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东北地理所在植被物候对气候变化的响应研究中

文章作者:产品测评 上传时间:2019-11-10

近日,我校生命科学学院李建龙教授团队在全球草地资源定量优化核算及其对气候变化响应的研究中取得重要成果。该团队首次将全球草地分布区细分为不同的干旱梯度,在此基础上定量评估不同气候区草地NPP和CUE的时空演变动态及其对气候变化的响应机制,在一定程度上提高了全球尺度下草地动态对气候变化响应研究的评估精度,且弥补了以往研究定性评估的不确定性。此外,该团队定量评估了全球不同气候区草地NPP和CUE时空分布特征,全球5大主要草地类型(Open shrublands、Closed shrublands、Savannas、Woody savannas、Non-woody grasslands )的NPP和CUE变化特征,也找出了不同气候区下草地NPP和CUE变化的主导影响因子,对于我国乃至全球各个国家草地生态系统的经营与管理、以及实现草地资源的可持续利用具有重要指导意义。

植被物候是反映植被动态的重要指标,在植被活动和生态系统功能方面起着重要的作用。植被春季物候对气候变化响应敏感,其变化对陆地生态系统碳循环和地表能量平衡具有重要的影响。明确植被春季物候对气候变化的响应对评估气候变化对陆地生态系统影响及预测未来生态系统动态具有重要的意义。

该成果以“Evaluating the responses of net primary productivity and carbon use efficiency of global grassland to climate variability along an aridity gradient” (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718341913?dgcid=author)为题在生态环境顶级杂志《Science of the Total Environment》发表,第一作者为2017级博士研究生刘洋洋,通讯作者为李建龙教授。

全球气候变暖背景下,白天与夜间气温呈现不对称增温。已有研究发现北半球植被春季物候对白天最高气温 响应更加明显,而在青藏高原已有研究发现,与白天最高气温相比,夜间最低气温 对植被春季物候影响更大。中国温带草原区是世界上第三大草原植被分布区,与青藏高原地区相比,该地区更加温暖、干旱。目前有关中国温带草原区生态系统植被对白天、夜间增温的响应机制仍不明确。此外,不同类型温带草原植被物候对气候变化响应的差异仍有待于进一步揭示。

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基于此,中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态系统管理学科组通过构建长时间序列植被物候数据,结合历史气温和降水数据,分析了1982-2015年我国温带草原生态系统植被春季物候对气温和降水的响应。研究发现,温带草原植被生长季开始期在1982-2015年显著提前,提前幅度约为1.84天/10年。春季物候主要受春季降水、冬季和春季气温影响,但不同类型植被对气温和降水响应存在差异。该研究首次发现SOS在冬季主要受Tmax影响,而在春季主要受Tmin影响。春季物候对气候变化敏感性方面,冬季Tmax和春季Tmin每升高1℃,SOS将分别提前0.42和1.43天;春季降水每增高10mm约提前SOS 1.7天,SOS对降水敏感性随着降水量增多而明显减弱,但在春季降水量大于70mm地区,SOS对降水敏感性相对较弱。该研究首次揭示出冬季和春季白天和夜间气温对中国温带草原植被春季物候存在不对称影响,并指出未来生态系统植被物候预测模型还应考虑不同季节Tmax和Tmin的影响。该研究对明确陆地生态系统对区域气候变化的响应,以及预测未来气候变化具有重要的意义。

根据IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次报告,随着CO2等温室气体排放的增加,全球气温在1880-2012年间上升了0.85℃,且全球变暖将持续加剧。在全球变化的影响下,陆地生态系统不断经历新的变化。草地作为陆地生态系统的重要组成部分,覆盖了地球陆地面积的25%,是陆地重要的碳库,在平衡大气温室气体浓度过程中具有独特的地位和重要性。草地净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)和草地碳利用效率(Carbon use efficiency,CUE)是判定草地生态系统的碳源/汇功能及其可持续发展评价的重要因子,也是全球陆地碳循环的关键环节和重要组成部分。评估气候变化对草地NPP、CUE的影响不仅有助于揭示草地生态系统对气候变化的响应机理,且对于区域的气候变化的预测及陆地生态系统碳循环的后续研究具有重要的指示意义。

该研究工作由东北地理所、东北林业大学、美国密尔斯学院、东北师范大学共同完成。东北地理所助理研究员神祥金为第一作者,研究员吕宪国为通讯作者,研究成果发表于农林气象期刊Agricultural and Forest Meteorology

目前已有众多学者在区域或全球尺度下探索草地生态系统对气候变化的响应机制,然而以往研究更多的是将研究区视为一个整体,而没有考虑到气候变化对草地动态的影响会随着气候区的变化而改变;事实上,草地动态对气候变化的响应会随着研究区水热条件组合以及水分可利用性的变化而改变;因而在大区域尺度下定性的分析草地动态与气象因素的相关关系将会造成结果的不确定性。

该研究得到了国家自然科学基金 、国家重点研发计划子课题(2017YFC0212303)、东北地理所优秀青年人才基金(Y7H7041001) 的共同资助。

为了准确探究全球尺度下不同干旱梯度下草地净初级生产力及其碳利用效率的动态趋势,并科学揭示不同气候区草地NPP和CUE对气候变化的响应机制,该团队基于全球植被生产力数据、气温降水数据、潜在蒸散量数据以及草地覆被数据,将全球草地分布区细分为干旱、半干旱、半湿润和湿润四个干旱梯度,并通过趋势分析法准确反应该时间段不同干旱梯度草地NPP和CUE的时空演变动态,在此基础上精确评估不同气候区草地NPP和CUE对气候变化的响应机制。

论文信息:Xiangjin Shen, Binhui Liu, Mark Henderson, Lei Wang, Zhengfang Wu, Haitao Wu, Ming Jiang, Xianguo Lu. 2018. 67777.com,Asymmetric effects of daytime and nighttime warming on spring phenology in the temperate grasslands of China. Agricultural and Forest Meteorology, 259, 240–249.

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