發(fā)布時間：2019-10-30 00:27

【摘要】：土壤異養(yǎng)呼吸(RH)是全球碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。地球系統(tǒng)模型(ESMs)是預(yù)測這種關(guān)鍵環(huán)節(jié)對全球變化響應(yīng)不可或缺的工具,而土壤溫度和土壤微生物生理作用是影響ESMs模型模擬土壤異養(yǎng)呼吸的兩個重要因子,盡管已經(jīng)利用ESMs開展了大量土壤溫度對土壤異養(yǎng)呼吸影響方面的研究,然而,多數(shù)研究沒有考慮土壤微生物生理作用對土壤異養(yǎng)呼吸的影響,更沒有考慮這種影響對氣候情景的響應(yīng)。鑒于目前研究的不足,本文利用美國渦度通量觀測數(shù)據(jù)校正土壤溫度模型(STM),用校正后的STM模型模擬了1948年至2008年,10cm、20cm和50cm三個土壤層次的土壤溫度時空變化特征。然后,修改了陸地生態(tài)系統(tǒng)模型(TEM)中以Q10為基礎(chǔ)的土壤呼吸模塊,修改后的模塊融合了阿倫尼烏斯方程、米式動力學(xué)方程以及土壤微生物生理作用過程。最后,結(jié)合校正后的STM模型所提供的土壤溫度數(shù)據(jù),應(yīng)用TEM模型和修改后的TEM模型(MIC-TEM)分別模擬了美國大陸森林生態(tài)系統(tǒng)對氣候情景(RCP 2.6與8.5)的響應(yīng)。主要結(jié)果如下:(1)校正后的STM模型可以很好的擬合美國大陸自然生態(tài)系統(tǒng)土壤溫度變化趨勢,可以利用校正后的STM模型模擬美國大陸自然生態(tài)系統(tǒng)土壤溫度時空變化特征。模擬結(jié)果表明:從1948年到2008年,10cm土層土壤溫度升高0.2℃,20cm土層土壤溫度升高0.3℃,50cm土層土壤溫度升高1.2℃。最低年均土壤溫度區(qū)域分布在美國大陸西南部科羅拉多州以及懷俄明、愛荷華和蒙大拿州三州的交界處;最高年均土壤溫度區(qū)域分布在美國大陸南部沿海地區(qū)的德克薩斯州、佛羅里達州以及加利福尼亞州。在61年的模擬時間內(nèi),美國西南部地區(qū)德克薩斯州、俄克拉荷馬州以及阿肯色州夏天土壤年均溫度呈現(xiàn)變冷趨勢;美國西部地區(qū)加利福尼亞州夏天年均土壤溫度呈現(xiàn)變暖趨勢;美國中南地區(qū)密西西比州、阿拉巴馬州和喬治亞州冬天年均土壤溫度呈現(xiàn)變冷趨勢;西北地區(qū)蒙大拿州、北達科他州和南達科他州冬天年均土壤溫度呈現(xiàn)變暖趨勢。在自然生態(tài)系統(tǒng)中,最高年均土壤溫度是灌叢生態(tài)系統(tǒng);最低年均土壤溫度是落葉林生態(tài)系統(tǒng)。在灌叢和草地生態(tài)系統(tǒng)中,50cm土層年均土壤溫度高于10cm和20cm土層年均土壤溫度;在稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)中,10cm土層年均土壤溫度比20cm和50cm土層年均土壤溫度高1.5℃;在落葉林生態(tài)系統(tǒng)中,10cm、20cm和50cm土層年均土壤溫度變化趨勢平緩。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,常綠林生態(tài)系統(tǒng)年均土壤溫度均值高于落葉林生態(tài)系統(tǒng)年均土壤溫度。(2)MIC-TEM模型中,可溶性基質(zhì)的大小控制著RH的變化。校正后的MIC-TEM模型有能力模擬美國大陸森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的動態(tài)變化。與同一時期、同一地區(qū)的其它研究結(jié)果對比表明:MIC-TEM模型模擬的美國大陸森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量變化范圍合理,精度可靠。在RCP 2.6氣候情景中,TEM模型模擬的總初級生產(chǎn)力(GPP)和凈初級生產(chǎn)力(NPP)在91年的模擬時間內(nèi)起初緩慢增長,在2090s后急速降低;凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)起初有著相似的趨勢,但在2090s后NEP緩慢降低。MIC-TEM模型模擬的GPP,NPP不斷增長,而NEP表現(xiàn)出波動的趨勢。RCP8.5氣候情景中:MIC-TEM模型和TEM模型模擬的GPP,NPP和NEP表現(xiàn)出增長的趨勢。兩種氣候情景,MIC-TEM模型模擬的RH對氣候變化的響應(yīng)不同于TEM模型模擬的RH。MIC-TEM|廡橢，

本文編號：2553683