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青藏高原高寒草甸不同退化阶段植物氮利用速率变化

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草业学报 2025年第2期 16-26页

作者：霍佳娟宋明华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中国科学院大学

氮（N）是植物生长繁殖的必需元素，以多种形式存在于生态系统中。高寒草甸位置特殊，气候严酷，土壤有效氮匮乏。过度放牧引起草甸发生退化演替，土壤速效养分流失严重，导致植物的氮素利用模式发生改变。以青海省黄南州泽库县高寒草... 详细信息

氮（N）是植物生长繁殖的必需元素，以多种形式存在于生态系统中。高寒草甸位置特殊，气候严酷，土壤有效氮匮乏。过度放牧引起草甸发生退化演替，土壤速效养分流失严重，导致植物的氮素利用模式发生改变。以青海省黄南州泽库县高寒草甸为研究对象，选取轻度、中度、重度退化、侵蚀、严重侵蚀以及黑土滩6个退化阶段，利用稳定性同位素15N示踪的方法量化小嵩草对铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）吸收速率沿不同退化阶段的变化，以及草甸退化后期多度较高物种：小嵩草、橐吾、香薷对无机氮利用的差异。结果表明：沿退化序列，小嵩草对总无机氮的吸收速率呈波动下降趋势，其中对NH4+-N的吸收速率同总无机氮的吸收速率变化趋势一致，对NO3--N的吸收速率呈波动上升趋势。除侵蚀和黑土滩阶段外，小嵩草对NH4+-N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官；除重度退化和黑土滩阶段外，其他阶段小嵩草对NO3--N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官。退化后期，小嵩草在嵩草占优势斑块和杂草占优势斑块中对NO3--N吸收方式无显著差异，而其在杂草占优势的斑块中对NH4+-N的吸收速率显著高于嵩草占优势的斑块。杂草斑块中的优势植物橐吾和香薷对NH4+-N和NO3--N吸收方式差异显著，橐吾对NH4+-N的吸收速率显著高于NO3--N，而香薷对二者的吸收速率无显著差异。综上，在高寒草甸不同退化阶段，植物物种采用不同的无机氮获取策略适应土壤养分状况，维持自身生存。深入认识草地不同退化阶段植物对土壤无机氮素的吸收利用能够深入理解物种共存机制，进而指导退化草地的合理恢复。

关键词：高寒草甸退化序列无机氮的不同化学形态氮吸收速率 15N示踪技术

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生态系统科学研究与生态系统管理

地理学报 2020年第12期75卷 2620-2635页

作者：于贵瑞李文华邵明安张扬建王绍强牛书丽何洪林戴尔阜李发东马泽清中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101

中国科学院地理科学与资源研究所生态系统学科以生态系统生态学研究为核心,通过研制生态系统观测和模拟分析的技术和方法,探索解决区域性/大尺度生态学问题的理论和方法,监测生态系统变化,认知生态系统变化规律,推动生态系统生态学、生... 详细信息

中国科学院地理科学与资源研究所生态系统学科以生态系统生态学研究为核心,通过研制生态系统观测和模拟分析的技术和方法,探索解决区域性/大尺度生态学问题的理论和方法,监测生态系统变化,认知生态系统变化规律,推动生态系统生态学、生物地理生态学、全球变化生态学和生态信息科学技术的发展,创新生态系统管理模式,服务于国家和地方的生态建设、应对全球变化及区域可持续发展。面向国家重大需求,在中国华北平原农业区、南方红壤丘陵林业区、青藏高原农牧区以及黄土高原区等典型区域开展生态系统管理技术与模式的集成与创新研究,着力解决国家生态文明建设和应对全球气候变化中的重大生态学问题,推动区域生态系统管理领域的科技进步。围绕生态系统生态学学科前沿,着重在①生态系统联网观测、模拟与信息管理,②生态系统结构、过程与功能,③生态系统空间格局与机制,④生态系统对全球变化的响应与适应,⑤生态系统管理与生态系统服务等五大主要研究方向,系统开展生态系统生态学前沿理论和实践的创新研究,研究成果处于国内和国际生态学研究的科学前沿。

关键词：生态系统生态信息全球变化生态系统管理生态系统服务可持续发展

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中国东北地区植被生产力控制因素分析

地理学报 2020年第1期75卷 53-67页

作者：周玉科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

植被生长季长度和生长强度是形态上影响植被生产力变化的重要因子。全球变暖情景下,北半球中高纬度大部分地区植被生长季显著延长并对植被生产力产生正向反馈,而植被生长强度变化情形及对生产力的控制作用并不清晰。中国东北地区属于中... 详细信息

植被生长季长度和生长强度是形态上影响植被生产力变化的重要因子。全球变暖情景下,北半球中高纬度大部分地区植被生长季显著延长并对植被生产力产生正向反馈,而植被生长强度变化情形及对生产力的控制作用并不清晰。中国东北地区属于中纬度温带地区,具有较高的植被覆盖度和丰富的植被类型,探索其植被生长季长度和强度的变化及对生产力的控制作用有利于理解和应对该地区的生态系统变化。以中国东北为研究区,基于1982-2015年长时序遥感植被指数数据(NDVI3g),利用曲率求导法确定植被生长季开始点(SOS)、结束点(EOS)、生长季长度(LOS)和夏季最大生长季强度(GM)等关键物候参数,然后利用相对重要性(RI)方法定量分析了生长季长度和强度对植被生产力长期变化趋势的相对贡献及时空格局。结果表明:①研究区整体的植被生产力和生长强度呈现增强趋势,而生长季长度呈现缩短趋势,导致生长强度成为控制生产力变化趋势的主要因素(RI=70%);②在不同植被覆盖区域,生长季长度和生长强度对生产力的影响程度具有显著的空间差异。西部草原区植被生产力受生长强度控制最为显著(RI=93%),其次为针叶林(RI=66%)和阔叶林区(RI=62%),农作物区生产力受生长强度影响最小(RI=56%)。生长季长度对植被生产力的控制在农作物区最为显著(RI=40%),在其他区域的影响约为27%~35%。各植被覆盖区生长强度与生产力均为正相关,生长季长度与生产力均为负相关;③气候因素(降水、温度)和物候变化均对主要贡献因子生长强度产生影响,其中SOS的变化对生长强度的影响程度和空间范围最为显著,主要表现为SOS推迟促进生长强度增强。本研究基于遥感数据发现1982-2015年间中国东北地区植被生长更加旺盛,但是植被生长活动主要受生长强度的影响,该研究可以为植被生产力变化模拟的参数选择提供新的线索。

关键词：植被物候植被生产力生长季长度生长强度长期趋势 NDVI

基于Hyperion高光谱数据的温带森林不同冠层结构的光谱特征分析

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光谱学与光谱分析 2015年第7期35卷 1980-1985页

作者：于泉洲王绍强黄昆周蕾陈蝶聪生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049

冠层是植被进行生态过程的主要层次,森林冠层结构影响冠层生化组分的遥感反演,因此对其光谱特征的分析有助于提高冠层生化组分反演的精度。以长白山温带阔叶红松林为研究对象,利用Hyperion高光谱数据提取不同林冠反射率,运用连续统去除... 详细信息

冠层是植被进行生态过程的主要层次,森林冠层结构影响冠层生化组分的遥感反演,因此对其光谱特征的分析有助于提高冠层生化组分反演的精度。以长白山温带阔叶红松林为研究对象,利用Hyperion高光谱数据提取不同林冠反射率,运用连续统去除和光谱一阶微分法进行光谱变换,定量分析森林冠层的光谱特征。通过计算样方阔叶树种优势度(BFDI),以及一系列光谱指数(NIR,NDVI,EVI,NDNI,SPRI*NDVI和SPRI*EVI),探讨冠层结构组成对其光谱特征及光谱指数的影响。结果表明:(1)相比阔叶林冠层,针阔混交林、美人松林和樟子松林冠层光谱的红边有左移趋势,斜率明显下降,蓝边、黄边斜率特征也相应减弱,近红外波段反射率明显下降,可见光波段的归一化反射率有上升趋势,表明不同林冠,尤其针叶林与阔叶林林冠之间的光谱特征差异明显。(2)BFDI对冠层NIR反射率和三边斜率有明显的影响,与光谱指数显著相关(P研究表明,利用星载高光谱数据结合地面样方调查可以很好地阐明林冠结构组成对于光谱特征的影响,也对优化植被冠层生化组分和森林生态系统生产力的遥感反演具有借鉴意义。

关键词： Hyperion 光谱曲线光谱指数冠层结构阔叶树种优势度长白山

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土地系统多主体模型的理论与应用

地理学报 2019年第11期74卷 2260-2272页

作者：戴尔阜马良杨微石王亚慧尹乐童苗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拉萨高原生态系统研究站北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中山大学地理科学与规划学院广州510275

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型(ABM)作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城... 详细信息

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型(ABM)作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。

关键词：土地系统土地利用土地变化科学土地变化模型多主体模型建模框架

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横断山区产水服务空间异质性及归因分析

地理学报 2020年第3期75卷 607-619页

作者：戴尔阜王亚慧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拉萨高原生态系统研究站北京100101 中国科学院大学北京100049

包括产水服务在内的生态系统服务已被纳入区域土地利用规划以及可持续发展决策中,识别其空间分异特征及影响因素是进行决策的基础,而空间分异的定量归因研究仍需进一步加强。以空间异质性明显的中国横断山区为研究区,借助InVEST模型模... 详细信息

包括产水服务在内的生态系统服务已被纳入区域土地利用规划以及可持续发展决策中,识别其空间分异特征及影响因素是进行决策的基础,而空间分异的定量归因研究仍需进一步加强。以空间异质性明显的中国横断山区为研究区,借助InVEST模型模拟产水服务空间分布,选择气候、地形、土壤、植被、土地利用等因子,采用地理探测器开展产水服务空间异质性归因分析。结果表明,①气候类因子是产水服务空间异质性的主要控制因子,其中以降水量和蒸散量为主。②在不同地貌及气候分区中,各因子对产水的空间分异的解释能力存在显著差异:平缓地区,蒸散量解释能力远高于降水量,随着起伏度的增大,降水量解释能力逐步增强,最终成为主要因子;在高原气候区,以蒸散量解释能力最强,而在中亚热带气候区,降水量为主要的控制因子。③值得注意的是,平缓地区土地利用类型因子的解释能力较为突出,在山区发展中应注意土地利用的合理规划,以减轻土地利用变化对产水服务空间变化的影响。④风险探测识别的产水服务重要区主要为初育土及人为土分布区、灌木林区以及坡度在≤5°和25°~35°区域,而其对应的高程值则在不同区域之间存在差异,因此,在横断山区产水服务的维持与保护工作中应充分考虑不同分区的具体情况。

关键词：产水服务 InVEST模型地理探测器归因分析横断山区

1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

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地理学报 2018年第11期73卷 2150-2167页

作者：徐丽于贵瑞何念鹏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北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100190

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s(1979-1985年)第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s(2004-2014年)已发表的有关中... 详细信息

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s(1979-1985年)第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s(2004-2014年)已发表的有关中国土壤有机碳储量(0~20 cm和0~100 cm)的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现:(1) 1980s-2010s中国土壤(0~100 cm)有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^(-1),其中表层土壤(0~20 cm)的碳汇效应明显;(2)森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;(3)湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;(4)中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期(1980-2009年)化石燃料和水泥生产排放CO2总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。

关键词：中国陆地生态系统土壤有机碳储量变化

塔里木河下游荒漠河岸林蒸散规律及其关键控制机制

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中国科学：地球科学 2015年第6期45卷 695-706页

作者：袁国富罗毅邵明安张佩朱绪超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北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

干旱区内陆河下游荒漠河岸林带蒸散耗水规律及其控制机制是内陆河流域下游水资源管理的重要科学基础.本研究对塔里木河下游两种典型河岸林群落胡杨群落和柽柳群落的地下水、土壤水和地表蒸散过程进行了连续观测.结果发现河岸林带生长季... 详细信息

干旱区内陆河下游荒漠河岸林带蒸散耗水规律及其控制机制是内陆河流域下游水资源管理的重要科学基础.本研究对塔里木河下游两种典型河岸林群落胡杨群落和柽柳群落的地下水、土壤水和地表蒸散过程进行了连续观测.结果发现河岸林带生长季的蒸散过程季节趋势受到植被物候期的控制,非生长季蒸散微弱;蒸散日过程是大气要素综合影响的结果,与参考蒸散显著线性相关;蒸散的空间格局则受到植被叶面积指数的控制,植被盖度越大,蒸散量越大;地下水是地表蒸散的水分来源,浅层土壤水参与水循环微弱;胡杨和柽柳蒸散过程特征一致,但胡杨耗水能力高于柽柳.进一步分析表明,植物蒸腾是地表蒸散的主体,土壤蒸发占地表蒸散的比例很小;地下水位是控制干旱区荒漠河岸林水循环的关键因素,它通过影响植物生长和植被盖度来影响荒漠河岸林带地表蒸散过程和蒸散量;采用地下水位,而不是土壤含水量定量表达荒漠河岸林水分胁迫过程更为合适.基于揭示的水分运动和蒸散规律,系统描绘了一个表达干旱区内陆河下游河岸林带水循环过程控制机制的概化框架,并描述了一个简单实用,能满足内陆河水资源管理需要的荒漠河岸林需水量估算模型.

关键词：塔里木河下游水循环蒸散荒漠河岸林柽柳胡杨

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流域生物地球化学循环与水文耦合过程及其调控机制

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地理学报 2018年第7期73卷 1381-1393页

作者：高扬于贵瑞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北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环... 详细信息

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环驱动下陆地—水生生态系统碳氮循环与人类活动及气候系统的生物学、物理学和化学过程的耦合机制。本文综合阐述了流域生态系统的时间、空间以及时间—空间尺度的生物地球化学循环与水文耦合特征,揭示营养元素循环在时间—空间尺度上的耦合特征,通过大气、陆地、河流、河口和海洋系统形成了一个连续体并由水、气体和气溶胶通量进行物理连接;分析流域营养物质的生物地球化学循环与水文耦合过程随着时空尺度在大气—陆地界面、陆地—河流界面以及河口—海洋界面的耦合变异性;最后通过流域生态化学计量特征及水陆交错带对营养物质输出的调控分析耦合过程的生物学调控机制,以提高对流域景观水平的生态水文、生物地球化学和生态动力学的理解。

关键词：流域生物地球化学水文过程耦合控制机制