谢宗强
, 唐志尧
XIE Zong-Qiang, TANG Zhi-Yao
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收稿日期: 2017-01-19
接受日期: 2017-01-19
网络出版日期: 2017-01-10
版权声明: 2017 植物生态学报编辑部 本文是遵循CCAL协议的开放存取期刊，引用请务必标明出处。
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灌丛的生态适应范围极为广泛, 是中国山地和干旱地区极为常见的植被类型。近年来, 由于退化植被的恢复及重建, 中国灌丛植被的分布面积增长迅速, 成为独具特色的植被类型。虽然灌丛植被分布广泛并且类型复杂多样, 但它在中国植被水平分布带中不占有显著地位; 在青藏高原和云贵高原的山地垂直带上常有原生灌丛分布, 在全国各地有许多次生性灌丛类型, 并有明显的地区性和生物生态学差异。依据其群落特征和生态地理特点, 中国灌丛可分为常绿针叶灌丛、常绿革叶灌丛、落叶阔叶灌丛、常绿阔叶灌丛和灌草丛5类(中国植被编辑委员会, 1980)。
由于对灌丛植被的定位以及不同行业部门认识的偏差, 中国一直未专门针对灌丛开展系统性的调查工作, 同时灌丛生物量测定较为困难, 灌丛植被分布变化迅速, 因此灌丛调查数据匮乏, 有关其生物量及动态等的研究极为薄弱。然而作为一种重要的陆地生态系统类型, 灌丛在群落演替和生物固碳等方面扮演着不可替代的角色(Piao et al., 2009)。目前有关中国灌丛碳汇主要还是通过植被生产力和碳汇之间的关系、植被平均碳密度法粗略估计(胡会峰等, 2006; 方精云等, 2007)。相对于森林和草地生态系统而言, 对灌丛生态系统固碳速率、潜力及机制的认识非常有限。
为了准确地评估中国灌丛生态系统的碳储量现状和变化, 中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化碳收支认证及相关问题”设立了“中国灌丛生态系统的固碳现状、变化和机制”课题。课题根据中国灌丛植被的类型和分布, 选择具有代表性的样地, 采取统一的标准和方法(生态系统固碳项目技术规范编写组, 2015)对典型灌丛生态系统碳储量、空间分布和碳汇形成机制进行系统调查、实验研究以及模型模拟。课题的一个重要特点是通过大量的野外调查, 从生态系统尺度(样地尺度)精确计量碳循环主要过程(包括碳循环各组分储量和变化量), 以利于区域尺度碳循环的评估和模型校验, 并对现有灌丛碳循环研究进行精度检验和不确定性分析。为此, 课题采用统一的技术规范, 对中国灌丛生态系统类型碳循环各组分进行精细计量, 建立一套完整的、标准化的灌丛碳循环参数体系, 构建国家尺度灌丛碳源汇估算校验基准点网络, 为建立和改良适合中国特点的碳模型提供基本参数; 根据灌丛的特点, 通过养分控制实验等手段, 阐明灌丛生态系统的碳源汇形成和调控机制, 探明增强碳汇潜力的可能途径。
课题的总体技术路线如图1所示。具体技术方案包括4个方面:
图1 中国灌丛生态系统的碳储量、固碳速率和机制研究的技术途径。
Fig. 1 Approaches to evaluate the rates and mechanisms of carbon sequestration of shrubland ecosystems in China.
(1)实地测定: 参考1:100万中国植被图(中国科学院中国植被图编辑委员会, 2007)的灌丛分布, 按面积权重分层随机取样布设采样区, 选择1000-1200个代表性灌丛样地, 测定植被各组分(叶、枝、干、粗根、细根)的碳库及其变化量、土壤碳密度及其变化量。
(2)遥感分析: 收集不同分辨率的遥感影像, 建立实测结果与遥感信息之间的统计关系, 分析区域尺度上碳储量的变化及速率。
(3)控制实验: 选择20个代表性灌丛样地进行施肥(氮和磷)和灌溉控制实验, 研究养分供应与水分变化对碳源汇过程的影响。
(4)模型模拟: 利用生态系统模型模拟不同温室气体排放情景下, 灌丛生态系统碳源汇强度的时空变化格局和增汇潜力。生态系统模型模拟研究中所需要的输入数据包括: 气候、土壤、土地利用方式和人为管理。采用地理信息系统(GIS)技术对点状数据(历史气候数据、土壤剖面数据)和面状数据(土地利用方式和人为管理)进行空间化处理及一致性处理(包括计量单位的统一、数据分类系统及编码等的标准化)。通过对这些数据内容的一致性处理和格式转换, 最终形成用于模型运算的空间参数数据库。
该课题成员包括中国科学院植物研究所、北京大学、中国科学院成都生物研究所、中国科学院华南植物园、中国科学院武汉植物园、中国科学院青藏高原研究所、中国科学院新疆生态与地理研究所、内蒙古大学等10多家单位近100名科研人员。经过5年艰辛奋斗, 共调查代表性灌丛样地1258个, 采集植物样品23809份、土壤样品34141份, 形成首个中国灌丛生态系统碳储量数据库。基于这些数据, 估算中国灌丛生态系统碳储量总量为6713.3 Tg C。
本专辑主要介绍该课题的有关研究成果。专辑共收录15篇研究论文, 内容包含了灌丛生态系统碳循环研究的各个方面。李家湘等(2017a)研究了亚热带灌丛的物种组成及其与水热因子的关系。罗永开等(2017)、王杨等(2017)分别建立了不同地区常见灌木生物量方程, 并研究其生物量分配特征。在不同区域, 研究团队分别利用生物量方程估算了相应区域典型灌丛生态系统的生物量密度与土壤碳密度及其在不同组分之间的分配(杨路存等, 2017; 张蔷等, 2017b; 崔光帅等, 2017); 基于常见类型灌丛生态系统的生物量密度和土壤碳密度, 杨弦等(2017)、郭焱培等(2017)分别估算了我国北方灌丛生物量以及生态系统碳、氮、磷储量, 葛结林等(2017)估算了我国南方灌丛凋落物现存量。为了研究灌丛生态系统对氮沉降的响应, 张蔷等(2017a)和张建华等(2017a, 2017b)分别对我国南北方典型灌丛进行氮添加实验。在探讨灌丛生态系统碳循环的养分限制方面, 重点研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花(贺合亮等, 2017)、云南杨梅(苏凯文等, 2017)以及中国南方灌丛优势灌木的碳、氮、磷化学计量特征(李家湘等, 2017b)。
本专辑没有涵盖中国所有灌丛生态系统, 但从典型灌丛类型到区域尺度上灌丛生态系统物种组成、碳储量、化学计量特征以及灌丛生态系统对氮沉降的响应等研究, 均有助于了解灌丛生态系统在不同的空间和类型上的固碳特征。
致谢 感谢“生态系统固碳现状、速率、机制和潜力”项目首席科学家方精云和于贵瑞对本课题的设计和运行给予的指导, 项目办公室及各课题负责人在“灌丛课题”实施过程中给予的支持, 课题秘书徐文婷及课题骨干刘庆、熊高明、李跃林、于顺利、尹春英、尹华军、周国英、赵春章、张林、赵常明、卢志军、刘鸿雁、马文红、安尼瓦尔·买买提、吉成均、赵霞等的辛勤付出, 中国科学院植物研究所碳项目办公室陈雅涵、刘运通、杨志强加班加点测试样品。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者声明没有竞争性利益冲突.
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Biomass allocation and carbon density of Sophora moorcroftiana shrublands in the middle reaches of Yarlung Zangbo River, Xizang, China .西藏雅鲁藏布江流域中段砂生槐灌丛生物量分配及碳密度 . |
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Terrestrial vegetation carbon sinks in China, 1981-2000 .1981~2000年中国陆地植被碳汇的估算 . |
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Litter standing crop of shrubland ecosystems in southern China .
中国南方灌丛凋落物现存量 .
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Storage of carbon, nitrogen and phos- phorus in temperate shrubland ecosystems across Northern China .
中国北方温带灌丛生态系统碳、氮、磷储量 .
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Stoichiometric characteristics of carbon, nitrogen and phosphorus of Sibiraea angustata shrub on the eastern Qinghai-Xizang Plateau .青藏高原东部窄叶鲜卑花碳、氮、磷化学计量特征 . |
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Vegetation carbon storage of major shrublands in China .中国主要灌丛植被碳储量 . |
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Composition of plant life forms of subtropical shrubland in China and its correlation with temperature and precipitation .
中国亚热带灌丛植物生活型组成及其与水热因子的相关性 .
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Leaf nitrogen and phosphorus concentration and the empirical regulations in dominant woody plants of shrublands across southern China .中国南方灌丛优势木本植物叶的氮、磷含量及其影响因素 . |
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Biomass estimation models and allocation patterns of 14 shrub species in Mountain Luya, Shanxi, China .
山西芦芽山14种常见灌木生物量模型及生物量分配 .
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The Carbon balance of terrestrial ecosystems in China . |
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Carbon, nitrogen and phosphorus stoichiometry of Myrica nana in Yunnan Province .云南杨梅碳、氮、磷化学计量特征 . |
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Biomass allocation patterns of Loropetalum chinense .
檵木生物量分配特征 .
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Carbon density and its spatial distribution in the Potentilla fruticosa dominated alpine shrub in Qinghai, China .青海高寒金露梅灌丛碳密度及其分配格局 . |
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Distribution of biomass in relation to environments in shrublands of temperate China .
中国北方温带灌丛生物量的分布及其与环境的关系 .
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a). Responses of growth and litterfall production to nitrogen addition treatments from common shrublands in Mt. Dongling, Beijing, China .
北京东灵山地区常见灌丛生长及凋落物生产对氮添加的响应 .
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Effects of nitrogen addition on soil respiration in shrublands in Mt. Dongling, Beijing, China .
氮添加对北京东灵山地区灌丛土壤呼吸的影响 .
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| [20] |
Effects of nitrogen addition on soil respiration of Rhododendron simsii shrubland in the subtropical mountainous areas of China .
氮添加对亚热带山地杜鹃灌丛土壤呼吸的影响 .
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Estima- tion of biomass allocation and carbon density of Rhodo- dendron simsii shrubland in the subtropical mountainous areas of China .中国亚热带山地杜鹃灌丛生物量分配及其碳密度估算 . |
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