论文部分内容阅读
全球气候变化背景下,降水格局也发生了诸多改变,不仅年降水量发生了变化,降水的季节分配以及降水事件特征也发生明显改变(极端降水事件频发,降水次数减少而单次降水量增加)。干旱半干旱区草地生态系统比其他生态系统对降水格局的变化更敏感,且其生产力不仅是全球碳循环的重要过程,也是畜牧业可持续发展的重要保障。因此,研究降水时空变异(年降水量、季节分配、降水时期和降水事件特征)对草地生态系统生产力的影响是解读草地生态系统如何响应气候变化的重要方面。本研究以内蒙古温带草原为研究区域,利用地面样点调查的地上净初级生产力(aboveground net primary production,ANPP)数据以及遥感归一化植被指数(normalizeddifference vegetation index,NDVI)数据,获得了区域尺度上1982-2006年ANPP数据,并通过空间插值获得了相应时期内的月尺度降水数据,同时利用中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站羊草草地生态系统涡度相关通量观测系统获取的2004-2010年的通量数据和气象数据,在区域(整个内蒙古温带草原)和站点(羊草草地生态系统)两个尺度上分析了降水时空变异对生产力的影响,取得以下主要结论: 1)生产力-年降水量相互关系形式随空间尺度的转换而改变;除年降水量之外,降水季节分配也显著影响ANPP的空间格局。对特定的草地类型来说,即从湿润区到干旱区的草甸草原、典型草原和荒漠草原,ANPP随年均降水量(mean annualprecipitation,MAP)的增加呈线性上升趋势,但由于不同草地类型线性关系的斜率存在差异,导致整个内蒙古温带草原ANPP随年降水量的增加呈指数上升趋势。ANPP随降水季节分配聚集程度的增加同样呈指数上升趋势,且对整个内蒙古温带草原来说,降水季节分配对ANPP空间变异的贡献与年降水量的贡献相当,均约为40%。 2)影响内蒙古温带草原ANPP最重要的降水时期是5-7月份,但对不同地区而言,影响ANPP最重要的降水时期存在一定差异。对整个内蒙古温带草原来说,2-7月份降水量对ANPP影响较大,其中5-7月份降水量尤为重要;具体到当年生长季(5-9月份)每个月份降水的影响,7月份降水的影响最大;大部分地区影响ANPP最重要的降水时期与上述结论相一致,但仍有部分地区ANPP与降水之间没有显著相关关系或ANPP受其他月份降水的影响(如3、4月份降水)。 3) ANPP年际变异随MAP的增加表现出先增加后降低的趋势,最大值出现在MAP约为243.1±3.5mm的典型草原和荒漠草原过渡区,年降水量的年际变异和ANPP对年降水量的敏感性可能是造成该格局的主要因素。年降水量年际变异随MAP的增加而降低,而ANPP对年降水量的敏感性(用多年ANPP和年降水量回归的斜率表示)随MAP的增加而增加,二者随MAP的变化趋势共同造成了内蒙古温带草原ANPP年际变异随MAP的增加先增加后降低的格局。 4)降水事件特征对总初级生产力(Gross primary productivity, GPP)年际变异的影响显著。在站点尺度(内蒙古草原站羊草草地生态系统)上,影响GPP的主要降水时期是年日序DOY150-230期间,相对于年日序DOY150-230间的降水量,降水事件特征对GPP年际变异的贡献更大(贡献分别为35.7%和54.3%),其中,影响GPP年际变异最大的降水事件特征为大降水事件(>10mm d-1)的次数和降水事件的大小,大降水事件降水量之和解释了GPP年际变异的83.4%;大降水事件通过提高底层土壤水分,进而增加高土壤水分的持续时间和植被蒸腾占蒸散的比例而促进GPP增加。降水事件特征对生产力年际变异的主导作用可能是很多地区生产力与年降水量年际之间相关不显著的重要因素。