羊草群落生产力动态及其对全球变化的反应

以中国东北森林 - 草原样带(NECT)上的松嫩平原羊草草甸草原为研究对象，从影响羊草叶片光合作用的机理出发，基于羊草片光合生理生态特性、羊草群落小气候梯度以及羊草群落生物量等的野外动态观测，分析了羊草叶片的光合生理特性动态特征，建立了羊草叶片的光合作用机理模型，通过尺度化，发展了基于叶片生理特性的羊草群落生产力动态模型;并结合著名的草地生态系统模型—CENTURY模型探讨了人类活动和气候变化对羊草草地的影响。主要结果如下： (1) 晴朗天气下羊草叶片气孔导度和净光合速率日变化均呈双峰型曲线。 (2) 影响羊草叶片气孔导度的主要环境因子是光合有效辐射、叶片与空气间的水汽压亏损以及空气温度。 (3) 影响羊草叶片净光合速率的主要因子是胞间CO2浓度、气孔导度、空气CO2浓度及蒸腾速率。 (4) 对当前2类代表性气孔导度模型的验证表明，基于Jarvis模型所改建的气孔导度模型比依据Leuning改进的Ball模型所建立的气孔导度模型具有更好的模拟效果，并据此建立了适于羊草叶片的气孔导度模型： gs = PAR (-2.01Ta2 + 147.74Ta - 2321.11)/((444.62 + PAR) (-538.042 + VPD)) (5) 结合能量平衡方程和光合作用生化模型，建立了能够模拟羊草叶片CO2、水汽和热量交换的羊草叶片光合作用耦合模型。该模型有能力预测复杂的环境变化对羊草叶片净光合作用和气孔导度的影响。 (6) 通过尺度化(采用多层模式模拟冠层导度，大叶模式模拟光合作用)，建立了羊草群落光合作用模型，结合植物群落的呼吸模型，估算了羊草群落的净第一性生产力，并与实测值及CENTURY模型模拟值进行了比较，结果表明，基于叶片光合机理的群落生产力模型较CENTURY模型能更好地反映羊草群落的生产力动态。 (7) 基于CENTURY模型对人类活动、气候变化对羊草草原可能影响的模拟表明，人类活动(割草和放牧)和气候变化都会明显影响羊草草原，但人类活动产生的影响更为显著，尤其是重牧将造成羊草草原土壤有机碳和群落生物量显著降低。因此，制定合理的放牧和割草措施对于维持草场的可持续发展具有重要意义。