模拟夏季干旱对东灵山森林植被动态的影响

应用LPJ-GUESS植被动态模型, 在耦合不同物种的干旱响应策略的基础上, 研究了夏季干旱化对东灵山地区森林植被的物种组成及其功能的影响。结果表明, 在气候变暖、降水减少、CO₂浓度升高的情况下, 无论树种采取何种策略, 东灵山暖温带森林的总净初级生产力和生物量都有增加的趋势, 降水在未来近一个世纪内尚未成为本地区植被生长的限制因子。但森林植被的树种组成与树种的干旱响应策略密切相关, 不耐旱的物种核桃楸(Juglans mandshurica)的生物量水平在长期干旱条件下并没有降低, 而耐旱的物种辽东栎(Quercus liaotungensis)在受到干旱化长期影响时, 其生物量有下降的趋势。这种响应策略也会导致植被蒸散等生态系统水分循环过程的差异。因此, 降水变化对森林生态系统影响的长期模拟研究应该考虑物种对干旱的不同响应策略。     

科尔沁沙质草地生物量积累过程对降水变化的响应模拟

科尔沁沙地是中国北方严重的沙漠化区域之一,理解其沙质草地生物量积累对降水变化的响应有利于该区域的生态恢复和后续经营管理。在植被-土壤水分耦合模型的基础上结合植被阈值-迟滞响应模式(T-D),在点尺度上模拟科尔沁沙质草地生长季植被生物量积累过程对降水变化的响应。结果表明(1)植被生物量积累对降水量变化表现出明显的非线性响应。降水量增加,促进植被生物量积累,反之则抑制生物量积累,但在同等程度的降水量变化下生物量积累对降水增加的响应远大于对降水量减少的响应。(2)生物量积累对降水频率变化的响应与单次有效降水量变化在干旱年和湿润年都显著正相关,但与累计有效降水量相关性微弱,而与有效降水间隔变化只在干旱年显著相关,表明在不同年份间降水频率变化实际上通过改变单次有效降水量和有效降水间隔来影响生物量的积累。(3)生物量积累过程对降水频率变化存在明显的响应阈值,但该阈值在不同的降水量和降水特征下并不相同。科尔沁沙质草地植被生物量积累过程对降水变化有明显的响应,植被-土壤水分耦合模拟与T-D模型的结合能有效地在日尺度上识别这种响应,这为探究植被和降水关系提供了新工具。     

南亚热带三种主要森林降雨及其再分配过程中的养分差异规律

马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林是南亚热带鼎湖山地区由演替初期到成熟森林过程的典型代表,对3种林地的降雨量及其再分配过程进行观测,并测定该过程中养分(N、P、K、Ca、Mg)浓度。结果表明,大气降雨经过冠层再分配后,除Ca外,各养分浓度在穿透雨和树干流中都有所增加,树干流增加的幅度更大。穿透雨中Ca元素浓度低于大气降水,这一现象在3种林型均有表现。穿透雨和树干流中养分浓度在演替系列上没有显示出一致的规律,但比较不同演替阶段的输入量可以看出,树干流养分输入量随演替进行呈增加趋势。经过冠层作用后,雨水带来的养分输入量大于凋落物分解输入量,这种现象在马尾松林和混交林尤为明显。表明大气降雨不仅促使养分元素从冠层向地表迁移,而且提供了演替初期植物生长所需的重要养分。     

降水控制对荒漠植物群落物种多样性和生物量的影响

在全球气候变化背景下,干旱和极端降水事件将对荒漠区植物群落物种多样性和生产力产生深远影响,研究植物群落应对降水变化的响应机制对于荒漠生态系统的科学管理具有重要意义。通过人工增减雨措施利用遮雨棚和滴灌技术对研究区的降水量进行人为调控,探究极端干旱、干旱和降水增加等条件对荒漠植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明:经过一年的降水控制处理,发现灌木和草本层片物种多样性指数在极端干旱、干旱和降水增加等试验处理中差异不显著;灌木的生物量对不同降水控制条件的响应也不显著,而草本层片地上生物量对降水变化的响应最为明显,并随着降水量的增加呈线性增长趋势,极端干旱处理(D1)条件下草本生物量为(10.54±2.36)g/m~2,当降水增加50%(W1)后,草本生物量可达到(105.69±28.60)g/m~2;草本地上生物量与土壤浅表层(40cm)的含水量之间显著相关(P0.05),草本层片生物量与短期(一年)降水波动显著相关。通过定位控制试验进一步探究长时间序列降水变化如何作用于荒漠植物群落特征,研究结果对全球气候变化背景下荒漠生态系统响应机制方面的研究提供数据和理论支撑。     

中国北方气候干湿变化及干旱演变特征

利用中国北方15个省(区、市)320个气象站1960—2014年逐月降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)、标准差和相关分析等方法,基于不同时间尺度,对近55年来中国北方及不同干湿区气候干湿时空变化特征进行分析,并从干旱站次比、干旱强度等方面分析了年际干旱的时空变化特征。结果表明:(1)1960—2014年中国北方地区整体呈变干趋势,年际干旱站次比和干旱强度在同步波动中均呈下降趋势。(2)1960—2014年北方地区春季和冬季呈湿润化趋势,冬季湿润化趋势最明显,夏季和秋季呈干旱化趋势,夏季干旱化趋势最显著,夏季降水对年干湿状况的变化起决定性作用。(3)湿润区和半湿润区有干旱化趋势,而干旱区和半干旱区均呈湿润化趋势发展;湿润区和半湿润区年际干旱站次比、干旱强度呈上升趋势,而干旱区和半干旱区则相反。(4)中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区以及处于季风区和非季风区分界线两侧的半湿润区和半干旱区气候干湿变化均呈显著同步波动变化趋势,而中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区与中国北方西部非季风区的干旱区气候干湿变化呈显著反向波动变化趋势,夏季具有同样的规律,而冬季和春季四大干湿区干湿变化具有较好的同步一致性。     

森林生态系统研究中几个重要方面的进展

本文对森林生态系统研究中几个重要方面的进展进行了综述,包括森林细根生物量与生产力、调落物、粗死木质残体和森林降水化学等。对今后这些方面研究中的重点内容与趋势进行了评述。     

高寒矮嵩草草甸植物类群对模拟降水和施氮的响应

 研究了青藏高原高寒矮嵩草（Kobresia humilis）草甸植物类群对模拟夏季增减雨量、冬春增雪以及增施氮肥下的响应。结果表明：1999年模拟减少降雨20%～40%和增加雨量20%～40%下禾草类、杂类草和莎草类的综合优势比（SDR）和地上生物量变化均不显著。冬春增雪100%有利于禾草类夏季的生长,冬春增雪对植物类群的影响大于夏季雨量的增加。夏季增施氮150 kg·hm－2和增施氮300 kg·hm－2禾草类的盖度比、高度比、SDR和地上生物量明显增大,而杂类草的盖度比和高度比、SDR及地上生物量在施氮300 kg·hm－2下显著减低,在施氮150 kg·hm－2水平上禾草类的生物量的增加与杂类草生物量的降低存在相互补偿的作用机制。在水分资源不利的（如减少雨量）的干扰下,其敏感性表现为杂类草大于禾草类,莎草类最小。莎草类植物对各种处理下响应不敏感,也说明它对资源环境的波动有很强的适应性。缺水年（1999年）模拟增加雨量20%～40%的条件下,可缓解降水量减少的影响,相反模拟减少雨量20%～40%会增强干旱的影响程度。     

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳通量对模拟降水的响应

生物土壤结皮作为干旱半干旱地区重要的地表覆盖类型和景观特征之一,其自身具备的光合与呼吸能力对荒漠生态系统地表与大气界面中的碳交换与循环产生了重要影响。水分是干旱半干旱地区许多生态过程中的主要限制因子,能够影响生物土壤结皮的光合与呼吸过程,进而影响生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量规律。针对高寒沙区藓类和藻类结皮为主的生物土壤结皮覆盖土壤,设置了1、2、5、10mm以及0(对照)的模拟降水梯度,利用LI-8100土壤碳通量测定系统,对模拟降水后结皮覆盖土壤的碳通量进行测定,以探讨不同结皮种类和不同强度降水对碳通量的影响。结果表明:(1)降水对生物土壤结皮覆盖土壤的净碳通量、暗呼吸均有激发作用,使碳通量在极短时间内到达峰值且与对照差异显著,但各降水量之间差异不显著。两种不同结皮覆盖类型相比,藓类结皮覆盖土壤在降水后的碳通量峰值和受降水激发的有效时间均显著高于藻类结皮。(2)两种结皮覆盖土壤在模拟降水后的48h累积碳释放随降水量的增加而增加且与对照差异显著。同时藓类结皮覆盖土壤累计碳释放显著高于藻类结皮覆盖土壤。(3)两种生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量和土壤水分体现出显著的相关性,净碳通量和暗呼吸均随水分的增加而增加。因此,在降水条件下生物土壤结皮覆盖土壤表现出明显的碳源效应,其碳通量以及碳释放量都有显著的改变,在研究干旱半干旱地区碳交换规律时应该考虑不同生物结皮的覆盖和降水事件的影响。     

高寒草甸生态系统降雨事件对不同深度土壤碳释放的试验分析

以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,基于LI-8150土壤CO₂通量全自动连续测量系统及实验设计,对不同深度的土壤碳释放进行了连续原位观测,分析了晴天和5次持续性降水条件下不同深度土壤碳释放特征,结合土壤温湿度的观测,解析了降雨对不同深度土壤碳释放的影响及机理。结果表明：(1)在0 cm、20 cm、40 cm、70 cm深度处,土壤碳释放均呈现明显的单峰曲线变化特征,其日均值(±标准差)分别为(3.96±0.89)μmol m^-2 s^-1、(5.09±1.79)μmol m^-2 s^-1、(7.83±1.95)μmol m^-2 s^-1和(4.43±1.6)μmol m^-2 s^-1。(2)降雨提高了土壤含水量,显著抑制了土壤碳释放,且对深层的抑制作用显著大于表层。其中,第5次持续性降水事件对土壤水分的补充作用最明显(增量最大),其对土壤碳释放的抑制作用也更显著,并出现负通量(即碳吸收)。随着...     

中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005-2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下：（1）9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%-36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差（降水与蒸散的差值）可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%（P<0.05）;（2）我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高（R=0.59,P<0.01）;（3）土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。（4）与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。