净初级生产力(NPP)是评价森林生态系统碳收支状况的重要指标,精确评估森林NPP变化以应对气候变化有着重要意义。以江西省修河流域为研究区,基于参数本地化后的Biome-BGC模型模拟了1960—2021年6种亚热带典型森林NPP动态变化,并结合温度...净初级生产力(NPP)是评价森林生态系统碳收支状况的重要指标,精确评估森林NPP变化以应对气候变化有着重要意义。以江西省修河流域为研究区,基于参数本地化后的Biome-BGC模型模拟了1960—2021年6种亚热带典型森林NPP动态变化,并结合温度、降水及气候变化情景分析了森林NPP对温度、降水的响应。结果表明:(1)1960—2021年,修河流域不同森林类型的NPP由高到低依次为:竹林(655.20 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿针叶林(629.42 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿阔叶林(600.01 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿针阔混交林(596.98 g C·m^(-2)·a^(-1))>落叶阔叶林(325.20 g C·m^(-2)·a^(-1))>灌木林(266.43 g C·m^(-2)·a^(-1))。(2)6种典型森林NPP的月际变化表明,落叶阔叶林NPP呈单峰变化并在8月份达到最高值,其他森林NPP均在8月份降至峰谷并呈双峰趋势。除落叶阔叶林和灌木林以外,其他森林NPP在7—9月与温度大多呈极显著负相关性,而与降水呈正相关,表明夏季温度升高、降水减少极大影响了植被生长。(3)从气象因子的拟合强度来看,NPP对温度的响应强度大于降水,温度与竹林NPP及落叶阔叶林NPP的拟合较强(R^(2)>0.46;P<0.01);而降水与常绿针叶林、竹林、灌木林及阔叶落叶林NPP都是较弱的拟合关系(R^(2)<0.21;P<0.01)。(4)未来气候情景中,适当升温有助于促进植被的生长,但升温超过阈值后NPP将受到抑制;在降水情景中,NPP与降水呈正相关性。NPP对温度的响应幅度远大于降水,且温度和降水的组合变化情景的拟合优度高于单一变化情景。展开更多
中国东南丘陵地区茶园的快速扩张对地区碳循环产生显著影响。Biome-BGC模型常被用于碳通量定量研究,但其对人工管理过程刻画不足。本研究结合实测与遥感叶面积指数(LAI)数据,改进了Biome-BGC模型,以增强其对茶园人工管理过程的模拟能力...中国东南丘陵地区茶园的快速扩张对地区碳循环产生显著影响。Biome-BGC模型常被用于碳通量定量研究,但其对人工管理过程刻画不足。本研究结合实测与遥感叶面积指数(LAI)数据,改进了Biome-BGC模型,以增强其对茶园人工管理过程的模拟能力。结果表明:LAI是Biome-BGC模型中关键的中间变量,对LAI的准确模拟是提升模型对茶园碳通量模拟精度的关键。改进后的模型显著提升了对总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(RE)的模拟精度,5年平均GPP和RE值分别为1.26、1.19 kg C·m^(-2),日尺度R^(2)分别达到0.55和0.80,较改进前分别提升44.5%和降低0.9%,均方根误差(RMSE)分别为0.887和1.030 g C·m^(-2)·d^(-1),较改进前分别降低50.3%和68.4%,月尺度的模拟效果更佳,显著改善了原始模型因未充分刻画人工修剪导致的碳通量高估问题。改进后的模型能够动态刻画修剪引起的LAI波动对碳循环的影响,并验证了其在不同时间尺度下的适用性,为存在高强度人工管理的茶园生态系统碳循环定量研究提供了技术支撑。展开更多
利用Biome-BGC模型模拟了1960—2013年太白山太白红杉林生态系统的净初级生产力(NPP),对其与太白红杉的径向生长关系进行了探讨,并分析了NPP值对气候变化的响应关系。结果表明:1960—2013年太白山太白红杉林北坡NPP年均值为305.33g C m^...利用Biome-BGC模型模拟了1960—2013年太白山太白红杉林生态系统的净初级生产力(NPP),对其与太白红杉的径向生长关系进行了探讨,并分析了NPP值对气候变化的响应关系。结果表明:1960—2013年太白山太白红杉林北坡NPP年均值为305.33g C m^(-2)a^(-1),南坡为320.71g C m^(-2)a^(-1),南北坡的NPP值均呈现出一定的上升趋势,北坡的上升速率(0.47g C m^(-2)a^(-1))要小于南坡(1.29g C m^(-2)a^(-1)),但是北坡太白红杉分布下限区NPP值波动浮动较大。且北坡太白红杉NPP值随着海拔高度的上升而逐渐下降,低海拔的变化振幅要大于高海拔地区,南坡无明显变化。多数采样点的模拟NPP值与树轮宽度指数年际变化趋势趋于一致,相关关系呈显著相关。太白红杉标准年表、模型模拟NPP值与气象因子的相关分析均表明太白红杉的生长与生长季气温的相关性显著高于降水,即生长季的气温是太白红杉生长的限制因子。气候的变化作为制约太白红杉生境的重要因素,影响了太白红杉树木的生长,进而对NPP的变化产生了影响。树木年轮很好的检验了Biome-BGC模型模拟结果。展开更多
研究中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应,对于制定合理的经营管理措施以应对区域的气候变化具有重要意义。基于对杨树人工林碳水通量的连续监测数据和对Biome-BGC模型参数的校准,模拟分析杨树人工林碳水通量及水分利用效率(WUE...研究中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应,对于制定合理的经营管理措施以应对区域的气候变化具有重要意义。基于对杨树人工林碳水通量的连续监测数据和对Biome-BGC模型参数的校准,模拟分析杨树人工林碳水通量及水分利用效率(WUE)对气候变化(气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升)的响应规律。结果表明,Biome-BGC模型校准后显著提升了其对杨树人工林碳水通量的模拟精度,对GPP、ET模拟结果的Nash-Sutcliffe效率系数(NS)分别为0.69和0.63,各自提高了64.3%和80%,均方根误差(RMSE)则分别降低至1.94 g C m^(-2) d^(-1)和0.88 mm/d,分别下降了26.5%和25.4%。在未来气候变化情景中,单独的气温上升、降水增加和大气CO_2浓度上升分别造成GPP的降低、升高和升高,其中GPP对大气CO_2浓度上升的响应程度(28%—44%)远高于对气温上升(1%—5%)和降水变化(3%—10%)的,ET则主要受降水的影响,响应程度在5%—14%之间。GPP和ET对气候变化的响应则受不同水平的气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升三者综合作用的影响。基于GPP和ET对气候变化的响应,WUE随气温上升、降水增加表现为降低趋势,随降水减少和大气CO_2浓度升高则呈升高趋势;其对未来气候中大气CO_2浓度升高的响应程度为27.7%—43.6%,远高于对气温上升(1.2%—5.8%)和降水变化(1.2%—3.5%)的,说明未来气候变化中大气CO_2浓度上升是促进杨树生长的主要因素;其中相对于当前WUE(2.8 g C/kg H_2O),C2T2P1和C0T3P0情景下WUE的升高和降低幅度最大,分别为45.4%和5.8%。展开更多
以西双版纳橡胶适宜种植区(海拔550—600m)的橡胶林(Hevea brasiliensis)为研究对象,应用参数同化后的Biome-BGC模型模拟了1959—2012年橡胶林的碳循环。结果表明,(1)与涡度相关监测结果相比,橡胶林年总初级生产力(Gross Primary Produc...以西双版纳橡胶适宜种植区(海拔550—600m)的橡胶林(Hevea brasiliensis)为研究对象,应用参数同化后的Biome-BGC模型模拟了1959—2012年橡胶林的碳循环。结果表明,(1)与涡度相关监测结果相比,橡胶林年总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)、年总呼吸(Total Respiration,Rt)的模拟精度分别为98.37%和90%。由于对年GPP的过低估计和对年Rt的过高估计,年净生态系统交换量(Net Ecosystem Exchange,NEE)的模拟值比实测值低157.35 g C m^(-2)a^(-1)。但若考虑干胶碳(139g C m^(-2)a^(-1)),模拟值与实测值十分接近;(2)橡胶林在模拟进行的前8年里因异养呼吸较高,以碳排放为主,NEE平均约357 g C m^(-2)a^(-1);之后转为以碳固定为主,NEE平均约^(-1)46 g C m^(-2)a^(-1);(3)橡胶林在40年的更新周期中可固定碳1835 g C m^(-2),是一个弱的碳汇。但与热带雨林相同周期固碳6720 g C m^(-2)相比,仍为碳源。以上结果为深入了解橡胶种植对区域碳循环的影响提供了科学依据,建议当地政府一方面要有计划的对老胶林进行更新,以维持当前橡胶林生态系统中的碳平衡;另一方面要注重对热带雨林的保护,从而实现区域经济和生态环境保护的协调发展。展开更多
三峡库区草地群落净生态系统生产力(NEP)的核算对于碳源/汇功能评价和生态屏障功能诊断具有重要理论意义。本文选取三峡库区的三种典型草地群落(雀梅藤群落、芒草群落、扭黄茅群落)为研究对象。基于气象数据和基础数据(高程、植被类型...三峡库区草地群落净生态系统生产力(NEP)的核算对于碳源/汇功能评价和生态屏障功能诊断具有重要理论意义。本文选取三峡库区的三种典型草地群落(雀梅藤群落、芒草群落、扭黄茅群落)为研究对象。基于气象数据和基础数据(高程、植被类型、土壤质地等),利用BIOME-BGC模型模拟并分析了1999—2013年库区草地群落植被NPP、NEP的变化特征及其与水热因子的相关性,分析了碳储量的变化特征及储存分布差异。结果表明:三种草地群落的植被NPP、NEP的年内变化规律均呈现倒U型,其中7—8月数值最大,呈现出明显碳源—碳汇—碳源的变化特征;三种草地群落多年NEP的平均值分别为6.63、4.85、4.17 g C·m^(-2)·a^(-1),碳汇功能明显。不同草地群落NPP、NEP对水热因子响应差异明显,其中雀梅藤群落NPP与温度呈显著正相关,与降水量呈负相关;芒草群落、扭黄茅群落NPP与温度均呈负相关,与降水量呈正相关;三个草地群落的NEP与温度均呈正相关,与降水量均呈负相关。三种草地群落碳储量丰富,多年累计值分别为33 979、50 750、29 236 kg C·m^(-2),且85%~90%储存在土壤中,植被碳储量最少约为3%~4%。展开更多
文摘净初级生产力(NPP)是评价森林生态系统碳收支状况的重要指标,精确评估森林NPP变化以应对气候变化有着重要意义。以江西省修河流域为研究区,基于参数本地化后的Biome-BGC模型模拟了1960—2021年6种亚热带典型森林NPP动态变化,并结合温度、降水及气候变化情景分析了森林NPP对温度、降水的响应。结果表明:(1)1960—2021年,修河流域不同森林类型的NPP由高到低依次为:竹林(655.20 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿针叶林(629.42 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿阔叶林(600.01 g C·m^(-2)·a^(-1))>常绿针阔混交林(596.98 g C·m^(-2)·a^(-1))>落叶阔叶林(325.20 g C·m^(-2)·a^(-1))>灌木林(266.43 g C·m^(-2)·a^(-1))。(2)6种典型森林NPP的月际变化表明,落叶阔叶林NPP呈单峰变化并在8月份达到最高值,其他森林NPP均在8月份降至峰谷并呈双峰趋势。除落叶阔叶林和灌木林以外,其他森林NPP在7—9月与温度大多呈极显著负相关性,而与降水呈正相关,表明夏季温度升高、降水减少极大影响了植被生长。(3)从气象因子的拟合强度来看,NPP对温度的响应强度大于降水,温度与竹林NPP及落叶阔叶林NPP的拟合较强(R^(2)>0.46;P<0.01);而降水与常绿针叶林、竹林、灌木林及阔叶落叶林NPP都是较弱的拟合关系(R^(2)<0.21;P<0.01)。(4)未来气候情景中,适当升温有助于促进植被的生长,但升温超过阈值后NPP将受到抑制;在降水情景中,NPP与降水呈正相关性。NPP对温度的响应幅度远大于降水,且温度和降水的组合变化情景的拟合优度高于单一变化情景。
文摘中国东南丘陵地区茶园的快速扩张对地区碳循环产生显著影响。Biome-BGC模型常被用于碳通量定量研究,但其对人工管理过程刻画不足。本研究结合实测与遥感叶面积指数(LAI)数据,改进了Biome-BGC模型,以增强其对茶园人工管理过程的模拟能力。结果表明:LAI是Biome-BGC模型中关键的中间变量,对LAI的准确模拟是提升模型对茶园碳通量模拟精度的关键。改进后的模型显著提升了对总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(RE)的模拟精度,5年平均GPP和RE值分别为1.26、1.19 kg C·m^(-2),日尺度R^(2)分别达到0.55和0.80,较改进前分别提升44.5%和降低0.9%,均方根误差(RMSE)分别为0.887和1.030 g C·m^(-2)·d^(-1),较改进前分别降低50.3%和68.4%,月尺度的模拟效果更佳,显著改善了原始模型因未充分刻画人工修剪导致的碳通量高估问题。改进后的模型能够动态刻画修剪引起的LAI波动对碳循环的影响,并验证了其在不同时间尺度下的适用性,为存在高强度人工管理的茶园生态系统碳循环定量研究提供了技术支撑。
文摘利用Biome-BGC模型模拟了1960—2013年太白山太白红杉林生态系统的净初级生产力(NPP),对其与太白红杉的径向生长关系进行了探讨,并分析了NPP值对气候变化的响应关系。结果表明:1960—2013年太白山太白红杉林北坡NPP年均值为305.33g C m^(-2)a^(-1),南坡为320.71g C m^(-2)a^(-1),南北坡的NPP值均呈现出一定的上升趋势,北坡的上升速率(0.47g C m^(-2)a^(-1))要小于南坡(1.29g C m^(-2)a^(-1)),但是北坡太白红杉分布下限区NPP值波动浮动较大。且北坡太白红杉NPP值随着海拔高度的上升而逐渐下降,低海拔的变化振幅要大于高海拔地区,南坡无明显变化。多数采样点的模拟NPP值与树轮宽度指数年际变化趋势趋于一致,相关关系呈显著相关。太白红杉标准年表、模型模拟NPP值与气象因子的相关分析均表明太白红杉的生长与生长季气温的相关性显著高于降水,即生长季的气温是太白红杉生长的限制因子。气候的变化作为制约太白红杉生境的重要因素,影响了太白红杉树木的生长,进而对NPP的变化产生了影响。树木年轮很好的检验了Biome-BGC模型模拟结果。
文摘研究中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应,对于制定合理的经营管理措施以应对区域的气候变化具有重要意义。基于对杨树人工林碳水通量的连续监测数据和对Biome-BGC模型参数的校准,模拟分析杨树人工林碳水通量及水分利用效率(WUE)对气候变化(气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升)的响应规律。结果表明,Biome-BGC模型校准后显著提升了其对杨树人工林碳水通量的模拟精度,对GPP、ET模拟结果的Nash-Sutcliffe效率系数(NS)分别为0.69和0.63,各自提高了64.3%和80%,均方根误差(RMSE)则分别降低至1.94 g C m^(-2) d^(-1)和0.88 mm/d,分别下降了26.5%和25.4%。在未来气候变化情景中,单独的气温上升、降水增加和大气CO_2浓度上升分别造成GPP的降低、升高和升高,其中GPP对大气CO_2浓度上升的响应程度(28%—44%)远高于对气温上升(1%—5%)和降水变化(3%—10%)的,ET则主要受降水的影响,响应程度在5%—14%之间。GPP和ET对气候变化的响应则受不同水平的气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升三者综合作用的影响。基于GPP和ET对气候变化的响应,WUE随气温上升、降水增加表现为降低趋势,随降水减少和大气CO_2浓度升高则呈升高趋势;其对未来气候中大气CO_2浓度升高的响应程度为27.7%—43.6%,远高于对气温上升(1.2%—5.8%)和降水变化(1.2%—3.5%)的,说明未来气候变化中大气CO_2浓度上升是促进杨树生长的主要因素;其中相对于当前WUE(2.8 g C/kg H_2O),C2T2P1和C0T3P0情景下WUE的升高和降低幅度最大,分别为45.4%和5.8%。
文摘以西双版纳橡胶适宜种植区(海拔550—600m)的橡胶林(Hevea brasiliensis)为研究对象,应用参数同化后的Biome-BGC模型模拟了1959—2012年橡胶林的碳循环。结果表明,(1)与涡度相关监测结果相比,橡胶林年总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)、年总呼吸(Total Respiration,Rt)的模拟精度分别为98.37%和90%。由于对年GPP的过低估计和对年Rt的过高估计,年净生态系统交换量(Net Ecosystem Exchange,NEE)的模拟值比实测值低157.35 g C m^(-2)a^(-1)。但若考虑干胶碳(139g C m^(-2)a^(-1)),模拟值与实测值十分接近;(2)橡胶林在模拟进行的前8年里因异养呼吸较高,以碳排放为主,NEE平均约357 g C m^(-2)a^(-1);之后转为以碳固定为主,NEE平均约^(-1)46 g C m^(-2)a^(-1);(3)橡胶林在40年的更新周期中可固定碳1835 g C m^(-2),是一个弱的碳汇。但与热带雨林相同周期固碳6720 g C m^(-2)相比,仍为碳源。以上结果为深入了解橡胶种植对区域碳循环的影响提供了科学依据,建议当地政府一方面要有计划的对老胶林进行更新,以维持当前橡胶林生态系统中的碳平衡;另一方面要注重对热带雨林的保护,从而实现区域经济和生态环境保护的协调发展。
文摘三峡库区草地群落净生态系统生产力(NEP)的核算对于碳源/汇功能评价和生态屏障功能诊断具有重要理论意义。本文选取三峡库区的三种典型草地群落(雀梅藤群落、芒草群落、扭黄茅群落)为研究对象。基于气象数据和基础数据(高程、植被类型、土壤质地等),利用BIOME-BGC模型模拟并分析了1999—2013年库区草地群落植被NPP、NEP的变化特征及其与水热因子的相关性,分析了碳储量的变化特征及储存分布差异。结果表明:三种草地群落的植被NPP、NEP的年内变化规律均呈现倒U型,其中7—8月数值最大,呈现出明显碳源—碳汇—碳源的变化特征;三种草地群落多年NEP的平均值分别为6.63、4.85、4.17 g C·m^(-2)·a^(-1),碳汇功能明显。不同草地群落NPP、NEP对水热因子响应差异明显,其中雀梅藤群落NPP与温度呈显著正相关,与降水量呈负相关;芒草群落、扭黄茅群落NPP与温度均呈负相关,与降水量呈正相关;三个草地群落的NEP与温度均呈正相关,与降水量均呈负相关。三种草地群落碳储量丰富,多年累计值分别为33 979、50 750、29 236 kg C·m^(-2),且85%~90%储存在土壤中,植被碳储量最少约为3%~4%。
