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西南高山地区陆地生态系统碳循环及水分利用效率时空动态

作　者: 庞瑞
导　师: 张远东
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 生态学
关键词: 土壤有机碳 异养呼吸 净生态系统生产力 水分利用效率 西南高山地区 气候变化 CEVSA模型
分类号: S718.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂，是响应全球气候变化的敏感区域，对全球气候变化具有重要的指示作用。研究西南高山地区水碳动态及其对气候变化的响应，对于评估区域水碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。本研究应用生态系统模型CEVSA（Carbon Exchange between Vegetation, Soil, and the Atmosphere）估算了1954—2010年西南高山地区土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）、土壤异养呼吸（heterotrophicrespiration, HR）、净生态系统生产力（net ecosystem production, NEP）及水分利用效率（wateruse efficiency, WUE）的时空动态，分析了其对气候变化的响应。本文的主要结果如下：1.西南高山地区陆地生态系统土壤有机碳时空动态（1）西南高山地区1954—2010年平均土壤有机碳密度14.16kg C m-2，在空间分布上，SOC密度自东南向西北递增，与温度显著负相关（r=-0.447, P<0.01），而与降水量相关性不显著；（2）在时间尺度上，西南高山林区1954—2010年SOC总量变动范围为6.95Pg C—7.64Pg C，增加趋势显著（P<0.05），平均每年增加0.013Pg C；（3）西南高山地区主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林SOC密度均增加趋势显著，草地和常绿针叶林SOC密度年际变化与温度显著正相关（r=0.527, P<0.01. r=0.501, P<0.01），而常绿阔叶林SOC密度与温度相关性不显著，且3种植被类型与年降水量相关性皆不显著。（4）由于作为土壤有机碳输入的凋落物量对温度不如异养呼吸敏感，所以未来升温条件下，土壤有机碳储量可能增加速度降低或者呈下降趋势。2.西南高山地区陆地生态系统土壤异养呼吸时空动态（1）西南高山地区1954—2010年平均异养呼吸量为422g C·m-2·a-1，在空间分布上，HR自东南向西北递减，与年平均温度（r=0.721, P<0.01）、年降水量（r=0.564, P<0.01）均显著正相关；（2）在时间尺度上，西南高山地区1954—2010年HR总量增加趋势显著（P<0.05），变化范围为197—251Tg C/a，平均每年增加0.710Tg C，其中主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林均增加趋势显著（P<0.01），增加速度分别为1.621、1.496和1.055g C m-2 a-2；（3）土壤HR的年际变化主要受温度影响，且西北部高海拔地区较东南部低海拔对温度变化更为敏感，主要植被类型对温度敏感性Q10从大到小依次为草地（2.35）、常绿针叶林（2.34）、常绿阔叶林（1.93）。3.西南高山地区陆地生态系统净生态系统生产力时空动态（1）西南高山地区1954—2010年净生态系统生产力平均为29.7g C m-2 a-1，其中低海拔地区常绿针叶林和常绿阔叶林NEP较高，而高海拔地区的草地覆盖类型NEP较低。（2）西南高山地区NEP总量的变动范围为-8.36—29.4Tg C/a，平均每年吸收碳15.4Tg C；NEP年际下降趋势显著（P<0.05），平均每年减少0.187Tg C，下降显著的区域占研究地区总面积的35.2%（P<0.05），其中草地(-0.526g C·m-2·a-2, P<0.01)和常绿针叶林(-0.691g C·m-2·a-2, P<0.01)下降趋势极为显著。（3）年NEP总量的年际变化与年平均温度呈负相关（r=-0.454，P<0.01），与年降水量呈正相关（r=0.708，P<0.01），与温度显著负相关的区域占60.3%（P<0.05），与降水显著正相关的区域占52.1%（P<0.05），其中草地和常绿针叶林均与温度极显著负相关（r=-0.603, P<0.01. r=-0.485, P<0.01），而与降水量极显著正相关（r=0.554, P<0.01. r=0.749, P<0.01）。（4）西南高山地区是明显的碳汇区，但是由于土壤异养呼吸的增长速度大于净初级生产力（NPP, net primary production）的增长速度，最近20年有部分地区开始由碳汇转为碳源。4.西南高山地区陆地生态系统生态系统水分利用效率时空动态（1）西南高山地区1954—2010年平均水分利用效率为1.13g C·mm-1·m-2，在空间分布上，WUE与温度呈显著负相关（r=-0.386，P<0.01），与降水量显著正相关（r=0.100，P<0.01），3种主要植被类型水分利用效率从大到小依次是草地(1.35g C mm-1m-2)、常绿针叶林(1.14g C mm-1m-2)、常绿阔叶林(0.99g C mm-1m-2)；（2）在时间尺度上，西南高山地区1954—2010年WUE下降趋势显著（P<0.05），平均每年下降0.006g C mm-1m-2,其中草地、常绿针叶林及常绿阔叶林WUE均显著下降，下降速度从大到小依次是：草地、常绿针叶林、常绿阔叶林，趋势倾向率分别为1.37×10-3g C mm-1m-2 a-1、6.17×10-3gC mm-1m-2 a-1、1.03×10-2g C mm-1m-2 a-1；（3）西南高山地区大部分地区水分利用效率与温度显著负相关（76.3%，P<0.05），与降水量相关性则不如温度显著，草地、常绿针叶林水分利用效率均与温度呈显著负相关，相关系数分别为-0.889（P<0.01）、-0.863（P<0.01），而与降水量相关性不显著，且草地较常绿针叶林水分利用效率对温度变化更为敏感。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
目录  11-17
第一章 绪论  17-26
  1.1 引言  17-23
    1.1.1 研究背景  17
    1.1.2 国内外研究现状及评述  17-23
  1.2 研究目标和主要研究内容  23-24
    1.2.1 研究目标  23
    1.2.2 主要研究内容  23-24
  1.3 研究技术路线  24-26
第二章 研究地区和研究方法  26-34
  2.1 研究地区概况  26-29
    2.1.1 西南高山地区土地覆盖类型分布  27-28
    2.1.2 西南高山地区温度和降水量空间分布  28
    2.1.3 西南高山地区温度和降水量变化趋势  28-29
  2.2 研究方法  29-34
    2.2.1 数据来源  29-30
    2.2.2 模型介绍  30
    2.2.3 模型运行与验证  30-33
    2.2.4 数据分析  33-34
第三章 西南高山地区陆地生态系统土壤有机碳时空动态  34-39
  3.1 土壤有机碳密度空间分布  34-36
  3.2 土壤有机碳时间变化动态  36-38
    3.2.1 土壤有机碳年际变化趋势  36
    3.2.2 土壤有机碳年际变化趋势空间分布  36-38
  3.3 小结  38-39
第四章 西南高山地区陆地生态系统土壤异养呼吸时空动态  39-44
  4.1 土壤异养呼吸空间分布  39-41
  4.2 土壤异养呼吸时间变化动态  41-43
    4.2.1 土壤异养呼吸年际变化趋势  41
    4.2.2 土壤异养呼吸年际变化趋势空间分布  41-43
  4.3 小结  43-44
第五章 西南高山地区陆地生态系统净生态系统生产力时空动态  44-53
  5.1 净生态系统生产力空间分布  44-47
  5.2 净生态系统生产力时间变化动态  47-51
    5.2.1 净生态系统生产力年际变化趋势  47-48
    5.2.2 净生态系统生产力年际变化趋势空间分布  48-51
  5.3 小结  51-53
第六章 西南高山地区陆地生态系统水分利用效率时空动态  53-59
  6.1 水分利用效率空间分布  53-55
  6.2 水分利用效率变化动态  55-57
    6.2.1 水分利用效率年际变化趋势  55
    6.2.2 水分利用效率年际变化趋势空间分布  55-57
  6.3 小结  57-59
第七章 讨论  59-71
  7.1 西南高山地区陆地生态系统土壤有机碳空间分布及年际变化  59-62
    7.1.1 土壤有机碳空间分布特征  59
    7.1.2 气候变化对土壤有机碳的影响  59-62
  7.2 西南高山地区陆地生态系统土壤异养呼吸空间分布及年际变化  62-65
    7.2.1 土壤异养呼吸的空间分布特征  62-63
    7.2.2 气候变化对土壤异养呼吸的影响  63-65
  7.3 西南高山地区陆地生态系统净生态系统生产力空间分布及年际变化  65-68
  7.4 西南高山地区陆地生态系统水分利用效率空间分布及年际变化  68-70
  7.5 展望  70-71
第八章 结论  71-73
  8.1 西南高山地区陆地生态系统土壤有机碳时空动态  71
  8.2 西南高山地区陆地生态系统土壤异养呼吸时空动态  71-72
  8.3 西南高山地区陆地生态系统净生态系统生产力时空动态  72
  8.4 西南高山地区陆地生态系统水分利用效率时空动态  72-73
参考文献  73-82
在读期间的学术研究  82-83
致谢  83

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 林业基础科学 > 森林生物学 > 森林生态学
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