水分限制条件下陆地生态系统碳水通量响应及模型优化
文献类型：学位论文
| 作者 | 裴艳艳 |
| 答辩日期 | 2022-09 |
| 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 | 董金玮 |
| 关键词 | 总初级生产力 光能利用率模型 干旱 大气水分 土壤水分 植被水分 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 陆地生态系统总初级生产力（GPP）是植物通过光合作用固定的CO2总量。GPP是碳生物地球化学循环的开始，是生物圈碳通量的主要指标，是呼吸和生长等生态系统功能的关键驱动因素。然而，以干旱等极端气候事件频发为主要特征的全球气候变化严重影响了陆地生态系统的组成、结构和功能，显著降低了陆地生态系统GPP，已成为植被生长最重要的干扰因素之一。GPP的轻微波动会对大气CO2浓度产生显著影响。因此，GPP的精确估计对于研究陆地生态系统GPP的时空分布、季节循环、年际变化和趋势具有重要意义，进而对定量刻画陆地生态系统及碳循环对全球气候变化的响应至关重要。由于光能利用率（LUE）模型在各种植被类型中呈现出一致的生态系统过程，避免了生态系统过程对环境变量响应的非线性问题，因此最有可能充分解决GPP的时空动态问题。因此，本研究基于LUE模型，探讨了干旱条件下GPP与大气（VPD）、土壤（SWC）和植被（LSWI）水分的关系，及其对模型改进的启示。主要结论如下： （1）21个LUE GPP模型的演化特征显示：a）入射光合有效辐射（PAR）的估算由总PAR演化至直接PAR和散射PAR，b）光合有效辐射吸收系数（FPAR）的估算由单叶发展到双叶（阴叶和阳叶）结构或者基于叶绿素的策略，c）最大光能利用率（LUEmax）由全球一个常数值演化到基于C3/C4植被和阳叶/阴叶的特定值，d）环境胁迫因子方面，其指标的选取和组合形式得到很大改善。 （2）GPP、蒸散量（ET）和水分利用效率（WUE）的年际和季节性变化与大气（VPD）、土壤（SWC）和植物（LSWI）水分指标在不同时间尺度（即日尺度、8天尺度、月尺度）上和不同生态系统类型（如森林、灌木、草地和耕地）中的关系显示：LSWI与GPP（r = 0.47）、ET（0.43）和WUE（0.33）的相关性最高，高于SWC（即GPP: 0.33; ET: 0.42; WUE: 0.11）和VPD（即GPP: -0.34; ET: -0.31; WUE: -0.17），显著性水平均小于0.01，而且它们的关系几乎不受SWC或VPD的影响。这表明LSWI直接控制气孔导度，而VPD与由于蒸腾速率增加导致气孔打开而进入植物的CO2关系更密切，只有小部分SWC被植物吸收并实际用于光合作用。LSWI与GPP、ET、WUE的相关性随着水分条件从湿润到干燥、时间尺度从每天到8天和每月的变化而增加。LSWI与GPP、ET、WUE的相关性也随着生态系统类型从木本植物到草本植物的变化而增加，这可能是由根系深度变化和水力传输系统的不平衡所解释的。 （3）MOD17、VPM、BESS和PML模型的比较显示，所有这四个模型在非干旱年份具有合理的准确性；在干旱年份，VPM表现最好，其次是MOD17、PML和BESS，其RMSE分别为1.67、1.69、1.72和1.77 gC m-2 day-1。在干旱年份，VPM、BESS和PML分别高估了年GPP的2%、13%和21%，而MOD17则低估了10%。这种在干旱年份的不同模型表现可能在一定程度上归因于对水分胁迫效应的量化不同。VPM中的水分胁迫因子来自地表水分指数（LSWI），直接表示叶片、植株和土壤背景的总体含水量，而MOD17和PML中使用的水汽压亏缺（VPD）相比，它能更好地反映植被对含水量变化的反映。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 122 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194327]  |
| 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 | 裴艳艳. 水分限制条件下陆地生态系统碳水通量响应及模型优化[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. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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