昼夜不对称增温对冬小麦花后冠层反射光谱特性的影响

全球变暖具有明显的昼夜不对称性,温度升高影响冬小麦的生长发育,也改变了其冠层的光谱反射特性。为了研究昼夜不对称增温对冬小麦冠层反射光谱特性的影响,在南京采用开放式田间增温系统,开展昼夜不对称增温的人工控制试验,利用FieldSpec Pro FR光谱仪测定了2个冬小麦品种扬麦15和徐麦31的冠层反射光谱,分析了冬小麦开花后冠层光谱反射率和一阶导数光谱,比较了2种增温方式对冠层反射光谱特性的影响。结果表明,与CK相比,昼夜不对称增温处理(白天增温1℃,夜间增温3℃,T2)的冬小麦冠层反射率,在近红外波段的下降最为显著,且以开花期的冬小麦冠层近红外波段反射率降低幅度最大。昼夜对称增温处理(白天增温2℃,夜间增温2℃,T1)下的冬小麦冠层反射率变化与T2处理后的变化相似,但其反射率降低幅度小于T2处理。在开花期,扬麦15在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.70、0.61、0.55,而徐麦31在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.65、0.60、0.52。由一阶导数光谱可以发现,T1、T2处理下,扬麦15红边位置由738 nm变为花后20 d的731和730 nm,俆麦31表现相同的规律。T1和T2处理也使得红边峰值下降,在开花期红边峰值下降幅度最大,且T2处理下降幅度较T1处理更大。与光谱反射率变化相对应,T1和T2均使2品种的叶绿素质量分数和叶面积指数(leaf area index,LAI)显著降低,以T2处理降低幅度最大。因此,昼夜不对称增温影响了冬小麦LAI、叶绿素质量分数、细胞结构和衰老程度,进而表现出冬小麦冠层反射光谱反射率的下降。

昼夜不对称增温对麦田土壤水分的影响

设置开放式田间增温系统，研究了昼夜不对称增温、昼夜对称增温，昼夜不增温条件下对冬小麦麦田水分的动态变化。结果表明，增温显著提高了小麦叶片的蒸腾速率，显著降低了土壤含水率，且主要影响O-30cm土层土壤水分。与对称增温处理相比，不对称增温处理下小麦叶片蒸腾速率增大，土壤含水率和土壤贮水量降低，不利于小麦根系对土壤水分的吸收。

寒旱区草地不对称增温现象对蒸散发的影响分析

选取1981—2020年海拉尔河流域及周边地区气象站点观测资料,结合水文数据,利用适用于植被稀疏下垫面的BTOP(Block-wise use of TOPMODEL)分布式水文模型估算区域蒸散发量,进而在不对称增温现象影响下,分析其对蒸散发的影响特征。结果表明:①流域内1981—2020年不对称增温现象显著,主要表现为因夜间温度升幅较大为主的昼夜不对称增温及地表温度升幅较大为主的地气不对称增温;②影响蒸散发的主要气象因子依次为相对湿度、风速、地气温差、地表温度和昼夜温差,且相对湿度、昼夜温差及地气温差与蒸散发量变化趋势相反,其中相对湿度及风速影响强度年际变化平稳,温度因子影响强度则逐年增强;③不对称增温对于流域蒸散发量的影响逐年增强,地表增温速率的增强是造成地气不对称增温的主要原因,在此影响下,区域蒸散发呈现减小趋势,故在探究蒸散发量变化原因时,温差变化不可忽视。

昼夜不对称增温对西藏冬青稞生长特性和产量的影响

青稞是藏族人民的主要食粮,青藏高原昼夜不对称增温明显,为了降低这种不对称增温对藏区未来粮食安全预测存在的不确定性,本研究在拉萨农业生态试验站以冬青一号为试验材料,采用FATI(Free Air Temperature Increase)田间开放式增温系统进行了为期两个生长季节(即2018–2019和2019–2020年)的昼夜不对称增温试验(即全天增温AW、白天增温DW、夜间增温NW和对照CK),以期探讨不对称增温对西藏冬青稞生长特性和产量的影响。结果表明:与对照相比,三种不同增温处理对冬青稞的物候期的影响显著,均导致各物候期提前,全生育期缩短,影响程度表现为AW>NW>DW,并且不同增温处理均使得冬青稞从播种到抽穗期的间隔缩短,抽穗期到完熟期间隔增加,AW效果最为明显,且达到统计显著水平(P<0.05);在生长前中期,冬青稞地上生物量和株高在不同增温影响下均有提高的趋势,生长后期,NW处理明显高于其他处理。此外,增温使得完熟期叶和茎鞘的分配比重下降,根和穗的分配比上升;AW、NW和DW增温处理产量两年平均提高了16.4%、24.6%和9.5%,其中2019–2020年NW处理较对照达到显著水平(t=–2.541,P=0.026);产量构成方面,有效穗数和千粒重有提高的趋势,每穗粒数除AW处理外有提高的趋势,穗长和结实率除NW处理外有降低的趋势。因此,昼夜不对称增温对西藏冬青稞的影响不同。

昼夜不对称增温对长白山阔叶红松林碳汇能力的影响

过去50年的气温数据表明全球陆地表面在夜间比白天变暖更快,然而以往的研究大多关注全天对等增温的影响,对昼夜不对称增温效应的认识不足。该研究利用光合增益和水力成本优化模型分析了两种增温情景(昼夜等幅升温和昼夜不等幅升温)对长白山阔叶红松林植被动态的影响。结果表明:光合增益和水力成本优化模型可以很好地模拟长白山阔叶红树林的碳收支状态(R^(2)=0.67,p<0.001)。增温普遍促进了长白山阔叶红树林的碳汇(11.2%–13.8%),但未显著改变其水分利用效率;而不同增温情景对年固碳量的促进作用并无显著差异。与此同时,增温增加了森林植被的水分压力,从而增加了植物的导水率损失百分数(水力脆弱性,1.1%)。由此可见,相比于当前气候条件,所有增温情景均会提高森林的碳汇能力,但同时也会加大森林的死亡风险,进而降低森林碳汇潜力。

季节性不对称模拟增温对青藏高原高寒草甸群落特征的影响

为探究全球气候变暖对青藏高原高寒草甸的影响,本文采用开顶式生长室(Open-top chambers,OTC)增温方式进行不对称季节性模拟增温,设置全年增温(T1)、夏秋冬季增温(T2)和春夏秋季增温(T3)3组不同处理,分析高寒草甸的群落组成及群落特征的变化。结果表明,增温后群落的优势种发生变化;群落的平均高度增加,其中T1和T3处理的群落平均高度显著增加;群落平均盖度无显著变化,但禾本科植物的高度和盖度增加;不同季节增温后群落的Patrick丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数均有不同程度的变化,Pielou均匀度指数则无明显变化,表现为T1处理的群落丰富度、多样性指数和优势度指数显著降低,T3处理的丰富度和多样性指数显著降低。高寒草甸植物群落对不同季节增温处理的响应程度有所不同。

中国植被类型区大气增温趋势及其不对称性研究

利用1962～2011年中国各植被类型区的452个站点的气温资料,分析了各植被类型区的年平均温度和极端温度随时间的变化趋势。结果表明：（1）过去50 a间,中国各植被类型区年平均气温、年平均最高温、年平均最低温都显著升高,并且最低温增温速度快于最高温增温速度,呈温差减小的不对称增温趋势;同时,寒冷地区增温速度高于温暖地区的增温速度,其中寒温带森林的增温幅度超过亚热带森林的2倍。近30 a间,寒温带森林区和温带森林区增温速度减缓,其他各植被类型区增温速度加快,呈现出热带、亚热带地区增温速度高于温带、寒温带地区的空间特点;（2）最高温增温速度在变快,最低温增加速度在变慢,多个植被类型区的最高温增温速度高于最低温增温速度,呈现出一种新的不对称增温趋势,即最高温与最低温间的温差在加大;（3）过去50 a和近30 a间,生长季和非生长季的温度变化多样,并分别对年平均温度产生了不同的影响,而生长季和非生长季温度的不同变化分别决定于其最高温和最低温的多样变化。

吉林省最高最低气温非对称变化时空演变特征

利用吉林省45个气象站1970-2014年逐日的最高、最低气温资料,分析吉林省最高、最低气温不对称变化在年、季尺度上的时空演变特征。采用经验模态分解法(EMD)分解年、季最高、最低气温序列,分析变化趋势。结果表明:近45年年平均最高、最低气温均呈增加趋势,且最低气温增幅是最高气温的两倍。四季的最高、最低气温变化形式与年变化一致;不同地区之间最高气温的增幅差异不大,最低气温增幅存在一定区别,东部最低气温增幅小于中、西部。相对稳定的增温区出现在西部和中部,不同季节的增温幅度不同,春、夏要强于秋、冬。经验模态分解(EMD)结果显示吉林省年平均最高、最低气温均为增加趋势,而春、冬季中最高气温趋势分量的倾向率与原始序列不同,为负值。夏、秋季中最高气温及四季中最低气温趋势分量序列与原始数据序列的倾向率一致,均为正值但大小存在差异。

物种异步性在不同增温条件下维持群落稳定性

不对称季节性增温,即冬季的温度增加明显高于夏季,已成为全球变暖的一个重要特征,尤其在寒冷和高海拔地区。过去的研究主要关注全年的温度增高,而对冬季增温的关注相对较少。然而,关于冬季增温对生态系统功能的影响存在显著的知识空缺。为了解决这个问题,我们在青藏高原的高寒草甸进行了为期8年的控制增温实验,设置3种处理:自然对照、全年增温和冬季增温。结果发现,无论是全年增温还是冬季增温都没有显著改变群落水平的物种丰富度。值得注意的是,通过物种异步性,群落生物量的稳定性得以维持。然而,增温对植物丰度组(优势种、常见种和稀有种)产生了显著影响。具体而言,冬季增温增强了优势种的稳定性,这是通过增加优势种的物种异步性,即禾本科植物和非禾本科杂草植物之间发生了补偿动态来实现的。相反,全年增温降低了常见种的稳定性,这与常见种丰富度的增加和常见种中异步性的下降相关。因此,本研究强调了高寒草甸在不同增温条件下通过物种异步动态来维持群落生物量稳定性的能力,这些研究结果为理解青藏高原高寒草甸生态系统特征提供了新见解。

黄土高原昼夜不对称性增温及其对植被NDVI的影响

本文选取1982—2015年黄土高原及周边地区102个气象站点的气象观测资料,结合归一化植被指数(NDVI)和植被类型数据,采用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法和二阶偏相关分析法,分析了黄土高原植被生长季日最高气温(T_(max))和夜间最低气温(T_(min))的时间序列变化趋势和空间格局、并分植被类型探讨昼夜不对称性增温对植被的影响。研究表明:(1)1982—2015年间黄土高原植被生长季T_(max)及T_(min)都存在极为显著的上升趋势(P<0.01),植被生长季T_(min)的增温速率约为T_(max)增温速率的1.6倍,昼夜增温呈不对称性;(2)昼夜不对称性增温对植被动态的影响呈现明显的分异特征,植被生长季植被NDVI与T_(min)表现出比T_(max)更显著的相关性,即相对于白天增温,夜间增温的变化对黄土高原植被的影响程度更加显著;(3)不同植被类型的NDVI与昼夜增温的偏相关分析可知,除草原、农作物外其他植被类型均与T_(max)表现为显著偏正相关(P<0.05);不同植被类型与T_(min)的偏相关关系差异明显,农作物与T_(min)表现为显著偏负相关(P<0.01),其他植被类型与T_(min)均呈偏正相关性(P<0.05)。

Warming and grazing enhance litter decomposition and nutrient release independent of litter quality in an alpine meadow

Warming and grazing,and ltter quality jointly determine liter decomposition and nutrient releases in grazing ecosystems.However,their effects have previously been studied in isolation.We conducted a two factorial experiment with asymmetric warming using infrared heaters and moderate grazing in an alpine meadow.Litter samples were collected from all plots in each treatment,among which some subsamples were placed in their original plots and other samples were translocated to other treatment plots to test the relative effects of each treatment on litter decomposition and nutrient releases.We found that warming rather than grazing alone significantly increased total losses of litter mass,total organic carbon,total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP)per unit area due to increases in both mass loss rates and ltter biomass.However,grazing with warming did not affect their total mass losses because increased mass loss was offset by decreased litter biomass compared with the control.Seasonal mean soil temperature better predicted litter decomposition than litter lignin content or carbon to nitrogen ratio.There were interactions between warming and grazing,but there were no interactions between them and litter quality on litter decomposition.The temperature sensitivity of TN loss was higher than that of TP loss per unit area.Our results suggest that increased temperature has a greater effect on litter decomposition and nutrient release than change in litter quality,and that more N release from litter could result in greater P deficiency in the alpine meadow.