中国植被与气候关系研究

植被－气候关系的研究是预测陆地生态系统对全球变化反应的基础，为研究中国生态系统对全球变化的响应模式，本文对植被分布和植被生产力与气候关系进行了初步探讨。 首先在分析中国气候与植被特点的基础上，将中国潜在自然植被共划分为18类：寒温带针叶林，温带针阔叶混交林，暖温带落叶阔叶林，亚热带常绿落叶林混交林，典型亚热带常绿落叶林，亚热带季风常绿阔叶林，亚热带北常绿阔叶林，西部亚热带旱性常绿阔叶林，西部热带旱性热带雨林、季雨林，热带雨林、季雨林区，森林草原，典型草原，荒漠草原，温带荒漠，暖温带极干旱荒漠，青藏高原高寒灌丛草甸，青藏高原高寒草原、温性草原，青藏高原离寒荒漠。然后从中国基准气象站的气象资料出发，采用Penman方法计算了中国标准气象站的水分平衡指标，根据植被分布的多维气候生态位理论，对水分平衡指标及温度指标与植被分布的关系进行了多元分析，经过主成分析、相关分析、判别分析，典型判别分析等方法综合评价，得出低温指数( LTI)，生长季实际蒸散( GAE)、生长季水分亏缺(GDE)，干燥度（RATI）是与植被关系最密切的指标，与其它分类系统指标相比较，用该系统中两参数(GAE，RATI)与其它七个两参数模型的邻近判别分析结果比较，本研究提出的气候参数对中国植被类型具有最大的正确判别率;与8个参数的Box植被生活型与气候关系系统相比较，本文四参数模型的判别正确率与之无显著差异．为更直观地表达出植被类型与气候指标之间的关系，运用多段线性判别方法设计了二维决策模型，正确区分率为73.5%． 在收集425个生物量、生产力数据的基础上，分析了气象要素与植被生产力关系，对选取部分地带性植被测量点的数据分析后，提出了中国植被生产力与水分平衡关系的回归模型： NPP=2.55×GAE×EXP(-4.2092-1.9665.RATI) 运用本文建立的植被分布及生产力与气候关系模型对全球气候变化（温度增加、雨量变化）后中国植被的可能变化进行了预测，结果表明青藏高原植被，寒温带针叶林与典型草原对全球变化较敏感，特别是生产力变化较明显，不同的温雨变化组合，不同植被类型的NPP的反应差异显著．

中国东北温带样带区域和景观尺度生态模型的研究

样带是沿全球变化某一驱动因素的主要梯度而设置的由一系列研究站点构成的区域，被认为是研究全球变化与陆地生态系统关系的最有效的途径。而模型研究是全球变化研究中不可或缺的手段。本文即采用模型研究方法研究中国东北温带样带(NECT)区域，试图揭示温带生态系统对于全球变化（尤其是降水）的反应机制。 中国东北温带样带（NECT)位于42°N - 46°N，108°E - 132°E，长约二千多公里，是最早被列入GCTE的四条样带之一，从东到西有明显的湿度梯度，被认为是温带区域研究水分梯度的代表性样带。本文研究主要集中在： 1．NECT中环境数据库的建立,本文采用EIS作为数据管理系统。由于EIS管理空间数据的特点是根据确定的地理坐标来提供空间定位，因而每一环境因子的属性值分布都有确定的地理坐标与其对应，特别适合于样带这种研究区域较大，同时又要求有精确空间定位的区域。NECT环境数据库包括地形、气候、植被、土壤、土地利用、水文、孢粉数据及社会经济等分库、本数据库力图提供各环境因子的各种属性值而代替仅仅提供类型值。 2．NECT中PFTs的划分PFTs的划分被认为是建立DGVM的前提。本文认为PFTs的划分是模型研究中一个尺度上升过程的结果，不同的尺度，不同的研究目标导致不同的PFTs的划分。在NECT区域中，考虑植被对全球变化中降水因子的不同反映机制，采用生活型、高度、耐旱特性、叶子大小、叶子季相、主根深度和木质化程度等指标根据- TWINSPAN和FCLUS进行划分，得到以下9种NECT区域中植被功能类型：常绿针叶树种、落叶针叶树种、落叶阔叶树种、落叶小叶灌木、落叶小叶半灌木、落叶强旱生半灌木、多年生中旱生草本、适应旱生环境的多年生草本和多年生强旱生草本。对NECT区域中PFTs的DCA分析表明降水是控制PFTs在NECT区域中分布的主要环境因子。在代表景观层次的长白山PFTs的划分中，则采用树种有记载的最大寿命、最大胸径、最大树高、各树种生长参数、树种自然分布区内>5℃的有效积温的最小值和最大值、耐阴、耐旱、喜肥特性、树种的扩散更新，就地下种更新和萌条更新能力参数及叶子大小和类型等指标采用上述软件得到的以下PFTs:即不耐荫阔叶树种、耐荫阔叶树种、耐荫针叶树种和不耐荫的阳生针叶树种。 3.NECT中BCM模型的建立和预测 本文认为土壤水是决定SPC系统水分状况的直接指标。而均衡土壤水分剖面代表了土壤水的多年平均状态，因而本文以Watershed模型为基础，模拟NECT区域中任意一点的均衡土壤水分剖面（精度为每经纬网格32×48个点）;然后根据这个均衡水分剖面用计算LAI子模型确定该水分剖面所能支持的LAI;进而根据这个LAI由Biome等模型划分出Biome在NECT中的分布。全球变化的结果将改变区域中任意一点的土壤水分状况，从而影响植被的LAI，进而导致Biome的改变。本模型成功的模拟了LAI和Biome在NECT区域中的分布，利用85-90生长季每月平均的NDVI作相关检验表明除5月份以外，相关系数都>0.7，而5月份也达到0,6457，都达到了极显著的程度。尤为重要的是，模型对于不同植被类型的NDVI与LAI的对应关系有良好的模拟，如针叶林的LAI在相同的NDVI值下明显比阔叶林小，因而模型模拟的LAI在NECT东部针叶林分布区LAI值比针阔混交林明显偏小，而与Spanmen等(1990)所提出的针叶林叶面积指数与NDVI关系非常一致。模型的预测显示：(1) T+20C (PET+15%)，Precipitation+20%，LAI总体上变化不大，且空间变化呈现复杂性，总体上表现出草原植被LAI减少，而森林的LAI增加;Biome层次表现出针阔混交林和矮草原面积扩大，针叶林和森林草原面积减少，其中对于该情形下变化最为明显的是针叶林和森林草原。NECT东部区域发育在沙性土上的植被的LAI明显增加，而科尔沁沙地植被的LAI则维持不变。(2)T+40C (PET+30%)，Precipitation+20%，LAI总体上将减小0.14，但空间分布不均。东部森林区域LA1将维持不变或增加（主要为针叶林），草原植被LAI仍表现出减少趋势;在Biome层次上则表现出草原面积的扩大。对于第一种情形下LAI有增有减的森林革原地区则表现出减小的一致性，总体来说，第二种情形比第一种情形表现出相当的干旱性。从对两种全球变化情形的反应来看，针叶林和森林草原是NECT中对全球变化驱动因子温度和降水的敏感植被类型;丽科尔沁沙地植被表现出相当的稳定性，表明该沙地的敏感性主要是由于人类活动这个因子造成的。 4.NECT中景观层次NPP模型的建立和预测 景观层次之所以成为模型研究中一个独特的层次，是由于地形效应的存在。地形效应对于水、热。营养物质的进行重新分配，从而进一步控制了生态系统的分布。本文选择NECT区域中森林生态系统的代表性分布小流域一二道白河小流域为研究区域。首先，应用Sunlight模型来模拟小流域任意一点所截取的能用于光合作用的太阳辐射能。Sunlight模型充分考虑了由于栅格的坡度、坡向和遮蔽度对可照时间和太阳直射辐射的影响以及坡度和可祝度对太阳散射辐射的影响，并提供了消除大气状况从站点观察数据推测的方法，即太阳直射辐射转换系数Rb和太阳散射辐射转换系数R，结合植被的分布特性，得到IPR在小流域中的分布。结果表明，IPR在小流域中相差不大，与高程呈正相关。进而利用温度修正模型得到温度修正系数，平均为0.446，表明温度对NPP的限制效应比较大;而水分修正系数则通过Topmodel模拟每一栅格的地下水位，由这个地下水位通过前述Waterbalance模型模拟均衡土壤水分剖面，进而求出水分修正系数，平均为0.86，表明该流域水分状况良好，水分状况对NPP的限制性不强。模拟结果显示：海拔NPP为16.05 t.ha-1年;分布于llOOm至1700m的针叶林平均NPP为12.71 t.ha-1年d;>1700m的岳桦林平均NPP为7.31t.ha-l年“两实测的NPP值分别为20.19 t.ha-l年 13.45 t.ha-l年‘1和5.15 t.ha-1年”。可见模型模拟的整个NPP的分布趋势与现实NPP分布一致。模型的预测表明：(1)．T+2℃( PET+15%)，P+20%时整个小流域的平均NPP将从14.60 t.ha-1年-1增加到16.65 t.ha_l年，且不同生态系统的增加幅度大致类似。以岳桦林生态系统稍高，增加幅度为15.3%，引起该小流域NPP增加的主要原因是温度状况的改善，而水分状况与变化前一致。(2)T+4℃( PET+30%)，P+20%的变化前景下NPP的增加幅度更大，整个小流域的平均NPP将达到18.63 t.ha-1年，且不同生态系统变化幅度不同．阔叶红松林、暗针叶林和岳桦林生态系统NPP增加幅度将分别达到25.8%，28.3%和32.8%.引起整个小流域NPP增加的主要原因仍旧是温度状况的大幅度提高，平均从变化前的0.477提高到0.610，而水分状况则仍保持相当的稳定性。

全球变化不绿洲的演化趋势研究-以塔里木盆地北部渭干河绿洲为例

本文以全球变化对绿洲水文循环影响为主线，分析了地处干旱区的绿洲在全球变化下的演变趋势。以塔里木盆地北部渭干河绿洲为例，探讨了其水量平衡、非灌溉土壤积盐特性、隐域性盐化草甸植被NPP，以及绿洲土地利用／覆被变化对全球变化的响应。从不同时间尺度上分析了全球变化的两大驱动因子，气候变化和人类活动对绿洲演化的影响。运用系统动力学模型模拟了未来30年绿洲土地覆被变化在上述两驱动因子的作用下的动态演变过程。其主要结论如下： 1、从生态学的角度，绿洲可定义为：存在于干旱、半干旱区的依赖于水源而生存的隐域性绿色景观．地质时期，绿洲的演化由气候等自然因子起决定作用;人类历史时期，在气候等自然因素的大背景下，人类活动对绿洲演变的作用越来越大;近百年来，绿洲的演变则主要受人为活动干扰。 2、在不改变绿洲现有土地利用格局和水资源利用率的情况下，当年平均气温升高2.5℃，无论降水增加200%或不增加，绿洲的水资源量都将出现负平衡，全球变化将使绿洲面临更为严重的水资源短缺。 3、绿洲自然土壤0-5 0cm土层积盐速率对全球变化的响应程度依地下水埋深的大小而有所差异。地下水埋深较小，积盐速率随温度的升高增加较明显;地下水埋深较大时，积盐速率变化不明显。当地下水埋深>2m，地表积盐速率不再随气候变化而变化．地下水埋深h=2m为渭干河绿洲非灌溉土壤地表积盐速率对全球变化响应的临界深度。 4、根据绿洲地下水埋深与植被NPP的相关关系，推导出了估算盐化草甸植被NPP的模型： NPP=-O. 991+0. 0005Eo (h-0. 25h^2+0. 021h^3) +5. 276EXP (-0. 651h) 并分别估算了当前及全球变化下的NPP值。盐化草甸植被NPP随地下水埋深的增加呈指数下降。全球变化下，地下水埋深较大时，NPP的增加较明显;地下水埋深较小时，NPP的增加不明显。 5、灵敏度分析表明：NPP对地下水埋深h的变化比对地下水矿化度变化为更敏感。h=3. 3m为渭干河绿洲盐化草甸植被的胁迫深度。 6、系统动力学模型模拟表明，渭干河绿洲耕地面积的增减受水资源利用率和人口数量变化的制约。全球变化下，由于水文状况的改变，未来30年将导致绿洲耕地面积增幅下降4. 5-5.1%。绿洲水文状况和人口数量变化是决定土地利用格局变化的关键驱动因素。 7、绿洲灌溉土地的优化模式为，耕地：林地：改良草地=70: 23:7;种植业（耕地）内部的比例为，粮食作物：经济作物：人工草地=46: 31: 23。

全球变化的植被——环境相关性：中国和东北样带（NECT）研究

全球变化与陆地生态系统(GCTE)的研究一直是国际地圈一生物圈计划(IGBP)．全球变化研究的焦点之一，其中植被与环境，尤其是气候的关系研究，虽然古老却又包含许多新的涵义，而陆地样带(Terrestrial Transect)则是近年来发起于GCTE，并拓展到IGBP其它核心项目的研究热点．博士后研究的主要工作有：将全球变化作为主线，以单个树种青冈(Cyclobalanopsisgtauco)为对象，研究其过去、现在和将来的地理分布与气候的关系;分别利用气温和降水指标，拓展Kira指标形成生物热量指数和干湿度指数，以及建立水热积指数，在宏观尺度上研究了中国植被与气候的关系;结合生物群区和植物功能型概念的发展以及生物多样性的研究，进行了以生物多样性保育为目的的我国生态地理区划;在熟悉IGBP陆地样带的科学计划并总结其最新发展动态的基础上，分析了中国东北样带的基本生态地理特征;最后，粗略分析r生物性多样保育与自然保护区建设和管理的关系问题。 1.植被一环境（气候）分类：指标、系统和模型 植被一气候关系是一个古老的命题，但在当今的全球变化研究中成为最基础和最具活力的工作。从单一因子的或多因子简单组合的分类指标，如Koppen，Box指标等，到以可能蒸散为基础的综合分类指标，如Penman，Thornthwaite, Holdridge，Budyko，Kira指标等，科学家们发展了众多的植被一气候分类系统和模型，如Koppen．Thornthwaite，Holdridge. Kira. Box. Neilson.Woodward, Budyko, Prentice系统，以及Holdridge，Uvardy，Matthews. Olson. Bailey．Woodward.Prentice. Box模型，为现今植被一气候关系的研究以及全球变化对陆地生态系统的影响，和大气C02增加对潜在植被变化的响应预测奠定了良好的基础。 2.基于物种的植被一气候关系研究：中国青冈的地理分布与气候的关系 在广泛收集青冈[Cyclobalanopsis glauca (Thunb.) Oerst.]地理分布资料的基础上，利用目前国际上比较流行的研究植被与气候相互关系的指标和方法，包括Kira的水热指标、Penman的公式、Thomthwaite的指标和气候分类、Holdridge的生命地带分类系统指标， 以及年平均气温(TEMP). 1月均温(Tl)、’7月均温(T7)、极端最高气温(TMAX)、极端最低气温(TMIN).≥10℃积温(AT)和年降水量(PREC)，研究了青冈在中国的地理分布与气候的关系，讨论了青冈垂直分布的上限、下限以及北界的Kira热量指标状况。根据孢粉资料和历史文献，探讨r历史时期青冈在中国大陆的分布与变迁及其与气候的关系，并利用Holdridge生命地带分类系统指标预测了C02浓度倍增条件下中国青冈分布区的可能变化。 3.宏观尺度上的中国植被一气候关系 1）用气温、降水指标研究中国植被一气候关系 能够在气象台站直接、方便地测试到的年平均气温、降水量指标，与其它水热气候因子有显著的相关性，用它们来研究中国植被与气候的关系是可行且有用的。利用全国689个气象站点的气象记录，计算得出了中国各植被地带、亚地带的年平均气温，年降水量指标和温雨系数，利用生态信息系统EIS作出了各气候指标在中国的分布，并将年平均气温和降水量作散点图，均较好地表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局。总结可得中国各植被地带的气候指标范围及界限。综合孢粉，古生物等资料信息，前人确定在全新世中期中国存在一个大暖期，其中稳定暖湿的鼎盛阶段在7.2—6,0 Ka．B.P.，其时中国境内大部分地区的年平均气温比现在高2℃左右，年降水平均高于现在100 mm，通过数学处理，利用生态信息系统恢复重建了全新世大暖期中国大陆的气温和降水分布状况．参考孢粉、古植物和他人研究资料及现代植被气候关系，恢复编制了大暖期鼎盛阶段中国大陆的植被区划图，与现代植被区划相比较，东部各个植被带在大暖期盛时表现出明显的北迁，温带植被的迁移幅度大于亚热带和热带植被;西部的植被带出现了经向西迁，西北部的草原范围扩张，荒漠缩小;青藏高原地区高寒半荒漠和荒漠植被的范围大大缩小，而且植被带仍有不同程度向北迁移的表现。这可为预测与阐明未来的气候变化和植被变迁提供有力的证据． 2）KIRA指标的拓展及其在中国植被与气候关系研究中的应用 根据Kira以月平均气温5℃为界的热量指数和干湿度指数概念，提出了以月平均气温10℃为界的生物热量指数，包括生物温暖指数BWI和生物寒冷指数BCI，并修正其干湿度指数为生物干湿度指数BK。利用中国689个标准气象台站的资料，分析我国主要植被类型分布与热量因子和干湿度因子的关系，得出两者之间有较好的相关性，生物温暖指数、寒冷指数和干湿度指数的散点图，较好地表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局。并得出中国各植被地带的气候指标范围及界限，以1 0℃为界的生物温暖指数不仅对我国森林植被的地理分布和温度气候带的划分具有较好的指示作用，而且对西南部高山、亚高山地区的植被与气候关系指示性较强;生物寒冷指数则对亚热带和热带的指示性很好，能够较好区分亚热带南部及热带地区;由热量指数和降水量综合得出的生物干湿度指数，对中国西北部干旱、半干旱区以至全国的植被分布与水分、热量因子的关系分析有较好的应用价值。 3）水热积指数的估算及其在中国植被与气候关系研究中的应用 试图利用大气年平均气温、年降水量、可能蒸散和土壤水分平衡之间的关系建立一个水热积指数，并应用年平均气温．水分盈亏值和水热积指数三个气候变量来限定植物群落组合，构成一个圆形的生命-气候图式．根据全国689个标准气象台站的气候资料，计算了中国8个植被地带和26个亚地带的年平均气温、年水分盈亏和水热积指数，绘制了各气候指标在中国的分布图及散点图，较好表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局，包括寒温带针叶林、冷温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林、温带草原、温带荒漠、青藏高原高寒植被，并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出，年平均气温的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度，经度和纬度方向的区分均较明显;土壤水分盈亏曲线的等值线则比较零乱;综合了热量和水分差异的水热积指数，其等值线与热量梯度和水分梯度均有一定的对应性，与植被类型的对应也较好。这是在宏观尺度上进行的植被与气候关系研究的一种尝试，有待于增加机理性的内容，使其得到进一步的改进。 4.生物多样性保育和全球变化研究中的陆地生物群区类型 Biome(生物群区)是当今生物多样性保育和全球变化研究中的一个重要概念，根据此概念及植物功能型概念的发展，评述了9个重要的世界陆地生物群区分类系统，并根据中国的植被分类和区划，尝试划分了在中国的生物多样性保育和全球变化研究中所需要的陆地生物群区类型。 5.中国生物多样性的生态地理区划 利用各种生态地理因子，包括气候指标如与植物耐寒性有关的绝对最低温度(TMrN)，最冷月平均气温(TJAN)，最冷月日平均温度的最大值(MXT)和最小值(MIT);与需热性有关的植物生长季积温(AT);年降水量的季节分配，包括最冷月降水(PJAN)，最热月降水(PJUL)，年降水量，年降水的统计标准差(PSD)和变异系数(年变率PCV);植被指标如植被类型(VEGET)、，植被区划类型(VEGED)、植被的净第一性生产力(NPP)、植物区系类型(FLORA)、动物区系类型(FA UNA).植物特有属的丰富度(EDGENUS)以及度量植物多样性的植物种丰富度(属数GENUS、种数SPECIES);土壤指标如土壤类型(SOILT)，土壤理化性质如土壤酸碱度(SOILPH)、土壤表层阳离子交换量(SOILEXC)等;地形和地貌特征如经度(LONG)、纬度(LAT)和海拔高度(ALT)，利用模糊聚类的手段，综合进行了中国生物多样性的生态地理区划。采用四级区划，即：生物大区(biodomain) -生物亚区(subbiodomain) -生物群区(biome) -生物区(bioregion).全国划分为5个生物大区，7个生物亚区和1 8个生物群区。 I北方森林大区 I A欧亚北方森林亚区 I Al南泰加山地寒温针叶林 IA2北亚针阔叶混交林 II北方草原荒漠大区 II B欧亚草原亚区 II Bl内亚温带高草草原 II B2黄土高原森林草原（灌木草原） il C亚非荒漠亚区 II Cl中亚温带荒漠 ⅡC2蒙古／内亚温带荒漠 III东亚大区 III D东亚落叶阔叶林亚区 m DI东亚落叶阔叶林 III E东亚常绿阔叶林亚区 III El东亚落叶•常绿阔叶混交林 III E2东亚常绿阔叶林 ⅡI E3东亚季风常绿阔叶林 III E4西部山地常绿阔叶林 IV旧热带大区 IV F印度一马来热带森林亚区 IV Fl北热带雨林、季雨林 IV F2热带海岛植被 V亚洲高原大区 vG青藏高原亚区V Gl青藏高寒灌丛草甸V G2青藏高寒草原V G3青藏高寒荒漠V G4青藏温性草原V Gs青藏温性荒漠IGBP陆地样带：科学计划与最新进展 作为国际地圈一生物圈计划(IGBP)的交叉项目(Interproject)的陆地样带(Terrestrial Transect)，已成为IGBP的全球变化研究中最引人重视的发展和新研究方法之一。它以一系列综合性的全球变化研究计划为基础，是由沿着一个主要全球变化驱动因素（如温度、降水、土地利用强度等）的梯度上的一系列研究站点所构成研究区域，并配合以模型模拟和综合分析，其地理范围为1000 km或更大的长度，数百公里的宽度，以涵盖大气环流模型(GCM)运作的最小单元。本节论述了IGBP陆地样带的概念和研究的意义，样带的类型、一般设计和选择标准，国际上IGBP样带的初步设置，包括①经受土地利用变化的潮湿热带系统;②从北方森林到冻原的高纬度地区;③从干旱森林到灌丛的半干旱热带地区;④从森林或灌丛过渡到草地的中纬度半干旱地区，以及其它的一些样带和PAGES核心计划中的PEP样带，主要内容有样带设置的原因、研究内容和主要样带特点等，并总结了样带的最新研究进展和动态． 6.中国东北样带(N ECT)的生态地理特征分析 陆地样带研究已成为国际地圈-生物圈计划(IGBP):全球变化研究的重要手段与热点。中国东北森林-草原样带(NECT)已被列为IGBP国际全球变化陆地样带之一。该样带在东经1120与130030’之间沿北纬43030’设置，长约l 600 km，是一条中纬度温带以降水为驱动因素的梯度，具有由温带针阔叶混交林向温带草原的3个亚地带：草甸草原、典型草原与荒漠草原过渡的空间系列。本文给出了样带的基本生态地理特征及其梯度分析，包括其地理位置、设置意义、地形地貌、气候梯度、土壤类型、土地利用格局、植被类型、主要优势种和群落类型的生态地理特征以及全新世适宜期（大暖期）的植被分布格局。NECT将成为我国全球变化与陆地生态系统(GCTE)与其它IGBP核心项目研究的前沿阵地。 7.自然保护区的作用、建设和管理及其与生物多样性的关系 一般而言，“就地保护”是保护生物多样性的主要措施和最根本的途径，生境的“就地保护”是生物多样性保护最为有力和最为高效的保护方法，而就地保护的措施就是建立自然保护区，通过对自然保护区的建设和有效管理，使生物多样性得到切实有效的人为保护。从自然保护区定义和类型划分及生物多样性的定义本身可以看出，自然保护区的主要保护对象是世界上丰富多彩的生物多样性，自然保护区是生物多样性就地保护的重要基地，是物种多样性的基因库，是留给野生动植物的宝贵栖息地，应把保护区的建设和生物多样性的保护与持续利用密切结合起来，合理开发利用自然资源，促进生物多样性的可持续发展。

复合生态系统油画结构与全球变化研究

在分析毛乌素沙地自然、社会经济、人文等条件与现状的基础上，诊断生态经济复合系统运行的限制因素及有利条件。运用线性规划的理论与方法进行系统的优化设计。为保证生态经济复合系统的持续发展，降水量以80%保证率的280mm计算为宜，则径流园林区的种植覆盖度可达到65%;高效农牧区的种植覆盖度可达到75%，最大不超过80%。同时表明在毛乌素沙地高效生态经济复合系统持续发展的限制因子主要是水分。 根据植物的生理生态学特点及诸气候要素建立了农业净第一性生产力模型，经我国27个省区农业生产力资料的验证表明，该模型较自然植被的净第一性生产力模型Chikugo模型和综合模型能更好地反应农业净第一性生产力。 根据自然植被净第一性生产力综合模型、农业净第一性生产力模型计算了我国自然植被及农作物的净第一性生产力，对我国自然植被与农作物对全球变化敏感性的研究表明：在所有可能的气候条件下，我国陆地生态系统的生产力表现出由东南向西北递减的趋势及明显的条带状分布，在西北地区形成明显的低值区。 根据叶面积指数、标准化差植被指数建立了中国森林植被净第一性生产力模型，经我国13组森林植被生产力数据的验证表明，该模型的预测结果与实测相符较好。通过与Chikugo模型和综合模型预测结果的比较，该模型在总体上优于Chikugo模型和综合模型。表明基于NDVI的净第一性生产力模型对我国森林植被有良好的适应性，可用于快速监测与预测我国森林生产力的动态变化。

全球变化的中国北方林生态系统生产力及其生态系统公益

基于我国北方林一兴安落叶松林的实际观测资料对国际著名的CENTURY模型进行了验证，进而模拟了我国北方林一兴安落叶松林的碳循环动态;结合全球变化的预测结果，模拟了全球气候变化下中国北方林生物量、生产力以及碳吸收能力的变化;并且预测了大兴安岭地区的自然干扰因子（林火）和人类活动（采伐、搂除枯枝落叶）对兴安落叶松林碳循环的影响。建立了综合反映兴安落叶松林生物学特性（年龄、蓄积量）及气候因素（年均温、年降水）共同作用下的兴安落叶松林净第一性生产力模型一材积驱动模型。评估了我国森林的生态系统公益价值，并建立了森林生态系统公益价值与其总生产力的回归关系。具体结果如下： (1) 我国北方林的植物总生物量为112. llt．hm-2，净第一性生产力为403. 07gC.m-2.a-l。 (2) 建立了兴安落叶松林的生物气候生产力模型： NPP= (0.3318ln (V/A) +0.4747)×30 (l_e-0'0009695E) 为基于森林资源清查资料与气候资料估算森林生产力提供了方法。 (3) 兴安落叶松林生态系统每年可净吸收碳2.65 t．hm-2，是一个重要的碳汇。 (4) 大气C02浓度倍增将使兴安落叶松林的净笫一性生产力增加9. 8%，并且提高了兴安落叶松林的碳汇功能。 (5) 温度上升将增加兴安落叶松林的生物量和净初级生产力，并且其碳汇功能也有所提高。对兴安落叶松林生长的主要限制因子是温度而不是水分。 (6) 林火使兴安落叶松林的生物量降低，但同时也促进了兴安落叶松的更新及幼树的生长，火烧后兴安落叶松林的生产力均有所增加。火烧的强度越大，烧死的森林生物量越多，火后的恢复期也越长。 (7) 一定强度的采伐有利于兴安落叶松林的更新和幼苗、幼树的生长，从而既得到了直接的经济效益，同时又可以保持一定的生态效益。 (8) 搂除枯枝落叶层在短时间内促进了兴安落叶松林的生长，但长期下去，则将导致土壤越来越贫瘠，不利于森林的生长。 (9) 兴安落叶松林所创造的生态系统公益的总价值约为2409.96×106US$．a-，其生态效益的价值是其所创造的经济价值的2.52倍，反映了生态效益的显著性。 (10) 在对我国各类型森林的生态系统公益价值评估的基础上建 立了森林生态系统公益价值与其生产力的回归关系：Va=108.25×1 06×(Tp)0'93，简化了生态系统公益价值的评估计算工作。

中国主要森林生态系统碳储量和碳收支评估

森林作为陆地生态系统中主要的植被类型在全球碳循环研究中有着十分重要的作用，而森林资源清样调查资料以其系统性、科学性、连续性等优点在森林生态系统碳循环研究中具有十分重要的地位。本研究以中国主要森林植被类型为研究对象，基于中国森林资源清样调查资料（FID），采用建立的生物气候生产力模型和反映林龄和蓄积量共同影响的生产力回归模型分别估计了中国油松林和主要造林树种的生产力;利用改进的材积源生物量法估算了中国主要森林植被类型的碳储量;并基于多元线性回归方法和因子分析法探讨了林业用地以及气候因子对中国森林植被碳储量的影响;同时，结合生物地球化学循环模型CENTURY模型评估了中国森林生态系统的碳收支。主要研究结果如下： 1建立了中国油松林生物气候生产力模型NPPa=［0.331n（V／A）+0.18］*3000（1-e-0.00096‘哪，根据油松林的森林资源清样调查资料和气候资料估算的中国油松林生产力平均为7.82Mg•ha-1•yr-1，其变化幅度为3.32-11.87Mg•ha-1•yr-1，其分布表现为南高北低的趋势。生产力较高的区域主要分布在东部和南部（四川、湖北、河南、辽宁等省），均大于7.7Mg•ha-1•yr-1;生产力较低的区域主要分布在北部和西部较为干旱的区域（内蒙古），NPP均低于5.5Mg•ha-1•yr-1：油松林集中分布区（陕西、山西）生产力处于中等水平，在5.5-7.7Mg•ha-1•yr-1之间。 2基于森林资源清样调查资料评估了中国五种主要造林树种（落叶松Larix，油松Pinusstabulaeformis，马尾松Pinusmassoniana，杉木Cunninghamialanceolata，杨树Populus）的生产力，分别为8.43、5.75、4.42、4.41、7.33Mg•ha-1•yr-1，低于世界平均生产力水平，主要原因可能是这五种造林树种大都处于未成熟阶段，表明中国造林树种在提高中国森林生态系统的固碳能力方面有很大的潜力。 3基于两次（第三次和第四次）森林资源清查资料和改进的材积源生物量法评估了中国森林的碳储量，分别为3.48和3.78PgC（1Pg＝1015g）。 基于多元线性回归模型探讨了林业用地变化对森林植被碳储量的影响。分析表明：在森林平均林龄减小的情况下，森林植被碳储量有增加的趋势;而森林碳储量随森林面积的增加而增加。当平均林龄增加10年，全国森林面积增加1*104ha时，全国森林植被的碳储量将增加54.51Tg（1Tg＝1012g），表明我国森林植被碳储量取决于自然和人为因素共同作用。 采用因子分析方法探讨了气候变化对森林植被碳储量的影响，分析表明：气温是森林植被碳储量的主要限制因子。当气温升高时，森林植被碳储量有降低的趋势;降水与森林植被碳储量呈正相关，随降水的增加森林植被碳储量增加。在年均温升高4℃，年降水量增加10％;年均温升高4℃，年降水量不变;年均温升高4℃，年降水量减少10％三种气候变化情景下，我国森林植被碳储量的增加量分别为：9.19Tg、6.67Tg和4.15Tg。 4基于生物地球化学循环模型模拟的中国森林生态系统的碳收支为0.17PgC，中国森林表现为一个巨大的碳汇。其中，西南地区森林碳收支占44％，华东及西北地区的森林碳收支总和不足14%。

锡林河流域温带草地植物VOC释放及其对草地生态系统碳循环的贡献

植物源挥发性有机碳化合物（Volitale organic compounds, VOC）是大气VOC的主要来源，与对流层大气质量、大气化学密切相关。鉴于温带草地的分布范围很广，草地植物VOC释放潜力某种程度上影响植物源VOC的总释放量。另外，植物源VOC也是光合作用固定碳素的损失方式之一，可能在特定区域或生态系统中具有重要意义。基于上述想法，本文设计了四个方面的实验作为研究内容：1） 温带草地物种水平VOC释放潜力、及其与植物功能群的关系？2) 沙地植物物种水平VOC释放潜力、及其与植物功能群的关系？3) 沙地植物-草地植物VOC释放潜力存在显著性差异吗？4) 温带典型草地和退化草地的VOC释放速率如何？在生态系统水平，植物源VOC对温带草地碳循环的贡献多大？ 在所测定的175种温带草地植物中，不同植物间异戊二烯和单萜释放潜力差异很大;除少数物种外，大多数植物的异戊二烯和单萜释放潜力都较低，尤其是典型草地的优势物种。在此基础上，作者探讨了分类学赋值方法对温带草地植被的可行性，并初步建立了锡林河流域温带草地植物的VOC释放目录（共277种植物）。另外，温带草地植物的异戊二烯和单萜释放潜力与植物功能群（植物生活型和水分功能群）具有一定的联系，尤其是植物生活型。总的来说，温带草原的优势生活型（物种），即多年生根茎禾草（或多年生丛生禾草），具有较低的异戊二烯和单萜释放潜力。各水分功能群间差异不显著，但中旱生植物、旱中生植物 (温带草原的优势功能群)，具有较低的异戊二烯、单萜释放潜力。因此，温带草原退化过程中，那些具有较高VOC释放潜力的植物，重要性将会增加。 沙地植物种类组成非常丰富，不同物种间的异戊二烯和单萜释放潜力变异也很大。另外，沙地植物的异戊二烯和单萜释放潜力与其功能群间关系较密切，不同植物生活型间差异显著;其中也以多年生根茎禾草、多年生从生禾草的释放潜力最低，而乔木的释放潜力相对最高;该结论基本与草地的研究结论一致。然而，沙地植物的异戊二烯和单萜释放潜力与其水分功能群的关系比较模糊，中生植物具有更高的释放潜力，湿生植物的释放潜力较小。 通过对比沙地植物和草地植物的释放潜力，发现沙地植物的异戊二烯和单萜释放潜力比草地植物高，且这种差异整体上显著。另外，这种显著性差异，在不同植物生活型、水分功能群间也同样存在。沙地植物比对应的草地植物具有更高的异戊二烯和单萜释放潜力，最可能的原因：沙地正午的温度明显比草地温度高，前者实测温度可超过 45 ℃,这种经常性、周期性高温，促使沙地植物采用与草地植物不同的适应策略，即沙地植物通过释放更多的异戊二烯或单萜来减少其可能遭的热胁迫或热伤害，这种长期适应策略，使沙地植物具有更高的萜类化合物释放潜力。 本文还调查了温带典型草地生态系统和退化草地生态系统的异戊二烯和单萜释放速率，结果表明典型草地的标准异戊二烯和单萜释放速率分别为0.50 μgC g-1 h-1和0.69 μgC g-1 h-1;退化草地的标准异戊二烯和单萜释放潜力分别为0.32 μgC g-1 h-1和1.59 μgC g-1 h-1。总的来说，温带草地的异戊二烯和单萜释放速率都比较低，尤其是典型草地。整个生长季，典型草地释放的异戊二烯和单萜分别为31.6 mgC•m-2　和 70.4 mgC•m-2;退化草地的异戊二烯和单萜释放量分别为20.8 mgC•m-2 和 168.8 mgC•m-2。退化草地萜类化合物总释放速率远高于典型草地，尤其是单萜释放能力。过度放牧引起的草地退化，通过改变植被种类组成，对温带草地的异戊二烯和单萜释放速率产生显著影响;总体而言，温带草地退化将会使草地释放更多萜类化合物。 在温带草地生态系统中，Clost as VOC相对其NPP而言很小，在环境PAR和温度高时,它的贡献率相对较大;Clost as VOC约占典型草地生态系统NEP的5.32 %，退化草地生态系统NEP的0.23 %。植物源VOC释放所损失的碳素相对草地生态系统NPP而言几乎可以忽略不计;但是，相对其NEP，Clost as VOC还是具有一定的相关性。虽然，草地生态系统Clost as VOC对NPP或NEP的贡献率较小，但考虑到全球尺度植物源VOC的巨大释放速率，它在碳循环中的贡献率仍然不容忽视;在某些特殊的生态系统中，仍可能扮演重要角色。

全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟

气候变化对人类赖以生存的陆地生态系统尤其是森林会产生很大的影响。本论文选择新疆天山东部的伊吾、中部的天池和小渠子、西部的昭苏四个代表性样点，利用BIOME-BGC模型和树木年轮分析方法探讨1961 ~ 2000年间气候变化和大气CO2浓度增高对天山北坡地带性植被天山云杉林（Picea schrenkiana）生长的影响，并利用BIOME-BGC模型预测未来气候变化条件下天山云杉林生产力的可能变化。 利用BIOME-BGC模型模拟了当前气候和CO2浓度条件下四个研究样点净初级生产力（NPP）特征。比较BIOME-BGC模型模拟值与实测NPP、树木年轮指数，结果表明该模型适用于天山北坡天山云杉林的模拟研究。 以BIOME-BGC模型模拟的NPP和树木年轮宽度指数作为生长指标，分析了天山云杉林过去40年的生长特点和趋势。结果表明近40年来天山云杉林生长总体上呈现上升趋势，尤其是自1987年以后，变化幅度更大。天山云杉林的生长对气候变化的反应很敏感，年降水量与当年的NPP呈现显著正相关关系（R=0.774 ~ 0.882，P < 0.001）。年降水量与树木年轮宽度指数也呈现出相似的相关关系，但相关系数相对较小（0.305 ~ 0.544），其中只有昭苏和小渠子样点达到显著水平。在昭苏和伊吾，年平均温度与对应年份的NPP相关关系微弱，相关系数仅分别为0.036和0.159。而天山中部的小渠子和天池年平均温度与对应年份的NPP呈显著负相关关系（相关系数分别为-0.324和-0.322;P <0.05）,这可能是由于温度的升高加剧水分胁迫，导致NPP下降。年平均温度与树木年轮宽度指数的相关关系与NPP的基本一致。同时，年平均温度也表现出比较强的滞后效应,尤其是滞后两年的效应，这可能是由于温度的升高，加速养分循环产生施肥效应，从而间接促进天山云杉林的生长。近40年来，大气CO2浓度的增高对天山云杉林生长具有一定促进作用，NPP升高的幅度为1.85 ~ 4.51%,根据树木年轮估算大气CO2施肥效应β相对比较小,仅为0.133。进一步分析表明大气 CO2浓度主要是通过提高水分利用效率的途径促进天山云杉林生长。 利用RegCM2区域气候模式模拟的大气CO2倍增时（大约2070年）的气候变化情形作为输入参数，应用BIOME-BGC模型预测了在未来气候状况发生改变，而大气CO2浓度没有变化的情况下（C0T1P1），天山云杉林的NPP增长幅度为13.33 ~ 29.11%,其中对东部伊吾NPP的促进作用最大，其次是中部的小渠子和天池，而对西部昭苏NPP的影响最小;结合当前气候条件和大气CO2浓度加倍情形（C1T0P0），模拟结果表明NPP在比较温暖的天山中部和西部将会有所增加，增加幅度为1.17 ~ 8.62%，而在寒冷的东部伊吾，NPP则会下降2.50%, CO2的施肥效应表现出很大的温度依赖性;结合气候变化和大气CO2浓度加倍情形（C1T1P1），模拟结果表明NPP的增加幅度将会上升为26.43 ~ 37.24%，温度、降水和大气CO2浓度对NPP的影响存在较强的交互作用。 研究表明树木年轮真实记录了树木在自然条件下长期的生长特征，是验证生态系统模型比较理想的材料之一。生态系统模型可以从机理上对生态系统的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟。本研究利用生态系统模型与树木年轮方法相结合很好地揭示天山云杉林的生长与全球气候变化之间的相互关系。同时，研究表明未来气候变化有利于天山云杉林的生长，天山云杉林可能会成为一个重要的碳汇而在碳循环研究中倍受关注。

兴安落叶松林分布及生产力对气候变化的响应研究

处于北半球高纬度地区的环球北方森林是大气CO2的重要碳汇。但是，研究表明未来气候变化将使全球北方林北移，并由目前的大气CO2碳汇转为碳源。兴安落叶松林主要分布在大兴安岭林区，是我国寒温带针叶林区北段的地带性植被，也是环球北方森林的组成部分，位于我国对全球变化敏感的区域，是森林生态系统研究的重点。 本文以温暖指数（WI），寒冷指数（CI），湿润指数（WI），一月最低温度，七月最高温度和年降水量等环境变量为因子，比较分析了广义线性模型（GLM），逐步回归广义线性模型（SGLM），广义加法模型（GAM）和分类回归树（CART）模型对兴安落叶松地理分布的模拟效果。并结合全球气候模式预估的未来情景对未来气候条件下的分布进行了预估。同时，利用搜集到的生产力及相应的气候数据，在比较分析4个区域植被气候生产力模型对兴安落叶松林生产力模拟效果的基础上，选择模拟效果和结构简单的区域植被气候生产力模型，引入林龄这一生物因子，建立了兴安落叶松林生物气候生产力模型，探讨了兴安落叶松林生产力对气候变化的响应。结果表明，在广义线性模型，逐步回归广义线性模型，广义加法模型和分类回归树模型4个模型中，以广义加法模型模拟兴安落叶松地理分布最为准确。据此，结合未来气候变化情景模拟了兴安落叶松分布。在SRES-A2排放方案下，2020年兴安落叶松适宜分布面积将减少58.1％，2050年适宜分布面积进一步减少99.7％;在SRES-B2排放方案下，兴安落叶松适宜分布面积到2020年将减少66.4％，到2050年进一步减少97.9％。两种排放方案下，到2100年兴安落叶松适宜分布区将完全从我国消失。 4个区域植被气候生产力模型中，以综合模型模拟结果与实测值相关性最好，Thornthwaite memorial模型次之，但综合模型需要参数较多，且参数较难获取，因此选用Thornthwaite memorial模型来模拟兴安落叶松林气候生产力。在区域植被气候生产力模型的基础上，引入林龄这一生物因子，能显著提高区域植被气候生产力模型的模拟精度，从而建立了兴安落叶松林生物气候生产力模型。运用所建的兴安落叶松林生物气候生产力模型，结合未来气候情景预测，对不同林龄的兴安落叶松林生产力对气候变化的响应进行了研究，结果表明，未来气候变化下，不同林龄的兴安落叶松林生产力均有不同程度的增加。

浑善达克沙地稀树疏林草地生态系统研究：生物量、生产力与生态恢复途径

荒漠化是困扰我国干旱和半干旱地区的重要环境问题，我国的四大沙地也是荒漠化最为严重的地区，从生态学角度提高对沙地的认识，探明其生物量和生产力对于了解沙地生态系统的结构和功能是非常有意义的。本研究以浑善达克沙地为例，对沙地的植被特点、生物量和生产力以及退化沙地的恢复策略进行了探讨。 通过对浑善达克沙地进行的植被调查发现，浑善达克沙地的稀树疏林草地景观由草本层、灌丛和榆树疏林构成，彼此呈相间排列、交替出现的格局。在丘间低地以地带性的草本层植物占优势，灌丛主要出现在沙丘和丘间低地的过渡地段，地下水位较高的地方。榆树（Ulmus pumila）是沙地的优势树种，占沙地乔木的95％，榆树疏林主要在固定沙地稀疏分布，占沙地榆树总量的84％。胸径10-25 cm的榆树占60％，幼树少见，这和放牧干扰有关。沙地的稀树疏林草地是不同于周围草原地带的隐域植被，带有明显的超地带性，同时因受地带性气候的影响，兼有地带性特征。 在碳循环方面，为了估测沙地植被的碳存储潜力，我们对浑善达克沙地的生物量进行了估测。整个沙地被分为六种生境，分别求算生物量，然后汇总。对于其中的榆树生物量建立了异速生长关系进行估算。结果表明，浑善达克沙地植被的平均生物量为21.30 Mg ha-1，其中丘间低地的贡献为65％。从生活型上看，草本层的贡献占优势，而榆树的贡献很小，仅为10％。平均地下/地上生物量的分配比例为2.9。与草地生态系统相比，浑善达克沙地的生物量要高出90％，表明沙地植被是草原地带内的隐域植被，特殊的土壤水热条件使它具有更高的碳存储潜力。沙地的大范围恢复将使该碳库通过碳获取得以实现。 净初级生产力（NPP）是生态系统功能的重要体现，它可以反映植被碳固定的能力。为了了解稀树疏林草地NPP的特点，我们对浑善达克沙地六种生境的NPP分别进行了求算，然后汇总。浑善达克沙地植被的平均NPP为11.06 Mg ha-1 yr-1，各生境的贡献不同，以丘间低地的贡献最大，达65％。生活型上看，草本层植物占优势，乔木的贡献仅为1.3％。地下/地上NPP为1.7，降水利用效率达10.9。浑善达克沙地稀树疏林草地的NPP比草地生态系统的平均值高59％。NPP的研究结果表明，沙地植被是和周围地带性草原植被存在显著差别的，这种高生产力将伴随沙地的恢复而实现，并有可能对沙地地区的碳循环产生影响。 为了探索荒漠化防治的新途径，在浑善达克沙地巴音胡舒嘎查开展了为期5年的退化草地恢复试验。结果表明，通过“以地养地”的模式可以使退化草地充分利用潜在恢复力进行自然恢复，并取得了明显效果。开辟高效地，种植高产玉米，在草地得到恢复的同时，牲畜仍然有充足的草料供应，牧民生活水平也有所提高。这种适合半干旱地区环境条件的恢复模式比在同样地区造林要有效和经济。据此，文章最后探讨了当前荒漠化防治中存在的误区和今后荒漠化防治应采取的策略。

内蒙古毛乌素沙地不同生境油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)灌丛地碳动态研究

油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)是内蒙古鄂尔多斯高原特有的半灌木，构成该地区沙地优势植被类型。主要分布在固定、半固定沙丘，同时在流动沙丘也有少量分布。它在当地经济价值、防风固沙环保方面均处于无以取代的地位。在毛乌素沙地沙漠化日益扩大的严峻态势下,研究其群落地上、地下过程对生境变化的响应不仅对维持干旱、半干旱区生态系统稳定的管理措施上有所帮助，而且也有助于了解全球变化背景下物种对环境条件的长期变化适应策略。 为此，本项研究以毛乌素沙地为研究区域，利用异速生长关系确立不同生境油蒿生物量最佳回归方程，并调查、比较了毛乌素沙地固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘三个生境油蒿灌丛地的生物量、土壤和植被的碳储量、生产力和细根周转、土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸。具体结果如下： 1. 建立并比较了油蒿枝、株两个水平上各部分（不含细根）生物量异速生长关系式，其中枝形态指标（枝直径BD、枝长BL、叶枝长LBL）与油蒿叶、枝、果各部分生物量的异速关系最好;株水平上冠层面积CA与其叶、枝干、果、粗根各部分生物量的回归效果较好。不同生境生物量与其生长变量的异速生长关系存在差异。2004年调查的油蒿灌丛生物量从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘分别是354.8，178.3和30.4 g m-2;各部分（叶、枝干、果、粗根、不同径级细根的)生物量都呈递减趋势。地下根与总生物量比值排序为固定>半固定>流动沙丘。不同生境细根生物量垂直分布存在差异，在固定沙丘根可至100 cm，半固定沙丘达90 cm，而在流动沙丘仅为60 cm，这些结果有助于使了解不同生境中的相同物种如何通过自身形态及其生物量调整来适应生境的差异。 2. 不同生境油蒿灌丛地植被碳储量和土壤碳储量在P < 0.05水平上差异显著，其中固定沙丘植被碳储量和土壤碳储量分别为224.04和7521 g C m-2，半固定沙丘是119.27和3029 g C m-2，流动沙丘是16.83和2300 g C m-2。可见沙区土壤有机碳远大于植被碳量。 3. 利用最大值减最小值方法、标准取样法和内生长土芯法研究了不同生境油蒿灌丛地的地上、粗根生产力和地下细根生产力。发现各生境生产力、细根周转都随着植被盖度增加而增加，地下根生产力与总生产力之比随着植被盖度增加而减少;不同生境油蒿灌丛地生产力在P < 0.05水平上存在显著差异，2005年总生产力范围在18.23-293.82 g m-2 yr-1之间;细根总周转率在0.16-0.54 yr-1之间。 4. 利用异速生产关系确立不同生境不同水平上油蒿叶面积的最佳回归关系式并对不同生境的比叶面积（SLA）进行了比较，其中枝水平上各生境叶面积与枝直径、枝叶长、枝长相关关系在P < 0.001水平上显著;株水平上各生境叶面积与株高、冠层面积相关关系在P < 0.001水平显著;从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘SLA由大变小，这可能与生境养分差异有关。 5. 不同生境油蒿灌丛地土壤微生物碳、氮和土壤呼吸范围分别在117.99-153.99 mg kg-1、1.49-3.31mg kg-1和0.54-1.96 μmol m-2 s-1之间，它们从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘依次下降。

玉米农田土壤呼吸作用动态与模拟研究

利用动态密闭气室法(Licor-6400-09)，对锦州玉米生长季(5～9月)农田土壤呼吸作用动态及其影响因子进行连续两年的野外动态观测，分析表明，在植株尺度上，玉米地土壤呼吸作用存在明显的空间异质性，较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近玉米植株的地方。玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型曲线，最小值和最大值分别出现在6:00～7:00和13:00左右。2005年玉米生长季土壤呼吸速率均值为3.16 µmol CO2 •m-2•s-1，最大值为4.77 µmol CO2 •m-2•s-1，出现在7月28日，最小值为1.31 µmol CO2 •m-2•s-1，出现在5月4日。 植物根系生物量的分布格局是影响土壤呼吸作用空间异质性的关键因素。土壤呼吸作用与根系生物量呈显著的线性关系，而土壤湿度、土壤有机质、全氮和碳氮比对土壤呼吸作用空间异质性的影响并不显著。在土壤呼吸作用日变化中，土壤呼吸速率(SR, µmol CO2 •m-2•s-1)与10 cm土壤温度(T, ℃)均呈显著的指数函数关系 。在季节尺度上，参数α和β是波动的，玉米净第一性生产力(NPP, g •m-2 •d-1)和生物量(B, g •m-2)分别为影响参数α和β季节性波动的主导因素。鉴于此，建立了方程 用以模拟土壤呼吸作用的季节变化。土壤温度、NPP和生物量共同影响着玉米生长季土壤呼吸作用的季节性变化，它们共同解释了土壤呼吸作用季节变化的93%。 小时尺度上，土环中的根系生物量是影响土壤呼吸速率空间变异的关键因子，土壤呼吸速率与根系生物量呈线性关系 ;日时间尺度上，土壤呼吸速率与根系生物量线性方程中的参数α和β是波动，土壤温度是影响α和β波动的主导因素，于是得到方程 。季节时间尺度上，土壤呼吸作用可表达为 ，土壤温度、土壤湿度和玉米NPP共同驱动着玉米生长季土壤呼吸作用的时间变化和空间变异，它们可以解释玉米生长季土壤呼吸作用时空变化的74%。 通过建立土壤呼吸作用与玉米根系生物量的回归方程，对根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了间接估算。玉米生长季根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在43.1～63.6%之间波动，均值为54.5%。假定玉米果实和秸杆中的碳在收获期间没有从农田中转移走，2005年整个生长季玉米生态系统的碳收支为–1127.0 gC•m-2，碳交换速率在 0.52～-18.05 g C•m-2 •d-1 之间波动。玉米生长初期，玉米生态系统表现为C的弱碳源;玉米播种后35天一直到收获，玉米生态系统表现为碳汇。

典型草原物候特征及其对生态系统功能的影响研究

植物物候反映的是植物(包括农作物)和环境(气候、水文、土壤条件)的周期性变化之间的相互关系。在气候变化背景下，植物物候已经发生了显著变化，并且对生态系统产生了重要影响。然而，目前的物候研究大多是针对木本植物，对于草本植物的研究则相对缺乏，而且草本植物的物候节律表现出较木本植物更为复杂的特征，不但受温度影响，亦受到水分因素的影响。 本研究利用内蒙古典型草原区克氏针茅草原建群种羊草和克氏针茅自1985～2003年19年的物候资料和气象数据，分析了物候特征及气候因子的变化趋势，探究了两种植物返青期和枯黄期的主导因子。结果表明，克氏针茅草原近20年来的气候发生了显著的变化，总体表现为温度升高、降水量降少、土壤水分含量减少。与以往物候研究结果不同的是，羊草和克氏针茅返青期在气候变暖的背景下却显著滞后。相关分析显示返青前期土壤水分是导致返青滞后的主要原因。对于枯黄期的相关分析同样显示水分因子是制约两种植物生长季结束的关键因子。在检验现有返青期和枯黄期物候模型对于典型草原适用性的基础上，本研究选择应用广泛、计算简便的CTM(Cumulative Temperature Model)模型作为改进返青期物候模型的基础，在其中加入了水分的影响，使得改进返青期物候模型可以很好的模拟典型草原植物返青期，模拟误差小于7天。同时，构建了考虑水分和温度共同影响的枯黄期模型。改进后的物候模型提高了DCTEM(Dynamic Chinese Terrestrial Ecosystems Model)模型的模拟精度。 基于耦合改进物候模块的DCTEM模型对影响生态系统NPP(Net Primary Productivity)、NEP(Net Ecosystem Productivity)和AET(Annual Evapotranspiration)的因子加以分析。结果显示，降水量是影响克氏针茅草原生态系统功能的主要因子，其对于NPP、NEP、AET以及土壤异养呼吸等均有不同程度的影响。其次，生长季长度变化对于克氏针茅生态系统功能呈现出显著的影响作用，其影响程度仅次于降水量。 为了量化在实际的气象条件下单位生长季长度变化所引起生态系统NPP、NEP和AET的变化幅度，设置了三个引起生长季长度变化的物候模拟情景(动态枯黄情景、动态返青情景、动态起止情景)以及对照情景。研究结果显示，不同情景下植物生长季长度变化对于生态系统功能有着不同程度的影响。动态枯黄情景下由于草原枯黄期使整个生长季每延长一天NEP增加3.11％，NPP为0.34％，对于AET的影响最小为0.06％;动态返青情景下，由于草原返青期波动使得整个生长季延长一天则NEP增加1.54%，NPP为0.15％，对于AET的影响最小为0.01％;在动态起止情景下，生长季延长一天则NEP增加3.37%，NPP为0.39％，对于AET的影响最小为0.06％。总体而言，由于枯黄期引起的生长季变化对生态系统功能影响程度比由于返青期引起的程度高。此外，不同的生态系统功能要素对于物候变化的影响程度也有所不同。在几种模拟情景下，NEP受到生长季变化的影响最大，其次为NPP，AET受物候变化影响最小。

中国北方草地及东部森林季节生长格局模拟

近现代以来，由于人类对自然植被的不合理利用，导致植被退化，严重影响了我国的环境质量及社会经济的发展。因此，根据植被的净第一性生产力(NPP)制定植被资源的利用强度，依据环境承载力确定退化土地的植被恢复盖度，对于我国自然资源的合理利用及可持续的退化生态系统恢复具有重要意义，急需在区域上对NPP及最适植被盖度进行科学估计。 以我国北方草地、东部森林样带为研究对象，采用以植物群落生长与环境容纳量相平衡的基本生态学理论为基础的植物群落生理生态学模型模拟植物群落的蒸发系数(k)、叶片投影盖度(FPC)及NPP的分布状况，分析其最适盖度与NPP的空间分布及NPP的季节变化。结果表明： (1) 温性草地自东向西，青藏高原自东南向西北，植物群落3个模拟参数 k、NPP与FPC呈递减趋势。北方草地NPP的模拟值较低，仅高寒草甸和温性草甸草原的NPP均值大于2 t•hm-2•a-1，高寒草甸和高寒草原的叶片投影盖度为93%和79%。高寒草甸的3个模拟参数均最高，高寒草原FPC仅次于高寒草甸，而NPP却与温性典型草原相近，温性典型荒漠的3个参数最低。 (2) 东部森林NPP表现为从南到北逐渐减少的纬度地带性分布趋势，从最南端热带雨林季雨林的31.62 t•hm-2•a-1依次向北减少至寒温带针叶林的3.45 t•hm-2•a-1。k与FPC没有表现出递减趋势，而且变化幅度不大，分别为05-0.4和87%-77%。 (3) 高寒草甸、高寒草原、温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠、温性典型荒漠这7个类型草地的畜群承载力约为：5.2、2.3、3.6、2.1、1.0、0.6、0.2只羊单位•hm-2。 (4) 我国东部森林FPC大多数大于70%，可以支持密度较高的森林植被类型。北方温性草原大部分地区FPC约为50%或者更小，宜维持现有的以草本、灌木及半灌木植物为主的植被类型及生态环境功能，而不宜进行大面积的农田开垦或恢复高密度的人工植被。