美国德克萨斯州在过去20年中经历了多次干旱,其中2011年特大干旱是有气象记录以来强度最大的一次.本研究利用美国森林清查(FIA,forest inventory and analysis)近20年(2001-2018年)4个完整周期的数据,研究了德克萨斯州东部的4个国家森林(national forest)中264个样地受干旱影响的林分碳损失,分析了大旱前后清查周期水平和年度水平上林分碳储量的时空变化.采用随机森林模型(random for-ests)解释并预测干旱(干旱强度、干旱长度)和林分因子(林分密度、树木基面积和林分年龄)对碳损失率的影响.结果表明:特大干旱导致森林的碳损失显著增加,且随着干旱强度的增加有上升趋势.其中旱后第9周期的干旱造成的碳损失明显增加(91.45 t),是旱前第8周期碳损失的2倍.在林地起源、胸径、树高和树木种组4个分类标准中,干旱期的碳损失随干旱程度的增加而均有所增加.相较于人工林(2.9％),天然林碳损失率较大(7.4％);胸径较小(2.54 cm≤胸径＜12.7 cm)和树高较低(树高≤15 m)的树木碳损失率较大,分别为18.7％和7.9％;松树的碳损失率最小(5.1％),具有较强的耐旱性.在不同森林类型中,松树林受特大干旱影响较小,碳损失率最低(5.5％).随机森林模型的结果显示,干旱强度(标准化降水蒸发指数,SPEI)对碳损失率的影响最大(相对重要性为9.2％)(P＜0.01),干旱长度相对重要性为8.1％(P＜0.05),林分密度、树木基面积和林分年龄的相对重要性分别为4.4％、3.0％和1.3％.相对于林分因子,干旱是碳损失率的主要驱动因素,当SPEI＜-1.2时,碳损失率随干旱强度的增加而上升;当干旱长度＜2.2或＞11.0月时,碳损失率较大.本研究揭示了林分碳储量受干旱影响的动态变化及其驱动因素,为可持续碳林业经营规划和管理提供数据参考.

内蒙古干旱区是我国高原生态屏障的重要组成部分,其生态环境直接关系我国北方生态安全.为了解研究区生态系统蒸散发分割对于干旱的响应,本研究利用涡度相关数据构建SiB2模型,对植被蒸腾(T)、地表蒸散发(ET)等变量进行模拟,同时分别基于通量站涡度相关数据和SiB2模型模拟计算蒸腾与蒸散发比值(蒸腾比,T/ET).结合标准化降水蒸散发指数(SPEI),分析研究区不同干湿条件下蒸散发及蒸腾比的变化.结果表明:研究区蒸散发受干旱影响显著,蒸散发量与干旱程度呈负相关,在严重干旱或极端干旱时,干旱对蒸散发的影响滞后时间增长;根据SiB2模型计算的研究区2003-2012年蒸腾比与干旱程度相关性较强,在较为湿润的年份(2003),T/ET达到最高值0.64,表明此时植被蒸腾在陆地蒸散发中占据主导地位;在较为干旱的年份(2005),T/ET值为0.39,表明在干旱胁迫下植被蒸腾减少,土壤蒸发占蒸散发量的主导地位;在持续干旱情况下,T/ET和ET的波动范围均较小,表明植被在干旱情况下能根据外界环境进行自我调节,对维持生态系统稳定有一定的作用.研究结果对于推动区域水资源合理配置、提高干旱区水分利用效率具有一定意义.

东北地区是我国重要的生态功能区,其包含的典型生态系统具有独特的水源涵养功能,在防洪减灾,保障生态安全和人居安全中发挥着关键作用.以往有关水源涵养功能的研究主要是依托不同水文模型方法,从单一年份或多个年份的角度进行研究,较少考虑不同气候条件下水源涵养功能的空间分异特征.采用标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)划分研究区的典型气候年份(干旱、正常和湿润);基于水量平衡法,结合SCS-CN模型以及Penman-Monteith方程对东北地区典型气候条件下生长季内的水源涵养功能进行研究.结果 表明:(1)研究区水源涵养功能在不同气候条件下差异明显,三个典型气候年份生长季内的水源涵养总量分别为:干旱年(SPEI=-1.26)为2214.64亿m3、正常年(SPEI=-0.22)为3231.49亿m3和湿润年(SPEI=1.05)为3969.33亿m3.(2)水源涵养功能空间变异突出,但在三种典型气候条件下呈现出一致变化,均表现为长白山地区水源涵养量最大,大小兴安岭地区次之,水源涵养量最低的地方主要出现在呼伦贝尔以西的草原地区,在东北平原的部分地区也有低值的出现,如白城、通辽、鸡西等地区,水源涵养量较一般的地方出现在东北平原大部分以农田为主的地区.(3)水源涵养功能除受气候因素的影响外,还取决于土地利用类型的变化,对于整个东北地区来讲,水源涵养总量表现为林地＞农田＞草地＞湿地,单位面积水源涵养量在干旱年和正常年表现为林地＞农田＞湿地＞草地,在湿润年份表现为林地＞湿地＞农田＞草地.研究结果揭示了东北地区三种典型气候条件下重要生态系统的水源涵养功能大小、空间分布特征及其主要驱动因素,可为区域生态空间规划和生态系统管理提供科学指导.