光合能力环境响应及其大尺度模拟
结题报告
批准号:
31600388
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
王焓
依托单位:
学科分类:
C0308.全球变化生态学
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱求安、李鹏、张克柔、刘智豪、李后玮、丁菊花
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中文摘要
由于缺乏对光合作用关键性状大尺度环境响应规律的深刻理解,全球动态植被模型依赖庞杂的植物功能型特征参数,来反映光合性状在环境梯度上的变化,大大影响了模型对未来气候-碳反馈预测的准确性。因此,建立可靠的光合性状模型是发展新一代植被模型的首要任务。本研究将围绕光合能力性状的大尺度环境响应规律,从宏观生态学最优原理出发,根据共同限制假说和最低消耗假说,结合光合作用模型和已有的生理生态学知识,对光合能力响应气候和海拔变化的增减性和敏感性进行理论推导;同时,在文献数据收集的基础上,利用光合能力快速测定的“双点法”,开展一定规模的野外观测,获得全国不同植被类型共约21个野外观测台站的主要物种光合能力数据;最后,利用多元回归等统计方法分析数据,对理论推导的结果进行验证和补充,构建出光合能力环境响应模型,有效精简现有植被模型光合能力参数个数。该成果对植被模型的发展和未来气候-碳反馈的预测均具有重要意义。
英文摘要
Due to the limited understanding of large-scale environmental responses of key photosynthetic traits, Dynamic Global Vegetation Models have to rely on a series of plant functional type specific parameters to represent the variations of photosynthetic traits along environmental gradients, which largely reduced the accuracy of model predictions on future climate-carbon feedbacks. Therefore, building reliable models of photosynthetic traits is the top priority for the development of the next generation vegetation models. The proposed study here is about quantifying the large-scale environmental responses of photosynthetic capacity. Based on the optimality principle in macro-ecology, according to the coordination hypothesis and the least-cost hypothesis, the sign and sensitivity of photosynthetic capacity responding to climate and altitude changes will be theoretically derived with the help of photosynthesis model and the accumulated acknowledge in plant eco-physiology. Meanwhile, apart from the data obtained from literatures, new data on photosynthetic capacity will be collected with field measurements. Dominant species from about 21 field sites will be measured with the latest “two-point method” for quick measuring. All field sites are selected from the existing plots of field observation stations reflecting the diversity vegetation types in China. Finally, the observations will be statistically analyzed with the multiple regression model for comparing and testing the theoretical derivations. A theory and data based model of photosynthetic capacity for its environmental responses will then be initiatively developed. This model will greatly reduce the amount of photosynthetic parameters for the state-of-the-art vegetation models, therefore has a significant impact on the development of next-generation vegetation models and the predictions of future climate-carbon feedbacks.
植物光合能力的环境响应对全球气候-碳反馈的过程具有非常重要的影响。全面了解全球变化背景下植物光合能力的时空变化格局,构建简洁可靠的光合能力全球模型,具有深远的科学意义和应用前景。本项目利用野外调查、生态系统碳通量观测数据、遥感数据以及气象数据,并借助宏观生态学最优原理,光合作用生化模型等经典理论,采用数据分析和理论演绎相结合的新方法,研究自然植被胞间二氧化碳浓度、最大羧化能力和最大电子传递能力等光合能力对温度、湿度、辐射、气压和二氧化碳浓度的适应机制和定量模拟,探讨全球全球生产力对气候变化和二氧化碳增浓的响应,取得了以下成果:.(1)通过野外调查和文献收集,建立并免费共享了中国植物功能性状数据库;.(2)探讨了光合能力适应海拔变化的机理,发现气压减少是草本植物光合能力随海拔升高而增强的主要原因,而温度降低的影响相对较小;.(3)系统研究了胞间二氧化碳浓度对环境要素的响应规律,通过理论演绎和观测验证发现升温和气压增大均对胞间二氧化碳浓度存在显著的正效应,而饱和水气压差的增大则有显著的负效应;辐射和二氧化碳浓度则无显著效益;.(4)系统探讨了光合作用最大羧化能力和最大电子传递能力的环境响应规律和变化驱动机制,发现全球光合能力的环境响应规律和宏观格局主要由气候要素驱动,土壤养分条件的限制作用微弱;.(5)构建了普适性全球生产力新模型Pmodel,从机理上统一了叶片尺度的光合作用理论模型和冠层尺度的光能利用率经验模型,在减少模型参数个数的同时,提高了现有生产力模型的准确性。.在项目的支持下,在Nature Plants、Ecology Letters、New Phytologist、Ecology、Trends in Ecology and Evolution发表SCI论文6篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.tree.2017.02.020
发表时间:2017
期刊:Trends in Ecology & Evolution
影响因子:--
作者:Akihiro Nakamura;Roger L. Kitching;Min Cao;Thomas J. Creedy;Tom M. Fayle;Martin Freiberg;C. N. Hewitt;Takao Itioka;Lian Pin Koh;Keping Ma;Yadvinder Malhi;Andrew Mitchell;Vojtech Novotny;Claire M. P. Ozanne;Liang Song;Han Wang;Ashton Louise A.
通讯作者:Ashton Louise A.
Quantifying leaf-trait covariation and its controls across climates and biomes
量化叶子性状的共变及其在气候和生物群落中的控制
DOI:10.1111/nph.15422
发表时间:2019
期刊:New Phytologist
影响因子:9.4
作者:Yang Yanzheng;Wang Han;Harrison S;y P;Prentice I Colin;Wright Ian J;Peng Changhui;Lin Guanghui
通讯作者:Lin Guanghui
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Ecology
影响因子:4.8
作者:Han Wang;S;y P. Harrison;Iain Colin Prentice;Yanzheng Yang;Fan Bai;Henrique F. Togashi;Meng Wang;Shuangxi Zhou;Jian Ni
通讯作者:Jian Ni
Global photosynthetic capacity is optimized to the environment
全球光合作用能力针对环境进行了优化
DOI:10.1111/ele.13210
发表时间:2019-03-01
期刊:ECOLOGY LETTERS
影响因子:8.8
作者:Smith, Nicholas G.;Keenan, Trevor F.;Zhou, Shuang-Xi
通讯作者:Zhou, Shuang-Xi
Towards a universal model for carbon dioxide uptake by plants
建立植物吸收二氧化碳的通用模型
DOI:10.1038/s41477-017-0006-8
发表时间:2017-09
期刊:Nature Plants
影响因子:18
作者:Han Wang;I. Colin Prentice;Trevor F. Keenan;Tyler W. Davis;Ian J. Wright;William K. Cornwell;Bradley J. Evans;Changhui Peng
通讯作者:Changhui Peng
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