荒漠草原人工灌丛化对蒸散发及其组分的影响——以盐池县为例
发布时间：2021-11-07 03:16
我国西北防沙治沙工程中大量的种植中间锦鸡儿（Caragana intermedia）会导致荒漠草原发生灌丛化现象,研究人工灌丛化对荒漠草原蒸散发的影响,不仅能够揭示半干旱区人为活动对生态系统水循环的影响机理,还可以指导区域生态治理实践。以宁夏盐池县荒漠草原为例,基于植被的生理生态参数和荒漠草原水热条件,采用生物地球化学模型（Biome Bio-Geochemical Cycles,Biome-BGC）和地球呼吸系统模拟模型（Breathing Earth System Simulator,BESS）结合的方法,模拟荒漠草原生态系统人工灌丛引入前后蒸散发及其组分的变化,定量研究荒漠草原人工灌丛化对区域生态水文循环中蒸散发的影响。结果表明,人工灌丛的引入使植被结构及特征发生了变化,叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）年最大值由0.20增加为0.67,改变了植被年内与年际变化特征。荒漠草原人工灌丛化后,生态系统年均蒸散发由251.74 mm增加到了281.42 mm;人工灌丛化对生长季的蒸散发增强明显,8月蒸散发峰值时,日均蒸散发由1.27 mm/d增加到1.56 mm/d。...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(16)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
研究区示意图
表2 Biome-BGC模型中草地及灌丛的本地化生理生态参数Table 2 Eco-physiological parameters of Biome-BGC model for local grassland and shrub 参数Parameters 单位Units 草地Grassland 灌丛Shrub 取值Values 来源Data source 取值Values 来源Data source 生长季开始Yearday to start new growth Flag 100 本研究测定 100 本研究测定 生长季结束Yearday to end litterfall Flag 290 本研究测定 290 本研究测定 叶片和细根年周转率 Annual leaf and fine root turnover fraction 1 /a 1.0 设定 1.0 设定 植物火烧死亡率Annual fire mortality fraction 1 /a 0 本研究测定 0.0 本研究测定 细根与叶片碳分配比New fine root C:new leaf C ratio 1.5 [30] 0.98 本研究测定 茎与叶片碳分配比New stem C:new leaf C ratio — — 1.06 本研究测定 粗根与茎分配比New croot C:new stem C ratio — — 0.94 本研究测定 叶片碳氮比C:N of leaves kgC /kgN 23.37 本研究测定 20.2 本研究测定 细根碳氮比C:N of fine roots kgC /kgN 46.36 [30] 24.04 本研究测定 活木质组织碳氮比C:N of live wood kgC /kgN — — 31.15 本研究测定 凋落物中易分解物质比例Leaf litter labile proportion % 29 本研究测定 26 本研究测定 凋落物中纤维素比例Leaf litter cellulose proportion % 55 本研究测定 64 本研究测定 凋落物中木质素比例Leaf litter lignin proportion % 16 本研究测定 10 本研究测定 冠层消光系数Canopy light extinction coefficient — 0.6 默认参数 0.43 参数优化 冠层比叶面积 Canopy average specific leaf area m2/kgC 11.88 本研究测定 19.8 本研究测定 酮糖二磷酸羧化酶中氮含量与叶氮含量 Fraction of leaf N in Rubisco — 0.159 [31] 0.33 [31] 气孔开始缩小时的叶片水势 Leaf water potential:start of conductance reduction mpa -0.42 [32] -0.42 [32] 气孔完全闭合时的叶片水势 Leaf water potential:complete conductance reduction mpa -2.31 [32] -2.31 [32]2.2 人工灌丛化对荒漠草原LAI的影响
从两种植被类型的年内LAI变化特征来看(图4),草地LAI随着年内生长过程表现出典型的单峰曲线,变化范围是0—0.20,在8月中旬达到峰值,在此之前LAI平稳缓慢增长,而8月中旬之后,LAI开始下降,同时变化速率加快,到十月底降回0值。草地LAI变化体现了盐池主要一年生草本植物的枯荣过程,草本植物在生长季开始后,复苏生长,随着温度升高和降水增多,叶片分裂、伸长和增大;生长季结束后,草本植物叶片开始快速枯黄、衰落。灌丛相对于草地,其年内LAI的变化幅度大,但也同样具有明显的生长季特征,全年变化范围在0—0.67之间,不同的是其生长季变化分为三个阶段,生长季初期灌丛LAI处于快速上升过程,在6月初开始生长的速度减缓,直到8月底LAI达到全年的最大峰值,之后开始快速下降,在生长季结束后降到0值。盐池荒漠草原人工种植的中间锦鸡儿为多年生灌木,其叶片虽然也会随着四季变化而枯荣,但其复苏生长和枯落速度均大于草本植物(图4)。从以上的模拟结果可以看出,荒漠草原人工灌丛化会改变陆地生态系统的LAI年际和年内特征,而这种植被结构和LAI的变化势必导致生态系统蒸散发的变化。图4 草地和灌丛的生长季LAI变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]荒漠化草原锦鸡儿属灌丛扩增对牧草产量和植物多样性的影响[J]. 郭璞,解李娜,满良,王金龙,李清芳,马成仓. 草业科学. 2019(05)
[2]基于GF-1遥感影像的宁夏盐池柠条人工林景观特征研究[J]. 郑琪琪,杜灵通,宫菲,丹杨,王乐. 西南林业大学学报(自然科学). 2019(01)
[3]基于Biome-BGC模型的北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应研究[J]. 康满春,朱丽平,许行,查同刚,张志强. 生态学报. 2019(07)
[4]宁夏东部荒漠草原灌丛引入下土壤水分空间异质性[J]. 赵亚楠,周玉蓉,王红梅. 应用生态学报. 2018(11)
[5]2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律[J]. 刘可,杜灵通,候静,胡悦,朱玉果,宫菲. 草业学报. 2018(03)
[6]生态水文阈值在中国沙区人工植被生态系统管理中的意义[J]. 张定海,李新荣,张鹏. 中国沙漠. 2017(04)
[7]北方地区叶面积指数变化对蒸散和产水量的影响[J]. 柳艺博,胡正华,李琪,张雪松,张琪. 中国生态农业学报. 2017(08)
[8]灌丛化的蒸散耗水效应数值模拟研究——以内蒙古灌丛化草原为例[J]. 王芑丹,杨温馨,黄洁钰,徐昆,王佩. 植物生态学报. 2017(03)
[9]陕北水蚀风蚀交错带柠条适应不同生境的形态和生理可塑性[J]. 陈丽茹,陈伟月,李秧秧,陈佳村. 西北植物学报. 2016(03)
[10]华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应[J]. 王亚蕊,王彦辉,于澎涛,熊伟,杜阿朋,李振华,刘泽彬,任璐,徐丽宏,左海军. 生态学报. 2016(21)
本文编号：3481049
【文章来源】：生态学报. 2020,40(16)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
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表2 Biome-BGC模型中草地及灌丛的本地化生理生态参数Table 2 Eco-physiological parameters of Biome-BGC model for local grassland and shrub 参数Parameters 单位Units 草地Grassland 灌丛Shrub 取值Values 来源Data source 取值Values 来源Data source 生长季开始Yearday to start new growth Flag 100 本研究测定 100 本研究测定 生长季结束Yearday to end litterfall Flag 290 本研究测定 290 本研究测定 叶片和细根年周转率 Annual leaf and fine root turnover fraction 1 /a 1.0 设定 1.0 设定 植物火烧死亡率Annual fire mortality fraction 1 /a 0 本研究测定 0.0 本研究测定 细根与叶片碳分配比New fine root C:new leaf C ratio 1.5 [30] 0.98 本研究测定 茎与叶片碳分配比New stem C:new leaf C ratio — — 1.06 本研究测定 粗根与茎分配比New croot C:new stem C ratio — — 0.94 本研究测定 叶片碳氮比C:N of leaves kgC /kgN 23.37 本研究测定 20.2 本研究测定 细根碳氮比C:N of fine roots kgC /kgN 46.36 [30] 24.04 本研究测定 活木质组织碳氮比C:N of live wood kgC /kgN — — 31.15 本研究测定 凋落物中易分解物质比例Leaf litter labile proportion % 29 本研究测定 26 本研究测定 凋落物中纤维素比例Leaf litter cellulose proportion % 55 本研究测定 64 本研究测定 凋落物中木质素比例Leaf litter lignin proportion % 16 本研究测定 10 本研究测定 冠层消光系数Canopy light extinction coefficient — 0.6 默认参数 0.43 参数优化 冠层比叶面积 Canopy average specific leaf area m2/kgC 11.88 本研究测定 19.8 本研究测定 酮糖二磷酸羧化酶中氮含量与叶氮含量 Fraction of leaf N in Rubisco — 0.159 [31] 0.33 [31] 气孔开始缩小时的叶片水势 Leaf water potential:start of conductance reduction mpa -0.42 [32] -0.42 [32] 气孔完全闭合时的叶片水势 Leaf water potential:complete conductance reduction mpa -2.31 [32] -2.31 [32]2.2 人工灌丛化对荒漠草原LAI的影响
从两种植被类型的年内LAI变化特征来看(图4),草地LAI随着年内生长过程表现出典型的单峰曲线,变化范围是0—0.20,在8月中旬达到峰值,在此之前LAI平稳缓慢增长,而8月中旬之后,LAI开始下降,同时变化速率加快,到十月底降回0值。草地LAI变化体现了盐池主要一年生草本植物的枯荣过程,草本植物在生长季开始后,复苏生长,随着温度升高和降水增多,叶片分裂、伸长和增大;生长季结束后,草本植物叶片开始快速枯黄、衰落。灌丛相对于草地,其年内LAI的变化幅度大,但也同样具有明显的生长季特征,全年变化范围在0—0.67之间,不同的是其生长季变化分为三个阶段,生长季初期灌丛LAI处于快速上升过程,在6月初开始生长的速度减缓,直到8月底LAI达到全年的最大峰值,之后开始快速下降,在生长季结束后降到0值。盐池荒漠草原人工种植的中间锦鸡儿为多年生灌木,其叶片虽然也会随着四季变化而枯荣,但其复苏生长和枯落速度均大于草本植物(图4)。从以上的模拟结果可以看出,荒漠草原人工灌丛化会改变陆地生态系统的LAI年际和年内特征,而这种植被结构和LAI的变化势必导致生态系统蒸散发的变化。图4 草地和灌丛的生长季LAI变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]荒漠化草原锦鸡儿属灌丛扩增对牧草产量和植物多样性的影响[J]. 郭璞,解李娜,满良,王金龙,李清芳,马成仓. 草业科学. 2019(05)
[2]基于GF-1遥感影像的宁夏盐池柠条人工林景观特征研究[J]. 郑琪琪,杜灵通,宫菲,丹杨,王乐. 西南林业大学学报(自然科学). 2019(01)
[3]基于Biome-BGC模型的北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应研究[J]. 康满春,朱丽平,许行,查同刚,张志强. 生态学报. 2019(07)
[4]宁夏东部荒漠草原灌丛引入下土壤水分空间异质性[J]. 赵亚楠,周玉蓉,王红梅. 应用生态学报. 2018(11)
[5]2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律[J]. 刘可,杜灵通,候静,胡悦,朱玉果,宫菲. 草业学报. 2018(03)
[6]生态水文阈值在中国沙区人工植被生态系统管理中的意义[J]. 张定海,李新荣,张鹏. 中国沙漠. 2017(04)
[7]北方地区叶面积指数变化对蒸散和产水量的影响[J]. 柳艺博,胡正华,李琪,张雪松,张琪. 中国生态农业学报. 2017(08)
[8]灌丛化的蒸散耗水效应数值模拟研究——以内蒙古灌丛化草原为例[J]. 王芑丹,杨温馨,黄洁钰,徐昆,王佩. 植物生态学报. 2017(03)
[9]陕北水蚀风蚀交错带柠条适应不同生境的形态和生理可塑性[J]. 陈丽茹,陈伟月,李秧秧,陈佳村. 西北植物学报. 2016(03)
[10]华北落叶松人工林蒸散及产流对叶面积指数变化的响应[J]. 王亚蕊,王彦辉,于澎涛,熊伟,杜阿朋,李振华,刘泽彬,任璐,徐丽宏,左海军. 生态学报. 2016(21)
本文编号：3481049
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