2000-2015年黄土高原生态系统水源涵养、土壤保持和NPP服务的时空分布与权衡/协同关系

生态系统服务评估决定区域可持续发展,对人类福祉至关重要。以黄土高原为研究区域,基于CASA、InVEST和RUSLE模型,结合土地利用类型、归一化植被指数、气象等数据,分析了2000年、2005年、2010年和2015年的NPP、土壤保持和水源涵养3项关键生态系统服务的时空分布特征,识别了3种生态系统服务的热点区,并基于相关系数法分析了黄土高原地区和不同气候区(干旱气候区、半干旱气候区、高原气候区、半湿润气候区)不同生态系统服务间的权衡/协同关系。结果表明:(1)2000—2015年,黄土高原地区的土地利用类型变化剧烈,其中林地(2.8%)和建设用地(43.1%)显著增加,耕地(-2.7%)明显减少;(2)2000—2015年,净初级生产力(NPP)、产水量和土壤保持均呈现增长趋势,分别增加14.1%,5.3%和101.3%;(3)黄土高原的4类热点区(非热点区、一类热点区、二类热点区、三类热点区)所占面积变化不显著,分布具有明显的地带性,从西北到东南依次为非热点区、一类热点区、二类热点区和三类热点区;(4)在整个黄土高原地区,土壤保持与NPP、水源涵养之间为协同关系,NPP与水源涵养为权衡关系;在4个气候区,NPP与土壤保持之间的权衡/协同关系与黄土高原地区一致,但土壤保持和水源涵养在半干旱气候区和半湿润气候区呈权衡关系,NPP与水源涵养在高原气候区和半湿润气候区为协同关系。为促进区域生态系统可持续管理,应在土地规划过程中考虑生态系统服务之间的相互关系,尽可能减少权衡,增加协同。     

地震灾区2种气候生态治理区恢复初期土壤呼吸动态及其影响因子

目的土壤呼吸速率是反映生态系统对胁迫的敏感程度和响应模式的重要参数之一,生态恢复过程可引起土壤呼吸速率变化,研究地震灾区不同生态恢复方式的土壤呼吸动态变化及其与环境因子的关系,对准确认识灾害干扰区生态恢复过程中的区域性碳循环特征至关重要。方法选择干旱河谷气候区（汶川县威州镇）和亚热带季风气候区（绵竹市汉旺镇）的生态恢复示范区为研究区,以受损治理区（DTA）、自然恢复区（NRA）和未受损区（UA）为处理样地,于2015年9月至2016年9月,对土壤呼吸速率（R_s）、5 cm深土壤温度（T₅）、5 cm深土壤湿度（W₅）、近地面温度（T₀）及近地面湿度（W₀）进行动态监测,分析土壤呼吸的动态特征及其对土壤温度和水分的响应。结果（1）日尺度R_s最高值出现在11:00—15:00,最低值出现在10:00或18:00,在2个气候区总体上均表现为UA > DTA > NRA,且表现为明显的单峰曲线,具有一定的波动性;季节尺度R_s夏秋季最高,冬季最低,不同季节R_s总体上表现为UA > DTA > NRA。（2）干旱河谷气候区和亚热带季风气候区土壤湿度分别 < 27%和 > 16%时,土壤呼吸主要受土壤温度调控;相对于单因素模型,R_s与T₅和W₅的双因素模型回归关系更好,T₅和W₅对R_s的解释量（R2）均有所提高且大于0.762。（3）干旱河谷气候区DTA、UA和NRA的温度敏感系数Q₁₀分别为2.34、1.95、2.78,亚热带季风气候区Q₁₀则分别为1.99、1.25、2.90,表现为NRA对土壤温度变化最为敏感。结论与UA比较,干旱河谷气候区DTA与NRA土壤呼吸速率分别降低41%和50%,亚热带季风气候区则分别降低21%和23%。      

中国退耕还林工程固碳现状及固碳潜力估算

为了科学评估中国退耕还林工程的固碳能力,收集整理了退耕还林一期工程（1999—2010年）详细的造林资料,结合中国主要树种的蓄积量（生物量）生长曲线和退耕还林前后土壤有机碳变化特征及各树种碳储量计算的相关参数,估算退耕还林工程1999—2050年的固碳量及其变化。结果表明：截至2010年,退耕还林工程造林总固碳量（土壤和植被）为355.87 Tg;工程实施期间,造林后期固碳量显著大于造林前期,平均每年固碳量为29.66 Tg;工程林固碳增汇潜力不断增加,预计到2050年中国退耕还林工程的固碳增汇潜力为1 234.04 Tg。因此,中国的退耕还林工程产生了巨大的碳汇效益。     

震区生态治理初期植物、土壤的养分含量及叶片化学计量特征

目的在我国西南强地震影响区生态恢复重建的背景下,探明植被覆盖率、植物群落物种多样性、生物量变化与6种主要矿物质元素含量和植物C、N、P化学计量特征,有助于深入认识地震灾区植被恢复的动态过程。方法以汶川地震重灾区典型区汶川县威州镇(干旱河谷气候)和绵竹市汉旺镇(亚热带季风性气候)的受损治理样地与未受损样地为研究对象,分析两种气候区受损治理区(Destroyed and treated area,DTA)和未受损区(Undestroyed area,UA)的植被恢复特征和植物不同器官主要元素含量及其化学计量特征。结果(1) 亚热带季风性气候区的植被恢复率(65.74%)高于干旱河谷气候区(50.68%),其中干旱河谷气候区和亚热带季风性气候区DTA的变异系数分别40.44%和23.06%,高于未受损区的14.49%和8.62%;(2)植物不同器官生物量仅茎在两个气候区DTA和UA间表现显著差异(P < 0.05),不同器官碳含量仅叶在干旱河谷气候区表现为DTA显著大于UA(P < 0.05);(3)植物不同器官中元素的含量大小主要为N>K>Ca>Mg>P>Na;(4)通过叶片氮磷比(N:P)发现,干旱河谷气候DTA和UA主要受P限制,而亚热带季风性气候DTA和UA主要受N限制。结论通过上述研究说明,气候可能是影响植被恢复的主导因子,应充分考虑影响植被和土壤恢复的限制养分因子。研究结果可为我国西南地震灾区的生态功能恢复与重建提供科学依据。      

不同气候区失稳性坡面植被生物量与土壤密度的关系

目的探讨泥石流频发流域不同气候类型失稳性坡面土壤密度与生物量特征及其关系，是因地制宜进行生态恢复的先决条件，对促进该区域生态系统稳定发展及其变化的准确评估极为重要。方法选择蒋家沟流域温带湿润山岭区（大地阴坡和小尖风阳坡）、亚热带和暖温带半湿润区（多照沟阳坡）、亚热带干热河谷区（大凹子沟阴坡和查菁沟阳坡）3个主要气候区为研究区，在各气候区失稳性坡面的不同区段（稳定区、失稳区、堆积区）设置样地，进行植被群落调查、植物和分层土壤样品（0 ~ 5 cm、5 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm）采集，测定植物地上和地下部分生物量及土壤密度等。结果（1）乔木生物量在亚热带和暖温带半湿润区显著高于温带湿润山岭区（P < 0.05）；凋落物生物量则表现为温带湿润山岭区显著高于亚热带和暖温带半湿润区（P < 0.05）；在无乔木分布的亚热带干热河谷区失稳性坡面，地上生物量、地下生物量和总生物量均表现为稳定区 > 失稳区 > 堆积区（P < 0.05）。（2）不同气候区失稳性坡面的草本植物地上生物量和地下生物量的关系符合根冠异速生长幂函数模型，表现出稳定的生长比例。（3）总体上，气候区和坡面不同区段及其交互作用对生物量和分层土壤密度均存在显著的影响（P < 0.05），但不同气候区坡面土壤密度空间变异不大，表现为弱变异性。（4）随0 ~ 5 cm土壤密度增大，地上、地下生物量和总生物量均下降，但根冠比无显著变化。结论本研究阐明了泥石流频发流域土壤密度、地下与地上生物量和根冠比沿环境梯度的空间分布格局，系统分析其相互间的关系，促进了环境因子对植被调控机制方面的认识，对基于环境因子效应开展生态恢复研究具有重要意义。      

干热河谷优势灌木养分重吸收率及其C∶N∶P化学计量特征

目的探讨干热河谷区灌木植物成熟叶与衰老叶之间的养分重吸收率及其C∶N∶P化学计量特征。方法以坡柳、马桑和苦刺为研究对象，运用单因素方差分析和Pearson相关性分析，测定并计算其鲜叶、凋落叶的养分含量、重吸收率及其C∶N∶P化学计量比。结果除凋落叶N含量表现为马桑 > 苦刺 > 坡柳外，鲜叶N、P及凋落叶P含量均表现为苦刺 > 坡柳 > 马桑。苦刺N重吸收率最高，坡柳P重吸收率最高。3种灌木鲜叶和凋落叶C∶N、C∶P均存在显著差异性（P < 0.05），N∶P无显著差异。此外坡柳N重吸收率与凋落叶C∶N、P重吸收率与鲜叶C:N具有显著相关性（P < 0.05），马桑N重吸收率与鲜叶C∶N、凋落叶N:P和P重吸收率与鲜叶C∶N、N∶P均呈显著负相关（P < 0.05），苦刺N重吸收率与凋落叶C∶N、N∶P具有显著相关性（P < 0.05）。3种灌木除鲜叶N含量与土壤中水解氮（AN）含量存在显著相关性外，鲜叶和凋落叶C、N、P含量与土壤中各养分含量均无显著相关性。结论3种灌木除在生长过程中受 P限制外，N、P含量均表现为不完全吸收，N、P重吸收率均低于全球尺度上多种陆生植物的养分重吸收率，说明干热河谷坡柳、马桑和苦刺成熟植株通过养分重吸收来适应贫瘠立地的能力弱化，N、P养分保存和自身转移能力较低。