围绕生物地理与生态过程研究方向,开展了如下研究工作:
(1)系统地开展了青藏高原植被与气候关系的样带研究。沿贡嘎山东坡的森林垂直样带及高原腹地的森林-草地水平样带,实测了典型植被类型的结构功能特征参数,建立了从叶片到生态系统水平的青藏高原植被样带观测数据库。样带研究结果发现,自然植被地上/地下生物量、叶面积指数、净第一性生产力、平均叶寿命及相关叶性状(叶氮含量、比叶面积、叶碳稳定同位素)与水热气候因子密切相关,其关系格局均趋同于非线性的Logistic函数,以系统而详实的实测数据证明了Weber定律在高原陆地生态系统中的普遍规律,即在相似的自然环境条件下,一个充分适应而稳定的植物群落,不管区系组成如何,最终具有相同或相似的干物质生产,如生物现存量和净第一性生产力(Luo et al. 2002a, 2002b, 2004, 2005a, 2005b, 2009)。上述研究结果得到了全球文献数据的验证,表明高原植被与气候关系的趋同演变特征具有全球意义。深入理解这种非线性阈值特征关系的内在机理将有助于我们科学预测未来全球气候变化下陆地生态系统的行为响应特征。
(2)提出了“森林叶寿命指数”新概念,基于贡嘎山垂直样带及我国东部南北水平样带的测定数据并结合国内外文献资料的格局分析发现,温度和/或降水是影响森林叶寿命指数地理分布格局的主要限制因子,其相关关系遵循Weber定律并可用Logistic函数拟合, 利用全国年均温度和降水数据库按照这一简单的实验方程所绘制的全国森林叶寿命指数分区与我国早期森林植被区划(中国植被编辑委员会 1980)具有较好的吻合(Luo et al. 2005a, Zhang et al. 2010)。这一发现为建立区域植被动态模型奠定了理论基础,尤其是森林叶寿命指数很可能是一个较客观反映植被本身特征的、可测量和比较的植被区划综合指标。
(3)发现高原植被生产力与叶碳同位素值的关系格局及其全球意义,建立了联系叶碳同位素、叶氮含量和土壤水量平衡的光合生产力机理模型,为理解高海拔植被生产力对气候/土壤环境变化的响应机理提供了重要基础(Luo et al. 2009, 2010)。
(4)基于叶量生长的生物学原理建立了一种模拟森林叶面积指数季节动态及地理分异的物候学模型(Luo et al. 2002c)。利用来自青藏高原植被样带及我国南北森林样带的最新实测数据进行验证,表明模拟的最大叶面积指数与实测值具有很好的吻合,而且对叶面积指数大于6的林分类型也具有很好的预测能力。同时,分别对我国东部从南到北9个自然保护区的主要森林类型所模拟的叶面积指数月生长节律与对应的NDVI季节变化模式基本一致。这一模型为解决卫星遥感植被指数的绿度饱和问题提供一种可能的生态学途径,并为生态系统功能过程的尺度转换提供理论依据。
(5)博士论文“中国主要森林类型生物生产力格局及其数学模型(罗天祥 1996)” 建立了中国森林生物生产力及叶面积指数数据库(5000多个样地,近100万个数据,部分样地数据已经在网上发布,http://www.geodata.cn),已被国内外文献广泛引用。
(6)于2005年8月建立了至今全球海拔最高的藏东南色季拉山林线长期定位观测站点(中国科学院藏东南高山环境综合观测研究站的一部分,位于西藏林芝县色季拉山自然保护区113道班附近),为阐明高山林线的形成机理及其对气候变化的响应提供了新的研究平台(Liu and Luo 2011)。
以上研究工作主要体现在如下论文:
- Luo T., Li W., Zhu H. (2002a). Estimated biomass and productivity of natural vegetation on the Tibetan Plateau. Ecological Applications 12: 980-997.
- Luo T., Shi P., Luo J., Ouyang H. (2002b). Distribution patterns of aboveground biomass in Tibetan alpine vegetation transects. Acta Phytoecologica Sinica 26: 668-676.
- Luo T., Neilson R.P., Tian H., Vörösmarty C.J., Zhu H., Liu S. (2002c). A model for seasonality and distribution of leaf area index of forests and its application to China. Journal of Vegetation Science 13: 817-830.
- Luo T., Pan Y., Ouyang H., Shi P., Luo J., Yu Z., Lu Q. (2004). Leaf area index and net primary productivity along subtropical to alpine gradients in the Tibetan Plateau. Global Ecology and Biogeography 13: 345-358.
- Pan Y., Luo T., Birdsey R., Hom J., Melillo J. (2004). New estimates of carbon storage and sequestration in China forests: Importance of age and method in inventory-based carbon estimation. Climatic Change 67, 211-236.
- Luo T., Luo J., Pan Y. (2005a). Leaf traits and associated ecosystem characteristics across subtropical and timberline forests in the Gongga Mountains, eastern Tibetan Plateau. Oecologia 142, 261-273.
- Luo T., Brown S., Pan Y., Shi P., Ouyang H., Yu Z., Zhu H. (2005b). Root biomass along subtropical to alpine gradients: global implication from Tibetan transect studies. Forest Ecology and Management 206, 349-363.
- Li Y., Luo T.*, Lu Q. (2008). Plant height as a simple predictor of the root to shoot ratio: evidence from alpine grasslands on the Tibetan Plateau. Journal of Vegetation Science 19: 245-252.
- Luo T., Zhang L., Zhu H., Daly C., Li M., Luo J. (2009). Correlations between net primary productivity and foliar carbon isotope ratio across a Tibetan ecosystem transect. Ecography 32: 526-538.
- Zhang L., Luo T.*, Zhu H., Daly C., Deng K. (2010). Leaf life span as a simple predictor of evergreen forest zonation in China. Journal of Biogeography 37:27-36.
- Zhuang Q., He J., Lu Y., Ji L., Xiao J., Luo T. (2010). Carbon dynamics of terrestrial ecosystems on the Tibetan Plateau during the 20th century: an analysis with a process-based biogeochemical model. Global Ecology and Biogeography 19: 649-662.
- Luo T., Li M., Luo J. 2010. Seasonal variations in leaf δ13C and nitrogen associated with foliage turnover and carbon gain for a wet subalpine fir forest in the Gongga Mountains, eastern Tibetan Plateau. Ecological Research, doi: 10.1007/s11284-010-0779-y.
- Liu X., Luo T.* 2011. Spatio-temporal variability of soil temperature and moisture across two contrasting timberline ecotones in the sergyemla mountains, southeast Tibet. Arctic, Antarctic, and Alpine Research, DOI: 10.1657/1938-4246-43.2.
- Wei H, Wu B, Yang W, Luo T.* (2011). Low-rainfall induced shift in leaf trait relationship within species along a semi-arid sandy land transect in northern China. Plant Biology 13: 85-92.
- Genet M., Li M., Luo T., Fourcaud T., Cle´ment-Vidal A., Stokes A. (2011). Linking carbon supply to root cell-wall chemistry and mechanics at high altitudes in Abies georgei. Annals of Botany, doi: 10.1093/aob/mcq237.
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