磷素影响我国亚热带森林生态系统碳循环的模拟研究

Modelling the impacts of phosphorus on ecosystem carbon cycles is the current scientific focuse. The subtropical forest in China is thought to be limited by phosphorus, and its carbon sinks are as large as that of temperate and boreal forests in the North Hemisphere. The forest is located in one of the highest nitrogen deposition areas in the world. It is unknown that if the atmospheric CO2 increase, together with the global warming and nitrogen deposition increase will influence the net primary production and carbon sink/source of the subtropical forest in China. In this study, we are going to develop a model named AVIM-CNP, which coupled carbon, nitrogen and phosphorus cycles in a model system, based on the atmospheric-vegetation interaction model (AVIM2) and the principle of biophysics and biogeochemical mechanism. We will first use the situ observations and field control experiment data to construct the phosphorus cycle module and couple it to the AVIM2 to build AVIM-CNP. AVIM-CNP will be used to quantify the spatio-temporal variation of subtropical forest carbon, nitrogen and phosphorus cycles and their responses to global warming, atmospheric co2 increase and nitrogen deposition.

磷素影响陆地生态系统碳循环的模拟是目前研究热点，国际上的研究集中于热带森林。我国亚热带森林与热带森林一样是受磷限制的生态系统，其巨大碳汇量与北半球中高纬度森林相当。中国的经济发展使得亚热带森林暴露于高氮沉降之下，从而具有其独特性。在全球CO2增加、气候变暖和氮沉降加剧已改变陆地生态系统碳、氮循环的背景下，我国亚热带森林生态系统是否会因为磷元素限制加剧而影响其生产力和碳汇是目前亟待研究的科学问题。本研究基于大气-植被相互作用模型（AVIM2），利用我国亚热带森林的野外观测数据和控制实验数据，结合磷循环的生物物理和生物地球化学过程机理，开发适用于我国亚热带森林生态系统的磷循环子模块，并与AVIM2模型的碳、氮过程耦合，建立包含碳、氮、磷循环的过程机理模型AVIM-CNP。利用模型定量研究过去30年磷和氮限制下我国亚热带森林生产力和碳源汇时空变化特征及其对气候变暖、CO2增加和氮沉降加剧的响应。

全球变暖背景下，陆地生态系统磷循环的模拟研究已成为国际前沿。我国亚热带森林受磷限制，在全球具有其独特性。因此，有必要模拟研究磷素对我国亚热带森林生产力的影响，研究方法在科学上具有创新性以外，结果还可为我国亚热带森林生态系统可持续发展提供参考。在此背景下，项目主要研究内容是：发展我国自主开发的碳循环模型（AVIM2）模型，基于模型模拟和野外观测数据和控制实验结果，定量分析和研究磷素对我国亚热带森林生态系统碳循环的影响。 .围绕磷素影响我国亚热带森林碳循环研究，项目在总结磷素影响陆地生态系统碳循环过程的模型表达方法、定量评估我国亚热带森林1950-2010期间磷素需求增长量的时空演变规律、预测我国亚热带代表性森林站点未来磷素需求、预测我国亚热带森林未来磷限制程度等方面取得重要研究成果和关键数据。这些研究数据揭示我国亚热带森林的磷素消耗量在未来气候变化情景下将逐年升高。到本世纪末，我国亚热带森林将面临严重的磷限制从而极大影响森林生产力。未来中国亚热带森林磷素限制在一定程度上依赖于人类活动的强烈程度，减少森林的人为干扰是降低磷限制威胁的有效手段。.此外，项目在气象驱动数据的不确定性对中国区域净初级生产力的影响、气候变暖对中国区域1961-2010年净初级生产力的影响、西太平洋副高对中国植被生长的影响、西太平暖池对全球植被生产力的影响等研究方面也取得了进展。基于以上研究进展和成果，项目共发表研究论文8篇，其中7篇为国际SCI期刊论文，发表于国际高水平研究刊物如《Science of the Total Environment》、《Agricultural and Forest》、《Ecology and Evolution》等上，1篇为国内核心期刊论文，发表于《植物生态学报》。以项目为依托，培养硕士研究生2人，项目执行期间课题负责人获测绘科技成果一等奖1项，获模型相关软件著作权5项。