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Energy partitioning and evapotranspiration in a black locust plantation on the Yellow River Delta,China

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Journal of Forestry Research 2022年第4期33卷 1219-1232页

作者： Xiang Gao Zhenyu Du Qingshan Yang Jinsong Zhang Yongtao Li Xiaojie Wang fengxue gu Weiping Hao Zekun Yang Dexi Liu Jianmin Chu Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of National Forestry and Grassland Administration Research Institute of ForestryChinese Academy of ForestryBeijing 100091People’s Republic of China Research Center for Coastal Forestry of National Forestry and Grassland Administration Beijing 100091People’s Republic of China Shandong Academy of Forestry Sciences Ji’nan 250014People’s Republic of China Forest Ecosystem Research Station of the Yellow River Delta in Shandong Dongying 257000People’s Republic of China Yellow River Delta Ecological Research Station of Coastal Wetland Yantai Institute of Coastal Zone ResearchChinese Academy of SciencesYantai 264003People’s Republic of China Key Laboratory of Dryland Agriculture of Ministry of Agriculture and Rural Aff airs Institute of Environment and Sustainable Development in AgricultureChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081People’s Republic of China

Plantations of woody tree species play a crucial role in ecological security along coastal *** energy partitioning and evapotranspiration can reveal land–atmosphere interaction *** investigated energy fluxes,evapotranspiration,and their related biophysical factors using eddy covariance techniques in a black locust(Robinia pseudoacacia L.)plantation in 2016,2018,and 2019 on the Yellow River *** longwave radiation offsets 84–85%of upward longwave radiation;upward shortwave radiation accounted for 12–13%of downward shortwave *** ratio of net radiation to downward radiation was 18–19%over the three *** the growing season,latent heat flux was the largest component of net radiation;during the dormant season,the sensible heat flux was the dominant component of net *** seasonal variation in daily evapotranspiration was mainly controlled by net radiation,air temperature,vapor pressure deficit,and leaf area *** locust phenology influenced daily evapotranspiration variations,and evapotranspiration was greater under sea winds than under land winds because soil water content at 10-cm depth was greater under sea winds during the *** patterns of daily evaporative fraction,Bowen ratio,crop coefficient,Priestley–Taylor coefficient,surface conductance,and decoupling coefficient were mainly controlled by leaf area *** threshold value of daily surface conductance was approximately 8 mm sover the plantation.

关键词： Black locust plantation Yellow River Delta Eddy covariance Energy partitioning Evapotranspiration

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六种冠层阻力模型在冬小麦蒸散估算中的应用

农业工程学报 2022年第12期38卷 109-117页

作者：郭仲英吴英楠李巧珍顾峰雪刘晓英李玉中钟秀丽中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100098

蒸散量是农田水循环中水分损失的主要途径,其准确估算对节水灌溉具有重要意义。单源的Penman-Monteith(P-M)模型是最常用的蒸散量估算方法,但模型中冠层阻力的合理参数化一直是研究中的难点。该研究选取常用6种冠层阻力模型,使用北京顺... 详细信息

蒸散量是农田水循环中水分损失的主要途径,其准确估算对节水灌溉具有重要意义。单源的Penman-Monteith(P-M)模型是最常用的蒸散量估算方法,但模型中冠层阻力的合理参数化一直是研究中的难点。该研究选取常用6种冠层阻力模型,使用北京顺义2 a(2020年和2021年)的波文比实测结果,分析不同模型进行冬小麦冠层阻力及蒸散估算的可行性。结果表明:1)无参数校正条件下,6种模型均低估了冬小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。其中,Todorovic模型(TD)的普适性最好,其模拟的冠层阻力、蒸散量与实测值的R2都在0.605及以上;耦合的冠层阻力模型(CO模型)普适性最差,冠层阻力、蒸散量与实测值的R2分别为0.113、0.046;2)进一步使用2021年的试验数据进行模型参数校正、2020年的数据进行验证,发现校正后的JA、CO、GA、KP及FAO56-PM模型计算的冠层阻力和蒸散量与实测值的一致性大幅提高。除JA模型低估冠层阻力外,其余均高估冠层阻力、低估蒸散量。其中KP模型模拟的冠层阻力和蒸散量效果最好,R2均在0.907及以上,而其余5种模型估算精度也较好。6种模型的估算精度排序为KP、GA、TD、FAO56-PM、CO、JA。综上,所评价的模型校正后均可作为P-M模型的冠层阻力输入来估算冬小麦蒸散量,但TD模型不需要参数校正,在数据不足时可作为首选;而KP模型参数较少,校正后拟合精度最高,在数据充足时可作为首选。研究结果对华北地区使用P-M一步法计算冬小麦蒸散量具有重要价值。

关键词：蒸散灌溉模型冠层阻力模型冬小麦 Penman-Monteith

Altered trends in carbon uptake in China's terrestrial ecosystems under the enhanced summer monsoon and warming hiatus

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National Science Review 2019年第3期6卷 505-514页

作者： Honglin He Shaoqiang Wang Li Zhang Junbang Wang Xiaoli Ren Lei Zhou Shilong Piao Hao Yan Weimin Ju fengxue gu Shiyong Yu Yuanhe Yang Miaomiao Wang Zhongen Niu Rong Ge Huimin Yan Mei Huang guoyi Zhou Yongfei Bai Zongqiang Xie Zhiyao Tang Bingfang Wu Leiming Zhang Nianpeng He Qiufeng Wang guirui Yu University of Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Vegetation Restoration and Management of Degraded Ecosystems South China Botanical Garden Chinese Academy of Sciences Department of Ecology College of Urban and Environmental Science Key Laboratory for Earth Surface Processes of the Ministry of Education Peking University Institute of Remote Sensing and Digital Earth Chinese Academy of Sciences Synthesis Research Center of China's Ecosystem Research Network Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chinese Academy of Sciences College of Resources and Environment University of Chinese Academy of Sciences Sino-French Institute for Earth System Science College of Urban and Environment Sciences Peking University Key Laboratory of Alpine Ecology and Biodiversity Institute of Tibetan Plateau Research CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Science Chinese Academy of Sciences National Meteorological Center China Meteorological Administration International Institute for Earth System Science and Jiangsu Provincial Key Laboratory of Geographic Information Science and Technology Nanjing University Key Laboratory of Dryland Agriculture MOA Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Chinese Academy of Agricultural Sciences School of Geography Geomatics and Planning Jiangsu Normal University State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change Institute of Botany Chinese Academy of Sciences

The carbon budgets in terrestrial ecosystems in China are strongly coupled with climate changes. Over the past decade, China has experienced dramatic climate changes characterized by enhanced summer monsoon and decelerated warming. However, the changes in the trends of terrestrial net ecosystem production(NEP) in China under climate changes are not well documented. Here, we used three ecosystem models to simulate the spatiotemporal variations in China’s NEP during 1982–2010 and quantify the contribution of the strengthened summer monsoon and warming hiatus to the NEP variations in four distinct climatic regions of the country. Our results revealed a decadal-scale shift in NEP from a downtrend of–5.95 TgC/yr~2(reduced sink) during 1982–2000 to an uptrend of 14.22 TgC/yr~2(enhanced sink) during 2000–10. This shift was essentially induced by the strengthened summer monsoon, which stimulated carbon uptake, and the warming hiatus, which lessened the decrease in the NEP trend. Compared to the contribution of 56.3% by the climate effect, atmospheric CO2concentration and nitrogen deposition had relatively small contributions(8.6 and 11.3%, respectively) to the shift. In conclusion, within the context of the global-warming hiatus, the strengthening of the summer monsoon is a critical climate factor that enhances carbon uptake in China due to the asymmetric response of photosynthesis and respiration. Our study not only revealed the shift in ecosystem carbon sequestration in China in recent decades, but also provides some insight for understanding ecosystem carbon dynamics in other monsoonal areas.

关键词： climate change Asian summer monsoon warming hiatus biogeochemical modeling ecosystem carbon dynamics

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西南亚高山森林植被变化对流域产水量的影响

生态学报 2011年第24期31卷 7601-7608页

作者：张远东刘世荣顾峰雪中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林生态环境重点实验室北京100091 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部旱作节水农业重点开放实验室北京100081

国内曾有许多研究认为,长江上游亚高山地区的森林具有增加流域年径流量的作用,所以多年来一直以此来指导该区域的森林恢复与经营实践。将以往的径流场和集水区的观测数据结合起来,应用加权平均插值方法,建立了森林采伐后产水量变化的时... 详细信息

国内曾有许多研究认为,长江上游亚高山地区的森林具有增加流域年径流量的作用,所以多年来一直以此来指导该区域的森林恢复与经营实践。将以往的径流场和集水区的观测数据结合起来,应用加权平均插值方法,建立了森林采伐后产水量变化的时间序列;使用SEBAL模型、液流测定结果和水量平衡方程,根据以往研究结果,计算了各森林植被类型的年蒸散量和年产水量。分析结果表明:西南亚高山老龄暗针叶林蒸散低,具有较高的产水量;老龄林采伐后产水量增加,但随着次生植被的快速恢复,产水量增加的持续时间很短,6a后即恢复到原有水平;之后伴随着演替进入灌丛、次生阔叶林、针阔混交林或人工云杉林阶段,产水量会进一步下降并长期处于相对较低的水平,而且会持续百年以上。以往研究中该区森林可以增加年径流量的结论,只适用于其所研究的老龄暗针叶林,不适用于原始林采伐后恢复起来的天然次生林和人工营造的云杉林。在天然次生林和人工林占主导的区域,森林覆盖率增加导致产水量减少,人工林减少尤甚。为深入认识西南亚高山森林的生态水文功能,应采用配对集水区试验长期观测研究,才能为亚高山森林的恢复和经营管理提供决策支持。

关键词：森林采伐产水量配对集水区试验西南亚高山

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覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

农业工程学报 2014年第6期30卷 62-70页

作者：高翔龚道枝顾峰雪郝卫平梅旭荣中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室/农业部旱作节水农业重点实验室北京100081

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜... 详细信息

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。

关键词：农作物膜土壤春玉米地膜覆盖土壤温湿度土壤呼吸净碳通量

西南高山地区水分利用效率时空动态及其对气候变化的响应

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生态学报 2016年第6期36卷 1515-1525页

作者：张远东庞瑞顾峰雪刘世荣中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林生态环境重点实验室北京100091 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部旱作节水农业重点实验室北京100081

水分利用效率是深入理解生态系统水碳循环耦合关系的重要指标。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及对全球气候变化的响应具有重要意义。应用生态... 详细信息

水分利用效率是深入理解生态系统水碳循环耦合关系的重要指标。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及对全球气候变化的响应具有重要意义。应用生态系统模型CEVSA(Carbon Exchange between Vegetation,Soil,and the Atmosphere)估算了1954—2010年西南高山地区水分利用效率(Water use efficiency,WUE)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954—2010年水分利用效率均值为1.13 g C mm-1m-2。3种主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林的WUE分别为1.35、1.14、0.99 g C mm-1m-2。在空间分布上,WUE与海拔显著正相关(r=0.156,P<0.05),而与温度则显著负相关(r=-0.386,P<0.01)。(2)在时间尺度上,1954—2010年西南高山地区整体WUE降低趋势显著(P<0.01),变动区间为0.83-1.46g C mm-1m-2,平均每年下降0.006g C mm-1m-2。整体WUE年际变化与温度呈显著负相关(r=-0.727,P<0.01),与降水量相关性不显著;整体WUE下降主要原因是温度上升引起的ET增加速率大于NPP增加速率。(3)1954—2010年西南高山地区3种主要植被类型草地、常绿针叶林及常绿阔叶林WUE均显著下降(P<0.01),下降速度分别为-1.03×10-2、-6.17×10-3、-1.37×10-3g C mm-1m-2a-1。西南高山地区76.3%格点WUE年际变化与温度显著负相关(P<0.05),34.1%格点WUE年际变化与降水量显著正相关(P<0.05)。草地和常绿针叶林WUE年际变化与温度显著负相关(r=-0.889,P<0.01;r=-0.863,P<0.01),与降水量相关性不显著。由于西南高山地区降水较为丰富,且过去57年降水变化不显著,因此该地区WUE的时空格局主要受温度变化的影响。1954—2010年期间温度升高造成的ET增加显著高于NPP的增加是该地区WUE下降的主要原因。未来需要获取更高空间分辨率的气候、土壤、植被数据,从而更加准确和精确地模拟西南高山地区水碳循环及其耦合关系对气候变化的响应。

关键词：水分利用效率西南高山地区气候变化 CEVSA模型

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西南高山地区土壤异养呼吸时空动态

生态学报 2013年第16期33卷 5047-5057页

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候... 详细信息

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。应用生态系统模型(CEVSA)模型估算了1954—2010年西南高山地区土壤异养呼吸(HR)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954—2010年平均异养呼吸量为422 g C.m-.2a-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—251 Tg C/a,平均每年增加0.710 TgC,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,主要植被类型温度敏感系数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)。

关键词：异养呼吸高山地区气候变化 CEVSA模型

长江经济带水分利用效率变化及与温度和降水的关系

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生态学报 2020年第16期40卷 5579-5590页

作者：邵辉张远东顾峰雪缪宁刘世荣中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部旱作节水农业重点实验室北京100081 四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室成都610064

通过水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)深入理解生态系统水碳循环的相互关系,可以较好地评估生态系统对气候变化的响应。长江经济带自然资源丰富、生态系统格局复杂,是中国重要的经济发展区,同时也是响应气候变化的重要区域。基... 详细信息

通过水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)深入理解生态系统水碳循环的相互关系,可以较好地评估生态系统对气候变化的响应。长江经济带自然资源丰富、生态系统格局复杂,是中国重要的经济发展区,同时也是响应气候变化的重要区域。基于生态系统过程模型CEVSA2(Carbon Exchange between Vegetation,Soil and Atmosphere),估算了1981—2010年长江经济带WUE的时空动态变化,并分析其与温度和降水之间的关系。结果表明:(1)长江经济带1981—2010年WUE均值为1.14 g C mm^-1 m^-2,WUE的空间分布与降水量呈显著正相关关系(r=0.571,P<0.01),而与温度呈显著负相关(r=-0.740,P<0.01);(2)长江经济带1981—2010年WUE变动区间为1.04—1.19 g C mm^-1 m^-2,WUE总体呈减少趋势,平均每年降低0.0030 g C mm^-1 m^-2;(3)研究区域内四种主要植被类型常绿针叶林、常绿阔叶林、草地和常绿灌丛的水分利用效率均呈下降趋势,下降速率分别为-3.29×10^-3、-2.99×10^-3、-3.30×10^-3、-2.65×10^-3 g C mm^-1 m^-2 a^-1。研究区域内各植被类型的WUE与降水量的相关性不如温度显著,温度对WUE的影响要大于降水对WUE的影响。今后在提高时空分辨率的基础上,更精确地模拟和预测未来温度、降水等气候因子变化下长江经济带WUE变化趋势及分析该地区水碳耦合关系。

关键词：水分利用效率气候变化长江经济带 CEVSA2模型

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生态学中韧性的概念范畴及表征方法

陆地生态系统与保护学报 2023年第4期3卷 66-73页

作者：鲁庆奥孙小平顾峰雪张远东刘世荣中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 阿坝州川西国有林保护局阿坝624000 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部旱作节水农业重点实验室北京100081

随着人类活动加剧和极端事件增加,全球生态系统正在承受各种类型、强度和频度的干扰,生态系统及其过程对于干扰的韧性成为生态学中日益关注的热点。目前,国内外生态学界对于韧性的描述众多,适用对象和侧重点各不相同。本文阐述了“resil... 详细信息

随着人类活动加剧和极端事件增加,全球生态系统正在承受各种类型、强度和频度的干扰,生态系统及其过程对于干扰的韧性成为生态学中日益关注的热点。目前,国内外生态学界对于韧性的描述众多,适用对象和侧重点各不相同。本文阐述了“resilience”一词在生态学中的含义,从生态系统和生态指标2个层次,系统总结了韧性的概念范畴,包括抵抗力、恢复力、稳定性、复杂性、生态阈值和韧性的关系,介绍了如何使用单变量和双变量表征生态系统韧性。通过了解和提高生态系统韧性,可以为生态系统保护、管理和修复提供依据,并对维持生态系统功能的稳定具有重要意义。

关键词：韧性抵抗力恢复力干扰生态系统