植被净初级生产力(NPP)是评估生态系统响应气候变化与人类活动的重要指示因子。本文基于CASA模型,利用MODIS月度植被指数产品、TerraClimate气候数据集、ChinaCover2010土地覆被类型等数据,研制了2000—2019年湖南省月度NPP数据集(250 m),采用Mann-Kendall检验法、多元回归分析等方法探讨了湖南省主要流域的NPP变化趋势及其与气候因素之间的关系。结果表明:2000—2019年湖南省植被NPP均值为566.92 g C·m^(-2)·a^(-1),湘江流域(上游)年均NPP最高,为625.28 g C·m^(-2)·a^(-1),洞庭湖环湖区年均NPP较低,为492.11 g C·m^(-2)·a^(-1);流域间NPP年际波动趋势相似,2008年以前呈增加趋势,2008—2009年呈现短暂剧烈下降随后缓慢回升趋势;约38%陆域面积的NPP呈现单调增加趋势,约10%陆域面积的NPP呈现单调减少趋势,主要分布于洞庭湖环湖区与“长-株-潭”城市群。气候因素对月均植被NPP的相对重要性在不同流域存在差异,相对重要性排序依次为水汽压(0.331)、温度(0.318)、太阳辐射(0.299)、降水(0.062),其中降水与NPP之间并未表现出显著相关关系。本研究显示,极端气候事件(如雪灾、水灾等)与人类活动(如土地开发、退田还湖等)造成了湖南省植被NPP的降低,但在生态系统管理实践中需要区分NPP变化背后的生态效应差异。
植物可以通过凋落物和根系分泌物改变土壤微生物生物量及碳氮磷转化胞外酶活性,进而影响土壤碳氮磷循环过程。然而,针对土壤磷有效性如何影响植物与土壤微生物之间的关系依然不清楚。本研究在不同磷添加水平下(0、1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m-2·a^(-1)),分析杉木种植对土壤微生物生物量和碳氮磷转化胞外酶活性的影响。结果表明:杉木种植显著改变了土壤微生物生物量与碳氮磷转化胞外酶活性,而且影响程度受磷添加水平的调控。在不添加磷处理下,种植杉木显著降低了土壤养分有效性,并引起土壤酸化,导致磷限制加剧,抑制土壤微生物生物量。磷添加逐渐减缓磷限制,随着磷添加水平的升高(1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m^(-2)·a^(-1))土壤酸性磷酸酶活性比对照分别降低30.0%、30.5%、35.3%和47.1%。在3个磷添加水平处理下(1.95、3.9、7.8 g P·m^(-2)·a^(-1)),杉木对土壤微生物生长的抑制作用得到缓解。在高水平磷添加处理下(15.6 g P·m^(-2)·a^(-1)),由于磷添加引起的氮养分限制,杉木种植对土壤微生物再次呈抑制作用。杉木种植和土壤磷有效性共同调控土壤微生物生物量与胞外酶活性,改变磷限制。
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