陆地生态系统碳氮水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。

模拟降雨下草地植被调控坡面土壤侵蚀过程

采用人工模拟降雨的方法,定量研究了黄土高原地区不同生长阶段黑麦草(Lolium perenne L.)和红豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)及裸地坡面的降雨产流产沙过程,并通过降雨前剪掉冠层的方法对比分析了两种牧草根系与冠层在减少坡面径流与侵蚀产沙中的贡献率。试验结果表明:与裸土坡面相比,两种牧草都能有效的控制坡面土壤侵蚀,在试验末期黑麦草和红豆草的减流效益分别为65%和45%,而两者的减沙效益均在93%以上。两种牧草根系与冠层减少坡面径流与泥沙贡献率存在一定的差异,黑麦草冠层比根系具有更大的减流贡献率,除最后试验阶段冠层减流贡献率为44.7%外,在其他试验阶段黑麦草冠层的贡献率大于60%。相反,红豆草对坡面径流的减少则主要依赖于根系的作用。植物根系在控制坡面土壤侵蚀产沙中发挥着很大的作用。从实验初期到实验末期,黑麦草和红豆草根系的减沙贡献率分别由72%和16%增加到96%和93%。