目錄
總序一
總序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 冰凍圈與生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系 1
1.1.1 研究區(qū)域與對(duì)象 1
1.1.2 冰凍圈要素與植被的相互作用關(guān)系 2
1.1.3 冰凍圈與生物地球化學(xué)循環(huán) 6
1.2 國(guó)內(nèi)外進(jìn)展與趨勢(shì) 7
1.2.1 國(guó)際冰凍圈生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展與趨勢(shì) 7
1.2.2 中國(guó)冰凍圈生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展與趨勢(shì) 9
1.3 冰凍圈生態(tài)學(xué)研究的前沿科學(xué)問(wèn)題與主要關(guān)注點(diǎn) 10
1.3.1 冰凍圈與生物圈的相互作用關(guān)系與機(jī)理 10
1.3.2 冰凍圈變化下的生物地球化學(xué)循環(huán)反饋與碳氮平衡動(dòng)態(tài) 11
1.3.3 冰凍圈生態(tài)學(xué)模型 12
第2章 凍土變化對(duì)青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響 13
2.1 短期增溫對(duì)多年凍土區(qū)高寒草地的影響 14
2.1.1 研究區(qū)概況和試驗(yàn)設(shè)計(jì) 14
2.1.2 研究結(jié)果 15
2.2 季節(jié)凍土區(qū)短期增溫對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的影響 23
2.2.1 材料和方法 23
2.2.2 結(jié)果與分析 24
2.2.3 多年凍土與季節(jié)凍土區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)變化的差異性 26
2.3 高寒草地植被生長(zhǎng)季NDVI變化及其與凍土的關(guān)系 29
2.3.1 數(shù)據(jù)與方法 29
2.3.2 植被變化趨勢(shì)分析 32
2.3.3 植被生長(zhǎng)限制因子分析 35
2.4 多年凍土變化對(duì)高寒草地影響的樣地對(duì)比研究 38
2.4.1 不同流域?qū)Ρ葮訋д{(diào)查結(jié)果 38
2.4.2 不同植被區(qū)凍土變化的樣地對(duì)比分析 45
2.5 凍土變化對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)影響的閾值分析 49
2.5.1 凍土對(duì)草地植被生態(tài)的影響存在閾值的一些宏觀證據(jù) 49
2.5.2 多年凍土變化對(duì)草地植被生態(tài)的閾值初步分析 51
2.5.3 凍土影響植被生態(tài)閾值的群落結(jié)構(gòu)變化證據(jù) 52
2.6 本章結(jié)論 53
第3章 凍土變化對(duì)我國(guó)東北森林生態(tài)系統(tǒng)的影響 55
3.1 凍土區(qū)植物群落組成分析 56
3.1.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法 56
3.1.2 植物群落科屬組成分析 57
3.1.3 植物物種組成的生態(tài)學(xué)分析 59
3.2 凍土對(duì)物種多樣性的影響 64
3.2.1 植物生活型對(duì)凍土融深的響應(yīng) 64
3.2.2 植物水分生態(tài)類型對(duì)凍土融深的響應(yīng) 66
3.2.3 凍土區(qū)植物群落物種多樣性對(duì)凍土融深的響應(yīng) 68
3.3 東北多年凍土區(qū)NDVI的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素 73
3.3.1 研究區(qū)概況 74
3.3.2 數(shù)據(jù)與方法 74
3.3.3 東北多年凍土區(qū)植被生長(zhǎng)季NDVI變化趨勢(shì) 77
3.3.4 植被生長(zhǎng)季NDVI與氣候因子的相關(guān)性分析 81
3.3.5 東北多年凍土退化對(duì)NDVI的影響分析 83
3.4 多年凍土區(qū)森林土壤碳排放過(guò)程及時(shí)空變化 85
3.4.1 觀測(cè)和分析方法 85
3.4.2 多年凍土森林土壤碳排放的時(shí)間動(dòng)態(tài) 86
3.4.3 多年凍土區(qū)森林土壤碳排放的空間格局 92
3.5 增溫和土壤水分變化對(duì)森林土壤碳排放的影響 93
3.5.1 觀測(cè)和分析方法 93
3.5.2 增溫對(duì)土壤碳排放的影響 93
3.5.3 土壤水分改變對(duì)土壤碳排放的影響 97
3.5.4 增溫和水分改變對(duì)土壤碳排放的交互影響 99
3.6 本章結(jié)論 100
第4章 積雪變化對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響 102
4.1 研究方法 103
4.1.1 研究區(qū)概況 103
4.1.2 積雪變化對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的影響 103
4.2 研究結(jié)果 107
4.2.1 積雪變化對(duì)土壤物理和養(yǎng)分特性的影響 107
4.2.2 積雪變化對(duì)土壤養(yǎng)分特性的影響 110
4.2.3 積雪變化對(duì)植物群落數(shù)量特征的影響 111
4.2.4 積雪對(duì)植物根系的影響 114
4.2.5 積雪變化對(duì)草地群落生物量的影響 119
4.2.6 積雪變化條件下植被群落特征與土壤理化性質(zhì)的相互關(guān)系 119
4.3 積雪變化對(duì)多年凍土區(qū)草地植被生物量和多樣性的影響 125
4.3.1 觀測(cè)試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)獲取 125
4.3.2 不同積雪厚度對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響 126
4.4 討論 129
4.5 本章結(jié)論 131
第5章 青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)及變化 133
5.1 引言 133
5.2 流域尺度上多年凍土區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)分布 133
5.2.1 植被和土壤碳儲(chǔ)量 134
5.2.2 土壤碳儲(chǔ)量的垂直分異及影響因素 135
5.3 青藏高原多年凍土區(qū)植被碳庫(kù)空間分布及變化 137
5.3.1 研究方法 138
5.3.2 青藏高原多年凍土區(qū)高寒生態(tài)系統(tǒng)植被碳庫(kù)空間分布 140
5.3.3 青藏高原多年凍土區(qū)高寒生態(tài)系統(tǒng)植被碳庫(kù)變化 141
5.4 青藏高原多年凍土區(qū)高寒草地土壤碳庫(kù)分布及性質(zhì) 143
5.4.1 青藏高原多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分布 143
5.4.2 青藏高原多年凍土區(qū)土壤碳的性質(zhì)及與環(huán)境因子的關(guān)系 145
5.5 青藏高原多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳分解特征與穩(wěn)定性 149
5.5.1 青藏高原多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳分解特征 149
5.5.2 青藏高原多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性 150
5.6 熱喀斯特地區(qū)土壤碳的生物地球化學(xué)循環(huán)特征 152
5.7 青藏高原森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)分布與變化 157
5.7.1 研究方法 158
5.7.2 青藏高原森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的空間分布 159
5.7.3 青藏高原森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的變化 160
5.8 本章結(jié)論 162
第6章 高寒草地溫室氣體排放過(guò)程及變化 163
6.1 研究方法與數(shù)據(jù)獲取 163
6.1.1 研究區(qū)域介紹 163
6.1.2 增溫及氮添加試驗(yàn) 164
6.1.3 觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集 165
6.1.4 統(tǒng)計(jì)分析 166
6.2 不同高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳排放動(dòng)態(tài)及差異性 166
6.2.1 高寒草地碳排放的日動(dòng)態(tài)變化 166
6.2.2 高寒草地碳排放的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化 170
6.3 高寒草甸土壤呼吸及其組分的季節(jié)動(dòng)態(tài) 175
6.3.1 高寒草甸類型土壤通量及其動(dòng)態(tài)變化 175
6.3.2 土壤異養(yǎng)呼吸與自養(yǎng)呼吸特征 176
6.3.3 討論與小結(jié) 180
6.4 氣候變化對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)碳排放的影響 184
6.4.1 增溫對(duì)高寒草甸土壤溫濕度的影響 184
6.4.2 增溫對(duì)祁連山高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)呼吸的影響 187
6.4.3 增溫和氮添加對(duì)典型高寒草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸的影響 192
6.4.4 增溫和氮添加對(duì)典型高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的影響 195
6.5 氣候變化對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O通量的影響 200
6.5.1 模擬增溫和氮沉降對(duì)高寒草甸CH4和N2O通量的影響 200
6.5.2 模擬增溫和氮沉降對(duì)高寒沼澤草甸CH4和N2O通量的影響 204
6.5.3 討論與小結(jié) 207
6.6 本章結(jié)論 209
第7章 高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮平衡及其變化 211
7.1 引言 211
7.2 研究方法 212
7.3 高寒草甸土壤碳氮遷移與固持量的動(dòng)態(tài)變化 214
7.3.1 土壤碳剖面分布規(guī)律及增溫影響 214
7.3.2 土壤碳的垂直遷移 216
7.3.3 討論與小結(jié) 216
7.4 流域和區(qū)域尺度的徑流碳氮排放過(guò)程 217
7.4.1 河流碳氮濃度及通量特征 218
7.4.2 河流碳輸出影響因子和預(yù)測(cè)模型 221
7.4.3 活動(dòng)層凍融過(guò)程與河流碳輸出 223
7.4.4 小結(jié) 225
7.5 生態(tài)系統(tǒng)碳平衡與源匯效應(yīng)分析 226
7.5.1 祁連山高寒草甸碳平衡對(duì)增溫的響應(yīng) 226
7.5.2 風(fēng)火山高寒草甸碳平衡對(duì)增溫的響應(yīng) 228
7.6 生態(tài)系統(tǒng)氮平衡對(duì)增溫的響應(yīng) 230
7.6.1 氮平衡的同位素原理 230
7.6.2 結(jié)果與分析 232
7.6.3 討論與小結(jié) 233
7.7 本章結(jié)論 234
第8章 土壤微生物對(duì)凍土與積雪變化的響應(yīng) 236
8.1 積雪變化對(duì)季節(jié)凍土區(qū)草地土壤微生物的影響 236
8.1.1 土壤微生物的測(cè)定 237
8.1.2 結(jié)果與分析 238
8.1.3 高寒草甸土壤微生物群落多樣性對(duì)積雪變化的響應(yīng) 239
8.1.4 環(huán)境因子與土壤微生物群落間的相互關(guān)系 241
8.2 增溫對(duì)高寒草甸不同凍土層土壤微生物的影響 247
8.2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況與研究方法 247
8.2.2 研究結(jié)果 249
8.2.3 結(jié)論 255
8.3 多年凍土變化對(duì)森林土壤微生物的影響 255
8.3.1 土壤微生物的測(cè)定 256
8.3.2 緯度梯度上多年凍土土壤微生物的分布特征 258
8.4 短期增溫對(duì)多年凍土區(qū)高寒草地土壤微生物的影響 260
8.4.1 研究方法 260
8.4.2 研究結(jié)果 261
8.5 討論 266
8.5.1 積雪對(duì)土壤微生物群落的影響 266
8.5.2 短期增溫對(duì)土壤微生物群落的影響 267
8.6 本章結(jié)論 268
第9章 未來(lái)冰凍圈變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的模擬與預(yù)估 269
9.1 陸地過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)模型介紹 269
9.1.1 模型介紹 269
9.1.2 CLM3驗(yàn)證 270
9.1.3 地表溫度算法的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證 272
9.2 模型模擬能力檢驗(yàn) 273
9.2.1 CLM3模擬能力 273
9.2.2 DOS-TEM模擬裸地土壤溫度能力 275
9.2.3 植被蓋度對(duì)DOS-TEM模擬土壤表面溫度的影響 277
9.3 凍融算法與結(jié)果分析 278
9.4 高寒草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化及多年凍土退化的響應(yīng) 282
9.4.1 模型驗(yàn)證與敏感性分析 282
9.4.2 結(jié)果 283
第10章 冰凍圈生態(tài)學(xué)前沿科學(xué)問(wèn)題與展望 291
10.1 冰凍圈生態(tài)系統(tǒng)變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的多尺度觀測(cè)與分析 292
10.1.1 冰凍圈陸地生態(tài)系統(tǒng)變化多尺度耦合觀測(cè)系統(tǒng)與多源數(shù)據(jù)集成研究 292
10.1.2 冰凍圈水生生態(tài)系統(tǒng)變化的綜合觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)據(jù)集成研究 293
10.2 冰凍圈-生物圈相互作用關(guān)系與機(jī)理 293
10.2.1 積雪生態(tài)學(xué)前沿科學(xué)問(wèn)題與展望 294
10.2.2 冰川生態(tài)學(xué)前沿科學(xué)問(wèn)題 296
10.2.3 凍土生態(tài)學(xué)前沿科學(xué)問(wèn)題 298
10.3 冰凍圈生物地球化學(xué)循環(huán) 300
10.3.1 冰凍圈碳源匯動(dòng)態(tài)過(guò)程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制 300
10.3.2 冰凍圈碳氮生物地球化學(xué)循環(huán)耦合作用 301
10.3.3 冰凍圈碳循環(huán)的生態(tài)地理過(guò)程與凍擾作用 302
10.4 冰凍圈生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬 302
10.4.1 多年凍土區(qū)植被動(dòng)態(tài)演替模擬需要進(jìn)一步加強(qiáng) 303
10.4.2 多年凍土區(qū)特殊土壤質(zhì)地需要在模型中考慮 303
10.4.3 多年凍土區(qū)擾動(dòng)需要在模型中考慮 304
10.5 冰凍圈生態(tài)服務(wù)與生態(tài)安全 304
10.5.1 冰凍圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成與穩(wěn)定維持機(jī)制 304
10.5.2 冰凍圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估與模擬 305
10.5.3 冰凍圈變化的寒區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)響應(yīng)與區(qū)域生態(tài)安全 305
參考文獻(xiàn) 306