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西南高山亚高山区植被水分利用效率时空特征及其与气候因子的关系

本站小编 Free考研考试/2022-01-01

周雄1, 孙鹏森,,1,*, 张明芳2, 刘世荣11中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京 100091
2电子科技大学资源与环境学院, 成都 611731

Spatio-temporal characteristics of vegetation water use efficiency and their relationships with climatic factors in alpine and subalpine area of southwestern China

Xiong ZHOU1, Peng-Sen SUN,,1,*, Ming-Fang ZHANG2, Shi-Rong LIU11Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
2School of Resources and Environment, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China

通讯作者: * 孙鹏森: ORCID: 0000-0002-0099-4661,sunpsen@caf.ac.cn

编委: 程晓莉
收稿日期:2019-10-22接受日期:2020-03-2网络出版日期:2020-06-20
基金资助:国家重点研发计划(2017YFC0505006)


Corresponding authors: * ORCID: 0000-0002-0099-4661,sunpsen@caf.ac.cn
Received:2019-10-22Accepted:2020-03-2Online:2020-06-20
Fund supported: National Key R&D Program of China(2017YFC0505006)


摘要
水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水碳循环及其耦合关系的重要指标。为了揭示气候变化背景下区域尺度不同植被类型的响应和适应特征, 对中国西南高山亚高山地区2000-2014年的9种植被类型的WUE时空特征及其影响因素进行探究。该研究基于MODIS总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)数据和气象数据, 估算西南高山亚高山区植被WUE, 采用趋势分析及相关分析等方法, 分析了研究区植被WUE与气温、降水及海拔的关系。主要结果: (1)西南高山亚高山区2000-2014年植被WUE多年均值为0.95 g·m-2·mm-1, 整体呈显著增加趋势, 增速为0.011 g·m-2·mm-1·a-1; 空间上WUE呈东南高西北低的分布, 85.84%区域的WUE呈增加趋势。(2)西南高山亚高山区各植被类型WUE多年均值表现为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地; 时间上, 各植被类型WUE均呈上升趋势。(3)西南高山亚高山区89.56%区域的WUE与气温正相关, 92.54%区域的WUE与降水量负相关; 各植被类型中, 草地WUE与气温的相关性最高, 有林草原WUE与降水量的相关性最高。(4)西南高山亚高山区典型的地带性顶极植被常绿针叶林的WUE具有较强的海拔适应性及应对气候变化的能力。
关键词: 水分利用效率;植被类型;海拔;气温;降水;西南高山亚高山区

Abstract
Aims Water use efficiency (WUE) is an important indicator for understanding the coupling and trade-off relationships between ecosystem water and carbon cycles. In order to reveal the response and adaptation characteristics of different vegetation types to climate change regionally, we examined the trends, altitudinal distributions, and spatial variations of WUE in nine vegetation types in the alpine and subalpine area of southwestern China during the period of 2000-2014.
Methods We estimated the vegetation WUE using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) gross primary production (GPP) and evapotranspiration (ET) products, and the gridded climate data interpolated from Aunsplin. Trend analysis and correlation analysis were conducted to examine the relationships between vegetation WUE and other factors, including air temperature, precipitation, and elevation.
Important findings The results showed that: (1) The average annual WUE in the study region was 0.95 g·m-2·mm-1 with a significantly increasing trend at 0.011 g·m-2·mm-1·a-1 from 2000 to 2014. The average WUE showed a pattern of higher in the southeast region but lower in the northwest region, and the WUE was found increased in 85.84% of study area. (2) The average WUEs were increasing in all vegetation types, and the WUEs showed a gradient of evergreen needleleaf forest > savannas > evergreen broadleaf forest > woody savannas > cropland > deciduous broadleaf forest > mixed forest > closed shrublands > grassland. (3) The WUE was positively correlated with air temperature in 89.56% of the study area, but it was negatively correlated with precipitation in 92.54% of the study area. The highest correlation between WUE and air temperature was found in grassland, while the highest correlation between WUE and precipitation was identified in woody savannas. (4) As the regional climax vegetation type in southwestern China, the evergreen needleleaf forest’s WUE has high adaptation abilities to both altitudinal change and climate change.
Keywords:water use efficiency;vegetation type;altitude;air temperature;precipitation;alpine and subalpine area of southwestern China


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引用本文
周雄, 孙鹏森, 张明芳, 刘世荣. 西南高山亚高山区植被水分利用效率时空特征及其与气候因子的关系. 植物生态学报, 2020, 44(6): 628-641. DOI: 10.17521/cjpe.2019.0281
ZHOU Xiong, SUN Peng-Sen, ZHANG Ming-Fang, LIU Shi-Rong. Spatio-temporal characteristics of vegetation water use efficiency and their relationships with climatic factors in alpine and subalpine area of southwestern China. Chinese Journal of Plant Ecology, 2020, 44(6): 628-641. DOI: 10.17521/cjpe.2019.0281


水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009)。在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013)。因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014)。

由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018)。在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014)。其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018)。因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE。近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019)。另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015)。由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究。此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应。

西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016)。该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999)。近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要。西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014)。因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE。在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异。旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于25.38°-34.63° N, 91.25°-105.32° E的范围内, 该区域东临四川盆地, 北部东侧与黄土高原接壤, 南部与云贵高原相接, 西部为青藏高原东南部。研究区河流纵横, 峡谷广布, 地貌以高原和山地为主, 地势起伏较大, 总地势西北高、东南低。气候属亚热带季风性湿润气候, 降水量丰富, 年平均气温分布极不均匀, 年降水量为300-1 300 mm, 年平均气温为-5-18 ℃。研究区植被的垂直分带明显, 湿润山地会依次出现常绿阔叶林、常绿阔叶和落叶阔叶混交林、亚高山针叶林、高山灌丛或草地等植被类型(刘庆等, 2001)。

基于30 m数字高程图, 利用ArcGIS水文分析模块, 依据不同的流域分布及植被类型差异, 将研究区根据主干河流划分为嘉陵江上游、岷江上游、大渡河、雅砻江上游、金沙江上游、澜沧江上游、怒江上游、雅鲁藏布江中下游高山亚高山区及藏南高山亚高山区(图1)。植被类型采用MODIS全球植被覆盖分类标准, 植被类型及其面积百分比详见图2表1, 数据来源于NASA发布的MODIS数据(MCD12Q1)(https://lads-web.modaps.eosdis.nasa.gov)。

图1

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图1西南高山亚高山区流域分布图。

Fig. 1Watersheds distribution in the alpine and subalpine area of southwestern China.



图2

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图2西南高山亚高山区植被类型分类图。

Fig. 2Vegetation map for the alpine and subalpine area of southwestern China.



Table 1
表1
表1西南高山亚高山区不同植被类型的面积比例、平均海拔、年平均气温和年降水量
Table 1The area ratio, mean altitude, mean annual air temperature and precipitation of different vegetation types in the alpine and subalpine area of southwestern China
植被类型
Vegetation type
面积比例
Area ratio (%)
平均海拔
Mean altitude (m)
年平均气温
Mean annual air temperature (℃)
年降水量
Mean annual precipitation (mm)
常绿针叶林 Evergreen needleleaf forest7.223 2437.97846
常绿阔叶林 Evergreen broadleaf forest1.521 58116.92665
落叶阔叶林 Deciduous broadleaf forest1.592 7068.48897
混交林 Mixed forest8.511 9417.75576
郁闭灌丛 Closed shrublands0.023 3289.33817
有林草原 Woody savannas12.713 3206.74867
稀树草原 Savannas3.712 76510.20899
草地 Grassland63.644 4341.15733
农田 Cropland1.082 01612.83834

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1.2 数据获取和计算方法

1.2.1 MODIS GPP数据

GPP数据来自蒙大拿大学密苏拉分校地球动态数值模拟研究组(Numerical Terradynamic Simulation Group, NTSG)发布的MODIS数据(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products/MOD17), 空间分辨率为1 km, 时间分辨率为1 a, 时间序列为2000-2014年。GPP数据算法基于辐射使用效率, 可以计算为:

$GPP=\varepsilon \times FPAR\times PAR$
式中, PAR为光合有效辐射。FPAR为植物吸收的PAR的一部分, 可从MOD15数据中获得。ε是根据植被类型确定的辐射利用效率, 可以计算为:

$\varepsilon ={{\varepsilon }_{\text{max}}}{{T}_{\text{min}\_\text{scalar}}}VP{{D}_{\text{scalar}}}$
式中, εmax为最大的光利用效率, 主要受地表覆盖类型的影响; VPDscalarTmin_scalar分别为从水分胁迫(日高饱和水汽压差, VPD)和低温(日最低气温, Tmin)的还原标量。关于GPP计算的详细说明见Heinsch等(2003)

1.2.2 MODIS ET数据

ET数据来自NTSG发布的MODIS数据(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products/MOD16), 空间分辨率为1 km, 时间分辨率为1 a, 时间序列为2000-2014年。ET算法由Mu等(2011)改进, 算法基于Penman-Monteith方程(Monteith, 1965), 计算时考虑了土壤表面蒸发、冠层截流水分蒸发和植物蒸腾:

$\lambda E=\frac{sA+\rho {{C}_{\text{p}}}({{e}_{\text{sat}}}-e)/{{r}_{\text{a}}}}{s+\gamma (1+{{r}_{\text{s}}}/{{r}_{\text{a}}})}$
式中, λE为潜热通量; λ为蒸发潜热; s为与饱和水蒸汽压力与气温的曲线斜率; A为可利用能量, 通过植被覆盖度可计算冠层和土壤表面分别获取的能量; ρ为空气密度; Cp为空气的比热容; esate分别为饱和水汽压和实际水汽压, rars分别为空气动力学阻抗和表面阻抗; γ为湿度计算常数。有关ET算法的详细信息, 可以参考Mu等(2011)

在Modis Reprojection Tool (MRT)软件中对为期15年的MODIS数据进行批量拼接以及重投影。MODIS GPPET产品数据在世界多个区域通过通量塔站点数据进行了验证, 其准确性在多项研究中得到了证实(Zhao et al., 2005; Mu et al., 2011; Jia et al., 2012; Chen et al., 2017)。

1.2.3 气象数据

气象站点数据来源于国家气象信息中心(http://data.cma.cn/), 运用Aunsplin软件, 引入经度、纬度、高程信息作为协变量, 采用三变量插值法对全国823个气象站点2000-2014年逐月的气温和降水数据进行插值, 得到西南高山亚高山区2000-2014年的气度和降水数据, 该数据空间分辨率为1 km。相关研究表明Aunsplin软件插值得到的数据精度较高, 可信度较强(Feng et al., 2016)。

1.2.4 WUE的计算

本文的WUE采用GPPET的比值来表示:

$WUE=\frac{GPP}{ET}$
式中, WUE为水分利用效率, 单位为g·m-2·mm-1; GPPET分别为生态系统总初级生产力和蒸散, 单位分别为g C·m-2和mm。

1.2.5 数据分析

采用最小二乘线性回归模型对2000-2014年15年期间西南高山亚高山区GPPETWUE年际变化趋势进行分析, 并采用相关系数检验法确定变化趋势是否显著; 采用单因素方差分析检验不同植被类型年均WUE的差异; 利用Pearson相关关系法分析WUE与气温和降水的关系。

2 结果和分析

2.1 GPP/ET/WUE的时空演变

2.1.1 时间变化特征

西南高山亚高山区2000-2014年GPP多年平均值为553 g C·m-2, ET多年平均值为585 mm, WUE多年平均值为0.95 g·m-2·mm-1GPPETWUE年际变化表明, GPP年平均值呈极显著上升趋势(图3A) (p < 0.01), ET年平均值没有显著变化趋势(图3B) (p > 0.05), WUE年平均值呈显著上升趋势(p < 0.05), 但在2006和2009年, WUE年平均值出现了两个波峰。研究区WUE年平均值从2000年的0.79 g·m-2·mm-1上升到2014年的0.95 g·m-2·mm-1, 增加了20.25%, 平均每年增加0.011 g·m-2·mm-1 (图3C)。

图3

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图32000-2014年西南高山亚高山区总初级生产力(GPP)(A)、蒸散(ET)(B)和水分利用效率(WUE)(C)年际变化。

*, p < 0.05; **, p < 0.01.
Fig. 3Temporal trends of gross primary production (GPP)(A), evapotranspiration (ET)(B), and water use efficiency (WUE)(C) in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.

*, p < 0.05; **, p < 0.01。


从不同区域来看(表2), 嘉陵江上游WUE年平均值最高, 雅鲁藏布江中下游高山亚高山区WUE年平均值最低。除嘉陵江上游WUE呈下降趋势外, 其他区域均呈上升趋势, 金沙江上游WUE增速最大, 为0.021 g·m-2·mm-1·a-1 (p < 0.05)。

Table 2
表2
表22000-2014年西南高山亚高山区各流域总初级生产力(GPP)、蒸散(ET)、水分利用效率(WUE)平均值、WUE变化趋势
Table 2Mean gross primary production (GPP), evapotranspiration (ET), water use efficiency (WUE), and the change rates of WUE in different watersheds of the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014
研究区域
Study region
总初级生产力平均值
Mean GPP (g C·m-2)
蒸散平均值
Mean ET
(mm)
水分利用效率平均值
Mean WUE
(g·m-2·mm-1)
水分利用效率变化趋势
Change rates of WUE
(g·m-2·mm-1·a-1)
嘉陵江上游 Upstream of Jialing River8776401.37-0.001
岷江上游 Upstream of Minjiang River8337221.150.004
大渡河 Dadu River6346141.030.007
雅砻江上游 Upstream of Yalong River6975441.280.013
金沙江上游 Upstream of Jinsha River7315351.370.021*
澜沧江上游 Upstream of Lancang River2955150.570.011
怒江上游 Upstream of Nujiang River2355120.460.009*
雅鲁藏布江中游高山亚高山区
Alpine and subalpine area of middle-lower reaches of
Yarlung Zangbo River
3227210.450.006
藏南高山亚高山区 Alpine and subalpine area of Southern Xizang9098141.120.011*
*, p < 0.05。

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2.1.2 空间变化特征

2000-2014年西南高山亚高山区GPPETWUE的空间变化(图4)表明, 研究区GPPETWUE空间分布均具有明显的空间差异。GPP总体上呈东南向西北递减趋势, GPP高值区域主要分布在研究区东南和西南部, GPP多年平均值高于900 g C·m-2; 低值区域主要分布在研究区西北部, GPP多年平均值低于300 g C·m-2。从变化趋势来看, GPP呈上升和下降趋势的区域分别占90.62%和9.38%, 其中呈显著上升趋势的占32.85% (p < 0.05), 主要分布在嘉陵江上游东部和研究区西南部。ET高值区域主要分布在研究区东部和西南部, ET多年平均值高于600 mm; 低值区域主要分布在研究区中部和西北部, ET多年平均值为300 mm以下。从变化趋势来看, ET呈上升和下降趋势的区域分别占32.62%和67.28%, 其中呈显著上升和下降的区域分别占4.4%和11.25%(p < 0.05), 显著上升区域主要分布在研究区东部和西南部, 显著下降区域主要分布研究区南部和西北部。WUE在空间上呈东南向西北减少的趋势, 高值区域主要分布在研究区南部, WUE多年平均值高于1.35 g·m-2·mm-1, 低值区域主要分布在研究区西北部, WUE多年平均值低于0.55 g·m-2·mm-1。从变化趋势来看, WUE呈上升和下降趋势的区域分别占85.84%和14.16%, 呈显著上升的区域占27.79% (p < 0.05), 主要分布在研究区中部和南部, WUE呈显著下降的区域仅占0.2% (p < 0.05), 主要分布在研究区东部。

图4

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图42000-2014年西南高山亚高山区总初级生产力(GPP)、蒸散(ET)和水分利用效率(WUE)的空间分布及其变化趋势。

Fig. 4Spatial distributions and change trends of gross primary production (GPP), evapotranspiration (ET) and water use efficiency (WUE) in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.



2.2 不同植被类型的WUE变化特征

基于MCD12Q1数据, 估算了西南高山亚高山区2000-2014年不同植被类型WUE年平均值, 结果(图5)表明, 常绿针叶林WUE平均值最高, 为1.77 g·m-2·mm-1, 显著高于落叶阔叶林和混交林两种森林类型(p < 0.05), 草地WUE最低, 仅为0.56 g·m-2·mm-1, 显著低于其他植被类型(p < 0.05)。各植被类型WUE大小顺序为常绿针叶林>稀树草原(1.73 g·m-2·mm-1) >常绿阔叶林(1.72 g·m-2·mm-1) >有林草原(1.71 g·m-2·mm-1) >农田(1.67 g·m-2·mm-1) >落叶阔叶林(1.65 g·m-2·mm-1) >混交林(1.63 g·m-2·mm-1) >郁闭灌丛(1.59 g·m-2·mm-1) >草地。进一步分析不同植被类型WUE年际变化特征, 结果(图6)显示, 不同植被类型WUE在2000-2014年均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE变化趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型均呈显著上升趋势(p < 0.05)。

图5

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图52000-2014年西南高山亚高山区不同植被类型水分利用效率(WUE)的平均值(±标准偏差)。

CRO, 农田; CSH, 郁闭灌丛; DBF, 落叶阔叶林; EBF, 常绿阔叶林; ENF, 常绿针叶林; GRA, 草地; MF, 混交林; SA, 稀树草原; WSA, 有林草原。
Fig. 5Mean water use efficiency (WUE ± SD) of different vegetation types in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.

CRO, cropland; CSH, closed shrublands; DBF, deciduous broadleaf forest; EBF, evergreen broadleaf forest; ENF, evergreen needleleaf forest; GRA, grassland; MF, mixed forest; SA, savannas; WSA, woody savannas.


图6

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图62000-2014年西南高山亚高山区不同植被类型水分利用效率(WUE)年际变化。

*, p < 0.05; **, p < 0.01。
Fig. 6Temporal trends of water use efficiency (WUE) of different vegetation types in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.

*, p < 0.05; **, p < 0.01.


不同植被类型WUE随海拔的升高变化趋势有所差异(图7), 其中常绿针叶林WUE随海拔升高表现出先升高, 然后在1 200-4 400 m之间稳定在1.89 g·m-2·mm-1以上, 最后下降的变化趋势; 常绿阔叶林WUE在海拔1 800 m以下维持稳定在1.61 g·m-2·mm-1左右, 但随着海拔升高呈先急剧上升后急剧下降趋势; 混交林、有林草原、稀树草原和草地WUE均随海拔的升高呈先上升后下降的趋势, 不同的是, 混交林WUE相对于其他植被类型下降趋势更加缓慢; 落叶阔叶林和和农田WUE随海拔的升高呈下降趋势, 郁闭灌丛WUE随海拔的升高呈剧烈波动趋势。不同植被类型WUE高值区域的海拔区间也有所差异, 除郁闭灌丛WUE高值区域的海拔在3 400-3 600 m之间外, 其他植被类型WUE高值区域位于海拔1 000-2 400 m之间。

图7

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图7西南高山亚高山区不同植被类型水分利用效率(WUE)与海拔的关系。

Fig. 7Relationships between water use efficiency (WUE) of different vegetation types and altitude in the alpine and subalpine area of southwestern China.



2.3 WUE与降水和气温的关系

研究区域大部分地区WUE与降水量负相关(图8A), 相关系数为负值的区域占研究区域的92.54%, 通过显著性检验的面积占43.56% (p < 0.05), 主要分布在雅砻江上游中部、金沙江中部和南部、澜沧江上游中西部、怒江西北部及雅鲁藏布江中下游高山亚高山区西北部; 相关系数为正值的区域仅占研究区域的7.46%, 通过显著性检验的面积占0.21%, 主要分布在嘉陵江上游东部和岷江上游南部。不同植被类型WUE与降水量的相关性分析结果(表3)显示, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05), 其中有林草原WUE与降水量相关性最高。

图8

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图82000-2014年西南高山亚高山区水分利用效率(WUE)与年降水量相关系数的空间分布(A), WUE与年平均气温相关系数的空间分布(B)。

Fig. 8Spatial distribution of correlation coefficients between annual water use efficiency (WUE) and annual precipitation (A), correlation coefficients between annual WUE and annual air temperature (B) in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.



Table 3
表3
表3西南高山亚高山区不同植被类型水分利用效率(WUE)与年降水量和年平均气温的相关系数分析表
Table 3Correlation coefficients between annual water use efficiency (WUE) and annual precipitation, and correlation coefficients between WUE and annual air temperature of different vegetation types in the alpine and subalpine area of southwestern China
植被类型
Vegetation type
常绿针叶林
Evergreen needleleaf forest
常绿阔叶林
Evergreen broadleaf forest
落叶阔叶林
Deciduous broadleaf forest
混交林
Mixed
forest
郁闭灌丛
Closed
shrublands
有林草原
Woody
savannas
稀树草原
Savannas
草地
Grassland
农田
Cropland
WUE与降水量相关系数
Correlation coefficients between
WUE and precipitation
-0.633*-0.189-0.406-0.197-0.591*-0.732**-0.705**-0.712**-0.704**
WUE与气温相关系数
Correlation coefficients between
WUE and air temperature
0.628*0.2550.599*0.548*0.808**0.715**0.5130.814**0.416
*, p < 0.05; **, p < 0.01。

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研究区域大部分地区WUE与气温正相关(图8B), 相关系数为正值的区域占研究区域的89.56%, 通过显著性检验的面积占48.51% (p < 0.05), 主要分布雅砻江上游中北部, 金沙江上游北部、中部和南部, 澜沧江上游及怒江上游中部和西北部及雅鲁藏布江中下游高山亚高山区西北部; 相关系数为负值的区域占研究区域的10.41%, 通过显著性检验的面积仅占0.95%, 主要分布在雅砻江上游南部和雅鲁藏布江中下游高山亚高山区东部。不同植被类型WUE与气温的相关性分析结果(表3)显示, 除常绿阔叶林和农田外, 其他植被类型WUE均与气温显著正相关(p < 0.05), 其中草地WUE与气温相关性最高。

3 讨论

3.1 WUE时空变化趋势分析

西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1。研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致。本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的。GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B)。研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9)。研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016)。当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加。而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A)。研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B)。综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化。

图9

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图92000-2014年西南高山亚高山区气温(A)和降水量(B)年际变化。

Fig. 9Temporal trends of annual air temperature (A) and precipitation (B) in the alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.



图10

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图102000-2014年西南高山亚高山区总初级生产力(GPP)和蒸散(ET)与气温(A)、降水量(B)的关系。

Fig. 10Relationships between air temperature, gross primary production (GPP), and evapotranspiration (ET)(A), and between precipitation, GPP, and ET (B) in alpine and subalpine area of southwestern China from 2000 to 2014.



西南高山亚高山区WUE呈东南高西北低的空间分布(图4), 这与研究区的植被分布有关, 研究区东南部植被类型主要为森林, 相较于其他植被类型, 森林的WUE较大, 森林植被通常有更密的林冠和更高的根系表面, 可以拦截更多的太阳辐射和利用更多的土壤, 从而有利于植物生长和提升生态系统WUE (Zheng et al., 2019); 西北部WUE平均值较低是因为该区域植被类型主要为草地, 而草地的WUE为所有植被类型中最低(图6)。

3.2 不同植被类型WUE变化特征分析

本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地。邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低。在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015)。在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低。所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7)。这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016)。

除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域。当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019)。郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件。常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型。常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响。由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林。可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型。有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性。

3.3 WUE与气温和降水的相关性分析

气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018)。Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降。本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加。该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013)。

降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05)。本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低。在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低。

本研究中, 植被WUE受到气温和降水综合作用的影响, 2000-2014年西南高山亚高山区各植被类型年平均气温和降水量分别呈上升和下降趋势, WUE均与气温正相关, 与降水量负相关(表3)。这说明, 西南高山亚高山区各植被类型对于当前的气候变化有较好的应对策略。

4 结论

(1)西南高山亚高山区2000-2014年植被WUE多年平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 整体呈显著上升趋势(p < 0.05); 空间上WUE呈东南高西北低的分布, 区域85.84%的WUE呈增加趋势。

(2) 2000-2014年西南高山亚高山区各植被类型WUE表现为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, WUE均呈上升趋势; 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型WUE最高值位于海拔1 000-2 400 m之间, 常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m之间有较高的WUE

(3)西南高山亚高山区89.56%区域的WUE与气温正相关, 除常绿阔叶林和农田WUE与气温的正相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与气温显著正相关(p < 0.05); 92.54%区域的WUE与降水量负相关, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)。

(4)西南高山亚高山区各植被类型对于当前的气候变化有较好的应对策略, 其中常绿针叶林WUE具有最强的海拔适应性和应对气候变化的弹性, 它是区域植被稳定的基础。



致谢

致谢感谢中国林业科学研究院基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2017MA009)和国家林业和草原局森林生态环境重点实验室资助。


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Water use efficiency (WUE) measures the trade-off between carbon gain and water loss of terrestrial ecosystems, and better understanding its dynamics and controlling factors is essential for predicting ecosystem responses to climate change. We assessed the magnitude, spatial patterns, and trends of WUE of China's terrestrial ecosystems and its responses to drought using a process-based ecosystem model. During the period from 2000 to 2011, the national average annual WUE (net primary productivity (NPP)/evapotranspiration (ET)) of China was 0.79 g C kg(-1) H2O. Annual WUE decreased in the southern regions because of the decrease in NPP and the increase in ET and increased in most northern regions mainly because of the increase in NPP. Droughts usually increased annual WUE in Northeast China and central Inner Mongolia but decreased annual WUE in central China.

Liu YJ, Tao FL (2013). Response of crop water use efficiency to elevated temperature and CO2 concentration—A review
Progress in Geography, 32, 416-424.

DOI:10.11820/dlkxjz.2013.03.011URL [本文引用: 1]
2 concentration and temperature rise as the two major indicators, has great impact on crop water use efficiency. Study of the characteristic and mechanism of the response of crop water use efficiency to elevated CO2 concentration and temperature rise is of great significance to revealing the mechanism of how climate change impacts crop production. This paper presents the research progress on the responses of crop water use efficiency to elevated CO2 concentration and temperature rise, the synergistic effect of elevated CO2 concentration and temperature rise, and methods of the research. In addition, this paper points out the key issues that need to be resolved in the future, including: (1) synergistic effect of multi-factors, (2) differences in the responses of different species, (3) response processes at different levels of scale, and (4) adaptability of crop water use efficiency to climate change.]]>
[ 刘玉洁, 陶福禄 (2013). 作物水分利用效率对温度和CO2浓度升高的响应研究进展
地理科学进展, 32, 416-424.]

[本文引用: 1]

Lu XL, Zhuang QL (2010). Evaluating evapotranspiration and water-use efficiency of terrestrial ecosystems in the conterminous United States using MODIS and AmeriFlux data
Remote Sensing of Environment, 114, 1924-1939.

DOI:10.1016/j.rse.2010.04.001URL [本文引用: 2]

Monteith JL (1965). Evaporation and environment
Symposia of the Society for Experimental Biology, 19, 205-234.

URLPMID:5321565 [本文引用: 1]

Mu QZ, Zhao MS, Running SW (2011). Improvements to a MODIS global terrestrial evapotranspiration algorithm
Remote Sensing of Environment, 115, 1781-1800.

DOI:10.1016/j.rse.2011.02.019URL [本文引用: 3]
MODIS global evapotranspiration (ET) products by Mu et al. [Mu, Q. Heinsch, F. A., Zhao, M., Running, S. W. (2007). Development of a global evapotranspiration algorithm based on MODIS and global meteorology data. Remote Sensing of Environment, 111, 519-536. doi: 10.1016/j.rse.2007.04.015] are the first regular 1-km(2) land surface ET dataset for the 109.03 Million km(2) global vegetated land areas at an 8-day interval. In this study, we have further improved the ET algorithm in Mu et al. (2007a, hereafter called old algorithm) by 1) simplifying the calculation of vegetation cover fraction; 2) calculating ET as the sum of daytime and nighttime components; 3) adding soil heat flux calculation; 4) improving estimates of stomatal conductance, aerodynamic resistance and boundary layer resistance; 5) separating dry canopy surface from the wet; and 6) dividing soil surface into saturated wet surface and moist surface. We compared the improved algorithm with the old one both globally and locally at 46 eddy flux towers. The global annual total ET over the vegetated land surface is 62.8 x 10(3) km(3), agrees very well with other reported estimates of 65.5 x 10(3) km(3) over the terrestrial land surface, which is much higher than 45.8 x 10(3) km(3) estimated with the old algorithm. For ET evaluation at eddy flux towers, the improved algorithm reduces mean absolute bias (MAE) of daily ET from 0.39 mm day(-1) to 033 mm day(-1) driven by tower meteorological data, and from 0.40 mm day(-1) to 0.31 mm day(-1) driven by GMAO data, a global meteorological reanalysis dataset. MAE values by the improved ET algorithm are 24.6% and 24.1% of the ET measured from towers, within the range (10-30%) of the reported uncertainties in ET measurements, implying an enhanced accuracy of the improved algorithm. Compared to the old algorithm, the improved algorithm increases the skill score with tower-driven ET estimates from 0.50 to 0.55, and from 0.46 to 0.53 with GMAO-driven ET. Based on these results, the improved ET algorithm has a better performance in generating global ET data products, providing critical information on global terrestrial water and energy cycles and environmental changes.

Niu ZE, He HL, Zhu GF, Ren XL, Zhang L, Zhang K, Yu GR, Ge R, Li P, Zeng N, Zhu XB (2019). An increasing trend in the ratio of transpiration to total terrestrial evapotranspiration in China from 1982 to 2015 caused by greening and warming
Agricultural and Forest Meteorology, 279, 107701. DOI: 10.1016/j.agrformet.2019.107701.

[本文引用: 1]

Pang J, Qin J (2013). Advances in characteristics and causes of drought research in southwest China
Journal of Nanjing University of Information Science & Technology (Natural Science Edition), 5(2), 127-134.

[本文引用: 1]

[ 庞晶, 覃军 (2013). 西南干旱特征及其成因研究进展
南京信息工程大学学报(自然科学版), 5(2), 127-134.]

[本文引用: 1]

Pei TT, Li XY, Wu HW, Wu XC, Chen Y, Xie BP (2019). Sensitivity of vegetation water use efficiency to climate and vegetation index in Loess Plateau, China
Transactions of the Chinese Agricultural Engineering, 35, 119-125, 319.

[本文引用: 2]

[ 裴婷婷, 李小雁, 吴华武, 吴秀臣, 陈英, 谢保鹏 (2019). 黄土高原植被水分利用效率对气候和植被指数的敏感性研究
农业工程学报, 35, 119-125, 319.]

[本文引用: 2]

Ponce-Campos GE, Moran MS, Huete A, Zhang YG, Bresloff C, Huxman TE, Eamus D, Bosch DD, Buda AR, Gunter SA, Scalley TH, Kitchen SG, McClaran MP, McNab WH, Montoya DS, Morgan JA, Peters DPC, Sadler EJ, Seyfried MS, Starks PJ (2013). Ecosystem resilience despite large-scale altered hydroclimatic conditions
Nature, 494, 349-352.

DOI:10.1038/nature11836URL [本文引用: 1]
Climate change is predicted to increase both drought frequency and duration, and when coupled with substantial warming, will establish a new hydroclimatological model for many regions(1). Large-scale, warm droughts have recently occurred in North America, Africa, Europe, Amazonia and Australia, resulting in major effects on terrestrial ecosystems, carbon balance and food security(2,3). Here we compare the functional response of above-ground net primary production to contrasting hydroclimatic periods in the late twentieth century (1975-1998), and drier, warmer conditions in the early twenty-first century (2000-2009) in the Northern and Southern Hemispheres. We find a common ecosystem water-use efficiency (WUEe: above-ground net primary production/evapotranspiration) across biomes ranging from grassland to forest that indicates an intrinsic system sensitivity to water availability across rainfall regimes, regardless of hydroclimatic conditions. We found higher WUEe in drier years that increased significantly with drought to a maximum WUEe across all biomes; and a minimum native state in wetter years that was common across hydroclimatic periods. This indicates biome-scale resilience to the interannual variability associated with the early twenty-first century drought-that is, the capacity to tolerate low, annual precipitation and to respond to subsequent periods of favourable water balance. These findings provide a conceptual model of ecosystem properties at the decadal scale applicable to the widespread altered hydroclimatic conditions that are predicted for later this century. Understanding the hydroclimatic threshold that will break down ecosystem resilience and alter maximum WUEe may allow us to predict land-surface consequences as large regions become more arid, starting with water-limited, low-productivity grasslands.

Qiu KB, Cheng JF (2015). Vegetation water use efficiency and its relationship with climate in Shaanxi Province
Research of Soil and Water Conservation, 22(6), 256-260.

[本文引用: 3]

[ 仇宽彪, 成军峰 (2015). 陕西省植被水分利用效率及与气候因素的关系
水土保持研究, 22(6), 256-260.]

[本文引用: 3]

Sun PS, Liu N, Liu SR, Sun G (2016). Trade-offs between water yield and carbon sequestration for sub-alpine catchments in western Sichuan, China
Chinese Journal of Plant Ecology, 40, 1037-1048.

DOI:10.17521/cjpe.2016.0020URL [本文引用: 2]
Aims There is increasing concern on the trade-off between carbon sequestration and water yield of forest ecosystems. Our objective was to explore the effects of vegetation composition on water and carbon trade-off in the sub-alpine watersheds of western Sichuan during 1982–2006.Methods The WaSSI-C, which is an eco-hydrological model with coupled water and carbon cycles, was employed to calculate the key components in water balance and carbon sequestration for the 22 sub-catchments in the upper reaches of Zagunao River. Spearman’s Rho trend analysis was used to examine the trends in runoff and net ecosystem productivity.Important findings Compared with either subalpine meadow or mixed forest dominated catchments, the conifer-dominated catchments had much higher water loss due to high evapotranspiration, and the loss was not offset by its higher soil water infiltration during the growing season. The change in soil water storage for subalpine meadow, mixed forest and coniferous forest are –44 mm, –18 mm and –5 mm, respectively, which indicated significant decline in soil water storage and thus water yield particularly in alpine meadow catchments. Significant negative relationship was found between runoff and net ecosystem productivity, the alpine meadow as the dominant vegetation type showed high water yield and low carbon sequestration, and the conifer-dominant and mixedforest vegetation showed low water yield and high carbon sequestration, moreover, the higher the forest coverage, the lower the water yield. Upward trends in net ecosystem productivity were observed in the three vegetation types during the study period and the alpine meadow type was significant.]]>
[ 孙鹏森, 刘宁, 刘世荣, 孙阁 (2016). 川西亚高山流域水碳平衡研究
植物生态学报, 40, 1037-1048.]

[本文引用: 2]

Sun Y, Piao SL, Huang MT, Ciais P, Zeng ZZ, Cheng L, Li XR, Zhang XP, Mao JF, Peng SS, Poulter B, Shi XY, Wang XH, Wang YP, Zeng H (2016). Global patterns and climate drivers of water-use efficiency in terrestrial ecosystems deduced from satellite-based datasets and carbon cycle models
Global Ecology and Biogeography, 25, 311-323.

DOI:10.1111/geb.12411URL [本文引用: 1]

Tang XG, Li HP, Desai AR, Nagy Z, Luo JH, Kolb TE, Olioso A, Xu XB, Yao L, Kutsch W, Pilegaard K, K?stner B, Ammann C (2014). How is water-use efficiency of terrestrial ecosystems distributed and changing on Earth?
Scientific Reports, 4, 7483. DOI: 10.1038/srep07483.

DOI:10.1038/srep07483URLPMID:25500908 [本文引用: 1]
A better understanding of ecosystem water-use efficiency (WUE) will help us improve ecosystem management for mitigation as well as adaption to global hydrological change. Here, long-term flux tower observations of productivity and evapotranspiration allow us to detect a consistent latitudinal trend in WUE, rising from the subtropics to the northern high-latitudes. The trend peaks at approximately 51 degrees N, and then declines toward higher latitudes. These ground-based observations are consistent with global-scale estimates of WUE. Global analysis of WUE reveals existence of strong regional variations that correspond to global climate patterns. The latitudinal trends of global WUE for Earth's major plant functional types reveal two peaks in the Northern Hemisphere not detected by ground-based measurements. One peak is located at 20 degrees ~ 30 degrees N and the other extends a little farther north than 51 degrees N. Finally, long-term spatiotemporal trend analysis using satellite-based remote sensing data reveals that land-cover and land-use change in recent years has led to a decline in global WUE. Our study provides a new framework for global research on the interactions between carbon and water cycles as well as responses to natural and human impacts.

Tian HQ, Chen GS, Liu ML, Zhang C, Sun G, Lu CQ, Xu XF, Ren W, Pan SF, Chappelka A (2010). Model estimates of net primary productivity, evapotranspiration, and water use efficiency in the terrestrial ecosystems of the southern United States during 1895-2007
Forest Ecology and Management, 259, 1311-1327.

DOI:10.1016/j.foreco.2009.10.009URL [本文引用: 1]

Wang F, Jiang H, Zhang XM (2015). Spatial-temporal dynamics of gross primary productivity, evapotranspiration, and water-use efficiency in the terrestrial ecosystems of the Yangtze River Delta region and their relations to climatic variables
International Journal of Remote Sensing, 36, 2654-2673.

DOI:10.1080/01431161.2015.1041618URL [本文引用: 1]

Wei HJ, Zhang YF, Dong XB, Lu NC, Wang XC (2016). Estimating the spatio-temporal characteristic of vegetation water use efficiency over Weihe River Basin
Journal of Natural Resources, 31, 1275-1288.

[本文引用: 2]

[ 位贺杰, 张艳芳, 董孝斌, 鲁纳川, 王雪超 (2016). 渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征
自然资源学报, 31, 1275-1288.]

[本文引用: 2]

Wu GJ, Liu XH, Chen T, Xu GB, Wang WZ, Zeng XM, Zhang XW (2015). Elevation-dependent variations of tree growth and intrinsic water-use efficiency in Schrenk spruce ( Picea schrenkiana) in the western Tianshan Mountains, China
Frontiers in Plant Science, 6, 309. DOI: 103389/fps.2015.00309.

[本文引用: 1]

Xue BL, Guo QH, Otto A, Xiao JF, Tao SL, Li L (2015). Global patterns, trends, and drivers of water use efficiency from 2000 to 2013
Ecosphere, 6, 174. DOI: 10.1890/ES14-00416.1.

[本文引用: 3]

Ye H, Wang JB, Huang M, Qi SH (2012). Spatial pattern of vegetation precipitation use efficiency and its response to precipitation and temperature on the Qinghai-Xizang Plateau of China
Chinese Journal of Plant Ecology, 36, 1237-1247.

DOI:10.3724/SP.J.1258.2012.01237URL [本文引用: 1]
Aims Precipitation use efficiency (PUE) is a key to understanding the coupling between ecosystem carbon and water cycles. Our objective was to probe the spatial PUE pattern and its response to climate on the Qinghai-Xizang Plateau to better understand mechanisms of vegetation productivity and improve ecosystem process models.Methods GLOPEN-CEVSA model was applied to estimate net primary production (NPP) by using the Fraction of Photosynthetically Active Radiation Absorbed by Vegetation (MOD15A2), and spatially interpolated meteorological data in 2000–2008. The modeled NPP was significantly correlated with the observed above-ground net primary productivity (R2 = 0.49, p < 0.001, n = 97). The PUE was calculated as the ratio of NPP to the annual sum of precipitation.Important findings The spatial pattern of PUE showed large differences among vegetation types. Crops had the highest PUE, and alpine meadow had higher PUE than alpine steppe. These differences were related to the precipitation and temperature distribution on the plateau. The PUE was relatively stable and the lowest value of (0.026 ± 0.190) g C·m–2·mm–1 (mean ± standard deviation) with the highest coefficient of variance (CV) of 721%was where precipitation was < 90 mm. Where precipitation was 90–300 mm, PUE was relatively stable and also low ((0.029 ± 0.074) g C·m–2·mm–1) with relatively high CV (252%). Together precipitation and air temperature in this precipitation range explained 43.4% of the spatial variance of PUE, and the effect of precipitation was 1.7 times that of temperature (p < 0.001). The area with precipitation from 300–650 mm, mainly covered by alpine steppe (45%), had relatively high PUE ((0.123 ± 0.191) g C·m–2·mm–1) with a CV of 155%. The significant correlation of PUE with climate factors explained 97.8% spatial variance of PUE. Temperature had the dominant role, having 1.5 times the effect of precipitation. With increasing precipitation, PUE reached a peak of 0.26 g C·m–2·mm–1 at 650 mm of precipitation and then showed a decreasing trend. The precipitation of the mountainous Nyingchi region, Xizang, is >845 mm, and the region is mainly covered with evergreen needleleaf forest. It has relatively high PUE ((0.210 ± 0.246) g C·m–2·mm–1) with a minimum CV of 117%. Temperature and precipitation together explained 93.1% of the spatial variation of PUE for Nyingchi. Precipitation was negatively correlated with PUE and its effect was 3.5 times that of temperature.]]>
[ 叶辉, 王军邦, 黄玫, 齐述华 (2012). 青藏高原植被降水利用效率的空间格局及其对降水和气温的响应
植物生态学报, 36, 1237-1247.]

[本文引用: 1]

Zhang LX, Hu ZM, Fan JW, Shao QQ, Tang FP (2014). Advances in the spatiotemporal dynamics in ecosystem water use efficiency at regional scale
Advances in Earth Science, 29, 691-699.

DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2014.06.0691URL [本文引用: 4]
Water Use Efficiency (WUE) is a crucial indicator for a better understanding in the coupling relationship between ecosystem water and carbon cycles. Studies of the spatiotemporal dynamics in ecosystem WUE together with the underlying mechanisms at a regional scale can enhance our ability to evaluate and predict how global change affects the carbon and water cycles. This study reviewd the current research progress on regional ecosystem WUE. The results indicated that: ① Most of the recent researches on ecosystem WUE are at local scale and the regional study is rare; ② There are definite conclusions about the values as well as the temporal dynamics of the WUE across different ecosystems, whereas the spatial distributions of ecosystem WUE obtained by the ecological model needs further verification; ③ Studies proved that climate change and Land Use/Cover Change (LUCC) could significantly alter the ecosystem productivity or evapotranspiration, yet there are quite a few studies on their effects on ecosystem WUE. Hence, the control factors for the spatiotemporal variability of regional ecosystem WUE and its response to climate change and LUCC may be one of the hot issues in the future global change research.
[ 张良侠, 胡中民, 樊江文, 邵全琴, 唐风沛 (2014). 区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展
地球科学进展, 29, 691-699.]

[本文引用: 4]

Zhang YD, Pang R, Gu FX, Liu SR (2016). Temporal-spatial variations ofWUE and its response to climate change in alpine area of southwestern China
Acta Ecologica Sinica, 36, 1515-1525.

[本文引用: 1]

[ 张远东, 庞瑞, 顾峰雪, 刘世荣 (2016). 西南高山地区水分利用效率时空动态及其对气候变化的响应
生态学报, 36, 1515-1525.]

[本文引用: 1]

Zhang Z, Jiang H, Liu JX, Zhou GM, Liu SR, Zhang XY (2012). Assessment on water use efficiency under climate change and heterogeneous carbon dioxide in China terrestrial ecosystems
Procedia Environmental Sciences, 13, 2031-2044.

DOI:10.1016/j.proenv.2012.01.194URL [本文引用: 1]

Zhao AZ, Zhang AB, Feng LL, Wang DL, Cheng DY (2019). Spatio-temporal characteristics of water-use efficiency and its relationship with climatic factors in the Haihe River Basin
Acta Ecologica Sinica, 39, 1452-1462.

[本文引用: 1]

[ 赵安周, 张安兵, 冯莉莉, 王冬利, 承达瑜 (2019). 海河流域生态水分利用效率时空变化及其与气候因子的相关性分析
生态学报, 39, 1452-1462.]

[本文引用: 1]

Zhao MS, Heinsch FA, Nemani RR, Running SW (2005). Improvements of the MODIS terrestrial gross and net primary production global data set
Remote Sensing of Environment, 95, 164-176.

DOI:10.1016/j.rse.2004.12.011URL [本文引用: 1]

Zheng D (2012). Dictionary of Geographic Regionalization and Planning. China Water & Power Press, Beijing.
[本文引用: 1]

[ 郑度 (2012). 地理区划与规划词典. 中国水利水电出版社, 北京.]
[本文引用: 1]

Zheng H, Lin H, Zhou WJ, Bao H, Zhu XJ, Jin Z, Song Y, Wang YQ, Liu WZ, Tang YK (2019). Revegetation has increased ecosystem water-use efficiency during 2000-2014 in the Chinese Loess Plateau: evidence from satellite data
Ecological Indicators, 102, 507-518.

[本文引用: 1]

Zou J, Ding JL (2019). Changes of water use efficiency of main vegetation types in Central Asia from 2000 to 2014
Scientia Silvae Sinicae, 55(3), 175-182.

[本文引用: 3]

[ 邹杰, 丁建丽 (2019). 2000-2014年中亚地区主要植被类型水分利用效率特征
林业科学, 55(3), 175-182.]

[本文引用: 3]

Zou J, Ding JL, Qin Y, Wang F (2018). Response of water use efficiency of Central Asia ecosystem to drought based on remote sensing data
Transactions of the Chinese Agricultural Engineering, 34, 145-152, 313-314.

[本文引用: 1]

[ 邹杰, 丁建丽, 秦艳, 王飞 (2018). 遥感分析中亚地区生态系统水分利用效率对干旱的响应
农业工程学报, 34, 145-152, 313-314.]

[本文引用: 1]

Contributions of climate change and human activities to ET and GPP trends over North China Plain from 2000 to 2014
1
2017

... 在Modis Reprojection Tool (MRT)软件中对为期15年的MODIS数据进行批量拼接以及重投影.MODIS GPPET产品数据在世界多个区域通过通量塔站点数据进行了验证, 其准确性在多项研究中得到了证实(Zhao et al., 2005; Mu et al., 2011; Jia et al., 2012; Chen et al., 2017). ...

Changing forest water yields in response to climate warming: results from long-term experimental watershed sites across North America
1
2014

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

Physiology and morphology of Pinus sylvestris seedlings from diverse sources under cyclic drought stress
1
2001

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

Using deuterium excess to determine the sources of high-altitude precipitation: implications in hydrological relations between sub-alpine forests and alpine meadows
1
2009

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展
3
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展
3
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

Revegetation in China’s Loess Plateau is approaching sustainable water resource limits
1
2016

... 气象站点数据来源于国家气象信息中心(http://data.cma.cn/), 运用Aunsplin软件, 引入经度、纬度、高程信息作为协变量, 采用三变量插值法对全国823个气象站点2000-2014年逐月的气温和降水数据进行插值, 得到西南高山亚高山区2000-2014年的气度和降水数据, 该数据空间分辨率为1 km.相关研究表明Aunsplin软件插值得到的数据精度较高, 可信度较强(Feng et al., 2016). ...

Assessing the spatiotemporal dynamic of global grassland water use efficiency in response to climate change from 2000 to 2013
1
2016

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

1954-2010年西南高山地区土壤碳储量时空动态及对气候变化的响应
1
2014

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

1954-2010年西南高山地区土壤碳储量时空动态及对气候变化的响应
1
2014

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

Forest phenology and a warmer climate-growing season extension in relation to climatic provenance
1
2012

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

Response of ecosystem water use efficiency to drought over China during 1982-2015: spatiotemporal variability and resilience
2
2019

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

GPP and NPP (MOD17A2/A3) Products, NASA MODIS Land Algorithm
1
2003

... 式中, εmax为最大的光利用效率, 主要受地表覆盖类型的影响; VPDscalarTmin_scalar分别为从水分胁迫(日高饱和水汽压差, VPD)和低温(日最低气温, Tmin)的还原标量.关于GPP计算的详细说明见Heinsch等(2003). ...

Sensible heat observations reveal soil-water evaporation dynamics
2
2008

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

... 下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

Precipitation-use efficiency along a 4500-km grassland transect
2
2010

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

Effects of vegetation control on ecosystem water use efficiency within and among four grassland ecosystems in China
1
2008

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

生态系统水分利用效率研究进展
1
2009

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

生态系统水分利用效率研究进展
1
2009

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

Water-use efficiency of the terrestrial biosphere: a model analysis focusing on interactions between the global carbon and water cycles
1
2012

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Trading water for carbon with biological carbon equestration
1
2005

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

Validation of remotely sensed evapotranspiration over the Hai River Basin, China
1
2012

... 在Modis Reprojection Tool (MRT)软件中对为期15年的MODIS数据进行批量拼接以及重投影.MODIS GPPET产品数据在世界多个区域通过通量塔站点数据进行了验证, 其准确性在多项研究中得到了证实(Zhao et al., 2005; Mu et al., 2011; Jia et al., 2012; Chen et al., 2017). ...

Phenology under global warming
1
2010

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

黑河流域植被水分利用效率时空变化特征及其与气候因子的关系
1
2017

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

黑河流域植被水分利用效率时空变化特征及其与气候因子的关系
1
2017

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

紫坪铺水库入库径流年际变化特征分析
1
2017

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

紫坪铺水库入库径流年际变化特征分析
1
2017

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

1
1999

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

1
1999

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

中国西南亚高山针叶林的生态学问题
1
2001

... 研究区位于25.38°-34.63° N, 91.25°-105.32° E的范围内, 该区域东临四川盆地, 北部东侧与黄土高原接壤, 南部与云贵高原相接, 西部为青藏高原东南部.研究区河流纵横, 峡谷广布, 地貌以高原和山地为主, 地势起伏较大, 总地势西北高、东南低.气候属亚热带季风性湿润气候, 降水量丰富, 年平均气温分布极不均匀, 年降水量为300-1 300 mm, 年平均气温为-5-18 ℃.研究区植被的垂直分带明显, 湿润山地会依次出现常绿阔叶林、常绿阔叶和落叶阔叶混交林、亚高山针叶林、高山灌丛或草地等植被类型(刘庆等, 2001). ...

中国西南亚高山针叶林的生态学问题
1
2001

... 研究区位于25.38°-34.63° N, 91.25°-105.32° E的范围内, 该区域东临四川盆地, 北部东侧与黄土高原接壤, 南部与云贵高原相接, 西部为青藏高原东南部.研究区河流纵横, 峡谷广布, 地貌以高原和山地为主, 地势起伏较大, 总地势西北高、东南低.气候属亚热带季风性湿润气候, 降水量丰富, 年平均气温分布极不均匀, 年降水量为300-1 300 mm, 年平均气温为-5-18 ℃.研究区植被的垂直分带明显, 湿润山地会依次出现常绿阔叶林、常绿阔叶和落叶阔叶混交林、亚高山针叶林、高山灌丛或草地等植被类型(刘庆等, 2001). ...

黄土高原植被生态系统水分利用效率时空变化及驱动因素
1
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

黄土高原植被生态系统水分利用效率时空变化及驱动因素
1
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Water use efficiency of China’s terrestrial ecosystems and responses to drought
3
2015

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

作物水分利用效率对温度和CO2浓度升高的响应研究进展
1
2013

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

作物水分利用效率对温度和CO2浓度升高的响应研究进展
1
2013

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

Evaluating evapotranspiration and water-use efficiency of terrestrial ecosystems in the conterminous United States using MODIS and AmeriFlux data
2
2010

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

... 的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

Evaporation and environment
1
1965

... ET数据来自NTSG发布的MODIS数据(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products/MOD16), 空间分辨率为1 km, 时间分辨率为1 a, 时间序列为2000-2014年.ET算法由Mu等(2011)改进, 算法基于Penman-Monteith方程(Monteith, 1965), 计算时考虑了土壤表面蒸发、冠层截流水分蒸发和植物蒸腾: ...

Improvements to a MODIS global terrestrial evapotranspiration algorithm
3
2011

... ET数据来自NTSG发布的MODIS数据(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products/MOD16), 空间分辨率为1 km, 时间分辨率为1 a, 时间序列为2000-2014年.ET算法由Mu等(2011)改进, 算法基于Penman-Monteith方程(Monteith, 1965), 计算时考虑了土壤表面蒸发、冠层截流水分蒸发和植物蒸腾: ...

... 式中, λE为潜热通量; λ为蒸发潜热; s为与饱和水蒸汽压力与气温的曲线斜率; A为可利用能量, 通过植被覆盖度可计算冠层和土壤表面分别获取的能量; ρ为空气密度; Cp为空气的比热容; esate分别为饱和水汽压和实际水汽压, rars分别为空气动力学阻抗和表面阻抗; γ为湿度计算常数.有关ET算法的详细信息, 可以参考Mu等(2011). ...

... 在Modis Reprojection Tool (MRT)软件中对为期15年的MODIS数据进行批量拼接以及重投影.MODIS GPPET产品数据在世界多个区域通过通量塔站点数据进行了验证, 其准确性在多项研究中得到了证实(Zhao et al., 2005; Mu et al., 2011; Jia et al., 2012; Chen et al., 2017). ...

An increasing trend in the ratio of transpiration to total terrestrial evapotranspiration in China from 1982 to 2015 caused by greening and warming
1
2019

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

西南干旱特征及其成因研究进展
1
2013

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

西南干旱特征及其成因研究进展
1
2013

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

黄土高原植被水分利用效率对气候和植被指数的敏感性研究
2
2019

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

... ; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

黄土高原植被水分利用效率对气候和植被指数的敏感性研究
2
2019

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

... ; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

Ecosystem resilience despite large-scale altered hydroclimatic conditions
1
2013

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

陕西省植被水分利用效率及与气候因素的关系
3
2015

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

陕西省植被水分利用效率及与气候因素的关系
3
2015

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

川西亚高山流域水碳平衡研究
2
2016

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

川西亚高山流域水碳平衡研究
2
2016

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

Global patterns and climate drivers of water-use efficiency in terrestrial ecosystems deduced from satellite-based datasets and carbon cycle models
1
2016

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

How is water-use efficiency of terrestrial ecosystems distributed and changing on Earth?
1
2014

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Model estimates of net primary productivity, evapotranspiration, and water use efficiency in the terrestrial ecosystems of the southern United States during 1895-2007
1
2010

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Spatial-temporal dynamics of gross primary productivity, evapotranspiration, and water-use efficiency in the terrestrial ecosystems of the Yangtze River Delta region and their relations to climatic variables
1
2015

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征
2
2016

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

渭河流域植被WUE遥感估算及其时空特征
2
2016

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

Elevation-dependent variations of tree growth and intrinsic water-use efficiency in Schrenk spruce ( Picea schrenkiana) in the western Tianshan Mountains, China
1
2015

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Global patterns, trends, and drivers of water use efficiency from 2000 to 2013
3
2015

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... ; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 气温对WUE的影响存在阈值效应, 过高或者过低的气温对植物WUE均不利(杜晓铮等, 2018).Xue等(2015)对全球生态系统的研究发现, 当气温低于18.5 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温介于18.5-25.7 ℃时, WUE会随着气温的升高显著降低(p < 0.05); 位贺杰等(2016)对渭河流域WUE的研究表明, 在气温低于20 ℃时, WUE与气温显著正相关(p < 0.05), 当气温高于25 ℃时, WUE随气温升高而下降.本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平均气温都低于17 ℃ (表1), 89.56%区域的WUE与气温正相关(图8B), 不同植被类型WUE对气温的响应程度有所差异, 除常绿阔叶林和农田的WUE与气温的正相关性不显著(p > 0.05)外, 其他植被类型WUE均与气温呈显著正相关关系(p < 0.05)(表3), 说明研究区域的气温在阈值范围内, WUE随气温的升高而增加.该区域WUE与气温正相关可能是因为随着气温升高, 植被叶片气孔导度增加, 延长了高海拔地区植被生长季(Korner & Basler, 2010; Gunderson et al., 2012), 光合速率提高幅度大于蒸腾速率增加幅度从而造成WUE的提高(刘玉洁和陶福禄, 2013). ...

青藏高原植被降水利用效率的空间格局及其对降水和气温的响应
1
2012

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

青藏高原植被降水利用效率的空间格局及其对降水和气温的响应
1
2012

... 降水量对WUE的影响也存在阈值效应(杜晓铮等, 2018), Liu等(2015)对中国陆地上生态系统的研究表明, 大部分植被WUE对降水量的正向响应阈值为500 mm, 仇宽彪和成军锋(2015)对陕西省植被WUE的研究表明, 年降水量小于627 mm时, WUE与降水量显著正相关(p < 0.05), 年降水量大于627 mm时, WUE与降水量显著负相关(p < 0.05).本研究发现, 西南高山亚高山区各植被类型的年平降水量大于570 mm (表1), 92.54%区域的WUE与降水量呈负相关关系(图8A), 不同植被类型WUE对降水量的响应程度存在一定差异, 除常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林的WUE与降水量的负相关关系不显著外, 其他植被类型WUE均与降水量显著负相关(p < 0.05)(表3), 该研究区大部分区域的降水量超过了阈值, 降水量增加会导致区域GPP的下降和ET的上升, 因此WUE会降低.在湿润半湿润地区, 一方面, 降水量增加会使该区域用于碳吸收的光合有效辐射减少(Heitman et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 同时降水量增加形成地表径流或渗流可能会使重要的土壤养分因淋溶而散失, 对植物的生长产生限制(叶辉等, 2012), 使GPP下降; 另一方面, 降水量增加又会使冠层截留蒸发及土壤蒸发等形式的耗散增加(Heitman et al., 2008; Hu et al., 2008; 裴婷婷等, 2019), 导致区域ET蒸发比例的增加, 使得该区域WUE降低. ...

区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展
4
2014

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展
4
2014

... 水分利用效率(WUE)是指植物消耗单位质量水分所固定的CO2或生产的干物质, 是深入理解生态系统水碳循环的重要指标(胡中民等, 2009).在陆地生态系统中, WUE可以反映生态系统植被利用水分将营养转化为生物量的能力(仇宽彪和成军峰, 2015), 它是生态系统对气候变化响应的重要参数(Ponce- Campos et al., 2013).因此, 揭示生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制, 有助于评价和预测气候变化对生态系统水、碳过程的影响(张良侠等, 2014). ...

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 西南高山亚高山区2000-2014年的WUE平均值为0.95 g·m-2·mm-1, 波动区间为0.79-1.10 g·m-2·mm-1.研究区WUE年际变化整体上呈显著上升趋势(p < 0.05), 这与Guo等(2019)估算的1982-2015年中国生态系统WUE的年际变化趋势一致.本研究WUE整体呈上升趋势是由研究时间段内GPP显著上升(p < 0.01)而ET变化不显著直接决定的.GPP的显著上升可能受气温和降水量的影响, 研究时段内气温呈一定的上升趋势(图9A), 降水量呈一定的下降趋势(图9B), 而GPP与气温显著正相关(图10A), 与降水量显著负相关(图10B).研究区WUE平均值在2006和2009年出现2个波峰(图3C), 这可能与当年的高温与干旱有关, 研究区在2006和2009年分别经历了伏旱和大旱(庞晶和覃军, 2013), 2005-2006及2008- 2009年气温分别升高28.8%和29.5%, 降水量分别下降14.8%和13.6% (图9).研究表明, 植物会以多种方式应对水分胁迫, 包括增加土壤吸收水分, 改变用水策略和减少水分损失(Gang et al., 2016).当植物受到水分胁迫时, 气孔对干旱更为敏感, 而光合速率和气孔导度存在一定的非线性关系, 气孔导度降低不会马上导致光合速率减小, 但会使蒸腾速率减弱(Cregg & Zhang, 2001; 张良侠等, 2014), 因此WUE会增加.而从生态系统尺度上看, 一定程度的水分胁迫, 有利于提高ET中蒸腾的相对比率, 降低截留蒸发和土壤蒸发的比率(Niu et al., 2019), 因此, 随着气温升高, ET下降, GPP反而上升(图10A).研究期间降水量减少, 可能导致了林冠截留蒸发和土壤蒸发的比率显著下降(图10B)(p < 0.05), 从而引起ET的整体下降(图3B).综上所述, 西南高山亚高山区植被生态系统固碳能力有所增强, 其WUE显著上升, 表明该区植被生态系统能够适应当前的气候变化. ...

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

西南高山地区水分利用效率时空动态及其对气候变化的响应
1
2016

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

西南高山地区水分利用效率时空动态及其对气候变化的响应
1
2016

... 西南地区既是我国南方和东南亚主要河流(包括长江、怒江和湄公河等)的水源区, 也是我国最重要的一个生物碳库(张远东等, 2016).该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南地区生态环境方面起着极其重要的作用(刘庆等, 1999).近期的研究表明, 岷江上游紫坪铺水库在过去70年入库径流量不断降低(黎永红和薛晨, 2017), 加之气候变暖, 流域的植被活动显著增强, 植被固碳能力的增加需要消耗更多的水分(Jackson et al., 2005; 孙鹏森等, 2016), 这使得西南高山亚高山地区的碳水耦合与权衡研究尤其重要.西南高山亚高山区地处高海拔区域, 其气候垂直分异, 地质地貌特殊、植被物候、生理和生长对气温的变化有极强的反馈作用, 是响应全球气候变化的重点区域(顾峰雪等, 2014).因此, 本文基于MODIS GPPET数据及气象数据, 估算了2000-2014年期间西南高山亚高山区植被WUE.在此基础上, 重点对以下三个方面的内容进行了探讨: (1)气候变化背景下西南高山亚高山植被WUE变化趋势; (2)不同植被类型WUE的年际变化及其随海拔的变化特征; (3)不同植被类型WUE对气温和降水量的响应差异.旨为该区域水碳管理和生态环境可持续发展提供参考. ...

Assessment on water use efficiency under climate change and heterogeneous carbon dioxide in China terrestrial ecosystems
1
2012

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

海河流域生态水分利用效率时空变化及其与气候因子的相关性分析
1
2019

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

海河流域生态水分利用效率时空变化及其与气候因子的相关性分析
1
2019

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

Improvements of the MODIS terrestrial gross and net primary production global data set
1
2005

... 在Modis Reprojection Tool (MRT)软件中对为期15年的MODIS数据进行批量拼接以及重投影.MODIS GPPET产品数据在世界多个区域通过通量塔站点数据进行了验证, 其准确性在多项研究中得到了证实(Zhao et al., 2005; Mu et al., 2011; Jia et al., 2012; Chen et al., 2017). ...

1
2012

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

1
2012

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

Revegetation has increased ecosystem water-use efficiency during 2000-2014 in the Chinese Loess Plateau: evidence from satellite data
1
2019

... 西南高山亚高山区WUE呈东南高西北低的空间分布(图4), 这与研究区的植被分布有关, 研究区东南部植被类型主要为森林, 相较于其他植被类型, 森林的WUE较大, 森林植被通常有更密的林冠和更高的根系表面, 可以拦截更多的太阳辐射和利用更多的土壤, 从而有利于植物生长和提升生态系统WUE (Zheng et al., 2019); 西北部WUE平均值较低是因为该区域植被类型主要为草地, 而草地的WUE为所有植被类型中最低(图6). ...

2000-2014年中亚地区主要植被类型水分利用效率特征
3
2019

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

2000-2014年中亚地区主要植被类型水分利用效率特征
3
2019

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

... 本研究中, 各植被类型WUE的顺序为常绿针叶林>稀树草原>常绿阔叶林>有林草原>农田>落叶阔叶林>混交林>郁闭灌丛>草地, 这与Lu和Zhuang (2010)的研究结果相似, Lu和Zhuang (2010)基于美国通量网及遥感数据模拟的结果显示, 各植被类型WUE序列中, 森林>灌丛>农田>草地.邹杰和丁建丽(2019)对中亚地区的研究却表明, 草地和郁闭灌丛WUE多年平均值较高, 森林和农田WUE较低.在不同研究中, 相同植被类型WUE不一致可能归因于研究区域气候、植被生长状况以及分析方法的差异(Liu et al., 2015).在本研究中, 草地WUE显著低于其他的植被类型(p < 0.05), 可能受到多种因素的影响, 研究区草地的主要类型包括了高山草甸和高寒草甸, 基本处于高海拔低温环境, 平均海拔达到4 463 m, 年平均气温仅为1.16 ℃ (表1), 草地GPP远低于其他植被类型; 另外,有研究表明高山草甸和草地的区域大多是高渗透、低蒸腾区域(Cui et al., 2009), 降水分配大多下渗, 转换为径流, 所以草地WUE相对较低.所有植被类型WUE均呈上升趋势, 除落叶阔叶林和草地WUE的增加趋势不显著外(p > 0.05), 其他植被类型WUE均呈显著增加趋势(p < 0.05)(图7).这可能与气候变暖有关, 2000-2014年研究区气温呈上升趋势(图9A), 高寒地区气温升高延长了植物的生长季, 对植被WUE有促进作用(Sun et al., 2016). ...

... 除郁闭灌丛WUE最高值出现在海拔3 400-3 600 m外, 其他植被类型在海拔1 000-2 400 m具有较高的WUE, 该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域.当海拔高于2 400 m时, 大部分植被类型WUE随海拔的升高而下降, 可能与高海拔地区低温环境有关(Hu et al., 2010; 张良侠等, 2014; 邹杰和丁建丽, 2019).郁闭灌丛WUE随海拔升高表现出较大的波动性, 且最高值出现在海拔3 400-3 600 m, 主要是因为郁闭灌丛由常绿针叶灌丛、常绿阔叶灌丛、落叶阔叶灌丛、草灌丛等不同的植被型组成(郑度, 2012), 不同植被型所占的比例不同, 其适应的海拔就会不同, 但可以看出该区域的郁闭灌丛更适应高海拔低气温的条件.常绿针叶林在海拔1 200-4 400 m间的WUE比较稳定, 表现出较宽的海拔适应性和韧性, 这可能意味着, 常绿针叶林对气候变化的适应能力最强, 在全球气候变暖的背景下, 仍是该区域主要和稳定的植被类型.常绿针叶林与混交林是西南林区重要的森林类型, 从两者WUE对海拔变化的响应幅度来看, 混交林WUE更易受到海拔变化的影响.由于气温随海拔升高逐渐降低, 从高海拔向低海拔变化若看成是某种程度的增温效应, 则全部植被类型的WUE将增加, 增加的幅度大致为草地>常绿阔叶林>落叶阔叶林>混交林>常绿针叶林.可见, 常绿针叶林应对气候变化的韧性(或弹性)大于其他植被类型, 尤其是当前热点讨论的混交林类型.有研究表明, 气温增加后, 生物多样性更高的混交林比针叶纯林的水文弹性更高(Creed et al., 2014), 但本研究从WUE的角度表明, 在西南高山亚高山区, 常绿针叶林似乎更加稳定和具有抵抗气候变化的弹性. ...

遥感分析中亚地区生态系统水分利用效率对干旱的响应
1
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...

遥感分析中亚地区生态系统水分利用效率对干旱的响应
1
2018

... 由于****对生态系统WUE的内涵理解不同及数据获取手段的差异, 计算WUE的方法有所不同(杜晓铮等, 2018).在生态系统或区域尺度上, WUE主要采用总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)或净生态系统碳交换(NEE)和蒸散(ET)的比值来计算(张良侠等, 2014).其中GPPET之比已被广泛应用于年月等不同时间尺度生态系统碳水耦合特征及其对气候变化响应的研究(Tang et al., 2014; Wang et al., 2015; Xue et al., 2015; 邹杰等, 2018).因此, 本文采用GPPET的比值来计算WUE.近年来, 基于过程的生态系统模型和遥感方法已被广泛应用于生态系统WUE的研究中, 不同区域的WUE时空分布格局具有显著异质性(Ito & Inatomi, 2012; Guo et al., 2019), 且不同植被类型的WUE以及不同区域WUE的主导因素存在地域差异性(刘宪锋等, 2018; 赵安周等, 2019; 邹杰和丁建丽, 2019).另有大量研究表明, 区域生态系统WUE受到气温、降水量的显著影响(Hu et al., 2010; 仇宽彪和成军峰, 2015; 李肖娟等, 2017), 且WUE对于气温和降水都存在阈值效应, 在阈值范围内WUE随气温的升高而增加, 超过阈值WUE随气温的升高反而减小(Zhang et al., 2012; Xue et al., 2015; Sun et al., 2016; 位贺杰等, 2016); 同样, 降水量适当增加会提高植被WUE, 降水量过高则会降低植被WUE (Tian et al., 2010; Liu et al., 2015).由于区域气候条件、植被生长状况等因素的差异, 植被WUE的时空变化及其对气温和降水的响应都会存在差异, 所以有必要加强对不同区域植被WUE时空格局及其对气温和降水量响应的研究.此外, 在全球气候变化的背景下, 海拔变化可作为导致植物生境空间异质性的重要因素, 且不同海拔的气温梯度可为植被类型对气温变化响应与适应提供一种现实的模拟环境(Wu et al., 2015), 因此, 研究植被WUE随海拔梯度的变化能更好地揭示植被对气候变化的响应. ...




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