周旭辉团队国家自然科学基金重点项目结题成果科普性介绍

发布时间:2025-01-20浏览次数:94

项目名称:亚热带常绿阔叶林响应极端干旱与恢复过程的生物调控机制(31930072),起止时间 2020.1-2024.12。

项目主要研究内容总结如下:

1. 主要研究内容、研究方法及研究结果

本研究拟通过多站点、多尺度控制实验探索森林树木生理、土壤碳氮循环及土壤微生物等过程对极端干旱的响应和恢复机制;在整合多源遥感数据及多站点不同时间尺度地面观测数据的基础上,综合运用多种数据分析方法,探明亚热带常绿阔叶林响应极端干旱及其恢复的生物地理调控机制;区分大气干旱和土壤干旱对植被生长的限制作用;并在现有的模型基础上,利用不同来源数据对模型进行评估,重点完善干旱条件下气孔导度和动态根模块,优化模型过程与参数,并通过溯源性分析等方法提高区域和全球尺度上亚热带常绿阔叶林对极端干旱的响应及恢复过程的模拟精度;使其更好地服务于全球变化背景下陆地生态系统结构和功能变化的预测。 

2. 主要研究成果

1)通过对极端干旱下主要优势树种关键碳水过程等指标的持续监测,揭示了不同树种碳水过程对极端干旱的响应差异,明确了极端干旱对亚热带树木生长的影响机制;探讨了极端干旱下优势树种非结构碳水化合物(NSC)的累积及水分利用策略,厘清了极端干旱导致树木死亡的关键作用机制(碳饥饿-水力失衡)。 

2)在厘清常绿阔叶林关键碳水过程响应极端干旱的基础上,开展了区域优势树种幼苗干旱-复水试验,揭示了不同强度的干旱条件下,水力性状与树木死亡率以及光合作用和蒸腾作用的抗性和恢复的关系,为探究极端干旱影响后常绿阔叶林的恢复速率与调控机制提供了基础理论数据。 

3)通过开展亚热带常见树种粗木质残体分解和根系分泌及组分对极端干旱的响应研究,发现极端干旱显著抑制地上凋落物分解与根系分泌速率,进而降低植物向土壤有机质的输入量,同时,极端干旱下不同树种根系分泌速率主要受其相对生长速率和根系功能性状的影响;通过持续监测极端干旱下常绿阔叶林土壤呼吸及其组分动态,探究了不同阶段土壤碳排放响应极端干旱的根系-微生物调控机制。 

4)随着降雨量的增加,不同区域植物根冠比对于升温的响应从提高根生物量比例逐渐转变为降低,转变的降雨阈值为900 mm,未来气候变化中的干旱将限制森林恢复对生物多样性和生态系统功能的积极效应;在全球干旱趋势增强趋势下,大气干旱对植被光合效率的限制作用比土壤干旱更大,而且大气干旱在一定程度上加强了森林的死亡增加和更新降低,但物种间的死亡增加和更新减少幅度存在明显差异,而结构稳定性和与水力运输安全相关的功能性状与物种间的干旱响应差异存在紧密关联; 

5)在实验工作基础上,通过数据-模型对比分析干旱对模型关键参数(分配、周转、呼吸温度敏感性Q10等)的影响,优化模型参数,提高模型模拟能力,并预测区域与全球大气干旱和土壤干旱对生态系统碳储量和植被生产力的影响及其主要驱动因素。

6)本项目成果主要以学术论文形式呈现,截止目前共发表文章46篇(SCI文章45篇,CSCD文章1篇)。培养毕业研究生22人,其中博士毕业生8名。4名项目骨干由博士后、副教授晋升教授,6名项目骨干由博士后晋升为副教授、副研究员。