基于碳-水-氮耦合过程改进模型的温带草地生态系统生产力模拟研究

• 作者: Kaili Cheng Zhongmin Hu Shenggong Li Qun Guo Yanbin Hao Wenping Yuan
• 来源期刊: 植物生态学报（英文版）
• 关键词: 总初级生产力 生态系统模型 土壤含水量 氮限制 敏感性 草地生态系统
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: RESEARCH ARTICLES
• 页码范围: 10-21
• 页数: 12页
• 语种: 英文

摘要

预测气候变化背景下生态系统总初级生产力的响应是全球变化生态学研究领域的一项核心任务.然而,对模型研究领域来说,准确模拟干旱生态系统总初级生产力的年际变异仍然是一个巨大的挑战.土壤含水量和总初级生产力对土壤水敏感性的精确模拟,是预测干旱生态系统中总初级生产力年际变异的两个关键方面.为此,本研究以一个广泛应用的生态系统模型(Biome-BGC模型)为例,旨在改进温带草地生态系统的模型模拟效果.一方面,通过对蒸散模块、土壤水沿剖面的垂直分布和田间持水量计算的改进和调整,模型实现了对土壤水模拟的更新.另一方面,我们改进了影响水-氮关系的函数,从而调节了总初级生产力对土壤水的敏感性.研究结果表明,原有模型高估了土壤含水量,低估了总初级生产力敏感性的年际变异,从而导致模拟总初级生产力的年际变异低于观测值.例如,原模型严重低估了总初级生产力在干旱年份的减少.相比之下,改进后的模型准确地模拟了观测土壤水的季节和年际变化,特别是表层土壤水.通过优化影响氮矿化的参数,改进后的模型改善了总初级生产力对土壤水敏感性的模拟,使其更接近观测值.因此,改进后模型对总初级生产力年际变异的模拟得到了很大程度的提高.我们的结果表明,在对干旱生态系统总初级生产力年际变异进行模拟时,应优先考虑表层土壤水及其对氮有效性的影响.