气候变化对内蒙古荒漠化草原优势植物物候的影响

近年来,植物物候已成为全球变化敏感而准确的综合指示器。深入研究区域气候变化对草原优势牧草生长发育的影响和监测草原生态环境变化,对指导当地农牧业生产、作物品种的生态学分类、自然区划或农业气候区划的指标,提供有力的基础理论支持。文章基于内蒙古西部荒漠化草原乌审召和锡林高勒两个牧业气象试验站1983—2009年优势牧草的物候期数据和同期气象数据,在分析年平均气温、年降水量和牧草物候期各指标线性趋势的基础上,研究了气候变化对内蒙古荒漠化草原优势牧草返青、开花与黄枯日期早晚的影响,结果表明:(1)1983—2007年内蒙古荒漠化草原区年平均气温升高明显,气候倾向率在0.34～0.57℃/10a之间,年降水量无显著变化,气候朝着暖干化方向发展。(2)受春季气温和降水的影响,27年间内蒙古荒漠化草原区供试草种中,除乌审召的碱茅返青呈现明显的延后趋势,平均每年延后0.6 d外,大部分牧草发育期呈提早趋势,幅度为0.1～0.6 d/a;研究期间,优势牧草的开花期总体呈提早趋势,其中锡林高勒的霸王和猫头刺开花提早最为显著,二者始花日期平均每年提前0.5 d和1.1 d;在夏末初秋气温和降水的综合影响下,内蒙古荒漠化草原区不同站点优势牧草的黄枯期变化差异明显,其中乌审召的优势牧草黄枯均表现为显著或极显著的延后趋势,幅度为0.6 d～0.8 d/a;而锡林高勒优势牧草的黄枯期则大部分表现为不显著的提前态势,究其原因,是由于锡林高勒站点在牧草黄枯前1～2个月气温升高和降水量减少所致。(3)虽然荒漠化草原区各草种物候期均有所变化,但整体上在气候变暖的背景下,所有供试植物生长季均不同程度的延长。     

广东省自然物候对气候变暖的响应

利用广东省气象观测网14个观测站点1982年以来自然物候观测资料和气温资料,对广东省近30年木本植物木棉、苦楝和动物蚱蝉物候在气候变暖过程中的变化进行分析。结果表明：近30年广东省木本植物、动物春季物候期明显提前,植物、动物春季物候期的提前与推迟对温度的上升与下降的响应是非线性的。木本植物春季物候期、动物春季物候期分别与2—3月平均温度、3—4月平均温度有明显的负相关。动物春季物候期与物候期间〉10℃有效积温也有明显的负相关。预估到2020年我省木本植物春季物候期、动物春季物候期将分别提前2.9、2.2 d。     

模拟氮沉降对温带森林凋落物分解的影响

森林凋落物的分解是生态系统养分循环的重要过程,以北京西山地带性植被栎树林（辽东栎：Quercus liaotungensis）为对象,主要研究温带森林植物凋落物分解对模拟氮沉降的响应,为更好地了解氮沉降对温带森林地区凋落物的分解过程提供参考.通过模拟氮沉降,研究不同形态氮（硝态氮、铵态氮和混合态氮）和不同水平氮沉降（对照0 kg·hm^-2·a^-1、低氮处理50 kg·hm^-2·a^-1 和高氮处理150 kg·hm^-2·a^-1）对凋落物分解的影响,在2 年的时间内调查分析了凋落物分解过程中质量损失动态和碳（C）、N 含量及w（C）/w（N）比值的变化.研究结果表明,氮沉降均使凋落物分解速率减缓,且随氮沉降剂量增加,凋落物分解速率相比对照分别减慢了9.88%（硝态氮低氮）、15.02%（硝态氮高氮）、11.46%（铵态氮低氮）、14.62%（铵态氮高氮）、13.04%（混合态氮低氮）和16.20%（混合态氮高氮）.且不同氮沉降类型、不同氮沉降水平间差异显著.不同形态、不同水平的氮沉降显著地增加了凋落物N 含量（P=0.061,P=0.087）,其中混合态氮沉降对凋落物中N 素含量增加最显著（P=0.044）.但在分解过程中,各处理均未对凋落物C 含量产生显著影响.不同水平的氮沉降显著降低了凋落物的w（C）/w（N）比值,而且不同类型不同水平氮沉降对凋落物w（C）/w（N）比值具有显著的交互作用（P=0.011）.综上所述,通过对模拟氮沉降后凋落物残留率等的变化分析,得出氮沉降对温带森林凋落物的分解产生了抑制作用.     

植物物候对模拟CO2浓度和温度升高的响应研究进展

以大气二氧化碳(CO2)浓度升高和全球变暖为主要特征的全球变化引起了各国政府和科学家的普遍关注.植物物候节律与气候等环境因子密切相关,已有大量研究表明,植物物候已经发生并正在发生着改变.植物物候与区域乃至全球气候变化之间存在密切关联,且其在全球碳循环中扮演着重要的角色.植物物候变化可能引起一系列生态效应.CO2浓度升高对植物物候的影响没有统一的规律,而温度升高一般加速植物物候过程,且在也同一功能群内,响应的方式有一定的趋同性,两者交互作用对植物物候影响的研究仍然匮乏.     

北方和温带森林生态系统的蒸腾耗水

北方和温带森林地处气候变化敏感的中高纬度地区,认识其蒸腾耗水过程的时卒动态及其控制因子是评价和预测森林在气候系统中作用的基础.本文综述了北方和温带森林蒸腾耗水的近期研究结果,从叶片、个体和林分3个尺度综合分析了树木蒸腾耗水的变异性及其影响因子,并探讨了其中的尺度转换问题.主要结论如下:尽管相同生活型树木的蒸腾耗水量变异性较大,但针叶树的平均蒸腾耗水量在叶片和个体尺度上显著低于阔叶树,而在林分尺度上针叶林和阔叶林之间差异不显著.3个尺度上的蒸腾作用均受太阳辐射、蒸汽压亏缺、土壤含水量等环境因子的影响,且存在因子间的交互作用,但主导控制因子因时空尺度而异.单株树木蒸腾量与胸径、边材面积和树高均呈显著正相关;林分日蒸腾量最大值与叶面积指数相关显著,而生长季日蒸腾量平均值则与年降水量和年均温呈正相关.这些蒸腾速率与生物环境因子之间的关系模型和不同空间尺度之间的联系是目前森林蒸腾过程尺度转换的基础.本文还讨论了该领域研究中存在的问题和研究热点.     

黄河源区植被生长季NDVI时空特征及其对气候变化的响应

利用黄河源区MODIS/NDVI数据、1∶100万植被类型图和气象资料,分析了该区不同植被类型生长季NDVI时空特征以及与气候因子的关系。结果表明,1）2000—2011年,黄河源区植被生长呈改善趋势,生长季NDVI年际变化率每10 a为＋2.75%,高寒草原、高寒草甸、高寒灌丛生长季NDVI年际变化率分别为每10 a＋2.84%、＋2.65%、＋2.77%。2）黄河源区植被改善面积占全区总面积的29.39%,主要分布在卡日曲和玛曲上游、扎曲流域、布青山南麓、扎陵湖北部和鄂陵湖周边地区。植被退化面积仅占全区总面积的0.98%,主要分布在约古宗列曲东南部山地和卡日曲北部山地。受水热条件控制,植被改善表现为：①植被改善面积南坡大于北坡;②植被改善面积随海拔升高先增加后减小;③植被改善面积随坡度增加迅速减小。3）黄河源区植被生长季NDVI与同期气温和降水分别存在显著正相关性,其中高寒草原和高寒草甸生长受降水影响更为明显,而高寒灌丛生长受气温影响更为明显。气候的暖湿化趋势可能是促使黄河源区植被生长改善的主要原因。     

东北春麦对气候变化的响应预测

农业是气候变化的主要敏感部门之一,气候要素的变化必然会对农业生产带来影响,反之通过一定的管理措施,农业也可以一定程度上适应气候变化.文章采用英国 PRECIS(Providing Regional Climate for Impacts Simulation)模型输出的未来气候变化情景,利用CERES-wheat模型研究了2070s气候变化对我国东北春麦生产的影响,并对不同地区的适应水平进行了分析.结果表明,气候变化会对东北的春小麦生产带来不利影响,东北西部地区产量下降明显,灌溉春麦的产量降低幅度小于雨养春麦.CO2的肥效作用可以缓解产量的降低幅度,同时通过品种更换以及灌溉等措施也可以降低不利影响,综合的适应措施较单一措施的补偿效果更好.     

2001—2022年海南岛生态环境质量时空变化特征及其对气候变化的响应

为了了解海南岛生态环境质量变化特征及其气候影响因素,该研究基于卫星遥感数据构建海南岛遥感生态指数（RSEI）,并利用经验正交函数（EOF）分解、回归分析、相关分析等方法探究2001—2022年间海南岛生态环境质量时空变化特征及其气候响应规律。研究结果表明：1)在2001—2022年间,海南岛生态环境质量整体优良、波动小,中部山区生态环境质量优于沿海区域。此外,海南岛西北部生态环境质量有显著改善趋势,但岛内其余大部分区域生态环境质量以变差趋势为主。2)海南岛生态环境质量呈现海南岛西北部与岛内其余区域反向异常和海南岛中部与沿海区域反向异常2种典型的空间分布模态,分别称为EOF1_RSEI和EOF2_RSEI模态。EOF1_RSEI模态反映了海南岛生态环境质量年际变化趋势特征,且与海南岛年平均气温和年降水量变化不显著相关。而EOF2_RSEI模态与海南岛年平均气温变化显著相关,与年降水量变化不显著相关。     

西辽河地区植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

植物生长依赖于气温、降水和日照等气象要素,对全球气候变化更为敏感.定量分析西辽河地区植被气候生产潜力变化特征及其对气候变化的敏感性,可为西辽河地区农业生产,生态保护和环境改善决策提供科学依据.基于西辽河地区11个站气象站1961—2018年的年平均气温和年降水量资料,运用Miami模型、Thornthwaite Mem...     

森林土壤有机层生化特性及其对气候变化的响应研究进展

森林土壤有机层是指累积在土壤表面未分解到完全分解的有机残余物质,在全球碳循环中具有十分重要的作用和地位.目前有关森林土壤有机层的生态研究主要集中于土壤有机层的凋落物储量、水土保持功能、生物多样性保育功能及其生化特性等,而有关其对气候变化响应的研究报道还相当少见,且已有的研究主要关于土壤有机层的碳源/汇动态等,有关森林土壤有机层生化特性对气候变化响应的研究还相对较少,这与其在全球气候变化中的作用和地位是极不相称的.过去10a中,有关土壤有机层生化特性对气候变化响应的研究主要包括土壤有机层的微生物数量、微生物生物量、呼吸作用、有机物质分解动态(凋落物分解)、酶活性等对环境变化的响应等方面.进一步的控制实验研究被认为是相当重要的.参51     

A tree and climate assessment tool for modelling ecosystem response to climate change

Understanding how vulnerable forest ecosystems are to climate change is a key requirement if sustainable forest management is to be achieved. Modelling the response of species in their regeneration niche to phenological and biophysical processes that are directly influenced by climate is one method for achieving this understanding. A model was developed to investigate species resilience and vulnerability to climate change within its fundamental-regeneration niche. The utility of the developed model, tree and climate assessment (TACA), was tested within the interior Douglas-fir ecosystem in south-central British Columbia. TACA modelled the current potential tree species composition of the ecosystem with high accuracy and modelled significant responses amongst tree species to climate change. The response of individual species suggests that the studied ecosystem could transition to a new ecosystem over the next 100 years. TACA showed that it can be an effective tool for identifying species resilience and vulnerability to changes in climate within the most sensitive stage of development, the regeneration phase. The TACA model was able to identify the degree of change in phenological and biophysical variables that control tree establishment, growth and persistence. The response to changes in one or more of these variables resulted in changes in the climatic suitability of the ecosystem for species and enabled a measure of vulnerability to be quantified. TACA could be useful to forest managers as a decision support tool for adaptation actions and by researchers interested in modelling stand dynamics under climate change.     

中国西南干旱对气候变暖的响应特征

基于相对湿润度的干旱等级分析方法,应用中国西南1958-2012 年气候资料,研究了中国西南干旱时域变化、空间分布、各季节的时空演变及其对全球气候变暖的响应特征,为应对气候变化提供科学依据.采用ArcGIS 系统中反距离权重方法进行空间插值分析绘图.结果表明：中国西南年干旱发生区主要分布于云南高原北部、川西高原和川西南山地,发生干旱区域占总面积的30%左右;其中,中旱区分布于云南高原北部、川西高原部分区域,占研究区总面积的11%左右;重旱区分布于云南高原北部、川西高原局部地区,占研究区总面积的5%左右;历年干旱出现频率平均31.7%.研究区干旱以冬、春季干旱为主.历年逐季冬、春季干旱出现站次平均分别为76.1%和46.2%.1958-2012 年云贵高原大部、四川盆地中部相对湿润度指数负绝对值增大,干旱等级提高,年干旱强度呈增强的趋势;其中,云贵高原大部分区域夏、秋和冬季相对湿润度指数负绝对值呈增大趋势,干旱显著增强;川西高原和川西南山地区冬季干旱呈增强趋势;四川盆地和川北区域秋季干旱呈增强趋势;川东盆地、贵州高原春季干旱也呈增强趋势.年干旱指数时间序列存在显著的3-4 a 和7-8 a 周期振荡;2009年为干旱强度显著加强的突变点,在全球气候变暖的背景下,预计未来数年中国西南干旱仍处在面积扩大、强度增强过程中.     

The sensitivity of carbon sequestration to harvesting and climate conditions in a temperate cypress forest: Observations and modeling

The role of disturbance and climate factors in determining the forest carbon balance was investigated at a Japanese cypress forest in central Japan with eddy flux measurements, tree-ring analyses, and a terrestrial biosphere model. The forest was established as a plantation after intermittent harvesting and replanting between 1959 and 1977, and acted as a strong carbon sink of approximately 500 g C m⁻² year⁻¹ for the measurement years between 2001 and 2007. A terrestrial biosphere model, BIOME-BGC, was validated using the eddy flux data at daily to interannual timescales, and the tree-ring width data at interannual to decadal timescales. According to the model simulation, during the observation period 270 ± 55 g C m⁻² year⁻¹ was additionally sequestered due to the indirect effects of the harvesting and planting, whereas the increase of CO₂ concentration and the change in climate increased the sink of 110 ± 40 and 30 ± 80 g C m⁻² year⁻¹, respectively. The model simulation shows that the forest is now recovering from harvesting, and that harvesting is a more important determinant of the current carbon sink than either interannual climate anomalies or increased atmospheric CO₂ concentration. We found that harvesting with long rotation length could be effective management activity in order to increase carbon sequestration, if the harvested timber is converted into products with long lifecycles.     

温带阔叶红松林中不同树种和倒木对土壤性质的影响

以长白山温带阔叶红松林为研究对象,通过野外采集土壤样品,综合研究老龄树及倒木对周边表层土壤性质的影响。研究结果显示,在本研究样地条件下,不同树种周边的表层土壤性质存在显著性差异,红松（Pinus koraiensis）周边土壤中水溶性有机碳WSOC的质量分数和特征吸光系数SUVA254值都高于紫椴（乃砌amurensis）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）,但是土壤水溶性总氮WSTN和交换性无机氮的质量分数却是红松低于紫椴和水曲柳。对倒木影响的森林表层土壤性质的研究结果显示,倒木下方森林表层土壤中WSOC、WSTN以及交换性矿质氮的质量分数都明显地高于林间土壤,说明在小尺度空间区域内,倒木可能是森林表层土壤活性碳、氮库的重要输入源。此外,本研究还利用主成分分析探讨了受树种影响的森林表层土壤不同性质之间的关联性,并对树种和倒木影响周边土壤性质的可能性机制进行分析。     

近60年新疆库尔勒市的气候变化特点分析

根据库尔勒市气象局和研究区安装的自动气象站的气象资料,采用滑动平均、距平分析、线性回归等方法,分析库尔勒市近60年的气候变化的基本特征,结果表明：（1）库尔勒市平均温度有4暖3冷的冷暖变化阶段,该地区平均气温呈上升趋势,特别是20世纪90年代以后气温明显增加;近10年的气温变化较大,比前50年的平均值上升了1℃;平均气温存在着明显的线性升温趋势。（2）库尔勒市年降水量变化趋势不是很明显,有2多4少的干湿变化阶段。近10年的降水量与前50年的降水量相比较偏少了2．4mm;年降水量不存在明显的线性变化趋势。（3）库尔勒市平均极端最高最低气温呈上升趋势,60年来该地区最高气温上升率与南疆最高气温上升率一致。近10年的极端最高最低气温与前50年的分别上升0．36℃和1．2℃,最低气温的上升对年平均气温的升高贡献最大。（4）通过比较库尔勒市气象站提供的气象数据和自动气象站提供的数据可以看出,该区域一定程度上受到城市热岛效应和人为干扰,因此需要在城市周边的某些地区安装气象仪器,以提高气象数据的精确性。     

1982-2006年华北植被覆盖变化及其与气候变化的关系

利用1982-2006年GIMMSNDVI数据反映华北地区植被覆盖变化状况,结合1982--2006年该地区85个气象站点的气温和降水数据,分别从年际变化、季节变化和月变化三个时间尺度分析华北地区植被覆盖变化及其与气候变化的关系。结果表明,从年际变化来看,华北植被变化与气温变化关系较与降水关系密切;从季节变化来看,华北地区植被生长在不同季节对水热条件变化的响应不同,春季和秋季植被生长与气温的关系较与降水的关系密切,而夏季植被生长主要受降水的影响;从月变化来看,4月和5月植被变化受气温变化影响较明显,一定程度上说明4月和5月植被生长的NDVI值增加可能是由于气候变暖引起的植被生长季提前产生的;6-9月植被生长与前2个月降水变化关系密切,说明植被生长对降水变化具有一定的滞后性。     

江苏省植被NPP时空特征及气候因素的影响

利用2000—2006年的EOS/MODIS卫星遥感资料,对江苏省植被净初级生产力（NPP）时空特征及气候变化对其影响进行分析。在ArcGIS软件中,建立线性回归方程获得NPP的变化斜率,分析7 a间各像元NPP的空间变化趋势。计算各像元的NPP数值与气候要素的线性相关系数,为定量阐述气候变化对植被生长的影响提供依据。结果表明,江苏省植被NPP 7 a平均值为506.6 g.m-2.a-1（以C计）,比全国同期NPP数值高出约40%。NPP表现出明显的年际变化,2004年植被年均NPP最大为530.6 g.m-2.a-1（以C计）,2000年最小,为481.1 g.m-2.a-1（以C计）。空间分布上NPP表现为东南高于西北,沿海高于内陆。2000—2006年江苏省有76%的区域植被NPP表现为显著增加,仅江苏南部少数区域表现出减少的趋势。除苏南少数区域外,气候因素控制着NPP的时空变化规律。其中气温的升高和太阳辐射的增加促进NPP提高,而降水量的增加引起NPP的降低。     

辽宁省气候-植被指标时空变化特征及森林适宜性分析

基于辽宁省56个气象站的气象资料,利用Kira的温暖指数（WI）、寒冷指数（CI）和徐文铎的湿度指数（HI）分析辽宁省近40年（1967-2006年）气候-植被指标的时空变异。结果表明,就辽宁省区域平均值而言,WI指数呈升高趋势,每10年增加幅度为2.47℃·月,CI指数呈下降趋势,每10年下降幅度为2.31℃·月,HI总体呈下降趋势,波动较WI和CI明显,从气候—植被指数变化趋势看,对红松Pinus koraiensis Sieboldet Zuccarini、长白落叶松Larixolgensis等不利,而对油松Pinu stabulaeformis Carr、栓皮栎Quercus vari abilis Blume等树种有利。空间变化特征表现为,温暖指数界限呈向西北移动的趋势,表明暖温带落叶阔叶疏林带的适宜面积增加,而温带针阔叶混交林带的适宜面积减小;HI指数减小并且向东移,表明随着指数带的北移和东移缩小限制了原有针叶树种的生长,而对栎树Phytophthora ramorum等阔叶树种有利。     

Modelling phytoclimatic versatility as a large scale indicator of adaptive capacity to climate change in forest ecosystems

CLIMPAIR is a new phytoclimatic model, correlative and niche-based, which simultaneously assesses non-linear, non-statistical and dual measurements of proximity/potentiality of a site with respect to a number of climatic ranges of species, defined by convex hulls, within a suitability space. This set of phytoclimatic distances makes it possible to evaluate the degree to which each species is suitable for that site. Considering not only the number of species compatible (expected species richness), but also all those compatible covers presenting a high level of suitability evenness and finally applying an indicator derived from Shannon's classic entropy index to the set of standardized phytoclimatic coordinates in the suitability hyperspace, we can evaluate the phytoclimatic entropy which may be considered as a means of estimating the phytoclimatic versatility of the site. A site with high phytoclimatic entropy would promise versatile future behaviour, characterized by a wide range of possibilities of adaptation to climate change, and hence versatility can be used as an index of resilience and ability of a forest ecosystem to adapt to climate change. The model has been applied to peninsular Spain for 18 forest tree species and 12 climatic variables between the current mean climate (period 1951-1999) and a future climatic scenario (period 2040-2069). The results generally point to a significant decrease in the versatility of forest tree formations in the area studied, which is not homogeneous owing to a dual altitudinal/latitudinal decoupling. The decrease in versatility is greater in Mediterranean biogeographical areas than in Euro-Siberian ones, where in some cases it actually increases. In altitudinal terms, areas at elevations of less than 1500 m tend to become less versatile than areas situated at higher elevations, where versatility increases partly as a result of enrichment of alpine conifer forests with broadleaf species.