温带典型疏林草地生态系统植被LAI与土壤有机碳δ13C关系：辨识与模拟

中国北部温带半干旱区的典型疏林草地生态系统对全球变化（尤其是降水变化）的响应非常敏感，本项目针对现有研究中以某单一因子或少数几个因子来预测生态系统生产力存在不确定性这一薄弱环节， 以水分为驱动力的中国东北样带为研究区域，以温带疏林草地生态系统为对象，依托该区内多个研究站点，分析温带疏林草地生态系统土壤有机碳δ13C与关键环境因子的相关性，揭示土壤有机碳δ13C响应降水梯度变化的机制及其规律，辨识地表植被叶面积指数（LAI）与土壤有机碳δ13C之间关系，建立生产力与叶面积指数之间的量化方程，构建温带疏林草地生态系统生产力与土壤有机碳δ13C量化模型，提出疏林草地生态系统生产力环境驱动因子的综合指标，模拟不同降水梯度条件下土壤有机碳δ13C与生态系统生产力变化的关系，评估全球变化背景下疏林草地生态系统碳固定潜力，为预测全球变化背景下陆地生态系统生产力提供新的方法和理论依据。

在榆树疏林草地生态系统中，应用Ripley’s K函数对建群种白榆种群空间分布模式进行点格局分析，在较小尺度上白榆种群各龄级趋于集群分布，随尺度的增大向随机分布转变。在该生态系统中，乔木层对于冠幅下土壤养分的富集作用明显。在0-10 cm土壤层，白榆和大果榆冠幅下土壤有机碳储量、全氮储量及全磷储量均显著高于林冠外草地区（P<0.05）；木本植物的有机质输入（地表凋落物和根系）是土壤“肥岛”形成的重要原因，氮、磷等养分从土壤被植物吸收利用后，以地表凋落物和表层根系周转的形式释放到表层土壤中。研究榆树对树冠周围不同距离土壤有机碳及δ13C值的影响，结果表明土壤δ13C值随土壤层深度变化，反映了凋落物和根系输入对有机质的影响。由于榆树凋落物的分解输入，冠幅下表层（0-5 cm）土壤中δ13C显著低于冠幅外和草地区。榆树疏林草地乔木树种叶面积指数均值为2.67，根据Person相关性分析结果，表明在冠幅下榆树的叶面积指数与0-5 cm和5-10 cm处的土壤有机碳δ13C值成显著负相关。采用经验模型模拟疏林草地生态系统土壤呼吸与土壤水分和土壤温度的关系，分析结果表明土壤呼吸对土壤含水量的敏感性随着温度的升高而增大。