北半球和中国草地生态系统碳通量组分对气候因子变化的响应与适应
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘召刚 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 于贵瑞 ; 陈智 |
| 关键词 | 草地 碳通量 响应 适应 气候因子 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 北半球和中国草地生态系统是全球草地生态系统的重要组成部分，其草地类型丰富，并且绝大部分都分布于干旱和半干旱区。干旱和半干旱区草地生态系统对气候变化最为敏感，同时也是主导过去几十年全球陆地碳库显著年际变化的重要生态系统。近些年来，全球温度的升高、极端干旱和降雨事件的频繁发生深刻影响着草地生态系统的碳通量组分。干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分对气候变化的响应引起生态学家的广泛关注。在不同空间和时间尺度，影响干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分的气候因子不同，并且干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分对气候因子变化的响应和适应机制也不同。因此深入研究北半球草地生态系统碳通量组分的时空格局及其调控机制是全面认识陆地碳循环过程、准确预测和评估全球碳收支的关键。 本研究选取156个北半球和中国典型草地生态系统类型的长期定位观测站点的碳通量（总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（ER）、净生态系统生产力（NEP））数据，时间跨度为1997-2020年，结合气候、土壤和植被的样地调查和卫星遥感数据，利用多元统计分析方法，分析不同草地生态系统碳通量组分的空间格局和年际变异特征，从而揭示北半球和中国草地生态系统碳通量组分空间和时间变异及其调控机制。主要的结果如下： （1）基于北半球（中国、欧洲和北美洲）草地生态系统的长期观测，发现北半球草地生态系统整体上是弱碳汇，但具有显著的时空变异性和较大的碳汇潜力。虽然欧洲和北美洲草地生态系统的GPP和ER显著高于中国草地生态系统，但NEP无显著性差异。在空间格局上，随着年均温（MAT）和年均降雨量（MAP）的增加，北半球草地生态系统的GPP和ER整体呈现先增加后降低的趋势，NEP随着MAP的增加而增加，但中国草地生态系统的GPP和ER随着MAP的增加呈现一直增加的趋势；在年际间，随着MAT和MAP的增加，北半球草地生态系统的GPP和ER呈现增加的趋势，而NEP变化不显著。在不同时空尺度下，北半球草地生态系统的GPP和ER对水热指数（HT）的响应与适应均存在拐点，即随着HT的增加，呈现先增加后降低的趋势，NEP随HT的变化不显著。通过以上研究发现，相比于年际变化，北半球草地生态系统碳通量组分的空间变异性更大，且植被覆盖度和降水对草地生态系统碳通量组分的空间格局分布起主导作用。因此，在气候变化背景下，更应关注干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分在空间格局上的差异以及调控机制。 （2）通过分析中国干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分的空间变异发现，GPP和ER与MAP呈正相关，而随着MAT的增加呈现先增加后降低的趋势，NEP则仅与土壤总磷含量（SoilP）呈显著正相关。植被指数（叶面积指数（LAI）和增强型植被指数（EVI））和MAP是影响GPP和ER空间变异的主要因素，SoilP对NEP的作用最大。气候因素主要通过影响植被因素和土壤因素调控中国干旱和半干旱区草地生态系统碳通量组分的空间变异。因此准确估计全球碳平衡并预测生态系统对环境变化的响应和适应，有必要充分考虑气候、植被和土壤因素对碳通量组分影响的差异，以及不同气候背景下草地生态系统碳通量组分的适应规律。 （3）通过中国温带草地和高寒草地生态系统碳通量组分在空间格局上对气候因子变化适应异同的研究发现，水分因素（MAP和土壤含水量（SWC））的增加均促进了温带草地和高寒草地的GPP和ER。但是，温度因素（MAT和年均土壤温度）的升高降低了温带草地的GPP和ER，而增加了高寒草地的GPP和ER。水分因素通过提高LAI间接增加了温带草地和高寒草地的碳通量。相反，温度因素通过直接作用降低了温带草地的碳通量，提高了高寒草地的碳通量。这表明温带草地和高寒草地生态系统碳通量组分的不同空间变异模式及其对气候因子变化适应的差异。 综述以上研究结果，气候因子变化显著影响草地生态系统碳通量组分，决定了碳通量组分的空间异质性和年际变异。气候因子主要通过影响植被因素和土壤因素来影响草地生态系统碳通量组分。对于不同草地生态系统，降水和温度对碳通量组分的调控作用不同。因此本研究有助于准确刻画北半球和中国草地生态系统碳源汇功能，为评价北半球和中国草地生态系统碳源汇的时空分布提供可靠的科学依据。同时，加深了草地生态系统对气候因子变化的响应与适应的认识，有助于我们在未来气候变化情景下更准确合理的预测和管理生态系统。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 175 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209273]  |
| 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 | 刘召刚. 北半球和中国草地生态系统碳通量组分对气候因子变化的响应与适应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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