[目的]揭示我国北方草地年总初级生产力未来时空变化规律,为草地恢复及保护的政策制定提供重要依据。[方法]基于CMIP6中9个地球系统模式总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)模拟数据,采用多模式集合平均(MME)的方法,在SSP1-2....[目的]揭示我国北方草地年总初级生产力未来时空变化规律,为草地恢复及保护的政策制定提供重要依据。[方法]基于CMIP6中9个地球系统模式总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)模拟数据,采用多模式集合平均(MME)的方法,在SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5未来情景下预估了21世纪我国北方草地生态系统AGPP的时空变化。[结果](1)多模式集合(MME)模拟的准确性和年度趋势相关系数达到0.83,较其他单个模式更准确。(2)1982—2100年,4个情景均得出我国北方草地AGPP整体呈现上升趋势,温室气体高排放情景下的上升趋势大于温室气体低排放情景下的上升趋势。(3)空间上,我国北方草地平均AGPP在历史及未来情景下均呈西北到东南递增的趋势,SSP1-2.6情景下AGPP年均值最低〔308.03 g C/(m^(2)·a)〕,SSP5-8.5情景下最高〔389.63 g C/(m^(2)·a)〕。(4)在4个未来情景下的不同草地类型中,温性草原AGPP年均值最高〔SSP1-2.6情景下为445.44 g C/(m^(2)·a),SSP2-4.5情景下为474.53 g C/(m^(2)·a),SSP3-7.0情景下为532.42 g C/(m^(2)·a),SSP5-8.5情景下为558.14 g C/(m^(2)·a)〕,稀疏灌丛最低〔SSP1-2.6情景下为128.51 g C/(m^(2)·a),SSP2-4.5情景下为141.31 g C/(m^(2)·a),SSP3-7.0情景下为155.38 g C/(m^(2)·a),SSP5-8.5情景下为167.29 g C/(m^(2)·a)〕。[结论]我国北方草地AGPP未来呈显著增长趋势,不同情景下AGPP的增长趋势各不相同,排放情景越高增长越显著,未来应加强对我国北方草地AGPP变化的研究。展开更多
净生态系统CO_(2)交换量(NEE)和蒸散(ET)是表征半干旱区生态系统碳水循环能力的重要指标。对碳水通量动态变化的准确模拟和驱动机制的深入分析,有助于明确黄土高原半干旱区草地生态系统的功能及其对气候变化的响应。基于黄土高原铁杆蒿...净生态系统CO_(2)交换量(NEE)和蒸散(ET)是表征半干旱区生态系统碳水循环能力的重要指标。对碳水通量动态变化的准确模拟和驱动机制的深入分析,有助于明确黄土高原半干旱区草地生态系统的功能及其对气候变化的响应。基于黄土高原铁杆蒿草地生态系统2018—2022年日尺度通量观测数据,使用多元线性回归模型、机器学习模型(随机森林、支持向量机和人工神经网络模型)和融合生态学知识与机器学习的生态知识-机器学习(EML)模型分别对NEE和ET进行拟合。其中,有6种基于不同生态假设的EML模型用于拟合NEE,7种基于不同生态假设的EML模型用于拟合ET。最后构建拟合效果最好和解释能力最优的EML模型并探究环境和植被因素对NEE和ET的影响。结果表明:(1)包含了气象因素、土壤水分因素和植被因素的EML模型对NEE和ET的拟合效果最好,R2和RMSE分别为0.81和0.70 g C m^(-2)d^(-1),0.83和0.48 mm/d,MRE和MAE分别为1.72和0.48 g C m^(-2)d^(-1),0.29和0.30 mm/d。该模型在NEE和ET上的拟合能力较多元线性回归模型提升了24.62%和12.16%,较机器学习模型平均提升了13.02%和6.87%。(2)空气温度是NEE和ET的主要影响因素,重要性占比分别为63.12%和60.38%。6℃和22℃是草地NEE日均空气温度的阈值,在6—22℃之间NEE处于下降趋势,在22℃后NEE变为平稳趋势。0℃和22℃是草地ET日均空气温度的阈值,当空气温度大于22℃后,ET由上升趋势转变为平稳趋势。(3)土壤水分因素在NEE和ET的重要影响因素中的占比分别为17.13%和5.66%,NEE对土壤水分的敏感性高于ET。研究结果有助于完善半干旱区草地生态系统碳水通量的模拟方法,并明确其对环境和植被因素的响应。展开更多
为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation,RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样...为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation,RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样性4种生态系统功能差异及其权衡关系。结果表明:各植被类型间生态系统功能差异显著;各植被类型最高权衡均出现在生物量与其他生态系统功能间,RMSD在0.27~0.53间变化;乔木群落生态系统功能严重失衡,需要降低生物量促进各功能协调发展;灌木群落和自然草地群落生态系统功能中度失衡,是较为适合该区域的植被恢复的类型,两种群落分别需要改善土壤养分含量和土壤含水量;撂荒草地失衡程度最轻但生态系统功能低下,需要提升物种多样性及生物量。研究结果为黄土高原植被恢复调控与可持续发展提供依据。展开更多
文摘[目的]揭示我国北方草地年总初级生产力未来时空变化规律,为草地恢复及保护的政策制定提供重要依据。[方法]基于CMIP6中9个地球系统模式总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)模拟数据,采用多模式集合平均(MME)的方法,在SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5未来情景下预估了21世纪我国北方草地生态系统AGPP的时空变化。[结果](1)多模式集合(MME)模拟的准确性和年度趋势相关系数达到0.83,较其他单个模式更准确。(2)1982—2100年,4个情景均得出我国北方草地AGPP整体呈现上升趋势,温室气体高排放情景下的上升趋势大于温室气体低排放情景下的上升趋势。(3)空间上,我国北方草地平均AGPP在历史及未来情景下均呈西北到东南递增的趋势,SSP1-2.6情景下AGPP年均值最低〔308.03 g C/(m^(2)·a)〕,SSP5-8.5情景下最高〔389.63 g C/(m^(2)·a)〕。(4)在4个未来情景下的不同草地类型中,温性草原AGPP年均值最高〔SSP1-2.6情景下为445.44 g C/(m^(2)·a),SSP2-4.5情景下为474.53 g C/(m^(2)·a),SSP3-7.0情景下为532.42 g C/(m^(2)·a),SSP5-8.5情景下为558.14 g C/(m^(2)·a)〕,稀疏灌丛最低〔SSP1-2.6情景下为128.51 g C/(m^(2)·a),SSP2-4.5情景下为141.31 g C/(m^(2)·a),SSP3-7.0情景下为155.38 g C/(m^(2)·a),SSP5-8.5情景下为167.29 g C/(m^(2)·a)〕。[结论]我国北方草地AGPP未来呈显著增长趋势,不同情景下AGPP的增长趋势各不相同,排放情景越高增长越显著,未来应加强对我国北方草地AGPP变化的研究。
文摘净生态系统CO_(2)交换量(NEE)和蒸散(ET)是表征半干旱区生态系统碳水循环能力的重要指标。对碳水通量动态变化的准确模拟和驱动机制的深入分析,有助于明确黄土高原半干旱区草地生态系统的功能及其对气候变化的响应。基于黄土高原铁杆蒿草地生态系统2018—2022年日尺度通量观测数据,使用多元线性回归模型、机器学习模型(随机森林、支持向量机和人工神经网络模型)和融合生态学知识与机器学习的生态知识-机器学习(EML)模型分别对NEE和ET进行拟合。其中,有6种基于不同生态假设的EML模型用于拟合NEE,7种基于不同生态假设的EML模型用于拟合ET。最后构建拟合效果最好和解释能力最优的EML模型并探究环境和植被因素对NEE和ET的影响。结果表明:(1)包含了气象因素、土壤水分因素和植被因素的EML模型对NEE和ET的拟合效果最好,R2和RMSE分别为0.81和0.70 g C m^(-2)d^(-1),0.83和0.48 mm/d,MRE和MAE分别为1.72和0.48 g C m^(-2)d^(-1),0.29和0.30 mm/d。该模型在NEE和ET上的拟合能力较多元线性回归模型提升了24.62%和12.16%,较机器学习模型平均提升了13.02%和6.87%。(2)空气温度是NEE和ET的主要影响因素,重要性占比分别为63.12%和60.38%。6℃和22℃是草地NEE日均空气温度的阈值,在6—22℃之间NEE处于下降趋势,在22℃后NEE变为平稳趋势。0℃和22℃是草地ET日均空气温度的阈值,当空气温度大于22℃后,ET由上升趋势转变为平稳趋势。(3)土壤水分因素在NEE和ET的重要影响因素中的占比分别为17.13%和5.66%,NEE对土壤水分的敏感性高于ET。研究结果有助于完善半干旱区草地生态系统碳水通量的模拟方法,并明确其对环境和植被因素的响应。
文摘为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation,RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样性4种生态系统功能差异及其权衡关系。结果表明:各植被类型间生态系统功能差异显著;各植被类型最高权衡均出现在生物量与其他生态系统功能间,RMSD在0.27~0.53间变化;乔木群落生态系统功能严重失衡,需要降低生物量促进各功能协调发展;灌木群落和自然草地群落生态系统功能中度失衡,是较为适合该区域的植被恢复的类型,两种群落分别需要改善土壤养分含量和土壤含水量;撂荒草地失衡程度最轻但生态系统功能低下,需要提升物种多样性及生物量。研究结果为黄土高原植被恢复调控与可持续发展提供依据。
