水热交互作用对青藏高原高寒草甸生态系统净初级生产力和碳通量物候和影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 柴曦 |
| 答辩日期 | 2021-01 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 高彦春 ; 石培礼 |
| 关键词 | 碳通量物候 GSI模型 GDD模型 水热因子交互作用 高寒草甸生态系统 青藏高原 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 植被物候指在环境影响下，尤其是在温度和降水的影响下，植被出现周期性的变化。由于植被物候对逐年气候变化的敏感性，植被物候可以作为气候变化对陆地生态系统的长期生物学影响的度量和有力指标。植被物候的变化也可能通过调节碳通量的季节、年际变化及其与气候因子的关系来影响生态系统的碳循环。因此，对植被物候的不正确的判断会导致对植物生产力和碳汇估算的不准确。气候因子是草地生态系统净碳吸收期碳循环的重要控制因子，通常对应于草地生态系统生长季节开始到结束的日期。植被对单一气候因子的响应可能不足以引起植被物候的变化，有时是多种因素共同影响该生态系统目前或者其他时间植被的物候变化。然而，在青藏高原高寒生态系统中，气候因子及其相互之间作用对植物物候的影响却知之甚少。 本研究发展了水热因子生长季指数（growing season indicator, GSI) 模型来模拟青藏高原当雄站高寒草原化草甸生态系统2004-2009年以及海北站高寒灌丛草甸生态系统2003-2008年碳通量物候，即包含生态系统碳吸收开始时期（Start of Carbon Uptake Period，CUPstart)、碳吸收结束时期（End of Carbon Uptake Period，CUPend)、碳吸收期长度 (Carbon Uptake Period, CUP)三个物候数据，以及生态系统GPP、 NEP季节和年际动态特征。利用基于热量的GDD模型以及基于长时间遥感数据的NDVI物候模型来验证GSI模型的性能，并分析水热交互作用对高寒草甸生态系统植被物候多年变化特征及其对气候变化的响应的影响。研究得出主要结论如下： 1.联合温度和水分因子的GSI模型在预测以高寒灌丛、草原化草甸为代表的高寒草甸生态系统GPP甚至是NEP季节和年际动态特征时，模型准确性较高。温度和土壤水分是GPP的主要限制因子，但其相对重要性会随季节改变；在生长季开始时，温度和土壤水分共同决定启动GPP的时间及大小，但到生长季末期温度则是主导GPP变化的主要因子。此外，我们还应用GSI年际累积值（GSI = 90)预测年际NEP和 GPP。这些较好的模拟结果说明GSI有可能被广泛推广用来模拟和预测 CO2通量的变化特征以及生态系统固碳潜力，但目前还只是应用在这两个高寒草甸生态系统，未来还需在更多不同植被类型的生态系统加以验证。 2.基于青藏高原高寒草原化草甸生态系统连续6年的碳通量观测数据，采用生长季指数（GSI)模型和MODIS物候模型对包括 CUPstart, CUPend和 CUP在内的碳通量物候进行了预测。结果表明，GSI 模型比NDVI的物候模型更能准确地预测单点的CUPstart、CUPend和 CUP，尤其是丰水年和干旱年份。这一结果可以弥补NDVI方法在单一样点使用的缺陷。此外，CUP与年际NEP之间存在显著正相关关系，如果CUP延长一天，NEP将增加1.63 gCm-2year-1。CUP的长度由水分条件（SWC和VPD)决定，而水分条件主要通过影响CUPstart而限制CUP，因为CUPstart与CUP之间有显著线性相关关系。同时，较高的温度（MATa和MATS)会导致CUPstart延迟，并进一步导致CUP长度缩短，特别是在干旱年份。这表明，全球变暖并不总是促进半干旱高寒草 甸生态系统植物生长和物候发展，因为全球变暖还可以加速干旱，缩短 CUP，从而减少生态系统碳吸收。 3)利用GDD和GSI模拟了两个不同降水条件下高寒草甸生态系统的碳吸收期开始时间。在高寒草原化草甸生态系统和高寒灌丛草甸生态系统，当GDD分别达到310°C•d和170°C•d时，CUPstart开始。GSI 模型比GDD模型对水分限制的高寒草原化草甸生态系统CUPstart的模拟精度更高。GDD模型在温度限制的高寒灌丛草甸生态系统中表现稍好。这些结果表明，在水分充足的高寒灌丛草甸，热量需求是触发植被吸收CO2的关键；但是在水分限制的高寒草原化草甸生态系统中，温度和土壤湿度的交互作用，而不是单一的热量需求，才能更准确地预测 CUPstart。另外，尽管高寒草甸生态系统中GDD在一定程度上决定着 CUPstart的时间，但年际NEP却是由累积GSI控制，这表明高寒生态系统中年际NEP受温度和水条件的共同限制。因此，有必要考虑将水分条件纳入基于温度的物候模型中，以便准确预测水分限制的草地生态系统植被返青时间和生态系统净初级生产力。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 114 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194145]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 柴曦. 水热交互作用对青藏高原高寒草甸生态系统净初级生产力和碳通量物候和影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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