1961—2010年新疆生长季节指数时空变化特征及其农业响应

在定义生长季节长度(GSL)、生长季节开始时间(LSF)以及生长季节结束时间(FFF)三个生长季节指数的基础上,采用模糊聚类、稳健回归及Mann-Kendall非参数检验等方法分析新疆1961—2010年生长季节指数时空变化特征,并针对作物生长季节指数变化对区域农业生产的影响进行了深入探讨。结果表明:新疆20世纪90年代中期,GSL变化幅度很大,低纬地区生长季节受低温影响较小,而随纬度上升,中高纬地区生长季节受低温影响越大。生长季节长度的变化与秋季低温(生长季节结束时间)变化情况紧密相连,全疆生长季节长度在80%的保证率下,较多年平均生长季节长度缩短5~14 d。生长季节长度的延长,会导致净初级生产力以及年蒸散发总量上升,继而影响水文、生态系统以及生物地球化学过程。

The relative controls of temperature and soil moisture on the start of carbon flux phenology and net ecosystem production in two alpine meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau

在温带和寒冷地区,春季植被物候的变化普遍受温度影响。然而,在寒冷地区的干旱/半干旱生态系统中,温度对物候的影响仍难以捉摸,因为土壤水分状况有调节物候的重要作用。利用生长度日(growing degree day,GDD)和生长季节指数(growing season index,GSI)模型,对最低温度(minimum daily temperature,T_(min))与土壤水分(daily soil moisture,SM)进行耦合,探索热量需求和水文气候交互作用对青藏高原(QTP)两个不同降水状况的高寒草甸生态系统碳吸收期开始日期(start of carbon uptake period,SCUP)和净生态系统初级生产力(net ecosystem productivity,NEP)的影响。其中,一种是水分限制的高寒草原草甸生态系统,另一种是温度限制的高寒灌丛草甸生态系统。GDD模型和GSI模型与SCUP明显相关联:在湿润的高寒灌丛草甸生态系统中,SCUP对生长季前GDD和GSI的变化同样敏感;而在半干旱高寒草原草甸生态系统中,与GDD相比,SCUP对生长季前GSI的变化更敏感。这些不同模式表明,限制SCUP的气候因子由温度和水分有效性的平衡来决定。在湿润的高寒草甸生态系统中,在不受干旱胁迫的情况下,较高的SCUP温度敏感性可以最大化热效益,正如观察到的SCUPs与GDD模型模拟具有较高的线性相关系数(R2)和AIC。而在半干旱的草原化草甸中,较高的SCUP水分敏感性可以最大化水分效益,正如观测到的SCUPs与GSI模型模拟具有较高的R2和AIC。此外,虽然在高寒灌丛草甸生态系统中SCUPs由GDD决定,但两个高寒草甸生态系统NEP均受累积GSI控制。本研究重点强调湿润和半干旱高寒草甸生态系统水文气候交互作用对春季碳通量物候和植被生产力的影响;揭示半干旱地区高寒草甸生态系统物候和碳平衡模型中应该包括温度和水分条件。这些结果对改善植被物候模型具有重要意义,从而加深我们对将来植被物候、生产力和气候变化相互作用的理解。