气候及土地利用变化影响下
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➢ Thornley 和 Johnson(1990)提出的基于叶片尺度的光合 模型(简称TJ模型)，强调了气孔导度的控制作用，在机理 上相对简单，目前在生态系统模型中的应用比较少。
➢ Gao et al.(2004)对黄土高原11种植物进行了两个模型的 行为比较，结果证明形式简单的TJ模型并不比涉及到极复 杂的生理过程的Farquhar模型的非线性拟合的结果差， 相反，Farquhar模型在高值区的模拟值偏低，而且TJ比 Farquhar模型对气孔导度的变化更为敏感。
7
2.2 气孔导度模型
植物叶片尺度的生理生态模拟
➢ 在叶片尺度上，植物气孔导度对土壤和空气的水分胁迫 的关系反应了抗旱性及耐旱性的重要特征。基于可靠的 ，恰当的机制建立的气孔导度模型可以减少外推法的风 险，对于生态系统模拟和分析也是非常重要的，从而可 以得到生态系统对于未来环境变化的响应。
➢ 本研究对于Ball-Berry-Leunning模型(BBL模型) (Leuning, 1995) ，高琼等2002年提出的气孔导度模型 （Gao模型）(Gao et al., 2002)进行了比较。
5
绪论
1.2 研究现状
➢ 景观动态研究进展 ➢ 气候变化对净第一性生产力的影响 ➢ 皇甫川地区相关研究进展
6
绪论
景观动态研究进 ➢景观格局动态展研究
➢景观过程的动态研究
➢景观内生态系统过程与景观内各种生态系 统类型的分布格局之间的关系是景观生态 学研究的核心问题之一。景观分布的破碎 度对于景观的动态过程而言是一把双刃剑
2.1 光合模型 2.2 气孔导度模型 2.3 叶片尺度生理生态模拟结果分析 2.4 小结
5
植物叶片尺度的生理生态模拟
2.1 光合模型
➢ 基于植物生物化学机理建立的光合模型，Farquhar的C3植 物模型，以及Berry 和Farquhar的C4植物模型(简称 Farquhar模型)在生态系统模型模拟中得到了广泛的应用。
气候及土地利用变化影响下
2
论文提纲
➢1 绪论 ➢2 植物叶片尺度的生理生态模 拟 ➢3 陆地生态系统模拟模型 ➢ TESim 2.0 的应用 ➢4 景观系统动态对气候及 ➢ 土地利用变化的敏感性分析 ➢5 讨论和结论
3
1 绪论
1.1 引 言
➢ 气候和土地利用变化交互作用下的空间异质的 景观和区域生态系统动态是当前生态学领域的 热点和难点。这是因为空间异质生态系统的状 态不仅由局部生态系统过程决定，还受到相邻 生态系统物质和能量流动的控制。
➢空间直观景观模型(Spatial Explicit Landscape Model)的发展在最近十几年内 极为迅速
7
绪论
气候变化对净第一性生产力的影响
短 尺 度 气 候 变 化
植
被
温度
气候变化 降水
CO2含 量
土壤碳
N P
库
P
土壤氮
库
气候变化对NPP作用机制
长 尺 度 气 候 变 化
土
壤
8
绪论
气候变化对生产力影响的研究方法
▪ 实验方法 ▪ 模型方法
静态的经验性模型：MIAMI， Penman， CHIKUGO模型，还有周广胜的净第一性生产力 模型，以及基于遥感植被指数的生产力模型等。 动态机理性的模拟（或仿真）模型：生物地 理模型（MAPSS，BIOMEII，DOLY），生物地 化学模型（BIOME-BGC，TEM，CENTURY）， 动态耦合模型（全球植被动态模型（DGVM）， BIOME3）。
➢ 全球变化条件下的景观动态的研究是在景观尺 度上研究全球变化与自然生态系统生物物理过 程以及生物化学循环过程的关系。
4
绪论
➢ 气候变化反映了生态系统主要的外在自然驱动 力的改变，而土地利用与土地覆盖变化则体现 了人类活动对生态系统的直接影响。
➢ 本研究以皇甫川流域的五分地沟小流域为例， 野外实验和模型模拟相结合，从植物的叶片尺 度到生态系统尺度，再到景观尺度，进行了小 流域的景观系统动态模拟分析的研究。
1
绪论
研究内容
➢ 在叶片尺度上，选择适宜的生理生态模型，对研究区 的主要植物种进行生理生态特性的分析，得出主要植物种 的光合特性及干旱适应特性。 ➢ 应用陆地生态系统模拟模型 TESim 2.0，模拟小流域 的水分运动，碳氮循环，土壤侵蚀等生态系统动态过程， 并对小流域当前气候变化及土地利用情景下的主要变量净 第一性生产力，净生态系统生产力，土壤侵蚀，径流等的 动态规律进行分析。 ➢ 设定不同的气候变化和土地利用变化的研究情景，并 在不同的情景下驱动模拟模型，分析气候变化、土地利用 对小流域净第一性生产力，土壤异养呼吸，净生态系统生 产力，土壤侵蚀等诸多方面的生态系统功能和过程的影响 。
8
BBL气孔导度模型
植物叶片尺度的生理生态模拟
Gao气孔导度模型
9
植物叶片尺度的生理生态模拟
2
1.4 研究区概况
绪论
➢ 地质地貌 ➢ 气候 ➢ 植被 ➢ 土壤
➢
Leabharlann Baidu
3
绪论
1.5 研究方法和技术路线
4
2 植物叶片尺度的生理生态模拟
植物的叶片尺度上，光合作用和蒸腾作用是两个关键 性过程。植物通过光合作用吸收辐射能，并将之转化为 化学能，是植物生长的基础和能量积累的关键环节。蒸 腾作用又使得植物从土壤中吸收水分，经植物体内传输 ，由叶片表面的气孔输送到大气中去。
6
植物叶片尺度的生理生态模拟
TJ 光合模型
(
)为植物的净光合速率, (kPa)是大气压,
(
)为氧气的气孔导度, (
)为二氧化碳的气孔
导度, (
) 为羧化速率系数, (
) 光呼吸
速率系数, (
)为光量子效率, (
)为光合有效辐
射, (kPa)为大气二氧化碳分压, (kPa)为大气中氧气的分
压, (
)为暗呼吸速率;
9
绪论
皇甫川地区相关研究进 展
➢ 80年代开始的水土保持工作使得土壤侵蚀 ，泥沙运动方面的研究资料非常丰富
➢ 植物生理生态研究：水分生态 ➢ 缺乏主要植物长期生长观测等数据
0
绪论
1.3 研究目的和内容 研究目的
本研究的目的是应用模型模拟小流域景观内部植 物生理生态和生长消亡过程、水分在土壤-植物-大 气连续体内的循环过程，以及土壤侵蚀过程，及其 在气候变化，土地利用变化影响下的动态响应，探 讨小流域景观动态规律。
➢ Gao et al.(2004)对黄土高原11种植物进行了两个模型的 行为比较，结果证明形式简单的TJ模型并不比涉及到极复 杂的生理过程的Farquhar模型的非线性拟合的结果差， 相反，Farquhar模型在高值区的模拟值偏低，而且TJ比 Farquhar模型对气孔导度的变化更为敏感。
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2.2 气孔导度模型
植物叶片尺度的生理生态模拟
➢ 在叶片尺度上，植物气孔导度对土壤和空气的水分胁迫 的关系反应了抗旱性及耐旱性的重要特征。基于可靠的 ，恰当的机制建立的气孔导度模型可以减少外推法的风 险，对于生态系统模拟和分析也是非常重要的，从而可 以得到生态系统对于未来环境变化的响应。
➢ 本研究对于Ball-Berry-Leunning模型(BBL模型) (Leuning, 1995) ，高琼等2002年提出的气孔导度模型 （Gao模型）(Gao et al., 2002)进行了比较。
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绪论
1.2 研究现状
➢ 景观动态研究进展 ➢ 气候变化对净第一性生产力的影响 ➢ 皇甫川地区相关研究进展
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绪论
景观动态研究进 ➢景观格局动态展研究
➢景观过程的动态研究
➢景观内生态系统过程与景观内各种生态系 统类型的分布格局之间的关系是景观生态 学研究的核心问题之一。景观分布的破碎 度对于景观的动态过程而言是一把双刃剑
2.1 光合模型 2.2 气孔导度模型 2.3 叶片尺度生理生态模拟结果分析 2.4 小结
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植物叶片尺度的生理生态模拟
2.1 光合模型
➢ 基于植物生物化学机理建立的光合模型，Farquhar的C3植 物模型，以及Berry 和Farquhar的C4植物模型(简称 Farquhar模型)在生态系统模型模拟中得到了广泛的应用。
气候及土地利用变化影响下
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论文提纲
➢1 绪论 ➢2 植物叶片尺度的生理生态模 拟 ➢3 陆地生态系统模拟模型 ➢ TESim 2.0 的应用 ➢4 景观系统动态对气候及 ➢ 土地利用变化的敏感性分析 ➢5 讨论和结论
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1 绪论
1.1 引 言
➢ 气候和土地利用变化交互作用下的空间异质的 景观和区域生态系统动态是当前生态学领域的 热点和难点。这是因为空间异质生态系统的状 态不仅由局部生态系统过程决定，还受到相邻 生态系统物质和能量流动的控制。
➢空间直观景观模型(Spatial Explicit Landscape Model)的发展在最近十几年内 极为迅速
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绪论
气候变化对净第一性生产力的影响
短 尺 度 气 候 变 化
植
被
温度
气候变化 降水
CO2含 量
土壤碳
N P
库
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土壤氮
库
气候变化对NPP作用机制
长 尺 度 气 候 变 化
土
壤
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绪论
气候变化对生产力影响的研究方法
▪ 实验方法 ▪ 模型方法
静态的经验性模型：MIAMI， Penman， CHIKUGO模型，还有周广胜的净第一性生产力 模型，以及基于遥感植被指数的生产力模型等。 动态机理性的模拟（或仿真）模型：生物地 理模型（MAPSS，BIOMEII，DOLY），生物地 化学模型（BIOME-BGC，TEM，CENTURY）， 动态耦合模型（全球植被动态模型（DGVM）， BIOME3）。
➢ 全球变化条件下的景观动态的研究是在景观尺 度上研究全球变化与自然生态系统生物物理过 程以及生物化学循环过程的关系。
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绪论
➢ 气候变化反映了生态系统主要的外在自然驱动 力的改变，而土地利用与土地覆盖变化则体现 了人类活动对生态系统的直接影响。
➢ 本研究以皇甫川流域的五分地沟小流域为例， 野外实验和模型模拟相结合，从植物的叶片尺 度到生态系统尺度，再到景观尺度，进行了小 流域的景观系统动态模拟分析的研究。
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绪论
研究内容
➢ 在叶片尺度上，选择适宜的生理生态模型，对研究区 的主要植物种进行生理生态特性的分析，得出主要植物种 的光合特性及干旱适应特性。 ➢ 应用陆地生态系统模拟模型 TESim 2.0，模拟小流域 的水分运动，碳氮循环，土壤侵蚀等生态系统动态过程， 并对小流域当前气候变化及土地利用情景下的主要变量净 第一性生产力，净生态系统生产力，土壤侵蚀，径流等的 动态规律进行分析。 ➢ 设定不同的气候变化和土地利用变化的研究情景，并 在不同的情景下驱动模拟模型，分析气候变化、土地利用 对小流域净第一性生产力，土壤异养呼吸，净生态系统生 产力，土壤侵蚀等诸多方面的生态系统功能和过程的影响 。
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BBL气孔导度模型
植物叶片尺度的生理生态模拟
Gao气孔导度模型
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植物叶片尺度的生理生态模拟
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1.4 研究区概况
绪论
➢ 地质地貌 ➢ 气候 ➢ 植被 ➢ 土壤
➢
Leabharlann Baidu
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绪论
1.5 研究方法和技术路线
4
2 植物叶片尺度的生理生态模拟
植物的叶片尺度上，光合作用和蒸腾作用是两个关键 性过程。植物通过光合作用吸收辐射能，并将之转化为 化学能，是植物生长的基础和能量积累的关键环节。蒸 腾作用又使得植物从土壤中吸收水分，经植物体内传输 ，由叶片表面的气孔输送到大气中去。
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植物叶片尺度的生理生态模拟
TJ 光合模型
(
)为植物的净光合速率, (kPa)是大气压,
(
)为氧气的气孔导度, (
)为二氧化碳的气孔
导度, (
) 为羧化速率系数, (
) 光呼吸
速率系数, (
)为光量子效率, (
)为光合有效辐
射, (kPa)为大气二氧化碳分压, (kPa)为大气中氧气的分
压, (
)为暗呼吸速率;
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绪论
皇甫川地区相关研究进 展
➢ 80年代开始的水土保持工作使得土壤侵蚀 ，泥沙运动方面的研究资料非常丰富
➢ 植物生理生态研究：水分生态 ➢ 缺乏主要植物长期生长观测等数据
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绪论
1.3 研究目的和内容 研究目的
本研究的目的是应用模型模拟小流域景观内部植 物生理生态和生长消亡过程、水分在土壤-植物-大 气连续体内的循环过程，以及土壤侵蚀过程，及其 在气候变化，土地利用变化影响下的动态响应，探 讨小流域景观动态规律。