利用蒸散比和气温模拟藏北高寒草甸的光能利用效率

光能利用效率(light use efficiency,LUE)是指初级生产力与植被冠层吸收的光合有效辐射(absorbed photosynthetically active radiation,APAR)之比,对LUE的准确定量化模拟是定量化模拟初级生产力的基础。研究利用一个基于通量观测的LUE模型(EC-LUE)模拟了2004-2005年藏北高寒草甸的LUE,该模型的参数只有蒸散比(Evaporative Fraction,EF)和气温(air temperature,T_a),EF和T_a分别为最大光能利用效率(maximum light use efficiency,LUE_max)的水分和温度胁迫因子,在研究中LUE_max取0.85 g C/MJ。EF和T_a对LUE_max的胁迫作用存在两种方式:连乘方式和最小限制因子方式,这两种方式模拟的光能利用效率分别记为LUE_multipEC和LUE_minEC,并与通量观测数据估算的LUE(LUE_EC)进行了比较。结果表明,LUE_minEC显著高估了LUE_EC,而LUE_EC和LUE_{multipEC差异不显著;LUEmultipEC和LUEminEC分别解释了89%以上LUEEC的季节变化;EF显著地解释了土壤表层含水量、 比湿,且在一定程度上解释了相对湿度的季节变化;相对于水分胁迫因子,温度胁迫因子更能够解释LUEEC的季节变化。因此,EC-LUE模型可以定量化高寒草甸LUE的季节变化,同时EF可以定量化高寒草甸生态系统水分状况的季节变化。}     

湿地植被叶面积指数对光化学指数和光能利用率关系的影响————基于实测数据和PROSPECT-SAIL模型

光化学指数PRI(Photochemical Reflectance Index)是估算光能利用率LUE(Light Use Efficiency)的一种快速监测的有效指标,分析各种因素对二者的影响是提高估算精度的前提.论文针对三种杭州湾典型湿地植物 [旱柳(Salix matsudana),柽柳(Tamarix chinensis)和芦苇(Phragm itescommunis)],实地观测了其光合作用及日变化,叶面积指数以及同步植被光谱.同时采用PROSPECT-SAIL模型模拟叶面积指数LAI(Leaf Area Index)从小到大变化时植被冠层反射率,分析LAI的变化对冠层PRI的影响.结果表明:1)三种植被在日变化上,芦苇,旱柳和柽柳的PRI和LUE的相关性较好,R²分别为0.581 6,0.524 6和0.514 6;而对同一种植被在不考虑时间变化的条件下,PRI和LUE的相关性会有所减弱,对于LAI较小的冠层,PRI不能精确反映LUE;2)当LAI < 5时,冠层下土壤背景对冠层PRI影响较大,在不同土壤背景下,土壤亮度低的对冠层PRI影响较小;3)当LAI > 5时,土壤背景对冠层PRI影响较小,冠层自身的LAI才是影响PRI和LUE相关性的决定因素.因此,PRI和LUE关系模型还需要进一步探索和完善,引入更精确的模型和参数,不断提高LUE估算的准确度.     

基于神经网络的三江源区草地地上生物量估算

三江源区位于青藏高原腹地,作为长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,是我国重要的水源涵养和生态功能保护区.为了及时准确地获取该区域草地生物量信息,根据三江源区高寒草甸、高寒草原采样点的地上生物量实测值,结合遥感植被指数、海拔、气象观测数据（光合有效辐射、年均气温、年降水量）构建BP神经网络模型,估算2001—2010年三江源区的草地地上生物量,并对其进行分县统计和年际变化分析.结果表明:① 通过多次反复的训练与测验得到的BP神经网络模型,对高寒草甸、高寒草原的地上生物量模拟值与实测值的R2分别为0.73、0.79,表明BP神经网络模型具有较好的模拟效果.② 2001—2010年三江源区草地地上生物量多年平均值为172.34 g/m2,其中高寒草甸为214.81 g/m2,高寒草原为130.07 g/m2.③ 三江源区草地地上生物量的空间分布具有明显的空间异质性,呈从东南向西北递减的趋势.其中,位于东部的河南县草地地上生物量最高,为413.46 g/m2;而北部的曲麻莱最低,仅为69.04 g/m2.④ 2001—2010年三江源区草地地上生物量呈缓慢波动上升趋势,平均升幅为0.93 g/（m2·a）.研究显示,利用站点地上生物量实测数据构建BP神经网络模型并对地上生物量进行模拟,对于分析区域尺度的草地地上生物量分布格局和变化趋势行之有效.      

山地太阳散射辐射分布式模拟

基于100m×100m分辨率的数字高程模型（DEM）数据,全面考虑了地形因子对太阳散射辐射的影响,改进了开阔度的计算模型,并通过建立陕西省不同时空尺度月散射分量和晴空指数的估算模型,确定了陕西省气候平均情况下月散射系数的空间分布,实现了实际起伏地形下陕西省太阳散射辐射的分布式模拟,计算了陕西省范围内100m×100m分辨率1~12月气候平均太阳散射辐射的空间分布。结果表明：局地地形对太阳散射辐射空间分布的影响比较明显;模拟结果可靠,可进行大数据量处理,适用于遥感图像处理、地理信息系统等数据处理平台。     

光合有效辐射总量及其散射辐射比例变化对 森林GPP影响的模拟

研究利用基于冠层辐射传输与植物生理过程的MAESTRA模型,结合中国东部鼎湖山、千烟洲及长白山3个典型森林生态系统的CO₂通量观测数据,对光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation, PAR)总量及其散射辐射比例变化影响下生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)的变化进行了模拟与敏感性分析,从而探讨这两者的变化对森林生态系统GPP的综合影响。研究结果表明:PAR总量变化对GPP的影响程度由PAR总量变化幅度以及GPP对PAR总量变化的敏感程度所决定,较低的PAR总量与较高的温度条件下GPP对PAR总量变化较敏感;散射辐射比例增大可以提高森林冠层对入射PAR的吸收和利用效率,其对GPP的影响程度由散射辐射量的变化以及散射辐射与直射辐射在吸收与利用效率上的差别所决定,较高温度与叶面积条件下该差别较大;PAR总量与散射辐射比例共同变化对GPP的综合影响取决于上述两个过程的抵消结果,入射PAR较强时两者抵消作用通常更明显,在全年总量上,散射辐射比例变化对GPP的影响能抵消PAR总量变化影响的1/3~1/2。     

粤港澳大湾区植被CUE变化及与气候变化的关系

基于MOD17数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了2000~2019年粤港澳大湾区植被生产力和植被碳利用率（CUE）变化及其与气候变化的关系.结果表明,粤港澳大湾区总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）均值分别为1.80和0.89kg·C/m²,呈中部低四周高的空间格局,CUE均值为0.51,呈中部和东南部略高于四周的空间格局;GPP和NPP总体呈增加趋势,其年际变化率均值分别为0.01和0.001kg·C/（m²·a）,GPP年增长率远高于NPP年增长率,不同植被类型GPP和NPP也呈增加趋势.植被CUE则呈逐年下降趋势,其年际变化率均值为-0.002a^-1,由于气候因子变化对光合作用速率和呼吸作用速率产生的不同程度影响,从未来发展趋势看,68.22%的区域表明CUE仍呈下降趋势,植被碳固定能力减弱;不同植被类型CUE存在差异,其中农田CUE平均值最高,为（0.511±0.014）,森林和草地CUE分别为（0.500±0.019）和（0.501±0.020）,从变化趋势看,不同植被类型CUE呈极显著下降趋势（P < 0.01）;GPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体呈正相关关系,其所占比例分别为94.52%、53.36%和90.58%,NPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体上也表现为正相关关系,其所占比例分别为86.86%、71.10%和85.97%.然而,CUE与气候因子的关系却有所不同.CUE与气温和累积降雨呈正相关关系,但与累积太阳辐射呈负相关关系,不同植被类型GPP、NPP和CUE与气温、累积降雨量呈正相关关系,GPP和NPP与累计净太阳辐射呈正相关关系,但CUE与累积太阳辐射却呈负相关关系.     

土壤酸化-植被生产力空间信息模型构建及贵州典型森林对酸沉降的生态效应响应

将遥感数据驱动的土壤水平衡模型、植被生产力光能利用率模型与基于过程的土壤酸化模型、营养元素循环模型相耦合,建立森林土壤酸化-植被生产力空间信息模型,定量表达土壤和土壤水离子浓度、植被生产力、营养元素循环空间分异.将模型模块化,耦合于自主开发的EcoHAT系统(Ecohydrolgy Assessment Tools),并以贵州典型森林群落为研究对象,运用模型对群落土壤化学性质、植被生产力和营养元素生物循环的关键过程的时空演变模式进行了模拟和研究,与实验数据进行验证,取得良好的效果.运用情景设定的方式,定量模拟研究区酸雨的强度变化导致土壤中植被可吸收的盐基离子变化,以及对森林植被净第一性生产力(NPP)的间接影响.     

气候变化和人类活动对我国典型草原区植被恢复的影响

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NPP和基于Thornthwaite Memorial模型估算的潜在NPP的趋势差异,量化了2000～2020年气候变化和人类活动对我国典型草原区(北方温性草原区和青藏高原高寒草原区)植被恢复的相对作用.结果表明,研究区内93%的草地植被呈恢复趋势,NPP平均增加速率达(以C计)2.12 g·(m²·a)^-1(P<0.01),其中,近一半植被恢复区受气候变化和人为活动共同控制,约36%和10%植被恢复区分别受气候变化和人类活动的独立控制;此外,不同草地类型气候变化主导植被恢复的面积占比差异大,主要表现为高寒草地明显高于温性草地,气候条件越干旱,气候主导面积占比越大.人类活动不是北方温性草原区和青藏高原高寒草原区植被恢复的主要原因,但在气候条件恶化地区,人类活动可降低甚至抵消气候变化对植被的负面影响.未来需加强长...     

中国八大经济区GPP变化及影响因子协同机制

以中国和八大综合经济区为研究区,全面分析人文因子、土地利用类型、气候因子和地形因子对植被总初级生产力(GPP)空间分异的影响差异.利用MODIS GPP数据、气象数据、土地利用类型、DEM数据、夜间灯光和人口密度数据等,基于Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和地理探测器模型,在全国和经济区尺度上分析2000～2020年植被GPP时空变化特征,探测植被空间分异的影响因子及影响因子间的协同机制.结果表明,2000～2020年中国及八大经济区植被GPP整体呈波动上升趋势,呈上升趋势的区域占总面积的84.46%,其中,呈极显著上升区域占19.86%,主要分布在黄河中游综合经济区中部和大西北综合经济区东部.影响因子探测结果表明,湿度、日照时数、降水和土地利用类型是中国植被GPP空间分异的主要影响因子,其中,湿度的影响力最高,q值为0.64.经济区尺度上,湿度、日照时数、降水是影响东北、黄河中游、大西南和大西北综合经济区植被GPP空间分异的主导因子,而人文因子对东部和南部沿海综合经济区植被空间分异的影响较大.交互作用探测结果表明,中国植被GPP空间分异主要...     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

大气氮沉降对海北高寒草甸优势种叶片光合作用过程的影响

为研究大气氮沉降对海北高寒草甸光合作用过程的影响,对不同施氮水平和氮沉降类型〔KNO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl〕下5个群落优势种叶片w(TN)、异针茅叶片光合参数和冠层LAI(叶面积指数)进行测定和分析,并利用Farquhar植物光合作用模型估算光合参数变化对GPP(总初级生产力)的可能影响,其中,氮沉降设置4个水平,即对照〔0 kg/(hm2·a)〕、低氮〔10 kg/(hm2·a)〕、中氮〔20 kg/(hm2·a)〕和高氮〔40 kg/(hm2·a)〕,均以N计.结果表明:除了施加(NH₄)₂SO₄、低氮处理下甘肃棘豆叶片w(TN)显著增加9.4%以外,其他施氮水平和施氮类型对5个优势种叶片w(TN)均无显著影响.高氮处理下V_cmax25(25 ℃时最大羧化速率)、J₂₅(25 ℃时电子传输速率)、TPU₂₅(25 ℃时丙糖磷酸传输速率)和R_d25(25 ℃时暗呼吸速率)分别较对照处理高出38.6%、30.4%、27.8%和164.3%.氮添加后,R_d25的增加抵消了因V_cmax25增加引起的光合作用增强效果,使得整体上GPP的增加趋势不显著.不同施氮水平和施氮类型下海北高寒草甸群落优势种的LAI均未发生显著变化.研究显示,当大气氮沉降量低于40 kg/(hm2·a)时,氮沉降量的增加会促进海北高寒草甸植物叶片光合作用的反应速率,但对植物叶片w(TN)、LAI和GPP的影响并不显著.      

草地退化对三江源区高寒草甸生态系统CO2通量的影响及其原因

为了揭示草地退化对三江源地区高寒草甸生态系统碳通量的影响,利用涡度相关技术,于2006年12月1日~2007年11月30日对三江源地区的退化高寒草甸生态系统的碳通量及生物和环境因子进行观测.结果发现:草地退化对高寒草甸生态系统的碳通量产生了深刻影响,与未退化的高寒草甸生态系统相比,退化高寒草甸生态系统全年总初级生产力(GPP)下降了36.6%,全年生态系统呼吸(Reco)下降了7.9%,全年净生态系统CO2交换(NEE)也由退化前的负值(碳吸收)转变为正值(碳排放),二者相差132.5gC/(m2·a),生态系统由原来的碳汇转变为目前的碳源.这些变化与高寒草甸退化后,生态系统植物地上生物量锐减、植物生长期缩短(NEE<0的天数)、植物多样性下降、土壤含水量降低等因素密切相关.     

青藏高寒草地植被生产力与生物多样性的经度格局

沿昌都到噶尔县的经度梯度,对西藏典型高寒草地植被生产力与植物多样性开展了1 700 km的野外样带调查。实验结果表明：高寒草地的群落结构特征（地上生物量、地下生物量、盖度和密度）与生物多样性（物种丰富度、物种多样性和物种均匀度）均具有明显的经度分布格局。整体而言,这些特征参数均表现出自西向东沿荒漠草原—典型草原—草甸草原呈逐渐递增的趋势;其经度格局主要受降雨量和平均气温所趋动,但降雨量和平均温度的影响在不同指标间存在较大差异;地上生物量由二者共同决定,而物种丰富度受降雨量的影响更大。西藏高寒草地的物种丰富度与地上生物量间存在显著的幂指数关系（y=0.219 7 x 0.754 9, R²= 0.61, P< 0.01）。上述规律的发现,不仅有利于我们更好地理解高寒草地对未来气候变化的响应机制与适应途径,也将帮助我们合理制定放牧策略以实现该地区高寒草地的可持续发展。     

不同形态氮添加对多年生高寒栽培草地土壤理化性质和微生物群落结构的影响

探究不同氮素形态对多年生高寒栽培草地土壤理化性质和微生物群落结构的影响,以期为制定多年生高寒栽培草地氮添加方案提供科学依据.于2022年6月,在青海省海南藏族自治州共和县巴卡台农牧场以建植4龄的青海草地早熟禾（Poa pratensis Qinghai）+青海中华羊茅（Festuca sinensis Qinghai）混播草地为研究对象,以不施肥为对照（CK）,设置3个不同形态氮素处理,分别为U:尿素（酰胺态氮）、A:硫酸铵（铵态氮）和N:硝酸钙（硝态氮）,各处理的氮素施用量均为67.5 kg·（hm²·a）^-1,对不同处理下土壤养分和微生物群落组成及多样性进行分析.结果表明,外源铵态氮输入显著提高了NH₄ ⁺-N含量、AP含量和EC,酰胺态氮输入显著提高了SOC含量和TN含量,硝态氮输入显著提高了NO₃ ^--N含量、AN含量和TC含量.外源氮输入改变了土壤细菌和真菌群落结构以及优势菌门和属的相对丰度,但对细菌和真菌群落的Alpha多样性没有显著影响.主坐标分析（PCoA）表明,不同形态氮添加对细菌群落的Beta多样性具有显著影响,而对真菌群落影响不显著.冗余分析（RDA）表明,氮添加主要通过土壤铵态氮来改变微生物群落组成和结构.综合而言,在青藏高原多年生栽培草地土壤修复过程中,应优先考虑铵态氮肥.     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.