干旱对陆地生态系统生产力的影响

该文综述了干旱对陆地生态系统生产力的影响,分析了其影响机制,并总结了植被对干旱的响应与适应及其机理机制。干旱通过抑制光合作用来降低陆地生态系统总初级生产力,干旱还可以降低生态系统的自养呼吸和异养呼吸。同时干旱还可以通过影响其它干扰形式来间接影响陆地生态系统生产力,如增加火干扰的发生频率和强度,增加植物的死亡率,增加病虫害的发生等。在生态系统水平上干旱可以降低碳固定,减弱碳汇功能,甚至把生态系统从碳汇改变成碳源。目前生态系统水平上的干旱影响研究主要通过两种方法实现,一种是模型模拟,另一种就是大型模拟实验。作为陆地生态系统生产力的实现者,在干旱胁迫条件下,植物也会采取积极的适应策略以减弱干旱对生态系统生产力的影响,其适应策略主要分以下3种:在一些周期性发生干旱的地区,植物会调整生长期以避开干旱或通过休眠来减弱干旱所造成的伤害;还有一些植物会通过调节体内的代谢过程,改变一些生理特性来抵御干旱;而长期生活在干旱条件下的植物则通过进化来改变了自身的生理生化代谢过程,形成耐旱机制。目前,植物对干旱响应的分子学机制,以及生态系统水平上对干旱的响应和适应仍然是薄弱的领域,也必然成为未来研究的重点。

东北地区陆地生态系统生产力及其人口承载力分析

日益增长的人口及其生存环境问题已经成为人类社会生存与可持续发展的关键,亦是区域生态承载力的重要指标。生态系统生产力及其人口承载力研究不仅可以弄清某一区域所能承载的最大人口数量,而且能为农业生态系统的宏观调控和长远发展规划提供依据。东北老工业基地地处地球环境变化速率最大的东亚季风区,以气候变暖为标志的全球变化必将影响东北地区生态承载力,进而影响该地区的人口承载力。该研究基于10km×10km分辨率的东北地区1980～2002年共23年的气象资料,结合植物生理生态特点和水热平衡关系建立的自然植被净第一性生产力模型和农业生产力模型,借助于地理信息系统软件,分析了东北地区4类生态系统类型:森林、农田、草地和湿地的生产力及其动态,指出东北地区近23年来年均气温呈显著上升趋势、年降水总体上呈减少趋势。23年来东北地区植被年均总生产力为3.52×1011kgDM.a-1,其中森林、农田、草地和湿地的年均总生产力分别为1.53×1011、4.55×1010、1.07×1011和4.63×1010kgDM.a-1,森林、农田、草地和湿地的平均生产力为5.73×103、1.84×103、5.64×103和5.55×103kgDM.hm-2.a-1。在此基础上,以第一性生产-第二性生产之间的生态适应性和能量-物质流平衡(在食物链上传递机制)为主线,通过对第一性生产力在人类直接消费与第二性生产之间以及各畜群(猪、肉牛羊、禽、奶牛和水产品(鱼))之间的分配,估算了1980～2002年东北地区在宽裕型、小康型与富裕型3种消费水平下,不输出商品粮和每年向国家提供350×108kg商品粮条件下的年均总人口承载力分别为2.61×108、2.15×108和1.77×108;和1.70×108、1.40×108和1.15×108。因此,要确保东北地区每年向国家提供350×108kg的商品粮,且在未来东北地区的生活水平要达到富裕型水平,必须控制人口数量。在此基础上,根据2020、2050、2070和2100年的气候预估资料,预测了2020、2050、2070和2100年东北地区在宽裕型、小康型和富裕型3种消费水平下的人口承载力分别为2.73×108、2.25×108和1.85×108;2.88×108、2.38×108和1.95×108;3.03×108、2.49×108和2.05×108;以及3.09×108、2.55×108和2.09×108。该研究可为东北地区及各省的生态建设与土地资源可持续利用提供参考。

臭氧污染与陆地生态系统生产力

空气污染的严重性、普遍性和不断发展的趋势及其对陆地生态系统生产力造成的重大影响已引起科学工作者的高度重视,成为一个急需解决的重要课题。对流层臭氧(O3)在空气污染现状与未来发展趋势中占据重要角色,该文重点探讨了O3对陆地生态系统生产力的光合、分配、生长和产量形成等主要过程的影响及其对整个生态系统的长期效应,并评述了相关研究方法进展。主要结论包括:O3在生产力形成过程中的每个环节中都有着不同程度的负面影响,通过影响光合作用和气孔导度,减少根冠比改变碳分配量,而最终导致粮食生产和森林生物量损失率高达30%;气候变化、CO2和O3协同作用对植物影响较为复杂,有促进也有抑制;生态系统模拟已成为研究O3污染影响陆地生态系统生产力的主要方法之一,在区域评估和未来气候预测方面都具有重要作用。

2000-2020年中国陆地生态系统年总初级生产力数据集

陆地生态系统年总初级生产力(AGPP)是粮食生产和陆地生态系统固碳的基础。分析AGPP的时空变化可以为保障区域粮食安全和减缓气候变化趋势提供理论依据,但需以准确评估区域AGPP为基础。基于ChinaFLUX的长期联网观测数据和公开的数据集,本研究构建了中国陆地生态系统AGPP数据集,并结合生物、气候和土壤因素,利用随机森林回归树通过模拟单位叶面积的AGPP构建了中国AGPP评估模型,生成了2000–2020年中国陆地生态系统AGPP数据,空间分辨率为30arcsecond,数据格式为tiff。本数据可以为模型模拟提供验证数据,也可以为区域生产力、生态质量、陆地碳汇评估及管理提供数据支撑。

日光诱导叶绿素荧光估算中国典型生态系统总初级生产力的能力

陆地生态系统总初级生产力(GPP,Gross Primary Productivity)是陆地生态系统碳循环的重要分量,提高其估算精度具有重要的科学意义。由于受多种因子的影响,GPP的时空变异明显,其估算结果存在较大的不确定性。日光诱导叶绿素荧光(SIF,Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence)与GPP密切相关,近年来被应用于估算区域和全球GPP,但其在中国生态系统的适用性尚不清楚。以中国8个典型植被生态系统为研究对象,驱动两叶光能利用率模型(TL-LUE,TwoLeaf Light Use Efficiency Model)模拟以站点为中心0.5°×0.5°区域内的月GPP,验证SIF估算GPP的能力。结果表明,SIF具有监测中国典型植被生态系统GPP的能力,月SIF与TL-LUE模拟的月GPP之间显著相关,其中5个生态系统中两者的R2高于0.8,最高达到0.91,GPP与SIF变化的斜率随生态系统类型变化。模拟的GPP与SIF遥感数据的季节变化特征相同,两者之间的一致性在生长季节好于非生长季节;SIF能更好地监测农田GPP的季节变化。

全球植被与大气之间碳通量的模式估计(英文)

用大气植被相互作用模式（AVIM）模拟了全球陆地植被的净初级生产力（NPP）。AVIM由相互耦合的两部分组成：物理过程，包括陆地表面水分和能量在土壤、植被与大气之间的传输；以及生理生态过程，如：光合、呼吸、干物质分配、凋落和物候等。全球的植被分为13类，土壤按质地分为6类。用EMDI提供的全球1637个包括不同植被类型的NPP观测点数据对模型进行了检验。NPP模拟的结果表明：全球陆地植被的平均NPP为405.13gCm-2yr-1，不同植被类型的平均 NPP变化范围在99.58 g Cm-2yr-1（苔原）到996.2 g Cm-2yr-1（热带雨林）之间。全球年总NPP为60.72GtCyr-1，其中最大的部分为热带雨林，15.84GtCyr-1，占全球的26.09％。最大的碳汇是在北半球的温带。模式模拟的NPP在全球的空间和季节分布是合理的。