文摘

生态系统水分利用效率,促进)和碳利用效率(提示),两个最重要的生态系统的生态指标,代表单位用水量的碳同化率和转移的能力从大气中碳碳汇潜力。揭示WUE和线索的变化及其影响因素是至关重要的区域性碳水相互作用和碳预算的评估。气候影响碳和水的过程不同。与WUE相比,提示在应对气候变化因素和人类活动仍不充分理解。在这项研究中,生态层面WUE和线索变化在松嫩平原(SNP),中国东北,研究了2001 - 2015年期间,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星数据。WUE,之间的关系,主要气候因素和人类的影响进行了探讨。结果表明,生态系统WUE和线索波动随着时间的推移,gC·区域平均值为1.319公斤⁻¹H₂O和0.516,分别。落叶阔叶森林平均WUE最高但最低的线索。草原的多年平均提示排在首位,而最低的WUE表明较小容量的使用产生的净生产力有限的水供应。WUE和线索显示下降趋势在大多数地区的SNP,表明陆地生态系统的碳汇能力在过去的15年里成为较弱。年降水量和相对湿度有积极的影响,提示在60%以上的研究区域。年度总日照时间和年平均温度的负面影响和线索在大多数地区。人类活动对生态系统有积极影响的WUE变化SNP,但可能抑制信号变化。我们的研究有助于理解生物碳水周期的监管机制耦合和为制定区域可持续发展战略提供科学依据和指导水和土地资源管理。

1。介绍

水分利用效率是指单位用水量的碳同化速率(1),链接的光合生产生态系统土壤水分蒸发蒸腾损失总量,反映了生态系统碳水循环和他们交互。碳利用效率(提示)的比例是净初级生产力(NPP)总初级生产力(GPP),这表明生态系统能力转移大气CO₂生物量和碳封存。提示变化强烈影响生态系统碳预算和营业额。因为WUE和提示相关生态系统蒸发蒸腾和光合作用的过程,他们被视为描述生态系统的碳水耦合的重要指标。时空变化的定量分析WUE和线索及其影响因素的影响将有助于更好地理解未来气候变化对生态系统的水和碳过程(2]。

虽然缺乏连续的地面观测可能阻碍的长期分析植被的动态发展,卫星遥感提供了有用的信息为研究大规模和生态系统的长期可变性和线索。在印度1999年,Bastiaanssen分析作物WUE基于作物产量的估计和蒸发(ET)首次使用遥感数据(3]。莫等人综合土壤植物大气传输作物生长模型与遥感数据预测作物产量,水消耗,和河北省WUE,中国(4]。兹瓦特等人表明,遥感数据可以作为输入数据在水分生产力模型和估计的小麦从本地到全球范围5]。特谢拉等人计算区域蒸散遥感数据在旧金山的中下游河流在巴西和作物的空间分布研究[6]。基于作物产量来自遥感图像和气象数据,李等人估计大规模et和WUE的冬小麦和夏玉米在海河流域7]。胡锦涛等人发现,有显著差异在日常WUE的森林和草地生态系统(8]。已经进行了很多尝试解决时空WUE变化之间的关系和气候因素使用生态系统模型或卫星观测。帮派等人的时空动态评估全球草原WUE从2000年到2013年,揭示了每个草原类型的不同反应气候变化(9]。张等人应用生态系统模型CEVSA估计高WUE的时空变化从1954年到2010年在中国西南山区和分析其应对气候变化(10]。太阳等人提出,全球WUE产生不同的空间关系与气候变量(11]。通过连续的涡度相关(EC)测量和时序MODIS数据,唐等人调查了WUE的季节性变化对草地和农田生态系统在中国的干旱和半干旱地区和主张,温度和降水的主要气候因素有关(12]。

在许多研究中,提示一直被视为一个常数值不顾生态系统类型或种类(13- - - - - -15在全球范围内),但这个假设可能会引起争议,因为它忽略了环境因素的影响(16,17]。朴等人证明了不同植被大大不同的线索从南部温带到热带地区(18]。Nemani等人在全球范围内计算提示使用遥感数据(19]。张等人发现,NPP / GPP比展出的模式并不只取决于(即主要气候特征。、温度和降水)和地理因素(即,纬度和海拔高度)20.]。哈利法塔等人表明,WUE和提示不同的土地覆盖类型在埃塞俄比亚的震级比同行高在苏丹,干旱,他们表现出更高的灵敏度和降水的变化21]。他等人研究了空间的变化提示不同的基于流程的碳循环模型的比较与中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星数据分析的反应暗示年平均降雨量和温度(22]。据我们所知,分析提示与其他气候因素的关系,如相对湿度、太阳持续时间,和人类活动的综合影响,并没有被很好的探索。

松嫩平原(SNP)位于温带semihumid在中国东北半干旱过渡的生态脆弱区,这是对全球变化高度敏感。从历史上看,苏格兰民族党培育农业和游牧文化。脆弱的联合效应物质基础和过度的不合理的人类活动使该地区遭受的风险高土地退化在过去的一个世纪。由于担忧加剧沙漠化,许多生态和环境保护措施被中国政府和取得了初步效果。先前的研究主要集中在土地覆盖和使用变化和农业生产活动对环境的影响。是知之甚少的时空模式生态层面WUE和线索及其应对气候变化和人类的影响在SNP。

解释本研究的目标是(1)如何在苏格兰民族党多样生态系统WUE和提示在2001 - 2015年MODIS卫星观测和(2)气候因素和人类活动影响的生态系统变化,苏格兰民族党线索。结果和结论补充我们的知识耦合碳水的循环和碳预算的温带半干旱和semihumid过渡带生态系统及其底层驱动机制。

2。材料和方法

2.1。研究区域

苏格兰民族党位于中国东北的中心部分,射程为121°38′128°33′E和42°49′49°12′N和总面积22.35×10⁴公里²(图1)。这是一个跨松花江和嫩江江河冲积平原,位于松辽盆地中央Xiaoxing安山脉,长白山,松辽分水岭。它也被称为世界三大黑土区之一和苏打盐渍土地区域。海拔范围从101到1632米海拔但大多是低于200米(23]。的主要地貌类型包括那些低山、冲积平原、高地,间隔。苏格兰民族党属于温带大陆semihumid和半干旱季风气候区,四季的特点是重要的风和热,多雨的夏季和寒冷、干燥的冬天。平均温度从−16°C到−1月26°C和21.2°C到7月23°C。年降水量350至800毫米和自东向西逐渐降低(24]。土壤是肥沃的黑土、草甸土、黑钙土是广泛分布在这个平原。从东到西,自然植被类型是森林草原、草甸草原、典型草原。作为一个典型的agropastoral过渡区,苏格兰民族党是气候变化更为敏感。管理上,苏格兰民族党包括54个县级城市中部和西部地区的吉林省和黑龙江省西南部。它是中国重要的粮食商品基地之一。

2.2。数据和处理

2.2.1。MODIS数据

每年MOD17A3 NPP和GPP产品1公里的空间分辨率是本研究的基础。基于Biome-BGC生物地球化学循环模型,NPP Terradynamic数值模拟产生的数据组(NTSG)和蒙大拿大学(科大)(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)。这个数据集被广泛验证的准确性和可靠性。没有整体的偏见和持续高估或低估在全球范围内与现场测量值(25,26]。年度实际蒸散(ETa)产品(MOD16A3), 1公里的空间分辨率和估计基于Penman-Monteith模型,是在访问http://ntsg.umt.edu/project/mod16。这些照片是ArcGIS SNP的一个子集。

MODIS土地覆盖类型数据集(MCD12Q1)是由陆地过程分布式档案中心(LP DAAC) (https://lpdaac.usgs.gov/)[27]。这个产品包括从2001年到2016年全球土地覆盖数据的空间分辨率500米,采用五种不同的分类方案。在这项研究中,2009年土地覆盖数据。根据IGBP类方案和SNP的区域特征、植被类型进行了综述如下:落叶针叶林、落叶阔叶林、混交林、草原、农田、湿地。然后重新取样数据1公里分辨率的MODIS产品。

2.2.2。气象数据

每月29个气象站的气象资料和附近的SNP从2001年到2015年从中国国家气象信息中心(http://data.cma.cn/)。每年平均降雨量(毫米),总日照时数(h),平均温度(°C),和平均相对湿度(%)计算。一项研究发现,克里格插值数值精度高在不同的决议,但是结果不能显示实际地形的细节,不适合平原(28]。逆距离权重(IDW)空间插值技术显示出更好的适应能力,在平原地区,插值精度相对较高。因此,网格降水、日照时间、温度和湿度数据的空间分辨率1公里在ArcGIS IDW插值方法产生的。

2.3。计算的WUE和线索

生态系统WUE指单位水碳同化的速度损失,生态功能的一个重要指标,碳水耦合循环(29日]。由于不同的研究目的和数据采集方法,计算生态系统的“失水”在不同的研究中,这可能导致生态系统的不同理解WUE变化机制。在这项研究中,WUE由以下方程计算(30.]: 在哪里和分别是净初级生产力和蒸散。

生态系统提示描述了光合作用和呼吸作用之间的关系,这是一个重要指标的植物碳转移的能力31日]。提示是生态系统碳储存的关键控制因素,可以用来比较不同生态系统碳循环。提示执行的计算如下: 在哪里总初级生产力,代表通过光合作用植物获取能源和碳排放的总量C同化,揭示植物的能量存储在失去C从通过自养呼吸32]。

2.4。趋势分析

空间趋势WUE和提示检查通过应用一个简单的线性回归模型以时间为自变量和WUE或线索作为因变量。趋势分析的输出是回归斜率值的映射,如下公式表示: 坡在哪里安装回归线的斜率在每个像素;n代表范围;我2是1的第一年,第二年,等等;和一个_我代表的WUE或线索我。消极的回归系数(斜率< 0)表明下降的WUE或线索,而正值(斜率> 0)描绘了一个增加的趋势。F测试是用来确定变化趋势的重要性。

2.5。相关分析

分析WUE强度的线性相关性,提示,从2001年到2015年,和气候因素相关分析(CA)方法。斯皮尔曼相关系数(ρ)每个像素的计算公式如下(33]: 在哪里是相关系数从0到1;n是水平的数量;和d的等级差别是两双变量。等级和测试用来测试它的重要性。

2.6。多元回归残差分析

多元回归的残差分析方法提出了埃文斯和Geerken区分土地退化受气候和人类司机(34,35]。在这项研究中,由回归分析WUE的线索,和气候因素在像素规模、WUE和线索预测的值,这可能被视为气候对WUE的影响和暗示。剩余价值估计观察WUE差异,提示,和他们的预测值,从而,气候变化和人类活动的影响,提示可能是杰出的。剩余可以表示如下: 在哪里D₁和D₂观察到的和预测的值或线索,分别。ε表明人类对WUE的影响或线索。积极的残余(ε> 0)表明积极影响的人类活动对WUE或线索,而一个负值(ε< 0)描绘了人为造成的负面角色。残差序列的意义变化趋势也进行了分析。

3所示。结果与讨论

3.1。时间动态的WUE和线索

3.1.1。年际变化

多年平均水平WUE的SNP波动随着时间的推移,如图2。平均gC·WUE在2003年达到顶峰(3.881公斤⁻¹H₂O)与NPP更高。随后,该地区WUE一直下降,降至2009年的最小值(0.551 gC·kg⁻¹H₂O),可能是由于高蒸散。WUE 2009年开始增加,gC·升至1.127公斤⁻¹H₂2013年O。再次拒绝了2013年之后,和较低的gC·公斤0.940的价值⁻¹H₂成立于2015年。

相比之下,区域提示是相对稳定的,平均值为0.516。信号平均为0.495,2001年降至2003年的0.467。它显示2001 - 2005年期间的上升趋势。最大的线索(0.552)在2005年被观察到。它下降到最小值(0.461)在2008年,这意味着最糟糕的线索。生态系统提示从2010增加到2013,在2013 - 2015年有所下降。

3.1.2。WUE变化不同的生态系统

在2001 - 2015,平均WUE不同生态系统遵循了降序排列的落叶阔叶林>混交林>草地>落叶针叶林>农田>湿地。WUE最高的SNP发现落叶阔叶林,gC·多年平均值为1.328公斤⁻¹H₂o .湿地显示gC·WUE最低(0.954公斤⁻¹H₂O)。最大的WUE值落叶阔叶林和混交林都是2013年发现gC·(2.019公斤⁻¹H₂gC·O和1.669公斤⁻¹H₂分别为O),而最小值0.577 gC·kg⁻¹H₂gC·O和0.685公斤⁻¹H₂O 2001年,分别。混交林为1.158的平均WUE gC·kg⁻¹H₂o .年际平均吴草原和农田gC·0.984公斤⁻¹H₂gC·O和0.961公斤⁻¹H₂分别啊。在落叶针叶林,gC·WUE多年平均为0.972公斤⁻¹H₂啊,价值最高的gC·(1.304公斤⁻¹H₂O)在2014年和gC·最小值(0.584公斤⁻¹H₂2009年O)。的年际WUE意味着gC·湿地是0.954公斤⁻¹H₂O,最大和最小吴观察gC·2005年(1.138公斤⁻¹H₂gC·O)和2009年(0.615公斤⁻¹H₂O),分别。由于显著增加土壤水分蒸发蒸腾损失总量在2009年的平均吴所有生态系统都相对较低。

WUE的时间变化在不同植被类型,下降趋势之后的落叶针叶林(2.43%)>草原湿地(1.37%)(1.53%)> >农田(0.42%)。相比之下,WUE的增长趋势是落叶阔叶林(6.98%)和混交林(4.53%)。提高WUE的落叶阔叶林和混交林表明有机物得到改善,同时产生更大的净生产力可能通过使用有限的水供应。落叶针叶林的WUE,草原、湿地、农田揭示了相反的趋势。

3.1.3。提示不同生态系统的变化

图3 (b)说明了不同的提示改变生态系统从2001年到2015年。草原显示最高的线索,多年平均0.567的线索。落叶阔叶林的线索是最低的。提示不同生态系统遵循了降序排列的草原湿地>落叶针叶林> >农田>混交林>落叶阔叶林。落叶针叶林的多年平均线索是0.533。最低最高(0.597)和(0.472)线索被观察到在2013年和2003年,分别。落叶阔叶林和混交林显示相似的年度变化趋势,年际平均值分别为0.479和0.480。价值最高的线索(0.560)发生在2005年,当他们的最低0.239和0.308的值是2001年发现的。

年平均信号值的落叶阔叶林和混交林低在2003年之前,但他们在2004年突然增加(图3 (b))。这可能是由于在2001 - 2003年度NPP越低,而GPP显示一个小差异。农田的平均线索为0.510,峰值为0.551在2003年和2008年的低点0.452。湿地是0.542的多年平均线索。发现湿地提示在2002年达到高峰(0.801),最小值出现在2007年(0.472)。NPP的原因是湿地2002年达到579.2 g / m²在2001年,增长了27.56%。

线索可以定量描述植被修复大气CO的能力₂在地表生态系统34- - - - - -36]。在过去的15年里,提示的落叶阔叶林和混交林均呈增长趋势,为落叶阔叶林上升最明显。然而,平均信号值的落叶针叶林,草地,农田,和湿地倾向于减少以下序列:落叶针叶林>湿地>草地>农田。从2001年到2015年,落叶针叶林,草地,农田和湿地提示下降,表明他们增强植物的呼吸作用。呼吸有机物分解成简单的无机物如水和二氧化碳;因此,生态系统会释放更多的二氧化碳。相比之下,提示落叶阔叶林和混交林的增加,表明这些生态系统更有效地吸收有限公司₂和减少有限公司₂在大气中。考虑到更大的二氧化碳吸收,碳封存的可能性更大。

3.2。空间分布和变化的趋势和线索

数据4(一)和4 (b)展示的空间分布多年平均WUE和线索,分别从2001年到2015年在苏格兰民族党。的线性趋势WUE和线索也计算99%置信水平(数字4 (c)和4 (d))。空间,平均WUE gC·范围从0.178到8.445公斤⁻¹H₂O;高值主要出现在东部的SNP。西南地区平均信号值都大于其他地区。

SNP的WUE呈总体下降的趋势在过去的15年。减少WUE的面积占99.82%的景观,呈现出集中的空间格局。在这些地区WUE减少,农田和草地构成总土地面积的81.14%和12.06%,分别。提高WUE显示的像素点模式只占0.18%的研究区域,主要是由落叶针叶林,落叶阔叶林,混交林在东北和西南边缘。

提示还显示一个下降的趋势。增加线索主要是观察在东部落叶针叶林、落叶阔叶林,混交林面积,占0.11%。生态系统提示倾向于减少总面积的99.89%。在这些地区,被农田和草地,占领了81.19%和12.07%。

3.3。直接影响当地气候因素对WUE和线索的变化

气候因素之间的相关系数的空间分布,WUE,提示中说明了数据5和6。一般来说,WUE和暗示有更明显的相关年度平均降水、年度总日照时数、平均相对湿度、年平均温度(表1)。

WUE呈正相关,平均年降水研究总面积的三分之二。降水对WUE有积极的影响超过70%的地区被混合森林,落叶阔叶林,和农田,但负相关在54%的草原地区。日照时数有抑制作用的WUE植被地区的58.63%。总日照时间越长,较低的WUE。之间的正相关关系总日照时数和WUE主要是观察到东南部的SNP,但这些地区的日照时间在过去的15年里有所下降。日照时间明显和负相关,在东部地区,那里总日照时数增加。日照时间有超过60%的湿地WUE的负面影响。苏格兰民族党,90%的地区显示年平均相对湿度和WUE之间存在正向关系。相对湿度之间的正相关和WUE主要是发现在北部SNP的一部分,虽然在东南部和中部地区负相关。年平均湿度有积极的影响大约98%的混交林WUE,观察和负相关性在24%的地区覆盖着落叶针叶林。 The annual average temperature also played a role in regulating WUE. In more than 65% of the SNP, ecosystem WUE had a negative feedback on temperature. The negative correlation areas were mainly observed in the southeast. Except for the deciduous coniferous forest, average temperature had a negative effect on the WUE of other ecosystem types.

平均年降水量在苏格兰民族党暗示有积极影响大约72%的总格局,尤其是在混合森林和湿地。然而,负相关被发现在大约52%的地区被草原覆盖。年度总日照时间负相关与生态系统提示在东部地区,而它的积极影响的线索在东南地区的生态系统。日照时间增加了大约85%的地区被混交林的线索相对更高。超过65%的湿地显示增加阳光,同时提示拒绝。一年一度的相对湿度呈正相关,生态系统边缘线索在东北和西南地区。相比之下,提示值在60%以上的年均相对湿度的像素有积极的反应。年平均温度与生态系统的提示有负相关的大部分面积(像素)的87%。

总的来说,它可能会得出结论,年降水量可以提高WUE和林地的线索,但抑制了草原的WUE和线索。每年总日照时间有负面影响湿地WUE和线索的变化。一年一度的相对湿度不仅是呈正相关的提示所有植被类型在苏格兰民族党也发挥了积极作用的WUE林地。这表明,林地WUE和降雨增加提高。因此,所产生的净生产力有限的水资源将会增加。低湿地WUE和提示可能与长时间的阳光。植物的呼吸作用会增强,更多的二氧化碳会被释放。地区的相对较低的温度下,更多的WUE和线索的植被通常可以观察到植物呼吸作用降低。

3.4。人类对WUE和线索的变化的影响

分析人类活动对WUE和线索的影响变化,剩余的趋势方法被采用。基于相关分析的结果,有一个微弱的温度和WUE和线索变化之间的联系以每年的规模。我们选择沉淀,每年总日照时间和年平均相对湿度进行回归分析。Pixel-scale预测WUE和线索的计算是通过一个线性回归模型使用WUE,提示,上述三个气候因子的地图。预测WUE或线索表明气候影响,而他们的观测值是气候和人为因素的综合结果。因此,剩余价值之间的预测和观测值可能被视为人类影响WUE或线索。

根据图7,区域平均剩余价值的WUE SNP拒绝起伏的趋势在过去的15年。在头两年不断增加,从2003年开始减少。在2001 - 2015年期间,剩余是积极的(ε> 0),表明人类活动WUE变化中发挥了积极作用。WUE剩余的减少趋势可能会削弱人类的影响。除了2003年,提示剩余价值是负的,意味着人为因素对信号变化的负面影响。提示剩余的下降趋势表明,人类活动的影响可能会减少。

空间,WUE的区域显示积极趋势,提示剩余工资占总面积的0.49%和0.4%,表明人类活动对生态系统的影响WUE和线索可能增加(数据8(一个)和8 (b))。相反,残差的领域表现出了消极趋势占据99%以上的SNP,暗示人类对生态系统的影响往往削弱WUE和提示。像素显示残差下降主要是在研究区西部,由农田、草地和湿地。WUE的趋势,提示剩余工资通过了显著性水平测试和 ,分别。

4所示。讨论

4.1。变化的WUE和线索

作为陆地生态系统对全球变化的一个重要指标,WUE链接碳和水文循环的植被生态系统(37]。由于各种不同类型的植被光合作用能力,应该存在一定的WUE差异和提示(38]。我们比较了由不同的研究(表WUE估计2)。陆和李定量估计和分析了时空动态模式和季节性的变化对不同植被生态系统于2002年在中国西部。他们发现的平均年度WUE这个地区的主要植被生态系统表现出下降趋势如下:山地森林>沙漠灌木>灌溉农田>高山草原>冷沙漠和戈壁42]。秋等人报道,林地的年均WUE明显高于中国其他植被类型。混交林的年均WUE和落叶阔叶林是最高的,而年均WUE的灌木和草地较低(< 1 gC·公斤⁻¹H₂O) (43]。在我们目前的研究中,主要植被生态系统的年平均WUE SNP是降序的落叶阔叶林>混交林>草地>落叶针叶林>农田>湿地。地区平均水平WUE的gC·SNP是1.073公斤⁻¹H₂O为2001 - 2015年期间,这是符合中国估计WUE的阈值(43]。刘等人发现,年平均WUE的森林或草原在中国东北显示更少的年际变化在2002 - 2013 (44]。在这个温带semihumid半干旱过渡的中国东北地区,我们发现年均WUE的年际差异相对较大的从2001年到2015年。的平均WUE耕地减少了1%,而平均WUE的混交林,落叶阔叶林,落叶针叶林增加了40%,32.9%,和19.6%,分别。

提示对环境条件和气候变化很敏感45]。GPP的功能、NPP和呼吸,植被的线索(例如,森林)可能受到许多因素的影响,如温度、降水、光合有效辐射、土壤养分(46]。提示显示显著的空间差异与不同的生态系统,地理位置和气候20.]。钱伯斯等人透露,温带森林的线索是大约0.50 (47]。哈利等人估计撒哈拉以南地区不同植被的线索,发现年平均信号减少以下序列:湿地>耕地>草地>混交林>常绿阔叶林>落叶阔叶林(21]。我们的研究结果表明,不同植被的平均年线索在随后的SNP降序排列的草原湿地(0.542)(0.567)> >落叶针叶林(0.533)>农田(0.510)>混交林(0.480)>落叶阔叶林(0.479)。草原的线索是高于落叶针叶林和阔叶林,可能由于呼吸森林植物组织相对于投资较小;同样的结果被报道法等。48]。SNP是0.520的年均提示,显示稳定的趋势,这是符合全球陆地生态系统提示的阈值估计Zhang et al。20.]。在过去的15年里,森林生态系统的增加提示的SNP可能是一个积极的信号增强的效率、固碳潜力巨大。然而,减少信号的草原、农田和湿地生态系统在苏格兰民族党表示减少吸收的效率有限公司₂和减少有限公司₂2001 - 2015年大气中。

4.2。WUE和线索之间的关系变化,气候因素和人类活动

气候因素可能影响碳通量的变化。有不同的结论对降水的影响植物WUE迄今为止。在最近的研究中,我们发现WUE SNP显著的生态系统和年平均降水量和相对湿度呈正相关,而负相关,总日照时间和年平均温度。地区的年平均降水量,年度总日照时间往往是短,可能导致更少的蒸散和更高的有机物。汉和Wan指出,温度有抑制作用在中国北方草原地区的WUE,而降水可能促进生态系统规模的WUE [49]。年平均相对湿度可以在一定程度上反映了年平均降水量,和植被的影响机制和信号类似于降水。江发现,随着干旱的增加,植被在中国东北的WUE横断面(NECT)逐渐增加到一定值,然后下降,表明有一个特定的阈值的植物WUE的干旱程度(50]。然而,很少有研究降水和WUE之间的关系在中国的一个区域范围内进行。这可能会导致一个模糊的理解生态系统是否在中国WUE显示增加然后减少的趋势与年降水量的增加。也不清楚有多高的年降水量将当WUE达到顶峰51]。

张等人表示,提示与降水的增加倾向于减少地区年降水量不足2300毫米在全球规模。照明是植物光合作用的驱动力之一。光合作用的植物只能进行一定范围内的辐射(20.]。与光强度降低,维护呼吸速率下降,尽管增长呼吸系数增加,导致植物的减少提示(52]。Marthews等人模拟六个热带森林的碳平衡Andes-Amazon情节。他们指出,森林提示没有显示与海拔和温度变化趋势一致。提示值接近中值为0.5,主要是相关呼吸之间的平衡增长和维护呼吸森林的树冠[53]。张等人分析了国际格局的NPP GPP比率,表示可能增加比例之间的温度下降20°C和27°C (20.),这大概是类似于我们的发现。

人类干预和管理措施也可能影响和线索的变化。据刘和任的研究,增加植被覆盖率和WUE的黄土高原主要是由于返回农田森林等生态修复项目(54]。Hirata等人认为,碳封存的森林生态系统对气候的影响主要是敏感,鉴于人类干扰的低强度(55]。另一方面,施肥和灌溉等人类活动可能会影响植被线索。瑞安等人证明了植物细根生物量和呼吸由于灌溉和施肥,减少和森林提示增加了一名20岁的通过实验松果体radiat一个种植园56]。土壤养分利用效率的增加可以减少细根的生长,促进干木材生产,增加提示的地上部分,表明人工干预和管理措施可能导致瞬态增加地上提示(57]。在这项研究中,我们的结果显示相反的人类活动的影响在苏格兰民族党WUE和信号变化。人为原因可能WUE变化中扮演积极的角色,但对线索有负面影响。田等人表示,总计9155.53公里²草地转化为农田的SNP在1986 - 2010 (58]。通过使用MCD12Q1土地覆盖数据,主要植被类型的变化从2001年到2015年在苏格兰民族党(图中提取9)。农田增加,草地减少,森林保持相对稳定。发现草地,占大约4%的总像素,转化为农田,可能我们的假设提供依据。草原的平均信号是高。草原时回收的农田,区域线索从而降低了。空间,由于高百分比的领域表现出了消极的残余趋势WUE和提示,人类影响的强度往往削弱了SNP在过去15年。

4.3。不确定性

这项研究调查了空间和时间的模式和SNP提示,使用时间序列遥感数据空间分辨率为1公里。一般来说,不确定性可能参与而估计WUE和提示使用公共数据59]。相对较低的空间分辨率的遥感数据可能影响精度,特别是对于高异构的生态系统。由于缺少地面测量,区域WUE和信号估计在这项研究中不能准确地验证。降水、温度、日照时间和相对湿度是影响区域生态系统WUE和线索的气候因素变化,但太阳辐射和有限公司₂浓度没有考虑。生态系统变化的环境控制机制WUE和提示更为复杂。尽管残留分析可以用来区分人类影响和气候变化影响WUE和提示,其他因素的影响,如管理和技术,需要进一步评估。

5。结论

在这项研究中,空间和时间变化的生态系统和线索和气候和人类活动的关系的SNP进行评估。WUE和提示不同在不同的SNP的陆地生态系统。多年平均水平WUE的SNP在0.178 - -8.445的范围gC·kg⁻¹H₂O为2001 - 2015年期间,gC·平均值为1.319公斤⁻¹H₂o .从2001年到2015年,区域多年平均信号值变化从0到0.801。落叶阔叶林的平均WUE排在首位,而草原拥有WUE最低。相比之下,草原线索是最高的,而落叶阔叶林最低线索。草原的减少WUE和线索,农田,和湿地表示,水资源利用的能力削弱,和他们的同化效率有限公司₂和减少有限公司₂在大气中下降。空间,生态系统的WUE和线索几乎整个研究区表现出减少的趋势在过去的15年。的WUE和线索都下降的地区主要分布在农田和草地,分别。

SNP的大部分地区,生态系统WUE和线索呈正相关,与年降水量和年平均相对湿度为2001 - 2015。相比之下,总日照时间和年平均温度与生态系统WUE和提示有显著的负相关性。在过去的15年里,人类的影响可能会促进生态系统WUE的增加而相对抑制SNP的线索,但这些影响的程度降低。

数据可用性

整个数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(批准号41571405和41571405)和中国国家自然科学基金重点项目(批准号41630749)。