中国典型生态系统GPP的季节变异及其影响要素

摘要

总初级生产力(GPP)是陆地生态系统碳汇的重要组分之一,明晰GPP的变化规律及其影响机制,对深入认知生态系统碳循环过程有着重要意义。然而,目前鲜有研究基于多站点通量监测阐明不同类型生态系统GPP的季节变化特征及其主要影响因素。基于ChinaFLUX,沿着东西水热梯度分布的草地样带选择内蒙古温带草原(内蒙古站)、高寒灌丛-草甸(海北站)和高寒草地(当雄站)作为研究对象,沿着南北森林样带选择长白山温带针阔混交林(长白山站)、千烟洲亚热带常绿针叶人工林(千烟洲站)和鼎湖山亚热带常绿针阔混交林(鼎湖山站)作为研究对象,结合机器学习等统计方法,探讨GPP的季节变化特征、主要影响因素以及甄别不同生态系统间的差异性。研究发现,(1)3种典型生态系统GPP的季节动态整体呈单峰分布,且森林生态系统GPP高于草地和灌丛。(2)全子集回归等分析发现,草地生态系统GPP与土壤含水量(C_(SW))、叶面积指数(LAI)和气温(t_(a))呈正相关,与饱和水汽压差(D_(vp))呈负相关,而灌丛和森林生态系统GPP的影响因子主要为t_(a)和光合有效净辐射(R_(PA)),与水分因子的关系较弱。在季节干旱期间,千烟洲站GPP与C_(SW)和D_(vp)存在显著的相关关系。(3)方差分解和随机森林结果表明,水分是草地生态系统GPP季节变异的主导因子,其解释比重高于30%;温度是高寒灌丛(海北站)和温带落叶针叶林(长白山)生态系统GPP变异的主导因子,其解释比重接近或高于50%;辐射是亚热带森林生态系统(鼎湖山和千烟洲站)GPP变异的主导因子,其解释比重高于50%。在季节性干旱期间,水分因子对千烟洲站GPP变异的解释比重高于对其他灌丛和森林站点的。因此,在中国不同类型生态系统中,生长季GPP变异的驱动要素存在明显的异质性,其中在干旱和半干旱草地生态系统中,水分(C_(SW)和D_(vp))是GPP变异的主要影响要素,而在森林和灌丛生态系统中,温度或辐射为GPP的主要驱动要素。该研究有助于深入认识GPP的变化趋势及其影响要素,也可为中国碳循环的准确模拟提供数据基础和参数依据。