物候变化对北方森林碳收支的影响

For the uncertainty of influence of land surface phenology (LSP) on carbon budget in boreal forests, we extract start of season (SOS), end of season (EOS) and length of season (LOS) and estimate the net primary productivity (NPP), gross primary productivity (GPP) and net ecosystem productivity (NEP) based on historical data, field investigation, remote sensing data and model simulation. The trend of land surface phenology will be analyzed from 1982 to 2013. The quantitative relationship between land surface phenology and carbon budget will be established, and influence of LSP change at the start of season and end of season on carbon budget will be estimated. As more, through the comparison of sensitivity to influence of sing-an larch and birch on carbon budget, the influence mechanism of LSP change of coniferous forests and broad-leaved forests in boreal forest ecosystems to NPP, GPP and NEP will be discussed. Finally, the degree of influence of LSP change on carbon balance on the background of the future climate change will be explored. The project will reveal that changes in land surface phenology will positive or negative carbon sequestration of forest ecosystems and whether the influences has the lag effect. The research results provide scientific basis for revealing the influence of global change on the carbon cycle of boreal forest ecosystem, national carbon emissions trade negotiations and forest management strategy, but also a reference for other carbon sources and sinks change forest system.

针对植被物候变化对北方森林碳收支影响的不确定性问题，本研究以大兴安岭为研究区,拟采用历史数据、野外调查、遥感反演和模型模拟相结合的方法，反演植被物候参量，估算净初级生产力(NPP)、总初级生产力(GPP)和净生态系统生产力(NEP)。分析1982-2013年间植被物候变化趋势特征，建立植被物候参数与碳收支的定量关系模型，评估返青期和枯黄期植被物候变化对碳收支的影响。对比分析兴安落叶松和白桦物候变化对碳收支影响的差异性，深化北方森林生态系统中针叶林和阔叶林物候变化对NPP、GPP和NEP的影响机理。探索未来气候变化情景下，植被物候与碳源汇的变化趋势及作用关系。项目预期将揭示植被物候变化对北方森林生态系统碳收支的影响机制，以及这种影响是否具有滞后效应。研究结果为国家碳排放贸易谈判和森林管理策略制定提供科学依据，同时也为其他森林区系的碳源汇变化研究提供参考。

在全球气候变暖的背景下，植被物候已经明显受到了气候变化的影响，其中影响最大的区域主要发生在高纬度和高海拔地区。本项目主要从针对植被物候变化对北方森林碳收支影响的不确定性问题，我们采用了历史数据、野外调查、遥感反演和模型模拟相结合的方法，反演和模拟了研究区内的SOS、EOS和LOS以及NPP、GPP和NEP，并研究了他们直接的作用关系。.研究结果显示过去32年研究区植被SOS由南到北逐渐提前趋势；整个区域生长季长度由南到北逐渐延长。从长时间序列的变化趋势看出，近32年间，整个研究区的SOS提前了6天，EOS推迟了6天，LOS一共延长了21天。随着纬度升高，针叶林、阔叶林、草原三种植被的SOS都随着纬度的升高有不同程度的推迟，而对于草甸，其SOS随着纬度升高呈现先推迟后提前的趋势。对于针叶林和草原，其生长季长度随着纬度的升高都呈现缩短的趋势，阔叶林和草甸的LOS则呈现出先缩短后延长的趋势。.研究区32年间NPP总体呈水平增长趋势。说明该区域植被固碳能力整体水平稍有提高。在北方森林地区GPP的最大值出现在7月，值为0.072 kg C·m−2，在非生长季植被的GPP接近于0。NEP和GPP均受到了较明显火干扰，火灾后GPP和NEP 开始恢复，但是GPP恢复速度较快，而植被的NEP很长时间内均是负值。.过去32年里研究区的EOS均呈现延迟趋势。在不同的生态地理区域，EOS的驱动因素也各不相同。除半干旱地区外，季前气温升高和降水量增加都加速了秋季中高纬度地区的叶片衰老，而在半干旱地区，气温升高和夏季/秋季降水量增加延迟了EOS。季前降水对EOS变化的驱动力相对季前温度更大。研究发现SOS对EOS也有影响，主要是研究区域内的负相关。然而，在西南部的和东北部的区域，早期的SOS导致早期的EOS。.本项目的研究，对准确阐明北方森林碳源汇估算中物候变化带来的影响具有重要的理论价值，为揭示全球变化对高纬度地区森林生态系统碳循环的影响提供科学依据，对改善人类生存环境，预防气候异常对森林碳汇的影响程度有着重要社会价值和现实意义。也可为国家碳排放贸易谈判和森林管理策略制定提供科学依据。