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稳定同位素技术在森林生态系统碳水循环中的应用

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林业调查规划 2022年第1期47卷 81-87页

作者：刘浩周亚平白艳内蒙古农业大学林学院内蒙古呼和浩特010010 内蒙古兴安盟突泉县林草局内蒙古兴安盟137500 内蒙古自治区林业和草原有害生物防治检疫总站内蒙古呼和浩特010010

碳水循环是森林生态系统养分循环的重要组成部分,稳定同位素技术因其准确、安全、灵敏等特点被广泛应用于生态、环境、林业等众多研究领域,已逐步成为了解森林生态系统养分循环的强有力工具。近年来,稳定同位素技术在构建森林生态系统... 详细信息

碳水循环是森林生态系统养分循环的重要组成部分,稳定同位素技术因其准确、安全、灵敏等特点被广泛应用于生态、环境、林业等众多研究领域,已逐步成为了解森林生态系统养分循环的强有力工具。近年来,稳定同位素技术在构建森林生态系统碳水耦合模型、计算水分利用效率、量化植被蒸腾和土壤蒸发对森林蒸散量的贡献等方面研究较多。通过论述森林生态系统碳水循环过程,以及稳定同位素技术在森林生态系统碳水循环中的应用,提出该技术在森林生态系统碳水循环中水分利用效率以及水分通量拆分等应用方面存在的问题,以期进一步发挥该技术在森林生态系统研究中的潜力。

关键词：稳定同位素森林生态系统碳水循环

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2000—2014年中亚地区主要植被类型水分利用效率特征

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林业科学 2019年第3期55卷 175-182页

作者：邹杰丁建丽新疆大学资源与环境科学学院智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046

【目的】比较中亚地区不同植被类型水分利用效率(WUE)差异,探究不同植被类型WUE在海拔和纬度上的分布特征,分析WUE在年内和年际间的变化趋势,以期从宏观的角度揭示中亚地区不同植被类型WUE的时空变化规律。【方法】利用土地覆盖数据整... 详细信息

【目的】比较中亚地区不同植被类型水分利用效率(WUE)差异,探究不同植被类型WUE在海拔和纬度上的分布特征,分析WUE在年内和年际间的变化趋势,以期从宏观的角度揭示中亚地区不同植被类型WUE的时空变化规律。【方法】利用土地覆盖数据整合出不同植被类型分类,使用MODIS产品数据初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)计算中亚地区月平均和年平均WUE,观测不同海拔和纬度上的WUE变化。【结果】中亚地区GPP较低植被类型的WUE值高,而GPP较高植被类型的WUE值低,WUE表现为稀疏灌木林>草地>郁闭灌木林>森林>农田,其中稀疏灌木林WUE显著(P<0.05)高于其他植被类型;不同植被类型WUE随海拔升高出现先增加后下降的趋势,当海拔高于1 200 m后WUE与海拔显著负相关(P=0.018);农田、森林、郁闭灌木林、稀疏灌木林和草地WUE高值区分别出现在海拔750、750、750、1 250和500 m;不同植被WUE随纬度增加的变化方式和幅度差异较大,各植被类型出现WUE峰值的纬度分别为农田36°、郁闭灌木林32°、稀疏灌木林36°～38°、森林50°和草地32°;在2000—2014年间,中亚地区WUE均值为2.65 g·kg^(-1),整体变化趋势为增加,年增加量为0.066 g·kg^(-1); WUE的年内变化趋势为先升高后降低,可用一元三次函数很好地描述(R^2=0.98)。【结论】随着海拔增加,WUE呈现先增高后降低的变化趋势,各植被类型WUE随纬度的升高表现出不同的变化趋势。各植被类型WUE在2000—2014年间均呈现上升趋势。

关键词：水分利用效率中亚地区植被类型碳水循环

2000~2016年太湖流域植被NPP与土壤水文要素的时空耦合研究

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长江流域资源与环境 2024年第6期33卷 1213-1227页

作者：张莉莉叶志成廖凯华刘亚朱青中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学南京学院江苏南京211135 江门市住房和城乡建设局广东江门529040

陆地生态系统碳水循环的耦合关系是当前全球变化研究的热点之一。但目前的研究主要集中在干旱与半干旱地区,湿润地区陆域碳水耦合机制尚不明晰。以太湖流域为研究区,基于遥感与GIS技术定量分析2000~2016年流域内植被净初级生产力(Net Pr... 详细信息

陆地生态系统碳水循环的耦合关系是当前全球变化研究的热点之一。但目前的研究主要集中在干旱与半干旱地区,湿润地区陆域碳水耦合机制尚不明晰。以太湖流域为研究区,基于遥感与GIS技术定量分析2000~2016年流域内植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)、土壤水分与蒸散发之间的时空耦合关系。结果表明,NPP与水文要素在不同时空尺度上的耦合关系显著不同:整时段月尺度内,流域蒸散发与NPP均为显著正相关关系,99.86%区域的土壤水分与NPP为负相关关系;年际尺度内,三者之间的相关性均减弱;季尺度内,82%区域土壤水分与NPP在春、夏、秋季为负相关关系,其中春季最为显著,这主要与土地覆被、植物生长期等的差异有关。此外,三者之间的相关性与地形因子关系密切,具体表现为随着坡度或海拔增加而减弱的趋势。最后,研究还发现基于整时段月尺度水文气象要素逐像元建立的随机森林模型(RF_All模型)能够对流域NPP进行较好地估算与预测(R^(2)=0.97,RMSE=4.16 gC m^(-2)a^(-1),Bias=0.37 gC m^(-2)a^(-1))。研究结论对于制定全球变化背景下太湖流域生态建设与可持续发展政策具有重要的理论指导意义。

关键词：太湖流域植被净初级生产力土壤水分耦合关系碳水循环

基于参数优化的人工灌丛生态系统碳水通量模拟

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生态学报 2023年第13期43卷 5546-5557页

作者：袁洪艺杜灵通潘海珠乔成龙田静易志远吴宏玥张祎施光耀 Irumva Olivier 宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 宁夏大学生态环境学院银川750021

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳... 详细信息

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径。利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了1986—2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散(Evapotranspiration,ET)。结果表明:(1)参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;(2)基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;(3)宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986—2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m^(-2)a^(-1),但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势。

关键词：荒漠草原人工灌丛生态系统碳水循环 Biome-BGC模型参数优化

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森林植被不同尺度的碳水过程及耦合机制研究进展

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水土保持学报 2024年第1期38卷 1-13页

作者：余新晓武昱鑫贾国栋北京林业大学国家林业与草原局水土保持重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持学院首都圈森林生态系统国家定位观测研究站北京100083 北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083

[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要... 详细信息

[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法]从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果]新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论]通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。

关键词：碳水循环碳水耦合尺度水分利用

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山西太岳山森林碳水关系研究

西北林学院学报 2019年第4期34卷 49-56页

作者：温永斌韩海荣程小琴王甜贾小东北京林业大学森林资源生态系统过程北京市重点实验室北京100083 常州工学院计算机信息工程学院江苏常州213032 山西省太岳山国有林管理局山西介休032000

为了探究森林生态系统碳水循环过程中的相互作用,对进一步理解生态系统的碳水耦合提供一定的理论基础,以山西太岳山好地方林场作为研究区域,运用InVEST模型对研究区的蒸散和碳密度进行了数值模拟,并借助ArcGIS的空间分析工具,以小班为... 详细信息

为了探究森林生态系统碳水循环过程中的相互作用,对进一步理解生态系统的碳水耦合提供一定的理论基础,以山西太岳山好地方林场作为研究区域,运用InVEST模型对研究区的蒸散和碳密度进行了数值模拟,并借助ArcGIS的空间分析工具,以小班为单位分别提取了研究区蒸散量与碳密度的值并对二者间的耦合关系进行了研究。结果表明,研究区年实际蒸散量(200.8~604.8mm)、土壤碳密度(0~154.6mg·hm^-2)和植被碳密度(0~118.7mg·hm^-2)的空间分布均表现为林区高于非林区。各植被类型中,华北落叶松林、油松林和混交林基于自身结构和功能的特点在年实际蒸散、土壤碳密度和植被碳密度含量排序中均为前3。Pearson相关性分析和线性回归分析结果表明,研究区年实际蒸散量同土壤碳密度和植被碳密度间存在显著的线性耦合关系(P循环与能量流动过程中对碳水平衡起着至关重要的作用。研究结果可为山地人工林构建及植被恢复中碳水关系的管理与调控提供理论依据。

关键词：蒸散土壤碳密度植被碳密度 InVEST模型森林生态系统碳水循环

2019-2022年甘肃瓜州极旱荒漠生态系统碳水通量观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第3期9卷 184-195页

作者：王颖姜艺凡管超赵志光卢丹马晓俊张金贵安文娟赵长明兰州大学生态学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室兰州730000 兰州大学榆中山地生态系统野外科学观测研究站兰州730000 兰州大学科学观测台站管理中心兰州730000 兰州大学生命科学学院兰州730000 兰州大学甘肃省气候变化科学数据中心兰州730000

极旱荒漠生态系统通常位于干旱地区,降水量较低并伴有高温现象,其原生植被具有较高适应性,是极端环境条件下的特殊生态系统类型。极旱荒漠生态系统在帮助保持土壤稳定性、防止土壤侵蚀、维持独特生物多样性等方面发挥着一定作用,在全球... 详细信息

极旱荒漠生态系统通常位于干旱地区,降水量较低并伴有高温现象,其原生植被具有较高适应性,是极端环境条件下的特殊生态系统类型。极旱荒漠生态系统在帮助保持土壤稳定性、防止土壤侵蚀、维持独特生物多样性等方面发挥着一定作用,在全球生态系统中具有独特而重要的地位。了解中国西北极旱荒漠生态系统碳水通量特征对于研究极旱荒漠生态系统在全球碳水循环中的作用具有重要意义。本数据集为甘肃瓜州极旱荒漠生态系统野外科学观测研究站(以下简称瓜州站)所收集的2019年1月1日至2022年12月31日的日尺度碳水通量观测数据集。采用涡动相关通量观测技术对该生态系统碳水通量进行野外观测,使用ChinaFLUX数据处理技术标准对原始数据进行校正、质量控制和数据插补最终形成日尺度数据集。本数据集包括净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(ER)、水通量(FH2O)、土壤热通量(SHF)、蒸散发(ET)、显热通量(H)、潜热通量(LE)和太阳辐射(R_(g))、气温(T_(air))、露点温度(T_(dew))、土壤含水量(SWC)、光量子通量密度(PPFD)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)、降水(P)等关键气象环境观测数据。本数据集可为深入研究极旱荒漠生态系统在全球碳水循环中的作用与地位提供宝贵的数据基础。

关键词：涡度相关极旱荒漠生态系统通量观测气象要素碳水循环

2020-2021年金佛山亚热带常绿阔叶林碳水通量观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2023年第4期8卷 56-64页

作者：汤旭光孔德兵陈亚楠李元庆钱凤丁智马明国西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715

重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站于2020年12月被列入国家野外站择优建设名单,其主观测场以亚热带常绿阔叶林生态系统为研究对象,基于微气象学理论的涡度相关技术开展碳水通量的长期定位观测。本数据集为金佛山亚热带常... 详细信息

重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站于2020年12月被列入国家野外站择优建设名单,其主观测场以亚热带常绿阔叶林生态系统为研究对象,基于微气象学理论的涡度相关技术开展碳水通量的长期定位观测。本数据集为金佛山亚热带常绿阔叶林2020–2021年通量观测数据,基于ChinaFLUX数据处理体系,观测数据经质量控制和评估后,经插补和拆分形成了标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集。数据指标包含生态系统净碳交换量、总初级生产力、生态系统呼吸、潜热通量、显热通量等,以及空气温/湿度、风速/风向、土壤温/湿度、降水、太阳下行短波辐射、净辐射和光合有效辐射等。本数据集可以为分析我国典型森林生态系统的碳源/汇动态、碳水耦合特征及其对全球气候变化的响应机制提供重要的基础数据。

关键词：涡动相关碳水循环通量观测金佛山常绿阔叶林

2011-2015年西双版纳热带季节雨林碳水通量观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2023年第3期8卷 49-61页

作者：刘雅琪张晶郑惠旭费学海沙丽清周文君周立国邓晓保罗艳邓云于贵瑞张雷明张一平宋清海中国科学院热带森林生态学重点实验室(中国科学院西双版纳热带植物园) 云南勐腊666303 西南林业大学林学院昆明650224 贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 中国科学院西双版纳热带雨林生态系统研究站云南勐腊666303 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

中国“双碳”目标的提出立足于应对气候变化的科学基础之上,增加碳汇、减少碳源成为实施气候治理的必需。陆地生态系统是重要的大气碳汇,而热带季节雨林生态系统作为中国陆地生态系统的组成部分,具有生物量丰富、生产力旺盛等特征,发挥... 详细信息

中国“双碳”目标的提出立足于应对气候变化的科学基础之上,增加碳汇、减少碳源成为实施气候治理的必需。陆地生态系统是重要的大气碳汇,而热带季节雨林生态系统作为中国陆地生态系统的组成部分,具有生物量丰富、生产力旺盛等特征,发挥着不可或缺的固碳功能。西双版纳热带季节雨林生态站是中国通量研究网络(ChinaFLUX)的首批成员站之一,自2002年建成至今已积累20年碳水通量观测数据。本数据集遵循ChinaFLUX数据处理体系,处理并汇整了西双版纳热带季节雨林2011年1月至2015年12月的标准化通量和常规气象数据,形成的数据产品包含4种时间尺度(30分钟、日、月和年)。本数据集可应用于全球变化背景下的生态系统碳水循环响应机制分析和固碳效益评估等研究领域,也可为生态系统模型参数优化和结果验证提供参考。通过多平台架构、多尺度融合、多方法耦合,以期进一步为解析区域乃至全球生态系统碳水热循环机制、时空动态和预估未来碳汇潜力提供基础支撑,从而为达成中国碳中和目标提供科学依据。

关键词：涡度相关技术热带季节雨林碳水循环碳汇气象要素

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