搜索
5在现有及将来气候条件下的细根寿命和周转率的区域尺度模式摘要细根力度控制着来自植物及进入土壤中的碳主导流量，并且调节陆生生态系统中营养和水分潜在摄入和循环。对这些模式的理解，有助于我们更准确地描述像从生态系统到全球规模的产量和碳储量这样的的关键性过程。然而，对根力度观察的有限性使得确定或预测广阔空间尺度上的根力度非常困难。这个研究中，我们将对细根力度的物种专一性评价和一个用于预测位于美国东部的温带树种的现有分布和将来合适栖息地的模型结合起来。对细根寿命和周转率的评价是以实际观察和与细根及全株植物特征的关系为基础的，并明确应用于寿命最短且在营养和水分摄入中最活跃的细根群体中。结合模型所得结果表明美国中北部的树种具有更快的根周转率，而东南部的则更慢。假定在将来气候条件下，树种组成发生潜在转变，位于明尼苏达州，俄亥俄州和宾夕法尼亚州的树种被测得根周转率增大了10%；而在美国东部的其它地方根周转率确是减小的。尽管存在潜在的区域变化，在整个实验区域，现有或将来气候条件下，对于细根寿命和周转率的平均估计仍是相对稳定的。我们的结合模型提供了首先以经验为基础，空间上明确广阔的细根寿命和周转率评价，而且是能帮助研究人员在没有条件对林木细根周转率进行直接观测的区域，对细根周转率作出合理的估计。今后，我们应通过更好的理解气候和土壤因素对不同树种的根力度变化产生的影响，致力于减少根动力评估的不确定性。关键词：地下的，碳分配，居中，动态全球植被模型，生态建模，微根管，树木分布引言温带树种在全球碳循环及区域营养和水分循环中起着主要作用。在这些系统中，细根对植物养分和水分的摄入有很大作用，并控制着植被10%至60%的净初级产量。而且，细根周转率很大程度上控制着矿质土壤中的土壤有机质所含的潜在长期集中碳储量的发展变化。尽管已经意识到了细根动态的重要性，但对于这些过程的广阔空间模式我们还知之甚少。陆生生物地球化学模型和动态全球植被模型越来越受限于对关键性地下过程的不完整描述。这一部分归咎于描述在适当空间适度中的连贯实验点这些过程的数据缺失，由于实地测量根动态的难度很大，大部分的模型应用都被迫将全球模式简化为一个或几个评价，通过模型最优化程序调整粗略的评估，或是以其它实地研究中的评价为基础再形成对目标物种的评估。这一最后的做法可能不是最完美的，但是在相关评价对于相同或很相近的物种，或相关的实验点非常具有有价值时，这样的做法就很好。然而，对于细根寿命和周转率的评价对很多物种或区域都没有价值，这使得研究者们不知道怎样最好地评估他们实验点或是物种的根动态情况。Biome-BGC模型通过耦合植被、土壤与大气间的水分与CO2交换过程,实现植被生产力的模拟尽管这些困难和不确定性影响对根动态的评估，对模型中的这些变量更精确的参数化非常的必要的。例如，在使用BIOME-BGC模型时，Tatarinov&Cienciala发现，来自树叶周转率的细根周转率评价去耦对于站立根生物量和凋落物，土壤有机质聚集的增加，以及整个系统的产量和地上生物量都有很大的影响。类似地，细根周转率在评价范围内调整的模型相互比较显示，这些调整对于整个系统的碳总量会有很大影响。这个实验中，当直接对整株植物或系统生产量到地下资源可用性的直接耦合被根吸收调解时，整个系统碳变化的10%至30%都能被观测到。概括和精确描述根动态的重要性，在近来的几个其它研究中也反复显现出来了，突出将根产量、呼吸、渗透和周转率作为模型应用广泛领域中存在不确定性的关键部分。在这个研究中，我们为在广泛空间尺度上描述细根寿命和周转建立了一个经验性的基础，并提出以下三个具体的目标。首先，我们要确定美国东部温带树林中更快和更慢细根寿命及周转的模式。第二，我们要确定在将来气候环境下，对三种不同树种合适生长地的分区，这些模式在给定的潜在转换条件下是如何发生转变的。我们的第三个目标，与第一和第二个平行，就是提供一个工具，以使模型制造者们在几乎没有直接实证观测有效时，可以从中获得对美国东部地区森林树根动态的首次估计值。为了实现这些目标，我们将细根寿命的物种专一性评价与美国东部三种树种分布的生存模型结合起来。三种树种分布和未来合适栖息地模型，DISTRIB,由美国森林服务中心研发，它可以在土壤、土地利用、地形、景观模式和气候等的特征基础上预测134种树的分布和合适的生长地。我们对细根寿命的物种专一性评价是从对出版文学作品的回顾中推导出来的，从中，我们利用对细根动态的直接观测，与细根寿命和能更容易测得的根及全株植物特性之间的特征关系，也推导出了95种树的细根寿命和周转物种专一性评价。在这个分析中，我们的评价聚焦于在更广泛定义的细根层级中寿命更短的、更加转瞬即逝的细根部分，因为这是对资源摄取很具相关性的部分，而且可能是在标准细根分类下划分出来的。方法分配模型分配模型先前就被描述过，而且可以在网上浏览到。简言之，这个模型以气候、地形、土层、土壤特性和土地利用情况为基础，预测了134种温带树种的分布和重要值。模型是利用森林库存分析数据建立的，并经过了数据的检测。分配模型分别对美国东部100度经线以东的陆地区域上20*20网格单位的每一树种作出的重要值预测。在我们的分析中，我们用到了被预测过的现有树木和在三种气候条件下对未来合适生长地的预测；现有的气候条件是基于1960年到1990年的，将来气候条件是在假定2070年至2100年间的Lo和HiCO2排放情况下，基于3个气候模型（HadleyCM3GCM模型，GeophysicalFluidDynamicsLaboratory,ParallelClimate模型）所测得的平均状况。然后将现有的预测及潜在的将来树木分布和细根寿命和周转的物种专一性评价相联结起来。细根寿命和周转的评价细根寿命的评价是从美国东部温带树种中最常见的95种树所得的。只要有可能，