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基于Meta分析的土壤呼吸对降水改变的非对称响应

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生态学报 2024年第7期44卷 2886-2897页

作者：赵智慧陈俏艳程思源戴黎聪海南大学生态与环境学院海口570228

气候变暖已经引起全球降水格局改变。土壤呼吸作为陆地生态系统向大气释放CO_(2)最大的碳库,对降水变化的响应将进一步影响碳循环,从而对全球气候变化产生反馈。尽管以往已有大量关于土壤呼吸与降水变化关系的相关研究,但存在较大争议... 详细信息

气候变暖已经引起全球降水格局改变。土壤呼吸作为陆地生态系统向大气释放CO_(2)最大的碳库,对降水变化的响应将进一步影响碳循环,从而对全球气候变化产生反馈。尽管以往已有大量关于土壤呼吸与降水变化关系的相关研究,但存在较大争议。因此,亟待进一步深入探究土壤呼吸对降水改变的响应。基于此,研究Meta分析方法,整合了来自Web of Science英文数据库和中国知网文献数据库(CNKI)的284篇已发表的论文和367组数据,进而分析全球中低纬度地区土壤呼吸对降水改变的响应。研究结果表明,土壤呼吸对降水改变的响应呈现出非对称特征,降水量增加能够提高16.7%的土壤呼吸,而降水量减少则会抑制17.88%的土壤呼吸。研究还发现,不同生态系统和气候区域的土壤呼吸对降水改变的响应存在较大差别。其中,降水量增加能够提高草地生态系统22%的土壤呼吸,比森林生态系统土壤呼吸高出12%;而降水量减少则会削弱草地生态系统28%的土壤呼吸,这要比森林生态系统土壤呼吸还高16%。与湿润地区相比,降水量的增加对干旱地区土壤呼吸的促进作用更加明显。而降水量的减少对干旱地区和湿润地区土壤呼吸的影响均无显著差异。此外,本研究也证实了土壤呼吸对不同降水强度和年限的响应也存在差异。在不同降水强度上,无论增加降水还是减少降水,重度增减雨的土壤呼吸均改变最大,即:重度增减雨(>75%)>中度增减雨(25%—75%)>轻度增减雨(<25%);在不同降水年限上,长期增雨对土壤呼吸的促进作用尤为突出,但长期减雨对土壤呼吸影响无显著差异。研究结果可为未来气候情景下陆地生态系统土壤呼吸变化的准确预测以及模型模拟和改进提供重要的科学依据和理论基础。

关键词：土壤呼吸非对称效应整合分析降水改变随机效应模型

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1970-2018年全球整体干旱持续增加

Journal of Geographical Sciences 2023年第3期33卷 449-463页

作者：罗登楠胡中民戴黎聪侯国龙底凯梁敏琪曹若臣曾翔 School of Geography South China Normal UniversityGuangzhou 510631China Key Laboratory of Agro-Forestry Environmental Processes and Ecological Regulation of Hainan Province Hainan UniversityHaikou 570228China Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai) Zhuhai 519082GuangdongChina International Institute for Earth System Sciences Nanjing UniversityNanjing 210023China

Climate change is expected to introduce more water demand in the face of diminishing water supplies,intensifying the degree of aridity observed in terrestrial ecosystems in the 21st *** study investigated spatiotemporal variability within global aridity index(AI)values from *** results revealed an overall drying trend(0.0016 yr-1,p<0.01),with humid and semi-humid regions experiencing more significant drying than other regions,including those classified as arid or *** addition,the Qinghai-Tibet Plateau has gotten wetter,largely due to the increases in precipitation(PPT)observed in that *** drying is driven primarily by decreasing and increasing PPT and potential evapotranspiration(PET),*** in PPT alone or increases in PET also drive global aridification,though to a lesser *** and increasing potential evapotranspiration(PET),with increasing PET alone or decreasing PPT *** less than half of the world’s land area has exhibited a wetting trend,largely owing to increases in regional *** some parts of the world,the combined effects of increased PPT and decreased PET drives wetting,with decreases in PET alone explaining wetting in *** results indicate that,without consideration of other factors(e.g.,CO_(2)fertilization),aridity may continue to intensify,especially in humid regions.

关键词： aridity index climate change arid area drying trend

青藏高原柴达木盆地高寒荒漠土壤有机碳空间特征

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中国草地学报 2021年第11期43卷 113-118页

作者：辛莹舒锴戴黎聪钱大文郭小伟杜岩功青海省寒区恢复生态学重点实验室/中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810008 中国科学院大学生命科学学院北京100049

采用克里格插值方法,对柴达木盆地高寒荒漠中11种典型物种分布区的235个样点土壤有机碳含量进行分析,明确该地区土壤有机碳的空间分布特征。结果表明:高寒荒漠生态系统0~100cm土壤各层次有机碳含量变化范围为0.50~40.20g/kg。在0~100cm... 详细信息

采用克里格插值方法,对柴达木盆地高寒荒漠中11种典型物种分布区的235个样点土壤有机碳含量进行分析,明确该地区土壤有机碳的空间分布特征。结果表明:高寒荒漠生态系统0~100cm土壤各层次有机碳含量变化范围为0.50~40.20g/kg。在0~100cm土壤剖面内,11种优势植物群落的有机碳含量存在较大差异,可划分为3个等级,其中芨芨草群落有机碳平均含量最高(38.99±7.95g/kg),梭梭群落有机碳平均含量最低(4.01±0.42g/kg)。在0~100cm土层深度,土壤有机碳含量与土壤黏粒和粉粒含量呈极显著正相关关系(P<0.001),与土壤砂粒含量呈极显著负相关关系(P<0.001)。0~100cm土层深度的土壤有机碳含量呈现出,东西两侧较高、中部地区偏低的空间分异特征,低值区域主要分布于都兰县、乌兰县、德令哈市与大柴旦行政区。综上所述,明确土壤有机碳空间分布特征,对准确估算青藏高原土壤碳库储量和积极应对全球气候变化均具有重要意义。

关键词：柴达木盆地土壤有机碳机械组成克里格插值

青藏高原季节冻土区土壤冻融过程水热耦合特征

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冰川冻土 2020年第2期42卷 390-398页

作者：戴黎聪柯浔张法伟杜岩功李以康郭小伟李茜林丽曹广民中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810008 中国科学院大学北京100049

青藏高原被誉为"中华水塔",其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月-2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据(土壤含水量为未冻水含量),分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移... 详细信息

青藏高原被誉为"中华水塔",其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月-2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据(土壤含水量为未冻水含量),分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移特征。结果表明:各土层土壤温度与土壤水分含量变化均表现为"U"型。土壤温度变化规律与日平均气温基本一致,但滞后于日平均气温的变化,滞后时间取决于土层深度。与多年冻土冻融规律不同,海北站季节冻土表现为单向冻结、双向融化特征,冻融过程大致可划分为三个阶段:冻结初期、冻结稳定期和融化期。同时,季节冻土消融速率大于冻结速率,且融化过程中以浅层土壤融化为主。在冻结过程中,土壤水分沿上、下两个方向分别向冻结锋面迁移,各土层土壤含水量迅速下降。而在融化过程中,各土层土壤含水量逐渐增加,且在浅层土壤形成一个土壤水分的高值区。土壤冻融过程中未冻水含量与各土层土壤温度具有较好的相关关系,且浅层土壤拟合效果优于深层土壤。本研究对揭示高原关键水文过程以及寒区水热耦合模型构建具有重要意义。

关键词：季节冻土季节变化冻融过程土壤温度土壤水分青藏高原

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气象因子对青藏高原季节冻土的驱动特征

冰川冻土 2021年

作者：戴黎聪柯浔曹莹芳张法伟杜岩功李以康郭小伟马建军曹广民中国科学院西北高原生物研究所中国科学院大学青海省门源种马场

基于2007-2016年青海海北站10年季节冻土和气象监测数据,采用随机森林分析方法,分析了青藏高原季节冻土的季节和年际变异,并定量评估了各气象因子对季节冻土的影响。结果表明:(1)季节尺度上,季节冻土总体表现为单峰曲线趋势,根据冻土的... 详细信息

基于2007-2016年青海海北站10年季节冻土和气象监测数据,采用随机森林分析方法,分析了青藏高原季节冻土的季节和年际变异,并定量评估了各气象因子对季节冻土的影响。结果表明:(1)季节尺度上,季节冻土总体表现为单峰曲线趋势,根据冻土的冻结与消融过程大致可划分为四个阶段:无冻土期、冻结发展期、冻结盛期和冻结融化期。冻土冻结始于10月初,结束于翌年的6月末,冻结持续时间约为9个月,其中,7-10月为无冻土时期,11-12月为冻土的发展时期,翌年1-3月为冻土的冻结盛期,且于翌年3月冻土深度达到最大,为(195.72±5.16)cm,翌年4-6月为冻土的融化期时期;(2)年尺度上,季节最大冻土深度呈显著增加趋势(P<0.05),而冻土持续天数呈显著减少趋势(P<0.05),这主要是由于平均0 cm地温<0℃的天数下降导致。(3)平均地温和2 cm土壤热通量是影响冻土深度季节变化最重要气象因素,然后依次是净辐射总量、平均气温和最小值气温,而风速、最高气温、日照时数和降水对冻土深度变化影响微弱;平均气温负积温和平均地温负积温是影响季节最大冻土深度的主要驱动因子,而冻结日数对季节最大冻土深度影响较小。

关键词：青藏高原季节冻土随机森林分析方法季节和年际变异

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关于生态功能与管理的生物土壤结皮研究

草地学报 2018年第1期26卷 22-29页

作者：戴黎聪柯浔曹莹芳张法伟曹广民李以康中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810008 中国科学院大学北京100049

生物土壤结皮(biological soil crusts,BSCs)是由土壤中的低等植物、微生物和和土壤颗粒粘合形成的一种特殊复合体,广泛分布于世界干旱和半干旱地区。研究表明,BSCs主要由藻类、地衣、苔藓等自养生物和细菌、微小真菌等异养生物构成并... 详细信息

生物土壤结皮(biological soil crusts,BSCs)是由土壤中的低等植物、微生物和和土壤颗粒粘合形成的一种特殊复合体,广泛分布于世界干旱和半干旱地区。研究表明,BSCs主要由藻类、地衣、苔藓等自养生物和细菌、微小真菌等异养生物构成并被誉为生态系统修复工程师,对于沙地和荒漠碳、氮、磷等养分的固定以及土壤酶活性具有重要的意义,同时调节土壤表层的水文过程(降水入渗、地表径流、蒸发等过程),进而影响地上植被种子萌发、幼苗存活及生长过程。BSCs的分类,一般依据BSCs中的优势物种和演替方向,可将结皮依次分为藻类结皮、地衣结皮及苔藓结皮3类;其形成、发育和结构、功能受人类活动和气候干扰的影响,但关于BSCs的监测和管理研究甚少。本文结合比值植被指数(Simple Ratio Index)和归一化色素指数(Normalized Difference Vegetation Index)方法,旨在对BSCs的形态类群进行科学监测,同时结合BSCs的恢复演替程度,重点阐述不同利用方式和强度下,生物结皮演替及其生态功能对干旱、半干旱生态系统的影响,以期探索可行的管理措施,为认识干旱半干旱区地表过程,促进退化生态系统修复进程奠定基础。

关键词：生物土壤结皮生态系统修复工程师水文过程监测和管理

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子的关系

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生态学报 2019年第2期39卷 486-493页

作者：戴黎聪柯浔曹莹芳张法伟杜岩功李以康郭小伟李茜林丽马建军曹广民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 青海省门源种马场门源810305

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(34... 详细信息

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01) g/m^2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P>0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01) g/m^2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11) g/m^2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。

关键词：青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量季节动态年际动态气候因子

青藏高原高寒草甸浅层地下水位对环境因子的响应特征——以青海海北站为例

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生态环境学报 2018年第9期27卷 1750-1757页

作者：戴黎聪柯浔曹莹芳张法伟杜岩功李以康郭小伟李茜林丽曹广民中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810001 中国科学院大学北京100039

青藏高原水资源丰富,浅层地下水位是水源涵养功能的重要表征,但其对全球气候变暖的响应特征尚不清楚。基于青海海北站高寒草甸2012—2016年浅层地下水位自动观测连续数据,采用优势分析方法定量评估了降水、风速、水面蒸发、50 cm土壤温... 详细信息

青藏高原水资源丰富,浅层地下水位是水源涵养功能的重要表征,但其对全球气候变暖的响应特征尚不清楚。基于青海海北站高寒草甸2012—2016年浅层地下水位自动观测连续数据,采用优势分析方法定量评估了降水、风速、水面蒸发、50 cm土壤温度和气温等5个主要环境因子对地下水位的影响。结果表明,(1)季节尺度上,地下水位表现为双峰双谷曲线趋势,5—8月(生长季)为丰水期,8月达到最高值(4.25±0.13)m,1—4月和9—12月(非生长季)为枯水期,5月达到最低值(4.78±0.06)m;年际尺度上,地下水位总体呈逐渐下降趋势,且在2014年达到最高值(4.18±0.27)m。(2)风速是影响地下水位变化最重要的环境因子,占总贡献的36.8%,其次依次是蒸发(27.7%),气温(16.6%)和50 cm土壤温度(9.5%),而降水对地下水位影响微弱,仅占总贡献的9.3%;除降水外,各环境因子与地下水位均呈显著负相关(P<0.05)。(3)地下水位与降水的年内和年际变异规律差异较大,降水的季节和年际变异均大于地下水位。综上,青藏高原东北隅高寒草甸浅层地下水位的变异与降水关联较小。研究结果可为青藏高原水资源合理管理和利用提供理论依据。

关键词：青藏高原高寒草甸地下水位环境因子优势分析

气象因子对青藏高原高寒草甸参考蒸散的驱动特征

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草业科学 2018年第9期35卷 2137-2147页

作者：戴黎聪曹莹芳柯浔张法伟杜岩功郭小伟曹广民中国科学院西北高原生物研究所青海西宁810001 中国科学院大学北京100039

青藏高原被誉为"中华水塔",在全球气候变化的大背景下,青藏高原的水热平衡发生了一系列变化,研究青藏高原蒸散与气候变化关系,对于揭示气候变化对高原水文过程影响具有重要意义。基于2011-2016年6年自动观测连续数据,选取净辐射总量、... 详细信息

青藏高原被誉为"中华水塔",在全球气候变化的大背景下,青藏高原的水热平衡发生了一系列变化,研究青藏高原蒸散与气候变化关系,对于揭示气候变化对高原水文过程影响具有重要意义。基于2011-2016年6年自动观测连续数据,选取净辐射总量、气温、饱和水汽压差、降水、风速、相对湿度、日照时数7个主要气象因子,采用随机森林分析方法,分析了参考蒸散的季节及年际变化趋势,评估各气象因子对青藏高原参考蒸散的贡献。结果表明:1)在季节尺度上,参考蒸散总体表现为单峰曲线,即1-7月呈增加趋势,7月份达到最大值(132.48mm),7-12月开始逐渐下降;在年际尺度上,参考蒸散总体呈现递增的趋势,平均为1 023.03mm,且每年以29.61mm增加趋势上升。2)净辐射是影响参考蒸散年内变异最重要的气象因子,其他气象因子对其影响强弱排序为饱和水汽压差>最高气温>日照时数>平均气温;对于生长季参考蒸散,气象因子对其影响强弱依次排序为净辐射>日照时数>饱和水汽压差>最高气温。而降水、风速、最低气温和平均气温对年内参考蒸散和生长季参考蒸散影响较小。对非生长季参考蒸散,其所受气象因子强弱排序为净辐射>饱和水汽压差>风速>最高气温>平均气温,而相对湿度、日照时数、降水和最低气温对非生长季参考蒸散贡献较小。本研究表明,青藏高原矮嵩草(Kobresia humilis)草甸参考蒸散主要受净辐射驱动,且相比于平均温和最低气温,最高气温对其参考蒸散影响更大,这对于明晰高寒草甸水循环过程具有重要意义。

关键词：中华水塔水热平衡全球气候变化水文过程随机森林季节和年际变化