高效经营雷竹林生态系统能量通量过程及闭合度

利用开路涡度相关系统和常规气象仪,对高效经营的雷竹林生态系统2011年的显热通量、潜热通量、净辐射、土壤热通量以及气温、地温、降雨量进行了观测,分析该生态系统能量通量的变化,以及各能量分量的分配特征,并计算了波文比及能量闭合.结果表明：雷竹林全年净辐射为2928.92 MJ·m^-2,潜热通量、显热通量和土壤热通量分别为1384.90、92754和-28.27 MJ·m^-2,各能量分量的日变化和月变化基本呈单峰曲线.潜热通量为能量散失主要形式,占净辐射的47.3%,显热通量占31.7%,波文比呈“U”型曲线,在0.285～2.062之间变化,土壤为热源.雷竹林年能量闭合度为0.782,月平均闭合度为0.808.
     

重庆缙云山针阔混交林水汽通量特征及其影响因子

利用涡度相关技术于2019年9月-2020年8月在重庆缙云山针阔混交林生态系统观测了水汽通量和其他环境要素。基于观测数据, 分析了水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果表明: (1)针阔混交林生态系统能量闭合率为0.77, 且通量足迹高贡献区域所处方向与风玫瑰图的全年主风方向(东北风向)一致, 累计通量贡献区变异系数比较小, 证明涡度相关技术在研究区适应性较好, 数据可靠。(2)缙云山针阔混交林的全年水汽通量基本为正值, 月平均日变化范围为-0.001-6.623 mmol·m^-2·s^-1, 说明研究区为水汽源。水汽通量月平均日变化和季节变化均为单峰趋势。夏季水汽通量平均值最大(4.620 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势强; 冬季水汽通量值最低(2.077 mmol·m^-2·s^-1), 变化趋势弱。(3)该地区全年蒸散总量(792.40 mm)占降水总量(1 489.18 mm)的53.12%, 夏季的蒸散量(325.53 mm)和降水量(680.52 mm)最高, 分别占到全年蒸散量和降水量的41%和46%。缙云山针阔混交林生态系统站点与其他地区不同生态系统站点对比, 得出全年蒸散量为湿地>森林>农田。(4)净辐射、气温、饱和水汽压差和风速对水汽通量的影响在各季节均显著, 净辐射、气温和饱和水汽压差与水汽通量呈正相关关系, R²最大分别为0.85、0.53和0.60, 风速与水汽通量呈负相关关系, R²为0.61, 均是夏季的相关性最高, 其中净辐射和气温是影响水汽通量的最主要因子。     

黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散与作物系数特征

蒸散是地表能量平衡和水分平衡的重要组分,与水循环过程密切相关.采用涡度相关技术,对黄土高原半干旱区农田生态系统2010年生长季(4-9月)蒸散特征进行观测,分析了农田作物系数与环境因子的关系.结果表明： 在观测期间,研究区各月潜热通量(LE)日变化呈近似“单峰型”曲线特征,最大峰值出现在8月(151.4 W·m^-2);日间能量分配方式存在明显季节差异,4-6月的日间能量分配表现为LE/R_n＜H/R_n(R_n为净辐射,H为感热通量),7-9月的日间能量分配方式(LE/R_n＞H/R_n)与4-6月相反.黄土高原半干旱区农田日蒸散率存在显著季节变化特征,最大日蒸散率为4.69 mm·d^-1.风速(W_s)、空气相对湿度(RH)、土壤含水量(θ)和饱和水汽压差(D)是作物系数(K_c)的主要影响因子.K_c随W_s增加呈指数降低趋势,随RH、θ增加呈指数增长趋势,随D增加呈线性降低趋势.     

海北高寒灌丛草甸蒸散量特征

蒸散是陆地生态系统水分循环的重要分量,研究典型生态系统的蒸散规律有助于认识水分循环过程,进而为水资源合理利用提供依据.本研究基于涡度相关法研究了2003-2011年海北高寒灌丛草甸生态系统的蒸散量变化特征及水分收支状况.结果表明: 2003-2011年,研究区蒸散量的季节变化明显,最大值一般出现在生长旺季的7-8月,达4.4～5.7 mm·d^-1;最小值多出现在1月或12月(0.09±0.04 mm·d^-1).蒸散量的年际动态明显,为451.3~681.3 mm,其中,生长季占70%以上.年蒸散量与年降水量之比的平均值为1.06±0.17,表明该生态系统的年水分收支状况基本平衡,几乎所有的降水都以蒸散的形式消耗.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO₂通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO₂通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明: 冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO₂·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO₂·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

神农架大九湖亚高山泥炭湿地水汽通量特征及其与相关环境因子的关系

以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为对象,采用涡度相关技术,通过采集湿地水汽通量的年际数据,并进行数据统计和分析,研究水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果显示：（1）大九湖泥炭湿地全年蒸散量占降水量的58.59%,能够满足大九湖生态系统水汽循环的需要。（2）大九湖泥炭湿地的水汽通量全年各月份日均变化大多为正值,即释放水汽,表明该地区总体表现为水汽源;在季节尺度上,水汽通量最大值出现在夏季,夏季水汽通量日均变化幅度最大。（3）净辐射月均变化幅度较大,其中夏季净辐射最大,占全年的34.96%。各季节的净辐射与水汽通量均呈正相关,春季、夏季和秋季的拟合效果（R²）均超过0.7,夏季最高（0.8347）,且高于其他同纬度6个地区。（4）除2018年1月外,各月份水汽通量与气温均呈显著正相关,特别是夏季最显著相关,这与夏季植物蒸腾和水分蒸发旺盛有关。（5）气温和净辐射对水汽通量的影响在各季节均显著,但各季节间有所差异。研究表明净辐射在大九湖泥炭湿地水汽循环中的作用大于气温对水汽通量的影响。     

科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征

利用2011年9月—2012年10月涡度相关数据和气象观测资料,对科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征进行分析.结果表明:研究区涡度相关系统全年的能量平衡闭合度为0.77,不同时期能量平衡闭合度的大小顺序为:生长季裸土期积雪期.能量平衡各分量日变化均呈单峰曲线形式,净辐射日变化峰值出现在12:00前后,其余分量的峰值出现时间都稍有滞后.净辐射季节变化呈单峰曲线形式,年平均值为5.71 MJ·m-2·d-1.潜热通量季节变化趋势与净辐射相似,年平均值为2.84 MJ·m-2·d-1.感热通量季节变化呈双峰曲线形式,峰值分别出现在4月和9月,年平均值为1.87 MJ·m-2·d-1.土壤热通量的最大值(3.47 MJ·m-2·d-1)出现在4月,9月以后开始转为负值.全年能量平衡各分量收支比例的大小顺序为:潜热通量感热通量土壤热通量,潜热通量、感热通量和土壤热通量分别占净辐射的49.8%、35.8%和3.1%.全年波文比的季节变化近似"U"型,平均值为1.61;生长季数值较小且较为平稳,平均值为0.18;非生长季数值较大且波动较大,平均值为2.39.     

安吉毛竹林非生长季CO2通量与其光合响应关系探究

利用涡度相关法和生理生态法(光合)对安吉毛竹林生态系统非生长季(2014.10-2015.4, 无2 月)的CO₂ 通量进行测定, 结果表明, 两种方法具有良好的响应关系, 基于涡度的生态系统净交换量(NEE)和基于光合的生态系统净初级生产力(NEP)日变化均呈单峰型曲线, 受光合有效辐射(PAR)的直接影响, 在午间12:00 前后有最大值, 且两者均表现为秋季最大(10 月最高), 春季次之, 冬季最低。就各月而言, 基于光合测定的NEP 日最大值和月总量均低于涡度相关技术白天的测定值, 但均占到后者的40%和65%以上, 在毛竹光合能力比较强的10、11 和4 月, 所占比例更大。表明在白天, 安吉毛竹林生态系统的NEP 主要取决于毛竹的光合作用。此外, 观测期间, 毛竹林生态系统在的净初级生产力总量为1365.59 gCO₂·m^–2, 吸收的碳约372.44 gC·m^–2, 整体表现为较强的碳汇。     

南京秋季裸地臭氧干沉降通量观测及土壤阻力模拟

利用涡度相关系统配合快速臭氧浓度脉动仪在南京地区裸地上观测臭氧浓度及沉降通量,分析臭氧浓度、沉降通量与气象条件的相关性,揭示沉降通量和速率的变化特征,利用模拟的土壤阻力计算臭氧沉降通量和速率并与观测结果进行对比.结果表明: 2015年9月25日至10月28日,臭氧浓度日变化呈单峰型分布,并且因辐射的增强而升高.秋季裸地臭氧沉积通量主要受臭氧浓度影响,平均日变化-31.4～-156.8 ng·s^-1·m^-2(负号表示方向向下).因裸地无植被的缓冲作用,臭氧沉降通量受环境因素影响更为明显.臭氧沉降速率为0.09～0.30 cm·s^-1.臭氧在大气传输中湍流交换起主要作用,裸地臭氧干沉降的下垫面条件尤为重要,土壤阻力(R_s)随相对湿度(RH)的增加呈指数上升,其关系模型为R_s=89.981e^0.0246RH,模拟的臭氧通量和沉积速率与观测的通量和速率的一致性较好.     

云南省烤烟需水量及灌溉需求指数的时空特征

基于云南省124个农业气象站点1977—2010年逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman Monteith公式,计算不同时空条件下云南省烤烟生育期的需水量和灌溉需求指数,分析云南省烤烟需水量和灌溉需求指数的时空特征和变化规律.结果表明： 研究期间,云南省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期需水量分别为76.73～174.73、247.50～386.64、180.28～258.14和528.18～764.08 mm,以旺长期需水量最高;平均灌溉需求指数分别为-0.02、0.38、0.17和0.26,伸根期有效降雨量可以满足烤烟需求.云南省烤烟需水量呈逐年减少趋势,各生育期需水量气候变化趋势分别为-12.42、-21.46、-7.17和-47.15 mm·(10 a)^-1.各生育期及大田生育期灌溉需求指数最小的地区为德宏,最大的为迪庆;大田生育期灌溉需求指数是负值的3个地区为德宏、西双版纳和普洱.参考作物蒸散量、需水量和有效降水量随纬度的升高而减少,而灌溉需水量和灌溉需求指数却随纬度的升高而加强;有效降水量随海拔的升高而减少,灌溉需水量和灌溉需求指数随海拔的升高而增加.     

基于温度的作物需水量估算方法

科学准确地估算作物需水量是灌溉预报和农业用水管理的基础,本文探索如何充分利用温度这一定量信息估算作物需水量,并对不同时间尺度的估算精度进行评判分析,以更好地服务于灌区的灌溉预报和水土资源管理.利用新乡市1970—2010年的气象数据对Hargreaves公式的3个基本参数和McClound公式的2个参数进行了订正;针对冬小麦生育期,筛选出Hargreaves公式作为参考作物需水量（ET₀）的估算方法,然后结合基于温度的作物系数计算模型建立了基于温度的作物需水量计算模型,根据2011年10月—2012年5月新乡气象和灌溉试验资料对不同时间尺度（1、3、7 d）的ET_c进行了预测和精度评估.结果表明： 1、3、7 d ET_c的预测值与实测值的相关系数分别达到0.883、0.933、0.959,一致性指数分别达到0.94、0.95、0.97,预测误差随时间尺度增大而减小,误差<1 mm·d^-1的预报准确率均>80%,误差<2 mm·d^-1的预报准确率均>90%,各时间尺度的预报精度都较高,可为灌区灌溉预报和农业用水管理提供较为可靠的数据支撑.     

1961—2010年安徽省参考作物蒸散时空变化特征及成因

基于联和国粮农组织推荐的Penman Monteith公式和60个台站1961—2010年逐日气象观测资料,估算了安徽省的参考作物蒸散量(ET₀),在对ET₀空间分布特征和时间演变规律进行分析的基础上,定量探讨了安徽省影响ET₀变化的主导因素.结果表明: 研究期间,安徽省ET₀的年平均值约为878.58 mm·a^-1,夏季最大,冬季最小.年平均ET₀呈现由北向南、由低海拔向高海拔递减的空间分布特征.ET₀的变化主要归因于日照时数和风速,而气温和相对湿度的作用较小.由于日照时数和风速的共同负贡献明显超过气温和相对湿度的共同正贡献,导致安徽省ET₀整体上以-1.61 mm·a^-1的速率显著下降.ET₀在春季呈不显著的微弱上升趋势;夏季ET₀以-1.37 mm·a^-1的速率显著下降;秋、冬季的ET₀微弱下降,但趋势不显著.春、秋、冬季ET₀变化的主导因子是风速;夏季的主导因子是日照时数.ET₀变化的主导因子存在明显空间差异.有36.7%站点的年平均ET₀变化的主导因子是风速,主要分布在淮北南部和沿淮地区;其他大部分地区的主导因子都是日照时数.
     

膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根层土壤水热环境和根系耗水的影响

为探明膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根区水热环境及棉花根系耗水的影响,设置滴头流量1.69（W₁₆₉）、3.46（W₃₄₆）和6.33 L·h^-1（W₆₃₃）3个水平,观测分析了棉花生育期土壤基质势、土壤温度及棉花根系生长和耗水分布状况.结果表明： 膜下滴灌土壤温度主要受光照影响;不同类型土壤湿润区之间的土壤温度差异不明显,不同土壤湿润区的膜下土壤温度对棉花根系耗水也没有明显影响.但是随着土壤湿润区由窄深型向宽浅型过渡,棉花根区土壤基质吸力在水平方向上分布更趋于均匀,而棉花根系耗水强度主要受土壤基质吸力分布的影响.宽浅型土壤湿润区（W₆₃₃）的棉花膜下内、边行根系耗水强度差值平均为0.67 mm·d^-1,有利于内、边行棉株生长整齐;窄深型土壤湿润区（W₁₆₉）的内、边行根系耗水强度差值平均为0.88 mm·d^-1,不利于内、边行棉株均匀生长.可见,膜下滴灌技术设计中,土壤湿润区不应小于覆膜宽度,应使膜下土壤整体湿润.     

干旱过程中荒漠生物土壤结皮-土壤系统的硝化作用对温度和湿度的响应——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类结皮所覆盖的土壤和流沙为研究对象,采用原状土室内培养法,在15和20 ℃两个温度、10%和25%两个湿度下连续培养20 d,分别在培养后的第1、2、5、8、12、20天连续测定土壤样品中的NO₃^--N含量,探讨不同温度和湿度条件下荒漠土壤的净硝化速率在干旱过程中的变化规律.结果表明： 藓类结皮的NO₃^--N含量（2.29 mg·kg^-1）高于藻类结皮（1.84 mg·kg^-1）和流沙（1.59 mg·kg^-1）,3种类型的土壤净硝化速率介于-3.47～2.97 mg·kg^-1·d^-1之间.10%湿度条件下,藻类和藓类结皮在25 ℃下的净硝化速率比15 ℃分别减少75.1%和0.7%;25%湿度条件下,分别减少99.1%和21.3%;15 ℃、10%湿度条件下藻类和藓类结皮的净硝化速率比25 ℃、25%湿度条件下增加193.4%和107.3%.表明在全球变暖背景下,无论土壤湿度增加或减少,干旱过程中的荒漠生物土壤结皮-土壤系统净硝化速率在一定程度上都会受到抑制.     

干旱过程中荒漠生物土壤结皮-土壤系统的硝化作用对温度和湿度的响应——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类结皮所覆盖的土壤和流沙为研究对象,采用原状土室内培养法,在15和20 ℃两个温度、10%和25%两个湿度下连续培养20 d,分别在培养后的第1、2、5、8、12、20天连续测定土壤样品中的NO₃^--N含量,探讨不同温度和湿度条件下荒漠土壤的净硝化速率在干旱过程中的变化规律.结果表明： 藓类结皮的NO₃^--N含量（2.29 mg·kg^-1）高于藻类结皮（1.84 mg·kg^-1）和流沙（1.59 mg·kg^-1）,3种类型的土壤净硝化速率介于-3.47～2.97 mg·kg^-1·d^-1之间.10%湿度条件下,藻类和藓类结皮在25 ℃下的净硝化速率比15 ℃分别减少75.1%和0.7%;25%湿度条件下,分别减少99.1%和21.3%;15 ℃、10%湿度条件下藻类和藓类结皮的净硝化速率比25 ℃、25%湿度条件下增加193.4%和107.3%.表明在全球变暖背景下,无论土壤湿度增加或减少,干旱过程中的荒漠生物土壤结皮-土壤系统净硝化速率在一定程度上都会受到抑制.     

外源Sr2+在大麻哈鱼胚胎耳石上的沉积

为探明外源Sr²⁺在大麻哈鱼耳石上的沉积状况,本研究利用电子显微探针技术(EPMA)对大麻哈鱼发眼卵后期胚胎进行50、100、200、400 mg·L^-1Sr²⁺ 48 h浸染试验,经12和100 d暂养后检测其在耳石上的沉积.结果表明:不同浓度Sr^2+均在大麻哈鱼耳石上产生明显的深红色标记环.同一剂量组锶峰区均值和极值不稳定,但最小锶峰极值也能达到对照组水平的35.1倍,整体上锶峰随浸染浓度增加而增大.经100 d暂养后,锶峰没有减弱迹象.检测结果还表明,锶在大麻哈鱼耳石上的沉积是逐渐进行的,有明显的滞后现象,高峰后能恢复到正常水平.这些特点符合对放流标记技术的要求,表明可以利用外源Sr^2+对大麻哈鱼耳石进行标记.     

不同饵料对魁蚶稚贝生长和存活的影响

在温度23.5～24.0 ℃和盐度29.5～30.0条件下,研究了球等鞭金藻、小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻4种单细胞藻类单独及组合投喂24 d后对魁蚶稚贝生长与存活的影响.结果表明: 不同饵料投喂条件下,稚贝存活率均在95%以上,不同处理组间差异不显著.单一饵料投喂组中,球等鞭金藻组的稚贝生长最快,小球藻组的稚贝生长最慢.组合投喂组中,球等鞭金藻与其他3种单胞藻混合(1∶1)投喂组稚贝壳长及特定生长率均优于其他组,其中与小球藻混合投喂的效果最好,稚贝壳长和壳高的特定生长率分别为5.6%·d^-1和6.4 %·d^-1.研究结果可为魁蚶人工苗种培育技术的优化提供参考依据.
     

外源Sr2+在大麻哈鱼胚胎耳石上的沉积

为探明外源Sr²⁺在大麻哈鱼耳石上的沉积状况,本研究利用电子显微探针技术(EPMA)对大麻哈鱼发眼卵后期胚胎进行50、100、200、400 mg·L^-1Sr²⁺ 48 h浸染试验,经12和100 d暂养后检测其在耳石上的沉积.结果表明:不同浓度Sr^2+均在大麻哈鱼耳石上产生明显的深红色标记环.同一剂量组锶峰区均值和极值不稳定,但最小锶峰极值也能达到对照组水平的35.1倍,整体上锶峰随浸染浓度增加而增大.经100 d暂养后,锶峰没有减弱迹象.检测结果还表明,锶在大麻哈鱼耳石上的沉积是逐渐进行的,有明显的滞后现象,高峰后能恢复到正常水平.这些特点符合对放流标记技术的要求,表明可以利用外源Sr^2+对大麻哈鱼耳石进行标记.     

水母旺发的诱因及对海洋环境的影响

水母旺发已成为一种新型海洋生态灾害,使海洋生态系统的结构和功能、海洋生态环境受到严重破坏.本文总结了水母旺发的可能诱因,重点探讨了水母旺发对海水生源要素、溶解氧、酸碱度以及生物群落的影响.结果表明: 水母旺发与其自身生理结构与生活史密切相关,其具有的身体结构简单、生长迅速、繁殖性强、世代间隔时间短及耐不良环境等特点,使其遇合适环境可迅速繁殖.水母旺发的主要直接诱因可能与海水温度变化有关,海水升温可导致水母食物增多,促进水母生殖,尤其对暖温性水母,更易引起水母聚集繁殖,形成旺发.富营养化、气候变化、过渡捕捞、生物入侵、栖息地改变也是水母旺发的重要影响因素.水母旺发可显著影响生源要素的形态和生物地球化学循环,水母排放NH₄⁺和PO₄^3-速率分别为59.1～91.5 μmol N·kg^-1·h^-1和1.1～1.8 μmol P·kg^-1·h^-1,可为浮游植物提供8%～10%和21.6%的N和P,释放溶解有机碳速率为1.0 μmol C·g^-1·d^-1.水母腐烂时总氮和总磷的释放速率可达4000 μmol N·kg^-1·d^-1和120 μmol P·kg^-1·d^-1,溶解有机碳的释放速率为30 μmol C·g^-1·d^-1;水母腐烂可影响水体的酸碱度与溶解氧含量,导致水体严重酸化与缺氧/无氧,pH降幅为1.3,平均耗氧量可达32.8 μmol·kg^-1·h^-1.水母旺发还可引起某些鱼类与浮游动物生物量的减少与重新分布,浮游微生物增加,间接导致浮游植物增加,引起海洋初级生产的异常.