黄河流域植被格局变化对水分利用效率的影响

黄河流域横跨3个气候带,是全球人类活动最为强烈的地区之一,特殊的地理位置和复杂的下垫面导致其碳-水循环过程较为复杂。研究黄河流域碳水循环不仅是区域水资源利用的基础,也是实现气候变化条件下双碳目标的关键。水分利用效率(WUE)作为表征碳水过程的重要指标,可用于反映生态系统碳水耦合规律及其相互作用关系。基于此,利用全球陆表特征参量数据(GLASS)的净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)产品以及中国逐年土地利用与覆盖数据集(CLUD-A),分析了黄河流域植被格局变化背景下WUE在1990—2018年的时空变化特征及其驱动力。结果表明：(1)黄河流域全域WUE在29 a的均值处在0.18—1.53 g C/kg H₂O之间,存在明显的空间异质性,上游地区WUE明显高于中下游地区,分别在0.66—0.92 g C/kg H₂O和0.43—0.62 g C/kg H₂O之间波动,二者均存在波动上升态势。(2)黄河流域全域WUE在以2000年为中间点的10 a的增速达到近29 a的峰值,流域植被格局变化所带来的流域内NPP与ET变化速...     

松嫩草原碱化草地角碱蓬群落水分生态的研究

 本文采用自行设汁的蒸散仪和加拿大Campbe 11科学仪器公司生产的自动气象设备测定了松嫩草原碱化草地角碱蓬群落的蒸散、蒸腾量、太阳辐射及空气温度等环境因子。分析结果表明生长季的睛天条件下,角碱蓬群落的蒸散、蒸腾速率的日进程均为单峰曲线,且各月份间差异很大。群落蒸腾速率与太阳辐射强度、空气温度、相对湿度、风速等环境因子紧密相关,其中与太阳辐射强度呈极显著正相关关系。生长季降雨量和土壤含水量在角碱蓬群落水分循环与平衡的过程中起重要调节作用。1992年6～8月的生长季中,角碱蓬群落总的水分亏缺较少(6.3mm),但各月份间差异很大,其中6月份水分亏缺最高(30.1mm)。     

Testing parameter sensitivities and uncertainty analysis of Biome-BGC model in simulating carbon and water fluxes in broadleaved-Korean pine forests

生态过程模型的发展为研究者在长时间序列和区域尺度的研究提供了便利, 但模型模拟的准确性受到模型自身结构、模型参数估计合理性的影响。敏感性分析能够定量或定性筛选出对模型模拟结果影响较大的敏感参数, 是模型参数校准过程中的重要工具, 也是建模和应用的先决条件。该文以阔叶红松林为研究对象, 采用全局敏感性分析方法——傅里叶幅度灵敏度检验扩展法(EFAST)对Biome-BGC模型的生理生态参数进行了敏感性分析, 分别分析了红松(Pinus koraiensis)和阔叶树的净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)对参数变化的敏感性。结果表明: (1)模拟红松NPP的不确定性高于阔叶树, 但二者的模拟ET的不确定性均较小。阔叶树的NPP和ET对生理生态参数的敏感性总体上都小于红松。(2)无论是红松、阔叶或其他植被类型, 模拟NPP均表现出对叶片碳氮比、细根碳氮比、比叶面积(SLA)和冠层截留系数的敏感性, 这4个参数的高敏感性主要是由模型自身结构所决定的, 与植被类型和研究地区的关系较小。对模拟ET而言, 细根与叶片碳分配比、新茎与新叶碳分配比和SLA均是影响红松和阔叶树ET的敏感参数, 但红松ET主要受参数与参数间的二阶或多阶交互作用的间接影响, 而阔叶树ET则主要是受到敏感参数直接效应的影响。(3)除了上述影响红松和阔叶树碳水通量的共性参数外, 诸如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶中叶氮含量、叶片与细根周转率、所有叶面积与投影叶面积之比等也是对模拟结果有影响的重要参数, 但是其敏感程度随物种不同和研究区不同而不同, 所以这类参数可以根据具体情况进行参数本地化, 对于其他不敏感参数则可以采用模型缺省值。     

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。     

基于SPEI指数的淮河流域干旱时空演变特征及影响研究

运用淮河流域149个气象站1962—2016年逐日气温、降水资料以及历史旱情资料,基于SPEI、EOF和M-K等方法分析淮河流域的干旱时空特征,研究干旱的时空演变规律并揭示其对农业生产的影响。结果表明:(1)基于SPEI得到的干旱频次与受灾、成灾面积的相关性通过了0.1的显著性水平检验,表明SPEI在淮河流域具有较好的适用性;(2)淮河流域干旱发生时间差异明显,干旱次数呈现波动变化,发生重旱和特旱次数占总干旱的比重是20.0%,其中重旱和特旱在1960s比重最大(24.8%),其次是2010s(15.8%),在1980s比重最低(10.0%);(3)干旱的空间分布差异大,淮河流域干旱频率在27.76%—36.04%之间,西北部和东南部发生干旱强度较西南部、东北部及中部低;(4)淮河流域总体呈干旱化的趋势,从中部到四周呈现由高到低递减的趋势变化,且空间模态表现为全区一致型、南北相反型和东西相反型。     

2000-2015年中国陆地生态系统蒸散时空变化及其影响因素

准确量化区域蒸散时空格局及其影响因素对理解陆地生态系统碳水循环具有十分重要的意义。近年来中国经历了严重的空气污染及气候波动,亟须探讨蒸散的时空变化及其影响因素。基于PT-JPL（Priestly-Taylor Jet Propulsion Laboratory）模型,集成遥感数据和气象数据模拟了中国陆地生态系统2000-2015年蒸散,并分析其时空变化及影响因素。结果表明：1）参数优化后PT-JPL模型可解释蒸散年际变化的68%,优于原始模型及MODIS蒸散产品;2）中国地区多年平均蒸散为440.16 mm/a,呈东南沿海到西北内陆逐渐递减的空间格局;3）2000-2015年蒸散整体呈轻微下降趋势（slope=6.48 Gt/a,P=0.17）,但具有年代际差异,2000-2010年中国地区蒸散呈显著下降趋势（slope=21.05,P < 0.01）,占全国蒸散总量45.05%的内蒙古地区、甘新地区、黄土高原地区及青藏地区解释了61.88%的年际变化;2010-2015年呈轻微上升趋势（slope=10.48,P=0.71）,各地区均无显著变化趋势;4）辐射主导了蒸散的年代际差异,分别解释了2010年前后蒸散下降及上升趋势的51.45%、85.26%。蒸散呈显著变化趋势的内蒙古地区、黄土高原地区及青藏地区主要受辐射控制,甘新地区主要受降水和温度的影响。     

基于Shuttleworth-Wallace模型的科尔沁沙地流动半流动沙丘蒸散发模拟

陆面蒸散发在气候调节和维持区域水量平衡中起关键作用.量化蒸散发及其各组分项,对深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义.本研究基于科尔沁沙地流动半流动沙丘2017年生长季气象监测系统的原位监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型对沙丘蒸散发进行模拟,在此基础上,对蒸散各组分进行拆分,并利用涡度相关对模拟蒸散发值进行验证.结果表明: 整个生长季模型模拟蒸散发值为308 mm,涡度相关实测值为296 mm,偏差较小,证明S-W模型适用于该地区的蒸散发模拟.蒸散发整体呈生长旺盛期>生长后期>生长初期,分别为192、71和45 mm,分别占总量的62.3%、23.1%和14.6%.日尺度上模型模拟值与实测蒸散发值一致性较高,模型模拟精度大体表现为: 晴天>阴天>雨天,且阴雨天模型模拟值较涡度相关实测值偏低.经拆分,土壤蒸发和植被蒸腾分别为176和132 mm,分别占总量的57.1%和42.9%,表明沙地水分利用效率较低.持续干旱和降水后,蒸散发规律明显不同,且土壤蒸发对降水的敏感性强于植被蒸腾.     

地市尺度气候调节服务评估——以福州市为例

生态系统服务是衔接生态系统功能和人类福利的桥梁,气候调节服务在生态系统服务中占有极其重要的地位。对气候调节服务发生的全过程进行评估,对科学开展生态系统服务评估具有重要意义。本研究以福州市为案例,开展地市尺度气候调节服务评估,分析气候调节服务在行政单元、地类尺度上的时空变化特征。结果表明: 2015、2018年,福州市气候调节服务总实物量分别为4.01×10¹² MJ(价值量6139.44亿元,GDP为5618.08亿元)和4.66×10¹² MJ(价值量7140.02亿元,GDP为7856.81亿元),气候调节服务价值大致与当年GDP相当。主要的土地利用/覆被类型是森林、耕地、水域,分别占福州市国土面积的57%、15%和9%;水域对福州市气候调节服务贡献最大,2018年贡献度超过60%,高于林地(12%)及耕地(13%)。建成区、东部农耕区域气候调节服务价值较低。2015、2018年,福州市土地利用/覆被变化面积为1805.5 km²,变化最大的用地类型是耕地、林地,主要的土地利用转移方向是耕地与林地、林地与园地、耕地与城镇村及工矿用地之间的转化;气候调节服务总实物量变化了6.74×10¹¹ MJ,相应的价值变化量为1035.8亿元;气候调节服务变化集中在闽侯、闽清、永泰等中西部地区,以及罗源、福清等西部山区;水域的气候调节服务变化最剧烈,水域类型转化会产生极为强烈的气候调节服务变化,远高于其他用地类型转换的效果。     

交换量测定中的应用

植物群落蒸散量和CO₂交换量的测定方法多种多样。该文以水分、CO₂动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO₂交 换量的方法——LI-6262 CO₂/ H₂O分析仪接气室法。借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO₂交换量,取得了较好的 结果。该方法将群落的重要生态过程：蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有 精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定。对于精确研究草原区各 种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值。     

LI-6262CO2／H2O分析仪接气室法在草原群落蒸散量与CO2交换量测定中的应用

植物群落蒸散量和CO2交换量的测定方法多种多样。该文以水分、CO2动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO2交换量的方法——LI—6262CO2／H2O分析仪接气窒法。借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO2交换量,取得了较好的结果。该方法将群落的重要生态过程2蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定。对于精确研究草原区各种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值。