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Phosphorus limitation on CO_(2)fertilization effect in tropical forests informed by a coupled biogeochemical model

Forest Ecosystems 2024年第4期11卷 502-515页

作者： Zhuonan Wang Hanqin Tian Shufen Pan Hao Shi Jia Yang naishen liang Latif Kalin Christopher Anderson Natural Resources Ecology Laboratory Colorado State UniversityFort CollinsCO80523USA Center for Earth System Science and Global Sustainability Schiller Institute for Integrated Science and SocietyBoston CollegeChestnut HillMAUSA Department of Earth and Environmental Sciences Boston CollegeChestnut HillMAUSA Department of Engineering Boston CollegeChestnut HillMAUSA Research Center for Eco-Environmental Sciences State Key Laboratory of Urban and Regional EcologyChinese Academy of SciencesBeijingChina Department of Natural Resource Ecology and Management Oklahoma State UniversityStillwaterOKUSA Center for Global Environmental Research(CGER) National Institute for Environmental Studies(NIES)TsukubaIbaraki305-8506Japan College of Forestry Wildlife and EnvironmentAuburn UniversityAuburnALUSA

Tropical forests store more than half of the world's terrestrial carbon(C)pool and account for one-third of global net primary productivity(NPP).Many terrestrial biosphere models(TBMs)estimate increased productivity in tropical forests throughout the 21st century due to CO_(2)***,phosphorus(P)liaitations on vegetation photosynthesis and productivity could significantly reduce the CO_(2)fertilization ***,we used a carbon-nitrogen-phosphorus coupled model(Dynamic Land Ecosystem Model;DLEM-CNP)with heterogeneous maximum carboxylation rates to examine how P limitation has affected C fluxes in tropical forests *** model results showed that the inclusion of the P processes enhanced model performance in simulating ecosystem *** further compared the simulations from DLEM-CNP,DLEM-CN,and DLEMC and the results showed that the inclusion of P processes reduced the CO_(2)fertilization effect on gross primary production(GPP)by 25%and 45%,and net ecosystem production(NEP)by 28%and 41%,respectively,relative to CN-only and C-on ly *** the 1860s to the 2010s,the DLEM-CNP estimated that in tropical forests GPP increased by 17%,plant respiration(Ra)increased by 18%,ecosystem respiration(Rh)increased by 13%,NEP increased by 121%per unit area,***,factorial experiments with DLEM-CNP showed that the enhanced NPP benefiting from the CO_(2) fertilization effect had been offset by 135%due to deforestation from the 1860s to the *** study highlights the importance of P limitation on the C cycle and the weakened CO_(2)fertilization effect resulting from P limitation in tropical forests.

关键词： Tropical forests Carbon-nitrogen-phosphorus model Phosphorus limitation CO_(2)fertilization effect Terrestfial ecosy stem model

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Responses of gross primary productivity to different sizes of precipitation events in a temperate grassland ecosystem in Inner Mongolia, China

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Journal of Arid Land 2016年第1期8卷 36-46页

作者： GUO Qun LI Shenggong HU Zhongmin ZHAO Wei YU Guirui SUN Xiaomin LI Linghao liang naishen BAI Wenming Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change Institute of Botany Chinese Academy of Sciences Global Carbon Cycle Research Section Center for Global Environmental Research National Institute for Environmental Studies

Changes in the sizes of precipitation events in the context of global climate change may have profound impacts on ecosystem productivity in arid and semiarid grasslands. However, we still have little knowledge about to what extent grassland productivity will respond to an individual precipitation event. In this study, we quantified the duration, the maximum, and the time-integrated amount of the response of daily gross primary productivity (GPP) to an individual precipitation event and their variations with different sizes of precipitation events in a typical temperate steppe in Inner Mongolia, China. Results showed that the duration of GPP-response (τR) and the maximum absolute GPP-response (GPPmax) increased linearly with the sizes of precipitation events (Pes), driving a corresponding increase in time-integrated amount of the GPP-response (GPPtotal) because variations of GPPtotal were largely explained by τR and GPPmax. The relative contributions of these two parameters to GPPtotal were strongly Pes-dependent. The GPPmax contributed more to the variations of GPPtotal when Pes was relatively small (R was the main driver to the variations of GPPtotal when Pes was relatively large. In addition, a threshold size of at least 5 mm of precipitation was required to induce a GPP-response for the temperate steppe in this study. Our work has important implications for the modeling community to obtain an advanced understanding of productivity-response of grassland ecosystems to altered precipitation regimes.

关键词： precipitation event grassland gross primary productivity global climate change precipitation regime

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Carbon fluxes and soil carbon dynamics along a gradient of biogeomorphic succession in alpine wetlands of Tibetan Plateau

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Fundamental Research 2023年第2期3卷 151-159页

作者： Hao Wang Lingfei Yu Litong Chen Zhenhua Zhang Xuefei Li naishen liang Changhui Peng Jin-Sheng He State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems College of EcologyLanzhou UniversityLanzhou 730000China Institute of Ecology College of Urban and Environmental Sciencesand Key Laboratory for Earth Surface Processes of the Ministry of EducationPeking UniversityBeijing 100871China State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change Institute of BotanyChinese Academy of SciencesBeijing 100093China Qinghai Haibei National Field Research Station of Alpine Grassland Ecosystem and Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau BiotaNorthwest Institute of Plateau BiologyChinese Academy of SciencesXining 810008China Institute for Atmospheric and Earth System Research(INAR)/Physics Faculty of ScienceUniversity of HelsinkiP.O.Box 68Helsinki FI-00014Finland Earth System Division National Institute for Environmental StudiesTsukubaIbaraki 305-8506Japan g Department of Biology Sciences Institute of Environment SciencesUniversity of Quebec at MontrealMontrealQC H3C 3P8Canada State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and TechnologyLanzhou UniversityLanzhou 730000China

Hydrological changes under climate warming drive the biogeomorphic succession of wetlands and may trigger substantial carbon loss from the carbon-rich *** many studies have explored the responses of wetland carbon emissions to short-term hydrological change,it remains poorly understood how the carbon cycle evolves with hydrology-driven wetland ***,we used a space-for-time approach across hydrological gradients on the Tibetan Plateau to examine the dynamics of ecosystem carbon fluxes(carbon dioxide(CO_(2))and methane(CH4))and soil organic carbon pools during alpine wetland *** found that the succession from mesic meadow to fen changed the seasonality of both CO_(2) and CH4 fluxes,which was related to the shift in plant community composition,enhanced regulation of soil hydrology and increasing contribution of spring-thaw *** paludification caused a switch from net uptake of gaseous carbon to net release on an annual timescale but produced a large accumulation of soil organic *** attempted to attribute the paradox between evidence from the carbon fluxes and pools to the lateral carbon input and the systematic changes of historical climate,given that the wetlands are spatially low-lying with strong temporal climate-carbon cycle *** findings demonstrate a systematic change in the carbon cycle with succession and suggest that biogeomorphic succession and lateral carbon flows are both important for understanding the long-term dynamics of wetland carbon footprints.

关键词： Carbon dioxide Methane Soil organic carbon Climate change Hydrological change

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2010-2014年哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第1期9卷 243-254页

作者：易艳芸周文君张孝良武传胜 Zayar Phyo Mohd Zeeshan 鲁志云温韩东沙丽清宋清海梁乃申刘玉洪张一平中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室云南勐腊666303 中国科学院大学北京100049 中国科学院核心植物园植物生态中心云南勐腊666303 云南大学昆明650091 阜阳师范大学安徽省环境激素与生殖重点实验室安徽省胚胎发育与生殖调控重点实验室安徽阜阳236037 中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站云南景东676209 中国科学院西双版纳热带植物园公共技术中心云南勐腊666303 日本国立环境研究所全球环境研究中心日本茨城筑波305-8506

亚热带森林是我国分布面积最大的森林类型,在调控全球气候变化和维持大气碳平衡中具有重要作用。土壤通过呼吸作用排放的碳是大气CO_(2)的主要来源,土壤碳库的细微变化也会显著影响大气CO_(2)的浓度,因此目前亚热带森林土壤碳储量的大... 详细信息

亚热带森林是我国分布面积最大的森林类型,在调控全球气候变化和维持大气碳平衡中具有重要作用。土壤通过呼吸作用排放的碳是大气CO_(2)的主要来源,土壤碳库的细微变化也会显著影响大气CO_(2)的浓度,因此目前亚热带森林土壤碳储量的大小及动态变化特征受到广泛关注。云南哀牢山是我国重要的亚热带森林分布区。本研究依托云南哀牢山森林生态系统国家野外科学观测研究站,利用全自动多通道观测系统开展了亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的连续测定,经过严格的数据质量控制和评估,将2010-2014年的土壤呼吸的监测数据收集与整理,包括土壤5 cm温度(Ts)、土壤10 cm含水量(SWC)和土壤呼吸(Rs),并形成日、月和年尺度三类数据集。本数据集对于揭示气候变化对亚热带常绿阔叶林土壤生态过程的影响、正确评估土壤有机碳排放和森林生态系统管理具有重要意义,也为进一步研究气候变暖等全球变化对土壤呼吸组分尤其是土壤有机碳排放的影响提供经验和理论基础。

关键词：全自动多通道观测系统土壤呼吸气候变化亚热带常绿阔叶林哀牢山

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哀牢山亚热带常绿阔叶林森林土壤温湿特征及其对温度升高的响应

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生态学报 2015年第22期35卷 7418-7425页

作者：张一平武传胜梁乃申沙丽清罗鑫刘玉洪中国科学院热带森林生态学重点实验室昆明650223 中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站景东676209 日本国立环境研究所筑波305-8506 中国科学院大学北京100049

为把握土壤温度对未来全球气候变暖的响应程度,评估气候变暖对亚热带森林土壤呼吸的影响,利用在哀牢山亚热带常绿阔叶林中设置的土壤增温和土壤呼吸人工控制实验2011—2013年的实测数据,通过分析,得到如下结果:环境温度的升高不会改变... 详细信息

为把握土壤温度对未来全球气候变暖的响应程度,评估气候变暖对亚热带森林土壤呼吸的影响,利用在哀牢山亚热带常绿阔叶林中设置的土壤增温和土壤呼吸人工控制实验2011—2013年的实测数据,通过分析,得到如下结果:环境温度的升高不会改变林内的近地层气温、土壤温度和土壤含水量的年变化和日变化规律;冬季和夜间增温效应大于夏季和昼间;增温会导致土壤含水量降低,雨季的效应大于干季;增温导致的升温效应和降低土壤水分效应具有一定的年变化,但是基本没有日变化;所设置的人工增温控制实验的年平均增温在2.0℃左右,所设置人工控制实验可以达到5 cm土壤增温2.0℃的设计要求,可为其后探讨土壤呼吸对温度升高的响应提供良好的基础保证。

关键词：气候温暖化土壤温度红外增温亚热带常绿阔叶林哀牢山

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云南哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量特征

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生态环境学报 2022年第5期31卷 949-960页

作者：陈丽娟周文君易艳芸宋清海张一平梁乃申鲁志云温韩东 MOHD Zeeshan 沙丽清中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室云南勐腊666303 中国科学院核心植物园植物生态中心云南勐腊666303 中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站云南景东676209 日本国立环境研究所筑波305-8506 中国科学院大学北京100049 中国科学院西双版纳热带植物园公共技术中心云南勐腊666303

甲烷(CH_(4))是仅次于二氧化碳(CO_(2))的重要温室气体,对全球气候变化有重要的反馈作用。亚热带森林土壤是全球陆地生态系统重要的CH_(4)汇,但因在亚热带的观测较少,致使模型估算得出的结果具有不确定性,因此需对土壤CH_(4)通量进行现... 详细信息

甲烷(CH_(4))是仅次于二氧化碳(CO_(2))的重要温室气体,对全球气候变化有重要的反馈作用。亚热带森林土壤是全球陆地生态系统重要的CH_(4)汇,但因在亚热带的观测较少,致使模型估算得出的结果具有不确定性,因此需对土壤CH_(4)通量进行现场观测和实验,以便准确估计亚热带森林土壤CH_(4)通量及其对该生态系统碳汇能力的贡献。采用大型多点自动开闭箱式自动连续测定法在哀牢山亚热带常绿阔叶林开展土壤CH_(4)通量、气温(t_(a))、地表温度(t_(0))、土壤5 cm温度(t_(5))、降雨量(P)和土壤含水量(C_(sw))进行连续1年定位观测。结果表明,(1)云南哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤为CH_(4)的汇,年通量为(−11.79±0.001)kg·hm^(-2)·a^(-1),年均速率为(−0.13±0.05)mg·m^(-2)·h^(-1),呈现出显著的季节动态,表现为干季土壤CH_(4)的吸收通量[(−0.17±0.06)mg·m^(-2)·h^(-1)]显著高于雨季[(−0.10±0.03)mg·m^(-2)·h^(-1)](P<0.05)。(2)土壤CH_(4)通量与地表温度(r^(2)=0.2125,P<0.001)、土壤5 cm温度(r^(2)=0.1948,P<0.001)和气温(r^(2)=0.0983,P<0.001)呈显著相关关系,但土壤CH_(4)通量与土壤5 cm温度的相关关系在12.35℃由正相关转为负相关。(3)土壤CH_(4)通量对土壤含水量的变化响应较温度敏感,土壤含水量可解释其90.36%的相关性(P<0.001),单因素和双因子关系模型进一步证明土壤含水量是调节哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量的主导因子。(4)在20年和100年时间尺度上,CH_(4)通量的全球增温潜势(global warming potential,GWP)分别可以抵消土壤CO_(2)排放产生增温潜势的2.2%和0.7%,可以增加该生态系统碳汇的10.6%和3.5%。为此,在未来降水格局变化的情景下,土壤含水量可用于预测哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量的变化和生态系统CH_(4)汇的强度,进而反映其对该森林生态系统碳汇能力的贡献。

关键词：亚热带森林土壤 CH_(4)通量土壤含水量温度敏感性(Q_(10)) 全球增温潜势

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哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应

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武夷科学 2023年第1期39卷 9-22页

作者：易艳芸张一平沙丽清宋清海鲁志云温韩东邓晔梁乃申 MOHD Zeeshan 张仕东周文君中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室云南勐腊666303 中国科学院核心植物园植物生态中心云南勐腊666303 中国科学院大学北京100049 中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站云南景东676209 中国科学院生态环境研究中心北京100085 日本国立环境研究所筑波305-8506 景东县林业和草原局云南景东676209

为掌握哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应,本研究基于云南哀牢山亚热带常绿阔叶林模拟增温实验平台,以去除地表凋落物、切根、切根并增温和对照4个处理6 a后表层矿质土壤(0~10 cm)为研究对象,测定土壤理... 详细信息

为掌握哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应,本研究基于云南哀牢山亚热带常绿阔叶林模拟增温实验平台,以去除地表凋落物、切根、切根并增温和对照4个处理6 a后表层矿质土壤(0~10 cm)为研究对象,测定土壤理化性质和微生物群落组成,探讨土壤微生物多样性对碳输入和增温处理的响应和驱动因子。研究结果表明,碳输入和增温处理未改变哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物的优势菌群,各处理的细菌优势菌门为变形菌门和酸杆菌门,真菌优势菌门为子囊菌门和担子菌门。与对照处理相比碳输入和增温处理改变了土壤微生物群落的α多样性指数,切根处理显著降低细菌Shannon指数和Chao1指数,而切根并增温处理的Shannon指数和Chao1指数显著升高。与切根处理相比,切根并增温使土壤细菌群落结构发生显著改变。冗余分析显示,处理间细菌群落结构差异的主要调控因子为土壤温度、土壤含水量、土壤全磷和土壤全钾,其中土壤温度和土壤含水量的影响最大;土壤细菌群落对碳输入变化和增温的响应比真菌群落更为敏感。

关键词：土壤微生物碳输入变化增温高通量测序亚热带常绿阔叶林

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