温度和水分对科尔沁草甸湿地净生态系统碳交换量的影响

基于涡度相关和波文比气象土壤监测系统,研究了2016年科尔沁草甸湿地生态系统生长季5—9月CO₂通量的动态变化特征,分析了温度、水分等环境因子与其的响应关系.结果表明:生长季累计净生态系统碳交换量(NEE)为-766.18 g CO₂·m^-2,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(R_e)分别为3379.89和2613.71 g CO₂·m^-2,R_e/GPP为77.3%,表现为明显的碳汇.NEE各月平均日变化呈单峰“U”型曲线,其中5—7月和8月中旬表现为吸收CO₂,8月后半月和9月表现为释放CO₂.日间NEE与光合有效辐射(PAR)呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差(VPD)、土壤含水量(SWC)和气温(T_a)等环境要素调控.回归关系表明,日间NEE达到最大时,VPD和SWC值分别为1.75 kPa和35.5%,而NEE随T_a增加逐渐增大,当T_a达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;夜间NEE随土壤温度(T_s)呈指数趋势上升.在整个生长季,生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀)为2.4,且SWC越高,Q₁₀越小,夜间NEE受T_s和SWC共同调控.     

Seasonal and interannual variations of ecosystem photosynthetic characteristics in a semi-arid grassland of Northern China

北方半干旱草原生态系统光合参数的季节和年际变异 生态系统表观量子效率(α)、最大光合速率(P_max)和暗呼吸速率(R_d)不仅反映了生态系统水平 光合生理特征,同时也是碳循环模型中光合过程模拟的关键参数。气候和植被因子都会影 响光合参数的季节和年际变异,但二者在光合参数调控过程中的相对贡献和作用途径尚不清晰。本研究基于连续12年(2006–2017)的涡度相关观测数据,分析了内蒙古半干旱典型草原光合参数的季节和年际变化规律;利用回归分析和结构方程模型(SEM)方法明晰了环境和生理调控的作用途径及相对贡献。结果发现,光合参数(α、P_max和R_d)均表现出单峰的季节变化趋势,并呈现明显的年际波动。温度(T_a)和土壤含水量(SWC)的变化共同影响光合参数的季节变化,而SWC主导了其年际变异。α和R_d的变化主要由T_a决定,而Pmax的变化主要受SWC的影响。SEM模型分析表明,除了直接作用外,环境因子主要通过影响冠层水平气孔导度(gc)对光合参数和碳同化生理过程进行调控。此外,叶面积指数对光合参数特别是Pmax的季节和年际变异起主要调控作用。以上结果明确了环境和植被共同决定了生态系统水平光合参数的季节和年际变异,并强调了在水分受限的草原生态系统中,植被生理调控在光合碳同化能力和碳汇功能评估中的重要作用。     

控水条件下侧柏冠层气孔导度对土壤水的响应

建立了不同控水条件下(无降水、一半降水、自然降水和二倍降水)的侧柏样地,于2016年8月—2017年8月监测了样地土壤含水量(SWC)、降水量、液流密度(J_s)、叶面积指数(LAI)和水汽压亏缺(VPD)等因子,分析SWC对侧柏冠层气孔导度(g_s)的影响。结果表明: 一半、自然和二倍降水样地的SWC与降水量呈正相关,SWC变化范围分别为4.9%～16.0%、7.2%～22.9%、7.4%～29.6%,无降水样地的SWC在8—10月下降50%;7月的日g_s在14:00达到峰值(166.64 mmol·m^-2·s^-1),显著高于其他月份,且出现双峰现象, 1月的日g_s在12:00达到峰值(54.1 mmol·m^-2·s^-1);3个降水条件下,侧柏g_s与SWC呈负二次相关关系,且g_s达到峰值,对应的SWC分别为8.5%、12.5%和18.5%,均趋近于年平均SWC。不同控水样地内侧柏g_s对VPD的敏感性(δ)/参比冠层气孔导度(g_sref)均≥0.6,表明不同控水条件下土壤水分状况较适合侧柏蒸腾用水的需求。当SWC在3.7%～7.5%时,δ和g_sref值迅速增大,说明气孔调节能力更好,植物气孔对VPD的响应更敏感;当SWC上升到11%时,SWC变化对g_sref和g_s对VPD响应敏感性的影响不显著。可能存在侧柏产生适应状态的SWC阈值,植物体在自身的生命活动中关闭或减小气孔开度,降低叶片水势以适应过高的VPD,保护植物不会引起过度蒸腾,从而对蒸腾的调控更加有效。     

三峡库区香溪河消落带植被群落特征与土壤环境相关性

土壤环境是影响植被群落结构的关键因素。为揭示三峡库区消落带植被群落的空间分布与土壤环境间的相关规律,本文运用聚类分析法分析了三峡库区香溪河消落带调查的30个样带群落属性,并利用冗余分析(RDA)分析了11个土壤理化因子与消落带植被空间分布及多样性的相关关系。聚类分析结果显示,香溪河消落带草本群落可划分为7种类型,其中一年生植物群落占据优势;RDA排序轴与环境因子的相关性分析显示,RDA第1排序轴与土壤含水量(SWC)呈显著正相关,与消落带高程(Ele)呈极显著负相关(P0.01);第二轴主要与pH、Fe-P、土壤有机质(SOM)和O-P呈负相关(P0.05)。植被多样性指数与土壤理化因子的相关性分析表明,物种丰富度指数(R)与Ele、pH和SOM相关关系最为显著;优势度指数(D)与Ele呈极显著负相关(P0.01),而与SWC呈显著性正相关;香农多样性指数(H)与Ele、SOM、TP呈显著正相关,与SWC、pH呈显著性负相关;物种均匀度指数(E)除与Ele和SWC存在显著相关性外,均与其他环境因子间不存在显著性(P0.05)。综上,消落带高程、土壤含水量、土壤有机质、土壤pH及土壤TP和无机磷中O-P和Fe-P是影响香溪河消落带植被群落格局的主要因素。     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱动因子

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统观测站2008年全年的涡度相关观测与相应的生物、环境观测资料,对生态系统能量平衡特征及其驱动因子分析表明:能量平衡各分量(净辐射,Rn;感热通量,H;潜热通量,LE;土壤热通量,G)呈单峰型日动态,白天大部分时间H/RnG/RnLE/Rn;夜间G/Rn占主导;全天LE/Rn相对较小,即使在植物生长盛期。较低的LE/Rn可能与荒漠草原气候干旱及植被分布稀少有关。日Rn受天气变化的影响,特别是在雨季,Rn日间差异较大,呈现锯齿状波动。能量平衡各分量季节变化明显,Rn、H、LE和G最大月分别为7、5、6月份和6月份。全年H是Rn的主要能量支出项(58%);LE其次(26%),年蒸散量(190.3mm)大于年降水量(136.3mm),与多年平均降水量接近(183.9mm),其中最大日蒸散率3.8mm/d;G所占比例较小(1%),全年基本保持平衡。然而G白天吸收能量,夜间释放能量;夏季储存能量,冬季释放能量的特点,在能量平衡中存在类似"能量缓存"的作用,不能被忽略。降水过程显著影响内蒙古温带荒漠草原水热交换。降水后较降水前LE峰值明显增大,而H峰值降低。日蒸散率峰值多数与降水事件有关。而且,生长季日蒸散率波动与降水引起的SWC变化趋势一致。生长季潜热分配(LE/Rn)主要受到土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)及叶面积指数(LAI)共同影响。LE/Rn随SWC增大呈增加趋势,LE/Rn随VPD增大而降低,LE/Rn随LAI增大呈二次曲线变化。其中LAI为0.2m2/m2是一个阈值,当LAI0.2m2/m2,SWC是LE/Rn主要驱动因子;当LAI0.2m2/m2,SWC和LAI共同驱动LE/Rn。应用退耦因子(Ω)评价了荒漠草原与大气之间水汽交换的耦合状况。与其他草原类型相比,本研究区退耦因子(Ω)相对较低(生长季平均0.15)。生长盛期Ω相对较高,Rn是LE的主导因子;而生长前期和后期Ω相对较低,VPD是LE的主要控制因子。     

青藏高原高寒湿地GPP变化特征及对生长季积温的响应

基于涡度相关系统,利用2004—2016年的涡度相关系统观测资料,做了青藏高原高寒湿地生长季总初级生产力(GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(GDD)响应的研究。结果表明:高寒湿地生态系统在生长季的日GPP、GDD与月际GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD变异性较大,没有明显的变化趋势。2004—2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为(458.82±25.78) gC m^-2季^-1和(1060.89±84.07)℃。在日尺度、月尺度、生长季尺度上,GPP与GDD都呈极显著正相关关系(P<0.01)。但是,通过比较生长季分别每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P>0.05),而在7月相关性最为显著(P<0.01)。整体上看,高寒湿地生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,将会提高青藏高原高寒湿地生态系统植被的光合生产能力。     

环境因子对桂西南蚬木林下植被物种多样性变异的解释

探索林下植被分布格局及其影响因素, 对于天然林保护和森林生物多样性维持机制研究具有重要意义。本文以桂西南喀斯特地区不同蚬木(Excentrodendron tonkinense)天然成熟林为研究对象, 采用植物群落样方调查、单因素方差分析、Pearson相关分析和冗余分析(RDA)等方法, 研究了8个县市蚬木天然成熟林林下植被物种多样性的变异及其对土壤、地形和光照等环境因子的响应。结果表明, 林下植被中灌木层优势种主要有越南槐(Sophora tonkinensis)、鹅掌柴(Schefflera heptaphylla)、毛果翼核果(Ventilago calyculata), 以及乔木层幼苗如蚬木、广西澄广花(Orophea anceps)、岩樟(Cinnamomum saxatile)、金丝李(Garcinia paucinervis)等, 主要来自豆科、五加科、鼠李科、椴树科、番荔枝科、樟科、藤黄科和大戟科等; 草本层优势种主要有肾蕨(Nephrolepis cordifolia)、石山棕(Guihaia argyrata)、崖姜(Pseudodrynaria coronans)、柔枝莠竹(Microstegium vimineum)、水蔗草(Apluda mutica)、沿阶草(Ophiopogon bodinieri)等, 主要来自肾蕨科、棕榈科、槲蕨科、禾本科、百合科、铁角蕨科和鳞毛蕨科等。土壤pH值、土壤含水量(SWC)、土壤全钾(TK)、土壤全磷(TP)和坡度(SLO)是林下植被物种多样性的主要影响因素, 它们分别解释了林下植被物种多样性32.3%、16.1%、9.7%、8.6%和8.6%的变异。灌木丰富度、灌木多样性指数与TK、SWC、土壤pH值和TP显著负相关, 而草本丰富度、草本多样性指数则与TK显著正相关; 灌木密度、灌木盖度与土壤pH值显著正相关, 草本密度与SWC和TK显著正相关, 草本盖度与TP、TK显著正相关, 与坡度显著负相关。土壤和地形因素是影响林下植被物种多样性变异的最主要因素, 而林分冠层结构的影响较小, 土壤各因素对林下植被物种多样性的影响高于地形因素。     

1980—2013年中国陆地生态系统总初级生产力对干旱的响应特征

干旱事件通过影响陆地生态系统的组成、结构和功能显著改变整个陆地生态系统碳循环。陆地生态系统总初级生产力(GPP)是全球陆地碳通量中最大的组成部分,反映了陆地生态系统的生产力水平。本研究利用基于过程模型模拟的GPP数据(DLM GPP)、基于通量观测升尺度的GPP数据(FLUXCOM GPP)和标准化降水蒸散指数(SPEI),量化分析了1980—2013年中国陆地生态系统GPP和干旱的时空格局,讨论了不同时间尺度上GPP对干旱的响应特征。结果表明:1980—2013年,两种不同GPP数据在中国地区呈现的时间变化趋势的空间分布格局较为一致,上升趋势主要分布在西南地区,下降趋势主要分布在东北大部分地区;中国干旱面积的长期时间变化趋势略有下降,其中干旱化趋势主要位于秦岭淮河以南地区,而西北内陆地区则呈现明显的湿润化趋势;时间尺度上,GPP与SPEI年际变化格局基本吻合,1986、1997、2001和2011年等干旱年份的GPP显著降低;空间尺度上,北方大部分地区的GPP与SPEI呈正相关,南方大部分地区呈负相关,干旱对GPP的影响在半干旱地区表现更加明显; GPP对干旱的响应格局与选取干旱指数...     

野生玫瑰种群表型变异

在野生玫瑰(Rosa rugosa)自然分布区内选取5个代表种群,选择24个表型性状作为研究对象,运用方差分析、多重比较、主成分分析、相关分析、聚类分析等方法,得出野生玫瑰种群表型变异程度和变异规律。结果显示:(1)24个表型性状在种群间和种群内均存在极显著差异,变异非常丰富;种群内变异(0.2718)大于种群间变异(0.1679),种群内变异是表型变异的主要来源,种群间平均表型分化系数(VST)为0.2952,分化水平相对较大;表型性状平均变异系数(CV)为18.48%(6.67—26.79%),叶片、果实、花、种子的变异系数依次为21.40%、17.42%、12.54%、6.67%;主成分分析表明叶片、果实的表型变异对种群变异起主要的贡献作用。(2)托叶长与年平均气温、7月平均气温呈显著正相关,与经、纬度呈显著负相关;果实横径与年降水量呈显著正相关;千粒重与经、纬度呈显著正相关,与7月平均气温呈显著负相关。(3)利用欧氏距离进行系统聚类分析,可以将5个种群划分为3类,表型性状主要依地理位置聚类。     

浙江四明山沼泽湿地植物功能性状研究

为理解浙东亚高山沼泽湿地不同植物的生态策略,收集了浙江四明山12种典型沼泽湿地植物,对其主要功能性状进行了统计比较。结果表明：(1)不同沼泽湿地植物功能性状变异程度不同,变异系数(CV)最大为叶片密度(216.16%),最小为相对叶绿素含量(22.84%),平均变异为112.86%。(2)叶周长分别和叶面积、叶干重、叶长和叶长宽比呈显著正相关(P<0.05);叶形指数与叶面积、叶长、叶长宽比和叶片密度呈显著负相关(P<0.05);棘刺与比叶面积呈显著正相关(P<0.05);生活史与相对叶绿素含量呈显著正相关(P<0.05);根状茎或匍匐茎与叶形指数呈显著负相关(P<0.05);生活型与异形叶性呈显著负相关(P<0.05)。(3)17项功能性状主成分分析(PCA)的前3大主成分累计贡献率达到71.47%,可综合表征和概述为：植物叶片的质量和大小(35.72%)、对水分和氮素的吸收(18.74%)、植物抵御草食动物的能力和强光下的自我保护能力(17.01%)。(4)物种-功能性状排序图结合UPGMA聚类分析均支持将12种植物划分为2个功能组,第1功能组包...     

青海湖流域泥炭湿地地气系统不同时间尺度上CO2交换特征

为了定量分析2017年青海湖流域泥炭湿地地气系统不同时间尺度上的碳交换的变化特征及影响机制, 利用涡动相关技术对其不同时间尺度上的碳通量进行了测定, 结果表明: 1)青海湖流域泥炭湿地地气系统在2017年表现为“碳源”, 全年合计排放209.312 gC·m–2。2)生态系统总初级生产量(GPP)和生态系统总呼吸(Re)年变化均呈倒V型, 而净生态系统碳交换(NEE)年内变化则呈双峰型。3)NEE和GPP 与各环境要素(气温、土壤温度、月平均降水量、土壤含水量)呈现负相关关系, 而Re与之呈显著的正相关关系(P<0.01)。4)NEE受温度因子影响较大, 主要受控于气温。5)GPP和Re与各水热因子都有较大的相关性, 但GPP受温度因子影响较显著, 而水、热季节变化及其协调程度对Re有更大的影响。     

植被覆盖度和物候变化对典型黑沙蒿灌丛生态系统总初级生产力的影响

气候变化和人类活动是植被生产力年际尺度变化的重要驱动因素, 明晰二者对植被生产力的共同影响对于生态系统可持续管理至关重要。气候变化可能导致植被物候变化, 进而影响植被生产力。目前尚不清楚毛乌素沙地典型植被物候如何响应气候变化, 并因此影响生态系统总初级生产力(GPP)。此外, 植被恢复(覆盖度增加)和物候变化对GPP的共同影响有待明确。该研究选取典型黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛生态系统, 结合MODIS遥感数据与涡度相关数据, 利用植被光合模型(VPM), 模拟并分析了2005-2018年间植被覆盖度和物候变化对GPP的影响。结果表明: (1) VPM模型能够较好地模拟涡度相关法观测的GPP动态(GPP_Flux), 而MODIS遥感产品(MOD17A2H)则显著低估GPP_Flux; (2)研究期内年均归一化差异植被指数(NDVI)、最大NDVI (NDVI_max)和年总GPP均显著增加, 表明植被恢复促进了植被生产力增加; (3)基于NDVI和GPP日序列估算的生长季开始日期显著提前(2.1 d·a^-1), 生长季结束日期显著推迟(1.5 d·a^-1), 二者共同促使生长季长度延长(3.6 d·a^-1); (4)物候期延长促进了GPP增加, 生长季长度每延长1天, 全年GPP显著增加6.44 g C·m^-2·a^-1; (5)植被覆盖度增加和生长季延长分别可以解释79%和57%的GPP增加; (6)尽管植被覆盖度和物候变化均促进GPP增加, 但前者是其增加的主要驱动因素。鉴于植被覆盖度增加和生长季延长也可能导致生态系统呼吸和蒸散发增加, 未来研究仍需探究生态系统碳汇能力、水分利用效率和水分承载力对气候变化和人类活动的响应。此外, 该研究主要探讨GPP在年际尺度的变化趋势及影响因素, 未来需要研究GPP的年际变异规律及驱动因素, 尤其是对降水年际变异和极端干旱事件的响应。     

北方农牧交错带草地生物多样性与草地生产力和土壤状况的关系

于2010年选择内蒙古多伦和河北的围场、沽源3个旗县10个样地的草甸草原和典型草原,探讨了北方农牧交错带草地生物多样性与草地生产力和土壤状况的关系.结果表明:3个地区的草地均匀度指数与物种丰富度指数呈显著正相关(P＜0.05),且草地生物多样性指数(H)和均匀度指数与草地生产力之间呈极显著正相关(P＜0.01),而与土壤含水量(0 ～30 cm)的相关性不显著(P＞0.05);草地生物多样性指数和均匀度指数与土壤全氮呈负相关(P＜0.05),且与中上层土壤全氮(10 ～20 cm)呈极显著负相关(P＜0.01),而与土壤有机质之间的相关性不显著(P＞0.05).表明提高草地多样性可以增加草地生态系统的生产力和稳定性.     

北京松山天然落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其影响因子

森林生态系统在陆地碳循环过程中发挥着重要作用,关于温带落叶阔叶林生态系统碳平衡过程影响机制的讨论尚未统一。本研究于2019年对北京松山典型落叶阔叶林生态系统的净碳交换量(NEE)及空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量(SWC)、降雨量(P)等环境因子进行原位连续监测,分析松山落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其对环境因子的响应。结果表明: 在日尺度上,NEE生长季(5—10月)各月平均日变化均呈“U”字形变化,日间为碳汇,夜间为碳源。其他月份NEE均为正值,变化平缓,表现为碳源。在季节尺度上,NEE呈单峰曲线变化规律,全年NEE为-111 g C·m^-2·a^-1,生态系统呼吸总量(R_e)为555 g C·m^-2·a^-1,总生态系统生产力(GEP)为666 g C·m^-2·a^-1。碳吸收与释放量分别在6月与11月达到最大值。PAR是影响日间净碳交换量(NEE_d)的主导因子,二者关系符合Michaelis-Menten模型,VPD是间接影响NEE_d的主导因子,最适宜日间净碳交换的VPD范围为1～1.5 kPa。土壤温度是影响夜间净碳交换量(NEE_n)的主导因子,SWC是NEE_n的限制因子,SWC过高或过低均会对NEE_n产生抑制,最适值为0.28 m³·m^-3。     

青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO_2通量动态及其限制因子

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m~(–2)·a~(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m~(–2)·a~(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明,水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

退耕还草对锡林郭勒草原总初级生产力变化的影响

内蒙古草原是我国重要的生态保护屏障,部分区域是农牧交错带的重要组成部分。锡林郭勒草原位于内蒙古东中部,属典型温性草原,深入开展退耕还草对其植被总初级生产力(GPP)的影响、探究相关环境因子,对深入了解退耕还草过程中区域植被生长状况变化和生物固碳潜力时空分布以及制定更加科学精准的退耕政策具有重要意义。基于遥感、气象观测和土地利用数据,采用残差分析和相关性分析方法,系统研究了2010-2015年间锡林郭勒草原退耕还草区域的植被GPP变化特征,并探讨了不同环境因子对GPP变化量的影响,揭示了退耕还草活动造成的GPP变化特征及其受环境因子影响的作用机制。结果发现:(1)锡林郭勒盟退耕还草区域5年内GPP平均变化量为0.47 g C/m²,其中GPP增加面积占退耕还草总面积的67.2%,退耕还草初期GPP变化不显著;(2)退耕还草区域内,土壤含水量和土壤有机碳与GPP变化量显著负相关,而气温、降水、高程和坡度均与GPP变化量显著正相关;(3)坡度和土壤含水量与GPP变化量的相关程度最强,对退耕还草后GPP变化的影响程度较高。     

中国温带草地土壤硫的分布特征及其与环境因子的关系

以内蒙古和青藏高原的6种主要草地类型为研究对象,分析了不同类型草地表层土壤硫(S)的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:1)青藏高原草原表层土壤(0—10 cm)的全硫含量(430.8 mg/kg)显著高于内蒙古草原(181.4 mg/kg;P0.01)。土壤硫素一般以有机硫的形式存在,具有植物有效性的土壤无机硫所占比例较少,内蒙古土壤这一比例为14.7%,青藏高原为24.5%。2)土壤硫的含量与土壤C、N的分布格局关系紧密,呈显著正相关关系;与土壤p H呈负相关关系。内蒙古与青藏高原研究区土壤的C/S和N/S值较低,这表明硫可能成为对草原生产力起限制性作用的营养元素。3)内蒙古草原表层土壤全硫、水溶性硫、吸附性硫均与年均温呈显著负相关(P0.05);土壤硫与年均降水呈显著正相关关系(P0.05)。青藏高原草地土壤硫中,除水溶性硫与年均降水呈显著正相关关系外,其余土壤硫含量均未与气候因子呈现显著相关关系。     

洪泽湖湿地杨树林生长季碳通量变化特征及其影响因子

洪泽湖调蓄灌溉与南水北调常态化调水影响下,湖区水位显著波动对湿地土壤水分及植被生长产生深刻影响。以洪泽湖湿地典型杨树林为对象,借助涡度相关系统,研究杨树生长季(4—9月)CO2通量的动态变化特征,解析气象因子的影响。结果表明:杨树生长季净生态系统CO2交换量(NEE)与环境因子均具有明显的日、月变化特征。NEE的月平均日变化总体表现为"U"型曲线,累计达-1758.10 g CO2·m-2,在生长季表现为明显的碳"汇"。光合有效辐射(PAR)与日间净生态系统CO2交换量(NEEd)的变化符合双曲线关系,PAR能解释34.3%~75.5%生长季的NEEd的变化。5 cm土壤温度(Ts)与夜间净生态系统CO2交换量(NEEn)之间符合极显著的指数函数关系,Ts能解释38.9%~55.2%生长季的NEEn的变化。不同时间尺度碳通量与环境因子的分析发现,NEE的日变化主要受土壤含水量(SWC)、净辐射(Rn)和水汽压亏缺(VPD)的影响,而月变化主要受降雨量(P)和土壤含水量(SWC)的影响。因此,洪泽湖水位变化对湿地土壤水分的影响可能显著改变湿地碳汇功能。