祁连山南麓高寒灌丛GPP变化特征及对生长季积温的响应

全球气候变化背景下气温逐渐升高,将会对陆地生态系统碳循环产生重要影响。研究利用2003?2016年的涡度相关系统观测资料,研究了祁连山南麓高寒灌丛生长季(5月?9月)总初级生产力(gross primary productivity,GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(growing season degree days,GDD)的响应,对于研究气候变暖对高寒生态系统碳循环的影响有重要意义。结果表明:高寒灌丛生态系统在生长季的月GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD具有较高变异性,但整体上表现为逐渐增加的趋势(P<0.05)。2003?2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为507.11 g·m^?2和975.93℃。在月尺度和生长季尺度上,GPP与GDD都呈显著正相关关系(P<0.05)。但是,通过比较生长季每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P>0.05),而在7月相关性最为显著(P<0.01)。整体上看,高寒灌丛生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,青藏高原高寒灌丛生态系统植被的光合生产能力将会提高。     

Respiration of three Belgian crops: Partitioning of total ecosystem respiration in its heterotrophic, above- and below-ground autotrophic components

An experimental system combining an eddy covariance system, a micrometeorological station and soil chambers placed in planted areas and in root exclusion zones was installed during three successive years in a production crop managed in a traditional way at the Lonzée experimental site (Belgium). Measurements were made successively on seed potato, winter wheat and sugar beet. The general objectives of the study were, first to evaluate the relative contributions to total ecosystem respiration (TER) of heterotrophic, above ground autotrophic and below ground autotrophic respiration over a succession of three agricultural crops (seed potato, winter wheat and sugar beet) cultivated on successive years at the same location and, secondly, to identify the driving variables of these contributions.Results showed that, during the observation periods, TER was dominated by autotrophic respiration (AR) (60-90%) and that AR was dominated by its above ground component (60-80%). HR was found to increase with temperature and to be independent of Gross Primary Production (GPP), whereas AR was driven by GPP and was mostly independent of temperature. The AR response to GPP was specific to the crop: not only AR intensity but also AR distribution between its above- (ARa) and below- (ARb) ground components were found to differ from one crop to another and, in the winter wheat, from one development stage to another. Generally, ARb contribution to AR was found larger when carbon allocation towards roots was more important.An uncertainty analysis was made and showed that the main sources of uncertainties on the estimates were the spatial variability for soil chamber measurements and uncertainties linked to the data gap filling method for eddy covariance measurements.     

华北平原冬小麦总初级生产力的遥感监测

该文以华北平原冬小麦为研究区,验证MODIS-GPP产品数据在下垫面复杂的农田生态系统的适用性,及农田生态系统的碳源/汇功能。首先采用MODIS-NDVI产品数据,根据冬小麦物候特征,解译出冬小麦种植面积;然后与经过验证并校正后的MODIS-GPP产品数据估算华北平原冬小麦2010年生长季内的GPP总量;最后,由涡度相关实测数据估算出冬小麦的生态系统呼吸量（RE）和净生态系统生产力(NEP)。结果显示：MODIS-NDVI解译出的冬小麦面积结果与TM解译结果的用户精度高达90.6%,总体精度达87.2%;MODIS-GPP产品数据与涡度相关数据估算结果的复相关系数高达0.9227;2010年华北平原冬小麦生长季GPP约为6.24′108 kgC,约占该区所有植被GPP的21.3%;华北平原冬小麦固碳能力较强,净生态系统生产力（NEP）占GPP的58.7%。研究表明,MODIS-GPP产品数据满足华北平原冬小麦GPP统计精度需求,冬小麦生态系统对陆地生态系统起到了重要的碳汇功能。     

产甘油假丝酵母产甘油关键酶基因的克隆、测序及植物表达载体的构建

用PCR的方法,从产甘油假丝酵母WL2002—5中扩增出了产甘油关键酶3-磷酸甘油脱氢酶（glycerol 3-phosphate dehydrogenase）和3-磷酸甘油磷酸酶（glycerol 3-phosphate phosphatase）的基因GPD和GPP。对这两个基因测序,发现基与酿酒酵母（5accharomyces.cereuisiae）的GPD、GPP基因的相似性达99％。并构建了其在植物中的表达载体。     

基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用

一般认为,生态系统的总初级生产力(GPP)对光合有效辐射(LAI)的响应曲线可以用直角双曲线来描述.研究表明,在不同的生长季进行模拟,模拟的直角双曲线的两个参数Amax和α值不同.为消除模型参数季节变化对模拟结果的影响,直角双曲线模型通常应用于较短的时间尺度(如半月、10d或5d),然而,这种在较短的时间尺度上进行模拟的方法过于繁琐,并且当通量数据缺失过多时,在短的时间模拟窗口上,少量的数据不足以拟合直角双曲线模型.在这种情况下,无法利用直角双曲线模型对生态系统的GPP进行准确的模拟,或者对缺失的碳通量数据进行插补.以玉米农田生态系统为例,旨在阐明生态系统的环境因子和生物因子在不同生长季对直角双曲线模型中两个参数Amax和α值的影响.结果表明,Amax与LAI具有显著的直线关系:Amax=a LAI+b(a=0.64,b=0.15,R=0.74,P=0.002).据此我们对直角双曲线模型进行了改进,用以预测半小时尺度的玉米农田生态系统GPP.与未改进的直角双曲线模型进行比较,在整个生长季进行模拟,改进的直角双曲线模型明显提高了模拟的精度;当在较短的时间窗口上进行模拟(半月时间尺度),改进的直角双曲线模型与之有着相似的精度.利用改进的双曲线模型不仅可以非常简捷地对生态系统GPP进行模拟,而且可以解释直角双曲线模型参数Amax值的连续变化,尤其是,当涡相关观测数据大量缺失时,可以很方便并且较为准确地插补缺失数据.     

2000-2013年中国植被碳利用效率(CUE)时空变化及其与气象因素的关系

植被碳利用效率（CUE）是评估陆地碳循环的重要指标,探讨其动态特征对气候变化的响应对于陆地生态系统碳循环研究具有重要的指示意义。基于MOD17数据计算中国植被CUE,辅以地统计学理论,利用趋势分析、变异系数及相关性分析等方法,研究了2000—2013年中国植被CUE的时空变化特征,并结合气象要素数据剖析植被CUE对气候变化的响应。结果表明:全国植被年CUE在研究年限内总体上表现为轻微的增长趋势,具体表现为在2000—2007年以0.000 6的变化率呈现波动下降的趋势,而2007—2013年植被CUE呈现显著上升的变化趋势,该变化特征可归因于2007年气温及降水格局的改变;植被CUE空间分布具有明显的空间异质性,大体呈现西部高东部低的状态。CUE增加较明显的区域主要分布在内蒙古呼伦贝尔地区,青藏高原大部分地区,东部沿海地区以及台湾岛。而CUE呈减少趋势的区域分布范围较广,其中减少趋势较为明显的地区主要包括东北平原及华北华中的大部分地区,另江南地区及新疆部分地区也有零星分布。草地及森林区域植被CUE波动变化较小,表明该部分地区生态系统处于良性循环。不同植被类型的CUE均值表现为:草地（0.21） > 农田（0.14） > 森林（0.09） > 灌丛（0.06）。全国大多数地区植被CUE与降水呈正相关,而与气温则呈负相关,而这种相关性会随着区域气候格局及植被类型的变化而变化。总体上,全国植被CUE的增加主要归因于降水量的增加,而气温的升高则造成植被CUE的降低。     

Components,drivers and temporal dynamics of ecosystem respiration in a Mediterranean pine forest

To investigate the climate impacts on the different components of ecosystem respiration, we combined soil efflux data from a tree-girdling experiment with eddy covariance CO₂ fluxes in a Mediterranean maritime pine (Pinus pinaster) forest in Central Italy. 73 trees were stem girdled to stop the flux of photosynthates from the canopy to the roots, and weekly soil respiration surveys were carried out for one year. Heterotrophic respiration (R_H) was estimated from the soil CO₂ flux measured in girdled plots, and rhizosphere respiration (R_Ab) was calculated as the difference between respiration from controls (R_S) and girdled plots (R_H).Results show that the R_S dynamics were clearly driven by R_H (average R_H/R_S ratio 0.74). R_H predictably responded to environmental variables, being predominantly controlled by soil water availability during the hot and dry growing season (May–October) and by soil temperature during the wetter and colder months (November–March). High R_S and R_H peaks were recorded after rain pulses greater than 10 mm on dry soil, indicating that large soil carbon emissions were driven by the rapid microbial oxidation of labile carbon compounds. We also observed a time-lag of one week between water pulses and R_Ab peaks, which might be due to the delay in the translocation of recently assimilated photosynthates from the canopy to the root system. At the ecosystem scale, total autotrophic respiration (R_At, i.e. the sum of carbon respired by the rhizosphere and aboveground biomass) amounted to 60% of ecosystem respiration. R_At was predominantly controlled by photosynthesis, and showed high temperature sensitivity (Q₁₀) only during the wet periods. Despite the fact that the study coincided with an anomalous dry year and results might therefore not represent a general pattern, these data highlight the complex climatic control of the respiratory processes responsible for ecosystem CO₂ emissions.     

2001-2018年西江流域水分利用效率时空变化及影响因素

[目的]探究气候变化形势下流域的碳循环和水循环相互关系,对流域的水资源科学配置有重大意义。[方法]以西江流域为例,基于2001—2018年GLASS产品中的初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,定量计算区域生态系统植被水分利用效率(WUE),利用趋势分析和偏相关分析的方法研究植被WUE时空演变特征及其影响因素。[结果]2001—2018年西江流域植被的WUE总体呈增加趋势;林地的WUE增长速率最快,草地次之,耕地最慢。从空间分布来看,WUE值从广西中部的耕地向四周逐渐升高,WUE低值还零星分布在云南东部的台地和丘陵地区;西江流域15.23%,12.12%的区域WUE分别与气温、降水呈显著正相关;11.54%的区域WUE与太阳辐射呈显著负相关;NDVI与WUE具有显著正相关性;WUE随海拔的上升呈上升—平缓—上升的趋势,在2 100 m左右,WUE出现明显波动。[结论]气候因子、NDVI、海拔、人类活动均不同程度影响西江流域植被的水分利用效率,本研究可为西南喀斯特地区石漠化治理和流域生态防护林体系的建设提供参考。     

基于MODIS数据的三种模型对区域玉米生产力的估算效果

总初级生产力GPP（Gross Primary Productivity，GPP）是描述陆地生态系统的关键指标，提供了全球范围内气候变化下碳元素循环的定量描述，是生态系统功能状况的重要参量，是碳循环中的关键要素，反映气候变化及人类活动对陆地植被综合影响下的结果。光能利用率LUE（Light Use Efficiency，LUE）作为总初级生产力估算模型中的关键参数，其取值受环境影响因子、时空分布差异、植被类型等众多因素影响，并直接影响模型的估算结果。为定量评价遥感植被参数在估算生态系统GPP方面的能力，以锦州玉米生产区为研究对象，基于2013−2014年的地面通量数据和MODIS卫星数据，利用APAR（Absorbed Photosynthetically Active Radiation，APAR）、LUE-PRI（Photochemical Reflectance Index，PRI）、REG-PEM（REGion Productivity Efficiency Model，REG-PEM）三种估算模型，估算不同尺度下的玉米生态系统GPP，并借助一元线性回归分析法，与锦州生态系统野外观测站的实测GPP值进行相关分析。结果表明：（1）逐日尺度上，APAR模型和REG-PEM模型都能较好地响应实际GPP值的季节性波动，其中APAR模型相对误差小于REG-PEM模型，但二者估算的GPP都存在峰值低估、谷值高估的现象，主要原因是LUEmax值在低植被覆盖区被高估，气温和水分因子对LUE的影响被低估，在重构植被指数曲线EVI、LSWI时产生不可避免的误差；（2）小时尺度上，由于中午时段太阳辐射增强、气温升高，导致植被叶片出现光饱和和午休现象，大大削弱了APAR对GPP的模拟效果。利用光化学植被指数PRI模型估算GPP，相较于APAR模型一定程度上能够提高GPP的估算精度，但模拟效果还有待提高。     

基于多源遥感数据和EC-LUE模型的冬小麦产量估算

【目的 】及时、准确、无损地估算冬小麦产量有助于粮食生产管理和粮食安全。【方法 】文章使用Sentinel-2的红光波段和短波红外数据及MOD09Q1数据,使用ESTARFM融合方法,生成冬小麦生长期（3～6月）内8 d的NDVI高空间分辨率时间序列数据。结合MERRA-2气象同化数据,使用EC-LUE模型进行农作物总初级生产力（GPP）的模拟估算,并使用收割指数方法将之转化为冬小麦产量,将估算结果与美国农业部门公布的县级产量数据进行比较验证。【结果 】实验表明,Sentinel-2与MOD09Q1融合NDVI具有良好的融合精度,相关系数在0.60～0.87之间。基于融合NDVI估算的GPP相比MOD17A2H具有更好的空间细节和纹理。2017—2020年估算产量平均绝对误差MAE为8.41 bu/acre,平均相对误差为18.4%,均方根RMSE为9.7 bu/acre。【结论 】基准影像数量及其与预测日期的时间差会影响融合的精度,总体上能用于后续GPP模拟;EC-LUE模型较好地模拟了农作物的GPP水平和产量,在土地覆盖类型复杂的区域,可以提供更好的GPP空间变异信息,具有可移植性...