不同生态系统呼吸模型在半干旱草原生长季碳循环研究中的比较及应用

利用锡林浩特国家气候观象台涡度协方差通量观测系统记录的湍流数据和土壤温度、湿度数据, 分析2010-2012年锡林郭勒半干旱区针茅草原生态系统的呼吸过程及主要气候影响因子, 探讨以土壤温度和土壤体积比含水量(VWC)为计算参数的3种连乘形式的呼吸模型和Q₁₀呼吸模型在该生态系统的适用性, 在此基础上讨论该生态系统生长季净碳交换速率(NEE)、呼吸速率(R_eco)以及总初级生产力(GPP)的年际变化特征。该草原生态系统的呼吸作用受土壤温度和土壤含水量的共同影响, 其中土壤含水量是重要的限制因子。2010和2011年, 生长季降水量偏少, 该生态系统受到一定程度的干旱胁迫, 当土壤含水量处于12%~20%区间时, 呼吸速率随其升高而显著增加, 而当土壤含水量<12%或>20%时, 呼吸速率对其变化不敏感; 2012年降水充沛, 呼吸速率与土壤温度的变化趋势相关性更显著。4种呼吸模型的拟合结果表明, Q₁₀模型的表现(R²=0.64)优于其他3 种连乘模型。使用Q₁₀模型模拟的2010, 2011和2012年生长季呼吸作用的累积碳交换量分别为157.32, 138.75和 246.32 gC/m²。该草原生态系统在这3年生长季中均表现出较显著的碳汇功能, 净碳交换累积总量分别为−110.28, −68.79和−310.05 gC/m², 总初级生产力累积总量分别为267.52, 207.57和555.85 gC/m²。干旱胁迫对光合作用的影响大于呼吸作用, 与总初级生产力和呼吸作用相比, 净碳交换量的年际差异更明显。     

冠层叶绿素荧光角度校正及对植被总初级生产力的估算精度的影响

本研究在典型小麦区建立多角度叶绿素荧光观测系统,对多角度叶绿素荧光进行了热点方向角度订正并计算角度校正后冠层总的荧光,利用叶绿素荧光角度校正模型校正后提高了初级生产力的估算精度。结果表明：角度校正后的冠层荧光和热点荧光估算GPP的相关系数(R²)分别提高0.22±0.06和0.23±0.02。厘清不同条件下阴叶和阳叶对冠层SIF和GPP的贡献差异,分析利用SIF估算GPP的误差,优化基于SIF的GPP估算模型。     

基于MODIS产品的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的验证

利用2010—2013年锡林浩特国家气候观象台涡动相关通量观测系统数据以及MODIS产品数据, 验证基于增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)和地表温度(LST)的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的适应性, 并探讨该遥感生态系统呼吸模型存在的问题。结果表明: 生态系统呼吸模型能较好地模拟夜间生态系统呼吸速率(R_eco)在生长季内和年际间的变化, 模拟值与观测值吻合较好(R²=0.90, RMSE=0.02 mgCO₂/(m²·s)); 夜间R_eco的观测值与EVI_s×W_s (EVI_s和W_s分别是EVI和LSWI对光合作用的影响函数)呈较显著的线性相关(R²=0.63), 与LST 的关系基本上满足L-T方程(R²=0.39); 夜间R_eco在生长季的前、中、后期对EVI_s×W_s和LST的响应不同是造成模型误差的重要原因之一。     

呼伦贝尔草原群落生产力与物种多样性关系分析

在呼伦贝草原选取5种代表性草原群落类型,采用取样调查的方法,探讨自然状况下草原植被群落生产力与物种多样性的关系,旨在为草原生态系统功能的恢复和草原有效管理提供理论依据.研究结果表明:大针茅+糙隐子草群落、羊草+克氏针茅群落、克氏针茅+羊草群落和贝加尔针茅+羊草群落多样性指数(物种丰富度指数、Simpson指数和Shannon-Winner指数)与生产力均呈显著正相关关系,但是羊草+寸草苔草甸草原物种多样性指数与生产力没有显著性相关关系.群落生产力受物种多样性、物种组成和环境因子等多因素共同影响,不仅仅是由物种多样性决定.     

中国植被物候研究进展及展望

本文围绕气候变化背景下的中国植被物候研究,梳理了植被物候对气候变化的响应机制,分析了中国植被物候变化对陆地生态系统碳、水和能量循环的影响,植被物候变化对局地气候的反馈机制以及通过大气环流对气候系统的影响．主要结论:1)中国植被生长季开始日期提前1~6 d?(10 a)–1,结束日期推迟2~5 d?(10 a)–1,生长季显著延长;2)中国中高纬度地区植被对温度的响应明显高于亚热带和热带地区,温度在控制植被物候的过程中起到多重作用,降水主要影响干旱和半干旱地区的植被物候;3)植被生长季延长增加陆地生态系统生产力,增加中国碳汇;4)植被物候变化改变植被的蒸散发量,从而改变我国的流域尺度河流径流;5)在中国大部分地区,植被物候变化对气候系统产生负反馈作用,甚至影响大气环流过程．中国植被物候的研究越来越多,但仍存在亟待解决的科学问题,比如未来中国植被物候研究需要更加关注遥感数据反演精度,明确物候响应气候变化机制的尺度效应,结合机器学习等智能算法改进物候模型提高物候模拟精度,并重视农作物物候,加强物候与森林管理结合研究以提高我国生态系统碳汇能力,积极面对碳中和带来的机遇与挑战．      

施氮对典型草原克氏针茅光合特性的影响

受人类活动的影响,大气氮沉降和极端干旱事件日益加剧,研究氮素添加对草原植被的影响,有助于理解未来草原生态系统对氮沉降和全球变化的响应.在2014年夏季内蒙古草原干旱事件发生期,通过内蒙古草原氮素添加试验,探讨了不同施氮水平(未施氮0g·m~(-2)、低施氮量4g·m~(-2)、中施氮量8g·m~(-2)和高施氮量16g·m~(-2))对克氏针茅(Stipa krylovii)光合特性的影响.结果表明:研究样地中克氏针茅受到了干旱胁迫,施氮提高了克氏针茅的气孔调节能力和光能转化效率.一定范围的施氮量(4、8g·m~(-2))有利于提高克氏针茅光能转化效率(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)和PSII实际光化学效率(ΦPSII)等叶绿素a荧光动力学参数,但过高的施氮水平并不能提高克氏针茅的荧光特性,甚至会产生抑制作用.低中氮(4、8g·m~(-2))和高氮(16g·m~(-2))条件下植物对干旱的适应机制存在差异,低中氮处理提高了克氏针茅的羧化酶活性和光化学中心光能转化效率,高氮提高了克氏针茅的气孔调节能力.     

小针茅荒漠草原地下生物量季节动态及其影响因素

 地下生物量实测数据的缺乏严重影响草地地下碳库的精确估计,本文以苏尼特右旗小针茅荒漠草原为研究对象,通过野外实地调查,选取6个样地,采集2160份根系样品,进行室内试验分析,获得小针茅荒漠草原生长季5—9月地下生物量数据,分析了小针茅草原植被地下生物量的季节动态.结果表明：(1)小针茅草原植被地下生物量季节动态表现为“N”型变化规律,最高值出现在7月下旬,最低值出现在8月下旬,狭叶锦鸡儿-小针茅+无芒隐子草草地各月的地下生物量均高于小针茅+无芒隐子草草地类型.(2)小针茅草原不同层次地下部分生物量的季节变化不同,0~10cm的地下生物量表现出很大的波动性,与总地下生物量的变化趋势基本一致;10cm以下的变化曲线逐渐平缓.(3)5—9月生长季小针茅草原0~60cm土层地下生物量与土壤有机碳含量无显著相关性,0~10cm土层地下生物量与土壤有机碳呈显著正相关.(4)小针茅草原每月地下生物量和月降水量与月平均气温的相关性都不明显.(5)小针茅草原不同深度土壤含水量与地下生物量存在显著正相关,总地下生物量受0~10cm土壤含水量影响较大.     

荒漠草原近地面反射特征研究──戈壁针茅（Stipa gobica）荒漠草原近地面反射光谱特征与产草量的相关分析

描述了温带戈壁针茅（Ｓｔｉｐａｇｏｂｉｃａ）荒漠草原的近地面反射光谱特征，分析了产草量与比值绿度（ＲＶＩ）、标准差绿度（ＮＤＶＩ）和垂直植被绿度（ＰＶＩ）指标的相关关系．确认：戈壁针茅荒漠草原绿度指数与产草量之间具有显著相关性，两者的最适相关形式为指数曲线ｙ＝ａｅｂｎ，ＲＶＩ与ＮＤＶＩ均为比较稳定的估产指标，ＰＶＩ与产草量的相关性在不同月份出现一定的波动，用非红光波段反射率与近红外反射率形成的植被指数与产草量也显著相关．     

叶片尺度水汽压差的量化方法及其影响因素

采用FLUXNET2015数据集的104个通量站(半)小时尺度的观测数据,基于物理机理过程量化了生长季叶片尺度水汽压差(VPD_L),分析了生长季VPD_L与空气水汽压差(VPD_a)之间的差异(VPD_L-VPD_a),及其与植被类型、干旱指数和植被冠层结构之间的相关关系.然后基于气孔导度模型及植被内在用水效率系数(G₁),分析了VPD_L替代VPD_a的必要性.结果显示,生长季VPD_L显著高于VPD_a,植被叶片温度的升高造成的饱和水汽压的升高是VPD_L高于VPD_a的主要原因.叶面积指数较高、冠层高度较高的森林植被的VPD_L-VPD_a较小,干旱地区生态系统的VPD_L-VPD_a较大.相比于VPD_a,VPD_L能显...     

火烧后草原植物营养和热值的变化

研究了不同时间不同频次的草原火烧后,植物体内营养含量和热值的变化。表明,割草地火烧后当年羊草体内营养含量普遍高于割草未烧地,但随着生长季的推进,火烧地羊草体内Ｎ、Ｃａ、Ｃ的含量逐渐低于未烧地,大针芭也表出出与间 草相似的变化规律,只是在生长季后期,未烧地大针茅体内粗纤维含量高于火烧地,火烧后翌年,烧地羊草体内除粗纤维外,未烧地大针茅体内粗纤维含量高于火烧地。火烧后翌年,火烧地羊草体内除粗纤维外,其     

典型草原恢复与退化群落土壤呼吸的特征研究

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,本研究针对内蒙古典型草原退化与恢复群落,测定了其在生长季和非生长季的土壤呼吸日动态变化.研究表明:退化群落平均土壤呼吸约是恢复群落的50%;非生长季CO2的排放速率最高约为生长季的10%.恢复群落土壤呼吸速率与温度呈显著正相关,与土表温度的相关性最高;退化群落的相似特征仅在非生长季出现.过度放牧导致的植被退化是土壤呼吸速率降低的原因.植被退化改变了群落土壤呼吸对环境变化的响应模式,影响非生长季土壤呼吸的因素及其权重与生长季相比发生明显变化.本研究对于了解土地利用变化对于碳释放的影响具有一定的科学意义,对天然草地可持续管理也有积极的意义.     

基于MODIS反演的2000—2011年江西省植被叶面积指数时空变化特征

叶面积指数(LAI)是陆地植被的重要结构参数之一,是陆地生态系统生产力模型和气候、水文、生物地球化学等模型的关键输入参数。笔者基于MODIS-MOD09A1反射率数据,利用4-尺度几何光学模型反演了2000—2011年江西省植被LAI。结果表明:(1)江西省植被LAI呈现出明显的季节变化,1年中1—2月LAI值较低(最低为1月,平均值为0.85),3—4月随着植被生长,LAI值逐渐增大,到6—8月,LAI达到最大值,最大值为7月的4.8,约为最小月份平均值的5.6倍,9月以后,LAI值逐渐减少;(2)2000—2007年江西全省生长季LAI呈增加趋势,2008—2011年LAI平均值呈下降趋势,2000—2011年全省生长季LAI平均值呈下降趋势,平均下降0.048;(3)江西省不同植被类型的LAI值差异较大,2000—2011年间,各植被类型LAI平均值从大到小顺序为:常绿针叶林(5.67)、常绿阔叶林(4.57)、混交林(4.01)、落叶阔叶林(3.17)、农作物/自然植被混合(2.08)、高郁闭度灌木(1.92)、农作物(1.85)。2000—2011年江西全省植被LAI的平均值为3.60。     

干旱对鄱阳湖流域植被生态系统GEP的影响

总生态系统生产力GEP(gross ecosystem productivity),是生态系统固定的碳总量,作为碳循环研究的重要组成部分,有着不可估量的生态价值和极为重要的人文社会意义.在全球气候变暖背景下,干旱对陆地生态系统GEP造成了一定影响.该文以鄱阳湖流域为研究区,利用生态耦合模型估算2000—2016年间每月GEP,计算干旱指数SPI( standard precipitation index)探究干旱在时间和空间分布上对GEP的影响.通过对模型模拟的GEP与MODIS的GEP产品进行对比分析,发现两者具有较好的相关性,且在GEP低值区间两者表现几乎完全一致.研究结果表明,干旱对鄱阳湖流域植被生态系统GEP存在抑制效应,随着干旱程度的加剧,GEP显著减少;两者不仅在时间上存在一致协同变化趋势,在空间分布上也表现出强烈的一致性.通过该研究,有助于管理部门了解干旱对GEP产生影响的作用机制,为流域生态环境保护提供科学支撑.     

几种不同生活型草原植物生长动态的比较研究

在内蒙古典型草原退化的羊草 大针茅(Leymus chinensis Stipa grandis)群落中,选择三种生活型(life form )的植物羊草(L. chinensis)、大针茅(S. grandis)、洽草(Koeleria cristata)、冷蒿(Artemisia frigida),采用多种数量化指标,对其在一个生长季内的生长动态、绝对生长速率、相对生长速率分别进行比较研究.结果表明:1. 植物地上生物量在整个生长季内均呈S型增长,羊草、大针茅和冷蒿均于8月中旬达到最大值,而洽草于7月中旬达到最大值;主要生长季内,生长受降水的抑制作用依次为:根茎型>丛生型>匍匐茎型,羊草>大针茅>洽草>冷蒿. 2. 羊草、洽草绝对生长速率AGR均呈双峰曲线,大针茅呈三峰曲线,冷蒿则呈单峰曲线.AGR最大值依次为:匍匐茎型>丛生型>根茎型,冷蒿(0.09932 g·stem-1·d-1)>大针茅(0.029533 g·stem-1·d-1)>洽草(0.003293 g·stem-1·d-1)>羊草(0.002407 g·stem-1·d-1).3.相对生长速率RGR与绝对生长速率AGR有相似的季节性变化,羊草、冷蒿RGR均呈单峰曲线,大针茅呈三峰曲线,而洽草呈双峰曲线变化;生长季初期RGR均表现出最高,生长潜能较大,随后出现不稳定的状态,但总体趋势在逐渐下降,7月末～8月中旬呈现负值;最大净积累效率依次为:冷蒿(0.107926 g·stem-1·d-1·g-1)>大针茅(0.064325 g·stem-1·d-1·g-1)>羊草(0.055327 g·stem-1·d-1·g-1)>洽草(0.04797 g·stem-1·d-1·g-1).4.从四种植物的生活型来看,不同生活型的植物种,生长曲线及生长速率都存在很大的差异,但同属于丛生型的大针茅和洽草生长动态曲线却明显相似.     

中国荒漠的形成、演化与现状

<正>中国的荒漠分布在哪?又是如何形成及演化的?在全球变暖的大趋势下,我国的荒漠又发生了哪些变化?荒漠是指气候干旱、植被稀疏矮小、荒凉贫瘠且地域广袤的自然地带。荒漠生态系统与森林生态系统、草原生态系统及冻原生态系统同为陆地生态系统的重要组成部分。由于荒漠跨越的自然环境及其间分布的植被差异很大,故又可细分为半荒漠、典型荒漠(普通荒漠)和极旱荒漠。本文中的荒漠即为以上三者的统称。中国荒漠的分布以沙漠和戈壁为主体的中国荒     

呼伦贝尔典型草原不同群落类型植被碳密度研究

在对呼伦贝尔典型草原植被调查的基础上,选取了羊草、大针茅+糙隐子草、冷蒿+糙隐子草、多根葱+大针茅、冰草+羊草、差巴嘎蒿+糙隐子草、柴巴嘎蒿+羊草、糙隐子草+大针茅、克氏针茅+糙隐子草、羊草+寸草苔、旱苗蓼+杂草、寸草苔+大针茅等12种典型植物群落,采用收获法对它们的生物量进行了研究,以估算该地区草地植被的碳密度.主要结果如下:研究区内12种类型植被地上部分碳密度为63.40~203.19g.c/m2,地下部分碳密度为141.30~616.72g.c/m2,植被总碳密度为204.70~772.61g.c/m2.在碳密度分配中,植被活体层、地表凋落物层和地下部分分别占总量的9.71%~26.38%、3.21%~12.13%和63.03%~83.66%,地下部分碳密度随土壤深度增加而减少,0~10cm明显高于其他几层,平均占总量的60.56%.总体上讲,草地植被的碳密度主要集中在地下部分;地下部分较高的碳密度是形成巨大而稳定地下碳库的基础.     

内蒙古草原不同空间尺度的植被反射波谱特征分析与鉴别

在区域尺度上,不同地带性的草地植被反射波谱特征之间差异极显,利用可见光波段反射率形成的鉴别函数可以在平均识别错误概率低于20％的精度上予以鉴别,而在中小尺度上群落波谱反射特征的差异程度与群落类型有关,典型草原的几个代表性群落－大针茅草原群落、克氏针茅草原、羊草草原、冷蒿草原等群落波谱特征的差异程度较高,平均鉴别错误概率小于15％,而在荒漠草原中,只有在灌丛化与非灌丛化草地群落之间波谱特征才有显差异,但在非灌丛化群落复合体内部,不同群落之间反射波谱特征差异较小,草甸草原中主要群落的反射波谱特征之间的差异程度也较低。     

大兴安岭森林生态系统氮磷元素对碳循环的影响

结合陆地生物地球化学模型CENTURY,以大兴安岭呼中自然保护区森林生态系统为例,探究大兴安岭生态系统碳循环以及氮磷元素对碳循环的影响.模型模拟达到平衡状态时的植被碳库碳储量为4 874.47g·m-2,在观测值2 430.08~10 001.7g·m-2的范围之内,土壤碳库的平衡值为8 353.42g·m-2,与观测值8 244.23g·m-2差别不大,说明CENTURY模型在研究区域有较好的适用性.但Century模型对营养元素的限制作用模拟过于简单,不能满足动态模拟植物生长状况的要求,因此需要对模型进行改进来达到更好的模拟效果.改进模型中氮磷限制作用产生方案后,模拟的植被碳库、土壤碳库、通量和生态系统碳储量都明显下降.植被碳库受氮磷元素限制作用影响较大,较修改前下降31%以上.土壤碳库中表层(0~10cm)碳库受到的影响程度更大,碳储量约降低33%.氮库在改进限制作用产生方案后,除了表层代谢库有较小的升高趋势外,其余库均呈现出增高趋势;与此相反,土壤磷库则表现出增加趋势,植被磷库表现出降低趋势,综合起来生态系统整体磷库表现出降低趋势,但降低幅度较小,为6%.     

柴达木盆地德令哈地区MODIS-NDVI时空变化及其与气候的关系

利用遥感与GIS手段,分析了12年来柴达木盆地德令哈地区MODIS-NDVI的时空变化及其与气温、降水量的空间相关性.研究表明:2000-2011年柴达木盆地德令哈地区生长季NDVI平均值年际变化趋势中,改善区、稳定区、退化区和无植被生长区的面积分别占总面积的49.13%,32.14%,0.51%,18.21%;山地和绿洲生长季NDVI平均值的增长率分别为3.9%/10a,2.9%/10a.在山地的各海拔高度带上,12年NDVI平均值越大的区域,植被改善趋势越强烈,反之改善趋势越微弱.山地改善区在海拔较低、坡度较小的区域以及南坡所占的面积百分比较大,绿洲植被改善显著的典型区域主要分布在农场区域和临近河流的部分区域,退化显著的区域主要分布在城镇建设区域,植被砍伐、铁路和公路修建区域.12年来德令哈地区气候呈暖湿化趋势.德令哈地区植被的生长状况与生长季降水量和生长季前期气温呈较强的正相关关系,而与生长季气温和前期降水量的相关性并不显著.春季较高的温度和较多的降水量、夏季较多的降水量以及前一年冬季较高的温度是植被生长的有利条件.     

不同放牧梯度上草原群落根系特征的数量分析

放牧作为最主要的生物干扰因子之一,影响着草原生态系统植被和土壤的生态进程[1-2],研究不同放牧强度对根系生物量的影响,将有助于了解草原生态系统碳汇潜力的变化,以期为退化草地的生态调控提供科学依据。1调查方法2009年7月21日至8月3日,于内蒙古呼伦贝尔草原东部的克氏针茅群落,选取轻、中、重放牧区,各样地设置50 cm×50 cm样方,齐地面刈割,用壕沟法分为3层(0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm),获取地下根系量,过筛冲洗后烘干,除