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高寒草甸表层土壤和优势植物叶片的化学计量特征对降水改变和氮添加的响应

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植物生态学报 2023年第7期47卷 922-931页

作者：李红琴张法伟仪律北洛阳师范学院生命科学学院河南洛阳471934 中国科学院三江源国家公园研究院西宁810008 国家生态科学数据中心北京100101 中国科学院西北高原生物研究所高原生物适应与进化重点实验室西宁810008 青海省林业和草原局林业碳汇服务中心西宁810008

降水格局改变和氮沉降增加是草地生态系统结构及功能演变的重要影响因素,其对高寒草甸土壤和植物的化学计量的影响存在很大变异,限制了对高寒草甸生态功能预测的准确性。该研究基于祁连山东段南麓高寒草甸降水改变(减雨50%和增雨50%)和... 详细信息

降水格局改变和氮沉降增加是草地生态系统结构及功能演变的重要影响因素,其对高寒草甸土壤和植物的化学计量的影响存在很大变异,限制了对高寒草甸生态功能预测的准确性。该研究基于祁连山东段南麓高寒草甸降水改变(减雨50%和增雨50%)和氮添加(10 g·m^(-2)·a^(-1))的控制实验平台,分析了2017-2020年表层(0-10 cm)土壤有机碳、全氮、全磷含量和优势植物麻花艽(Gentiana straminea)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)和矮生嵩草(Kobresia humilis)的叶片碳(LC)、氮(LN)、磷(LP)和钾(LK)含量等变化,以明晰土壤和植物的化学计量特征对降水改变和氮添加的响应。结果表明,土壤化学计量特征的变异存在显著年际效应,与实验处理无显著关系。地上活体生物量(PB)存在显著的年际差异,并受到氮添加的显著影响。优势物种叶片化学计量特征的变异因物种而异。垂穗披碱草叶片化学计量特征的变化均不显著,属于资源保守型物种,而矮生嵩草的变化显著,敏感性较强。基于处理样地与对照样地每年指标相对变化(Δ)的分析表明,氮添加显著提高了ΔPB达15.6%。降水减少显著降低了黄花棘豆ΔLC达6.8%,增加了矮生嵩草ΔLP达19.8%。研究表明仅氮添加提高了PB,降水减少改变了部分物种LC和LP含量,土壤和植物叶片的化学计量特征变异的年际效应或物种效应大于实验处理效应,凸显了高寒草甸生态系统对降水改变和氮添加响应的复杂性。

关键词：高寒草甸降水改变氮添加化学计量优势植物

青海湖北岸草甸草原CO_(2)通量年际动态及其驱动机制

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生态学报 2023年第3期43卷 1102-1112页

作者：马文婧李英年张法伟韩琳海北藏族自治州气象台西海810200 成都信息工程大学大气科学学院成都610200 中国科学院西北高原生物研究所西宁810001

青藏高原草甸草原是生态系统中重要的植被类型,准确评估高寒草甸草原生态系统碳源汇状况及碳储量变化尤为重要。基于涡度相关系统观测,分析了2009年至2016年8年期间青海湖北岸草甸草原环境因子以及碳通量的变化特征,运用结构方程模型(S... 详细信息

青藏高原草甸草原是生态系统中重要的植被类型,准确评估高寒草甸草原生态系统碳源汇状况及碳储量变化尤为重要。基于涡度相关系统观测,分析了2009年至2016年8年期间青海湖北岸草甸草原环境因子以及碳通量的变化特征,运用结构方程模型(SEM)分析环境因子对总初级生产力(GPP)、净生态系统CO_(2)交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)的调控机制。结果表明:2009—2016年8年NEE日均值在-2.02—0.88 gC m^(-2)d^(-1)之间,5—9月NEE为负值,表现为碳吸收,雨热同期的6、7、8月是CO_(2)净吸收最强的时期,平均每月吸收CO_(2)39.85 gC m^(-2)month^(-1),NEE负值日数约占全年的48%,10月—翌年4月为正值,表现为碳释放,初春3月和秋末11月是CO_(2)净释放最强的时期;Re日均值为1.69 gC m^(-2)d^(-1),受季节温度的影响,呈夏季强,冬季弱的态势,夏季的生态系统呼吸强度大约是冬季的8倍,秋季较春季呼吸强度更大;GPP日均值为3.15 gC m^(-2)d^(-1),随着光照辐射强度不断增大,生长季的光合生产能力显著强于非生长季,夏季最强,秋季较春季更强。从年际尺度分析可得研究区为一碳汇区,8年平均碳吸收强度为63.51 gC m^(-2)a^(-1),2015年碳吸收最强NEE为-95.80 gC m^(-2)a^(-1),2016年碳吸收最弱NEE为-30.60 gC m^(-2)a^(-1)。通过SEM分析可得:气温(Ta)对Re和GPP有显著提高的作用,GPP对NEE有极显著负响应,而Re对NEE有极显著提高作用。暗示在气候变暖的背景下,未来气温升高,青海湖北岸草甸草原生态系统碳汇功能可能会加强。

关键词： CO_(2)通量草甸草原结构方程驱动机制碳汇功能

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青海湖北岸草甸草原CO通量年际动态及其驱动机制

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生态学报 2022年

作者：马文婧李英年张法伟韩琳海北藏族自治州气象台中国科学院西北高原生物研究所成都信息工程大学大气科学学院

青藏高原草甸草原是生态系统中重要的植被类型,准确评估高寒草甸草原生态系统碳源汇状况及碳储量变化尤为重要。基于涡度相关系统观测,分析了2009年至2016年8年期间青海湖北岸草甸草原环境因子以及碳通量的变化特征,运用结构方程模型(S...

青藏高原草甸草原是生态系统中重要的植被类型,准确评估高寒草甸草原生态系统碳源汇状况及碳储量变化尤为重要。基于涡度相关系统观测,分析了2009年至2016年8年期间青海湖北岸草甸草原环境因子以及碳通量的变化特征,运用结构方程模型(SEM)分析环境因子对总初级生产力(GPP)、净生态系统CO交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)的调控机制。结果表明:2009—2016年8年NEE日均值在-2.02—0.88 gC md之间,5—9月NEE为负值,表现为碳吸收,雨热同期的6、7、8月是CO净吸收最强的时期,平均每月吸收CO39.85 gC mm,NEE负值日数约占全年的48%,10月—翌年4月为正值,表现为碳释放,初春3月和秋末11月是CO净释放最强的时期;Re日均值为1.69 gC md,受季节温度的影响,呈夏季强,冬季弱的态势,夏季的生态系统呼吸强度大约是冬季的8倍,秋季较春季呼吸强度更大;GPP日均值为3.15 gC md,随着光照辐射强度不断增大,生长季的光合生产能力显著强于非生长季,夏季最强,秋季较春季更强。从年际尺度分析可得研究区为一碳汇区,8年平均碳吸收强度为63.51 gC ma,2015年碳吸收最强NEE为-95.80 gC ma,2016年碳吸收最弱NEE为-30.60 gC ma。通过SEM分析可得:气温(Ta)对Re和GPP有显著提高的作用,GPP对NEE有极显著负响应,而Re对NEE有极显著提高作用。暗示在气候变暖的背景下,未来气温升高,青海湖北岸草甸草原生态系统碳汇功能可能会加强。

关键词：

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走进龙村

村委主任 2023年第5期 11-19页

作者：张法伟(文/图) 不详

如果你从遥远的地方回到平遥,再乘坐上那绿色的公交车飞驰在古城西南方平泰路,还不到段村镇,你就会远远望见北常村西北那座高高的乾山楼。此时你一定会由衷地感慨到:啊,乾山楼,金灯的故事就在这里。我已来到北常村了!北常村在历史上是... 详细信息

如果你从遥远的地方回到平遥,再乘坐上那绿色的公交车飞驰在古城西南方平泰路,还不到段村镇,你就会远远望见北常村西北那座高高的乾山楼。此时你一定会由衷地感慨到:啊,乾山楼,金灯的故事就在这里。我已来到北常村了!北常村在历史上是有名的龙村。北常村位于平遥南高速口,约1.30365平方千米人51600人,常住人口1100人左右,现任贵支部书记、村委主任为米兆伟。

关键词：常住人口西南方支部书记平遥公交车

一次热浪事件对祁连山海晏草甸草原CO_(2)通量的影响过程

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生态科学 2023年第6期42卷 33-43页

作者：马文婧李英年张法伟韩琳成都信息工程大学大气科学学院成都610200 海北藏族自治州气象台西海810200 中国科学院西北高原生物研究所西宁810001

全球气候变化引发的“热浪”事件对高寒草地碳循环有显著影响。热浪作为一种典型的极端气候事件,直接影响植物生长呼吸的同时也间接影响土壤呼吸,进而导致生态系统呼吸及其“常通量”层的CO_(2)通量发生变化。热浪对青藏高原草地生态系... 详细信息

全球气候变化引发的“热浪”事件对高寒草地碳循环有显著影响。热浪作为一种典型的极端气候事件,直接影响植物生长呼吸的同时也间接影响土壤呼吸,进而导致生态系统呼吸及其“常通量”层的CO_(2)通量发生变化。热浪对青藏高原草地生态系统CO_(2)通量的影响如何?以青藏高原东北隅高寒草甸草原为研究对象,以涡度相关系统为观测手段,结合连续观测的CO_(2)通量及微气象数据,研究2010—2019年10年间发生的一次“热天”维持时间较长的热浪事件(2015年7月25日至8月2日的热浪事件)对净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)与总初级生产力(GPP)的影响过程。结果表明热浪的发生会带来短暂的高温和干旱,热浪期(7月25日至8月2日)相比于热浪前期(7月17日至7月24日),气候因子日最高气温(Ta_(max))、日平均气温(Ta)、日最低气温(Ta_(min))、日较差(ADT)、5 cm土壤温度(Ts)、饱和水汽亏(VPD)分别提高了42%、64%、146%、23%、46%、35%;热浪后期(8月3日至8月10日)比热浪前期降水量(PPT)降低77%。热浪结束后,气温及土壤温度不会马上降回热浪前的状态,热浪后期比热浪前期Ta_(max)、Ta、Ta_(min)、Ts分别提高5%、22%、142%、12%。此次热浪事件中热浪前期和热浪后期较热浪期逐时及逐日CO_(2)通量均显著降低,热浪前期、热浪后期相比热浪期逐时CO_(2)净吸收分别降低20.3%、37.6%;逐时Re分别降低16.8%,13.8%;逐时GPP分别降低17.6%、21.7%。热浪前期和热浪后期逐日CO_(2)净吸收比热浪期分别下降20.5%、37.8%,逐日Re分别下降16.7%、13.6%,逐日GPP较热浪期分别下降17.4%、21.7%。

关键词：草甸草原热浪 CO_(2)通量涡度相关系统

青藏高原高寒草甸群落特征和代表性植物生存状态对草地退化的响应

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生态学杂志 2022年第1期41卷 18-24页

作者：罗方林张法伟王春雨张光茹李英年中国科学院西北高原生物研究所西宁810008 中国科学院大学北京100049

植物群落和代表性植物的生存状态是反映草地退化程度的重要标志之一。以青海省果洛州玛沁县的未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化的高寒草甸为研究对象,分析了植物群落特征、代表性植物地上性状及生存状态对退化程度的响... 详细信息

植物群落和代表性植物的生存状态是反映草地退化程度的重要标志之一。以青海省果洛州玛沁县的未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化的高寒草甸为研究对象,分析了植物群落特征、代表性植物地上性状及生存状态对退化程度的响应。结果表明:群落物种组成由禾本科、莎草科过渡到杂类草,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数先平稳变化后降低,群落平均高度、Patrick丰富度均先增加后降低,群落盖度依次降低,群落特征指标均在极度退化时最低(P<0.05);总体来看,与轻度退化样地相比,中度退化、重度退化和极度退化样地的植物株高均显著降低,分别降低了6.8%、36.8%和31.6%(P<0.05);生存状态指数表现为小嵩草(Kobresia pygmaea)逐渐降低,山地早熟禾(Poa orinosa)和垂穗披碱草(Elymus nutans)的生存状态指数分别在轻度退化和中度退化时最高,肉果草(Lancea tibetica)和黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)的生存状态指数分别在重度退化和极度退化样地中最大。说明高寒草甸退化导致群落特征发生变化,生物多样性降低,莎草科和禾本科植物的生存状态以及优势地位下降,而杂类草的生存状态和优势地位逐渐上升。

关键词：高寒草甸退化阶段生物多样性植物功能性状

青海三江源区高寒植被地表反照率变化及其辐射温度效应

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生态学报 2022年第14期42卷 5630-5641页

作者：朱躲萍叶辉王军邦赵烜岚左婵芦光新张法伟李英年九江学院旅游与地理学院九江332005 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室生态系统大数据与模拟中心北京100101 长江大学园艺园林学院荆州434000 青海大学农牧学院西宁810016 中国科学院西北高原生物研究所西宁810008

地表反照率是影响地表辐射收支与能量平衡的重要地表物理参数,是区域和全球气候变化研究中的一个关键要素。以三江源为案例区,基于2001—2018年生长季(6—8月)中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表反照率(MCD43C3)产品,以及同期气候和植被指... 详细信息

地表反照率是影响地表辐射收支与能量平衡的重要地表物理参数,是区域和全球气候变化研究中的一个关键要素。以三江源为案例区,基于2001—2018年生长季(6—8月)中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表反照率(MCD43C3)产品,以及同期气候和植被指数数据,应用随机森林回归算法量化植被和气候对地表反照率时空变化的影响分析了土地利用/覆被变化导致的地表辐射特性参数(地表反照率)的改变引起的辐射温度效应。结果表明:三江源区域生长季地表反照率在空间上呈自东南向西北递增的特征,其均值为(0.163±0.027),集中分布在0.12—0.18。长江源园区、黄河源园区以及澜沧江源园区地表反照率差异较大,分别是(0.177±0.036)、(0.153±0.037)和(0.156±0.002)。从年际变化来看,研究区地表反照率以每10年(0.152±0.763)%速率不显著下降(P=0.47),但其变化趋势存在明显空间分异,其中显著减少(增加)的区域占8.4%(1.9%),长江源园区、黄河源园区以及澜沧江源园区以不同速率下降,分别为每10年下降(0.078±0.900)%、(0.215±0.740)%、(0.152±0.450)%。三江源地表反照率时空变化受气候和植被因子双重影响,而植被因子是主导因子。在气候因子中,最高气温对地表反照率年际变化的影响最大,其次是降水,影响最小的是最低气温。生长季地表反照率变化的辐射温度效应总体上表现为辐射增温效应,值为(0.11±0.42)℃,空间上既有增温效应,也有降温效应。植被覆盖度、地表反照率与辐射温度效应间为正反馈,生长季草地覆盖度增加(降低),地表反照率减少(增加)引起辐射温增(降温)效应。统计分析表明高寒退化植被恢复对区域地表反照率影响引起了辐射增温效应,需对该问题予以更多关注,建议开展进一步的观测和模拟研究,以更深入地揭示高寒草地生物地球物理过程和机制。

关键词：三江源地表反照率气候变化土地覆被与利用变化辐射温度效应

祁连山南麓高寒灌丛生态系统生长季CO_(2)通量动态年际特征及环境驱动

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科学通报 2022年第2期67卷 173-183页

作者：贺慧丹李红琴符义稳祝景彬张法伟杨永胜王春雨罗方林李英年枣庄学院旅游与资源环境学院枣庄277160 中国科学院西北高原生物研究所西宁810001 洛阳师范学院生命科学学院洛阳471934 宿州学院环境与测绘工程学院宿州234000 中国科学院高原生物适应与进化重点实验室西宁810001

高寒生态系统对全球碳循环发挥着至关重要的作用,然而对高寒生态系统长时间尺度上碳平衡动态及驱动机制的研究仍相对薄弱.本文以青藏高原东北部高寒金露梅灌丛为研究对象,分析了基于涡度相关系统观测的高寒灌丛2003~2016年生长季(5~9月)... 详细信息

高寒生态系统对全球碳循环发挥着至关重要的作用,然而对高寒生态系统长时间尺度上碳平衡动态及驱动机制的研究仍相对薄弱.本文以青藏高原东北部高寒金露梅灌丛为研究对象,分析了基于涡度相关系统观测的高寒灌丛2003~2016年生长季(5~9月)CO_(2)通量动态及影响机制.结果表明,总初级生产力(gross primary production,GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration,Re)呈先增加后降低的单峰趋势,净生态系统CO_(2)交换(net ecosystem exchange,NEE)呈先下降后上升的"V"型变化趋势.高寒灌丛整个生长季总NEE、GPP和Re平均值分别为-143.8±30.5、509.0±65.1和365.2±34.6 g Cm^(-2),表现为碳汇.在月尺度,分类回归树分析(classification and regression trees,CART)表明,生长季积温(aggregated growing season degree days,GDD)是月GPP和月NEE的最重要控制因素,而土壤温度(soil temperature,T_(s))是月Re的最主要控制因素.线性回归分析表明,高寒灌丛生长季的热量条件(GDD、T_(a)和T_(s))是CO_(2)通量动态变化的关键控制因素.在年际尺度上,生长季总CO_(2)通量主要受到土壤含水量(soil water content,SWC)和GDD的影响.生长季GDD与GPP呈显著正相关(P<0.05),与生长季NEE呈显著负相关(P<0.05),但生长季GDD与Re没有显著相关性(P<0.05),说明高寒灌丛生态系统的生长季GPP相较于Re对温度的响应更加敏感.该结果对预测高寒灌丛生态系统碳平衡对未来气候变化的响应具有重要参考价值.

关键词：青藏高原高寒灌丛 CO_(2)通量生长季驱动机制

2015-2020年海北高寒草甸碳水热通量观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2023年第2期8卷 122-131页

作者：张法伟司梦可郭小伟曹广民张振华中国科学院西北高原生物研究所高原生物适应与进化重点实验室西宁810008

青藏高原寒高草甸面积约为5.04×10^(5) km^(2),是高原生态屏障功能发挥和区域可持续发展的重要基质。2014年5月,青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)应用涡度相关技术进行高寒禾草-矮嵩草(Kobresia hulimis)... 详细信息

青藏高原寒高草甸面积约为5.04×10^(5) km^(2),是高原生态屏障功能发挥和区域可持续发展的重要基质。2014年5月,青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)应用涡度相关技术进行高寒禾草-矮嵩草(Kobresia hulimis)草甸生态系统碳水循环和能量交换的连续观测,获取了宝贵的原始资料。经过异常值剔除、缺失通量数据的增强回归树模型插补等数据质控流程,海北站拟公开发布2015–2020年高寒草甸碳水热通量观测数据集。本数据集包含净生态系统CO_(2)交换、生态系统CO_(2)呼吸、总生态系统CO_(2)交换、潜热通量、显热通量等通量数据子集和空气温度、空气相对湿度、总辐射、净辐射、光合有效辐射、降水、土壤温度、土壤体积含水量等常规微气象数据子集,时间分辨率有30分钟、日、月和年等4种尺度。本数据集可以用于高寒草甸生态系统碳水循环过程模型的参数优化及碳素固持、水源涵养等生态功能的时空格局及演变趋势的科学认知。

关键词：涡度相关技术碳水热通量高寒禾草-矮嵩草草甸 2015–2020年青藏高原