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活跃的全球变化研究团队

――中国科学院西双版纳热带植物园全球变化研究组

全球变化研究组及研究团队

      中国科学院西双版纳热带植物园全球变化研究组以瞄准国家重大需求和全球变化研究的前沿科学问题，立足我国热带、亚热带，面向东南亚及世界其他地区，开展森 林生态系统碳通量的长期监测，得出热带、亚热带森林生态系统固碳能力、速率和潜力及其控制因子；揭示热带、亚热带森林生态系统对全球变化的响应与反馈机 制；探讨森林生态系统的碳汇源效应以及人类活动和环境变化对森林生态系统碳平衡的影响机理；寻求人工森林增汇技术；解析区域气候对全球变化的响应及效应； 构建高水平的研究团队，培养人才；为全球变化研究的发展做出积极贡献为目标。

研究区域

     多年来全球变化研究组在组长张一平研究员的率领下，依托中国科学院西双版纳热带雨林生态系统研究站、中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站和中国科学院西双版纳热带植物园元江干热河谷生态站，以及中国科学院昆明植物研究所丽江亚高山森林生态系统研究站，针对热带雨林生态系统、亚热带森林生态系统、干热河谷稀树灌草丛生态系统和温带森林生态系统开展了生态系统碳氮水循环研究。在科技部、国家基金委、中国科学院的支持下，在热带雨林、人工橡胶林、亚热带常绿阔叶林、稀树灌草丛生态系统和亚高山针叶林生态系统设置了通量监测系统，并布置了多个长期生态学人工控制实验（热带雨林控水实验、半干旱稀树灌草丛控水实验；亚热带和亚高山森林生态系统土壤呼吸和土壤增温人工控制实验）；以及热带雨林、橡胶林、亚热带常绿阔叶林和稀树灌草丛林冠林相监测系统等。并且在973项目，国家基金重点、面上项目，科学院战略专项和云南省基金重点项目的支持下，针对国家需求和科学研究热点问题，开展了森林生态系统碳循环及其对区域气候变化响应研究，取得了可喜成绩，在地学和生态学著名期刊发表了相关论文，多项成果受到了关注，部分研究结果获得了国家科技进步奖；培养了一批研究生和青年科技人员，获得了中国科学院优博和云南省优博以及中科院院长奖学金等荣誉，构建了一支活跃的全球变化研究团队。

主要研究成果：

一、森林生态系统碳平衡特征及其调控

西双版纳热带雨林碳平衡图

     利用架设在不同森林生态系统的通量监测系统和生态站的数据，对不同生态系统碳循环特征、机制及其对区域气候变化的响应等开展了研究，得到了热带雨林（Zhang et al., 2010），橡胶林（Song et al., 2014）和亚热带常绿阔叶林（Tan et al., 2011）碳循环特征和碳汇效应。通过对森林生态系统固碳效应及形成机制进行探讨，发现了与Gatti（Gatti et al.，2014）相似的研究结果（Tan et al.，2013）：西双版纳热带雨林由于水分收支在过去十年具有显著的下降趋势，导致西双版纳热带雨林的树木生长显著减缓。 而生态系统表现出高度的水分敏感性，净水分收支的减少，减低了生态系统的光合作用，使得树木的生长变慢，林木的死亡率有不同程度的上升，叶片凋落量以及枯死林木数量的增加，减弱了生态系统的碳汇功能，但时，次年水分条件改善后，积聚的物质迅速分解释放，增加了土壤肥力，促进了生态系统的光合作用水平提高，增加了生态系统碳汇功能。并且通过开展合作研究，发现了（Zhang et al.，2010；Tan et al.，2011；Yan et al.，2013）老龄林仍然具有固碳能力，亚热带老龄林固碳能力是热带的2.4倍；热带老龄林在干季是碳汇而湿季是碳源，亚热带老龄林干湿季都是碳汇；热带老龄林固碳的季节动态由呼吸作用驱动，而亚热带的季节动态由呼吸和光合作用共同驱动；热带与亚热带老龄林固碳的年际变异都由年降水量驱动，但驱动的机制完全不同，该研究结果引起了较广泛的关注。

     通过对处于相近纬度的3个亚热带常绿林的研究表明（Tan et al., 2012）：温暖化将极大的促进亚热带常绿林的土壤呼吸作用(敏感性高)，而促进光合作用效果不显著(敏感性低)；因此伴随着温度的上升，亚热带常绿林的碳汇作用将不断变弱。并且利用自组织能力评价方法，研究表明（Song et al., 2013a）：2009-2010年的极端干旱显著降低了热带雨林的自组织能力，使得森林生态系统变得脆弱，从而增大树木死亡的可能性。通过对热带雨林凋落物分解的原位观测，探讨了热带雨林凋落物分解对土壤溶解态有机碳和溶解态氮的影响（Zhou, et al., 2015），明确了在野外自然条件下凋落物分解过程中土壤溶解态有机碳和溶解态氮的动态，得出了土壤溶解态有机碳的主控因子为凋落物输入的总碳量，认为溶解态氮动态的主控因子为凋落物输入的半分解纤维素的量，表明热带雨林中凋落物输入量对土壤溶解态有机碳和溶解态氮的影响程度较气候，土壤的相关因子强，随着气候变化的改变，全球植被季相特征的改变，将引起凋落物输入动态和量的改变，进而直接影响森林碳氮循环中较为活跃的溶解态有机碳和氮的动态，导致对森林碳氮循环产生反馈效应。

     利用热带雨林CO2廓线观测数据的分析，发现：在西双版纳山地中，存在的“碳湖”现象；并且认为：“碳湖”现象导致的“碳湖”效应对处于山地的热带雨林的NEE具有明显影响，对热带雨林的碳汇源效应起着不可忽视的作用（Yao et al., 2011）。对20ha大样地多样点土壤呼吸的分析表明：雨季和干季的土壤呼吸具有强烈的空间异质性，雨季和干季的变异系数分别为42%和38%；土壤呼吸的变程显著小于土壤含水量和土壤温度的变程。试验样地（20ha）要获得较准确的土壤呼吸所需要的最少样点数，雨季和干季分别为71个和51个（Song et al., 2013b）。通过在哀牢山亚热带森林设置实验，分析对照、去凋落物、切根、切根并去凋落物四个处理下土壤CO2通量数据，发现（Wu et al.，2014）：亚热带常绿阔叶林根际活动和凋落物分解在土壤呼吸中有交互作用（RINT），而在温度敏感性方面没有交互作用，但是根际活动对土壤呼吸温度敏感性影响显著。文中讨论指出：RINT由两部分组成，一部分是根际活动对凋落物分解的促进作用，另一部分是两者共同存在对土壤有机碳（SOC）的激发作用。并且发现（You et al., 2013）：亚热带森林的气温在林内与林外都具有显著的上升趋势；林内各深度地温呈现出显著上升的趋势；林外地温升高的趋势在0cm、5cm、10cm深度并不显著，而在15cm、20cm深度显著上升；林外气温上升的趋势要高于林内；而地温上升趋势则是林外低于林内；并且林内地温在0~20cm深度具有两倍于林外地温的上升趋势。气温与地温变化趋势不同的结果增加了人们对气候变化表现形式的认识，林内地温升温趋势两倍于林外的结果暗示出气候变化对于土壤温室气体排放以及区域碳平衡的影响可能被低估。

二、热带、亚热带森林生态系统水分研究

元江萨瓦纳人工控水实验样地

     通过对森林生态系统水相关研究，探讨了热带雨林生态系统水分传输机制（Li et al., 2010）和亚热带森林林区蒸发变化趋势及其影响因子（You et al., 2013）；还从目前备受争议的橡胶林种植对水资源影响的角度出发，利用西双版纳热带雨林生态系统研究站15年的持续径流监测数据和多年涡相关数据，基于生态系统水分循环的框架，得到橡胶林大面积种植导致西双版纳旱季用水短缺的结论（Tan et al., 2011），研究结果受到了广泛关注。另外，通过对热带季节雨林集水区溪流水不同形态碳的长期观察，分析发现：由于不同形态的碳组分的碳源输入的季节性波动，导致不同形态碳组分对溪流水水量和溪流水水温的响应存在差异；而碳源和水量对不同形态碳组分的影响和不同形态碳组分的分配特征决定了各形态碳组分在热带森林生态系统碳平衡中的地位；西双版纳热带雨林源头溪流水输出的碳量少于亚马逊热带雨林和温带森林（Zhou et al.,2013）。通过对哀牢山亚热带森林生态系统研究站长期气象观测资料进行分析，并通过模型运算解释了林区蒸发量的组成及各气候要素对蒸发量变化趋势的贡献，研究揭示即使在年降水量较大，具有云雾林性质的哀牢山亚热带常绿阔叶林区，干季也会出现水分亏缺现象（蒸发量大于降水量），并且干季水分亏缺程度呈现加强趋势（You et al., 2013）；并且研究表明：在哀牢山地区，沿海拔升高，可能蒸散量升高而土壤含水量降低，加上山顶苔藓矮林土壤酸性较强，因此，植物在高海拔可能承受更强的干旱胁迫，尤其是干旱程度对幼苗更新的限制可能成为森林群落类型沿海拔发生变化的主要原因（You et al., 2012）

参考文献

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