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学院本科生在气候变化与植被相互作用领域发表系列高水平论文

发布时间:2018-09-06 17:32:15     作者:地理科学学院    浏览次数: 次

近日,我院2014级本科生郑晨、王佟鑫、辜清等3位本科生以第一作者身份分别在《Journal of Hydrology》(水文学TOP期刊影响因子:3.727)、《Agricultural Water Management》(中科院2区国际期刊影响因子3.182)、《Science of The Total Environment》(环境科学与生态学TOP期刊,影响因子4.61)发表气候变化与植被相互作用领域的高水平论文。3篇论文的通讯作者均为论文指导老师、地理信息科学系汤旭光教授。目前,3位本科生已进入北京师范大学、西南大学等高校继续深造。

论文一:

Chen Zheng, Xuguang Tang*, Qing Gu, Tongxin Wang, Jin Wei, Lisheng Song, Mingguo Ma. Climatic anomaly and its impact on vegetation phenology, carbon sequestration and water-use efficiency at a humid temperate forest. Journal of Hydrology, 2018, 565: 150-159.

近年来,高温、干旱、灾害性降水等极端气候事件频发,显著地改变了全球尤其是北半球地区陆地生态系统的结构特征与服务功能。植物物候是陆地生物圈对气候变化响应最为敏感的指标之一。与此同时,净生态系统碳交换通量是生态系统固碳能力的重要指标,因此定量评估气候异常对植被物候和固碳能力的影响意义重大。同时,水分利用效率用来表征单位质量的水分消耗所固定的碳,更好地了解其动态和控制因素有助于预测生态系统对气候变化的响应。

 

针对这些问题,以温带湿润林为例,汤旭光教授带领郑晨等同学,基于长期间序列共11年的涡动相关观测数据及MODIS陆表反射率产品,研究发现:(1)春季增温会显著改变植被的物候,生长季开始时间(SOS)提前,生长季周期(LOS)延长;(2)碳平衡点由于春季温度异常提前了近40天;(3)极端高温干旱年份导致严重的水供给不足,森林固碳能力从0.78 g CO2 m-2 d-1急剧下降到0.28 g CO2 m-2 d-1;(3)暖春带来的生长季提前,此阶段水分利用效率较高,而夏季干旱导致生态系统WUEGPPET都显著低于其他正常年份。本研究成果发表在水文学TOP期刊Journal of Hydrology,相关工作得到国家自然科学基金(41771361, 41401221)和重庆市自然科学基金(Cstc2018jjAX 0056)等资助。

 

论文二:

Tongxin Wang, Xuguang Tang*, Chen Zheng, Qing Gu, Jin Wei, Mingguo Ma. Differences in ecosystem water-use efficiency among the typical croplands. Agricultural Water Management, 2018, 209: 142-150.

水分利用效率(WUE)是评价农业生产和水资源合理利用的重要参数。深入理解全球变化背景下典型农田生态系统碳、水循环过程及其耦合关系,探讨区域乃至国家尺度典型农作物水分利用效率遥感实时监测方法,不仅有助于评价与预测未来气候变化对农田生态系统碳、水过程的影响,而且能够为开展生态过程管理实现节水灌溉提供技术支撑。

 

针对这一问题,汤旭光小组收集了利用涡动相关观测技术获取的10个农田站共33个站点年通量数据,系统地评价了大豆、玉米、冬小麦和水稻四种主要农作物总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)和生态系统水分利用效率(WUE)年际和季节动态。从时间序列MODIS NDVI数据提取的主要作物生育期长度表明,冬小麦生育期最长,稻田生育期最短。进一步分析表明,玉米农田生态系统水分利用效率最高,为2.48±0.69 g C kg-1 H2O,其次是冬小麦(2.00±0.39g C kg-1 H2O)、大豆(1.92±0.52 g C kg-1 H2O)和水稻(1.88±0.63 g C kg-1 H2O)。同时,生态系统水分利用效率的变化呈现出明显的季节性,在最活跃的夏季与GPP一起达到峰值。一系列生物和非生物因素影响GPPET以及WUE变异性。鉴于这些环境因素之间复杂的相互作用,本研究揭示了利用时间序列MODIS NDVI数据在大面积遥感反演WUE季节动态的巨大潜力。C4作物-玉米的生态系统水分利用效率明显高于其他三种C3作物。

相关研究结果发表在中科院2区国际期刊Agricultural Water Management,汤旭光教授为通讯作者,2014级本科生王佟鑫为第一作者。相关研究受到中央高校业务费项目(SWU116088XDJK2018C017)及中国博士后科学基金(2017M610109)资助。

 

论文三

Qing Gu, Jin Wei, Shuchang Luo, Mingguo Ma, Xuguang Tang*. Potential and environmental control of carbon sequestration in major ecosystems across arid and semi-arid regions in China. Science of The Total Environment, 2018, 645: 796-805.

陆地生态系统碳循环不仅可以通过固碳效应减缓气候变化,也可以通过碳排放加速全球变暖,对全球气候变化起到重要作用。干旱/半干旱地区作为陆地生态系统不可缺少的一部分,由于历史条件和技术手段限制,很少有人尝试系统地定量评估干旱/半干旱地区生态系统的固碳潜力及环境控制分析。

 

针对该问题,汤旭光小组基于我国西北部黑河流域农田、草地、草甸、湿地、柽柳和戈壁等6个通量站涡动观测数据、气象数据及遥感数据,定量评估了该区域各典型生态系统碳通量的季节动态及主要环境控制因子。研究发现,1)各生态系统都表现出一定的碳汇潜力,农田碳汇能力最强,其次是草地、湿地、高寒草甸、柽柳和戈壁;2)除戈壁外,其他生态系统都表现有明显的动态季节变化,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Re)从春末到初秋初夏达到峰值,净碳交换NEE则相反;3)戈壁在春、夏和秋三季中都表现为一定的碳汇功能,但夏季较弱;4)在干旱地区,土壤水分含量成为陆地-大气碳通量的胁迫因子,并被视为水文和生态过程之间的关键桥梁。

研究成果发表在环境科学与生态学TOP期刊Science of The Total Environment2014级地理信息科学专业本科生辜清为第一作者,汤旭光教授为通讯作者。相关研究受到中央高校业务费项目(SWU116088XDJK2018C017)及国家级大学生创新创业训练计划项目(201710635007)的支持。