都将呈升高趋势,2080s分别升高4.01℃、4.35℃,每10年增加速率分别为0.35℃和0.38℃;降水量略呈增加,2020s、2050s和2080s研究区生长季将分别增加3.17%、5.13%和7.03%,每10年增加速率为0.09mm;ANPP呈下降趋势年际间波动较大,2020s、2050s和2080s研究区将分别下降5.76%、7.52%和11.42%,每10年下降速率为0.76g.m-2。     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

天山北坡中段草地生态系统多功能性对放牧的响应

生态系统多功能性(EMF)是指生态系统能够提供多种服务和功能的能力。放牧是草地资源实现开发和利用的主要途径之一,但草地EMF对放牧干扰的响应尚不明确,且其驱动因子仍不清楚。以天山北坡中段草地生态系统为研究对象,基于野外植物群落调查和室内土壤理化性质分析以及微生物高通量测序,探讨轻度放牧、重度放牧和未放牧处理下草地EMF的变化规律。结果表明,(1)相较于重度放牧,轻度放牧显著提高草地生产力、土壤碳养分、土壤氮养分、土壤磷养分、土壤钾养分等生态系统单一功能以及多功能性(P<0.05)。(2)线性拟合结果表明,草地生态系统单功能和多功能性与植物Shannon-Wiener指数、土壤细菌Shannon-Wiener指数、土壤真菌Shannon-Wiener指数、土壤含水量之间呈显著正相关关系(P<0.05),与土壤容重呈显著负相关关系(P<0.05)。(3)通过结构方程模型总体来看,放牧能够直接对EMF产生负向效应,也可通过植物多样性和土壤细菌多样性及其二者之间的相互作用间接地对EMF产生负向效应,并且同时考虑多个生态系统功能对放牧的响应可以更好的反映整个生态系统的变化。研究强调了植物群落多样性和土壤微生物群落多样性对维持草地生态系统功能及多功能性的重要性,轻度放牧处理是更好地保护生物多样性及维持草地EMF的可行策略,该结果揭为合理制定天山北坡中段草地生态系统的可持续经营和管理提供了理论参考。     

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO₂、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前...     

内蒙古羊草草原植物群落地上初级生产力时间动态对降水变化的响应

植被生产力对水热因子的反应是气候 -植被关系研究的焦点之一。利用 1981～ 1994年的固定围栏样地植物群落调查数据及同期降水资料 ,分析了羊草草原群落地上初级生产力和降水的年际变化特征及植物群落地上初级生产力的时间动态与降水年际变化的相互关系。结果表明 ,羊草草原年降水以及月降水的年际波动明显 ;年内降水分配不均匀 ,降水集中分布于 6～ 8月份。月均降水以 7月份最高 ,基本呈对称分布。群落地上初级生产力年际间变化介于年降水与月降水的年际变化之间。影响群落地上初级生产力时间动态最显著的因子是植物生长周期内前一年 10月至当年 8月的累积降水 ,而与年降水和月降水无显著相关。群落地上初级生产力时间动态对累积降水波动的反应呈显著的二次曲线关系 ,与空间尺度上地上初级生产力与年降水呈线性相关关系不同。因此 ,降水波动对羊草草原地上初级生产力的影响是一个累积效应 ,确定对植物生长产生影响的有效降水时间对建立羊草草原生产力模型关系具有十分重要的意义。     

吉林省落叶松林净初级生产力时空特征及其对气候变化的响应

为评估吉林省落叶松林的生产力现状并为我国森林生态系统生产力和植被监测研究提供基础数据,以吉林省落叶松林为研究对象,基于吉林省及其周边100 km范围内41个气象站点资料,采用LPJ-DGVM模型模拟了2000—2019年吉林省落叶松林近20年的净初级生产力,并采用线性回归趋势分析、变异系数、Hurst指数和相关性分析法对其时空变化、稳定性及其与气候因子的相关关系进行了分析。结果表明：(1)2000—2019年吉林省落叶松林年均净初级生产力(NPP)为592 g C m^-2 a^-1,年均增长率为2.81%,随时间推移呈现波动增长的趋势(β=14.55,R~2=0.784,P<0.01)。(2)NPP变异系数为0.07—2.33,均值为0.48,除幼龄林外,整体波动较小。Hurst指数介于0.441—0.849之间,均值为0.612,未来吉林省落叶松林NPP呈增加趋势。(3)吉林省落叶松林NPP存在明显的空间异质性,北部和南部区域NPP较高,是近20年NPP增长较快的区域。(4)2000—2019年吉林省落叶松林年均NPP与年总降水、生长季...     

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。     

沿水分梯度草原群落NPP动态及对气候变化响应的模拟分析

 水分条件不仅影响半干旱区群落的组成, 而且在一定程度上决定了群落的功能。处于不同水分条件生境下群落的优势物种在水分利用和同化物利用效率方面的功能特征会存在差异, 这些差异将导致群落对于气候变化产生不同的响应, 进而影响到景观和区域尺度上对于全球变化下碳动态和格局的分析。该文选取了锡林河流域典型草原区沿水分梯度的4个代表群落, 在野外实验测定并结合长期定位研究成果基础上, 利用BIOME-BGC模型对代表群落的长期净初级生产力(Net primary productivity,NPP)动态进行了模拟和模型验证。 通过分析该地区1953～2005年气候变化趋势, 推测了未来可能的气候变化情景, 进而模拟了气候变化下4个群落长期NPP动态的响应。结果表明,当前气候条件下, 羊草(Leymus chinensis)群落NPP平均值为197.76 gC·m^-2 (SE=7.11), 大针茅(Stipa grandis)群落NPP平均值为198.95 gC·m^-2 (SE=6.41), 贝加尔针茅(Stipa baicalensis)群落NPP平均值为210.41 gC·m^-2(SE=7.87), 克氏针茅(Stipa krylovii)群落NPP平均值为144.92 gC·m^{- 2} (SE=4.64), 4个群落NPP平均值为188.01 gC·m^-2 (SE=3.72); 气候变化情景下, 温度增加下(P0T1),NPP平均下降14.2%,降水增加下(P1T0), NPP平均增加13.2%,温度与降水都增加情景下(P1T1), NPP平均下降2 .7%, 但由于生境水分条件差别和优势物种功能特征差异, 4个群落表现出了增减幅度不同的趋势。对气候因子的敏感性分析及回归分析表明, 降水是该地区NPP最主要的决定因子, 而温度决定作用相对较小,主要通过影响植物的呼吸和水分蒸散等过程影响NPP。在最有可能代表未来气候 变化的温度增加的两种情景下(P0T1、P1T1), NPP均呈下降趋势。群落NPP对气候变化的响应趋势与水分胁迫系数(Water stress index, WSI)、碳胁迫系数(Carbon stress index, CSI)变化密切相关。克氏针茅群落由于所处生境水分条件差,WSI高,对降水的依赖程度最大;贝加尔针茅群落一方面处于较好的水分生境,具有较小的WSI,另一方面,由于具有高碳氮比,维持呼吸消耗的光合产物比例低,CSI远低于其它3个群落, 未来气候变化下, NPP较其它3个群落仍较高。     

青藏高原草本沼泽植被净初级生产力时空变化及其对气候变化的响应

青藏高原是我国重要的草本沼泽分布区,该地区草本沼泽对于东亚生态安全及碳循环具有重要的意义。植被净初级生产力(NPP)是反映生态系统固碳能力的重要指标,气候变化能够显著影响植被NPP。在全球气候变化背景下,青藏高原草本沼泽植被NPP的时空变化及对气候响应机理尚不明确。利用2000―2020年NPP数据和气象数据,对青藏高原草本沼泽植被NPP的时空变化及其对气候变化的响应进行分析。研究表明:青藏高原草本沼泽植被NPP多年平均值为122.80 g C/m²,在2000-2020年青藏高原草本沼泽植被年NPP总体呈现显著增加趋势(0.79 g C m^-2 a^-1),其中增加趋势最为显著的地区集中于研究区北部。研究发现青藏高原草本沼泽植被NPP主要受年均气温影响,年均降水对青藏高原草本沼泽植被NPP的影响并不显著。在不同季节,夏季和秋季升温均能够显著增加沼泽植被NPP,其中夏季夜晚最低温升高对青藏高原草本沼泽植被生长的促进作用比白天最高温升高更显著。在全球昼夜不对称增温背景下,未来模拟青藏高原草本沼泽植被NPP时,需重点关注白天和夜晚温度变化对草本沼泽植被生长的不同影响。研究结果有助于评估青藏高原草本沼泽植被固碳潜力,并为青藏高原沼泽生态保护提供科学依据。     

不同利用方式和载畜率对内蒙古典型草原群落初级生产力和植物补偿性生长的影响

基于2005年6月开始的放牧控制实验, 研究了不同草地利用方式和放牧强度对内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原群落初级生产力和补偿性生长的影响。草地利用方式包括: 传统放牧、传统割草和放牧与割草轮换利用(混合利用)。结果表明: 传统放牧和混合利用方式下, 羊草群落地上生物量均随放牧强度增加逐渐降低。高载畜率下, 羊草群落地上净初级生产力表现为: 混合利用>传统割草>传统放牧, 说明混合利用方式优于传统放牧和传统割草利用方式; 而低载畜率则有利于草原的可持续利用和植物的补偿性生长。这一实验结果在一定程度上验证了放牧优化假说。在不同利用方式、地形因素的影响和采用不同的群落净生长量计算方法时, 随着放牧强度的变化, 等补偿、超补偿和欠补偿效应都可能出现。在低载畜率下, 群落大多表现出等补偿生长, 在高载畜率下, 群落大多表现出欠补偿生长。植物群落的补偿性生长与载畜率的关系可以用开口向下的二次函数或者斜率为负的线性函数模拟。说明随着载畜率的增加, 一些系统表现为欠补偿生长, 而另一些系统则表现为超补偿生长, 这可能与植物群落组成、地形部位(平地、坡地)和载畜率以及净生长量的计算方法有关。     

Impacts of tropospheric ozone and climate change on net primary productivity and net carbon exchange of China's forest ecosystems

Aim We investigated how ozone pollution and climate change/variability have interactively affected net primary productivity (NPP) and net carbon exchange (NCE) across China's forest ecosystem in the past half century. Location Continental China. Methods Using the dynamic land ecosystem model (DLEM) in conjunction with 10‐km‐resolution gridded historical data sets (tropospheric O₃ concentrations, climate variability/change, and other environmental factors such as land‐cover/land‐use change (LCLUC), increasing CO₂ and nitrogen deposition), we conducted nine simulation experiments to: (1) investigate the temporo‐spatial patterns of NPP and NCE in China's forest ecosystems from 1961–2005; and (2) quantify the effects of tropospheric O₃ pollution alone or in combination with climate variability and other environmental stresses on forests' NPP and NCE. Results China's forests acted as a carbon sink during 1961–2005 as a result of the combined effects of O₃, climate, CO₂, nitrogen deposition and LCLUC. However, simulated results indicated that elevated O₃ caused a 7.7% decrease in national carbon storage, with O₃‐induced reductions in NCE (Pg C year^?1) ranging from 0.4–43.1% among different forest types. Sensitivity experiments showed that climate change was the dominant factor in controlling changes in temporo‐spatial patterns of annual NPP. The combined negative effects of O₃ pollution and climate change on NPP and NCE could be largely offset by the positive fertilization effects of nitrogen deposition and CO₂. Main conclusions In the future, tropospheric O₃ should be taken into account in order to fully understand the variations of carbon sequestration capacity of forests and assess the vulnerability of forest ecosystems to climate change and air pollution. Reducing air pollution in China is likely to increase the resilience of forests to climate change. This paper offers the first estimate of how prevention of air pollution can help to increase forest productivity and carbon sequestration in China's forested ecosystems.     

Spatial variations in aboveground net primary productivity along a climate gradient in Eurasian temperate grassland: effects of mean annual precipitation and its seasonal distribution

Concomitant changes of annual precipitation and its seasonal distribution within the context of global climate change have dramatic impacts on aboveground net primary productivity (ANPP) of grassland ecosystems. In this study, combining remote sensing products with in situ measurements of ANPP, we quantified the effects of mean annual precipitation (MAP) and precipitation seasonal distribution (PSD) on the spatial variations in ANPP along a climate gradient in Eurasian temperate grassland. Our results indicated that ANPP increased exponentially with MAP for the entire temperate grassland, but linearly for a specific grassland type, i.e. the desert steppe, typical steppe, and meadow steppe from arid to humid regions. The slope of the linear relationship appeared to be steeper in the more humid meadow steppe than that in the drier typical and desert steppes. PSD also had significant effect on the spatial variations in ANPP. It explained 39.4% of the spatial ANPP for the entire grassland investigated, being comparable with the explanatory power of MAP (40.0%). On the other hand, the relative contribution of PSD and MAP is grassland type specific. MAP exhibited a much stronger explanatory power than PSD for the desert steppe and the meadow steppe at the dry and wet end, respectively. However, PSD was the dominant factor affecting the spatial variation in ANPP for the median typical steppe. Our results imply that altered pattern of PSD due to climate change may be as important as the total amount in terms of effects on ANPP in Eurasian temperate grassland.     

1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力的影响

研究1982—2015年气候变化和人类活动对内蒙古草地净初级生产力(NPP)的影响。结果表明: 1982—1998年和1999—2015年2个时期,内蒙古草地实际NPP(ANPP)增长速率分别为1.08和1.36 g C·m^-2·a^-1,草地以恢复为主,2个时期草地恢复面积分别占研究区总面积的81.6%和76.3%;草地退化面积有增加趋势,且气候变化和人类活动对不同类型草地的影响不同。2个时期气候变化对草地恢复贡献率分别为79.3%和94.1%,气候变化是草地恢复的主要因素,其中,ANPP与降水呈显著正相关,而与温度的相关性不显著,表明降水是影响草地恢复的主要气候因子。2个时期人类活动对草地退化的贡献率分别为83.3%和87.8%,说明人类活动是导致草地退化的主要原因。气候变化对内蒙古草地恢复起主导作用,而人类活动诸如放牧数量、耕地面积和造林面积的增加,加速了草地退化。     

A test of two mechanisms proposed to optimize grassland aboveground primary productivity in response to grazing

Aims Mesic grasslands have a long evolutionary history of grazing by large herbivores and as a consequence, grassland species have numerous adaptations allowing them to respond favourably to grazing. Although empirical evidence has been equivocal, theory predicts that such adaptations combined with alterations in resources can lead to grazing-induced overcompensation in aboveground net primary production (ANPP; grazed ANPP> ungrazed ANPP) under certain conditions. We tested two specific predictions from theory. First, overcompensation is more likely to occur in annually burned grasslands because limiting nutrients that would be lost with frequent fires are recycled through grazers and stimulate ANPP. Second, overcompensation of biomass lost to grazers is more likely to occur in unburned sites where grazing has the greatest effect on increasing light availability through alterations in canopy structure.Methods We tested these nutrient versus light-based predictions in grazed grasslands that had been annually burned or protected from fire for>20 years. We assessed responses in ANPP to grazing by large ungulates using both permanent and moveable grazing exclosures (252 exclosures from which biomass was harvested from 3192 quadrats) in a 2-year study. Study sites were located at the Konza Prairie Biological Station (KPBS) in North America and at Kruger National Park (KNP) in South Africa. At KPBS, sites were grazed by North American bison whereas in KNP sites were grazed either by a diverse suite of herbivores (e.g. blue wildebeest, Burchell's zebra, African buffalo) or by a single large ungulate (African buffalo).Important findings We found no evidence for overcompensation in either burned or unburned sites, regardless of grazer type. Thus, there was no support for either mechanism leading to overcompensation. Instead, complete compensation of total biomass lost to grazers was the most common response characterizing grazing–ANPP relationships with, in some cases, undercompensation of grass ANPP being offset by increased ANPP of forbs likely due to competitive release. The capability of these very different grass-dominated systems to maintain ANPP while being grazed has important implications for energy flow, ecosystem function and the trophic dynamics of grasslands.     

气候变化和人类活动对中国陆地生态系统总初级生产力的影响厘定研究

总初级生产力(GPP)是生态系统植被光合作用生成有机物的能力表征,是生态系统服务功能的基础,关系到区域社会经济可持续发展及区域生态安全。基于生态系统过程模型CEVSA2,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星遥感的叶面积指数数据产品(MCD15A2H),以强迫法构建了遥感数据驱动的模型新版本——CEVSA-RS;基于CEVSA-RS模拟分析了气候变化和人类活动对中国陆地生态系统GPP时空变化的相对影响,从气候潜在总初级生产力(GPP_CL)和现实总初级生产力(GPP_RS)的大小和趋势两方面厘定了人类活动影响。2000至2017年全国平均潜在GPP(1016.36 gC m^-2a^-1)略高于对应现实GPP(962.85 gC m^-2a^-1),但存在明显的空间分异:长江以南大部、秦岭、太行山脉以东以及大兴安岭以东和长白山地区等森林植被覆盖区,现实GPP高于潜在GPP;而西部草地及灌丛等地区现实GPP低于潜在GPP。全国GPP呈显著增加趋势(P<0.05)...     

东亚地区夏季干旱、强台风事件与松树枯萎病的关系

松树枯萎病的发生和流行给东亚的日本、中国和韩国带来了不小的损失,引起许多国家的重视. 本文应用实地观测和气象数据分析等方法,研究了东亚地区松树枯萎病的发生和流行特点,以及与灾害气象事件之间的关系.结果表明: 在日本、中国和韩国,持续的夏季干旱少雨和强台风等极端气象事件能够诱发松树枯萎.在极端干热的环境中,松树常出现能量代谢失调, 以至于受胁迫的松树整株枯萎;而在低温多雨的年份,松树枯萎少,甚至没有发生枯死现象.在松材线虫及其媒介昆虫侵染之前,松树的活力业已下降.松树枯萎病似乎应该局限在台风频发和持续干热的地区.在自然环境优越、少有台风和干热事件出现且没有不当扩大松树栽培范围的地区,松树枯萎病大面积发生的可能性不大.     

气候变化与人类活动对内蒙古东部草地净初级生产力的影响

内蒙古东部草地是该区域的主体生态系统类型,属于脆弱的生态系统,对气候和人类活动反应敏感。基于土地覆被数据和改进CACS模型,估算得到的草地NPP,分析2000-2015年内蒙古东部草地和NPP时空格局与年际动态。进而,定义相对退化指数（RDI）,确定草地生产力变化过程中人类活动因素的贡献率,分析内蒙古东部地区2000-2015年RDI空间格局与年际动态。同时,分析16年间NPP和气候因子相关关系。结果表明：1）2000-2015年间,损失草地面积4743.80 km²,新增草地面积2705.57 km²。2）2000-2015年内蒙古东部地区草地植被平均NPP位于166.56-248.14 gC m^-2 a^-1之间,NPP在波动中呈现明显的上升趋势（3.65 gC m^-2 a^-1/a,R²=0.47）。3）2000-2015年RDI在16.64%-30.54%之间波动,RDI值呈缓慢下降趋势,表明人类活动对草地植被净初级生产力的干扰程度在下降。4）草地NPP变化主要是因为草地本身生产力下降。整体来看相关草地保护工作取得了阶段性进展,草地生境质量得到有效缓解,草地生态环境得到转变。     

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现：（1）高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原（P<0.05）;（2）高寒草地植被生产力均向地下权衡（0.0199）,且高寒草原（0.0354）的权衡值高于高寒草甸（0.0173）;（3）结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。     

Net primary and ecosystem production and carbon stocks of terrestrial ecosystems and their responses to climate change

Evaluating the role of terrestrial ecosystems in the global carbon cycle requires a detailed understanding of carbon exchange between vegetation, soil, and the atmosphere. Global climatic change may modify the net carbon balance of terrestrial ecosystems, causing feedbacks on atmospheric CO₂ and climate. We describe a model for investigating terrestrial carbon exchange and its response to climatic variation based on the processes of plant photosynthesis, carbon allocation, litter production, and soil organic carbon decomposition. The model is used to produce geographical patterns of net primary production (NPP), carbon stocks in vegetation and soils, and the seasonal variations in net ecosystem production (NEP) under both contemporary and future climates. For contemporary climate, the estimated global NPP is 57.0 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils are 640 Gt C and 1358 Gt C, respectively, and NEP varies from –0.5 Gt C in October to 1.6 Gt C in July. For a doubled atmospheric CO₂ concentration and the corresponding climate, we predict that global NPP will rise to 69.6 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils will increase by, respectively, 133 Gt C and 160 Gt C, and the seasonal amplitude of NEP will increase by 76%. A doubling of atmospheric CO₂ without climate change may enhance NPP by 25% and result in a substantial increase in carbon stocks in vegetation and soils. Climate change without CO₂ elevation will reduce the global NPP and soil carbon stocks, but leads to an increase in vegetation carbon because of a forest extension and NPP enhancement in the north. By combining the effects of CO₂ doubling, climate change, and the consequent redistribution of vegetation, we predict a strong enhancement in NPP and carbon stocks of terrestrial ecosystems. This study simulates the possible variation in the carbon exchange at equilibrium state. We anticipate to investigate the dynamic responses in the carbon exchange to atmospheric CO₂ elevation and climate change in the past and future.