生态系统模型中物候的参数化方法研究进展

物候和叶面积指数的季节动态在落叶林中是决定生态系统净生产力的关键因素。尽管物 候对能量和CO2 通量的影响可以简单地通过描述发芽和落叶的时间以及叶面积指数的季节动态 来表示, 但是由于对驱动物候的物理过程缺乏全面正确的理解, 在陆地生态系统模型中物候就成 为最难以参数化的一个过程。目前, 在陆地生态系统模型中描述物候主要有两种不同的方法: 一 种是基于气候变量( 主要是温度或积温) 的经验方法, 即是通过建立物候不同阶段与气候变量的 经验关系来预测关键物候事件发生的时间。另一种方法是基于碳吸收的物候参数化方案, 物候的 任何阶段都和当前的碳平衡相联系。在生态系统模型中, 基于碳吸收的物候参数化方法可以大大 降低物候模拟的经验性, 提高模型的适用性和模拟精度, 比基于气候变量的经验模型更适于模拟 未来气候变化影响。未来随着生理和分子水平上, 对控制物候和LAI 动态过程机理的揭示, 建立 基于过程的物候参数化方案和LAI 动态模拟模型就成为生态系统模型或气候模型的发展方向。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地风沙土的土壤酶活性研究

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地,利用咸水(矿化度4~5 g·L^-1)灌溉建立人工绿地后,受植被和各种人为措施的影响,风沙土内部性质发生了一系列的变化,土壤酶活性也发生了变化。1998年对不同种植时间、不同植被类型的样地布点采样,采样深度0~10 cm和10~50 cm。分析测定了转化酶、蛋白酶、H₂O₂酶、脲酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶活性,结果表明:①分析测定的6种酶活性随着植被建立时间的增长而明显增强;②相同种植时间不同植被类型的样地土壤酶活性有差异,如:相同种植时间,蔬菜地土壤酶活性要高于其他样地;③表层土壤酶活性高于下层,表明土壤酶活性随剖面深度下降而减弱;④通过相关性分析表明,土壤酶活性与有机质、氮、磷、微生物数量相关性显著;⑤通过与其他沙区土壤酶活性的比较,塔克拉玛干沙漠腹地土壤酶活性要相应低于其他沙区的流动和固定沙丘。     

水盐动态与土地利用变化相互作用的分析

利用1987年和1998年两期土地利用现状图,1988~1998年水文资料和2000年、2001年地下水和土壤水、盐含量的监测资料,分析三工河流域水盐的时空动态变化对流域土地利用的影响。1988~1998年三条河流年出山口总径流量10年间无显著变化,但上游老绿洲耕地面积逐步扩大,引水量逐年增加,可以占到出山口径流总量的90%以上。1998年相对于1988年,上游绿洲地下水位有所下降,而所有下游观测点的地下水位均有所升高,盐渍化问题加剧。通过2000年和2001年三工河流域下游的新垦绿洲地下水、土壤的连续观测表明,从绿洲、过渡带到沙漠中,土壤盐分含量的变化梯度不大,差异不显著,而水分则有显著的下降趋势。但是在过渡带由于受绿洲灌溉过程的影响,地下水位较浅,土壤含水量较高,植被较为稳定,因此绿洲边界始终没有变化。因此水分的减少是绿洲过渡带动态稳定的关键限制因子。绿洲内的撂荒地和靠近绿洲的荒漠草地受绿洲内部灌溉过程的影响,地下水位升高,超过了地下水的临界深度,同时又因为缺少灌溉的反复淋洗,在强烈的蒸发作用下,盐分的表聚现象十分明显,而且整个剖面内盐分的含量都较高,土壤的盐渍化现象非常严重。     

典型森林生态系统碳交换的机理模拟及其与观测的比较研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物—土壤—大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型，在区域和全球尺度上得到广泛应用，但缺乏在生态系统尺度上的验证。本研究对CEVSA模型中碳循环关键过程的定量表达进行了重要改进：将模型的模拟时间步长由“旬”改为“日”；增加了物候参数化的子程序；调整了生物量的分配方案；基于碳平衡模拟叶面积指数的季节动态等。分别使用改进前后的CEVSA模型模拟了3类典型森林生态系统碳交换的季节动态，模拟的结果与通量观测进行了比较分析。结果表明，改进后的CEVSA模型能更好地模拟不同类型森林生态系统碳交换的季节动态，但在不同生态系统的不同时段，模型模拟的结果与通量观测相比还有一定的偏差，模型在碳交换关键过程对环境变化的响应和适应，尤其是针叶林光合作用对温度变化的响应和适应，以及生态系统对高温和水分亏缺的响应和适应等方面的模拟还需要进一步的改进和验证。     

西太平洋副热带高压与中国植被的关系（英文）

There is a lack of simple ways to predict the vegetation responses to the East Asian Monsoon(EAM) variability in China due to the complexity of the monsoon system. In this study, we found the variation of the Western Pacific Subtropical High(WPSH), which is one of the major components of the EAM, has a profound influence on the vegetation growth in China. When the WPSH is located more to the west of its climate average, the eastern and northwestern parts experience increased yearly-averaged normalized difference vegetation index(NDVI) and gross primary productivity(GPP) by 0.3%–2.2%, and 0.2%–2.2%, respectively. In contrast, when the WPSH is located more to the east of its climate average, the above areas experience decreased yearly-averaged NDVI and GPP by 0.4% to 1.6%, and 1.3% to 4.5%, respectively. The WPSH serves as a major circulation index to predict the response of vegetation to monsoon.     

2000–2012年中国黄淮海农业区多熟种植时空变化（英文）

Multiple cropping index(MCI) is the ratio of total sown area and cropland area in a region,which represents the regional time intensity of planting crops.Multiple cropping systems have effectively improved the utilization efficiency and production of cropland by increasing cropping frequency in one year.Meanwhile,it has also significantly altered biogeochemical cycles.Therefore,exploring the spatio-temporal dynamics of multiple cropping intensity is of great significance for ensuring food and ecological security.In this study,MCI of Huang-Huai-Hai agricultural region with intensive cropping practices was extracted based on a cropping intensity mapping algorithm using MODIS Enhanced Vegetation Index(EVI) time series at 500-m spatial resolution and 8-day time intervals.Then the physical characteristics and landscape pattern of MCI trends were analyzed from 2000–2012.Results showed that MCI in Huang-Huai-Hai agricultural region has increased from 152% to 156% in the 12 years.Topography is a primary factor in determining the spatial pattern dynamics of MCI,which is more stable in hilly area than in plain area.An increase from 158% to 164% of MCI occurred in plain area while there was almost no change in hilly area with single cropping.The most active region of MCI change was the intersection zone between the hilly area and plain area.In spatial patterns,landscape of multiple cropping systems tended to be homogenized reflected by a reduction in the degree of fragmentation and an increase in the degree of concentration of cropland with the same cropping system.     

1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.     

亚热带针叶林水碳通量的模拟及其与观测的对比研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物-土壤-大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型,在区域和全球尺度上得到广泛应用.尽管该模型在大尺度上已经应用大量的植被生产力,碳储量和叶面积测定以及遥感反演数据进行了验证,但还缺乏在冠层和景观尺度上对模型的机理过程(如对光合,呼吸和蒸散过程及其导致的水碳通量变化)模拟的检验.以近年来生态系统机理过程研究的最新进展为基础,对模型进行改进,应用一个亚热带针叶林水碳通量连续观测数据对模型模拟结果进行检验,并分析机理模拟与涡度相关观测得到的水碳通量与环境条件关系的差异.模型模拟的主要水碳通量季节变化特征均与观测值一致.对蒸散和土壤水分的模拟结果与观测值相近,分别解释了观测值90%和86%的变异性,但是模拟值系统偏低.模拟的年总光合碳固定(GPP)和生态系统呼吸(Re)接近于观测值,并且能够分别解释其观测值79%和88%的变异性.尽管净生态系统生产力(NEP)的模拟值(394 gC/m2)也与观测值(387.15 gC/m2)接近,但是它仅能解释观测值31%的变异性.与观测值相比,模拟的NEP在冬季偏低而在夏季偏高.通过与温度、水汽压差的相关分析表明,在严重的高温和缺水胁迫条件下,模型没有准确模拟生态系统光合和呼吸过程.结果证明CEVSA模型对水碳循环的模拟与植被冠层尺度水碳通量测定结果一致,但仍然需要对极端温度和水分胁迫效应的模拟作进一步的ChinaFLUX.     

新疆阜康绿洲荒漠过渡带植物群落物种多样性特征

分别采用重要值、盖度、多度计算多样性指数、均匀度指数、丰富度指数、优势度指数，对新疆阜康荒漠地区植物群落的物种多样性进行了研究。结果表明：1)各类型群落的物种多样性水平表现为红柳、红砂、梭梭这三个群落较高，肉叶雾冰藜群落、叉毛蓬群落、盐爪爪群落、囊果碱蓬群落和雾冰藜群落居中，无叶假木贼群落和碱蓬群落较低；2)研究区总体群落物种多样性水平较低，随着群落演替其物种多样性水平呈现低—高—较高的变化趋势；3)对荒漠植被，以重要值或盖度为指标计测多样性指数较为可行。     

中国西部干旱区生态环境演变与调控研究进展与展望

国家重点基础研究发展规划项目"中国西部干旱区生态环境演变与调控研究"实施 2年来,在古气候重建和环境变化,绿洲的演变规律与驱动力,绿洲水盐平衡与主要水文过程,绿洲生态系统的结构、生态过程与稳定性,山地、绿洲、荒漠三大生态系统耦合机理,生态景观演变规律及其对气候变化的响应,重大工程行为的生态环境效应,荒漠化成因及时空分布等研究方向和内容上取得了重要进展。在此基础上,项目后 2年的研究重点将继续以绿洲安全机制研究为核心,在时间序列上,重点研究近 2 000年来绿洲的形成演变规律,特别是近百年及近50年来西部干旱区气候变化与绿洲形成演变的关系,定量辨识绿洲发展演化的驱动力;在空间结构上,阐明绿洲格局的动态过程,深入探明山地、绿洲及荒漠生态系统耦合关系、绿洲生态系统稳定性机理与安全、高效、持续发展模式等;结合西部大开发工程建设和产业发展的进程,研究开发重大工程的生态环境效应,建立不同类型的生态建设示范区;配合国家重大工程时段,对西部干旱区生态环境演变趋势进行预测,提出生态系统的调控体系和管理模式,为西部开发和可持续发展服务。