气候变化及人类活动对中国土壤有机碳储量的影响

对中国1998年第二次土壤普查中的2000多个土壤剖面中碳储量与年平均温度 (T)、年降水量 (P) 的相关性研究表明：它们之间的相关性在不同的温度带下具有很大的差异,在T ≤10^oC的地区,土壤有机碳储量与温度的负相关性最强;在10^oC< T ≤ 20^oC的地区,受与降水正相关的影响,土壤有机碳储量与年平均温度表现出一种正相关性;而在T > 20^oC的地区,土壤有机碳储量与温度和降水的相关性都很差。由于温度和降水在中国存在很强的正相关性,因此在相关分析中宜采用偏相关分析方法。受人类耕种的影响,耕地土壤有机碳储量与温度、降水相关性远低于非耕地土壤。对具有相同土壤属性和气候条件的同一地区的耕地土壤与非耕地土壤样本进行的配对检验表明,耕地土壤与非耕地土壤有机碳储量之间存在显著差异,土地利用的改变在总体上导致了土壤碳的释放。     

亚热带人工湿地松林土壤溶解性有机碳动态变化及控制因素

土壤可溶性有机碳（DOC）是土壤有机碳库的活性组分,联接陆地和水生生态系统。DOC的降解影响碳循环、营养动力学机制和微生物的能源供给,因此改变生物地球化学过程。本研究对千烟洲森林试验站（QFES）土壤溶解性有机碳浓度垂直剖面和季节的变化及其控制因子,包括土壤性质和环境因素进行分析。2007年11月至2009年3月每两个月、2009年4月至2010年103每月,分别在土壤10、20、30cm深度和10、30、50cm深度,采用机械式真空取样装置共收集了土壤溶液样品。用总碳分析仪（TOC）测定DOC浓度,DOC浓度平均值范围为3．0-26．2mgL^-1。在土壤剖面10、20、30、50cm深度DOC浓度平均值（±标准差）分别为12．4±4．4、10．6±6．3、8．7±2．6及8．0±5．9mgL^-1。DOC季节平均浓度和春李DOC浓度平均值具有明显的随深度增加而降低的特征。而在夏季、秋季和冬季,DOC浓度在土壤剖面上的变化不具有明显的特征。春季、夏季、秋季和冬季DOC浓度平均值分别为10．2、10．5、10．8和8．3mg^L1,不同深度DOC浓度的季节变化没有一致的特征。分析表明,凋落物有机碳含量与DOC浓度之间无明显相关关系,SOC与DOC含量具有相同的土壤剖面变化特征,SOC与DOC之间具线性正相关关系（R^2=0．19,p〈0．01）,表明SOC是DOC的主要来源之一。在湿地松、马尾松和杉木林,土壤溶液10cm深度和5cm土壤温度间具有指数正相关关系（R^2=0．12,p〈0．01）。在湿地松土壤剖面,DOC浓度与土壤湿度具负线性相关关系（R^=0．15,p〈0．001）,在湿地松、马尾松和杉木林,土壤溶液10cm深度DOC浓度和5cm土壤湿度之间具有负指数相关关系（R^2=0．13,p〈0．001）。取样月降雨量与DOC季节平均浓度不相关。然而,对取样前不同时间降雨量与DOC季节平均浓度的分析表明,取样前降雨事件的时间对不同深度的DOC季节平均浓度有不同的影响。通过分析揭示了SOC和环境变量土壤温度、土壤湿度和降雨是DOC的控制因子。本研究以人工湿地松林碳循环中DOC动力机制为重点,为评价亚热带红壤区生态恢复的效果提供依据。     

亚热带人工针叶林冠层叶氮浓度的星载高光谱遥感能力评估(英文)

冠层叶片氮浓度(CNC)是影响森林生态系统生产力的重要参数之一。本研究探讨了星载成像光谱遥感在估测亚热带红壤丘陵区人工针叶林CNC的表现。分析包括了星载成像光谱数据(Hyperion影像)覆盖的两条样带上的57个野外样方,并将其分为三个子集(A-C)。利用一元回归和偏最小二乘回归方法分析了CNC与成像光谱信息之间的关系。在A-C子集中,CNC与近红外反射率(NIR)之间的相关性一致都呈现显著的正相关关系(R2=0.29,0.33和0.36,P0.05或P0.01)。另外,我们利用归一化的氮指数(NDNI)估计森林CNC的变异。在3个子集中,NDNI与CNC都呈现极显著的正相关关系,但相关性不高(R2=0.38,0.20和0.17,P0.01)。然后利用偏最小二乘方法分析了CNC与整个成像光谱数据(反射率、对数变换和一阶导数变换)之间的相关性,对于各个子集相关性不同且相对微弱。在分析已有数据和对比前人文献基础上,文章分析了影响成像光谱遥感森林CNC的可能原因,并指出研究区人工针叶林单一的冠层结构可能减弱了该地区森林CNC与成像光谱信息之间的相关关系。     

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

中国超级杂交稻在孟印缅地区的生产潜力模拟（英文）

In this study, information is collected on the weather, soils, field management and agricultural statistics in the Bangladesh, India and Myanmar(BIM) region. Crop growth parameters within the EPIC(Environmental Policy Integrated Climate) model are calibrated using cultivar data and regional experimental records of indica hybrid rice Fyou498 and Fengliangyou4 in China. Potential yields of rice are then simulated in the BIM region from 1996 to 2005. The effects of local irrigation and fertilization levels on super hybrid rice yield are examined. The potential yields of Chinese hybrid rice at local irrigation and fertilization levels in 2000 and at full irrigation and rational fertilization levels are found to be 10.22 t/ha and 11.33 t/ha, respectively. The potential for increasing monsoon rice production in the study region is 227.71 million tons. The eastern Indo-Gangetic Plain in India, the southeast coast of India Peninsula and the Ayeyarwady Delta in Myanmar have the largest potentials for monsoon rice production. The northeastern and southwestern areas of the Deccan Plateau and the northwestern region of the Indo-Gangetic Plain need to improve irrigation equipment to meet the water-use requirements of high-yield rice. The central and southern plains in Myanmar and northeastern India need greater access to nitrogen fertilization for high-yield rice.     

东北地区生长季长度变化及其对总初级生产力的影响分析

基于生态过程机理模型BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)和卫星遥感资料模拟了2001~2010年中国东北地区陆地生态系统总初级生产力(GPP)的时空分布特征,分析了生长季长度变化及其对东北地区陆地生态系统GPP的影响。研究表明:(1)2001~2010年东北地区生长季开始时间、结束时间及生长季长度均没有显著的变化趋势,生长季长度的变化主要受到春季温度的影响。(2)东北地区陆地生态系统年均GPP总值为1 057.8±44.6 TgC,其中生长季内GPP值约占总GPP值的97.57%,即东北地区GPP主要是在生长季内固定的碳量。(3)东北地区GPP主要受降水量的调节,而生长季长度变化对GPP的影响并不显著。     

基于遥感指数的中国南亚热带常绿林光合作用季节动态变化研究（英文）

准确监测中国南亚热带常绿林生态系统光合作用动态变化对全球陆地生态系统碳吸收估计及其对气候变化的响应至关重要。涡动协方差技术一直被认为是评估生态系统碳通量最直接的方法,虽然具有较高的时间分辨率,但在空间上有其自身的局限性。近10年,光谱观测和卫星遥感技术在植被生产力监测方面的应用大大提高了对碳通量的时空评估能力。本研究基于长时间序列光谱观测数据,提取叶绿素荧光指数(FRI)和光化学植被指数(PRI),进而评价两个生理遥感指数跟踪亚热带常绿林光合作用季节动态变化的能力。结果表明,传统NDVI指数受光照条件影响较大(R~2=0.88,p0.001),并呈现出饱和现象,而FRI和PRI指数则能较好地跟踪植物光和功能季节性变化,且在季节尺度上两者受光照条件的影响相对较弱(FRI指数R~2=0.13;PRI指数R~2=0.51);相比PRI指数与光能利用效率(LUE)在午间具有较强的相关性,FRI指数与GPP的相关性则在早上优于午间时段;而这两种相关关系均在植被衰退季优于植被生长季。另外,通过考虑光合有效辐射因子,基于FRI指数监测GPP的能力得到显著提高,R 2从0.22提高到0.69,呈显著正相关关系(p0.001);同时,在植被衰退季也呈现出更强的相关性(R~2=0.79,p0.001)。研究成果表明,FRI和PRI两个生理遥感指数能够准确地监测亚热带常绿林光合作用季节动态变化,建议把其引入碳循环模型中以改进区域碳收支估计。     

基于PnET-CN模型的亚热带人工针叶林生产力与固碳潜力模拟研究

A generalized, lumped-parameter ecological model PnET-CN was calibrated and validated for a subtropical coniferous plantation in southern China. PnET-CN model describes the biogeochemical cycles of carbon (C) and nitrogen (N) and can assist in estimating carbon sequestration potential. For validation of PnET-CN, data from coniferous forest plantations in southern China was used. Simulated daily gross primary productivity (GPP) from 2005 to 2007 agreed well with observations (R2=0.56, S.D.=0.009). Simulations of monthly soil res-piration (Rs) from 2005-2007 agreed well with Rs observations (R2=0.67, S.D. =0.03). Simu-lated annual net primary productivity (NPP) from 1998-2006 was 803 33 gCm 2a 1, about 4% higher than NPP observation (752 51 gCm 2a 1). Simulations of annual NEP from 2005 2007 only overestimate 9 gCm 2a 1 (4%), 4 gCm 2a 1 (1%) and 34 gCm 2a 1 (8%) compared to NEP observations, respectively. Simulated annual foliar N concentration (FolNCon) (1.09%) is 10% lower than observed monthly FolNCon (0.87%-1.58%). Simulated annual N leaching (0.26 gNm 2) is about 10% lower than leaching observation (0.29 gNm 2). PnET-CN model valida-tion indicates that PnET-CN is capable to simulate daily GPP, annual NPP, annual NEP, monthly Rs, annual FolNCon and annual nitrate N leaching for subtropical coniferous planta-tions in southern China. The results obtained from the validation test revealed that PnET-CN model can be used to simulate carbon sequestration of planted coniferous forests in southern China to a high level of precision. Sensitivity analysis suggests that great care should be taken in developing generalizations as to how forests will respond to a changing climate. PnET-CN performed satisfactorily in comparison to other models that have already been calibrated and validated in coniferous planted subtropical forests in China. Based on PnET-CN validation and its comparison to other models, future improvement of PnET-CN should focus on seasonal foliar N dynamics and the effects of water stress on autotrophic respirations in subtropical coniferous plantations in southern China.     

中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算

陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。     

2000—2015年中蒙俄经济走廊东段冻土时空变化及植被响应

中蒙俄经济走廊东段位于欧亚大陆多年冻土区东南缘及森林线南界接近区,冻土及生态环境脆弱。本文基于MERRA-Land陆面模式离线运行产品分析了中蒙俄经济走廊东段2000—2015年间冻土冻融的时空变化模式,以及冻土变化对返青期和全年不同阶段植被生长状态的影响。研究表明：2000—2015年间研究区多年冻土及季节冻土均持续退化,时间上主要表现为冻土提前解冻、延迟冻结;空间上主要表现为多年冻土南界的多年冻土退化和季节冻土下限抬升,及连续多年冻土南界的活动层加厚。解冻始日是森林地区植被返青的主控要素,林下冻土解冻对土壤含水量的增加及沼泽湿地的隔热蓄水功能影响了森林地区植被的生长。但随着多年冻土南界森林及林下泥炭地演替为草甸和农田,多年冻土退化,进一步促进林下沼泽湿地的消失。探讨冻土退化与生态环境之间的协同关系,有助于识别气候变暖和人类活动叠加影响下的冻土退化脆弱区以及生态环境敏感区。