中亚热带人工林碳收支年际变异及环境与生物学控制机制

The forest is the dominant component of terrestrial ecosystem, which plays an important role in regulating the global carbon cycle and climate change. Investigation on the inter-annual variations of forest ecosystem carbon budget and its control mechanisms is helpful to understand the influence of climate change and how ecosystem will respond to climate change. Fifteen years of continuous eddy covariance measurements in a subtropical coniferous plantation will be used to investigate the impacts of climatic factors and biotic factors on the inter-annual variability of GPP, RE and NEP. A statistical approach will be used to separate the sources of inter-annual variability of GPP, RE and NEP into climatic effects and biotic effects. The effects of climatic factors on GPP, RE and NEP on different time scales will be analyzed. The lag effects of climatic factors will also be considered. The indicators and indexes which can represent the biotic characteristics of the ecosystem will be collected and observed. In addition, their effects on GPP, RE and NEP will be analyzed. We will do a comprehensive analysis of climatic, biotic and carbon fluxes data by using path analysis, structural equation model. We aim at indicating the effects and control mechanisms of climatic and biotic factors on GPP, RE and NEP.

森林是陆地生态系统的主体，在调控全球碳循环和气候变化方面起着重要作用。研究森林生态系统碳收支的年际变异及其控制机制，有助于深入理解气候变化对未来碳循环的影响，了解生态系统对气候变化的响应机制。本项目以亚热带人工针叶林生态系统为研究对象，以多年的涡度相关及常规气象观测数据为基础，采用统计的方法将碳收支年际变异的来源区分为由气象因子引起的和由生物因子引起的。分析气象因子在不同时间尺度上对GPP、RE、NEP的控制作用，以及这种控制作用随时间尺度扩展的变化特征，并分析其时滞效应。收集并观测可以表征生态系统生物学特征的物候、植被指数、叶面积指数、光合参数等数据，研究生物因子对气象因子驱动的响应特征及其对GPP、RE、NEP的影响。综合分析历史及观测数据，借助于通径分析、结构方程模型等研究方法，试图阐明气象因子与生物因子对GPP、RE、NEP的控制机制，为准确预测气候变化背景下的碳收支提供依据。

森林是陆地生态系统的主体，在调控全球碳循环和气候变化方面起着重要作用。本项目以中亚热带人工针叶林生态系统为研究对象，以多年的涡度相关及常规气象观测数据为基础，对该生态系统碳收支的年际变异及其控制进行了研究。首先，使用一组查表法区分年际变异的来源，将其区分为由气象因子引起的，和由生态系统内部生物因子在气象因子驱动下产生的响应引起的。结果表明：生态系统响应是碳收支年际变异的主要来源。然后，分析了气象因子在不同时间尺度上对GPP、Re、NEP的控制作用，及其随时间尺度扩展的变化特征，并探讨了其时滞效应。结果表明，气象因子可以解释碳收支的季节变化，但对碳收支的年际变异解释较弱，相关关系不显著。辐射对生态系统的作用是即时的，从半小时到月尺度，其对GPP、NEP的控制有所减弱，不存在时滞效应。而温度等气象因子，随着时间尺度从半小时扩展到月，其对GPP、Re、NEP的控制作用有所增强，且表现出了微弱的时滞效应，这类气象因子对生态系统的影响有累积性，可通过影响生长季长短，影响生态系统的碳收支。降水和土壤含水量，对碳收支的作用是间接的，表现出了较强的时滞效应，生态系统需要较长时间对水分条件做出响应。这也佐证了本项目的统计结果，生态系统响应是碳收支年际变异的主导因素。最后，本项目综合分析了研究区的气候及碳收支年际变异特征，对其环境与生物控制机制进行了探讨。结果表明，早春温度和秋季降水是影响该生态系统的关键时期和因子。早春低温可导致生长季缩短，EVI峰值出现时间的推迟，导致GPP显著低于常年。秋季降水可显著促进影响次年GPP的形成，表现出了显著的时滞效应。在正常年份，秋季降水可以促进当年的Re；而在早春低温年份，与Re负相关。这与低温年份EVI的变异，以及土壤呼吸与Re的比例有关。综上，本项目主要着眼于森林生态系统如何对气象因子的驱动产生响应，进而主导碳收支的年际变异。明确了影响该生态系统碳收支的关键时期及因子，为准确评估森林碳收支提供了依据。